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Procédé et appareil perfectionnés pour traiter des matières granupaires à chaud*
La présente invention concerne un procéda et Un appareil pour traiter thermiquement des matières granulaires et' vise, en par-- ticulier, à obtenir économiquement un résultat déterminé et unifor- me du traitement à chaud de matières de qualité variable.
Il est déjà connu de traiter themiquement des matières granulaires par un procd de frittage au cours duquel la fraction combustible de la matière à traiter est brûiée sous l'influence d'un tirage ou d'un appe. d'air pendant que la matière est supportée sur une grille qui peut être fixe ou mobile. Dans un tel procédé de frittage, il st courant d'amorcer la combustion au moyen d'une
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flamme ou d'une source de chaleur raYonnantI'V)l1qUé0 à, la surface supérieure de la masse granulaire ou eliargeo, Une rots la combustion amorcée,
la source de flamme de chaleur rayonna*!* i te est écartée ou éteinte et la cnaleur qui est* ensuite nécessaire j au traitement de la euarge est fournie entièrement par la combustion! de sa fraction combustible, Pour cette raison, le réglage de la tem-
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pérature atteinte dans le procède, qui est souvent tr"8 importante ' ne peut être réalisé de façon satisfaisante qu'en modifiant la te-
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neur en matière caatuatibl,$ de la charge. Il est parfois difficile, sinon impossible, de procéder de cette faon, en particulier, lorsque la mat1è.re à traiter contient une proportion inconnue de résidus combustibles comme c'est le cas de certains déchets ayant une importance économique.
Da présente invention a pour but principal de procurer un dispositif permettant de soumettre avec succès des matières de compo* sition indéterminée à un traitement thermique pour obtenir des pro- duits de qualité régulière sans qu'on doive connaître de façon précise leur teneur en .matière combustible.
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jipiiivention a également pour but d'améliorer la facilité et l'économie du traitement tneraique suivant l'invention, comme décrit ci-après.
Suivant la présente invention, il est prévu un procédé pour soumettre une matière granulaire à un traitement thermique détermine suivant lequel la matière granulaire est supportée sur une brille en un lit qui peut avoir une épaisseur de l'ordre de
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1 pouces à 4 pieds wu à LeU cm) . et des gaz provenant d'un foyer ; sont aenus en dessous de la brille et aspirés vers le haut à tria- vers le lit de matière granulaire. En outre, ces gaz peuvent être , dilués avec une proportion déterminée d'air ambiant froid avant ci$
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être aspirés à travers la matière granulaire.
Le procédé de l'in- ! vention est encore caractérisé en ce que la température des gaz aspi- rés à travers les matières granulaires est réglée suivant les be- soins au procédé indiqués par des Instruments appropriés.
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.w'1venlon procure également un appareil pour réaliser
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le procédé précité, comprenant un foyer raccordé par au moins un carneau au dessous d'une grille, une entrée réglable pour l'air ambiant débouchant dans le foyer ou dans le ou les carneaux,'un dis- positif pour aspirer les gaz à travers le lit de matière granulaire ! à une vitesse réglable, des instruments pour indiquer les tempéra- tures régnant en différents points dans l'appareil, en particulier en différents endroits dans le lit de matière granulaire,
et des instruments pour régler convenablement le foyer.
Afin de bien faire comprendre l'invention, une forme d'exécution particulière de l'appareil utilisé pour exécuter le procédé perfectionné sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec référence au dessin annexé, dans lequel : la Fig. 1 est une coupe verticale schémstique de l'appa- rail} et, la Fig. 2 est une vue en plan schématique.
Dans cet appareil, un foyer chauffé à l'huile 1 est raccor- dé au dessous a'un four basculant 2 qui a une profondeur d'environ 30 pouces (76 cm), par un carneau 3. Une entrée d'air 4 munie d'un registre 3 débouche également dans le carneau 3. Des chicaner règle-! bles 6 sont prévues en dessous de la grille du four pour contribuer à assurer une répartition égale du gaz sur toute la surface de la ' grille 7 pendit le fonctionnement.
