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Description Brûleur, en particulier pour la calcination de pierre à chaux.
L'invention concerne un brûleur, en particulier pour un four vertical de calcination de pierre à chaux.
Dans le document de brevet allemand DE-36 42 163 sont divulgués un procédé de fabrication de chaux ainsi qu'un four vertical pour la réalisation du procédé. Le four vertical publié dans ce document de brevet comporte un puits de four dans lequel une lance d'amenée de combustible et d'air est disposée dans une partie inférieure et s'étend verticalement, essentiellement dans une direction longitudinale du puits du four. En particulier, du combustible gazeux est amené par l'intermédiaire de cette lance, et brûle alors avec l'oxygène de l'air apporté par la lance. La chaleur développée à cette occasion est utilisée pour la calcination de la pierre à chaux amenée par le haut dans le puits du four.
Cependant, pour pouvoir également utiliser des combustibles solides, dans ce four vertical connu, du combustible solide doit être mélangé à la pierre à chaux amenée par le haut dans le puits du four. Il se pose alors le problème que la distribution du combustible solide à travers la section transversale du four ne peut être établie de façon définie, ce qui peut entraîner localement dans le puits du four un apport excessif ou insuffisant de combustible solide, et dès lors des développements localement diffé-
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rents de chaleur dans la zone de flamme. En conséquence, la pierre à chaux amenée par le haut et tombant à travers les flammes n'est pas calcinée régulièrement, ce qui réduit la qualité de la chaux calcinée obtenue.
En outre, le document DE-OS 27 10 205 décrit l'utilisation comme combustible pour la calcination de pierre à chaux, d'une part un gaz dégagé d'une pyrolyse d'ordures, dont la capacité calorifique n'est pas constante, et l'addition dosée à ce gaz d'un combustible de capacité calorifique constante en correspondance avec une réduction ou avec une augmentation du pouvoir calorifique du gaz développé par la pyrolyse d'ordures. Des variations du pouvoir calorifique du gaz doivent ainsi être compensées.
Cela nécessite cependant un contrôle coûteux des quantités du combustible à pouvoir calorifique constant apporté et, en particulier lors de variations du pouvoir calorifique du gaz développé par la pyrolyse d'ordures, cela entraîne un ralentissement du contrôle, à cause du contrôle des quantités de combustible à pouvoir calorifique constant en fonction du pouvoir calorifique du gaz développé par la pyrolyse d'ordures. Cela a pour conséquence que dans le four à chaux proposé dans DE-OS 27 10 205, des variations des caractéristiques de calcination peuvent encore apparaître.
DE-OS 28 30 125 décrit un procédé de calcination de pierre à chaux, dans lequel des déchets pyrolysables sont apportés dans des chambres de combustion d'un four vertical, les gaz apparaissant lors de la décomposition étant amenés dans la zone de combustion où ils sont brûlés. Dans ce procédé se pose également le problème qu'à cause de différences des caractéristiques de décomposition des déchets, la caractéristique de combustion du four ne peut être maintenue constante, ce qui pose à nouveau le
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problème que la pierre à chaux apportée dans le four est calcinée de manière irrégulière.
En revanche, l'objet de la présente invention est de prévoir un brûleur, en particulier pour un four vertical de calcination de pierre à chaux, qui même lors de l'utilisation de différents combustibles présentent une caractéristique régulière de calcination. Selon l'invention, cet objet est atteint en ce que le brûleur comporte une tête de brûleur comportant une pluralité d'interstices d'écoulement disposés en substance l'un au-dessus de l'autre dans la direction d'un axe longitudinal du four vertical, pour l'écoulement radial d'air ou de combustible, tandis qu'au moins deux interstices d'écoulement d'air et au moins un interstice d'écoulement de combustible disposé entre ces deux interstices d'écoulement d'air sont prévus,
la section transversale effective d'écoulement d'au moins un des deux interstices de sortie d'air immédiatement voisins de l'interstice de sortie du combustible au moins prévu pouvant être modifiée.
En modifiant la section transversale effective d'écoulement d'au moins un des deux interstices de sortie d'air, le rapport entre l'air sortant et le combustible sortant peut être régulé de telle sorte que, lors de l'utilisation de différents combustibles, la caractéristique de combustion du four équipé du brûleur selon l'invention reste toujours constante, et que donc la qualité de la chaux calcinée dans le four vertical reste inchangée. Pour permettre une combustion régulière du combustible à travers toute la section transversale du four, et donc pour maintenir la même qualité de chaux calcinée sur toute la section transversale du four, il est proposé que les interstices de sortie soient configurés sous la forme d'interstices annulaires s'étendant dans le sens de la
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circonférence entourant la tête de brûleur.
