FR2659134A1 - Procede et appareil pour le traitement thermique de matieres minerales pulverulentes. - Google Patents
Procede et appareil pour le traitement thermique de matieres minerales pulverulentes. Download PDFInfo
- Publication number
- FR2659134A1 FR2659134A1 FR9002625A FR9002625A FR2659134A1 FR 2659134 A1 FR2659134 A1 FR 2659134A1 FR 9002625 A FR9002625 A FR 9002625A FR 9002625 A FR9002625 A FR 9002625A FR 2659134 A1 FR2659134 A1 FR 2659134A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- combustion chamber
- secondary air
- air
- flow
- fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
- F27B7/20—Details, accessories, or equipment peculiar to rotary-drum furnaces
- F27B7/2016—Arrangements of preheating devices for the charge
- F27B7/2025—Arrangements of preheating devices for the charge consisting of a single string of cyclones
- F27B7/2033—Arrangements of preheating devices for the charge consisting of a single string of cyclones with means for precalcining the raw material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
- F27B15/003—Cyclones or chain of cyclones
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
Abstract
Procédé et appareil pour le traitement thermique de matières minérales pulvérulentes comportant une chambre de combustion (4) munie d'un dispositif d'injection de combustible (1-2) et d'une entrée d'air primaire, une entrée d'air secondaire et des moyens pour mettre les matières à traiter en suspension dans le courant d'air secondaire. L'entrée d'air secondaire (5) est disposée autour de l'extrémité de grand diamètre de la chambre de combustion (4) et orientée de façon à créer un courant d'air à section annulaire dont la direction principale est parallèle à l'axe de la chambre de combustion et dont la surface intérieure théorique est conique et délimite un volume (A) prolongeant la chambre de combustion (4) et où se développe la flamme produite par la combustion du combustible et de l'air primaire.
Description
PROCEDE ET APPAREIL POUR LE TRAITEMENT THERMIQUE DE MATIERES
MINERALES PULVERULENTES
La présente invention a trait au traitement thermique de matières minérales, notamment à la précalcination des matières premières pour la fabrication du clinker de ciment, par mise en suspension dans un courant de gaz chauds produits par la combustion d'un combustible et d'un gaz, tel que l'air, contenant de l'oxygène.
MINERALES PULVERULENTES
La présente invention a trait au traitement thermique de matières minérales, notamment à la précalcination des matières premières pour la fabrication du clinker de ciment, par mise en suspension dans un courant de gaz chauds produits par la combustion d'un combustible et d'un gaz, tel que l'air, contenant de l'oxygène.
On connaît des appareils de calcination comportant une chambre de combustion de révolution munie d'un dispositif d'injection de combustible dans l'axe de la chambre, d'une entre d'air primaire concentrique audit dispositif et d'une entrée secondaire, axialement espacée de l'entrée d'air primaire, des moyens pour mettre la matière à traiter en suspens ion dans le courant d'air secondaire ou les gaz de combustion et une sortie commune pour les gaz de combustion et les matières traitées; l'air primaire et l'air secondaire peuvent être préchauffés à des températures pouvant atteindre 1000 C, par exemple dans le cas où ils proviennent d'un refroidisseur de clinker de ciment.
Dans les appareils connus du type décrit cidessus, l'admission d'air secondaire est soit tangentielle, soit radiale.
Dans le premier cas, à cause de la force centrifuge due au mouvement de rotation de grande intensité imprimé à l'air secondaire et à la matière qu'il transporte, le courant d'air et de matière est maintenu le long de la paroi et se mélange mal aux produits de combustion primaire, de sorte que le temps nécessaire à la combustion complète du combustible et à la calcination de la matière est allongé; comme la longueur d'un tel appareil est limitée, ces réactions ne sont généralement pas terminées à la sortie. De plus, une partie non contrôlable du combustible solide se trouve ellemême, par centrifugation, mélangée de façon précoce avec l'air secondaire et la matière. La dévolatilisation de cette fraction de combustible se fait donc dans une atmosphère en large excès d'oxygène, ce qui contribue à la formation d'oxydes d'azote NOx à partir de l'azote contenu dans le combustible.
De plus, cette fraction de combustible, de par son mélange précoce avec la matière pulvérulente très concentrée sur les parois, brûle dans une zone où la température ne s'élève guère au-delà de 850"C, ce qui est insuffisant pour une combustion rapide.
Dans le second cas, la matière est injectée avec l'air secondaire au coeur de la flamme, ce qui diminue précocement sa température avec les inconvénients que cela comporte avec certains types de combustibles; ralentissement de la combustion, conversion de l'azote du combustible en NOx.
Le but de la présente invention est de réaliser dans les meilleures conditions possibles la combustion des combustibles solides pulvérulents, liquides ou gazeux de façon à assurer un taux d'imbrûlés solides et gazeux minimal et une émission réduite de NOx, et le traitement thermique des matières solides pulvérulentes.
Le procédé de traitement thermique de matières minérales pulvérulentes, objet de la présente invention, consiste à former une flamme réductrice dont la température est comprise entre 1200 C et 17000C par combustion sous-stoechiométrique d'un combustible et d'air primaire, à faire circuler un courant d'air secondaire, à section annulaire, autour de ladite flamme, dans une direction principale parallèle à la direction d'écoulement des gaz constituant la flamme, à mettre la matière à traiter en suspension dans ledit courant d'air secondaire et à assurer un mélange progressif des gaz de la flamme et de l'air secondaire chargé de matière à traiter autour de la pointe de la flamme et au-delà.
