FR2559475A1 - Procede et installation pour cuire des matieres capables de s'agglomerer par frittage, telles que clinker de calcaire, dolomie ou autres mineraux contenant des matieres premieres analogues - Google Patents

Abstract

SELON CE PROCEDE, ON AJOUTE DE LA FARINE CRUE EN TANT QU'AGENT REFROIDISSANT AU CLINKER DANS L'ETAGE DE REFROIDISSEMENT. L'INSTALLATION COMPORTE UN PRECHAUFFEUR 1, 1 DE FARINE CRUE, DONT LA SORTIE DE MATIERE DEBOUCHE DANS UN CALCINATEUR 7, DONT LA SORTIE DE MATIERE DEBOUCHE DANS UN DISPOSITIF DE CUISSON 5, DONT LA SORTIE DE MATIERE DEBOUCHE DANS UN DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT D. CELUI-CI COMPORTE UN PREREFROIDISSEUR 13 ET UN REFROIDISSEUR FINAL 14 SEPARES. LE PREREFROIDISSEUR 13 COMPORTE UN DISPOSITIF 15 POUR L'INTRODUCTION DOSEE DE FARINE CRUE. L'INSTALLATION EST APPLICABLE EN PARTICULIER A LA FABRICATION DE CLINKER DE CIMENT PORTLAND BLANC.

Description

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour cuire des matières

capables de s'agglomérer par frittage,telles que du clinker de calcaire, dolomie ou d'autres minéraux contenant des matières premières analogues, o les matières premières sous forme de farine crue sont préchauffées dans un étage de préchauf- fage, calcinées dans un étage de calcination, cuites dans un étage de cuisson en matière agglomérée par frittage telle que du

clinker et refroidies enfin dans un étage de refroidissement.

Il est connu de cuire des matières capables de s'agglo-

mérer par frittage en les isolant autant que possible contre

l'accès de l'oxygène, en vue de la protection contre des phéno-

mènes d'oxydation indésirables, en produisant la cuisson sous conditions réductrices par exemple, et de les protéger également contre l'accès d'oxygène lors du refroidissement. Comme exemple,

on peut citer notamment la fabrication de ciment blanc.

Dans un procédé connu de ce type, du clinker est arrosé avant la sortie du four avec un réducteur, de l'huile par exemple,

puis trempé à l'eau pour le refroidissement (brevet DE 11 78 769).

L'inconvénient est que pratiquement toute l'énergie calorifique

du clinker chauffé à environ 14500C est perdue.

Un autre inconvénient grave du procédé connu est qu'une partie de la vapeur d'eau produite par l'eau de refroidissement

pénètre dans le four de cuisson et réduit de ce fait la tempéra-

ture de la flamme. Pour cette raison, on prévoit parfois des dispositifs supplémentaires pour l'évacuation par aspiration de

la vapeur d'eau. Ceci augmente cependant le coût de l'installa-

tion et altère le bilan énergétique. En fin de compte, la vapeur d'eau dans le four rotatif conduit à des besoins énergétiques accrus à la cuisson et à une diminution du débit horaire du four, de sorte que les dimensions de celui-ci doivent être augmentées en conséquence. Le tout se traduit par une diminution très sensible

de la rentabilité du procédé connu et, par suite, par un renché-

rissement correspondant du produit final.

Un autre procédé connu, à l'aide duquel le refroidis-

sement du clinker cuit doit être effectué à l'abri de l'oxygène et l'entrée de vapeur d'eau dans le four de cuisson doit être empêchée, prévoit le refroidissement brusque du clinker dans un bain d'eau, d'o il est rapidement évacué par un transporteur à raclettes. Ceci présente l'inconvénient supplémentaire que le clinker absorbe de l'eau jusqu'à une teneur de 10 à 12 % et doit être soumis à un séchage supplémentaire, ce qui demande de l'éner-

gie calorifique supplémentaire. De plus, cette teneur d'eau con-

duit à une diminution de la résistance mécanique du ciment fabri-

qué d'un tel clinker puisqu'une certaine hydratation est inévi-

table (brevet GB 331 584).

L'invention vise à indiquer un procédé et un dispositif pour cuire des matières capables de s'agglomérer par frittage, telles que du clinker de calcaire, dolomie ou d'autres minéraux contenant des matières premières analogues, du type mentionné au début, qui sont perfectionnés, comparativement aux procédés connus, de manière que les inconvénients, difficultés et limites

techniques mentionnés soient vaincus. En particulier, l'inven-

tion doit éviter les pertes de chaleur comme celles qui sont inévitables lors du refroidissement brusque à l'eau du clinker à l'abri de l'oxygène par exemple. L'altération de la productivité de l'étage de cuisson par l'entrée de vapeur de l'eau doit être évitée totalement et l'invention doit au contraire produire un accroissement notable de la productivité de l'étage de cuisson

par la mise à disposition d'une part d'air de combustion secon-

daire chaud et d'autre part de farine crue complètement calcinée

et surchauffée,de préférence au-delà de la température de calci-

naton. Globalement, tout en assurant un isolement aussi poussé

que possible de la matière traitée thermiquement vis-à-vis d'in-

fluences nuisibles de l'oxygène, la rentabilité du produit doit

être améliorée de manière significative pour une qualité de pro-

duit optimale. L'invention vise à réaliser en outre une économie en énergie primaire de l'ordre de grandeur-de 30 % par rapport

aux procédés mentionnés dans ce qui précède.

Selon l'invention, ces résultats sont obtenus, avec un procédé du type mentionné au début, par le fait que l'on ajoute de la farine crue comme agent refroidissant au clinker dans

l'étage de refroidissement.

L'invention pallie de façon sûre les inconvénients qui se produisent obligatoirement dans le processus de fabrication

connu de ciment portland blanc par exemple.

