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WO2009101361A2 - Procede de chauffage d'un cru mineral dans un four de cuisson de type four tunnel - Google Patents

Procede de chauffage d'un cru mineral dans un four de cuisson de type four tunnel Download PDF

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Publication number
WO2009101361A2
WO2009101361A2 PCT/FR2009/050219 FR2009050219W WO2009101361A2 WO 2009101361 A2 WO2009101361 A2 WO 2009101361A2 FR 2009050219 W FR2009050219 W FR 2009050219W WO 2009101361 A2 WO2009101361 A2 WO 2009101361A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
oxidant
injection
injected
fuel
jet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2009/050219
Other languages
English (en)
Other versions
WO2009101361A3 (fr
Inventor
Mohand Amirat
Robert Kalcevic
Faustine Panier
Rémi Tsiava
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Priority to US12/867,135 priority Critical patent/US20100316969A1/en
Priority to CN2009801047712A priority patent/CN101946148A/zh
Priority to EP09709567A priority patent/EP2242975A2/fr
Publication of WO2009101361A2 publication Critical patent/WO2009101361A2/fr
Publication of WO2009101361A3 publication Critical patent/WO2009101361A3/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/30—Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
    • F27B9/36—Arrangements of heating devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001—Heating elements or systems
    • F27D99/0033—Heating elements or systems using burners

Definitions

  • the present invention relates to a method for heating a mineral meal in a tunnel type baking oven.
  • CO 2 emissions related to human activity are likely to be responsible for much of the global warming that seems to be occurring at the terrestrial level. This observation led in particular to the signing of the Kyoto Protocol. Since a growing number of countries are setting targets in terms of limiting CO 2 emissions. In the case of the European Union, for example, the implementation of this protocol resulted in an emissions allowance system CO2, or quotas.
  • the raw material which is a mixture of clay and limestone mainly, is: first (1) homogenized, typically by grinding, and (2) dried, then (3) reheated , typically up to about 900 ° C., and (4) decarbonated - at the reheating temperature the calcium carbonate decomposes to give lime and carbon dioxide - and then (5) clinkerized.
  • the clinker thus obtained is quenched in the air and then ground with gypsum to form the cement.
  • the clinker is obtained by firing at high temperature (clinkerization), generally between 1100 0 C and 1400 0 C, decarbonated raw. At this temperature, the lime and the various components of the material recombine to form the clinker. Clinkering usually takes place in a rotary kiln. It has also been proposed to implement a tunnel kiln for clinker firing.
  • the object of the present invention is to provide a combustion technology, adapted to tunnel furnaces, which meets the constraints described above.
  • the present invention relates in particular to a method of heating a mineral meal in a tunnel furnace type baking furnace having a focus with an inlet upstream, a downstream outlet and side walls equipped with burners.
  • the raw material travels a treatment path between the upstream inlet and the downstream outlet of the hearth.
  • the raw material is conveyed in a substantially constant thickness web along the treatment path where the raw material is heated and cooked by means of said burners so as to obtain a cooked product, such as clinker.
  • Said burners comprise at least one fuel injector and at least one oxidant injector, said oxidant having an oxygen content of greater than 22% vol. These burners are hereinafter referred to as "oxyburners”.
  • the at least one oxidant injector is positioned relative to the at least one fuel injector so that the at least one fuel jet injected by the at least one fuel injector is separated from the fuel injector. tablecloth by at least an oxidant jet injected by at least one oxidant injector.
  • at least one oxidant jet is interposed between each fuel jet and the web.
  • the raw material is transported between the inlet upstream and the outlet downstream of the hearth.
  • the tunnel kilns are equipped with appropriate mechanical means of transport adapted to the temperatures that prevail in the home.
  • the raw material can be transported through the hearth by means of rollers, as described in particular in WO-A-02094732, on a treadmill or on trolleys (in English "kiln-cars") as described in part 2.2.7.4.2 "Tunnel kilns" of the reference document of the European Commission entitled "Reference Document on Best Available Techniques in the Ceramic Manufacturing Industry" of August 2007
  • the tunnel type furnaces are thus distinguished from rotary kilns (in English "rotary kilns") which are not equipped with such means for the transport of the raw material and in which, in particular, the transport of the raw material is typically carried out under the effect gravity by tilting the same rotary kiln.
  • the cooked product is typically cooled at the outlet of the treatment path.
  • At least one oxy-burner is a concentric injection oxy-burner with a peripheral oxidant injection making it possible to create an oxidizing atmosphere outside the flame envelope.
  • the oxidant jet injected by the peripheral injection surrounds the fuel jet, the lower part of the peripheral oxidant jet being interposed between the fuel jet and the sheet, thus separating the fuel jet from the fuel jet. the tablecloth.
  • the process will use several such concentric injection oxy-burners.
