WO2013093245A1 - Dispositif de détection des risques de blocage d'un cyclone dans la fabrication du ciment - Google Patents

Dispositif de détection des risques de blocage d'un cyclone dans la fabrication du ciment Download PDF

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WO2013093245A1
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cyclone
blockage
cement
electromagnetic waves
manufacture
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Inventor
Anis HAIDER
Jimmy ROUX
Philippe DAVIN
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Iteca Socadei Sas
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C11/00—Accessories, e.g. safety or control devices, not otherwise provided for, e.g. regulators, valves in inlet or overflow ducting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/14—Construction of the underflow ducting; Apex constructions; Discharge arrangements ; discharge through sidewall provided with a few slits or perforations

Definitions

  • the present invention relates to the manufacture of cement and in particular the preheating cyclones used for the preparation of the clinker and particularly relates to a device for detecting the risks of blocking a cyclone.
  • the usual cements are made from a mixture of about 80% limestone (CaCO 3) and about 20% clay (SiO 2 -Al 2 O 3). Depending on the origin of the raw materials, this mixture can be corrected by adding bauxite, iron oxide or other materials providing the required alumina and silica.
  • Limestone and clay are extracted from quarries, then crushed, homogenized, heated to high temperature (1450 ° C) in a rotary kiln.
  • the product obtained after rapid cooling (quenching) is the clinker which is finely ground to obtain the cement.
  • the powder (flour) obtained after the crushing is sent to an exchanger which is a preheating or pre-calcination tower consisting of cyclones.
  • a cyclone hot gases, mainly from the fumes released by the furnace and circulating from bottom to top, heat up the raw flour flowing from top to bottom, by gravity.
  • the flour heats up above 800 ° C and decarbonates releasing carbon dioxide (CO2).
  • CO2 carbon dioxide
  • the cyclone exchanger generally consists of several stages of cyclones, in general 4. This number of stages constitutes the best compromise between investment cost and operating cost with a low cost of thermal energy. The number of stages can be increased to 5 and even 6 in configurations where the relatively dry raw materials do not require a very important heat input to carry out their drying.
  • the 4 - stage exchanger balances the heat available in the exhaust gases from the heat exchanger between 350 and 380 ° C and the heat requirement to evaporate the moisture of raw materials to 8 or 9% water.
  • the flour whose temperature can reach more than 900 ° C, is found in different forms.
  • the material in the tower can be enriched with SO2 or Cl, or alkali, which can promote the formation of concretions that can plug the cyclone.
  • the detection time is crucial since it determines the nature of the corrective action to be applied.
  • the cyclone is equipped with air guns capable of suppressing clogging if they are taken in time. But a production stoppage is often expected for a response time of more than a few minutes. In this case, a particularly dangerous manual intervention for the personnel (exposure temperatures and presence of quicklime) can be carried out.
  • the human impact is significant since it is the leading cause of death in the cement industry.
  • the detection method must be non-contact and must be able to take place behind the heat shields lining the inside of the cyclone.
  • a detection method described in Japanese Patent JP 11 262692 consists in using an ionizing source of gamma rays which are detected by a sensor after attenuation by the material in the cyclone, so that it is possible to detect a possible blockage of the cyclone.
