FR2994176A1 - Procede et installation de production de clinker et d'electricite, et procede de modification d'une installation de production de clinker - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de production de clinker et d'électricité, comprenant les étapes suivantes : - introduire du cru (102, 102'), du combustible (121, 121') et du comburant (113, 113'), dans au moins deux précalcinateurs (3, 3') disposés en parallèle, - précalciner le cru à une température de 750 à 950°C, de façon à obtenir des gaz effluents de précalcination (132, 132') et un cru précalciné (103, 103'), - clinkériser le cru précalciné de façon à obtenir un clinker (105), - produire de la vapeur, par transmission de la chaleur d'au moins une partie des gaz effluents (132') provenant d'au moins un précalcinateur (3'), - produire de l'électricité (150) à partir de cette vapeur, au moyen d'un générateur électrique (6) comprenant une turbine à vapeur, - faire varier, pour au moins un précalcinateur, le débit de cru et/ou le débit de combustible et/ou le débit de comburant, pour faire varier la quantité d'électricité produite.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION DE PRODUCTION DE CLINKER ET D'ELECTRICITE, ET PROCEDE DE MODIFICATION D'UNE INSTALLATION DE PRODUCTION DE CLINKER La présente invention se rapporte à un procédé et à une installation de production de clinker et d'électricité, ainsi qu'à un procédé de modification d'une installation de production de clinker. De façon habituelle, une installation de production de clinker comprend tout d'abord un préchauffeur, dans lequel le cru est préchauffé. Ce cru préchauffé est ensuite précalciné dans un précalcinateur, de façon à transformer le CaCO3 en CaO et en 002. Cette transformation n'est généralement pas complète, puisqu'elle est classiquement réalisée à environ 90%. Le cru est calciné typiquement à une température de 750 à 950°C. Des températures plus basses ne sont pas adaptées, car elles ne permettent pas une cinétique réactionnelle suffisante. De plus, des températures plus hautes ne conviennent pas non plus, car elles provoquent une clinkérisation précoce et intempestive du cru. Le cru précalciné est ensuite introduit dans un four, où il est totalement calciné de manière à former le clinker. Ce dernier est enfin dirigé vers un refroidisseur, où il subit une trempe. Le précalcinateur et le four sont alimentés par un combustible, et par un comburant composé notamment d'air réchauffé dans le refroidisseur. Après son refroidissement le clinker est transformé en ciment, notamment par broyage et ajout d'additifs. La production de clinker et sa transformation en ciment peuvent être réalisées sur le même site industriel, dénommé alors cimenterie. En variante, on peut prévoir que la production de clinker est réalisée dans un premier site industriel, dénommé alors clinkérerie, et que la transformation du clinker en ciment est mise en oeuvre dans un site industriel distant. La production de clinker génère des quantités substantielles de 002, qui est produit de deux façons principales. D'une part, la décarbonatation du cru, telle que décrite ci-dessus, crée une émission de CO2 formé par la décomposition du CaCO3. D'autre part, la combustion de combustibles contenant du carbone induit des émissions de CO2. La quantité globale de CO2 générée doit être maîtrisée dans la mesure du possible, pour des questions environnementales.

La production globale de ciment implique une très haute consommation électrique, typiquement de l'ordre de 150 kWh ramené à la tonne de clinker. Cette énergie électrique est tout d'abord nécessaire à la production du clinker, notamment à la PA12009 préparation du cru, à la mise en température des différents équipements, au transport des différents flux gazeux grâce à des ventilateurs de très grande taille, ainsi qu'au traitement final du clinker. De plus, cette énergie est nécessaire pour la transformation du clinker en ciment, à savoir notamment le broyage, l'ajout d'additifs, le stockage et le chargement du ciment prêt à la vente, en vrac ou en sacs. La production de clinker proprement dite consomme environ 50% de cette énergie totale, soit environ 75 kWh ramené à la tonne de clinker. La production de clinker et d'électricité, sur un même site industriel, présente des avantages. Elle permet notamment de pouvoir continuer à fabriquer le clinker, même si l'électricité n'est plus disponible à partir du réseau de distribution habituel. Ceci peut arriver de façon ponctuelle, lors de pannes momentanées, mais aussi de façon plus durable, notamment dans les sites où la fourniture d'électricité n'est pas toujours fiable, ou bien lorsque la cimenterie ne bénéficie pas d'un raccordement au réseau électrique local.

Cette production d'électricité sur site peut tout d'abord être assurée en utilisant un module de génération électrique, tel qu'un groupe électrogène, qui est distinct de l'installation de production de clinker mais est situé à proximité de cette dernière. Cette solution n'est cependant pas satisfaisante, car elle implique des surcoûts élevés. De plus, lorsque l'électricité est aisément disponible, ce module est alors très peu utile.

Il est aussi connu de récupérer de la chaleur à partir de certains effluents gazeux du procédé. Les gaz chauds sortant du préchauffeur et/ou l'excès d'air provenant du refroidisseur sont dirigés vers des installations de récupération de chaleur perdue. Ces effluents transmettent leur chaleur pour produire de la vapeur, ce qui permet de générer de l'électricité en utilisant une turbine à vapeur.