  • all the oxy-burners mounted in the side walls of the furnace are such concentric injection oxy-burners.
  • oxy-burners Preferably, a plurality, or all of them, of the oxy-burners are oxy-burners of this type.
  • the jet of oxidant injected by the central oxidant injection is advantageously injected at a higher impulse than the jet of oxidant injected by the peripheral oxidant injection.
  • At least one of the oxy-burners comprises one or more lower oxidant injectors situated below the at least one fuel injector so that the oxidant jet (s) injected by the lower injector (s) separate the at least one fuel jet injected by the at least one fuel injector of the web.
  • the oxidant jet (s) injected by the lower injector (s) are interposed between the fuel jet (s) and the layer.
  • the oxy-burner may also comprise one or more oxidant injectors located at one or more fuel injectors and / or located at a level above one or more fuel injectors.
  • the oxy-burner is advantageously an oxy-burner with a staged oxidant injection.
  • a first part oxidant called primary oxidant
  • a second part of the oxidant is injected near the fuel jet or jets
  • said secondary oxidant being injected at a greater distance from the fuel jet or jets
  • a third part of the oxidant said tertiary oxidant, being optionally injected at an even greater distance from the fuel jet or jets.
  • a staged combustion is carried out: in a first combustion phase, the fuel jet or jets react with the primary oxidant, the remainder of the fuel after the primary combustion and the products of combustion of this primary combustion then entering into contact with the secondary oxidant in a secondary combustion and, in the particular case where there is distribution of the oxidant in primary, secondary and tertiary oxidant, the fuel remaining after the secondary combustion and the products of combustion resulting from this secondary combustion come into contact with the tertiary oxidant in a tertiary combustion phase.
  • Each fuel injector is connected to a fuel source.
  • Each oxidant injector is connected to an oxidant source.
  • the fuels used are preferably low-cost fuels (coal, petcoke, waste, etc.) conventionally used by cement manufacturers. It is nevertheless conceivable to advantageously use gaseous fuels (natural gas, propane, etc.) or liquid fuels (fuel oil).
  • the oxygen content of the oxidant is greater than 22% vol.
  • the oxygen content of the oxidant is advantageously greater than 50% vol, preferably greater than 70% vol and more preferably greater than 80% vol.
  • the invention also relates to the use of the heating method described above in the manufacture of lime or clinker.
  • a tunnel furnace for heating a mineral raw material to produce a cooked product suitable for carrying out the process comprises a furnace having an upstream inlet, a downstream outlet and sidewalls equipped with burners. Such a furnace also comprises means for introducing a sheet of mineral raw material into the furnace through the upstream inlet, means for evacuating the layer of cooked product from the furnace via the downstream outlet and means for transporting the sheet along a treatment path between the upstream inlet and the downstream outlet, such as one or carriages, rollers or treadmills.
  • the burners with which the side walls of the furnace are equipped are burners according to any one of the embodiments described above. These burners are therefore oxy-burners comprising at least one fuel injector and at least one oxidant injector.
  • the at least one oxidant injector of these burners is positioned relative to the at least one fuel injector so that the at least one fuel jet injected by the at least one fuel injector is separated from the sheet by at least one oxidant jet injected by at least one oxidant injector.
  • the proposed technology is applicable to the manufacture of various types of clinker, such as the clinker for sulfo-aluminous cement and / or ferro-aluminous cited in WO-A-02094732, the clinker for Portland cement, the manufacture of lime, or the cooking other mineral products. It is particularly useful for cooking mineral raw materials whose composition is such that their cooking requires a good control of the heat transfer to the raw material such as raw for sulfo-aluminous cement and / or ferro-aluminous.
  • the present invention makes it possible to create a relatively homogeneous temperature atmosphere above the sheet according to a desired longitudinal profile.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a suitable concentric injection burner; for the process according to the invention, Fig. 1A showing cross-section and Fig. 1B a front view; and FIG. 2 is a diagrammatic cross-sectional representation of the hearth of a tunnel furnace adapted for implementing the method according to the invention equipped with a second type of burner.
  • the tunnel or hearth is equipped with oxy-burners aligned on the side of the furnace, on both sides of the sheet of material. Said burners are positioned in the side walls and oriented so that their flames do not impact the load.
  • the fuel used is a fuel conventionally used by cement manufacturers, such as coal, petcoke, waste. It is also possible to use gaseous fuels (natural gas, propane %) or liquid fuels (fuel oil).
  • the oxygen content in the oxidizer of an oxy-burner is greater than 22% vol, preferably greater than 50%, still more preferably greater than 70% and more preferably greater than 80%.
  • Different types of burners are proposed to create the proper atmosphere for the material: a. oxy-fuel burners with concentric fuel and oxidant injections (Figure 1)
  • the burner 1 in the side wall 3 is a concentric injection oxy-burner, with a peripheral oxidant injection 10 surrounding the fuel injection 11 and for creating an oxidizing atmosphere outside the flame envelope 19.