  • this method has several disadvantages. Indeed, gamma rays that have a frequency greater than 10 19 Hertz, can detect objects smaller than one hundredth of a micron. It is therefore to use a useless and expensive means for detecting at most clumps resulting from the accumulation of material on the inner wall of the cyclone having a size of several cm.
  • both electromagnetic waves that are gamma rays are effective for the detection of microscopic objects, they are also not suitable for detecting objects centimeter size.
  • the object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks by providing a device for detecting the risks of blocking a cyclone by radiometry without using ionizing rays such as gamma rays.
  • the main object of the invention is therefore a device for detecting the risks of blocking a cyclone in the manufacture of cement comprising an emitter of electromagnetic waves and an electromagnetic wave sensor.
  • the transmitter is adapted to emit electromagnetic waves through the cyclone and the sensor is adapted to capture attenuated electromagnetic waves after the cyclone has passed so as to detect the presence of material clusters on the inner wall of the cyclone or its blockage .
  • the device is characterized in that the electromagnetic waves are microwaves.
  • FIG. 1 which schematically represents a cyclone in a cyclone exchanger used for the pre-calcination of the clinker
  • FIG. 2 is a block diagram of the device for detecting the risks of blocking a cyclone according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a cyclone 10 forming part of a heat exchanger. Although only one cyclone is shown, a heat exchanger typically comprises 4, 5 or 6 superimposed cyclones.
  • the hot gases which are generally fumes coming from the rotary kiln used for cooking the clinker, arrive from bottom to top in the duct 12, according to the arrow 14, coming from the lower cyclone.
  • the powdered material or meal from the upper cyclone is supplied via line 16 along arrow 18.
  • the hot gases drive the flour into line 12 to cyclone 10 where the flour is rotated cyclically at the same time as it descends to the bottom of the cyclone.
  • the hot gases exit through the opening 20 in the top of the cyclone, according to the arrow 22, to the upper cyclone.
  • the flour is discharged through the opening 24, according to the arrow 26, to the lower cyclone.
  • a device for detecting the risks of blocking the cyclone is installed outside on the cyclone.
  • This device comprises two elements: an electromagnetic microwave transmitter 28 and a microwave sensor 30 placed on the cyclone on either side of the lower part of the conical cyclone.
  • the transmitter 28 emits signals whose frequency is between 10 9 10 hertz and 5.10 and preferably between 7.10 9 and 10 10 Hz.
  • the microwaves emitted by the transmitter 28 and which pass through the cyclone make it possible to detect clusters resulting from flour accumulation of a size ranging from a few cm to several tens of cm.
  • the transmitter is inside a housing preventing microwaves from reaching the outside. But, it is not necessary to use thick protective walls of an absorbent material as is the case of a gamma ray emitter.
  • the sensor 30 receiving the microwaves emitted by the transmitter 28 detects whether these microwaves have been attenuated by absorption due to clusters of material in the cyclone.
  • the sensor 30 transmits the value of the received signal to a connected 32 to a display device 34 enabling an operator to determine whether they are mere clumps of material on the inner wall of the cyclone or an obstruction.
  • cyclone in which case there is a blockage, which requires intervention by the operator to either stop the installation or take corrective action.
  • the processor 32 can transmit directly via the line 36, without intervention of the operator, the start of an air gun (or air shock) located inside. cyclone if it is a cluster on the wall of the cyclone, or transmit directly via line 38, without intervention of the operator, a control signal of the stop of the installation if it is a blockage of the latter.