Le rapport du débit d'air utilisé pour produire la flamme-débit -d'air primaire + éventuellement débit d'air de transport du combustible solide- au débit d'air stoechiométrique correspondant au débit de combustible utilisé, dépend de la température de l'air primaire et de la vitesse de combustion du combustible, et sera choisi de telle sorte que la température de la flamme soit comprise entre 1200 C et 1700oC, et de préférence voisine de 1400 C; il sera, de préférence, compris entre 0,20 et 0,60.
L'appareil de traitement thermique objet de la présente invention est caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de combustion de révolution, évasée et munie à son extrémité de petit diamètre d'un dispositif d'injection d'un combustible et d'une entrée d'air primaire concentrique audit dispositif, une ou plusieurs entrées d'air secondaire disposées autour de l'extrémité de grand diamètre de la chambre de combustion et orientées de façon à créer un courant d'air à section annulaire, dont la direction principale est parallèle à l'axe de la chambre de combustion de façon à définir un volume prolongeant la chambre de combustion à l'intérieur duquel se développe la flamme produite par la combustion du combustible et de l'air primaire, et des moyens pour disperser les matières à traiter dans ledit courant d'air a section annulaire.
Les axes des entrées d'air secondaires, qu'il s'agisse d'une pluralité d'entrées d'air réparties le long d'un cercle concentrique à la chambre de combustion ou bien d'une seule entrée d'air annulaire et concentrique, peuvent être soit parallèles soit convergents.
Dans un cas comme dans l'autre, comme les flux d'air vont en s 'évasant, le courant d'air à section annulaire ainsi créé a une surface intérieure théorique conique qui délimite ledit volume prolongeant la chambre de combustion. Dans les exemples qui seront décrits ci-après, ces axes convergent sur l'axe de la chambre de combustion.
Le rapport des diamètres de la grande base et de la petite base de la chambre de combustion sera généralement compris entre 1,5 et 2,5.
Le rapport de la longueur axiale de la chambre de combustion au diamètre de la petite base sera compris entre 0,5 et 2.
Dans le cas où la chambre de combustion est tronconique, son demi-angle au sommet sera compris entre 10 et 30 .
L'entrée d'air secondaire pourra être annulaire et concentrique à l'extrémité de grand diamètre de la chambre de combustion. En variante, on pourra prévoir plusieurs entrées d'air réparties sur un cercle, autour de ladite extrémité de la chambre de combustion; ces entrées seront suffisamment nombreuses et rapprochées pour que les différents jets d'air en sortant constituent un courant d'air à section annulaire à faible distance des entrées. Eventuellement, ces entrées pourront être conçues pour communiquer aux jets d'air une vitesse tangentielle faible favorisant la distribution annulaire de l'air sans toutefois créer l'effet centrifuge notable.
La ou les entrées d'air secondaire sont ménagées sur une virole tronconique coaxiale à la chambre de combustion et dont le bord de petit diamètre est raccordé à l'extrémité de grand diamètre de la chambre. La virole est fixée sur le corps de l'appareil, par son bord de grand diamètre, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un tronçon de raccordement. Cette virole tronconique pourra être remplacée par un anneau plat.
il est donc possible d'avoir: soit une virole tronconique avec des entrées d'air dont les axes sont convergents; soit une virole tronconique avec des entrées d'air dont les axes sont parallèles; soit un anneau plat avec des entrées d'air dont les axes sont convergents; soit un anneau plat avec des entrées d'air dont les axes sont parallèles.
La chambre de combustion est placée dans l'axe de la partie du corps de l'appareil à laquelle elle est raccordée.
Des moyens seront prévus pour introduire au moins une partie des matières à traiter dans le ou les conduits d'amenée d'air raccordés à l'entrez ou aux entrées d'air secondaire, et/ou directement dans le corps de l'appareil. En particulier, une partie des matières à traiter pourra être introduite dans l'espace à section annulaire entre l'enveloppe extérieure du courant d'air secondaire et la paroi concentrique du corps de l'appareil.
La mise en suspens ion de la matière pulvérulente dans les gaz peut se faire dans l'appareil proprement dit par écoulement gravitaire de cette matière dans les gaz, car leur vitesse d'écoulement principal est suffisante pour que la matière soit dispersée dans les gaz et totalement transportee par ceux-ci dans le sens principal de l'écoulement. Toutefois, cette matière peut, en partie ou en totalité, être mise en suspension dans les gaz avant leur introduction dans l'appareil, c'est-à-dire par exemple:
- dans un flux d'air de combustion avant son entrée dans l'appareil;
- dans un flux de fumées pouvant provenir d'un four s il s'agit d'un précalcinateur de cimenterie ou de tout autre flux de fumées disponibles;
- dans tout autre gaz pouvant servir de vecteur à l'introduction de cette matière.
- dans un flux d'air de combustion avant son entrée dans l'appareil;
- dans un flux de fumées pouvant provenir d'un four s il s'agit d'un précalcinateur de cimenterie ou de tout autre flux de fumées disponibles;
- dans tout autre gaz pouvant servir de vecteur à l'introduction de cette matière.
