LU82162A1 - Procede de recuperation de l'energie et des poussieres contenues dans les gaz d'un four rotatif a ciment et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Description

ILa présente invention concerne un procédé de récupération de l'énergie et des poussières contenues dans les gaz d'un four rotatif à ciment opérant par voie humide, dans lequel on introduit à l'une des extrémités une pâte destinée 5 à la formation de clinker, et qui progresse en direction de l'extrémité opposée, par le fond du four et en-dessous d'\*i courant de gaz de combustion progressant en sens inverse, au fur et à mesure de la rotation du four autour de son axe longitudinal, légèrement incliné. L'invention concerne égale-10 ment un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé.

Dans les fours de ce type actuellement en service, . on réalise l'échange calorifique entre les gaz et le bain de pâte au moyen d'une multitude de chaînes métalliques pendues B ou accrochées transversalement, en guirlandes, à l'intérieur 15 du four. Par suite de la rotation du four autour de son axe longitudinal, chacune de ces chaînes trempe, à intervalles réguliers, dans la pâte et lui cède la chaleur qu'elle a récupérée auparavant des gaz lorsqu'elle se trouvait dans la partie supérieure du four.

20 Toutefois, ces chaînes n'assurent pas un échange ca lorifique idéal entre les gaz et la pâte. En effet, le réseau des chaînes n'est pas uniforme et laisse subsister des passa- !ges importants pour les gaz, non seulement entre les chaînes et à travers leurs maillons, mais également entre la surface j 25 de la pâte et la partie inférieure du paquet de chaînes lors- | que celui-ci est suspendu au-dessus de la pâte.

En outre, les chaînes opérant dans de la pâte deve-' nant de plus en plus sèche au fur et à mesure qu'on s'éloi- f J gne de l'entrée du four, elles développent une quantité con- ! 30 sidérable de poussières qui est entraînée avec les gaz hors du four. Il en résulte une perte calorifique importante ! tant par la chaleur non récupérée des gaz que par les pous- | ' sières entraînées. En plus de cela, il faut récupérer les j poussières entraînées avec les gaz au moyen de systèmes de i 35 dépoussiérage encombrants et coûteux et ensuite, soit les |; réutiliser, soit les mettre en déblai, ce qui pose souvent de gros problèmes.

Ü t C'est là, avec la consommation d'énergie indispensa- ; J ble à l'évaporation de l'eau de la pâte, la deuxième raison c!-*···«*£ i - # - 2 - essentielle de la disparition des fours à voie humide au profit d'un autre type de four dit "à voie sèche" dont le bilan thermique est beaucoup plus favorable. Par conséquent, dans le cas des fours plus anciens du type décrit ci-dessus, 5 il faudra, soit engager des frais élevés de transformation d'un four à voie humide en un four à voie sèche, soit se résigner à poursuivre la production dans un four à consommation calorifique et, par conséquent, à prix de revient élevés.

Le but de la présente invention est de prévoir un 10 nouveau procédé assurant un meilleur échange thermique dans un four à voie humide et permettant une meilleure récupération des poussières contenues dans les gaz, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Autrement dit, le but essentiel de l'invention est une amélioration du bilan 15 thermique des fours à voie humide.

Afin d'atteindre cet objectif, le procédé selon l'invention est essentiellement caractérisé en ce que l'on forme dans le passage des gaz, au-dessus de la pâte et dans la région située en aval de l'extrémité par laquelle la pâte est intro-20 duite, des rideaux de pâte s'étendant sensiblement verticalement entre la voûte et le fond du four, pendant la rotation de celui-ci.

On forme ces rideaux en entraînant la pâte, par la rotation du four, du fond de celui-ci et on la déverse, à nou-25 veau, au fond lors du passage dans la partie supérieure du four. Ceci est réalisé avantageusement en admettant la pâte au fond du four dans des cavités prévues à cet effet dans la paroi du four et en vidant ces cavités de leur contenu lors du passage dans la région supérieure. La vidange de chacune 30 de ces cavités et le déversement de la pâte s'étale sensiblement sur la majorité de la durée de parcours de l'hémicycle supérieur, de façon que les rideaux ainsi formés soient constitués par des lames se déplaçant transversalement en balayant sensiblement toute la section du four au-dessus du fond de la 35 pâte.

Il est avantageux de former plusieurs rideaux successifs à recouvrement de lames pour obliger les gaz à suivre ! un trajet en chicane pour pouvoir traverser ces rideaux.

H Ce procédé permet la création d'un contact direct "" iP"/ * - 3 - ' I entre les gaz et la pâte et ceci, sur une surface beaucoup plus grande que dans les fours connus. En outre, le fait dlmposer au flux gazeux un trajet en chicane, par la forma-I tion de lames à recouvrement empêche non seulement un passage I 5 direct des gaz à travers les rideaux mais contribue également | à la séparation, par inertie, entre les poussières et les gaz j lorsque ces derniers sont déviés, d'un côté ou de l'autre par la lame qu'ils heurtent.

Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé est 10 essentiellement caractérisé par au moins une rangée de cavités prévues sur toute la circonférence du four, ces cavités étant pourvues de moyens pour admettre la pâte lorsqu'elles se trouvent au fond du four et pour dégager la pâte lorsqu'elles ; traversent la région supérieure du four.

15 Selon un mode de réalisation avantageux, ces cavités sont conçues comme pompes et pourvues à cet effet d'un organe

Ii ! aspirant et refoulant, coulissant à l'intérieur de la cavité.

; La communication entre les cavités et le four est en forme de I fente allongée orthogonale à l’axe de rotation du four.

20 Afin d'assurer le recouvrement des lames, on prévoit plusieurs, et au moins trois, séries juxtaposées de cavités disposées en quinconce.

D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description d'un mode de réalisation présenté 25 ci-dessous, a titre d'illustration et d'exemple non limitatif, en référence aux figures dans lesquelles :

La figure 1 montre une vue schématique en perspective d'un four selon la présente invention, ; La figure 2 montre une coupe transversale, au niveau j i 30 des cavités du four montré sur la figure 1, ! La figure 3 montre schématiquement une disposition avantageuse des cavités et,

La figure 4 montre schématiquement, en coupe transversale, les lames de pâte formées par les cavités disposées 35 selon la figure 3.

Sur la figure 1 on a représenté schématiquement un tronçon 6 d'un four à ciment à voie humide. Un tel four est j constitué essentiellement d'une paroi cylindrique 8 animée d'un mouvement rotatif autour de son axe longitudinal 0, lé- Δ— I« - 4 - q,·-. cernent incliné par rapport à l'horizontale. A l'extrémité supérieure de ce four, on introduit une pâte formée d'un mélange de calcaire et d'argile avec 30 à 40 % d'eau tandis qu'à l'extrémité opposée, on effectue la combustion nécessai-5 re au réchauffement de la matière jusqu'à 1450°C. Au fur et à mesure de la rotation du four, la pâte progresse d'une extrémité à l'autre tout en perdant l'excès d'eau et en subissant les réactions nécessaires à la formation du clinker que l'on extrait à l'extrémité inférieure. Les gaz de com-10 bustion circulent dans le sens opposé de celui de la pâte et au-dessus de celle-ci. Afin d'influencer favorablement le bilan thermique du processus, il est nécessaire d'assurer un échange calorifique optimal entre les gaz de combustion et la matière solide, notamment dans la région où celle-ci 15 se trouve dans un état pâteux qui rend la pénétration des gaz plus difficile.

Le tronçon 6 représenté sur la figure 1 se trouve à l'extrémité du four par laquelle on introduit la pâte qui est représentée sur les figures par la référence 10.

20 En vue de l'amélioration de l'échange calorifique entre la pâte 10 et les gaz circulant au-dessus de celle-ci, le tronçon 6 comporte, comme le montrent les figures 1 et 2 une série de cavités 16 qui entraînent, lors de la rotation du four, la pâte et forment au-dessus de celle-ci un rideau 12 25 composé de lames 14 de pâtes retombant de la voûte vers le fond du four.

Comme le montre plus en détail la figure 2, ces cavités 16 sont en fait des cylindres fixés sur la paroi 8 du four et communiquant avec l'intérieur de celui-ci à travers 30 des fentes 20 dans la paroi 8. Chacune des cavités 16 est conçue comme une sorte de pompe pourvue, à cet effet, d'un piston 18 aspirant et refoulant, coulissant à l'intérieur de la cavité 16.

Les pistons 18 de chacune des cavités 16 seront ac-35 tionnés par voie hydraulique ou pneumatique. A cet effet, chacun? des cavités 16 est reliée au moyen d'une conduite 22 à un système générateur de pression hydraulique ou pneumati- Îque, nen représenté en détail sur la figure, mais connu en soi, ce système générateur de pression étant conçu pour tourner en 5 - 5 - ι· t jjj même temps que le four. Ce système peut être actionné au moyen d'un moteur électrique 24 alimenté par des bagues conductrices 26 qui, lors de la rotation du four, glissent sur des pantographes 28 en vue de la prise de courant.

5 Chacune des cavités 16 est actionnée de telle manière que, dès qu'elles arrivent, par la rotation du four, au niveau du bain de pâte 10, une dépression hydraulique ou pneumatique entraîne le piston 18 au fond de la cavité 16. Ce mouvement coulissant du piston 18, conjugé avec le poids de la pâte 10 10 aspire et maintient celle-ci à l'intérieur de la cavité 16. Lorsque la rotation du four amène la cavité 16 dans l'hémi-, cycle supérieur, le piston 18 est mis sous pression de maniè re à refouler la pâte hors de la cavité et la faire tomber 1 verticalement, en forme de lames 14 sur le bain de pâte 10.