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Abstract

Dispositif de détection des risques de blocage d'un cyclone (10) dans la fabrication du ciment comprenant un émetteur d'ondes électromagnétiques (28) et un capteur d'ondes électromagnétiques (30). L'émetteur est adapté pour émettre des ondes électromagnétiques à travers le cyclone et le capteur est adapté pour capter les ondes électromagnétiques atténuées après la traversée du cyclone de façon à détecter la présence d'amas résultant de l'accumulation de matière dans le cyclone ou son blocage. Le dispositif est caractérisé en ce que les ondes électromagnétiques sont des micro-ondes.

Description

Dispositif de détection des risques de blocage d'un cyclone dans la fabrication du ciment
Domaine de l'invention
La présente invention concerne la fabrication du ciment et en particulier les cyclones de préchauffage utilisés pour l'élaboration du clinker et concerne particulièrement un dispositif de détection des risques de blocage d'un cyclone.
Etat de la technique
Les ciments usuels sont fabriqués à partir d'un mélange composé d'environ 80% de calcaire (CaC03) et d'environ 20% d'argile (SÎ02-A1203 ) . Selon l'origine des matières premières, ce mélange peut être corrigé par apport de bauxite, oxyde de fer ou autres matériaux fournissant le complément d'alumine et de silice requis.
Le calcaire et l'argile sont extraits des carrières, puis concassés, homogénéisés, portés à haute température (1450°C) dans un four rotatif. Le produit obtenu après refroidissement rapide (la trempe) est le clinker qui est finement broyé de façon à obtenir le ciment.
Avant la cuisson haute température dans le procédé par voie sèche, la poudre (farine) obtenue après le concassage est envoyée dans un échangeur qui est une tour de préchauffage ou pré-calcination constituée de cyclones. Dans un cyclone, des gaz chauds provenant principalement des fumées dégagées par le four et circulant de bas en haut, réchauffent la farine crue qui circule de haut en bas, par gravité. La farine s'échauffe au delà de 800 °C environ et se décarbonate en libérant du gaz carbonique (C02) . La farine chaude pénètre ensuite dans le four rotatif où elle est transformée en clinker sous l'effet d'une flamme de 2000 °C.
L' échangeur à cyclones est généralement constitué de plusieurs étages de cyclones, en général 4. Ce nombre d'étages constitue le meilleur compromis entre coût d'investissement et coût d'exploitation avec un faible coût de l'énergie thermique. Le nombre d' étages peut être porté à 5 et même 6 dans les configurations où les matières premières relativement sèches ne nécessitent pas un apport thermique très important pour effectuer leur séchage. L' échangeur à 4 étages permet l'équilibre entre la chaleur disponible dans les fumées sortant de l' échangeur entre 350 et 380 °C et le besoin en chaleur pour évaporer l'humidité de matières premières à 8 ou 9 % d'eau.
A l'intérieur d'un cyclone, la farine, dont la température peut atteindre plus de 900°C, se retrouve sous différentes formes .
En fonction des combustibles utilisés et de la nature des matières premières, la matière dans la tour peut s'enrichir de S02 ou de Cl, ou d'alcalins, qui peut favoriser la formation de concrétions qui peuvent colmater le cyclone. Le délai de détection est crucial puisqu'il détermine la nature de l'action corrective à appliquer. Le cyclone est muni de canons à air capables de supprimer les colmatages s'ils sont pris à temps. Mais un arrêt de production est souvent à prévoir pour un délai d'intervention supérieur à quelques minutes. Dans ce cas, une intervention manuelle particulièrement dangereuse pour le personnel (températures d'expositions et présence de chaux vive), peut être effectuée. L'impact humain est significatif puisqu'il s'agit de la première cause de décès dans le milieu cimentier .
On a donc songé à utiliser une méthode de détection du bourrage qui évite l'intervention humaine. Etant donné la température de l'enceinte du cyclone, la méthode de détection doit obligatoirement être sans contact et doit pouvoir s'effectuer derrière les écrans thermiques qui tapissent l'intérieur du cyclone.
Une méthode de détection décrite dans le brevet japonais JP 11 262692 consiste à utiliser une source ionisante de rayons gamma qui sont détectés par un capteur après atténuation par la matière se trouvant dans le cyclone, de sorte qu'il est possible de détecter un éventuel blocage du cyclone. Malheureusement, cette méthode présente plusieurs inconvénients. En effet, les rayons gamma qui ont une fréquence supérieure à 1019 Hertz, permettent de détecter des objets d'une taille inférieure au centième de micron. C'est donc utiliser un moyen inutile et dispendieux pour détecter au plus des amas résultant de l'accumulation de matière sur la paroi interne du cyclone ayant une taille de plusieurs cm. En outre, autant les ondes électromagnétiques que sont les rayons gamma sont efficaces pour la détection d'objets microscopiques, autant ils ne sont pas adaptés pour la détection d'objets de taille centimétrique .
Mais l'inconvénient majeur des rayons gamma est leur nocivité. Il faut en effet confiner l'émetteur de rayons gamma dans une enceinte à parois épaisses et absorbantes pour éviter le danger que représente pour un opérateur une exposition aux rayons gamma. C'est d'ailleurs pour cette raison que l'utilisation de rayons gamma sera interdite dans un proche avenir .
Exposé de l' invention
