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Four à cuve vertical et son procédé de marche.
L'invention est relative à la construction et à la marche de fours à cuve verticaux du genre dans lequel une matière en morceaux qui consiste en ou contient un combusti- ble solide est chargée au-dessus et descend dans la cuve à contre-courant d'un courant d'air ascendant introduit dans le fond, et est finalement enlevée au fond du four. A mesure que la matière descend dans la cuve, sa température augmente pro- gressivement jusqu'à ce que la matière atteigne un point au- quel la combustion commence. Le point représente la ligne de séparation entre la zone de chauffage et la zone de combus- tion. A mesure que la matière descend à travers la zone de combustion, sa température augmente d'abord puis diminue jusqu'à ce qu'elle atteigne un second point auquel la com- bustion cesse.
La matière se refroidit ensuite progressive- ment jusqu'à ce qu'elle atteigne le fond de la cuve. Le se- cond point représente la ligne de séparation entre la zone de combustion et la zone de refroidissement.
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Du fait que la chaleur est perdue de la cuve suivant une direction radiale par radiation, la température dans une section transversale horizontale quelconque donnée de la ma- tière est plus élevée au centre de la cuve qu'à sa circonféren- ce. Il en résulte que la profondeur de la zone de combustion est considérablement plus grande au centre de la cuve qu'à sa circonférence.
Le principal but de la présente invention est d'éviter cette difficulté ; buts et perfectionnements apparaî- tront à la suite des explications qui suivent.
Suivant la présente invention, il est créé un procédé de marche d'un four à cuve vertical du genre décrit dans le- quel une partie du courant d'air ascendant introduit au fond de la cuve est enlevée à un ou plusieurs niveaux de la péri- phérie de la zone de refroidissement, de manière qu'une par- tie seulement du courant d'air passe vers le hamt à travers la zone de combustion.
Suivant la présente invention, il est créé également un four à cuve vertical du genre décrit possédant des moyens pour introduire un courant d'air ascendant dans le fond de la cuve, une ou des sorties des gaz de combustion au-dessus de la cuve, et une ou plusieurs sorties disposées sur la périphé- rie à un ou plusieurs niveaux pour enlever une partie de l'air insufflé, de la périphérie de la zone de refroidissement de la cuve. de a l'aide de l'invention, il est possible d'augmenter la quantité d'air insufflée, et d'augmenter ainsi le refroidis- sement subi par la matière dans la zone de refroidissement, sans augmentation correspondante du débit d'air soufflé à travers la zOne de combustion.
Le refroidissement perfection- né de la zone de refroidissement réduit la tendance de la zone de combustion de s'étendre davantage vers le fond du four au centre qu'à la circonférence et rend ainsi la zone de combus- tion plus sensiblement uniforme en profondeur.
L'invention peut s'appliquer avantageusement à la fabrication de ciment. Puisque la matière, dans ce cas du
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clinker cuit, est à présent déchargée du fond du four à une température plus basse que ce n'était d'ordinaire le cas au- paravant, un intervalle de temps moindre se passe après son déchargement avant qu'elle ne soit suffisamment refroidie pour pouvoir subir de nouvelles manipulations et ce gain de temps est un avantage. En outre, du fait que la profondeur de la zone de combustion est plus sensiblement uniforme, les conditions subies par la matière lors de sa descente à tra- vers la cuve varient moins avec la distance radiale de la matière au centre de la cuve que ce n'était le cas auparavant et on obtient par conséquent un produit plus uniforme.
Le refroidissement plus rapide améliore également la qualité du produit par la "congélation" du silicate de calcium.
L'air insufflé enlevé de la périphérie de la zone de refroidissement est à une température relativement élevée, et peut être utilisé à un ou plusieurs buts différents.
Par exemple, dans le cas de la fabrication de ciment, on peut faire passer l'air de la zone de refroidissement dans un appareil de séchage dans lequel on l'utilise pour le sé- chage préalable des granules ou briquettes de matière de for- mation du ciment avant de les charger dans le four.
En réglant l'introduction d'air soufflé dans le fond de la cuve, et l'enlèvement d'air soufflé de la zone de re- froidissement la ligne de séparation inférieure de la zone de combustion peut être déplacée vers le haut ou vers le bas suivant les désirs.
L'air insufflé enlevé de la zone de refroidissement peut être retourné en tout ou en partie dans la z8ne de com- bustion par des entrées périphériques, et la quantité d'air insufflé enlevée de la zone de refroidissement et la quanti- té d'air insufflé retournée à la zone de combustion peuvent être régularisées et réglées de manière à déplacer la ligne de séparation inférieure de la zone de combustion vers le haut ou vers le bas. Une certaine partie de l'air insufflé e de la zone de refroidissement peut également, si on le dé- sire, être retournée à la zone de chauffage par des entrées
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disposées suivant la périphérie, de manière que la chaleur provenant de l'air insufflé puisse être réintroduite dans le système.