  • oxidizing atmosphere avoids the excessive reduction of sulphates contained in the raw.
  • the need to preserve the oven or to adapt the heat transfer to the width may lead to a need to change the length of the oven.
  • the flame 19 produced by one or more burners may lead to a need to change the length of the oven.
  • concentric injection burners with:
  • peripheral oxidant surrounding the fuel injection 11, to create an oxidizing atmosphere outside the flame envelope as mentioned above,
  • the adjustment of the distribution between the peripheral oxidant flow rate and the central oxidant flow rate is as a function of the desired power and the desired flame length.
  • the central oxidant, or primary, 12 injected at a higher pulse than the secondary oxidant 10 will allow to adjust the flame length.
  • the proportion of this oxidant is typically such that the central oxidant 12 provided between 8% and 30% of the totality of the oxygen injected by the burner, for example of the order of 15%.
  • increasing the proportion of primary oxygen (oxygen supplied by the central oxidant) will reduce the length of the flame by improving the oxidant / fuel mixture.
  • the injection of fuel into the furnace 2 is separated, that is to say spaced, from the injection of oxidant into the clinkerization furnace.
  • a first line of oxidant injectors (secondary oxidant) 10 is at a level directly above the level of the sheet 20 transported on the carriage 21 and below the fuel injector or injectors 11, at least one injector primary oxidant 12 being located at a smaller distance (relative to this first line of injectors 10) of the fuel injector or injectors 11 and at a greater distance (with respect to this first line of injectors 10) from the ply 20
  • Such a burner 1 in the side wall 3 again makes it possible to create an oxidizing atmosphere above the sheet 20 and outside the flame envelope 19. This oxidizing atmosphere makes it possible to avoid the excessive reduction of the sulphates. contained in the raw.
  • the first line of oxidant injectors (secondary oxidant) 10 makes it possible to create an oxidizing atmosphere above the sheet 20 outside the flame envelope 19,
  • Adjusting the distribution between the oxidant flow rates of the various oxidant injectors 10, 12 is based on the desired power and the desired flame length 19.
  • additional lines of oxidant injectors (primary oxidant) 12 are located (a) above this first line of injectors but below the fuel injector (s) 11 (line 12a) and (b) above the fuel injector (s) 11 (line 12b).
  • the spacing of the injection lines depends inter alia on the width of the furnace. The calculation of this spacing, and in particular the spacing between the fuel injector and the primary oxidant injectors during the design allows optimization between flame length and NOx reduction.
  • the power of the various oxy-burners along the fireplace 2 of the clinkerisation furnace is adjusted to obtain the desired heating profile.
  • the level of the oxidant injection lines and the spacing of the injections on the same line may also vary over the length of the clinkerisation furnace in order to obtain the appropriate heat transfer.
  • Suitable oxy-burners for the present invention that allow, among other things, to vary the length of a flame in operation and adjust it as necessary are described in patent applications and patents of the Applicant.
  • EP-A-0763692, EP-A-1016825, EP-A-1195557 and FR-A-2837916 disclose oxy-burners marketed under the trade name ALGLASS VM TM which makes it possible to modify the flame length by modifying the oxygen distribution central or peripheral ("Variable Momentum") as in Example 1 above; and
  • EP-A-1618334, EP-A-1702177 and EP-A-1704366 describe oxybrulers with separate injections with a staging of the oxygen injection and an adjustment of the distribution of oxidant marketed under the trade name ALGLASS SUN TM.
  • a common point of these technologies is to allow to modify the characteristics of the flame in operation.

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Abstract

Procédé de chauffage d'un cru minéral dans un four de cuisson de type four tunnel ayant un foyer avec une entrée amont, une sortie ava let des parois latérales équipées de brûleurs, procédé dans lequel le cru est transporté en nappe d'épaisseur sensiblement constante le long d'un trajet de traitement où le cru est chauffé et cuit au moyen desdits brûleurs de manière à obtenir un produit cuit, ledit trajet étant situé entre l'entrée amont et la sortie aval du foyer, caractérisé en ce que lesdits brûleurs comportent au moins un injecteur de combustible et au moins un injecteur d'oxydant et sont positionnés et orientés de manière à ce que leurs flammes n'impactent pas la nappe, le au moins un injecteur d'oxydant étant positionné par rapport à le au moins un injecteur de combustible de manière à ce que le ou moins un jet de combustible injecté par le au moins un injecteur de combustible est séparé de la nappe par au moins un jet d'oxydant injecté par au moins un injecteur d'oxydant.

Description

PROCEDE DE CHAUFFAGE D'UN CRU MINERAL DANS UN FOURDE CUISSON DE TYPE FOUR TUNNEL
La présente invention concerne un procédé pour le chauffage d'un cru minéral dans un four de cuisson de type tunnel.