Le combustible et l'air s'écoulent ainsi radialement hors des interstices de sortie, dans des plans disposés chacun les uns audessus des autres, et entraînent ainsi une combustion régulière du combustible.
Les interstices de sortie peuvent être réalisés de manière particulièrement simple lorsque la tête de brûleur comporte une pluralité d'éléments à disque disposés en substance les uns au-dessus des autres à un écartement déterminé l'un par rapport à l'autre dans la direction de l'axe longitudinal du four vertical, qui forment chaque fois entre eux les interstices de sortie. De tels éléments à disque sont faciles et peu coûteux à fabriquer et à monter, de sorte que l'ensemble des coûts de fabrication du brûleur selon l'invention est faible.
Pour pouvoir, lors d'un changement de combustible, adapter de manière simple le débit d'air sortant au combustible modifié, et donc maintenir constante la caractéristique de combustion du four, il est proposé que les sections transversales effectives d'écoulement des deux interstices d'émission d'air immédiatement voisins de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu puissent être modifiées de telle sorte que lors d'une augmentation de la section transversale effective d'écoulement d'un des deux interstices d'émission d'air, la section transversale effective d'écoulement de l'autre interstice d'émission d'air diminue de manière correspondante. On peut ainsi, en particulier pour un débit d'air constant, contrôler de manière simple la caractéristique de combustion du four, par modification de l'écoulement du courant de combustible émis.
A cet effet, il est proposé que la section transversale
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effective d'écoulement des interstices d'émission d'air immédiatement voisins de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu puisse être modifiée par déplacement axial des éléments à disque formant entre eux l'interstice d'émission de combustible au moins prévu.
Pour prévoir un débit minimal de l'air qui est émis hors de l'interstice d'émission d'air prévu au-dessus de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, il est proposé que dans l'interstice d'émission d'air disposé au-dessus de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, au moins un élément d'écartement soit prévu pour constituer une butée de déplacement axial pour les éléments à disque enfermant entre eux l'interstice d'émission de combustible au moins prévu.
Lorsque les éléments à disque sont configurés en forme de disques annulaires avec des ouvertures centrales de passage, et qu'un élément à disque de fermeture de brûleur sans ouverture de passage est prévu au-dessus de l'élément à disque avec disque de type annulaire situé le plus haut, l'espace formé par les éléments à disque avec disque annulaire et entouré par les éléments à disque avec disque de type annulaire est en communication avec au moins un canal d'amenée d'air pour l'amenée d'air vers chacun des interstices d'émission d'air, et lorsque les éléments à disque enfermant entre eux l'interstice d'émission de combustible au moins prévu sont rendus solidaires l'un de l'autre par un élément cylindrique au voisinage d'une surface périphérique intérieure de leurs ouvertures de passage,
on crée de manière simple un espace à travers lequel l'air est amené vers chacun des interstices d'émission d'air, tandis qu'en prévoyant l'élément cylindrique, l'interstice d'émission de combustible au moins prévu est séparé de cet espace, de sorte qu'aucun
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air ne peut sortir à travers ce dernier interstice. Il ne faut donc pas prévoir des conduites séparées d'amenée ou similaires pour chacun des interstices d'émission d'air.
Pour pouvoir conduire le combustible vers l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, il est proposé que dans l'élément cylindrique soit prévue une pluralité d'ouvertures radiales écartées l'une de l'autre dans la direction de la circonférence et ouvertes en direction de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, les ouvertures radiales étant, pour l'amenée de combustible vers au moins un interstice de combustible, reliées chacune à un premier canal d'amenée de combustible par des tubes de canalisations radiales s'étendant en substance radialement vers l'intérieur depuis l'élément cylindrique.
Un rétrécissement radial dans la zone de l'ouverture radiale crée un effet d'entonnoir pour le combustible amené à travers les tubes de canalisation radiale vers l'interstice de combustible au moins prévu.
De manière simple, et sans l'utilisation de composants supplémentaires, un rétrécissement radial des ouvertures radiales peut être formé par des tronçons obliques situés chaque fois sur les surfaces périphériques intérieures des éléments à disque enfermant entre eux l'interstice d'émission de combustible au moins prévu.
Pour assurer une caractéristique régulière d'émission à la tête de combustible sur toute la périphérie de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, il est proposé que le nombre d'ouvertures radiales comportant chacun des tubes de canalisations radiales soit situé dans la plage de quatre à vingt.