C'est pourquoi, le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités en fournissant un dispositif de détection des risques de blocage d'un cyclone par radiométrie sans faire appel à des rayons ionisants tels que des rayons gamma.
L'objet principal de l'invention est donc un dispositif de détection des risques de blocage d'un cyclone dans la fabrication du ciment comprenant un émetteur d'ondes électromagnétiques et un capteur d'ondes électromagnétiques. L'émetteur est adapté pour émettre des ondes électromagnétiques à travers le cyclone et le capteur est adapté pour capter les ondes électromagnétiques atténuées après la traversée du cyclone de façon à détecter la présence d'amas de matière sur la paroi interne du cyclone ou son blocage. Le dispositif est caractérisé en ce que les ondes électromagnétiques sont des micro-ondes. Description brève des dessins
Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en référence.
La figure 1 qui représente schématiquement un cyclone dans un échangeur à cyclones utilisé pour la pré-calcination du clinker, et
La figure 2 est un bloc diagramme du dispositif de détection des risques de blocage d'un cyclone selon un mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de l'invention
La figure 1 représente un cyclone 10 faisant partie d'un échangeur de chaleur. Bien qu'un seul cyclone soit représenté, un échangeur de chaleur comprend généralement 4, 5 ou 6 cyclones superposés .
Les gaz chauds qui sont généralement des fumées provenant du four rotatif utilisé pour la cuisson du clinker, arrivent de bas en haut dans le conduit 12, selon la flèche 14, en provenance du cyclone inférieur. La matière en poudre ou farine provenant du cyclone supérieur est fournie par le conduit 16 selon la flèche 18. Les gaz chauds entraînent la farine dans le conduit 12 vers le cyclone 10 où la farine est entraînée en rotation de façon cyclonique en même temps qu'elle descend vers le bas du cyclone. Les gaz chauds sortent par l'ouverture 20 dans le haut du cyclone, selon la flèche 22, vers le cyclone supérieur. En bas du cyclone 10, la farine est évacuée par l'ouverture 24, selon la flèche 26, vers le cyclone inférieur.
Conformément à l'objet de l'invention, un dispositif de détection des risques de blocage du cyclone est installé à l'extérieur sur le cyclone. Ce dispositif comprend deux éléments : un émetteur de micro-ondes électromagnétiques 28 et un capteur de micro-ondes 30 placés sur le cyclone de part et d'autre de la partie inférieure du cyclone de forme conique. L'émetteur 28 émet des signaux dont la fréquence se situe entre 109 et 5.1010 hertz et de préférence comprise entre 7.109 et 1010 hertz. En rappelant que la taille d'un objet à détecter par une onde électromagnétique doit être au moins égale à la longueur d'onde de cette onde, les micro-ondes émises par l'émetteur 28 et qui traversent le cyclone permettent de détecter des amas résultant d'accumulation de farine d'une taille allant de quelques cm à plusieurs dizaines de cm.
A noter que, à l'instar d'un four micro-ondes, l'émetteur est à l'intérieur d'un boîtier empêchant les micro-ondes de parvenir à l'extérieur. Mais, il n'est pas nécessaire d'utiliser des parois de protection épaisses en un matériau absorbant comme c'est le cas d'un émetteur de rayons gamma.
En référence à la figure 2, le capteur 30 recevant les micro-ondes émises par l'émetteur 28, détecte si ces micro-ondes ont été atténuées par absorption due à des amas de matière dans le cyclone. Le capteur 30 transmet la valeur du signal reçu à un 32 connecté à un dispositif d'affichage 34 permettant à un opérateur de déterminer s'il s'agit de simples amas de matière se trouvant sur la paroi interne du cyclone ou d'une obstruction totale du cyclone, auquel cas il y a blocage, ce qui nécessite une intervention par l'opérateur pour soit arrêter l'installation ou prendre des mesures correctives.
Selon un mode de réalisation spécifique de l'invention, le processeur 32 peut transmettre directement par la ligne 36, sans intervention de l'opérateur, la mise en marche d'un canon à air (ou air choc) se trouvant à l'intérieur du cyclone s'il s'agit d'amas sur la paroi du cyclone, ou transmettre directement par la ligne 38, sans intervention de l'opérateur, un signal de commande de l'arrêt de l'installation s'il s'agit d'un blocage de ce dernier.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de détection des risques de blocage d'un cyclone (10) dans la fabrication du ciment comprenant un émetteur d'ondes électromagnétiques (28) et un capteur d'ondes électromagnétiques (30), ledit émetteur étant adapté pour émettre des ondes électromagnétiques à travers ledit cyclone et ledit capteur étant adapté pour capter les ondes électromagnétiques atténuées après la traversée dudit cyclone de façon à détecter la présence d' amas de matière sur la paroi dudit cyclone ou son blocage;
Le dit dispositif étant caractérisé en ce que lesdites ondes électromagnétiques sont des micro-ondes.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel lesdites micro-ondes ont une fréquence comprise entre 109 et 5.1010 hertz .
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel lesdites micro-ondes ont une fréquence comprise entre 7.109 et 1010 hertz .
4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel ledit émetteur (28) et ledit capteur (30) sont placés à l'extérieur sur ledit cyclone (10), de part et d'autre de la partie basse de forme conique dudit cyclone.
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