Les émissions de CO2 liées à l'activité humaine sont vraisemblablement responsables pour une grande part du réchauffement climatique que l'on semble observer à l'échelle terrestre. Ce constat a conduit notamment à la signature du protocole de Kyoto. Depuis un nombre croissant de pays se donnent des objectifs en termes de limitation des émissions de CO2. Dans le cas de l'Union Européenne, par exemple, la mise en œuvre de ce protocole a abouti à un système d'allocation de droits d'émission de CO2, ou quotas.
Avec des émissions d'environ 0,7 à 0,8 tonnes de CO2 par tonne de ciment produite, les cimentiers sont parmi les plus gros émetteurs mondiaux (près de 5% des émissions globales liées à l'activité humaine). Les cimentiers se doivent donc d'être particulièrement actifs dans la recherche de moyens pour réduire leurs émissions de CO2.
Les moyens mis en œuvre et les pistes de recherche pour réduire les émissions de CO2, varient. Parmi ces pistes de recherche, nous pouvons citer l'utilisation des biofuels, la capture du CO2 en vue de sa séquestration, ou encore des modifications de la composition du cru, avec d'avantage d'ajouts.
La question de la réduction des émissions de CO2 se pose également pour la cuisson d'autres crus minéraux.
Dans la fabrication de ciment, la matière première, appelée cru, qui est un mélange d'argile et de calcaire principalement, est : d'abord (1) homogénéisée, typiquement par broyage, et (2) séchée, puis (3) réchauffée, typiquement jusqu'à environ 9000C, et (4) décarbonatée - à la température de réchauffage le carbonate de calcium se décompose pour donner de la chaux et du dioxyde de carbone - et ensuite (5) clinkérisée. Le clinker ainsi obtenu est trempé à l'air, puis broyé avec du gypse pour former le ciment.
Le clinker est obtenu par cuisson à haute température (clinkérisation), généralement comprise entre 11000C et 14000C, du cru décarbonaté. A cette température, la chaux et les différents composants de la matière se recombinent pour former le clinker. La clinkérisation se déroule habituellement dans un four rotatif. II a également été proposé de mettre en œuvre un four tunnel pour la cuisson de clinker. Ainsi il est connu de WO-A-02094732 de fabriquer du ciment sulfo-alumineux et/ou ferro-alumineux par clinkérisation d'un cru particulier dans un four tunnel, ledit cru étant traité jusqu'à clinkérisation par déplacement dans le foyer du four, en nappe d'épaisseur sensiblement constante et à vitesse de déplacement sensiblement constante, le long d'un trajet de traitement soumis à un gradient positif de température, et pendant un temps de traitement au cours duquel le cru reste en dessous de sa température de fusion, le produit clinkérisé étant refroidi en sortie de trajet de traitement.
La cuisson d'un cru minéral et en particulier la clinkérisation dans un four tunnel doit être réalisée en conditions stables d'exploitation afin de préserver l'installation et réduire les maintenances coûteuses et d'assurer la qualité du produit cuit.
Sauf cas exceptionnel, la clinkérisation s'effectue avantageusement en milieu oxydant. Dans le cas contraire, le soufre contenu dans le cru (SO4 2") est réduit en SO2 et part avec les gaz de combustion. Cela pose deux problèmes : les fumées doivent ensuite être dépolluées, et la perte dans le clinker de l'élément SO4 2" est préjudiciable à sa qualité. Des considérations analogues se posent pour la cuisson d'autres crus minéraux.
Toutefois, un surplus trop important d'oxygène dégrade les performances énergétiques de l'installation. En effet, un surplus d'oxygène dilue et baisse les températures et la surconsommation d'oxygène gâche de l'oxygène qui est cher.
L'objet de la présente invention est de proposer une technologie de combustion, adaptée aux fours tunnels, qui réponde aux contraintes décrites ci-dessus.
La présente invention concerne en particulier un procédé de chauffage d'un cru minéral dans un four de cuisson de type four tunnel ayant un foyer avec une entrée amont, une sortie aval et des parois latérales équipées de brûleurs. Le cru parcourt un trajet de traitement situé entre l'entrée amont et la sortie aval du foyer. Le cru est transporté en nappe d'épaisseur sensiblement constante le long du trajet de traitement où le cru est chauffé et cuit au moyen desdits brûleurs de manière à obtenir un produit cuit, tels que du clinker. Lesdits brûleurs comportent au moins un injecteur de combustible et au moins un injecteur d'oxydant, ledit oxydant ayant une teneur en oxygène supérieure à 22 %vol. Ces brûleurs sont appelés ci-après des « oxybrûleurs ». Ces oxybrûleurs sont positionnés et orientés de manière à ce que leurs flammes n'impactent pas la nappe. Selon l'invention, le au moins un injecteur d'oxydant est positionné par rapport à le au moins un injecteur de combustible de manière à ce que le ou moins un jet de combustible injecté par le au moins un injecteur de combustible est séparé de la nappe par au moins un jet d'oxydant injecté par au moins un injecteur d'oxydant. Ainsi, au moins un jet d'oxydant vient s'intercaler entre chaque jet de combustible et la nappe. Par contre, comme il sera expliqué plus en détail ci-après, il n'est pas nécessaire que la totalité d'un jet oxydant ou que tout les jets d'oxydant d'un oxybrûleur se trouvent intercalés entre un jet de combustible et la nappe.