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Le premier canal d'amenée de combustible peut être formé par un premier élément tubulaire s'étendant en substance dans la direction de l'axe longitudinal du four vertical, les tubes de canalisations radiales débouchant dans le premier élément tubulaire dans la zone d'une extrémité supérieure de celui-ci et étant solidaires de celui-ci.
Les éléments à disque enfermant entre eux le canal d'émission de combustible au moins prévu et comportant l'élément cylindrique sont ainsi portés par le premier élément tubulaire, par l'intermédiaire des tubes de canalisations radiales, de sorte qu'il ne faut prévoir aucun autre moyen d'appui ou de support pour ces éléments à disque.
Il est ainsi possible de régler de manière simple la section transversale effective d'écoulement des interstices d'émission d'air immédiatement voisins de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, par déplacement du premier élément tubulaire, et donc des éléments à disque formant l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, dans la direction de l'axe longitudinal du four vertical.
Le canal d'amenée d'air, pour l'amenée de l'air vers l'espace enfermé par les éléments à disque avec disque de type annulaire, est de préférence formé par un second élément tubulaire qui entoure en substance concentriquement le premier élément tubulaire. On forme ainsi entre le premier élément tubulaire et le second élément tubulaire un premier canal annulaire, par lequel on peut apporter l'air vers chacun des interstices d'émission d'air.
Cela est en particulier avantageux lorsque l'air amené aux interstices d'émission d'air est déjà préchauffé et préchauffe ainsi également le combustible en s'écoulant autour du premier canal d'amenée de combustible.
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Pour assurer un débit d'air suffisant pour la combustion du combustible, il est proposé qu'au-dessus, dans le sens axial, de l'interstice d'émission d'air disposé au-dessus de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, au moins un autre interstice d'émission d'air soit formé par au moins un autre élément à disque avec disque de type annulaire.
Un autre interstice d'émission de combustible, dans la zone de l'extrémité située axialement dans le haut de la tête de combustible, peut de manière simple être prévu en ce que l'élément à disque avec disque de type annulaire situé le plus haut dans la direction axiale, présente une ouverture de passage de plus petit diamètre dans laquelle débouche un second canal d'amenée de combustible, tandis qu'entre l'élément à disque avec disque de type annulaire situé le plus haut et l'élément à disque de fermeture du brûleur est formé un autre interstice d'émission de combustible, pour une émission radiale de combustible. On prévoit ainsi deux plans d'émission de combustible dans le puits du four, ce qui permet d'améliorer encore la capacité de combustion et le comportement à la combustion du four vertical.
Il est alors proposé que le premier élément tubulaire soit configuré à paroi double, avec une paroi extérieure et une paroi intérieure disposée en substance concentriquement par rapport à la paroi extérieure, le premier canal d'amenée de combustible étant constitué par un second canal annulaire formé entre la paroi extérieure et la paroi intérieure, fermé dans la zone de l'extrémité supérieure du premier élément tubulaire, et que dans un espace enfermé par la paroi intérieure, un troisième élément tubulaire servant de second canal d'amenée de combustible soit disposé en substance coaxialement par
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rapport au premier élément tubulaire et s'étend au-dessus de l'extrémité supérieure du premier élément tubulaire,
depuis cette extrémité supérieure jusqu'à l'élément à disque avec disque de type annulaire situé le plus haut, tandis qutune extrémité supérieure du troisième élément tubulaire est solidaire de l'élément à disque avec disque de type annulaire situé le plus haut. Il ne faut donc en substance aucune place supplémentaire dans le puits et dans la tête du brûleur pour le second canal d'amenée de combustible. En outre, cela permet un déplacement, en substance non influencé par le second canal d'amenée de combustible, du premier canal d'amenée de combustible en vue du réglage de la section transversale effective d'écoulement des interstices d'émission d'air à section transversale d'écoulement modifiable.
De préférence, le premier élément tubulaire, le second élément tubulaire et le troisième élément tubulaire forment ensemble une lance pour porter la tête de brûleur à une extrémité supérieure de la lance. Aucun moyen de support de la tête de brûleur n'est ainsi nécessaire, ce qui permet de simplifier nettement la structure du brûleur selon l'invention.
Pour pouvoir déjà pré-refroidir la chaux calcinée se rassemblant dans la zone d'une extrémité inférieure du four vertical, il est proposé que dans la zone d'une extrémité inférieure de la lance qui est disposée dans la zone d'une extraction de chaux du four vertical, soit prévu un orifice d'air pour l'émission d'air de refroidissement de la chaux.
On obtient une utilisation particulièrement efficace de la chaleur développée suite à la combustion du combustible, lorsque la tête de brûleur est disposée dans la zone d'un
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tiers inférieur d'un puits de four du four vertical.