On peut effectuer le réglage au moyen d'un mécanisme à relais actionné par des appareils sensibles à la tempéra- ture, tels que des thermo-couples, placés dans la paroi du four à différentes hauteurs et de différents côtés du four, et la disposition peut être telle que la ligne de séparation inférieure de la zone de combustion soit maintenue automati- quement à une hauteur déterminée d'avance.
Une réalisation préférée de l'invention va à présent être décrite, à titre d'exemple, en se référant au dessin en annexe, dont la figure unique représente une coupe verti- cale transversale à travers un four à ciment à cuve verticale correspondant à l'invention.
En se référant au dessin, 1 représente un four à ciment possédant une cuve verticale 2. A la base de la cuve se trou- ve une grille rotative 3 munie d'ouvertures apporpriées à travers lesquelles la matière agglomérée et le clinker cuit passent dans une gouttière de déchargement 4 dont on ne re- présente que la partie supérieure. La grille rotative est montée sur un arbre 5 relié à des moyens de commande non représentés. La partie supérieure de la trémie 4 est munie d'une entrée 6 à travers laquelle on introduit un courant d'air soufflé dans le fond de la. cuve 2.
Une trémie d'alimentation 7 portant une gouttière 8 est placée verticalement au-dessus de la cuve et est enfer- mée dans un logement 9 ayant une cheminée 10 pour le départ des gaz de combustion. Le four est chargé de combustible solide et de matière de formation de ciment sous forme de granules ou briquettes 11.
Entre les extrémités supérieures et inférieures de la cuve 2, un certain nombre de sorties 12, réparties le long de la périphérie et portant chacune une vanne de distribution 13, débouchent de l'intérieur de la cuve 2
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dans des tubulures 14 placées de chaque côté du four et re- liées entre elles à leurs extrémités supérieures pour former une conduite d'échappement unique 15 portant une vanne de réglage 16 placée sur la conduite 15 au-dessus du point de raison.
A une certaine distance du dessus de la cuve, un cer- tain nombre d'ouvertures 17 communiquent avec les tubulures 14 et constituent des entrées 18, dont chacune porte une vanne de distribution 19, par lesquelles les tubulures 14 sont pisés en communication avec l'intérieur de la partie supérieure de la cuve 2.
Entre les sorties 12 et les entrées 18, d'autres entrées 20 le long de la périphérie du four débouchent des tubulures 14 à l'intérieur de la cuve 2 et chacune d'elles est munie d'une vanne de distribution 21. A une certaine distance au- dessus du fond de la cuve 2, deux sorties additionnelles dia- métralement opposées 22, débouchent de l'intérieur de la par- tie inférieure de la cuve dans les tubulures 14.
La conduite d'échappement 15 communique avec une chambre de séchage 23 ayant une sortie 24 débouchant dans la cheminée 10. Un convoyeur d'alimentation 25 traverse la chambre de séchage 23 d'où la matière est déchargée par la gouttière 26 dans la trémie 7.
Au-dessus et contre chacune des entrées 18 et 20 et des sorties 12, on insère un thermo-couple 27 dans la paroi du four 1. Les thermo-couples 27 sont reliés électriquement à un régulateur 28 qui est relié électriquement à son tour à chacune des vannes de distribution 13, 19 et 21. Les moyens de connections électriques entre les thermo-couples et le ré- gulateur et entre le régulateur et les vannes de distribution sont indiqués schématiquement par des lignes pointillées et peuvent être construits par tout moyen connu.
Le four à ciment fonctionne comme suit :
On charge du combustible solide et de la matière de formation de ciment sous forme de granules ou de briquettes
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au-dessus du four t, et ils descendant à travers la cuve 2 à contre-courant d'un courant d'air insufflé ascendant. A mesure que la matière descend dans la cuve, sa température augmente progressivement jusqu'à ce que la matière atteigne un point où la combustion commence. Le point représente la ligne de séparation entre la zone de préchauffage A et la zone de combustion B.
A mesure que la matière descend à tra- vers la zone de combustion B, sa température s'élève et di- minue jusqu'à ce que la matière atteigne un second point au- quel la combustion cesse, puis la matière se refroidit pro- gressivement jusque, ce qu'elle atteigne le fond de la cuve où on l'a décharge à travers la grille rotative 3 dans la gouttière de déchargement 4. Ce second point représente la ligne de séparation entre la zone de combustion B et la zô- ne de refroidissement C.