Alors que le clinker refroidi à l'air par exemple, même si l'on utilise des matières premières sélectionnées avec soin et présentant de très faibles teneurs en métaux oxydables, présente l'inconvénient prononcé de subir une altération de son degré de blancheur, le refroidissement indirect - par suite de mauvais

coefficients de transmission de chaleur et de problèmes méca-

niques - conduit à des processus irrationnels et par conséquent

à un produit onéreux, l'utilisation de gaz inertes ou de réduc-

teurs organiques comme agents refroidissants nécessite des dispo-

sitifs supplémentaires considérables, lesquels sont également à

l'origine de problèmes de sécurité, l'invention évite ces incon-

vénients comme les conséquences économiquement défavorables du

refroidissement brusque du clinker dans un bain d'eau.

Le procédé selon l'invention est peu compliqué et,

puisque la farine crue est disponible de toute manière, écono-

miquement avantageux et utile. Comme une étude effectuée dans le cadre de l'invention sur la base d'un calcul du bilan thermique l'a montré, le procède selon l'invention permet une économie

d'environ 30 % d'énergie primaire comparativement à un refroidis-

sement brusque du clinker dans un bain d'eau.

Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé est appli-

qué à la cuisson de ciment blanc.

Il ressort de ce qui précède que l'application du pro-

cédé selon l'invention à la fabrication de ciment portland blanc apporte des avantages particuliers et constitue de ce fait une application avantageuse. Le procédé n'est cependant nullement limité à cette application. Par exemple, il est utilisable de manière générale à la fabrication d'autres matières sensibles à l'oxydation, dans la mesure o une installation adéquate est

prévue à cet effet.

Selon un mode de mise en oeuvre, le préchauffage et une calcination partielle d'une partie de la farine crue s'effectuent dans l'étage de refroidissement. Il est avantageux, en particulier lors de la calcination partielle de la farine crue, que des gaz

ou des vapeurs soient libérés, tels que CO2 ou H20, qui établis-

sent dans le lit de refroidissement une atmosphère qui est pour

le moins inerte et qui produisent de ce fait le rejet d'oxygène.

L'invention prévoit en outre le partage de l'étage de refroidissement en un étage de prérefroidissement et en un étage de refroidissement final et que de la farine crue est utilisée en

tant qu'agent refroidissant dans l'étage de prérefroidissement.

En raison de ce partage de l'étage de refroidissement,

l'échange de chaleur entre le clinker et la farine crue se ter-

mine à une température limite prévue à cet effet et crée une possibilité simple d'extraire du processus de refroidissement la farine crue chauffée jusqu'à cette température limite et de la diriger en vue de son traitement thermique consécutif dans le

processus de cuisson.

Un mode de mise en oeuvre prévoit en outre l'utilisation

de farine crue comme agent refroidissant dans l'étage de prére-

froidissement et l'utilisation de l'air comme agent refroidissant

dans l'étage de refroidissement final.

Il est avantageux d'utiliser l'air comme agent refroi-

dissant dans une plage de température o le processus de refroi-

dissement et de crystallisation de la matière agglomérée est suffisamment avancé pour qu'une influence nuisible par oxydation n'est plus à craindre ou seulement dans une si faible mesure que

des modifications nocives-de la matière ne sont plus possibles.

L'utilisation de l'air comme agent refroidissant a l'avantage que ce caloporteur réintroduit la chaleur sensible prélevée du clinker sans problèmes dans le processus thermique. Par exemple, l'air chauffé peut être introduit en tant qu'air de combustion dans le

calcinateur.

Un mode de mise en oeuvre avantageux prévoit la créa-

tion d'un mouvement de brassage intense entre la farine crue et le clinker afin d'intensifier l'échange thermique entre le clinker

et la farine.

Il est proposé en outre d'utiliser comme agent refroi-

dissant un composant à forte perte par calcination de la farine

crue, tel que le carbonate de calcium,ou d'ajouter un tel compo-

sant. On obtient alors un effet de refroidissement étonnamment avantageux par l'utilisation d'une propriété du carbonate de calcium, selon laquelle, après échauffementà environ 790 à 900 C, il s'établit un point de maintien de la température o se produit la décompostion du composé chimique avec libération de C02, avant

que la température de la matière n'augmente davantage. La quan-

tité d'énergie endothermique nécessaire à cet effet est très élevée, environ 2100 à 2500 kJ/kg (500 à 600 kcal/kg) (suivant les caractéristiques minéralogiques). L'énergie calorifique sensible d'une farine crue h 900 C ne représente au contraire

qu'environ 880 kJ/kg (210 kcal/kg).

Partant de ces constations, un mode de mise en oeuvre

prévoit le refroidissement du clinker, dans l'étage de prérefroi-

dissement, de la température de cuisson jusqu'à environ 900 C.

Ensemble avec le mouvement de brassage intense, l'important

besoin en énergie de la farine crue produit, lors de sa désaci-

dification, un refroidissement très intense et par conséquent rapide du clinker, jusqu'à la température limite prévue d'environ

900 C. Pour cette raison, un composant à for-te perte par calci-

nation de la farine crue, en particulier du carbonate de calcium,.

représente un agent refroidissant hautement efficace. La désaci-

dification de cette matière lie environ 50 % plus d'énergie que les mélanges de farine crue habituels. Le carbonate de calcium a

en outre l'avantage qu'il présente une moindre tendance ou con-

tribution au collage de granules de clinker chauds respectivement à leur agglomération, de sorte que sa séparation du clinker ne

présente pas de problèmes.

Un mode de mise en oeuvre prévoit en outre l'établisse-

ment d'une atmosphère réductrice dans l'étage de prérefroidisse-

ment afin d'empocher efficacement les phénomènes d'oxydation du clinker. Ceci est réalisable de manière avantageuse en ajoutant du combustible fossile sous une forme quelconque en mélange avec

la farine crue employée comme agent refroidissant. Il est pos-

sible, par exemple, d'utiliser comme agent refroidissant une farine crue contenant du calcaire bitumineux. Il est avantageux de prévoir l'établissement d'une atmosphère réductrice, lors du refroidissement, dans tous les cas o une atmosphère de gaz inerte ne suffit pas, par exemple pour refroidir le clinker sans altération de la couleur, ou lorsqu'une oxydation partielle a déjà eu lieu, qu'il s'agit d'éliminer par une réduction. Le com-

bustible ajouté en mélange selon l'invention lie,à hautes tem-

pératures,tout oxygène pouvant être atteint. Des fractions vola-

tiles pouvant se consumer du combustible sont expulsées et, dans la mesure o elles ne sont pas oxydées dans le prérefroidisseur, brulées utilement après la sortie de l'étage de cuisson et/ou de

l'étage de calcination. Le chauffage du combustible et l'expul-

sion des constituants volatiles, ainsi que le craquage, consom-

ment en outre de l'énergie thermique supplémentaire, qui est également extraite du clinker. En raison de ces consommations

énergétiques à action refroidissante par les réactions endother-

miques mentionnées, on obtient déjà un refroidissement efficace du clinker avec une addition de 0,2 à 0,5, de préférence de

0,3 kg de farine crue par kg de clinker comme agent refroidissant.