La présente invention concerne en outre un procédé de calcination de pierre à chaux au moyen du brûleur selon l'invention, le comportement à la combustion d'un brûleur pouvant être modifié en vue de l'adaptation à l'utilisation de différents combustibles, par modification de la section transversale effective d'écoulement d'au moins un interstice d'émission d'air voisin d'un interstice d'émission de combustible.
Les combustibles peuvent par exemple être du gaz naturel, du gaz liquéfié, des effluents gazeux de raffinerie, du fuel de chauffage ou des déchets liquides riches en énergie ou des mélanges de ceux-ci. En outre, on peut utiliser comme combustible solide de la poussière de charbon, de la poussière de coke, du diamide calcique ou des boues de clarification contenant des produits organiques.
Pour améliorer le comportement au transport du combustible lors de son amenée au brûleur, il est proposé qu'une partie des fumées du four soit chauffée de préférence à une température située dans la zone de 50 à 300 C, par refroidissement ou réchauffage, ou soit utilisée comme gaz porteur pour des déchets ou combustibles solides et/ou liquides.
En variante, il est possible de réchauffer de préférence à 50-3000C un gaz inerte ou de l'air, et de l'utiliser comme gaz porteur pour le combustible liquide.
L'invention est ci-dessous expliquée à l'aide des dessins sur base d'exemples de réalisation préférés. Dans ces dessins :
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la figure 1 représente une vue schématique en coupe longitudinale d'un four vertical dans lequel est disposé un brûleur selon l'in- vention, et la figure 2 représente une coupe longitudinale à tra- vers une tête de brûleur selon l'invention et à travers un tronçon d'extrémité supé- rieure d'une lance qui porte la tête de brûleur.
La figure 1 présente un four vertical, globalement désigné par 10, pour la calcination de pierre à chaux. Le four vertical comprend un puits de four 12 disposé en substance verticalement, ainsi qu'un brûleur 14 disposé dans un tronçon inférieur du puits du four. Le brûleur 14 comprend un lance 16 ainsi qu'une tête de brûleur 20 portée sur une extrémité supérieure 18 de la lance 16. Dans la zone de son extrémité supérieure 22, le puits de four 12 est ouvert vers le haut et présente ainsi une ouverture 24 pour l'apport de pierre à chaux dans le puits de four 12.
Au voisinage d'une extrémité inférieure 26 du puits de four est prévue une autre ouverture 28 à travers laquelle la chaux calcinée peut être extraite du puits du four.
Par les expressions"au-dessus","en dessous", etc., utilisées dans le présent texte, on veut indiquer que ces expressions concernent l'agencement en général vertical du puits de four 12 du four vertical 10, et qu'elles doivent ainsi toujours être considérées par rapport à un axe longitudinal A du puits du four. Il est évident que pour une orientation correspondante inclinée, et différente de la verticale, du puits du four, chaque composant selon l'invention doit être considéré comme orienté de manière correspondante par rapport à l'axe longitudinal du puits du four.
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En figure 2, la tête de brûleur 20 et un tronçon supérieur de la lance 16, représentés en figure 1, sont représentés à échelle agrandie.
En particulier, ainsi qu'on peut le voir en figure 2, la tête de brûleur 20 comprend une pluralité d'éléments à disque 30 disposés l'un au-dessus de l'autre ou l'un derrière l'autre dans la direction longitudinale de l'axe A. Les éléments à disque 30 sont chacun configurés en forme de disque annulaire et présentent chacun une ouverture centrale de passage 32. Un élément supérieur à disque 34 de fermeture du brûleur ne présente pas une telle ouverture de passage et referme ainsi la tête de brûleur 20 par le haut.
Deux éléments à disque 36,38 successifs dans la direction de l'axe sont reliés solidairement l'un à l'autre dans la zone d'une surface périphérique intérieure de leurs ouvertures de passage, par un élément cylindrique 40. Dans l'élément cylindrique 40 sont prévues un certain nombre d'ouvertures radiales 42, écartées l'une de l'autre dans le sens périphérique, dans lesquelles débouchent chaque fois des tubes de canalisations radiales 44, et qui en cet endroit sont solidaires de l'élément cylindrique 40. Les tubes de canalisations radiales 44 s'étendent en substance radialement vers l'intérieur à partir de l'élément cylindrique 40 et débouchent dans un premier canal d'amenée de combustible 46 qui doit encore être décrit.
A travers le premier canal d'amenée de combustible 46, les tubes de canalisations radiales 44 et les ouvertures radiales 42 de l'élément cylindrique 40, du combustible peut être conduit vers un interstice d'émission de combustible 48 formé entre les éléments à disque 36 et 38.