Le fcur 2 comporte des'côtés 8 en matière réfractaire appropriée et une hotte supérieure 9 raccordée à une conduite de départ 10 qui c<mmunique avec un extracteur centrifuge via un dis- positif collecter de poussière (non représenté). Des moyens de réglage 11 sont prévus dans la conduite de départ pour régler le tirage à travers la grille 7 pendant le fonctionnement. Pour con- tribuer à réparer le tirage sur toute la surface de 1.1.1 \ grillai des conduites mtiliaires 12 partent des différents points de la hotte 9 et débouthent dans la conduite de départ 10, chaque conduite auxiliaire étaie munie d'un registre indépendant 13.
Un éctin 14 est prévu dans la hotte et contribue également répartir le tirage sur toute la surface de la grille 7 tout en
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empêchant simultanément l'entraînement de particules de matière par transport pneumatique pendant le fonctionnement.
Des ouvertures obturables 15 sont ménagées dans les cotée 8 du tour à l'arrière de ce dernier pour charger le four de la matière à traiter.
Des portes montées sur charnières 16 sont prévues d'un ' cote du four et servent à décharger le produit traité. Cette opéra- tion est facilitée en basculant le four autour d'un axe horizontal coïncidant approximativement avec les extrémités inférieures des portes.
Un joint approprié 17 est prévu dans la conduite de départ 10 pour permettre le basculement du four 2. lies dispositifs de mesure de la température 18 sont prévus pourindiquer la tempéra bure en différents points sur la grille et à un certain nombre de points prédétermines dans la charge. Des dis- positifs de mesure ae la température auxiliaire (non représentés) sont également prévus pour indiquer les températures régnant dans le carneau 3, la conduite de départ 10, l'extracteur centrifuge, etc. ,
Des dispositifs (non représentés) sont également prévus pour mesurer le débit aes gaz dans l'extracteur centrifuge et la pression différentielle dans la charge pendant le fonctionnement ainsi que le tirage à l'avant du foyer et la composition des gaz de combustion.
Un circuit de dérivation 19 est en outre prévu pour placer le cerneau, en dessous de la grille 7 du four, directement en commu- nication avec l'extracteur centrifuge via le dispositif collecteur , de poussière pour récnauffer le four* Le fonctionnement du dispos!. ; tif de dérivation est commandé par des registres appropriés 20, 21. j
Dans le fonctionnement de l'appareil décrit qui est conçu pour produire un agrégat nodulaire léger pour béton, le four 2 est cnargé d'une matière granulaire appropriée qui peut avoir une teneur en matière combustible de l'ordre de 2 t 7% en poids, mais qui :ao doit pas nécessairement être connue.
On ferme les ouvertures
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de chargement 15 et on aspire les gaz chauds du foyer chauffé à l'huile 1 à travers le lit en dessous de la grille 7. On règle les conditions de combustion et les différents registres 5, 11., 13, 20, 21 de façon que le débit des gaz dans le lit soit de l'ordre de) 100 à 200 pieds cubes standards (2,8 à 5,6 m3) par minute par pied carré (0,09m2) de surface du lit et la température indiquée au ni- veau de la grille est de l'ordre de 600 à 650 C.
.Dans ces conditions, on constate que l'a@umage de la couche inférieure de la charge a lieu en quelques minutes et se manifeste-par le fait que la température du dessous du lit commence à monter rapidement et dépasse en peu de temps la température indi- quée au niveau de la grille.
Il fautalors régler la température des gaz qui pénètrent dans le lit de façon que l'effet combiné de leur chaleur sensible et de la cnaleur libérée par la combustion des matières combus- tibles de la charge produise la température désirée dans la zone chaude du lit granulaire. à cet effet, on règle les brûleurs du foyer 1 et/ou l'entrée d'air froid 4 selon les informations tour- nies par les dispositifs mesurant la température du lit.
Comme c'est le cas dans les procédés de frittage classiques, la zone chaude avance aans le lit, dans ce cas-ci vers le haut,et'son aven- cement peut être suivi à l'aide des instruments précités, Me niveau de température précis obtenu dans la zone chaude est commandé pen- dant tout le fonctionnement de l'appareil en réglant les condi- tions de combustion dans le foyer suivant les indications des instru ments. naturellement plus la teneur en matière combustible de la charge est faible, plus la quantité de chaleur qu'il faut fournir au moyen des gaz de combustion chauds est Importante, et inverse- ment, quoique d'autres facteurs, en particulier l'humidité de la charge, aient également leur importance.