Il est avantageux de choisir la quantité de farine crue ajoutée en mélange de manière qu'un équilibre de températures'établisse aux environs de la température de calcination par équilibrage des

énergies calorifiques du clinker et de l'agentrefroidissant.

On obtient ainsi l'avantage d'une désacidification

poussée de la farine crue utilisée comme agent refroidissant.

L'invention prévoiJt en outre de séparer le clinker-

prérefroidi et la farine crue chauffée, après le passage par l'étage de prérefroidissement, de préférence par un effet de triage dans un flux gazeux, d'introduire ensuite le clinker dans l'étage de refroidissement final et d'introduire la farine crue dans l'étage de calcination; Il est avantageux de produire cette

séparation de clinker et de farine crue préchauffée ou désacidi-

fiée en introduisant le mélange, après la sortie de létage de prérefroidissement, dans le courant d'air effluent chaud montant de l'étage de refroidissement final et en réalisant la separation

par l'effet de triage ainsi produit. On obtient ainsi une sépa-

ration efficace qui a l'avantage de ne pas nécessiter un

dispositif de séparation particulier.

La décomposition du mélange de farine et de clinker en ses composants initiaux par triage dans un flux gazeux est également avantageuse parce que, comme le montre l'expérience, le clinker possède une répartition granulométrique qui ne présente

qu'un faible chevauchement avec celle de la farine crue.

Il est prévu en outre que les courants de farines

préchauffées et partiellement calcinées de l'étage de préchauf-

fage et de l'étage de prérefroidissement sont réunis dans l'étage de calcination. Il est avantageux que l'énergie calorifique du clinker refroidi, transmis à l'agent refroidissant, soitconservée pratiquement sans pertes dans le système thermique du processus

de cuisson.

Les courants de matière suivants se réunissent dans le calcinateur:

- air de combustion préchauffé de l'étage de refroidis-

sement final, - farine crue désacidifiée en majeure partie,contenue dans cet air et séparée par un effet de triage du clinker partiellement refroidi,

- - gaz inerte et, éventuellement, fractions de combus-

tible de l'étage de prérefroidissement, -combustible nécessaire à la calcination de la partie restante de la matière à cuire,

- et, en cas d'exécution à une ligne de l'étage de pré-

chauffage de la farine crue, du gaz effluent de l'étage de cuisson ainsi que, éventuellement, de l'air de combustion supplémentaire obtenu par échange

thermique indirect avec du gaz effluent.

En cas d'application du procédé selon l'invention à la fabrication de ciment portland blanc, la farine crue, pauvre en phase fusible, a moins tendance à coller que d'autres sortes de

ciment aux températures supérieures à la température de calcina-

tion. Il est par conséquent possible, selon un autre mode de mise en oeuvre propose, sans que cela présente un risque pour le déroulement sans perturbations du processus, d'effectuer une calcination complète dans l'étage de calcination et, en plus, de

chauffer la matière au-delà de la température de calcination.

En cas d'exécution de l'étage de préchauffage à deux lignes ou deux brins, auquel cas du gaz effluent de l'étage de frittage et du gaz effluent de l'étage de calcination sont passés chacun à travers des lignes de préchauffage séparées et parallèles pour le transfert de l'énergie calorifique à la farine crue, le procédé procure l'avantage supplémentaire que l'on peut utiliser

de l'énergie calorifique excédentaire du gaz effluent, de préfé-

rence par échange thermique indirect, pour la production par récupération d'air de combustion secondaire chaud pour l'étage de

cuisson et qu'une régulation des débits gazeux peut être réali-

sée sans problèmes de telle manière que des pressions approxima-

tivement égales s'établissent des deux côtés de l'étage de pré-

refroidissement.

En établissant des pressions égales des deux côtés de l'étage de prérefroidissement, on empêche de la manière la plus simple la pénétration d'air parasite par exemple comme comburant dans l'étage de prérefroidissement. L'égalité des pressions est réalisable le plus simplement par la régulation des conditions de pression des débits gazeux indépendamment l'unde lPutre à l'ai'de

des ventilateurs de gaz effluent.

Il peut également être avantageux d'employer, pour les deux lignes de préchauffage indépendantes,des nombres différents

d'étages d'échange thermique à cyclones, ce qui donne la possi-

bilité de choisir la répartition de la farine crue sur les deux lignes de manière que la chaleur sensible de l'étage de cuisson soit récupérée de façon optimale, tandis que le courant effluent de la ligne du calcinateur conserve une quantité suffisante de chaleur excédentaire à une température telle qu'elle permet de

produire de l'air de combustion secondaire chaud pour les combus-

tibles. Une installation pour cuire des matières capables de s'agglomérer par frittage, telles que du clinker de calcaire, dolomie ou d'autres minéraux contenant des matières premières analogues, en particulier pour la mise en oeuvre du procédé selon

l'invention, comprenant un préchauffeur de farine crue, de préfé-

rence un échangeur de chaleur à cyclone à une ou plusieurs lignes, dont la sortie de matière débouche dans un calcinateur, dont la sortie de matière débouche dans un dispositif de cuisson, dont la sortie de matière débouche dans un dispositif de refroidissement,

est caractérisée en ce que le dispositif de refroidissement pré-

sente un prérefroidisseur et un refroidisseur final qui est sépa-

ré dans l'espace du prérefroidisseur.