Cette deuxième solution n'est pas non plus totalement satisfaisante. En effet, la vapeur surchauffée produite ne possède pas une température ni une pression très élevées. Le rendement de conversion de la chaleur en électricité est faible, de l'ordre de 20%. Seule une faible fraction de l'énergie électrique nécessaire à l'ensemble du procédé peut être produite, typiquement de 20 à 30%.

Il est également connu d'alimenter le précalcinateur et/ou le four, avec une quantité de combustible bien supérieure à celle théoriquement nécessaire. Une partie des effluents gazeux chauds est alors dirigée directement vers le générateur de vapeur. La vapeur surchauffée possède une température et une pression bien supérieures à celles permises par la solution de récupération de chaleur perdue, décrite ci-dessus. Le rendement de conversion de la chaleur en électricité peut s'élever à environ 35%. L'électricité produite peut donc couvrir l'ensemble des besoins, liés à la fabrication du ciment. PA12009 Cette troisième solution est cependant coûteuse. En effet, il est nécessaire de surdimensionner certains équipements, notamment le précalcinateur, afin qu'il puisse recevoir les quantités de combustible et d'air requises. De plus, cette solution n'est pas modulable. Ainsi, lorsque l'électricité est aisément disponible, le précalcinateur surdimensionné nécessite un débit gazeux complémentaire pour fonctionner correctement, ce qui génère un surcoût en termes de consommation calorifique et énergétique. Dans ces conditions, la présente invention vise à remédier aux inconvénients ci- dessus. Elle vise à proposer un procédé qui permet tout d'abord de fournir de l'électricité, de façon fiable, dans une installation de production de clinker. Elle vise également à proposer un tel procédé, qui permet de faire varier de façon simple et rapide la quantité d'électricité produite. A cet effet l'invention se rapporte à un procédé de production de clinker et d'électricité, comprenant les étapes suivantes : - introduire du cru, du combustible et du comburant, dans au moins deux précalcinateurs disposés en parallèle, - précalciner le cru à une température de 750 à 950°C, de façon à obtenir des gaz effluents de précalcination et un cru précalciné, - clinkériser le cru précalciné de façon à obtenir un clinker, - produire de la vapeur, par transmission de la chaleur d'au moins une partie des gaz effluents provenant d'au moins un précalcinateur, - produire de l'électricité à partir de cette vapeur, au moyen d'un générateur électrique comprenant une turbine à vapeur, - faire varier, pour au moins un précalcinateur, le débit de cru et/ou le débit de combustible et/ou le débit de comburant, pour faire varier la quantité d'électricité produite. De façon habituelle, le cru est généralement un mélange, comprenant par exemple du calcaire et de l'argile. En amont du procédé de l'invention, ce cru est préparé de manière habituelle en vue de sa clinkérisation, puis est collecté dans un moyen d'alimentation adapté. Le cru traverse ensuite, par exemple, un étage de préchauffage, également de type connu. Les différentes étapes décrites ci-dessus sont réalisées de façon classique. Selon l'invention, au moins deux précalcinateurs sont disposés en parallèle, en aval du moyen d'alimentation en cru. Par analogie avec l'électricité, les flux de cru traversant les précalcinateurs sont assimilés à des branches d'un circuit, et le moyen d'alimentation amont et le four aval sont alors des noeuds de ce circuit. En d'autres termes une fraction donnée de cru est dirigée, depuis l'alimentation amont, vers un PA12009 unique précalcinateur. En aval de ce précalcinateur, cette fraction est alors dirigée vers le four ou bien est renvoyée vers le préchauffeur, mais n'est pas introduite dans l'autre précalcinateur. La précalcination du cru est réalisée, dans chaque précalcinateur, de façon classique. Ainsi, la température est de 750 à 950°C, et le temps de séjour du cru est de l'ordre de quelques secondes, typiquement de 5 à 15 secondes. Le cru précalciné est ensuite introduit dans le four, où il est clinkérisé de façon classique. De plus, au moins une partie des effluents gazeux surchauffés, évacués d'au moins un précalcinateur, est dirigée vers un échangeur de chaleur. Ces effluents permettent de produire de la vapeur en transmettant tout ou partie de leur chaleur, typiquement à de l'eau au point de rosée. La vapeur surchauffée ainsi produite permet d'alimenter une turbine à vapeur, qui assure la production d'électricité au moyen notamment d'un alternateur. Cette phase de production d'électricité, en utilisant de la vapeur surchauffée, est mise en oeuvre de façon connue en soi.

La quantité d'électricité produite dépend, entre autres, des paramètres des gaz qui transmettent tout ou partie de leur chaleur. Ces paramètres sont, notamment, la température, la pression et le débit. Il est possible de faire varier ces paramètres en modifiant les débits de cru et/ou de comburant et/ou de combustible, pour chaque précalcinateur dont les gaz effluents transmettent leur chaleur.