Ainsi qu'on peut le voir en figure 2, les surfaces périphériques intérieures 49 à 51 de chacun des éléments à disque 38 et y sont inclinées, de telle sorte que ces
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surfaces périphériques intérieures 49,51 inclinées forment ensemble une ouverture se rétrécissant radialement vers l'extérieur, en direction de l'interstice d'émission de combustible 48. L'entonnoir ainsi formé facilite l'introduction du combustible amené par les tubes de canalisations radiales 44 dans l'interstice d'émission de combustible 48.
Dans la direction de l'axe, chaque fois au-dessus de l'élément à disque 36 avec disque de type annulaire et en dessous de l'élément à disque 38 avec disque de type annulaire, sont disposés d'autres éléments à disque 54 et 56 avec disque de type annulaire, qui forment chaque fois un interstice d'émission d'air 58 et 60, respectivement avec l'élément à disque 36 et l'élément à disque 38.
L'élément à disque 56 y est rendu solidaire d'un tube 62 formant une partie de la lance, dans sa zone située radialement à l'extérieur, par exemple par brasage, soudage ou similaire. L'élément à disque 54 est rendu solidaire de l'autre élément à disque 30 disposé au-dessus de lui, chaque fois par des éléments d'écartement 64, tandis qu'entre ces éléments à disque 54 et 30 avec disque de type annulaire, des interstices d'émission d'air 66 à section transversale constante d'écoulement sont chaque fois formés.
Un élément à disque 68 avec disque de type annulaire situé le plus haut dans la direction de l'axe présente une ouverture de passage 70 qui possède un diamètre plus petit que les ouvertures 32 des éléments à disque 30,54, 36,38 et 56 avec disque de type annulaire. Un tube 72 débouche dans l'ouverture de passage 70, le tube 72 étant solidaire de l'élément à disque 68 dans la zone de l'ouverture de passage 70, et il porte donc l'élément à disque 68 et chacun des éléments à disque 30 et 54, ceux-ci par
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l'intermédiaire des éléments d'écartement 64.
En outre, entre l'élément à disque 68 et l'élément à disque 34 de fermeture du brûleur sont prévus des éléments d'écartement, non représentés dans les figures, de sorte que l'élément à disque 34 de fermeture du brûleur est également porté par le tube 72, par l'intermédiaire de l'élément à disque 68.
Le tube 72 forme un second canal d'amenée de combustible 74, qui débouche dans un autre interstice d'émission de combustible 76 formé entre l'élément à disque 68 de fermeture de brûleur et l'élément à disque 34. Le brûleur représenté en figure 2 présente ainsi deux interstices d'émission de combustible 48 et 76.
Le premier canal d'amenée de combustible 46, à travers lequel du combustible est conduit vers le premier interstice d'émission de combustible 48, est formé par un tube 78 à double paroi qui présente une paroi extérieure 80 ainsi qu'une paroi intérieure 82, et est fermé par un élément de fermeture 84 dans la zone de l'extrémité située en haut dans le sens axial. Les éléments à disque 36 et 38, avec disque de type annulaire, formant entre eux le premier interstice d'émission de combustible 48, sont solidaires du tube 78 à double paroi formant le premier canal d'amenée de combustible 46, par l'intermédiaire de l'élément cylindrique 40 et des tubes 44 de canalisations radiales.
En déplaçant le tube 78 à double paroi dans la direction axiale, on peut alors modifier aussi bien la section transversale effective d'écoulement du canal d'émission d'air 58 formé entre l'élément 36 à disque de type annulaire et l'élément 54 à disque de type annulaire, que la section transversale effective d'écoulement de l'interstice d'émission d'air 60 formé entre l'élément à disque 38 avec disque de type annulaire et l'élément 56 à
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disque de type annulaire. En particulier, la section transversale effective d'écoulement de l'interstice d'émission d'air 58 est réduite lors du déplacement du tube 78 axialement vers le haut, et simultanément la section transversale effective d'écoulement du canal d'émission d'air 60 est agrandie de manière correspondante.
On peut ainsi modifier le rapport des débits d'air des écoulements d'air englobant entre eux le combustible sortant de l'interstice d'émission de combustible 48, grâce à quoi on modifie également la caractéristique de combustion du brûleur. On peut ainsi modifier le rapport d'écoulement des écoulements d'air entourant le combustible émis, en particulier lors d'un changement de combustible, par déplacement axial du tube 78 et donc des éléments à disque 36 et 38, pour ainsi garantir des caractéristiques constantes de combustion du brûleur et donc du four vertical.