Dans le cas général, c'est de l'air qui est utilisé comme comburant dans l'appareil. Cependant, on peut utiliser en partie comme comburant des fumées de combustion (de four à ciment par exemple) si elles contiennent encore de l'oxygène susceptible d'oxyder le combustible. Si ces fumées sont à température supérieure à la température des fumées sortant de l'appareil, elles pourront contribuer à l'échauffement de la matière pul vérulente. Dans tous les cas, elles contribueront à son transport en suspension.
Le comburant peut également être de l'air enrichi en oxygène.
D'autres caractéristiques de l'invention apparateront à la lecture de la description qui suit et se réfèrent aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, un précalcinateur conforme à l'invention, et sur lesquels:
- la figure 1 est un schéma de principe du précalcinateur définissant les dimensions de l'appareil;
- la figure 2 est un schéma de principe définissant les éléments du précalcinateur et les flux de gaz et de matières solides;
- la figure 3 est un schéma de l'installation définissant la position du précalcinateur conforme à l'invention dans une installation de production de clinker et de cimenterie;
- les figures 4, 5 et 6 sont d'autres schémas présentant des dispositions d'intégration du précalcinateur conforme à l'invention dans une installation de production de clinker de cimenterie.
- la figure 1 est un schéma de principe du précalcinateur définissant les dimensions de l'appareil;
- la figure 2 est un schéma de principe définissant les éléments du précalcinateur et les flux de gaz et de matières solides;
- la figure 3 est un schéma de l'installation définissant la position du précalcinateur conforme à l'invention dans une installation de production de clinker et de cimenterie;
- les figures 4, 5 et 6 sont d'autres schémas présentant des dispositions d'intégration du précalcinateur conforme à l'invention dans une installation de production de clinker de cimenterie.
Le précalcinateur représenté à titre d'exemple sur les figures 1 et 2 est constitué essentiellement par un conduit 3 convergent par lequel est introduit un débit d'air primaire, appelé al, ce conduit 3 étant raccordé à la petite base d'une chambre de combustion 4 divergente, de révolution. Cette chambre de combustion 4 est, dans l'exemple représenté, tronconique. Au voisinage du col séparant le-convergent 3 du divergent 4 est placé un dispositif 2 d'injection de combustible. A la suite de la chambre de combustion 4 est disposé un tron çon de conduit 6, en forme de tronc de cône inversé reliant la sortie de la chambre 4 à la base de la chambre principale 8, soit directement, soit avec interposition d'un conduit de raccordement 7. Dans la forme de réalisation représentée, les différentes parties du précalcinateur sont disposées coaxialement.
Le rapport des diamètres d5 et d4 de la grande base et de la petite base de la chambre de combustion 4 est généralement compris entre 1,5 et 2,5, et la longueur L1 de la chambre est telle que le rapport Ll/d4 est généralement compris entre 0,5 et 2; lorsque la chambre est tronconique, comme dans l'exemple repré senté, ces dimensions sont choisies pour que le demiangle au sommet i (figure 1) soit compris entre 10 et 30
Le dispositif d'injection de combustible est disposé à l'entrée de la chambre 4 et conçu de telle sorte que le combustible se mélange rapidement avec l'air primaire amené par le conduit 3 à l'entrée de la chambre.La position de l'orifice débouchant du dispositif par rapport à l'entrée de la chambre 4 peut être réglée en fonction de la nature du combustible et de la température de l'air primaire à une distance L8 de part et d'autre de l'entrée de la chambre 4.
Le dispositif d'injection de combustible est disposé à l'entrée de la chambre 4 et conçu de telle sorte que le combustible se mélange rapidement avec l'air primaire amené par le conduit 3 à l'entrée de la chambre.La position de l'orifice débouchant du dispositif par rapport à l'entrée de la chambre 4 peut être réglée en fonction de la nature du combustible et de la température de l'air primaire à une distance L8 de part et d'autre de l'entrée de la chambre 4.
Dans le cas d'un combustible pulvérulent introduit dans l'axe du conduit 3, comme indiqué sur les figures 1 et 2, et transporté pneumatiquement par un gaz qui pourra être, avantageusement mais pas exclusivement, de l'air avec un débit aO, une façon de réaliser ce mélange rapide du combustible de l'air primaire est d'avoir un écoulement annulaire du fluide diphasique constitué par le combustible et son air de transport.
Cet écoulement annulaire délimité par les conduits 1, de diamètre extérieur dl, et 2, de diamètre intérieur d2, pourra faire avec l'axe de la chambre 4 un angle divergent de valeur voisine de celle de l'angle o < afin de répartir au mieux le combustible à travers la section d'écoulement de l'air primaire débouchant du conduit 3.
Un tel dispositif d'injection est en soi connu et d'autres dispositifs d'injection de combustible pulvérulent, liquide ou gazeux permettant de répartir rapidement et de façon uniforme le combustible dans le courant d'air primaire peuvent être utilisés. De préférence, comme cela est connu en soi, la position du dispositif d'injection 1-2 est réglable le long de son axe par rapport au col du convergent/divergent 3-4.
Le diamètre de sortie du tronçon 6 est d8, supérieur à d5, sa longueur est L2 et son demi-angle au sommet Y y. La chambre 4 peut déboucher directement dans le conduit 7 ou la chambre 8, l'angle tétant alors égal à 90 dans ce cas la partie 6 constitue un anneau plat.