Pour une quantité donnée de cru traitée, plus les débits de comburant et de combustible sont élevés, plus la quantité d'électricité produite est haute. Ce résultat peut également être atteint en diminuant le débit de cru, pour des débits donnés de comburant et de combustible. En revanche, pour une quantité donnée de cru traitée, plus les débits de comburant et de combustible sont faibles, plus la quantité d'électricité produite est basse. Ce résultat peut aussi être atteint en augmentant le débit de cru, pour des débits donnés de comburant et de combustible. La quantité d'électricité produite peut être modifiée en jouant sur d'autres paramètres, par exemple: - le nombre de précalcinateurs dont les effluents transmettent leur chaleur. La quantité d'électricité est augmentée avec ce nombre, sans variation des autres paramètres ; - la fraction des gaz effluents qui transmettent leur chaleur, pour un précalcinateur donné. Plus cette fraction est élevée, plus la quantité d'électricité est haute. Comme cela ressort de ce qui précède, le procédé de l'invention est particulièrement modulable. Il permet en effet de s'adapter à différentes situations, selon PA12009 que la demande énergétique est élevée ou pas, et/ou selon que l'électricité est aisément disponible. Dans une première situation, il n'y a pas besoin de fournir de l'électricité. Dans ce cas, un seul précalcinateur est utilisé et ses gaz effluents ne transmettent pas leur chaleur en vue de produire de la vapeur. Dans une autre situation la quantité d'électricité produite est très élevée, à savoir au moins égale à l'ensemble des besoins énergétiques pour la production globale de ciment, soit de l'ordre de 150 kWh ramené à la tonne de clinker, comme vu ci-dessus. Cette quantité d'électricité peut même permettre d'alimenter l'ensemble du site industriel, voire être utilisée à d'autres fins et éventuellement être revendue. Dans ce cas, les différents paramètres listés ci-dessus sont modifiés, de façon à pouvoir générer cette quantité très élevée. De plus, l'invention permet de générer de façon simple une quantité d'électricité dite intermédiaire, nécessaire uniquement à l'ensemble des besoins énergétiques pour la production de clinker, soit de l'ordre de 75 kWh ramené à la tonne de clinker, comme vu ci-dessus. L'invention permet en outre de produire de façon simple toute quantité d'électricité, comprise entre les valeurs respectivement intermédiaire et très élevée, décrites ci-dessus. A cet effet, l'homme du métier modifiera tout ou partie des paramètres listés ci-dessus.

De plus, utiliser au moins deux précalcinateurs est avantageux. Ceci permet d'éviter le surdimensionnement de chacun de ces précalcinateurs. En outre, chaque précalcinateur peut être mis en oeuvre d'une façon spécifique, par exemple différente de l'autre ou des autres précalcinateur(s). En particulier, des combustibles différents peuvent être utilisés d'un précalcinateur à l'autre.

De plus, l'invention permet la modification d'une installation existante de production de clinker. Cette modification est relativement peu complexe, puisqu'elle consiste à réaliser chaque précalcinateur supplémentaire, ainsi que ses connections avec les équipements existants et avec le générateur de vapeur. En variante, tous les composants de l'installation conforme à l'invention peuvent être réalisés de façon simultanée. Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le procédé peut comprendre une étape d'introduction dans au moins un précalcinateur, d'un flux gazeux de dilution, ce flux étant notamment formé d'une partie des gaz effluents de précalcination ayant transmis leur chaleur.

Cette caractéristique présente des avantages spécifiques. Lorsque l'installation est en mode de production d'énergie, le comburant et le combustible sont alimentés en des quantités qui sont supérieures à celles suffisantes pour la précalcination du cru. Par PA12009 conséquent il existe un risque que la température, à l'intérieur de l'enceinte de précalcination, soit supérieure à la plage appropriée pour cette étape. L'apport d'un flux gazeux de dilution permet de maitriser cette température, de sorte que la précalcination est réalisée de façon optimale. Il est tout particulièrement avantageux d'utiliser à cet effet le flux gazeux refroidi, ayant cédé sa chaleur. Ceci permet en effet d'assurer une fonction supplémentaire à ce dernier flux, qui serait sinon rejeté dans l'atmosphère. Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le procédé de mise en oeuvre de l'installation conforme à l'invention peut comprendre une alternance entre, d'une part, des phases d'absence de production d'électricité dans lesquelles le cru est introduit dans un unique précalcinateur dit principal et, d'autre part, des phases de production d'électricité dans lesquelles le cru est introduit pour une partie dans le précalcinateur principal et pour une autre partie dans au moins un autre précalcinateur dit secondaire. Cette caractéristique présente des avantages spécifiques. Durant les phases d'absence de production d'électricité à partir du réseau habituel, l'installation est mise en oeuvre en utilisant seulement le précalcinateur principal, typiquement dans son fonctionnement nominal. Le ou chaque précalcinateur secondaire est alors inopérant sur l'ensemble du procédé. Puis, si l'installation de l'invention doit produire de l'électricité, le flux amont de cru est divisé, à savoir qu'il est réparti entre les précalcinateurs. Les différents débits de cru, ainsi que les débits de comburant et de combustible dans chaque précalcinateur, sont alors adaptés en fonction de la quantité d'électricité souhaitée. Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le cru est introduit pour une première partie dans un premier précalcinateur, dit principal, et pour une autre partie dans au moins un autre précalcinateur, dit secondaire, et seuls les gaz effluents de précalcination, provenant du ou de chaque précalcinateur secondaire, transmettent leur chaleur pour produire de la vapeur. Ceci permet de maitriser plus facilement la quantité d'électricité fournie, en faisant varier les débits de comburant et de combustibles associés au ou à chaque précalcinateur secondaire.

Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le cru précalciné est clinkérisé dans un four et les gaz effluents du four sont renvoyés seulement vers le précalcinateur principal, et seulement les gaz effluents du précalcinateur principal sont renvoyés vers un préchauffeur, situé entre un moyen d'alimentation en cru et ce précalcinateur principal. Ceci permet de maitriser plus facilement le pilotage de l'ensemble du procédé. Le précalcinateur principal, qui est utilisé seul dans une mise en oeuvre classique, est dissocié de chaque précalcinateur secondaire, qui est dédié à la production d'électricité. PA12009 Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, un combustible alternatif est introduit dans au moins un précalcinateur. Un tel combustible est par exemple de la biomasse, ou des déchets tels que des pneus usagés ou des résidus de broyage d'automobiles. Ceci permet une valorisation de ce combustible, et une baisse globale du coût de production de l'électricité. L'utilisation d'au moins deux précalcinateurs, combinée à l'utilisation de combustibles alternatifs, est tout particulièrement avantageuse. En effet, comme vu ci-dessus, chaque précalcinateur peut être alimenté au moyen d'un combustible spécifique. Un précalcinateur peut donc par exemple être alimenté en combustible habituel, alors que l'autre est alimenté en déchets, ou bien les précalcinateurs peuvent être alimentés avec des déchets de types différents, notamment liquide et solide. Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, les gaz effluents de précalcination transmettent leur chaleur à une température de 600 à 800°C. Cette plage de températures, qui est celle de ces gaz effluents à l'entrée de l'échangeur de chaleur, permet d'obtenir de la vapeur surchauffée à des pressions et températures satisfaisantes. De plus, elle permet l'utilisation d'échangeurs de chaleur aisément disponibles dans le commerce. Les gaz effluents de précalcination sont avantageusement dilués, avant de transmettre leur chaleur, notamment au moyen d'une fraction de ces gaz effluents de précalcination ayant transmis leur chaleur. Ceci permet par exemple de conférer à ces gaz une température de 600 à 800°C, comme vu ci-dessus. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, seulement deux précalcinateurs sont utilisés. Ceci permet un pilotage satisfaisant de l'ensemble du procédé, notamment en ce qui concerne l'équilibre des pertes de charge.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le procédé comprend en outre les étapes suivantes : - refroidir le clinker dans un refroidisseur, - introduire de l'air dans ce refroidisseur, - diriger l'air effluent du refroidisseur, en tant que comburant, vers chaque 30 précalcinateur, - extraire une purge gazeuse de ce refroidisseur, - faire varier le débit de cette purge en fonction de la variation du débit de comburant vers chaque précalcinateur. Selon une autre caractéristique de l'invention, un comburant enrichi en 35 oxygène, voire constitué d'oxygène sensiblement pur, est introduit dans au moins un précalcinateur. Ceci permet notamment de pouvoir brûler des déchets difficiles en quantité élevée, et/ou de concentrer le CO2 dans les gaz effluents. L'utilisation d'un tel PA12009 comburant est décrite dans EP-A-1 923 367 au nom de la Demanderesse. L'invention a également pour objet une installation de production de clinker et d'électricité, comprenant : - un moyen d'alimentation en cru, - un four de clinkerisation du cru précalciné, - au moins deux précalcinateurs disposés en parallèle entre le moyen d'alimentation en cru et le four, adaptés pour précalciner du cru à une température de 750 à 950°C, chaque précalcinateur possédant : - des entrées respectives de cru, de combustible et de comburant, - une sortie de cru précalciné, - une sortie de gaz effluents de précalcination, reliée à des moyens d'évacuation de ces gaz effluents, - un générateur de puissance électrique comprenant une turbine à vapeur et des moyens de production de vapeur, lesquels sont reliés aux moyens d'évacuation des gaz effluents d'au moins un précalcinateur. L'invention a enfin pour objet un procédé de modification d'une installation de production de clinker, l'installation à modifier comprenant : - un moyen d'alimentation en cru, - un précalcinateur adapté pour précalciner du cru à une température de 750 à 950°C, 20 ce précalcinateur possédant une entrée de cru reliée au moyen d'alimentation de cru, une entrée de combustible et de comburant, une sortie de cru précalciné, et une sortie de gaz effluents de précalcination, - un four de clinkérisation du cru précalciné, relié à la sortie de cru précalciné, ce procédé de modification comprenant les étapes suivantes : 25 fabriquer au moins un autre précalcinateur, dit secondaire, possédant des entrées de cru, de combustible et de comburant, une sortie de cru précalciné, et une sortie de gaz effluents de précalcination, relier au moyen d'alimentation de cru, l'entrée de cru du ou de chaque précalcinateur secondaire, 30 relier au four, la sortie de cru précalciné du ou de chaque précalcinateur secondaire, relier la sortie de gaz effluents de précalcination du ou de chaque précalcinateur secondaire, à des moyens de production de vapeur appartenant à un générateur de puissance électrique. 35 L'invention va être décrite ci-après, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif, dans lesquels : - la figure 1 représente, sous la forme d'un schéma par blocs, un exemple d'une installation conforme à l'invention dans une configuration où elle ne produit pas d'électricité ; - la figure 2 représente, sous la forme d'un schéma par blocs, l'installation de la figure 1 dans une configuration où elle produit une quantité très élevée d'électricité; et - la figure 3 représente, sous la forme d'un schéma par blocs, l'installation de la figure 1 dans une configuration où elle produit une quantité intermédiaire d'électricité.