Pour produire le mouvement de brassage intense néces-

saire entre la farine crue et le clinker en vue du refroidisse-

ment rapide dans l'étage de prérefroidissement, il est avantageux

que le prérefroidisseur soit un refroidisseur tubulaire rotatif.

Selon un autre mode de réalisation, le prérefroidisseur présente un dispositif pour l'introduction dosée de farine crue

froide, ce dispositif d'introduction de farine crue étant éven-

tuellement muni d'un dispositif supplémentaire pour ajouter de

façon dosée du combustible en mélange avec la farine crue.

Afin de pouvoir satisfaire sans problèmes à l'exigence relative à la technique de régulation et selon laquelle la même

pression doit régner à l'entrée et à la sortie du prérefroidis-

seur, un mode de réalisation prévoit que le prérefroidisseur pré-

sente un dispositif pour mesurer la pression différentielle entre

l'entrée et la sortie. Le prérefroidisseur peut en outre présen-

ter un dispositif de mesure de la température dans la région de

la sortie.

Selon un autre mode de réalisation essentiel de l'invention, le postrefroidisseur placé sous le prérefroidisseur possède un conduit d'évacuation d'air, orienté de préférence verticalement, dans lequel débouche l'extrémité de sortie du prérefroidisseur. Un rétrécisseent réglable est en outre prévu

dans le conduit dans la région de cette embouchure. Ce rétrécisse-

ment permet de régler de façon avantageuse l'intensité de l'effet de triage et d'ajuster la limite de séparation de farine et de clinker.

Selon une autre caractéristique essentielle de l'inven-

tion, le conduit d'évacuation d'air débouche directement dans le calcinateur. On obtient ainsi de façon avantageuse des conditions d'écoulement très simples et susceptibles d'être contrôlées sans

problèmes avec une construction aussi réduite que possible.

Un autre mode de réalisation avantageux prévoit que, en cas d'exécution du préchauffeur de farine avec deux lignes parallèles à cyclones d'échange thermique, l'une des lignes est

raccordée au calcinateur et l'autre ligne est raccordée au dis-

positif de cuisson et que la dernière ligne présente plus d'étages

d'échange thermique à cyclones que la première.

Un mode de réalisation prévoit enfin que la ligne

d'échange thermique raccordée au calcinateur comporte un récupé-

rateur pour la production d'air de combustion secondaire chaud, avec un conduit d'air chaud qui est raccordé au côté brûleur du dispositif de cuisson et qui est également raccordé au dispositif de calcination par un embranchement formant un conduit de chute

pour un courant partiel.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un

mode de réalisation préféré mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente par un schéma synoptique le déroulement d'un processus selon le procédé de l'invention; et - la figure 2 montre de façon purement schématique une

installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.

L'installation représentée schématiquement sur la figure 1 comprend un étage de préchauffage A,un étage de calcination B, l'étage de cuisson C etun étage de refroidissement D.L':étage de préchauffage A comporte deux lignes de préchauffage parallèles 1 et 1' et un récupérateur 2 installé dans le courant de gaz effluent 28 de la ligne de préchauffage 1. Ce récupérateur sert à utiliser la chaleur excédentaire du courant gazeux effluent 28 pour chauffer de l'air frais 27 et pour préparer ainsi de l'air secondaire chaud 8 destiné à l'étage de cuisson C. L'étage de calcination B comporte le dispositif de calcination 7. Dans celui-ci débouchent les deux courants 26 et 26' de farine crue préchauffée provenant des lignes de préchauffé 1 et 1'. Le

dispositif de calcination 7 comporte en outre un appareil d'in-

troduction de combustible 25, de même qu'une arrivée d'air ter-

tiaire 20 chargé de farine chaude et, éventuellement une arri-

vée de gaz effluent 24 venant du préchauffeur et chargé de farine et de combustible. Le courant gazeux effluent 6 de la zone de

calcination 7 pénètre dans la ligne de préchauffage 1. Du dispo-

sitif de calcination 7 sort en outre de la farine crue 10 cal-

cinée et éventuellement chauffée au-delà de la température de

calcination, laquelle est introduite dans le dispositif de cuis-

son 5 de l'étage de cuisson C. Du combustible 9, de l'air secon-

daire chaud 8 et, éventuellement, du gaz effluent 16 chargé de combustible de l'étage de refroidissement D, sont introduits à

contre-courant dans le dispositif de cuisson 5.

Selon une particularité essentielle du procédé de l'invention, l'étage de refroidissement D est partagé en un

étage de prérefroidissement 12 avec un dispositif de prérefroi-

disseent 13 et en un étage de refroidissement final 12' avec un dispositif de refroidissement final 14. Du clinker 11 déchargé de l'étage de cuisson C arrive d'abord dans le dispositif de prérefroidissement 13 et y est mélangé intimement avec de la

farinecrue froide comme agent refroidissant à l'aide de l'appa-

reil d'introduction de farine crue 15. Au moyen d'un appareil supplémentaire d'introduction de combustible 15', du combustible

ou un autre réducteur peut au besoin être ajouté à ce mélange.

Le clinker, la farine crue et le combustible éventuellement

ajouté sont agités ensemble dans le dispositif de prérefroidis-

sement 13 par un mouvement de mélange intense et amenés ainsi à un échange de chaleur forcé. Le clinker chaud est ainsi refroidi rapidement et la farine crue utilisée comme agent refroidissant direct est en même temps chaufféeet calcinée. Le combustible ajouté est en outre volatilisé et craqué en majeure partie. En raison de l'important besoin en énergie- pour les réactions endothermiques

de la farine crue et du combustible (la quantité d'énergie néces-

saire à la désacidification est d'environ 2100 à 2500 kJ/kg (500 à 600 kcal/kg), suivant les caractéristiques minéralogiques, il se produit un refroidissement étonnamment rapide du clinker chaud respectivement du mélange clinker/farine crue dans la plage de température de la réaction de calcination. Le mélange clinker/

farine/combustible 18 est déchargé du dispositif de prérefroidis-

sement 13 et introduit dans un courant d'air chaud 20, le courant d'air tertiaire, qui monte du dispositif de refroidissement final 14. Par un effet de triage ainsi produit, la farine crue

chaude est séparée du clinker prérefroidi. Cette action de sépa-

ration peut être ajustée à l'aide d'un rétrécissement 19 - de préférence réglable - du courant d'air tertiaire 20, de sorte qu'une séparation nette s'établit entre le clinker granulaire et la farine chaude sous forme de grains fins. La farine chaude est

introduite à partir du courant d'air tertiaire 20 dans le dispo-

sitif de calcination 7, tandis que le clinker 21 séparé pénètre dans le dispositif de postrefroidissement 14. Dans celui-ci, le clinker est refroidi de façon habituelle par de l'air froid 22 et son énergie calorifique est transférée au courant d'air tertiaire 24. Le clinker 23 complètement refroidi est déchargé en tant que

produit du processus.