Le conduit 6 est raccordé, par sa grande base, au bas de la paroi de la chambre principale 8 du précalcinateur. Si le diamètre d9 de la chambre 8 est supérieur à d8, comme dans l'exemple représenté, un conduit tronconique 7 d'angle au sommet très faible permet de raccorder 6 et 8.
Un conduit annulaire 5 de diamètre intérieur d6 et de diamètre extérieur d7, disposé concentriquement à la chambre 4, débouche dans le conduit 6. il permet l'introduction d'un second courant d'air secondaire, de débit a2, et est conçu de telle sorte que l'écoulement annulaire d'air secondaire soit légèrement convergent vers l'axe de la chambre 4 avec lequel il fait initialement un angle F de faible valeur (de l'ordre de 100). De cette façon, le jet annulaire d'air secondaire B va se mélanger progressivement avec les gaz très chauds issus de la chambre 4 en constituant une enveloppe continue de gaz plus froids entre la flamme et les parois 6, 7 et 8 de l'appareil.
En donnant à la grande base du tronçon 6 un diamètre d8 supérieur à d7, comme dans l'exemple représenté, on ménage (figure 2) entre le jet B et les parois 7 et 8 un espace annulaire constituant une zone de recirculation C.
La chambre principale 8 du précalcinateur est raccordée aux autres appareils pour la mise en oeuvre des étapes suivantes du procédé. Elle peut, par exemple, être raccordée au carneau des fumées d'un four rotatif s'il s'agit d'un précalcinateur de cimenterie à préchauffer à suspension.
Tout ou partie de la matière pulvérulente à traiter est introduite en fl (figure 2) dans le conduit 5 et mise en suspension dans l'air y circulant avant que celui-ci pénètre dans le précalcinateur. Le complément éventuel de matière à traiter est introduit dans le précalcinateur, avec ou sans gaz de transport, par des conduits tels que 9 situés en des points convenablement choisis des parois 6, 7 et 8 et débouchant dans les zones C ou D. il peut également être introduit par un conduit tel que 10 soit situé en aval du précalcinateur.
La figure 2 permet de distinguer plusieurs zones dans l'appareil représenté:
- la zone A délimitée par les parois de la chambre 4 et le cône Mxx' figurant la frontière théorique en deçà de laquelle les gaz issus de la chambre 4 n'ont pas encore rencontré d'air secondaire provenant du conduit 5;
- la zone B comprise entre le cône Mxx' et le cône Oyy', ce dernier représentant la frontière théorique au-delà de laquelle les gaz issus de la zone A ont forcément rencontré de l'air secondaire provenant du conduit 5;
- la zone C qui est comprise entre les parois 6, 7 et 8 et l'enveloppe théorique du courant d'air secondaire sortant du conduit 5 et du mélange de cet air et des gaz issus de la zone A, et où se produit une recirculation des gaz et de la matière avec un écoulement des gaz en sens inverse du sens d'écoulement dans les zones A et B;;
- la zone D comprise entre les zones B et C et le plan PP' et où l'écoulement s'établit et les mélanges entre les différents flux se finalisent.
- la zone A délimitée par les parois de la chambre 4 et le cône Mxx' figurant la frontière théorique en deçà de laquelle les gaz issus de la chambre 4 n'ont pas encore rencontré d'air secondaire provenant du conduit 5;
- la zone B comprise entre le cône Mxx' et le cône Oyy', ce dernier représentant la frontière théorique au-delà de laquelle les gaz issus de la zone A ont forcément rencontré de l'air secondaire provenant du conduit 5;
- la zone C qui est comprise entre les parois 6, 7 et 8 et l'enveloppe théorique du courant d'air secondaire sortant du conduit 5 et du mélange de cet air et des gaz issus de la zone A, et où se produit une recirculation des gaz et de la matière avec un écoulement des gaz en sens inverse du sens d'écoulement dans les zones A et B;;
- la zone D comprise entre les zones B et C et le plan PP' et où l'écoulement s'établit et les mélanges entre les différents flux se finalisent.
La représentation des frontières entre les différentes zones telle qu'elle est faite sur la figure 2 est théorique et simplifiée; les frontières réelles sont fluctuantes et complexes car il s'agit des limites de mélanges de fluides en écoulement turbulent. Cette représentation est cependant commode pour expliciter le fonctionnement de l'appareil et en particulier le déroulement de la combustion et du chauffage de la matière pulvérulente qui sont exposés ci-après:
La somme des débits d'air de combustion entrant dans la chambre 4, c'est-à-dire al + aO, est très inférieure au débit Ao d'air de combustion stoechiométrique du combustible.La valeur du rapport SR1 entre al, al+aO et Ao (encore appelé stoechiométrie de la zone primaire A) sera inférieure à 1 mais choisie en fonction de la température T1 de la zone primaire A et de la vitesse de combustion du combustible de telle sorte que la température des gaz sortant de la chambre 4 soit comprise entre 1200 C et 1700 C, et de préférence voisine de 1400"C. Par exemple avec de l'air primaire à 700"C, SR1 devrait être compris entre 0,3 et 0,5 pour un charbon à 25% de matières volatiles et 15% de cendres.