On introduit de l'air soufflé dans la cuve 2 au fond de la zone de refroidissement C à travers l'ouverture 6 à la partie supérieure de la gouttière de déchargement 4 et à travers la grille rotative 3, la quantité d'air introduite étant d'ordinaire telle qu'elle assure une combustion sonve- nable de combustible solide. Si,, conformément à l'invention, on introduit une quantité supplémentaire d'air dans le fond de la zone de refroidissement, il s'en suit que la matière sera déchargée du four à une température considérablement plus basse, par suite de l'action de refroidissement de l'air en excès.
d'air
Pour que seule la quantité/nécessaire à la combustion convenable du combustible solide atteigne la zone de com- bustion, une partie de la'ir insufflé ainsi introduit dans la zone de refroidissement est enlevée dans la suite de la zone de refroidissement par des moyens prévus dans ce but.
A mesure que le courant d'air insufflé monte dans la cuve 2, une partie de l'air s'échappe de la partie inférieure de la zOne de refroidissement C par les sorties 22 dans les tubu- lures 14, et éventuellement dans la conduite d'échappement
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15. Cet air entraîne avec lui une certaine quantité de cha- leur enlevée à la matière à la partie inférieure de la zone de refroidissement C. A mesure que l'air restant continue à monter, il absorbe une nouvelle quantité de chaleur de la zô- ne de refroidissement C. Une nouvelle partie de l'air insuf- flé peut être enlevée de la pattie supérieure de la zone de refroidissement C à travers les sorties 12 dans les tubulures 14 par les vannes de distributions 13.
La quantité d'air ainsi enlevée est réglée par les thermo-couples 27 en con- jonction avec le régulateur thermo-électrique 28 qui est relié aux vannes de distribution 13. De cette manière, la ligne de séparation entre la zone de refroidissement C et la zone de combustion B peut être maintenue à une hauteur déterminée d'avance ou bien la totalité ou une partie de la zone peuvent être déplacées vers le haut ou vers le bas comme on le désire.
Une partie de l'air insufflé enlevé de la zone de re- froidissement peut, si on le désire, retourner à la zone de combustion B à travers une partie ou la totalité des entrées 20 aboutissant dans la sone de combustion de ma- nière à égaliser la combustion de long de la périphérie, la quantité d'air ainsi retournée étant réglée par les ther- mo-couples 27 en conjonction avec le régulateur 28. Une autre partie de l'air insufflé peut être retournée à la zone de chauffage A et retourne ainsi la chaleur absorbée dans la partie inférieure ou refroidissante vers la partie de chauffage ou partie supérieure du système.
Cet air en- tre dans la zone de chauffage A par les entrées 18 et les vannes de distribution 19 qui sont réglées de la même ma- nière que celle décrite plus haut, par une nouvelle paire de thermo-couples 27 et le régulateur 28.
Le restant de l'air insufflé enlevé de la zone de refroidissement et qui est à une température sensiblement
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élevée, peut s'échapper à l'atmosphère à travers la conduite d'échappement 15 et la vanne de réglage 16 ou bien elle peut être utilisée à des opérations de chauffage ou de séchage à l'extérieur du four. Dans le cas actuel, le restant de l'air insufflé chaud est conduit par la conduite d'échappement 15 et la vanne de réglage 16 à la chambre de séchage 23 d'où il passe par la sortie 24 à la cheminée 10.
Grâce à cette disposition, les granules ou briquettes peuvent être chauffées d'avance en les faisant passer à tra- vers la chambre de séchage sur le convoyeur d'alimentation 25 avant de les décharger par la gouttière 26 dans la trémie 7.
De cette manière, par conséquent, une quantité notable de cha- leur, qui autrement serait perdue, retourne au système, et réduit ainsi la chaleur perdue à un minimum et donne lieu à une amélioration considérable du rendement de marche du four.
Le four peut, par exemple, avoir une hauteur de quàque 9 mètres (30 pieds) et un diamètre intérieur de la cuve de quelque 2,16 mètres (7 pieds) et peut être chargé à raison de 10 tonnes par heure de granules ou briquettes ayant la com- position suivante :11,7% de silice, 5,6% d'alumine et oxyde de fer, 36,3% de chaux et 45,3% (le combustible solide. La quantité d'air insufflée peut alors être réglée de manière que quelque 170 m3 (6000 pieds cubes) par minute passent di- rectement vers le haut de la zone de refroidissement C à la zone de combustion B pendant qu'une autre quantité pouvant atteindre jusque 170 m3 (6000 pieds cubes) par minute est détournée de la zone de refroidissement C et est ensuite utilisée de la manière décrite.
Bien que les chiffres déterminés de dimensions, com- positions, quantités d'air et introductions de charges aient été donnés uniquement à titre d'exemple, il est bien entendu qu'ils ne constituent d'aucune manière une limitation, et qu'ils peuvent varier considérablement suivant les circons- tances.