Grâce à ce positionnement des injecteurs de combustible et de comburant, une atmosphère oxydante est créée directement au-dessus de la nappe de cru.
Comme indiqué ci-dessus, dans les fours de type four tunnel (en anglais « tunnel kiln »), le cru est transporté entre l'entrée amont et la sortie aval du foyer. Pour le transport du cru, les fours tunnel sont équipés de moyens de transport mécaniques appropriés et adaptés aux températures qui régnent dans le foyer. Ainsi, le cru peut être transporté à travers le foyer au moyen de rouleaux, comme notamment décrit dans WO- A-02094732, sur un ou des tapis roulants ou sur des chariots (en anglais « kiln-cars ») comme décrit dans la partie 2.2.7.4.2 « Tunnel kilns » du document de référence de la Commission Européenne intitulé « Référence Document on Best Available Techniques in the Ceramic Manufacturing Industry » d'août 2007
Les fours de type tunnel se distinguent ainsi des fours de type rotatif (en anglais « rotary kilns ») qui ne sont pas équipés de tels moyens pour le transport du cru et dans lesquels notamment, le transport du cru est typiquement réalisé sous l'effet de la gravité par une inclinaison du four rotatif même.
Le produit cuit est typiquement refroidi en sortie du trajet de traitement.
Selon une forme de réalisation, au moins un oxybrûleur est un oxybrûleur à injection concentrique avec une injection d'oxydant périphérique permettant de créer une atmosphère oxydante à l'extérieur de l'enveloppe de flamme. Dans ce cas, le jet d'oxydant injecté par l'injection périphérique entoure le jet de combustible, la partie inférieure du jet d'oxydant périphérique venant s'intercaler entre le jet de combustible et la nappe, séparant ainsi le jet de combustible de la nappe. De préférence, le procédé fera appel à plusieurs tels oxybrûleurs à injection concentrique. Avantageusement, tout les oxybrûleurs montés dans les parois latérales du foyer sont de tels oxybrûleurs à injection concentrique.
Lors du chauffage d'un cru minéral dans un four de cuisson de type four tunnel, le cru est statique sur un chariot/tapis qui se déplace. Afin d'obtenir un chauffage homogène de la charge, il convient de réaliser un transfert thermique en substance homogène sur la largeur du four. Un tel transfert thermique en substance homogène peut être réalisé au moyen d'un mode de mise en œuvre selon lequel au moins un oxybrûleur est un oxybrûleur à injection concentrique avec :
• une injection d'oxygène périphérique,
• une injection d'oxygène centrale, et
• une injection de combustible entre l'injection d'oxygène périphérique et l'injection d'oxygène centrale.
De préférence, une pluralité, voire l'ensemble, des oxybrûleurs sont des oxybrûleurs de ce type.
Le jet d'oxydant injecté par l'injection d'oxydant centrale est avantageusement injecté à une impulsion plus élevée que le jet d'oxydant injecté par l'injection d'oxydant périphérique.
Avec ce type de brûleur à injection centrale et périphérique d'oxydant, on peut, dans le procédé suivant l'invention, ajuster la longueur de la flamme issue du brûleur de ce type par un réglage de la répartition entre le jet d'oxydant injecté par l'injection d'oxydant centrale et le jet d'oxydant injecté par l'injection d'oxydant périphérique. Le jet d'oxydant injecté par l'injection d'oxydant centrale représente entre 8% et 30% de la totalité d'oxygène injectée par l'oxybrûleur.
Un autre avantage que ce type de brûleurs présente est leur bonne adaptabilité de puissance.
Suivant une forme de réalisation, au moins un des oxybrûleurs comprend un ou des injecteurs d'oxydant inférieurs situés en dessous du au moins un injecteur de combustible de manière à ce que le ou les jets d'oxydant injectés par le ou les injecteurs inférieurs séparent le ou moins un jet de combustible injecté par le au moins un injecteur de combustible de la nappe. Ainsi, le ou les jets d'oxydant injectés par le ou les injecteurs inférieurs viennent s'intercaler entre le ou les jets de combustible et la nappe. On note qu'il n'est pas nécessaire que l'ensemble des injecteurs d'oxydant sont des injecteurs inférieurs situés en dessous du ou des injecteurs de combustibles. En effet, l'oxybrûleur peut également comprendre un ou plusieurs injecteurs d'oxydant situés au niveau d'un ou des injecteurs de combustible et/ou encore situés à un niveau au-dessus d'un ou des injecteurs de combustible.