Pour garantir que de l'air puisse toujours s'écouler hors de l'interstice d'émission d'air 58 disposé au-dessus du premier d'interstice d'émission de combustible 48, il est prévu dans cet interstice d'émission d'air 58 une pluralité d'éléments d'écartement qui forment une butée de déplacement axial pour les éléments à disque 36 et 38.
Pour réaliser le déplacement axial du tube 78, celui-ci peut par exemple être suspendu à un porte-tube 88 qui peut être déplacé axialement par des moyens connus en soi.
Ainsi qu'on peut en outre le voir en figure 2, entre le tube extérieur 62 et la paroi extérieure 80 du tube 78 est formé un canal annulaire 90 par lequel l'air peut être guidé vers l'espace 92 englobé par les éléments à disque 30,54, 36,38 et 56 avec disque de type annulaire. Entre la paroi intérieure 82 du tube 78 et le tube 72 est en
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outre formé un second canal annulaire 94 qui sert de second canal d'amenée d'air 94 pour l'amenée d'air dans l'espace 92.
Deux canaux d'amenée d'air 90,94 sont ainsi prévus, qui débouchent dans l'espace 92 à des hauteurs différentes, décalées l'une de l'autre dans la direction axiale, de sorte que l'air amené à la tête de brûleur 20 est distribué régulièrement dans tout l'espace 92, ce qui entraîne une caractéristique régulière d'émission de l'air hors de chacun des interstices d'émission d'air 66,58 et 60. L'interstice d'émission de combustible 48 formé entre les éléments à disque 36 et 38 avec disque de type annulaire est alors refermé par l'élément cylindrique 40 en direction de l'espace 92, de sorte qu'aucun air ne peut pénétrer dans l'interstice d'émission de combustible 48.
Le fait que l'on prévoie les plans d'écoulement formés par les interstices d'émission d'air et les interstices d'émission de combustible transversalement par rapport à l'axe longitudinal du four vertical entraîne, lors de la combustion du combustible, la combustion typique en cuvette 9, représentée en figure 1, cette cuvette étant constituée en substance des couches d'air 100 et 102 et des couches de combustible 104 et 106. La configuration de cette cuvette de combustion 9 assure une combustion complète et régulière du combustible sur toute la section transversale du four vertical 10, de sorte qu'il ne peut apparaître aucun centre local de surchauffe dans lequel serait calcinée une autre qualité de chaux.
Dans la zone d'une extrémité inférieure 108 de la lance 16 est prévue une sortie d'air 110, pour l'émission d'air de refroidissement de la chaux, qui pré-refroidit déjà la chaux sortant du puits de four 12.
Ainsi qu'on peut le voir en particulier en figure 1, la
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tête de brûleur 20 est disposée sensiblement dans la zone du tiers inférieur de la longueur du puits de four 10, ce qui permet une utilisation optimale de la chaleur développée lors de la combustion du combustible pour la calcination de la pierre à chaux introduite dans l'ouverture 24 du puits de four 12.
Pour un processus optimal de combustion, un rapport défini avec précision des débits de combustible au débit d'air est nécessaire. Dans le brûleur selon l'invention, il est possible d'adapter, chaque fois de manière optimale, les quantités de combustible sortant de la tête du brûleur au rapport air-combustible nécessaire pour un combustible particulier, par sélection du nombre des tubes de canalisations radiales. En particulier, on peut influencer par la sélection du nombre des tubes de canalisations radiales un grand nombre de paramètres, qui comprennent par exemple la totalité du débit de combustible émis, la pression d'alimentation et la vitesse d'émission du combustible, par lesquels il est chaque fois possible d'influencer la caractéristique de combustion du four.
Pour la combustion optimale du vecteur énergétique il s'est avéré opportun que lors de l'utilisation de combustible gazeux le rapport gaz-air de combustion soit situé dans la zone de 1 : 3 à 15.
Pour la calcination de la chaux au moyen du brûleur selon l'invention, il s'est avéré opportun que la proportion entre la largeur d'interstice des interstices d'émission d'air 66 de section transversale d'écoulement constante, la largeur d'interstice de l'interstice d'émission d'air 58 de section transversale d'écoulement variable et la largeur d'interstice de l'interstice d'émission d'air 60 à section transversale variable soit de x : 2,0 x à 0,5 x : 0 à 1,5 x.
Le combustible amené à la tête de brûleur 20 est de préférence distribué de telle sorte que pour sa
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plus grande part, à savoir 60 à 90 % en volume, le combustible soit émis par l'interstice d'émission de combustible 48 relié au premier canal d'amenée de combustible 46 (étage principal) et qu'il soit émis pour 10 à 40 % en volume par l'interstice d'émission de combustible 76 relié au second canal d'amenée de combustible 64 (étage supérieur).