La somme des débits d'air de combustion entrant dans la chambre 4, c'est-à-dire al + aO, est très inférieure au débit Ao d'air de combustion stoechiométrique du combustible.La valeur du rapport SR1 entre al, al+aO et Ao (encore appelé stoechiométrie de la zone primaire A) sera inférieure à 1 mais choisie en fonction de la température T1 de la zone primaire A et de la vitesse de combustion du combustible de telle sorte que la température des gaz sortant de la chambre 4 soit comprise entre 1200 C et 1700 C, et de préférence voisine de 1400"C. Par exemple avec de l'air primaire à 700"C, SR1 devrait être compris entre 0,3 et 0,5 pour un charbon à 25% de matières volatiles et 15% de cendres.
La zone A est donc une zone où s'établit une flamme réductrice produite par une combustion primaire en conditions sous-stoechiométriques mais à température élevée (1200oC - 1700 C) car elle est exempte de matière pulvérulente. Les avantages de cette solution sont:
- dégagement plus rapide et en quantité plus importante des matières volatiles si le combustible est un solide, ainsi que production d'un résidu carboné plus poreux et plus réactif;
- conversion maximale de l'azote contenu dans le combustible en azote moléculaire N2 grâce aux conditions réductrices, et donc faible production de NOx.
- dégagement plus rapide et en quantité plus importante des matières volatiles si le combustible est un solide, ainsi que production d'un résidu carboné plus poreux et plus réactif;
- conversion maximale de l'azote contenu dans le combustible en azote moléculaire N2 grâce aux conditions réductrices, et donc faible production de NOx.
La zone B se caractérise par un mélange progressif avec l'air secondaire des gaz tels que CO, H2,
CxHy et des solides imbrûlés mais portés à haute température qui sortent de la zone A. La combustion va donc se poursuivre rapidement dans cette zone, mais la présence de matière pulvérulente en suspension dans l'air secondaire permet d'éviter des températures de flamme qui pourraient atteindre 20000C en l'absence de matière: on évite donc la formation de NOx thermique et le rideau dense de matière pulvérulente constitué dans la zone B et entourant la zone chaude A réduit le rayonnement de cette zone chaude vers les parois 8 du précalcinateur.
CxHy et des solides imbrûlés mais portés à haute température qui sortent de la zone A. La combustion va donc se poursuivre rapidement dans cette zone, mais la présence de matière pulvérulente en suspension dans l'air secondaire permet d'éviter des températures de flamme qui pourraient atteindre 20000C en l'absence de matière: on évite donc la formation de NOx thermique et le rideau dense de matière pulvérulente constitué dans la zone B et entourant la zone chaude A réduit le rayonnement de cette zone chaude vers les parois 8 du précalcinateur.
La zone C est une zone de recirculation où des gaz et des solides issus de D sont ramenés vers l'amont puis remélangés avec l'air secondaire. Elle crée un bouclier thermique supplémentaire entre la zone chaude A et les parois du précalcinateur. De plus, elle permet d'augmenter le temps de séjour et donc le taux de combustion des grains de carbone imbrûlés ramenés dans la zone chaude.
La zone D se caractérisé par une diminution des vitesses axiales et une finalisation du mélange entre les différents flux.
Dans la zone E, située en aval du précalcinateur, les températures et les compositions gazeuses sont relativement homogènes. La combustion peut se poursuivre dans cette zone pour les combustibles les moins réactifs.
il n'y a pas de matière pulvérulente autre que le combustible dans la zone A.
On contrôle le mélange progressif des gaz de flamme et de l'air secondaire véhiculant la matière à précalciner, autour de la pointe de la flamme et au-delà en jouant, en fonction de la nature du combustible et de la matière à traiter, sur la valeur des angles sur la position de la canne d'injection 1-2 et sur le réglage des débits.
La matière pulvérulente prémélangée à l'air secondaire est chauffée et calcinée très rapidement dans la zone B parce qu'elle se mélange, dans cette zone, aux gaz très chauds sortant de la zone A et que la zone B est elle-même le siège de réactions de combustion exothermiques très rapides entre l'air secondaire chaud et les combustibles gazeux et solides chauds issus de la zone A.
Dans le cas où une partie de la matière à précalciner est introduite directement dans l'appareil par des conduits tels que 9, cette matière est chauffée et calcinée plus lentement car elle rencontre des gaz moins chauds dans les zones C et D où le transfert thermique entre les gaz chauds et la matière pulvérulente se poursuit.
Avec des combustibles brûlant rapidement, tels que gaz ou liquides, la combustion proprement dite n' impose pas de donner un volume élevé à la zone E car elle peut être terminée lorsque le mélange entre le combustible et l'air est achevé, c'est-à-dire à la sortie de la zone D. Dans ce cas, le volume donné à la zone
E peut être imposé par le temps nécessaire à la calcination de la matière pulvérulente à traiter.
E peut être imposé par le temps nécessaire à la calcination de la matière pulvérulente à traiter.
Lorsque le précalcinateur est associé à un four, comme c'est le cas, par exemple, dans une installation de fabrication du clinker de ciment, les fumées du four peuvent, par exemple, être mélangées avec les gaz du précalcinateur dans la zone E comme représenté sur les figures 3 à 6.