Par exemple lorsque la charge comprend aes cendres de combustible pulvérisé pelletisées, ayant une teneur en humidité de 14% environ et une teneur en matière;
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combustible de 3, environ, on constate qu'une température de gaz,
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mesurée au niveau de la grille de 500 à 6OUwC convient parfaitement pendant la majeure partie de la combustion, tandis qu'avec une char** ge de cendres de combustible pulvérisé pelletisées ayant une te- neur en humilité d'environ 17% et une teneur en matière combustible
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d'environ 4,5, une température au niveau de la grille de l'ordre de 370 à 470uC est plus indiquée* Dans les deux cas,
la température de la zone chaude doit être de l'ordre de 1.0500C et le produit ferme un agrégat granulaire bien fritte* Il est à remarquer qu'à mesure que la zone chaude monte dans la charge, la matière frittéé sous-jacente se refroidit jus-
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qu'à venir en équilibre avec les gaz traversant le lit, mais en aubut cas elle ne peut se refroidir à une température inférieure à Celle du courant de gaz* lorsqu'on traite une charge ayant une faible teneur en
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matières combustibles et qu'on utilise par conséquent une te#pêra\u re de gaz élevée, les couches inférieures du lit constituent Un ré-
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servoir de chaleur considérable, t'our éviter de gaspiller la chaleur retenue dans les coucnes intermédiaire et inférieure du lit, on dis- pose de deux procédés.
En premier lieu, on peut .couper les brûleurs du foyer avant que la zone cnaude atteigne le dessus de la charge, la chaleur sup-
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plémenta.1re nécessaire pour assurer un frittage approprié de la couche supérieure étant obtenue par récupération des couches inter- uédiaires. L'expérience permet à l'opérateur de juger, dans un cas donné quelconque, lorsqu'il peut couper les brûleurs de façon à dis poser de suffisamment de chaleur pour assurer un frittage approprie ! jusqu'au dessus de la charge, Cependant, ce processus ne permet pas de récupérer toute la cndeur sensible de la charge frittée, car une proportion nota- ble de cette chaleur est trop peu élevée pour pouvoir être utile à cet effet.
Afin d'assurer une récupération totale de cette chaleur peu élevée, il faut combiner le fonctionnement de deux ou de ; )
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plusieurs fours, comme décrit, de façon que pendant le refroidisse ment final de la charge, après l'achèvement du processus de frittage les gaz chauds extraits d'un four soient passés dans le foyer d'un ! second four comme air secondaire ou tertiaire préchauffé. Dansées conditions, Inefficacité tnermique que l'on peut atteindre du pro- cède est de beaucoup supérieure à celle des procédés classiques de frittage.
Un autre avantage important au point de vue économique remarqué dans le procédé décrit plus haut est dû au faible gradient de pression régnant dans le lit pendant le fonctionnement. Ce gra- dient est souvent inférieur à la moitié de celui qui règne dans /les lits granulaires de caractéristiques semblables pour des débits ' de gaz identiques utilisant des procédés à tir&ge de haut en bas, qui tendent à tasser les particules et à diminuer la perméabilité du! lit.
Grâce à cette chute de pression diminuée, il est possible de faire des économies dans la construction et l'exploitation et l'ex- tracteur tandis que la perméabilité élevée du lit permet également des allures de combustion supérieures à celles que l'on rencontre dans des procédés de frittage à tirage de haut un bas normaux On a également constaté que le précédé à tirage de bas en ! haut, comme décrit ci-dessus,
est moins sensible à la présence ' d'excès de fines dans le lit que les procédés à tirage de haut en bas dans lesquels ces fines se tassent et diminuent habituellement la , perméabilité et l'allure de la combustion.
Un autre avantage est que l'allumage ,par convection au moyen degaz chauds comme décrit plus haut ne provoque pas la calcination et le durcissement étanche des couches proches de la charge que l'on observe habituellement avec un allumage à la flamme . ou par rayonnement.
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Improved method and apparatus for treating hot granupary material *
The present invention relates to a process and apparatus for the heat treatment of granular materials and in particular aims to economically obtain a determined and uniform result of the heat treatment of materials of varying quality.