Sur les figures 1 à 3, les différents équipements de l'installation sont représentés par des blocs. Ces blocs sont reliés par des lignes avec ou sans flèches, illustrant les différents flux possibles. Lorsqu'une ligne est pointillée sans flèche, ceci signifie qu'il n'y a pas de flux entre les blocs considérés. Lorsqu'une ligne est pointillée avec flèche, ceci signifie qu'il existe un flux de très faible débit entre les blocs considérés, le sens de la flèche matérialisant le sens de l'écoulement. Lorsqu'une ligne est en traits gras avec flèche, ceci signifie qu'il existe un flux de fort débit entre les blocs considérés, le sens de la flèche matérialisant le sens de l'écoulement. Enfin, lorsqu'une ligne est en traits maigres avec flèche, ceci signifie qu'il existe un flux de débit intermédiaire entre les blocs considérés, le sens de la flèche matérialisant le sens de l'écoulement.

L'installation conforme à l'invention comprend : - un moyen d'alimentation de cru 1 ; il est de tout type connu en soi, pour la fourniture d'un cru préparé pour le processus de clinkérisation ; - un préchauffeur 2 ; il comprend notamment un ou plusieurs cyclones, de manière habituelle ; - deux précalcinateurs 3 et 3', de type classique ; chacun comprend notamment des entrées respectives de cru, de combustible et de comburant, typiquement de l'air, et des sorties respectives de cru précalciné et de gaz effluents ; - la boîte de mélange et le cyclone associés au précalcinateur 3, représentés par un unique bloc 4, ainsi que la boîte de mélange et le cyclone associés au précalcinateur 3', représentés par un unique bloc 4'. Ces différents équipements sont également de structure classique ; - un cyclone supplémentaire 5, ou cyclone final, de type connu en soi, susceptible d'être relié au cyclone 4' du précalcinateur 3' ; - un générateur de puissance électrique 6, également de structure habituelle. Il comprend notamment une turbine à vapeur, un alternateur, et un générateur de vapeur 7 susceptible d'alimenter cette turbine. Ce générateur de vapeur comprend notamment un échangeur de chaleur, traversé par une ligne de circulation d'eau ; et PA12009 - un four de clinkérisation 8 et un refroidisseur 9, tous deux de type classique. Dans la configuration illustrée en figure 1, l'installation de l'invention utilise l'électricité du réseau de distribution habituel, mais ne produit pas d'électricité. Le cru est introduit depuis le moyen d'alimentation 1, dans le préchauffeur 2 selon le flux 101.

Le cru préchauffé est ensuite introduit dans le précalcinateur 3, selon le flux 102, où il est précalciné à une température typiquement de 750 à 950°C. Le cru précalciné est ensuite introduit, selon le flux 103, dans la boîte de mélange et le cyclone 4 puis, selon le flux 104, dans le four 8 où il subit une clinkérisation. Le cru clinkérisé, ou clinker, est dirigé vers le refroidisseur 9 selon le flux 105, où il est refroidi. Enfin, le clinker est évacué selon le flux 106, en direction d'équipements supplémentaires non représentés, en vue de sa transformation en ciment. De façon simultanée de l'air ambiant est introduit dans le refroidisseur 9, selon le flux 111. Une première fraction de cet air réchauffé est évacuée, selon le flux 112. Ce flux 112 constitue une purge, dont on peut faire varier le débit en fonction des différentes configurations de l'installation, afin de compenser notamment les variations du débit d'air envoyé aux précalcinateurs. Deux fractions supplémentaires de cet air réchauffé sont dirigées vers le précalcinateur 3 et le four 8, selon les flux respectifs 113 et 114. Le flux 113 est utilisé en tant que comburant, associé à du combustible introduit par le flux 121, en vue de la précalcination. De plus le flux 114 est utilisé en tant que comburant, associé à du combustible introduit par le flux 122, en vue de la clinkérisation. Un gaz chargé en poussières est extrait du four 8 en direction du précalcinateur 3, selon le flux 131. Ce gaz est ensuite dirigé vers la boîte de mélange et le cyclone 4, selon le flux 132, puis vers le préchauffeur 2 selon le flux 133, et enfin vers le moyen d'alimentation 1 selon le flux 134. De façon typique, les différents flux gazeux possèdent des températures dans les plages suivantes : - purge 112: de 150 à 300°C, - comburant 113 pour le précalcinateur : de 850 à 1000°C, - comburant 114 pour le four : de 900 à 1000°C, - effluent 131 du four : de 1000 à 1100°C, - effluent 132 du précalcinateur : de 750 à 950°C, - effluent 133 du cyclone: de 750 à 950°C, - effluent 134 du préchauffeur: de 300 à 400°C.