Selon l'invention, l'étage de prérefroidissement 12 ne doit pas être parcouru par du gaz. Il est avantageux d'atteindre

ce but en établissant la même pression des deux côtés du dispo-

sitif de prérefroidissement 13. Ceci est réalisable de manière très peu compliquée par la régulation des courants gazeux effluents 28 et 28' des lignes de préchauffage 1 et 1'. En outre, en utilisant l'appareil de chargement de farine crue 3 prévu dans l'étage de préchauffage A, on peut répartir les débits de farine crue sur les deux lignes de préchauffage 1 et 1' de telle manière que l'énergie calorifique du courant gazeux effluent 4 de l'étage de cuisson C soit transférée autant que possible à la farine crue,

tandis que l'énergie calorifique du courant gazeux 6 du disposi-

tif de calcination 7 est seulement transférée à la farine crue, dans le préchauffeur 1, dans la mesure o l'effluent gazeux 28 conserve encore une quantité de chaleur suffisamment grande pour

la production d'air secondaire chaud 8.

La figure 2 montre une installation pour la mise en

oeuvre du procédé représenté schématiquement sur la figure 1.

Dans l'étage de préchauffage A, la ligne de préchauffage 1 est équipée d'un échangeur de chaleur à cyclone à quatre étages, tandis que la ligne de préchauffage 1' présente un préchauffeur à

cyclone à trois étages. 3 et 3' désignent les appareils d'intro- duction de farine crue correspondants. Le récupérateur 2 de l'étage de

préchauffage A est réalisé en outre sous forme d'un échangeur de chaleur indirect rotatif gaz/air. Le conduit de gaz effluent 28, après avoir traversé le récupérateur 2, débouche dans un ventilateur de gaz effluent 32, tandis que le conduit de gaz effluent 28' de la ligne de préchauffage 1 est raccordé à un

ventilateur de gaz effluent 32' séparé. Un conduit d'air secon-

daire 34 mène du récupérateur 2 au four rotatif 5 de l'étage de cuisson C. Le combustible 9 et l'air secondaire 34 forment la flamme 5' qui fournit l'énergie nécessaire à la clinkérisation à des températures entre 1400 et 15000C. Du gaz de combustion chaud passe à travers le conduit 4 du four rotatif 5 dans la

ligne de préchauffage 1. De la farine crue calcinée et éventuel-

lement chauffée au-delà de la température de calcination est en même temps introduite à travers le conduit 35 à partir du dispositif de calcination 7 dans le four rotatif 5, o elle est cuite en clinker en contre-courant avec la flamme 5 et, après passage par le four rotatif 5, éjectée par le conduit de chute de clinker 29 dans le prérefroidisseur 13. Dans ce conduit de chute 29 débouche le dispositif d'introduction de farine crue 15 qui comporte un dispositif supplémentaire 15' pour l'addition en

mélange, par chute, de combustible à la farine crue.

Selon l'invention, le prérefroidisseur 13 est réalisé sous forme d'un refroidisseur tubulaire rotatif car un mouvement de mélange intense est nécessaire afin de produire un transfert de chaleur suffisamment intense dans le mélange farine crue/ clinker/combustible. Le refroidisseur rotatif 13 convient de

façon idéale à cet effet et représente un appareil de refroidis-

* sement très économique. Selon l'invention, l'étage de refroidis-

sement D comporte deux dispositifs de refroidissement qui sont séparés l'un de l'autre dans l'espace: le prérefroidisseur 13 et le refroidisseur final 14. Ce dernier est équipé de préférence de plusieurs ventilateurs d'air de refroidissement 35. Dans la région de son extrémité de chargement 36, il présente un conduit de sortie d'air. Dans ce conduit débouche, en 31, l'extrémité de sortie du prérefroidisseur 13. Dans la région de cette embouchure 31 est situé un rétrécissement 19 qui est de préférence réglable et qui sert à l'ajustement d'une vitesse d'écoulement préfixée et, par suite, à l'ajustement d'un effet de triage prévu pour la séparation du mélange de farine crue et de clinker introduit dans

le conduit. Selon une autre particularité essentielle de l'inven-

tion, le canal d'air chaud 36 est rectiligne et vertical et forme

un canal d'air tertiaire qui se raccorde de préférence sans chan-

gement de section au calcinateur 7.

Lorsque la même pression règne des deux côtes du pré-

refroidisseur 13, il n'est pas traversé par le gaz. De ce fait,

les gaz produits par des effets thermiques dans le prérefroidis-

seur 13 peuvent le cas échéant sortir des deux côtés. Par exemple, du combustible volatilisé peut être ramené sous forme de gaz effluent 16 contenant du combustible (voir figure 1) depuis le

prérefroidisseur 13 dans le four rotatif 5.

Pour surveiller la pression, il est possible, par exemple, de prévoir un dispositif de mesure 17 (voir figure 1) et de prévoir un dispositif de mesure de la température 35 dans la zone terminale du prérefroidisseur 13 pour surveiller la température. Dans la mesure o le fonctionnement de l'installation

selon la figure 2 ne ressort pas déjà de la description qui

précède des figures 1 et 2, il est encore une fois résumé ci-

après. Les processus dans l'étage de préchauffage A et dans

l'étage de calcination B sont supposés connus.