Ces fumées peuvent également être utilisées avec profit pour transporter et introduire la matière pulvérulente dans le précalcinateur. Dans ce cas, tout ou partie de cette matière sera dispersée et mise en suspension dans tout ou partie de ces fumées avant introduction de ces fumées dans le précalcinateur.
L'introduction proprement dite des fumées chargées de matière pulvérulente se fera soit autour du conduit 5 d'air secondaire par une conduite annulaire spécifique entourant ce conduit, de sorte que l'écoulement de ces fumées chargées de matière pulvérulente enveloppe la zone B de la figure 2. Dans cette disposition, on pourra, en diminuant la quantité de matière pulvérulente prémélangée dans l'air secondaire au profit de celle qui est prémélangée dans les fumées, augmenter les températures de la zone B, ce qui peut être profitable pour améliorer la combustion de combustibles particulièrement difficiles tels que cokes de pétrole ou anthracites par exemple.
Une variante de ce mode d'introduction des fumées de four dans le précalcinateur est de prémélanger la fraction des fumées que l'on injecte dans le précalcinateur avec l'air secondaire. Le conduit 5, dont la section sera alors agrandie en proportion, injecterait alors un gaz à teneur en oxygène inférieure à 21% et transportant tout ou partie de la matière pulvérulente.
Les figures 3 à 6 montrent différents modes d'intégration du précalcinateur dans une installation de production de clinker de cimenterie.
Chacune de ces installations comporte un échangeur voie sèche (EVS) composé de cyclones 11, 12, 13, 14, installés en série où la matière est préchauffée par les fumées d'un four rotatif de cuisson et du précalcinateur, avant de pénétrer dans le four rotatif.
La matière introduite dans le précalcinateur provient du cyclone 13. La matière et les gaz sortant du précalcinateur sont envoyés dans le cyclone 14 où la matière est séparée des gaz pour être envoyée dans le four 16.
L'air secondaire et l'air primaire sont préleves sur le refroidisseur de clinker placé à la sortie du four et amenés au précalcinateur par la gaine 17.
Dans l'installation présentée sur la figure 3, le précalcinateur conçu conformément aux figures 1 et 2, est raccordé au carneau 18 des fumées du four 16 pour former un conduit unique qui aboutit à l'entrée du cyclone 14. Dans cette même réalisation, une fraction de la matière sortant du cyclone 13 est introduite dans l'air secondaire en amont du précalcinateur par le conduit 19, tandis que le complément est introduit dans le carneau de fumées 18 par le conduit 20, la répartition du débit entre les deux fractions du flux de matière s'écoulant du cyclone 13 étant assurée par le diviseur 21.
Eventuellement on peut aussi introduire une partie de la matière dans la zone C du précalcinateur par un conduit 9 représenté en traits mixtes sur la figure 3. Dans une autre variante, également représentée sur la figure 3, on peut introduire la matière par un conduit 10 dans la zone E en aval du précalcinateur.
Dans ces deux derniers cas, on utilise un diviseur tel que 21 pour répartir les flux de matière entre les conduits 9 et 19 ou 10 et 19.
La figure 4 diffère de la figure 3 par la position inverse du précalcinateur dans lequel l'écoulement principal s'effectue de haut en bas.
La figure 5 présente une variante de la figure 4 dans laquelle le précalcinateur est en position descendante mais inclinée par rapport à la verticale et où la zone E située à l'aval du précalcinateur, entre le point de jonction du précalcinateur et du carneau 18 d'une part, et l'entrée du cyclone 14 d'autre part, est largement dimensionnée pour un combustible peu réactif.
La figure 6 est une variante de la figure 3 où le précalcinateur est en position inclinée ascendante et où il débouche dans une gaine verticale 22 qui rejoint le carneau de fumées 18 avant de rentrer dans le cyclone 14. Cette disposition permet de récupérer dans le carneau 18 les chutes éventuelles de matière pulvérulente par la conduite 23 sans perturber le fonctionnement du précalcinateur.
Claims (19)
1. Procédé de traitement thermique de matières minérales pulvérulentes consistant à former une flamme réductrice dont la température est comprise entre 1200 C et 1700"C par combustion sous-stoechiométrique d'un combustible et d'air primaire, à faire circuler un courant d'air secondaire, à section annulaire, autour de ladite flamme, dans une direction principale parallèle à la direction d'écoulement du gaz constituant la flamme, à mettre la matière à traiter en suspension dans ledit courant d'air secondaire, et à assurer de manière contrôlée, en jouant sur les angles, la position du dispositif d'injection et sur les réglages des débits un mélange progressif des gaz de flamme et de l'air secondaire autour de la pointe de la flamme et au-delà.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport du débit d'air primaire au débit d'air stoechiométrique correspondant au débit de combustible est compris entre 0,20 et 0,60.
3. Appareil pour le traitement thermique de matières minérales pulvérulentes comportant une chambre de combustion (4) de révolution, évasée et munie à son extrémité de petit diamètre d'un dispositif d'injection de combustible (1-2) disposé dans l'axe de la chambre et d'une entrée d'air primaire concentrique audit dispositif, une ou plusieurs entrées d'air secondaire axialement (5) espacées de l'entrée d'air primaire et des moyens pour mettre les matières à traiter en suspens ion dans le courant d'air secondaire, caractérisé en ce que le ou les entrées d'air secondaire (5) sont disposées autour de l'extrémité de grand diamètre de la chambre de combustion (4) et orientées de façon à créer un courant d'air à section annulaire dont la direction principale est parallèle à l'axe de la chambre de combustion et dont la surface intérieure théorique est conique et délimite un volume (A) prolongeant la chambre de combustion (4) et où se développe la flamme produite par la combustion du combustible et de l'air primaire.