It is already known to thermally treat granular materials by a sintering process during which the combustible fraction of the material to be treated is burned under the influence of a draft or a fire. air while the material is supported on a grid which can be fixed or movable. In such a sintering process, it is common to initiate combustion by means of a
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flame or heat source radiatingI'V) l1qUé0 to, the upper surface of the granular mass or eliargeo, A burps the combustion initiated,
the heat flame source radiated *! * is removed or extinguished and the heat which is * subsequently required for the treatment of the gas is supplied entirely by combustion! of its combustible fraction, For this reason, the adjustment of the
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The temperature achieved in the process, which is often very important, can only be satisfactorily achieved by modifying the temperature.
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neur in caatuatibl matter, $ of the load. It is sometimes difficult, if not impossible, to do this, especially when the material to be treated contains an unknown proportion of combustible residues as is the case with certain wastes of economic importance.
The main object of the present invention is to provide a device for successfully subjecting materials of indeterminate composition to heat treatment in order to obtain products of consistent quality without having to know precisely their material content. combustible.
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The aim of the invention is also to improve the ease and economy of the tereraic treatment according to the invention, as described below.
According to the present invention, there is provided a method for subjecting a granular material to a heat treatment in which the granular material is supported on a shine in a bed which may have a thickness of the order of.
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1 inch to 4 feet wu to LeU cm). and gases from a fireplace; are aenus below the shine and sucked upward through the bed of granular material. In addition, these gases can be diluted with a determined proportion of cold ambient air before this $
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be sucked through the granular material.
The process of in-! The invention is further characterized in that the temperature of the gases sucked through the granular materials is controlled according to the process requirements indicated by appropriate Instruments.
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.w'1venlon also provides an apparatus for carrying out
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the aforesaid method comprising a hearth connected by at least one flue below a grille, an adjustable inlet for the ambient air opening into the hearth or into the flue (s), a device for sucking the gases through the bed of granular material! at an adjustable speed, instruments for indicating the temperatures prevailing at different points in the apparatus, in particular at different places in the bed of granular material,
and instruments to properly adjust the focus.
In order to make the invention fully understood, a particular embodiment of the apparatus used to carry out the improved method will be described below, by way of example, with reference to the appended drawing, in which: FIG. 1 is a schematic vertical section of the apparatus} and, FIG. 2 is a schematic plan view.
In this appliance, an oil-heated fireplace 1 is connected below to a tilting oven 2 which has a depth of about 30 inches (76 cm), by a flue 3. An air inlet 4 provided a register 3 also opens into the flue 3. Some quibble rule-! bles 6 are provided below the oven rack to help ensure an even distribution of gas over the entire surface of the rack 7 during operation.
The fcur 2 has sides 8 of suitable refractory material and an upper hood 9 connected to a supply line 10 which is unique to a centrifugal extractor via a dust collecting device (not shown). Adjustment means 11 are provided in the outgoing line to adjust the draft through the grid 7 during operation. To help repair the draft over the entire surface of 1.1.1 \ grill of the auxiliary pipes 12 start from the different points of the hood 9 and debut in the outgoing pipe 10, each auxiliary pipe is provided with an independent register 13 .
An ectin 14 is provided in the hood and also helps distribute the draft over the entire surface of the grille 7 while
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simultaneously preventing the entrainment of particles of material by pneumatic transport during operation.
Closable openings 15 are made in the sides 8 of the tower at the rear of the latter to load the furnace with the material to be treated.
Hinged doors 16 are provided on one side of the oven and serve to unload the processed product. This is facilitated by tilting the oven about a horizontal axis approximately coinciding with the lower ends of the doors.
A suitable gasket 17 is provided in the outlet line 10 to allow the furnace to tilt 2. The temperature measuring devices 18 are provided to indicate the temperature at various points on the grid and at a number of predetermined points in the grid. charge. Auxiliary temperature measuring devices (not shown) are also provided to indicate the temperatures prevailing in the flue 3, the flow line 10, the centrifugal extractor, etc. ,
Devices (not shown) are also provided for measuring the gas flow rate in the centrifugal extractor and the differential pressure in the charge during operation as well as the draft at the front of the hearth and the composition of the combustion gases.