Toutes les opérations décrites ci-dessus sont mises en oeuvre de façon classique. Dans cette configuration de consommation d'électricité, l'installation n'utilise pas l'autre précalcinateur 3', ni la boîte de mélange et les cyclones qui lui sont associés. Aucun flux PA12009 n'est dirigé vers le générateur de vapeur 7, de sorte que le générateur électrique 6 ne fonctionne pas. En d'autres termes, dans cette configuration, l'installation de l'invention fonctionne comme une installation habituelle ne produisant pas d'électricité. Dans une autre configuration, illustrée à la figure 2, l'installation de l'invention produit une quantité très élevée d'électricité. Cette situation survient notamment lorsque le réseau de distribution local est totalement inopérant, de façon momentanée ou prolongée. Cette quantité élevée correspond à celle exigée pour la mise en oeuvre de l'ensemble du processus de fabrication de ciment, soit typiquement 150KWh ramené à la tonne de clinker.

Sur la figure 2, les flux analogues à ceux de la figure 1 possèdent les mêmes numéros de référence. Le cru préchauffé est divisé en aval du préchauffeur, à savoir qu'une première fraction est dirigée vers le précalcinateur 3 selon le flux 102, alors qu'une seconde fraction est dirigée vers le précalcinateur 3' selon le flux 102'. Pour réaliser la précalcination, du combustible est introduit dans le précalcinateur 3' selon le flux 121', et une fraction supplémentaire d'air refroidi est dirigé dans ce précalcinateur 3' depuis le refroidisseur 9, selon le flux 113'. Un flux 132' de gaz chargé en poussières, constituant les gaz effluents de précalcination, et un flux 103' de cru précalciné sont dirigés vers la boîte de mélange et le cyclone 4', depuis le précalcinateur 3'. Ce cyclone 4' renvoie, d'une part, un flux de cru précalciné vers le four 8 et, d'autre part, un flux 135 de gaz chargé en poussières vers le cyclone final 5. Enfin ce cyclone final renvoie, d'une part, un flux de cru précalciné vers le four et, d'autre part, un flux 136 de gaz faiblement chargé en poussières vers le générateur de vapeur 7. Ces deux flux de cru précalciné, renvoyés par les cyclones 4' et 5, sont réunis en un flux commun 104' dirigé vers le four.