Pour alors pouvoir réaliser une distribution du vecteur énergétique la plus homogène possible et ainsi garantir une calcination régulière de la pierre à chaux, on émet simultanément 25 à 80 % en volume de l'air amené (air en excès I) servant de ce que l'on appelle l'air de distribution, par les interstices d'émission d'air 66 à section transversale d'écoulement constante, 0 à 30 % en volume de l'air étant émis par l'interstice d'émission d'air 60 à section transversale d'écoulement variable (air en excès II), et 20 à 75 % en volume sont émis comme air de refroidissement de la chaux par l'orifice d'air 108 dans la zone de l'extraction de la chaux.
Cette distribution spéciale des rapports d'émission conduit à la"combustion en cuvette"typique déjà mentionnée constituée de combustible et d'air en excès (air en excès I, air en excès II), tandis qu'à chacun des écoulements d'air sont associées des fonctions spécifiques.
Pour le brûleur selon l'invention, on peut utiliser différents matériaux comme combustible. Ces matériaux comprennent par exemple, du gaz naturel, du gaz liquéfié, des effluents gazeux de raffinerie, du fuel de chauffage ou des résidus liquides riches en énergie, ou des mélanges de ces combustibles. Les effluents gazeux de raffinerie peuvent par exemple comprendre le méthane, l'éthane, le propane, le butane et le monoxyde de carbone, chaque fois seuls ou en mélange.
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Le fuel de chauffage peut par exemple être du fuel lourd, du fuel mi-lourd, du fuel léger ou des huiles de récupération. En particulier, l'utilisation d'huiles de récupération pour un four vertical équipé du brûleur selon l'invention offre l'avantage de permettre de brûler des huiles de récupération qui autrement sont difficiles à éliminer, ce qui est avantageux lorsque l'on tient compte des problèmes d'environnement qui se posent avec les matériaux de récupération.
Le brûleur selon l'invention peut cependant également être utilisé pour des combustibles solides. De tels combustibles solides comprennent par exemple, la poussière de charbon, la poussière de coke, le diamide calcique ou des boues de clarification comprenant des produits organiques.
A cet égard, on mettra à nouveau en avant le concept écologique qui se manifeste par une valorisation de tels déchets en vue d'une récupération d'énergie.
En particulier lors de l'utilisation de combustibles liquides, comme par exemple du fuel lourd ou mi-lourd ou des boues contenant des produits organiques, il est avantageux d'émettre 5 à 30 % de l'air de combustion par l'interstice d'émission d'air 60 à section transversale d'écoulement modifiable, qui est disposé immédiatement en dessous de l'interstice d'émission de combustible 48.
L'émission de cet air de combustion appelé air en excès II hors de l'interstice d'émission d'air 48 a pour conséquence que des gouttes de combustible liquides, en particulier de combustible de viscosité élevée, qui peuvent se rassembler sur le bord extérieur de l'élément à disque 38, sont à cet endroit empêchées de s'égoutter vers le bas, et sont plutôt entraînées par le courant d'air sortant de l'interstice d'émission d'air 48 et ainsi amenées à la combustion.
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Lors de l'utilisation de combustibles liquides pour la calcination de la chaux au moyen du brûleur selon l'invention, il s'est avéré opportun de mélanger un gaz porteur au combustible liquide, en vue de son amenée à travers chacun des canaux d'amenée de combustible.
Une partie des fumées de four sortant de l'ouverture 24 du four vertical 10 peut alors être chauffée à une température de 50 à 3000C par refroidissement ou réchauffage, et être utilisée comme gaz porteur pour le combustible liquide. A cet effet, après filtration des fumées dont la température est réglée, par exemple par projection d'eau,
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de telle sorte qu'environ 3 à 15 % en volume des fumées soient refroidis à des températures inférieures à 300 C, et le combustible liquide est transporté à travers la lance par ces fumées refroidies, jusqu'à la tête du brûleur. Le transport du combustible liquide peut également être amélioré en réchauffant un gaz inerte ou de l'air à 50-300 C et en utilisant alors ceux-ci comme gaz porteur pour le combustible.
Lors de l'utilisation de gaz liquéfié comme combustible, il est avantageux d'amener à celui-ci des fumées récupérées ou un gaz inerte, pour sa vaporisation et son transport. La quantité de fumée ou de gaz inerte amenée est alors avantageusement dans la plage de 0,3 à 3 Nm3 par kilogramme de gaz liquide. 3 à 15 Nm3 d'air sont alors émis par les interstices d'émission d'air 66 et l'interstice d'émission d'air 58, à titre de ce que l'on appelle l'air de combustion (air en excès).