Quand l'oxybrûleur comprend un ou des injecteurs d'oxydant inférieurs comme décrit ci-dessus, l'oxybrûleur est avantageusement un oxybrûleur à injection étagée d'oxydant. Dans le cas d'un oxybrûleur à injection étagée d'oxydant, une première partie de l'oxydant, dit oxydant primaire, est injectée à proximité du ou des jets de combustible, une deuxième partie de l'oxydant, dit oxydant secondaire, étant injectée à une plus grande distance du ou des jets de combustible, une troisième partie de l'oxydant, dit oxydant tertiaire, étant optionnellement injectée à une distance encore plus grande du ou des jets de combustible. De cette façon, on réalise une combustion étagée : dans une première phase de combustion, le ou les jets de combustible réagissent avec l'oxydant primaire, le restant du combustible après la combustion primaire et les produits de combustion de cette combustion primaire entrant ensuite en contact avec l'oxydant secondaire dans une combustion secondaire et, dans le cas particulier où il y a répartition de l'oxydant en oxydant primaire, secondaire et tertiaire, le combustible restant après la combustion secondaire et les produits de combustion issus de cette combustion secondaire entrent en contact avec l'oxydant tertiaire dans une tertiaire phase de combustion.
Chaque injecteur de combustible est connecté à une source de combustible.
Chaque injecteur d'oxydant est connecté à une source d'oxydant.
Les combustibles utilisés sont préférentiellement des combustibles à faible coût (charbon, petcoke, déchets...) utilisés classiquement par les cimentiers. Il est néanmoins envisageable d'utiliser de manière avantageuse des combustibles gazeux (gaz naturel, propane...) ou liquide (fuel oil).
Comme mentionné ci-dessus, la teneur en oxygène de l'oxydant est supérieure à 22%vol. La teneur en oxygène de l'oxydant est avantageusement supérieure à 50%vol, de préférence supérieure à 70%vol et encore de préférence supérieure à 80%vol.
L'invention concerne également l'utilisation du procédé de chauffage décrit ci- dessus dans la fabrication de chaux ou de clinker.
Un four tunnel pour le chauffage d'un cru minéral avec obtention d'un produit cuit adapté pour la mise en œuvre du procédé comprend un foyer ayant une entrée amont, une sortie aval et des parois latérales équipées de brûleurs. Un tel four comprend également des moyens pour introduire une nappe de cru minéral dans le foyer par l'entrée amont, des moyens pour évacuer la nappe de produit cuit du foyer par la sortie aval et des moyens pour transporter la nappe le long d'un trajet de traitement entre l'entrée amont et la sortie aval, tels qu'un ou des chariots, des rouleaux ou des tapis roulants. Les brûleurs dont sont équipées les parois latérales du foyer sont des brûleurs suivant l'une quelconque des formes de réalisation décrites ci-dessus. Ces brûleurs sont donc des oxybrûleurs comportant au moins un injecteur de combustible et au moins un injecteur d'oxydant. Ils sont positionnés et orientés de manière à ce que leurs flammes n'impactent pas la nappe. Le au moins un injecteur d'oxydant de ces brûleurs est positionné par rapport à le au moins un injecteur de combustible de manière à ce que le ou moins un jet de combustible injecté par le au moins un injecteur de combustible est séparé de la nappe par au moins un jet d'oxydant injecté par au moins un injecteur d'oxydant.
La technologie proposée est applicable à la fabrication de types de clinker divers, tels que le clinker pour ciment sulfo-alumineux et/ou ferro-alumineux cité dans WO-A- 02094732, le clinker pour ciment Portland, la fabrication de chaux, ou la cuisson d'autres produits minéraux. Elle est particulièrement utile pour la cuisson de crus minéraux dont la composition est telle que leur cuisson nécessite un bon contrôle du transfert thermique vers le cru tels que le cru pour ciment sulfo-alumineux et/ou ferro-alumineux.
La présente invention permet en effet de créer une atmosphère à température relativement homogène au dessus de la nappe selon un profil longitudinal recherché.
Les avantages de la présente invention seront mieux compris à la lumière des exemples de l'invention décrits ci-après, référence étant faite aux figures 1 et 2, dans lesquelles : la figure 1 est une représentation schématique d'un brûleur à injection concentrique approprié pour le procédé suivant l'invention, la figure IA représentant coupe transversale et figure IB une vue frontale ; et la figure 2 est une représentation schématique en section transversale du foyer d'un four tunnel adapté pour la mise en œuvre du procédé suivant l'invention équipé d'un deuxième type de brûleur.