J 15 Le mouvement refoulant du piston 18 s'étale, de préférence * au moins sur un parcours de la cavité correspondant à un arc * de 120°, de façon que la lame de pâte reste formée suffisam- . ment longtemps et puisse balayer la majeure partie de la j section du four.

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1 20 Pour éviter un passage direct et en ligne droite du t I gaz entre les lames, il est préférable de prévoir plusieurs ,1 rangées de cavités et de ne pas aligner, dans le sens axial,

Iles cavités d'une rangée sur celles de l'autre.

La figure 3 montre une disposition simple avec trois 25 rangées de cavités disposées en quinconce.

La figure 4 montre la disposition des lames 14 résultant d'un tel arrangement des cavités 16. On voit que les s ' espaces entre les lames voisines d'une même rangée de cavités I sont masquées par les lames de la rangée adjacente de cavités, | 30 ce que l'on désignera par recouvrement des lames. Sur la J· ' figure 4, on a représenté par la flèche "F” le sens de dépla- i„; cernent des gaz et par "c” le trajet sinueux que les gaz sont ::î obligés de suivre pour contourner les lames en vue du passage || du triple rideau 12.

jij 35 II est à noter que les gaz contiennent dans la région π OÙ est prévu le rideau 12 d'énormes quantités de poussières en provenance des tronçons plus en aval du four, où la pâte ,1 I a perdu son humidité et où elle a été transformée en matière pulvérulente. Ces poussières ne peuvent suivre le trajet Λ - 6 - sinueux des gaz entre les lames 14 et sont séparées des gaz par voie d'inertie et finalement absorbées par la pâte des lames. Il en résulte un dépoussiérage des gaz et une récupération de la'chaleur accumulée par ces poussières.

5 II va sans dire que la surface de contact entre la pâte et les gaz se trouve considérablement augmentée par la formation des rideaux 12, ce qui entraîne une très forte baisse de la température de sortie des gaz, baisse correspondant à la chaleur récupérée par la pâte, ce qui signifie une économie 10 calorifique importante.

Les différentes rangées de cavités peuvent être disposées en couronnes ou en cercle, comme le montrent les figures 1 et 3. Elles peuvent également être disposées en spirale et former deux, trois ou plusieurs tours.

15 Quant à la forme des cavités, quoique cylindre à sec tion circulaire sur les figures, elle peut également être cylindrique à section ovale.

Un bilan théorique de la cuisson du clinker, confirmé d'ailleurs dans la pratique, montre qu'il faut approximative-20 ment 800 à 950 Kg/cal par kilo de clinker dans un four à voie sèche. Par contre, dans un four classique à voie humide, les besoins calorifiques pour produire un kilo de clinker peuvent atteindre 1400 à 1500 Kg/cal, parfois même davantage. Or, les mêmes calculs montrent qu'un four conçu selon la présente 25 invention permet de ramener les besoins calorifiques à environ 1050 à 1100 Kg/cal par kilo de clinker. Ceci équivaut à une économie calorifique supérieure à 100 thermies par tonne de clinker, ce qui représente un gain appréciable compte tenu de la production journalière d'environ 1000 tonnqs de clinker 30 pour un four de dimensions moyennes.

Grâce à cette économie rendue possible par le procédé et le dispositif proposés ci-dessus, les usines en voie humide qui, pour une raison ou une autre, n'ont pas eu l'opportunité de se transformer en voie sèche, pourront néanmoins 35 améliorer sensiblement leur consommation calorifique. Par ailleurs, il sera possible, dans le cas d’une usine neuve, de faire pencher la balance en faveur de la voie humide, J notamment lorsque les matières premières se prêtent mal à un séchage préalable ou que les conditions locales militent /> ‘

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i - 7 - ξ ; en faveur d'une technologie aussi simple que possible.

I On va maintenant présenter, ci-dessous, un exemple I d'un four équipé d'un dispositif de formation d'un rideau de i | pâte selon la présente invention. Pour ce faire, on utili- sera un four dont les caractéristiques sont les suivantes : Production : 1.000 tonnes par jour de clinker en voie humide;

Longueur : environ 110 mètres;

Diamètre du four : 3,80 mètres, soit 12 mètres de circonférence;

Vitesse de rotation : 1 tour en 45 secondes.

Les caractéristqiues du dispositif de production d'un rideau de pâte seront les suivantes ;

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fj Nombre de rangées de cavités : 4;

Type des cavités : cylindriques à section circulaire; Diamètre des cavités : 1 mètre;

Profondeur des cavités : 0,75 mètre; -i ij Nombre de cavités par rangée ï 12 cavités juxtapo- | sëes; l Longueur des fentes : 0,50 mètre; I Largeur des fentes : 1 cm.