A bypass circuit 19 is also provided for placing the kernel, below the oven rack 7, directly in communication with the centrifugal extractor via the collecting device, of dust to rewarm the oven * The operation of the device! . ; tif bypass is controlled by appropriate registers 20, 21. j
In the operation of the described apparatus which is designed to produce a lightweight nodular aggregate for concrete, the furnace 2 is supplied with a suitable granular material which may have a combustible content of the order of 2 to 7% by weight. , but who: ao need not be known.
We close the openings
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charging 15 and the hot gases from the oil-heated stove 1 are sucked through the bed below the grate 7. The combustion conditions and the different registers 5, 11, 13, 20, 21 are adjusted so that the gas flow rate in the bed is of the order of) 100 to 200 standard cubic feet (2.8 to 5.6 m3) per minute per square foot (0.09 m2) of bed surface and the temperature indicated in grid level is of the order of 600 to 650 C.
Under these conditions, it is found that the exposure of the lower layer of the load takes place in a few minutes and is manifested by the fact that the temperature of the underside of the bed begins to rise rapidly and in a short time exceeds the temperature. temperature indicated on the grid.
It is then necessary to regulate the temperature of the gases which enter the bed so that the combined effect of their sensible heat and of the heat liberated by the combustion of the combustibles of the charge produces the desired temperature in the hot zone of the granular bed. . to this end, the burners of the fireplace 1 and / or the cold air inlet 4 are adjusted according to the information provided by the devices measuring the temperature of the bed.
As is the case in conventional sintering processes, the hot zone advances through the bed, in this case upward, and its progress can be followed using the aforementioned instruments. The precise temperature obtained in the hot zone is controlled during the whole operation of the appliance by adjusting the combustion conditions in the fireplace according to the instructions of the instruments. naturally the lower the combustible content of the charge, the greater the quantity of heat which must be supplied by means of the hot combustion gases, and conversely, although other factors, in particular the humidity of the load, are also important.
For example when the charge comprises pelletized pulverized fuel ash having a moisture content of about 14% and a material content;
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fuel of approximately 3, it is observed that a gas temperature,
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measured at the grate of 500 to 6OUwC is fine during most of the combustion, while with a load of pelletized pulverized fuel ash having a humility content of about 17% and a content of in combustible material
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about 4.5, a temperature at the grid of the order of 370 to 470uC is more indicated * In both cases,
the temperature of the hot zone must be of the order of 1.0500C and the product closes a well sintered granular aggregate * Note that as the hot zone rises in the charge, the underlying sintered material cools juice-
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only come into equilibrium with the gases passing through the bed, but in the end it cannot cool down to a temperature lower than that of the gas stream * when treating a feed having a low content of gas.
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combustible material and therefore a high gas density is used, the lower layers of the bed constitute a re-
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To avoid wasting the heat retained in the middle and lower layers of the bed, two methods are available.
In the first place, the burners of the fireplace can be switched off before the burned area reaches the top of the load, the heat sup-
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addition necessary to ensure proper sintering of the upper layer being obtained by recovery of the intermediate layers. Experience allows the operator to judge, in any given case, when he can shut off the burners so as to have sufficient heat to ensure proper sintering! up to the top of the charge. However, this process does not recover all of the substantial part of the sintered charge, since a significant proportion of this heat is too small to be useful for this purpose.
In order to ensure a total recovery of this low heat, it is necessary to combine the operation of two or of; )
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several furnaces, as described, so that during the final cooling of the charge, after the completion of the sintering process the hot gases extracted from one furnace are passed into the hearth of a! second oven as preheated secondary or tertiary air. Under these conditions, the achievable thermal efficiency of the process is much higher than that of conventional sintering processes.
Another important advantage from an economic point of view noted in the process described above is due to the low pressure gradient prevailing in the bed during operation. This gradient is often less than half that which prevails in granular beds of similar characteristics for identical gas flow rates using top-to-bottom draft processes, which tend to compact the particles and decrease the permeability. of! bed.
Thanks to this reduced pressure drop, savings can be made in construction and operation and in the extraction, while the high permeability of the bed also allows combustion rates greater than those found in Normal Top-Down Sintering Processes It was also found that the previous bottom-draft! high, as described above,
is less sensitive to the presence of excess fines in the bed than top-down draft processes in which these fines settle and usually decrease the permeability and rate of combustion.
Another advantage is that the ignition, by convection by means of hot gases as described above, does not cause the calcination and tight hardening of the layers close to the load which is usually observed with flame ignition. or by radiation.