Les exemples ci-après concernent plus particulièrement la clinkérisation.
Le tunnel ou foyer est équipé d'oxybrûleurs alignés sur le côté du four, de part et d'autre de la nappe de matière. Lesdits brûleurs sont positionnés dans les parois latéraux et orientés de manière à ce que leurs flammes n'impactent pas la charge.
Le combustible utilisé est un combustible classiquement utilisés par les cimentiers, tel que le charbon, le petcoke, des déchets. Il est également possible d'utiliser des combustibles gazeux (gaz naturel, propane...) ou liquide (fuel oil).
Comme déjà mentionné ci-dessus, la teneur en oxygène dans l'oxydant d'un oxybrûleur est supérieure à 22 %vol, de préférence supérieure à 50%, encore de préférence supérieure à 70% et plus de préférence encore supérieure à 80%. Différents types de brûleurs sont proposés afin de créer l'atmosphère adéquate pour le matériau : a. oxybrûleurs à injections concentriques de combustible et d'oxydant (figure 1)
Le brûleur 1 dans la paroi latérale 3 est un oxybrûleur à injection concentrique, avec une injection d'oxydant périphérique 10 entourant l'injection de combustible 11 et permettant de créer une atmosphère oxydante à l'extérieur de l'enveloppe de flamme 19. Cette atmosphère oxydante permet d'éviter la réduction excessive des sulfates contenus dans le cru.
Par ailleurs, la nécessité de préserver le four ou d'adapter le transfert thermique sur la largeur (par exemple suite à un changement dans la composition du cru ou dans le débit de production du four) peut conduire à un besoin de changer la longueur de la flamme 19 produite par un ou des brûleurs. Pour cela, il est possible d'utiliser des brûleurs à injection concentrique avec :
• de l'oxydant périphérique 10 entourant l'injection de combustible 11, pour créer une atmosphère oxydante à l'extérieur de l'enveloppe de flamme comme mentionnée ci-dessus,
• et de l'oxydant central 12 entouré par l'injection de combustible 11 et permettant un meilleur mélange des réactifs et un réglage de la longueur de la flamme 19.
Le réglage de la répartition entre le débit d'oxydant périphérique et le débit d'oxydant central se fait en fonction de la puissance recherchée et de la longueur de flamme recherchée.
Typiquement, l'oxydant central, ou primaire, 12 injecté à plus haute impulsion que l'oxydant secondaire 10 va permettre de régler la longueur de flamme. La proportion de cet oxydant est typiquement telle que l'oxydant central 12 fourni entre 8% et 30% de la totalité de l'oxygène injecté par le brûleur, par exemple de l'ordre de 15%. A stœchiométrie constante, l'augmentation de la proportion d'oxygène primaire (oxygène fourni par l'oxydant central) va réduire la longueur de la flamme en améliorant le mélange oxydant/combustible.
b. oxybrûleurs avec injections espacés de combustible et d'oxydant (figure
2).
Selon le deuxième exemple, l'injection de combustible dans le foyer 2 est séparée, c'est-à-dire espacée, de l'injection d'oxydant dans le four de clinkerisation. Une première ligne d'injecteurs d'oxydant (oxydant secondaire) 10 se trouve à un niveau directement au dessus du niveau de la nappe 20 transporté sur le chariot 21 et en dessous du ou des injecteurs de combustible 11, au moins un injecteur d'oxydant primaire 12 étant situé à une moindre distance (par rapport à cette première ligne d'injecteurs 10) du ou des injecteurs de combustible 11 et à une plus grande distance (par rapport à cette première ligne d'injecteurs 10) de la nappe 20. Un tel brûleur 1 dans la paroi latérale 3 permet à nouveau de créer une atmosphère oxydante au-dessus de la nappe 20 et à l'extérieur de l'enveloppe de flamme 19. Cette atmosphère oxydante permet d'éviter la réduction excessive des sulfates contenus dans le cru.
De manière analogue à l'exemple 1,
• la première ligne d'injecteurs d'oxydant (oxydant secondaire) 10 permet de créer une atmosphère oxydante au-dessus de la nappe 20 à l'extérieur de l'enveloppe de flamme 19,
• et les autres injecteurs l'oxydant (oxydant primaire) 12 permettent un meilleur mélange des réactifs et un réglage de la longueur de la flamme 19,
Le réglage de la répartition entre les débits d'oxydant des différents injecteurs d'oxydant 10, 12 se faisant en fonction de la puissance recherchée et de la longueur de flamme 19 recherchée.