Il est à noter que le choix de la largeur de la fente résulte d'un compromis entre le désir de rendre les lames p aussi minces que possible pour favoriser l'échange calorifi- ^ que entre les gaz et la pâte, d'une part, et la nécessité de h · rendre ces lames suffisamment épaisses pour qu'elles ne soient f, pas déviées par le courant de gaz et de poussières, d'autre i part.

I Une pression de refoulement de la pâte de 0,7 kilo Ï avec une densité de la pâte de 1,7 correspond à une hauteur |! ' de 3 mètres d'eau environ, ce qui, abstraction faite de la L viscosité de la pâte, donnerait une vitesse de refoulement de : Γ \j2gh = \/2 x 9,81 x 3 = 7,75 m/sec.

t En admettant que les pistons 18 soient actionnés sur 1 le parcours d'un arc de 120°, soit le tiers du tour, ou encore pendant 15 secondes, lors du passage dans l'hémicycle au-dessus du bain de pâte, le volume de pâte ainsi refoulé, par ·! f cavité sera : '· 0,5 x 0,01 x 7,77 x 15 0,58 m3.

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Par conséquent, les quatre rangées de 48 cavités, au total puisent à chaque tour de four, soit toutes les 45 se- 3 condes, 0,58 x 48 = 27,8 m de pâte dans le fond du four et 3 refoulent également ces 27,8 m sous la forme de rideaux de 5 pâte.

Or, pour produire environ 1.000 tonnes par jour de clinker, il faut environ 2.200 tonnes de pâte à une densité de 1,7. Par conséquent, la quantité de pâte à introduire à chaque tour de four ou toutes les 45 secondes est : 10 2.200 x 45 _ n rnn _3 1,7 x 86.400 “ 0,687 m *

En comparant cette dernière quantité à la quantité précitée de pâte entraînée à chaque tour par les cavités, on constate une relation de 1 à 40. Ceci revient pratiquement 15 à dire que dans un four équipé d'un dispositif de formation d'un rideau, tel que décrit ci-dessus, les échanges thermiques entre les gaz et la pâte sont multipliés par 40 par rapport à un four de même dimension, mais équipé du dispositif de formation du rideau de pâte.

20 En outre, dans le cas du rideau de pâte, les gaz viennent frapper perpendiculairement les lames de pâte, comme il a été dit plus haut, au lieu d'effleurer tangentiellement la surface du lac de pâte.

Enfin, deux facteurs supplémentaires méritent d'être 25 soulignés : - le rideau de pâte permet de supprimer les chaînes situées à l'extrême amont du four. D'où économie non négligeable d'investissement et surtout d'entretien.

- le fait de disposer, en amont du four d'une capta-30 tion efficace des poussières devrait permettre d'augmenter la surface des échangeurs (releveurs, croisillons,...) installés dans le four, en aval des chaînes, leur nombre, dans l'état actuel de la technique étant limité par la quantité de poussières dégagées : il devrait s'en suivre, indirectement, 35 une amélioration supplémentaire des échanges thermiques con-| tribuant à abaisser la consommation calorifique du four.

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Claims (3)

1. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vidange de chacune de ces cavités et le déversement de la pâte s'étalent sur la majorité de la durée de par-r 30 cours de l'hémicycle supérieur du four, de façon que les ri deaux ainsi formés soient constitués par des lames verticales se déplaçant transversalement en balayant sensiblement toute la section du four au-dessus du fond de la pâte. | 5. - Procédé selon l'une quelconque des revendications L· ^ 35. a 4, caractérisé en ce que l'on forme plusieurs rideaux successif s à recouvrement de lames, pour obliger les gaz à suivre un trajet en chicane pour pouvoir traverser ces rideaux, a ij Ij 6. - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé | _ selon les revendications 1 à 5, caractérisé par au moins une i| / ' - 10 - rangée de cavités (16) prévue sur toute la circonférence du four, ces cavités étant pourvues de moyens pour admettre la pâte (10) lorsqu'elles se trouvent au fond du four et pour dégager la pâte (10) lorsqu'elles traversent la région supérieure 5 du four.
2. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ces cavités (16) sont conçues comme pompes, et pourvues, à cet effet, d'un organe (18) aspirant et refoulant, coulissant à l'intérieur de la cavité (16) et en 10 ce que les cavités (16) communiquent avec l'intérieur du four à travers une fente allongée (20) orientée orthogonale-* ment par rapport à l'axe de rotation (Q) du four.
3. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé par au moins trois rangées jux- 15 taposées de cavités (16), les cavités (16) de chacune de ces rangées étant disposées en quinconce avec les cavités (16) de la ou des rangées juxtaposées. ^