Le flux 136 correspond à celui des gaz effluents de précalcination 132', après dépoussiérage de ces derniers. Le flux 136 est donc moins chargé en poussières, ce qui est favorable pour le bon fonctionnement de l'échangeur appartenant au générateur 7. En revanche, le passage de ces gaz effluents 132' dans les deux cyclones 4' et 5 ne provoque aucune perte significative de la chaleur que possèdent ces gaz, à la sortie du précalcinateur 3'. Dans le générateur de vapeur 7, le flux 136 et de l'eau circulent de façon connue en soi dans un échangeur. Le flux 136 transmet tout ou partie de sa chaleur à l'eau, de sorte à produire de la vapeur surchauffée. Cette dernière permet alors, de façon connue en soi, de produire de l'électricité dans le générateur 6, ce qui est matérialisé par le flux 150. De plus, le gaz faiblement chargé en poussières ayant cédé sa chaleur est renvoyé vers l'installation, selon quatre flux : PA12009 - un flux 137 renvoyé vers le cyclone supplémentaire 5. Ceci permet de diluer le flux 135, en amont de ce cyclone. Ainsi le flux aval 136 est refroidi et possède une température bien adaptée, pour permettre une transmission efficace de chaleur, tout en étant compatible avec un équipement standard d'échange de chaleur ; - deux flux 138 et 138' renvoyés vers un précalcinateur respectif 3 et 3'. Ceci permet de maitriser la température à l'intérieur de chacun de ces précalcinateurs, de façon à assurer une précalcination optimale ; et - un dernier flux 139 renvoyé vers le moyen d'alimentation 1 de cru, pour contribuer au séchage du cru, du combustible et/ou d'autres ajouts du ciment. Dans la configuration de production très élevée de la figure 2, la température des flux gazeux, décrits en référence à la figure 1, est sensiblement la même que ci-dessus. De plus, les autres flux gazeux possèdent typiquement des températures dans les plages suivantes: - flux 113' : de 300 à 1000°C. La fraction la plus chaude de ce flux est utilisée pour la combustion dans le précalcinateur 3', et la fraction la plus froide pour la dilution, en complément du flux 138', - effluent 132' du précalcinateur: de 750 à 950°C, - effluent 135 du cyclone : de 750 à 950°C, - effluent 136 du cyclone final : de 600 à 800°C, - effluents 137, 138, 138' et 139: de 200 à 300°C. Les débits des flux gazeux 111, 114, 131, 133 et 134, ainsi que des flux de matière 101, 105 et 106, sont sensiblement inchangés par rapport à la configuration de la figure 1. En revanche, le cru 102 et 102' est réparti entre les deux précalcinateurs 3 et 3', selon des débits sensiblement égaux. Cependant, des débits différents de cru peuvent être introduits dans les précalcinateurs respectifs. Le débit de comburant 113 dans le premier précalcinateur 3 est diminué par rapport à la configuration de la figure 1, tout comme le débit de combustible 121. En revanche, le débit de comburant 113' dans le second précalcinateur 3' est élevé, tout comme le débit de combustible 121'. Afin de compenser l'augmentation globale du débit de comburant (113 + 113'), le débit de purge gazeuse 112 est fortement réduit. Beaucoup d'air a été introduit dans le second précalcinateur 3', de façon à générer la chaleur requise pour la production d'électricité. Afin de maîtriser la température dans ce second précalcinateur 3', le flux de dilution 138' possède aussi un débit élevé. De plus, comme le flux aval 136 du cyclone final 5 possède un fort débit, ce flux 136 est dilué avec un flux recyclé 137 également de débit élevé. PA12009 Cette figure 2 illustre la notion de mise en parallèle des deux précalcinateurs 3 et 3' entre le moyen d'alimentation 1 et le four 8, par analogie avec les circuits électriques. Ce moyen d'alimentation et ce four constituent les noeuds d'un circuit, alors que les branches de ce circuit sont formées, d'une part, par les flux 102, 103 et 104 et, d'autre part, par les flux 102', 103' et 104'. Les deux précalcinateurs peuvent être assimilés à des résistances ou à des inductances. Dans cette situation de production, les gaz effluents 131 provenant du four sont renvoyés uniquement en direction du précalcinateur 3. De plus, le préchauffeur 2 reçoit uniquement les gaz effluents 133 provenant de ce même précalcinateur 3. Ceci permet de garder une indépendance entre le pilotage du procédé classique, tel que décrit à la figure 1, et le pilotage de la production d'électricité. La figure 3 illustre une configuration intermédiaire, où il est nécessaire de produire de l'électricité, mais en une quantité moins élevée que dans la configuration de la figure 2. Cette configuration intermédiaire correspond notamment à une situation où le réseau de distribution peut fournir uniquement une partie de l'électricité requise, ou encore à une situation où le réseau est inopérant mais où les besoins électriques globaux sont modérés. Ces besoins modérés correspondent typiquement à la production de clinker seul, soit environ la moitié de ceux requis pour la production de ciment, comme vu ci-dessus. Dans ce qui suit, seules les modifications entre les configurations des figures 2 et 3 vont être décrites. Afin de passer de la production très élevée à la production intermédiaire, les débits de comburant 113' et de combustible 121', vers le second précalcinateur 3', sont réduits. Etant donné que le débit de comburant 113 dans le premier précalcinateur 3 est sensiblement inchangé, le débit de purge gazeuse 112 est augmenté, tout en restant inférieur à la configuration de la figure 1. Moins d'air a été introduit dans le second précalcinateur 3', de sorte que les différents flux gazeux aval 132', 135, 136 ont un débit plus faible, tout comme le flux de dilution 138'. De plus, comme le flux aval 136 du cyclone final possède un débit moins élevé, le flux recyclé 137 présente également une valeur de débit réduite. Enfin le flux 139 renvoyé au moyen d'alimentation 1 présente également un débit plus bas, qu'en situation de production très élevée. Afin de passer de la production très élevée à la production intermédiaire, l'homme du métier peut faire varier d'autres paramètres que dans la présente description. De plus l'homme du métier peut faire varier les paramètres appropriés, afin de produire toute quantité d'électricité, entre les quantités respectivement intermédiaire et très élevée décrites ci-dessus. PA12009 L'installation de l'invention peut aussi produire une quantité d'électricité supérieure, voire bien supérieure à celle de la configuration de la figure 2. Le surplus d'électricité généré permet alors d'alimenter l'ensemble du site industriel, voire des lieux d'habitation situés à proximité de l'installation. Ce surplus peut également être utilisé par ailleurs, ou bien encore être vendu. Afin de produire ce surplus d'électricité, l'homme du métier peut faire varier les paramètres appropriés. EXEMPLE L'exemple suivant, donné à titre purement non limitatif, illustre un mode particulier de réalisation de l'invention. Le tableau ci-après mentionne le débit de chaque flux décrit ci-dessus, et la température des flux gazeux, pour chaque configuration C1, C2 et C3 (en référence aux figures 1, 2 et 3). Les unités sont les suivantes : - température en °C, - débits gazeux en Nm3 par kilogramme de clinker produit, - débits de matière en kilogramme par kilogramme de clinker produit, - débits de combustible en kilocalorie par kilogramme de clinker produit. FLUX Cl C2 C3 TEMPERATURE 111 2.00 2.00 2.00 ambiante 112 1.11 0.05 0.60 de 150 à 300 113 0.52 0.36 0.36 de 900 à 950 113' 0.00 1.22 0.67 de 300 à 950 114 0.37 0.37 0.37 957 131 0.48 0.48 0.48 1050 132 1.32 1.32 1.32 865 132' 0.00 1.63 0.84 865 133 1.32 1.32 1.32 865 134 1.41 1.41 1.41 320 135 0.00 1.65 0.84 865 136 0.00 2.54 1.31 650 137 0.00 0.89 0.47 250 138 0.00 0.26 0.26 250 138' 0.00 0.23 0.00 250 139 0.00 1.16 0.58 250 PA12009 FLUX Cl C2 C3 101 1.64 1.64 1.64 102 1.75 0.88 0.88 103 1.07 0.53 0.53 104 1.07 0.53 0.53 102' 0.00 0.88 0.88 103' 0.00 0.53 0.53 104' 0.00 0.53 0.53 105 1.00 1.00 1.00 106 1.00 1.00 1.00 FLUX Cl C2 C3 122 338 338 338 121 413 283 283 121' 0 495 314 TOTAL 750 1115 934 La configuration C2 permet de générer une puissance électrique de 137 KWh ramené à la tonne de clinker. Cette puissance correspond sensiblement à celle nécessaire pour la mise en oeuvre de l'ensemble du procédé de fabrication du ciment. L'installation de l'invention est donc de type « auto-suffisante », dans cette configuration. De plus la configuration C3 permet de générer une puissance électrique de 69 KWh ramené à la tonne de clinker, soit sensiblement la moitié de la puissance de la configuration C2. Cette puissance intermédiaire permet typiquement de mettre en oeuvre le procédé de fabrication du clinker seul. PA12009