Dans l'exemple illustré dans la figure 2, des lignes supplémentaires d'injecteurs d'oxydant (oxydant primaire) 12 se situent (a) au dessus de cette première ligne d'injecteurs mais en dessous du ou des injecteurs de combustible 11 (ligne 12a) et (b) au dessus du ou des injecteurs de combustible 11 (ligne 12b).
L'écartement des lignes d'injection est fonction entre autre de la largeur du four. Le calcul de cet écartement, et en particulier l'écartement entre l'injecteur de combustible et les injecteurs d'oxydant primaire lors du design permet une optimisation entre longueur de flamme et réduction des NOx.
La puissance des différents oxybrûleurs le long du foyer 2 du four de clinkerisation est réglée pour obtenir le profil de chauffe recherché.
Le niveau des lignes d'injection d'oxydant ainsi que l'écartement des injections sur une même ligne peuvent également varier sur la longueur du four de clinkerisation afin d'obtenir le transfert thermique adéquat.
Des oxybrûleurs appropriés pour la présente invention qui permettent entre autre de faire varier en fonctionnement la longueur d'une flamme, et de l'ajuster au besoin sont décrits dans des demandes de brevet et des brevets de la demanderesse. Ainsi: - EP-A-0763692, EP-A-1016825, EP-A-1195557 et FR-A-2837916 décrivent des oxybrûleurs commercialisés sous la dénomination commerciale ALGLASS VM™ qui permet de modifier la longueur de flamme en modifiant la répartition d'oxygène central ou périphérique (« Variable Momentum ») comme dans l'exemple 1 ci-dessus ; et
- FR-A-2823290, EP-A-1618334, EP-A-1702177 et EP-A-1704366 décrivent des oxybrûleurs à injections séparées avec un étagement de l'injection d'oxygène et un réglage de la répartition d'oxydant commercialisés sous la dénomination commerciale ALGLASS SUN™.
Un point commun de ces technologies est de permettre de modifier les caractéristiques de la flamme en fonctionnement.

Claims

Revendications
1. Procédé de chauffage d'un cru minéral dans un four de cuisson de type four tunnel ayant un foyer avec une entrée amont, une sortie aval et des parois latérales équipées de brûleurs, procédé dans lequel le cru est transporté en nappe d'épaisseur sensiblement constante le long d'un trajet de traitement où le cru est chauffé et cuit au moyen desdits brûleurs de manière à obtenir un produit cuit, ledit trajet étant situé entre l'entrée amont et la sortie aval du foyer, caractérisé en ce que lesdits brûleurs comportent au moins un injecteur de combustible et au moins un injecteur d'oxydant et sont positionnés et orientés de manière à ce que leurs flammes n'impactent pas la nappe, le au moins un injecteur d'oxydant étant positionné par rapport à le au moins un injecteur de combustible de manière à ce que le ou moins un jet de combustible injecté par le au moins un injecteur de combustible est séparé de la nappe par au moins un jet d'oxydant injecté par au moins un injecteur d'oxydant.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel au moins un brûleur est un brûleur à injection concentrique avec une injection d'oxydant périphérique permettant de créer une atmosphère oxydante à l'extérieur de l'enveloppe de flamme.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel au moins un brûleur est un brûleur à injection concentrique avec une injection d'oxydant périphérique, une injection d'oxydant centrale et une injection de combustible entre l'injection d'oxydant périphérique et l'injection d'oxydant centrale.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel jet d'oxydant injecté par l'injection d'oxydant centrale est injecté à une impulsion plus élevée que le jet d'oxydant injecté par l'injection d'oxydant périphérique.
5. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel on ajuste la longueur de la flamme issue d'un brûleur à injection concentrique avec une injection d'oxygène périphérique, une injection d'oxygène centrale et une injection de combustible entre l'injection d'oxygène périphérique et l'injection d'oxygène centrale, par un réglage de la répartition entre le jet d'oxydant injecté par l'injection d'oxydant centrale et le jet d'oxydant injecté par l'injection d'oxydant périphérique.
6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel le jet d'oxydant injecté par l'injection d'oxydant centrale représente entre 8% et 30% de la totalité d'oxygène injectée par le brûleur.
7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel au moins un brûleur comprend un ou des injecteurs d'oxydant inférieurs situés en dessous du au moins un injecteur de combustible de manière à ce que les jets d'oxydant injectés par ladite série d'injecteurs d'oxydant séparent le ou moins un jet de combustible injecté par le au moins un injecteur de combustible de la nappe.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel au moins un des brûleurs comprenant un ou des injecteurs d'oxydant inférieurs situés en dessous du au moins un injecteur de combustible est un brûleur à injection étagée d'oxydant.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'oxydant présente un teneur en oxygène d'au moins 50%vol, de préférence d'au moins 70%vol et encore de préférence d'au moins 80%vol.
10. Utilisation d'un procédé de fabrication suivant l'une quelconque des revendications précédentes dans la fabrication de chaux ou de clinker.
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