Comme déjà mentionné, une des mesures essentielles prévues par l'invention consiste à amener en contact l'un avec

l'autre, par un mouvement de mélange intime qui favorise le trans-

fert de chaleur de l'un à l'autre, dans le dispositif de pré-

rerroidissement 13, du clinker et de la farine crue utilisée comme agent refroidissant. La chaleur de réaction endothermique dégagée lors de la réaction de calcination ainsi produite de la farine crue retire rapidement et de façon avantageuse une partie essentielle de la chaleur du clinker. Du clinker qui a été rejeté à environ 1450 à 1500 C dans le dispositif de prérefroidissement 13 se refroidit très rapidement, lors du contact avec la farine crue, à environ 900 C. A cette température s'effectue, par exemple, la décomposition de carbonate de calcium contenu dans la farine, avec des consommations de chaleur de l'ordre de 2100 à 2500 kJ/kg

(500 à 600 kcal/kg), suivant les caractéristiques minéralogiques.

On obtient de ce fait un point de maintien ou d'arrêt de la tem-

pérature dans la plage comprise entre 790 et 900 C. En même temps,

du gaz carbonique expulsé exerce une action neutralisante effi-

cace sur le lit de refroidissement pendant le prérefroidissement.

De plus, on obtient une protection suffisante contre l'entrée de fractions gazeuses contenant de l'oxygène, telles que de l'air parasite ou de l'air de combustion,en empêchant de telles entrées par la régulation des débits gazeux dans l'étage de préchauffage

A ou, plus précisément, dans les deux lignes parallèles de pré-

chauffage 1 et 1', de manière à établir des pressions égales des

deux côtes du dispositif de prérefroidissement 13. Une circula-

tion gazeuse dans ce dernier est ainsi empêchée de manière effi-

cace. Au moyen d'un dispositif de mesure en soi connu, tel qu'un tube en U 17 contenant un liquide de mesure, l'état d'égalité

des pressions à l'entrée et à la sortie du dispositif de prére-

froidissement 13 peut être mesuré et être utilisé en tant que

grandeur de commande pour la régulation.

Du dispositif de prérefroidissement 13 sort un mélange

de clinker prérefroidi et de farine chaude et partiellement cal-

cinée 18 et ce mélange est introduit dans un courant d'air chaud 19 qui monte de l'étage de refroidissement final 14. Dans ce courant gazeux s'établit de ce fait un effet de triage par lequel la farine crue chauffée et le clinker sont séparés. Un courant 20 d'air tertiaire chargé de farine chaude pénètre de bas en haut dans le dispositif de calcination 7, tandis que du clinker 21 est

introduit dans l'étage de refroidissement final 14. Dans ce der-.

nier, le clinker est refroidi de façon en soi connue par de l'air frais 22 à la température finale assignée pour ensuite être déchargé en tant que produit 23. Du dispositif de refroidissement

13 peut s'échapper éventuellement - dans le cas d'une introduc-

tion de combustible ajustée en conséquence - du gaz effluent 24 qui est chargé de farine et de combustible et qui se dirige vers le dispositif de calcination. Des fractions éventuellement non

encore oxydées du combustible volatilisé sont alors brûlées uti-

lement dans l'étage de calcination 7. Dans celui-ci se réunissent par conséquent les courants de matières suivants: - de l'air de combustion préchauffé (air tertiaire) 20 du dispositif de refroidissement final 14, de la farine contenue dans cet air et partiellement ou complètement désacidifiée,

- du gaz inerte et, éventuellement, des fractions ré-

siduelles de combustible volatilisées 24 du disposi-

- tif de prérefroidissement 13, - de la farine crue préchauffée 26, 26' des lignes 1,

1' de l'étage de préchauffage A et -

- la quantité de combustible 25, 25' nécessaire à la

calcination complète et, le cas échéant, au chauf-

fage au-delà de la température de calcination.

La matière calcinée 10 arrive dans le dispositif de cuisson 5 et y est clinkérisée de façon en soi connue, tandis que

le gaz effluent du calcinateur est utilisé dans la ligne de pré-

chauffage 1 pour préchauffer la farine crue. Comme la farine crue, surtout celle utilisée dans la fabrication de ciment blanc, est pauvre en composants formateurs de phase fondue et riche en composants à forte perte par calcination, la farine n'a qu'une très faible tendance à coller aux températures supérieures à la température de calcination. S'il devait se produire néanmoins,

par exemple, un enrichissement - générateur de fusion - de ma-

tières recyclées, avec des dépôts collants comme conséquence, on peut remédier à ce phénomène de façon connue par une extraction partielle de gaz (dérivation) ou par une extraction partielle de farine calcinée (10). Par conséquent, un excédent de combustible 25' peut être utilisé dans le dispositif de calcination 7, sans risques pour le fonctionnement sans perturbations, pour le

chauffage stationnaire rapide de la matière après la calcination.

La zone de chauffage du dispositif de cuisson 5 est ainsi rac-

courcie, de l'énergie est économisée et les investissements nécessaires sont réduits en conséquence. L'introduction réglable de combustible 25' assure en outre l'optimisation du fonctionne- ment de l'étage de cuisson 5 et du récupérateur 2 parce que les courants gazeux 28 et 27 sont ajustés dans le sens convenable

pour le réglage (température de l'air secondaire).

Du fait que, selon l'invention, une partie de la cha-

leur sensible du clinker est transférée à la farine crue et non pas à l'air de combustion, il existe au départ un manque d'air de combustion préchauffé, surtout au niveau du dispositif de cuisson 5. En comparaison avec cela, l'étage de préchauffage A reçoit trop de gaz effluent par rapport à la capacité thermique de la fraction de farine crue 3 qui y est introduite. Dans le but

d'obtenir des températures de gaz effluent économiquement avan-

tageuses et pour produire en même temps l'air secondaire de com-

bustion nécessaire, l'invention prévoit que l'étage de préchauf-

fage A comporte, à la suite de la ligne de préchauffage 1, le récupérateur 2 o de l'air secondaire chaud 8 est produit à partir d'air frais 27 et, de préférence, par un échange thermique

indirect gaz/air.