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de production de clinker et d'électricité, comprenant les étapes suivantes : - introduire du cru (102, 102'), du combustible (121, 121') et du comburant (113, 113'), dans au moins deux précalcinateurs (3, 3') disposés en parallèle, - précalciner le cru à une température de 750 à 950°C, de façon à obtenir des gaz effluents de précalcination (132, 132') et un cru précalciné (103, 103'), - clinkériser le cru précalciné de façon à obtenir un clinker (105), - produire de la vapeur, par transmission de la chaleur d'au moins une partie des gaz effluents (132') provenant d'au moins un précalcinateur (3'), - produire de l'électricité (150) à partir de cette vapeur, au moyen d'un générateur électrique (6) comprenant une turbine à vapeur, - faire varier, pour au moins un précalcinateur, le débit de cru et/ou le débit de combustible et/ou le débit de comburant, pour faire varier la quantité d'électricité produite.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape d'introduction dans au moins un précalcinateur (3'), d'un flux gazeux de dilution (138'), ce flux étant notamment formé d'une partie des gaz effluents de précalcination ayant transmis leur chaleur.
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le cru est introduit pour une première partie (102) dans un premier précalcinateur (3), dit principal, et pour une autre partie (102') dans au moins un autre précalcinateur (3'), dit secondaire, et dans lequel seuls les gaz effluents de précalcination (132'), provenant du ou de chaque précalcinateur secondaire, transmettent leur chaleur pour produire de la vapeur.
4. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le cru précalciné est clinkerisé dans un four (8) et les gaz effluents (131) du four sont renvoyés seulement vers le précalcinateur principal (3), et seulement les gaz effluents (132) du précalcinateur principal sont renvoyés vers un préchauffeur (2), situé entre un moyen d'alimentation (1) en cru et ce précalcinateur principal. PA12009
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un combustible alternatif est introduit dans au moins un précalcinateur.
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les gaz effluents de précalcination (132') transmettent leur chaleur à une température de 600 à 800°C.
7. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les gaz effluents de précalcination (132') sont dilués, avant de transmettre leur chaleur, notamment au moyen d'une fraction (137) de ces gaz effluents de précalcination ayant transmis leur chaleur.
8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre les étapes suivantes : - refroidir le clinker dans un refroidisseur (9), - introduire de l'air (111) dans ce refroidisseur, - diriger de l'air effluent (113, 113'), en tant que comburant, de ce refroidisseur vers chaque précalcinateur, - extraire une purge gazeuse (112) de ce refroidisseur, - faire varier le débit de cette purge en fonction de la variation du débit de comburant vers chaque précalcinateur.
9. 9. Installation de production de clinker et d'électricité, comprenant : - un moyen d'alimentation (1) en cru, - un four (8) de clinkérisation de cru précalciné, - au moins deux précalcinateurs (3, 3') disposés en parallèle entre le moyen d'alimentation en cru et le four, adaptés pour précalciner du cru à une température de 750 à 950°C, chaque précalcinateur possédant : - des entrées respectives de cru, de combustible et de comburant, - une sortie de cru précalciné, - une sortie de gaz effluents de précalcination, reliée à des moyens d'évacuation de ces gaz effluents, - un générateur de puissance électrique (6) comprenant une turbine à vapeur et des moyens (7) de production de vapeur, lesquels sont reliés aux moyens d'évacuation des gaz effluents d'au moins un précalcinateur. PA1200910. Procédé de modification d'une installation de production de clinker, l'installation à modifier comprenant : - un moyen d'alimentation (1) en cru, - un précalcinateur (3) adapté pour précalciner du cru à une température de 750 à 950°C, ce précalcinateur possédant une entrée de cru reliée au moyen d'alimentation de cru, une entrée de combustible et de comburant, une sortie de cru précalciné, et une sortie de gaz effluents de précalcination, - un four (8) de clinkérisation du cru précalciné, relié à la sortie de cru précalciné, ce procédé de modification comprenant les étapes suivantes : - fabriquer au moins un autre précalcinateur (3'), dit secondaire, possédant des entrées de cru, de combustible et de comburant, une sortie de cru précalciné, et une sortie de gaz effluents de précalcination, - relier au moyen d'alimentation de cru, l'entrée de cru du ou de chaque précalcinateur secondaire, - relier au four, la sortie de cru précalciné du ou de chaque précalcinateur secondaire, - relier la sortie de gaz effluents de précalcination du ou de chaque précalcinateur secondaire, à des moyens (7) de production de vapeur appartenant à un générateur de puissance électrique (6). PA12009