Même lors de l'utilisation d'huile, par exemple sous la forme de fuel thermique ou d'huiles de récupération, il s'est avéré opportun d'utiliser par kg d'huile 0, 3 à 3 Nm3 de fumée, pour la dispersion et le réchauffage de l'huile,
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et de 3 à 15 Nm3 d'air de combustion. L'huile devrait alors être préchauffée à des températures de 80 à 2000C.
Le choix soigneux et le maintien précis de chaque rapport de mélange entre le combustible et les fumées permettent alors toujours une distribution voulue et homogène du combustible, de sorte que l'on garantit une combustion régulière du combustible, tandis que l'utilisation des fumées de four épurées contribue à une réduction considérable des coûts de réchauffage d'autres gaz qui sont alors utilisés comme gaz porteurs.
Dans le brûleur selon l'invention, il est en outre possible de modifier les vitesses d'écoulement. Cela est réalisé de préférence dans une zone inférieure de la lance, par un moyen connu en soi, par exemple des clapets de contrôle ou similaire. La vitesse d'écoulement du combustible dans la lance est située dans la plage de 2 à 40 m/sec, tandis que la vitesse d'écoulement du combustible dans les tubes de canalisations radiales peut être identique à la vitesse d'écoulement dans la lance, ou n'être que peu supérieure à celle-ci. La vitesse d'écoulement de l'air de combustion dans la tête de combustion vaut alors de préférence de 10 à 30 m/sec.
Ainsi qu'on l'a décrit précédemment, le brûleur selon l'invention permet l'utilisation d'un grand nombre de combustibles différents, et en particulier aussi l'utilisation de combustibles récupérés à partir de déchets, ou de déchets, directement comme combustibles. En modifiant les rapports d'écoulement dans la tête de brûleur, on peut lors de l'utilisation de différents combustibles assurer un comportement régulier à la combustion du four vertical, de sorte que même lors de l'utilisation de différents combustibles on peut obtenir une chaux calcinée de qualité
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égale.
Le brûleur selon l'invention n'est cependant pas limité à l'utilisation pour des fours verticaux d'une taille déterminée de four, et peut également être utilisé dans des fours verticaux dont le diamètre est situé dans la plage de deux à quatre mètres ou davantage.
Le fait de prévoir les différents canaux d'amenée d'air et de combustible en substance imbriqués les uns dans les autres vers chacun des interstices individuels d'émission d'air et de combustible permet une distribution régulière de l'air de combustion et du combustible dans la tête du brûleur, ce qui, avec la distribution régulière du combustible et de l'air sur toute la section transversale du four obtenue par l'émission radiale, contribue à l'obtention d'une qualité constante de chaux. Quelques exemples de paramètres d'exploitation ont été repris cidessous en forme de tableau, tels qu'ils ont été obtenus ou se sont avérés opportuns lors de l'utilisation des différents combustibles.
Ce n'est pas uniquement avec la calcination de pierre à chaux, reprise ci-dessus, que l'utilisation de différents combustibles pose le problème des différences de caractéristiques de combustion de brûleur ou des fours équipés de ces brûleurs. On utilise également, par exemple suivant leur disponibilité, différents combustibles dans un grand nombre d'autres procédés de combustion. Le brûleur selon l'invention peut dès lors également trouver une utilisation pour d'autres procédés ou opérations de combustion, et à cette occasion les avantages ci-dessus mentionnés du brûleur selon l'invention conduisent à un comportement constant à la combustion du four et donc à une qualité élevée du matériau traité.
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Exemples Exemple numéro 1 2 3 4 5 Type de combustible Fuel de chauffage Lourd Mi-lourd Léger Gaz Gaz (huile de liquéfié naturel récupérati on) Débit du combustible (kg/h) : Sortie par plan supérieur 82 91 86 96 85 ouverture annulaire 432 515 489 440 385 Température combustible ( C) 155 130 85 40 30 Débit d'air en excès 1 (Nm/h) 3050 4300 5251 5100 5700 (air de distribution) - vitesse (m/s) Débit d'air en excès 2 (Nm3/h) 17 20 18 16 22 - vitesse (m/s) 1200 800 0 0 0 Débit d'air de refroidissement 17 20 0 0 0 de chaux (Nm3/h) 2500 3300 3266 3200 2600 Débit de pierre à chaux (humide) (t/j) 200,8 264,4 250,8 247,4 241,4 Capacité du four (t/j Cao) 116,4 151,2 143,4 142,0 135,5 Consommation thermique (kJ/kg 4263 4102 4114 4142 4100 de chaux calcinée)