Une exécution à deux lignes 1, 1'de l'étage de pré-

chauffage A procure un avantage essentiel surtout lorsque l'effluent gazeux 4 est dirigé exclusivement vers la ligne de

préchauffage 1' et que les gaz effluents des deux lignes de pré-

chauffage 1 et 1' ne sont pas réunis parce que, ainsi, l'exi-

gence d'égalité de pression des deux côtés du dispositif de

prérefroidissement 13 peut être satisfaite de manière non compli-

quée par la régulation individuelle des débits des effluents 28

et 28'. Il convient à cet effet de choisir des capacités de trans-

fert de chaleur différentes pour les deux lignes parallèles de préchauffage 1 et 1', de manière que la chaleur de l'effluent 4 soit exploitée de façon optimale dans la ligne 1', tandis que la chaleur de l'effluent 6 est ajustée, par un dimensionnement plus faible des étages d'échange thermique et par l'introduction

de farine crue 3, de manière que l'effluent 28 conserve suffi-

samment d'énergie thermique et un niveau de température suffisant

pour transformer l'air frais 27 en air de combustion chaud 8.

Comme déjà expliqué, le procédé selon l'invention est basé sur le concept selon lequel, dans le cas d'une-matière apte à s'agglomérer par frittage avec une sensibilité suffisante, on peut obtenir, à la suite de la calcination, un refroidssement

rapide par de la farine crue comme agent refroidissant et en évi-

tant tout accès d'air, avec l'avantage particulier que l'on peut utiliser, comme agent refroidissant, une partie précisément de la matière qui est ensuite à clinkériser, l'étage de refroidissement D agissant en plus en tant que préchauffeur de farine crue. Cette solution étonnamment simple est réalisable de préférence par l'exploitation selon l'invention de la propriété particulière de farines crues capables, après chauffage à des températures

proches de la température de calcination, de consommer d'impor-

tantes quantités d'énergie en raison des réactions endothermiques

qui se déroulent alors.

Cette découverte mène par conséquent à un procédé effi-

cace parce qu'il suffit déjà d'une quantité de farine crue rela-

tivement faible (environ 0,3 kg/kg de clinker) pour refroidir une matière agglomérée par frittage de 1400 à 1500 C jusqu'à

environ 900 C.

Théoriquement, il suffirait même d'une quantité de fa-

rine crue encore plus petite mais, pour obtenir un refroidisse-

ment rapide et sûre du clinker, il faut un certain excès d'agent refroidissant. Etant donné qu'un lit pulvérulent représente à l'état de repos une couche d'isolation thermique, on peut considérer comme un autre mode de mise en oeuvre essentiel du procède de l'invention qu'un brassage intense de ce lit est prévu pour améliorer l'échange thermique. Pour cette raison, l'invention

utilise un refroidisseur tubulaire rotatif en tant que prérefroi-

disseur. En raison de la fonction d'agitation particulière à assurer par celui-ci, il peut avoir un diamètre relativement petit, comparativement aux refroidisseurs rotatifs classiques, et avoir un grand rapport longueur/diamètre. Il est également

avantageux de faire tourner ce refroidisseur à une vitesse rela-

tivement élevée.

Grâce à l'autre mesure essentielle à l'invention, con-

sistant à mettre le préchauffeur sous la même pression des deux côtés, on réussit sans problèmes à neutraliser le volume libre du refroidisseur par le gaz inerte, tel que C02, libéré par la

désacidification. L'emploi d'un milieu réducteur dans le disposi-

tif de prérefroidissement permet d'obtenir un avantage supplé-

mentaire par l'addition en mélange de combustible. Ceci est possible parce qu'il n'y a pas de circulation de gaz à travers le dispositif de prérefroidissement. Comme déjà mentionné, ce combustible lie, aux températures indiquées, tout l'oxygène accessible et il est de ce fait également en mesure d'annuler de nouveau d'éventuels phénomènes d'oxydation survenus avant le prérefroidissement. Des fractions consommables de combustible

volatile sont alors complètement chassées. Les fractions consom-

mables et non consommables sont, pour autant qu'elles ne sont pas oxydées dans le prérefroidisseur, brûlées utilement après

leu sortie en direction du four rotatif et du calcinateur.

Un autre avantage apporté par l'invention provient de ce que le préchauffeur débouche dans le conduit d'air tertiaire montant verticalement du refroidisseur final et se raccordant au calcinateur. Cette disposition verticale permet d'utiliser des tronçons de conduits rectilignes, courts et faciles à fabriquer, ce qui se traduit par une construction extrêmement simple et à

faibles pertes dynamiques de l'ensemble de l'installation.

Le procédé et l'installation pour sa mise en oeuvre apportent par conséquent une solution simple, économique et peu compliquée du point de vue de la technique de la régulation, au

problème à résoudre par l'invention.

Claims (28)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour cuire des matières capables de s'agglomé-

rer par frittage, telles que du clinker de calcaire, dolomie ou d'autres minéraux contenant des matières premières analogues, selonlequel on produit le préchauffage des matières premières sous forme de farine crue dans un étage de préchauffage, leur calcination dans un étage de calcination, leur cuisson dans un étage de cuisson en matière agglomérée par frittage, telle que

du clinker, et leur refroidissement dans un étage de refroidis-

sement, caractérisé en ce que, dans l'étage de refroidissement, on ajoute de la farine crue en tant qu'agent refroidissant au clinker.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on l'applique à la fabrication de clinker de ciment portland

blanc.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on produit le préchauffage et la calcination partielle

d'une partie de la farine crue dans l'étage de refroidissement.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que l'on partage l'étage de refroidissement en un étage de prérefroidissement et un étage de refroidissement

final et que l'on utilise de la farine crue comme agent refroi-

dissant dans l'étage de prérefroidissement.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à

4, caractérisé en ce que l'on utilise de la farine crue comme agent refroidissant dans l'étage de prérefroidissement et de l'air comme agent refroidissant dans l'étage de refroidissement final.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,

caractérisé en ce que l'on produit un mouvement de brassage intense de la farine crue et du clinker pour intensifier l'échange thermique.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à