4. Appareil selon la revendication 3, dans lequel les axes d'écoulement des flux d'air secondaire sont parallèles à l'axe de la chambre de combustion (4).
5. Appareil selon la revendication 3, dans lequel les axes d'écoulement des flux d'air secondaire convergent sur l'axe de la chambre de combustion (4).
6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le rapport des diamètres de la grande base et de la petite base de la chambre de combustion est compris entre 1,5 et 2,5.
7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le rapport de la longueur axiale de la chambre de combustion au diamètre de sa petite base est compris entre 0,5 et 2.
8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la chambre de combustion est tronconique et son demi-angle au sommet est compris entre 10 et 30 .
9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que l'entrée d'air secondaire est annulaire et concentrique à l'extrémité de grand diamètre de la chambre de combustion.
10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que plusieurs entrées d'air secondaire sont réparties sur un cercle, autour de l'extrémité de grand diamètre de la chambre de combustion et sont orientées pour communiquer aux jets d'air qui en sont issus une vitesse tangentielle faible par rapport à la vitesse axiale principale, favorisant la création d'un courant d'air à section annulaire sans engendrer d'effet centrifuge notable.
11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que la ou les entrées d'air secondaire sont ménagées sur une pièce annulaire plane ou tronconique dont le bord de petit diamètre est raccordé à l'extrémité de grand diamètre de la chambre de combustion, et ladite pièce est fixée sur le corps cylindrique de l'appareil, par son bord de grand diamètre, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un tronçon de raccordement.
12. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 11, caractérisé en ce que la chambre de combustion est disposée dans l'axe du corps de l'appareil.
13. Appareil selon la revendication 12, carac térisé en ce que le diamètre du corps de l'appareil est supérieur au diamètre extérieur du courant d'air à section annulaire issu de la ou des entrées d'air secondaire, de façon à former une zone annulaire de recirculation entre ce jet d'air secondaire et la paroi du corps de l'appareil.
14. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour introduire au moins une partie des matières à traiter dans le ou les conduits d' amenée d'air raccordés à l'entrée ou aux entrées d'air secondaire.
15. Appareil selon l'une quelconque des revendications 13, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour introduire au moins une partie des matières à traiter dans le corps de l'appareil, en aval de la ou des entrées d'air secondaire, dans ladite zone annulaire de recirculation.
16. Appareil selon la revendication 13, carac térisé en ce qu'il comporte une ou plusieurs entrées pour un gaz auxiliaire, tel que des fumées du four, disposées autour de la ou des entrées d'air secondaire, et des moyens pour introduire une partie des matières à traiter dans un ou des conduits d'amenée dudit gaz auxiliaire aux entrées respectives.
17. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 16, caractérisé en ce qu'il est disposé avec son axe incliné et de telle sorte que les écoulements de gaz et de matière soient ascendants et en ce qu'il débouche latéralement dans une gaine verticale dont la section est supérieure a celle du corps de l'appareil et qui est munie à sa base d'une sortie pour les matières solides et à son sommet d'une sortie pour les gaz et les matières solides en suspension.
18. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 16, caractérisé en ce qu'il est disposé de manière que les écoulements de gaz et de matière soient descendants.
19. Installation pour la fabrication du clinker de ciment comportant un précalcinateur conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 16, un four de cuisson, un échangeur où les matières premières sont préchauffées au moyen des fumées du four et du précalcinateur et un refroidisseur de clinker, caracteriss en ce que le précalcinateur est disposé avec son axe vertical ou incliné et son extrémité opposée à la chambre de combustion est raccordée directement au carneau de fumées reliant le four de cuisson à l'échangeur.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9002625A FR2659134B1 (fr) | 1990-03-02 | 1990-03-02 | Procede et appareil pour le traitement thermique de matieres minerales pulverulentes. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9002625A FR2659134B1 (fr) | 1990-03-02 | 1990-03-02 | Procede et appareil pour le traitement thermique de matieres minerales pulverulentes. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2659134A1 true FR2659134A1 (fr) | 1991-09-06 |
| FR2659134B1 FR2659134B1 (fr) | 1992-05-29 |
Family
ID=9394311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9002625A Expired - Lifetime FR2659134B1 (fr) | 1990-03-02 | 1990-03-02 | Procede et appareil pour le traitement thermique de matieres minerales pulverulentes. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2659134B1 (fr) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2684085A1 (fr) * | 1991-11-27 | 1993-05-28 | Fives Cail Babcock | Dispositif pour repartir des matieres solides pulverulentes, transportees pneumatiquement, dans une section annulaire de grand diametre. |