4, caractérisé en ce que l'on utilise ou on ajoute, en tant qu'agent refroidissant, un composant à forte perte de calcination

de la farine crue, tel que le carbonate de calcium.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,

caractérisé en ce que, dans l'étage de prérefroidissement, on refroidit le clinker de la température de cuisson à environ

900 C.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8,

caractérisé en ce que l'on établit une atmosphère réductrice dans

l'étage de prérefroidissement pour empêcher des phénomènes d'oxy-

dation du clinker.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à

9, caractérisé en ce que l'on établit en partie au moins une atmosphère inerte dans l'étage de refroidissement final pour

empêcher des phénomènes d'oxydation du clinker.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à

, caractérisé en ce que l'on ajoute 0,2 à 0,5, de préférence 0,3 kg de farine crue en tant qu'agent refroidissant par kg de clinker, la quantité de farine crue ajoutée étant choisie de

telle manière qu'un équilibre de température s'établit aux envi-

rons de la température de calcination par égalisation des éner-

gies calorifiques du clinker et de l'agent refroidissant.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à

11, caractérisé en ce que, après le passage par l'étage de pré-

refroidissement, on sépare le clinker prérefroidi et la farine

crue chauffée, on introduit le clinker dans l'étage de refroidis-

sement final et on introduit la farine crue dans l'étage de

calcination.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à

12, caractérisé en ce que l'on réunit les courants de farine préchauffée et partiellement calcinée, provenant de l'étage de préchauffage et de l'étage de prérefroidissement, dans l'étage

de calcination.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à

13, caractérisé en ce que, dans l'étage de calcination, on effectue une calcination complète et, de préférence, en plus, un

chauffage de la matière au-delà de la température de calcination.

15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à

14, caractérisé en ce que l'on fait passer le gaz effluent de l'étage de cuisson et le gaz effluent de l'étage de calcination par des lignes parallèles séparées de l'étage de préchauffage et on règle les débits gazeux dans les lignes de préchauffage de manière qu'une pression approximativement égale s'établisse des deux côtés de l'étage de prérefroidissement.

16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à

, caractérise en ce que l'on utilise de l'énergie calorifique

excédentaire de gaz effluent, de préférence par échange ther-

mique indirect, pourla production par récupération d'air de com-

bustion secondaire pour l'étage de cuisson.

17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à

16, caractérisé en ce que, dans le cas d'un étage de préchauffage à deux ou davantage de lignesde préchauffage, la répartition des quantités de farine crue introduites sur les différentes lignes s'effectue de manière que l'énergie calorifique du gaz effluent de l'étage de cuisson soit transférée autant que possible à la farine crue, tandis que l'énergie calorifique du gaz effluent venant de l'étage de calcination est seulement transférée à la farine crue dans une mesure telle que le courant gazeux conserve une quantité d'énergie calorifique suffisante pour la production

par récupération d'air de combustion secondaire chaud.

18. Installation pour cuire des matières capables de s'agglomérer par frittage, telles que du clinker de calcaire,

dolomie ou autres minéraux contenant des matières premières ana-

logues, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque

des revendications 1 à 17, comprenant un préchauffeur de farine

crue, en particulier sous forme d'un échangeur de chaleur à cyclone (s) à une ou plusieurs lignes, dont la sortie de matière débouche dans un calcinateur, dont la sortie de matière débouche dans un dispositif de cuisson, dont la sortie de matière débouche dans un dispositif de refroidissement, caractérisée en ce que le dispositif de refroidissement (D) comporte un prérefroidisseur (13) et un refroidisseur final (14) qui est séparé dans l'espace

du prérefroidisseur.

19. Installation selon la revendication 18, caractérisée en ce que le prérefroidisseur (13) est un refroidisseur tubulaire rotatif.

20. Installation selon la revendication 18 ou 19, caracté-

risée en ce que le prérefroidisseur (13) comporte un disposi-

tif (15) pour l'introduction dosée de farine crue froide.

21. Installation selon l'une quelconque des revendications

18 à 20, caractérisée en ce que le dispositif d'introduction de farine crue (15) comporte un dispositif supplémentaire (15') pour ajouter du combustible de façon dosable en mélange à la farine crue.

22. Installation selon l'une quelconque des revendications

18 à 21, caractérisée en ce que le prérefroidisseur (13) présente un dispositif (17) pour mesurer une pression différentielle entre

l'entrée et la sortie.

23. Installation selon l'une quelconque des revendications

18 à 22, caractérisée en ce que le prérefroidisseur (13) comporte un dispositif (33) de mesure de la température dans la région de

son extrémité de sortie.

24. Installation selon l'une quelconque des revendications

18 à 23, caractérisée en ce que le refroidJsseur final (14), placé sous le prérefroidisseur (13),comporte un conduit d'évacuation d'air (30) qui est de préférence orienté verticalement et dans

lequel débouche l'extrémité de sortie du prérefroidisseur (13).

25. Installation selon l'une quelconque des revendications

18 à 24, caractérisée en ce que le conduit d'évacuation d'air

(30) comporte, dans la région de l'embouchure (31) du prérefroi-

disseur (13), un rétrécissement (19) qui est de préférence ré-

glable.

26. Installation selon l'une quelconque des revendications

18 à 25, caractérisée en ce que le conduit d'évacuation d'air

(30) débouche directement dans le calcinateur (7).

27. Installation selon l'une quelconque des revendications

18 à 26, caractérisée en ce que, en cas d'exécution du préchauf-

feur de farine crue (A) avec deux lignes à échangeur de chaleur

à cyclone (1, 1'), l'une (1') des lignes est raccordée au cal-

cinateur (7) et l'autre (1) est raccordée au four rotatif (5) et en ce que la dernière ligne (1) comporte davantage d'étages

à échangeur de chaleur à cyclone que la première ligne (1').

28. Installation selon l'une quelconque des revendications

18 à 27, caractérisée en ce que la ligne à échangeur de chaleur (1') raccordée au calcinateur (7) comporte un récupérateur (2) pour la production d'air de combustion secondaire chaud, avec un conduit d'air chaud (34) qui est raccordé au côté bruleur du four

rotatif (5).