| EP0733400A1 (fr) * | 1995-03-21 | 1996-09-25 | GRAF-EPE GmbH | Entrée de gaz par l'admission de gaz dans un récipient |
| EP1026465A1 (fr) * | 1999-02-02 | 2000-08-09 | KHD Humboldt-Wedag AG | Installation pour le traitement thermique de matières premières en poudre |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2221416A1 (fr) * | 1973-03-14 | 1974-10-11 | Smidth & Co As F L | |
| FR2272359A1 (en) * | 1974-05-22 | 1975-12-19 | Fives Cail Babcock | Plant for calcining cement - where sec. air from the cooler is fed to supplementary burner located upstream of the furnace |
| US4187071A (en) * | 1975-03-10 | 1980-02-05 | Klockner-Humboldt=Deutz Aktiengesellschaft | Method for the treatment of finely grained material, particularly for the precalcining of cement |
| EP0124146A1 (fr) * | 1983-03-30 | 1984-11-07 | Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. | Procédé et appareil pour la combustion du combustible avec émission à faible teneur en NOx, de suie et de particules |
-
1990
- 1990-03-02 FR FR9002625A patent/FR2659134B1/fr not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2221416A1 (fr) * | 1973-03-14 | 1974-10-11 | Smidth & Co As F L | |
| FR2272359A1 (en) * | 1974-05-22 | 1975-12-19 | Fives Cail Babcock | Plant for calcining cement - where sec. air from the cooler is fed to supplementary burner located upstream of the furnace |
| US4187071A (en) * | 1975-03-10 | 1980-02-05 | Klockner-Humboldt=Deutz Aktiengesellschaft | Method for the treatment of finely grained material, particularly for the precalcining of cement |
| EP0124146A1 (fr) * | 1983-03-30 | 1984-11-07 | Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. | Procédé et appareil pour la combustion du combustible avec émission à faible teneur en NOx, de suie et de particules |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2684085A1 (fr) * | 1991-11-27 | 1993-05-28 | Fives Cail Babcock | Dispositif pour repartir des matieres solides pulverulentes, transportees pneumatiquement, dans une section annulaire de grand diametre. |
| EP0545782A1 (fr) * | 1991-11-27 | 1993-06-09 | F C B | Dispositif pour répartir pneumatiquement des poudres dans une section annulaire et four l'utilisant |
| US5238400A (en) * | 1991-11-27 | 1993-08-24 | Fcb | Apparatus for distributing pneumatically conveyed solid pulverulent material |
| EP0733400A1 (fr) * | 1995-03-21 | 1996-09-25 | GRAF-EPE GmbH | Entrée de gaz par l'admission de gaz dans un récipient |
| EP1026465A1 (fr) * | 1999-02-02 | 2000-08-09 | KHD Humboldt-Wedag AG | Installation pour le traitement thermique de matières premières en poudre |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2659134B1 (fr) | 1992-05-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0033285B1 (fr) | Dispositif de mélange avec turbulence de fluides gazeux et de particules solides | |
| CH629886A5 (fr) | Procede de combustion d'un combustible carbone. | |
| JP5409779B2 (ja) | 低窒素酸化物炉用燃料噴射器 | |
| FR2522392A1 (fr) | Bruleur a charbon pulverulent | |
| EP0065436B1 (fr) | Perfectionnements aux procédés et installations pour la fabrication du clinker de ciment par voie sèche | |
| FR2535018A1 (fr) | Bruleur a charbon pulverise | |
| FR2487044A1 (fr) | Bruleur a combustibles solides | |
| EP0754924B1 (fr) | Installation et procédé de calcination de matières minérales avec émission réduite d'oxydes d'azote | |
| CH459961A (fr) | Appareil pour effectuer des réactions chimiques dans une masse fluide des particules | |
| EP3724144B1 (fr) | Installation de production de clinker et procédé de production de clinker dans une telle installation | |
| FR2554107A1 (fr) | Procede et appareil pour la calcination des matieres minerales reduites en poudre | |
| EP0421903B2 (fr) | Procédé d'exploitation d'un brûleur et brûleurs pour four tubulaire tournant | |
| EP0572322B2 (fr) | Installation et procédé de précalcination de matières minérales quelconques | |
| EP0076175B1 (fr) | Procédé et appareil pour la calcination des matières minérales en poudre, notamment en cimenterie | |
| FR2659134A1 (fr) | Procede et appareil pour le traitement thermique de matieres minerales pulverulentes. | |
| EP1065460A1 (fr) | Procédé de calcination d'un matériau à base de minerai | |
| US4690074A (en) | Coal combustion system | |
| FR2487814A1 (fr) | Procede et dispositif pour le traitement thermique de matieres a faible granulometrie | |
| CN105953224A (zh) | 一种用于水泥分解炉的饱和蒸汽催化燃烧器 | |
| BE1024784A9 (fr) | Procédé de combustion de combustible dans une chambre de combustion cylindrique | |
| FR2566875A1 (fr) | Procede et dispositif pour limiter les dangers d'obstruction dans des conduits comportant des zones a risques d'obstruction, notamment des coudes, rebroussements de conduits ou analogues | |
| CA2083883C (fr) | Dispositif pour repartir des matieres solides pulverulentes, transportees pneumatiquement, dans une section annulaire de grand diametre et four equipe d'un tel dispositif | |
| FR2773388A1 (fr) | Procede et dispositif pour la combustion de combustible solide pulverise | |
| FR2521548A1 (fr) | Procede pour la calcination de matieres brutes minerales et dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procede | |
| CN117398931A (zh) | 循环流化床反应装置及其控制方法，燃烧系统 |