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"Fours rotatifs"
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La présente invention est relative à dos fours rota- tifs , et plus partiauliéremont à des foura présentant des carac- téristiques améliorées de transfert de chaleur.
On utilise couramment des fours rû'tatijEe pour le trai- tement de solides à de hautes températures. Ces fours oonsistent habituellement en un tube revêtu de rêfz-actaire et agence de ma- nière à tourner autour de son axe. Il est légèrement incliné
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par rapport & l'horizontale pour provoquer le transfert des solidel depuis l'extrémité la plus élevée vers l'extrémité la plue basse.
Un combustible est brûlé à l'extrémité inférieure du four pour entretenir les températures requises en vue du traitement des solides alimentes dans ce four.
Le transfert de chaleur dans les fours rotatifs se fait principalement par rayonnement. Le flux de rayonnement est une fonction de la température et, bien quo le rayonnement soit opérant à toutes les températures, les intensités de flux d'une importance pratique pour des fours rotatifs semble se situer à des températures de 1000 F et plus. Les températures courantes de la zone de combustion pour les fours rotatifs sont habituellement de l'ordre de 2000 à 3000 F.
Un four rotatif ouvert ayant une température de flammo do 2300 F et une température de combustion des solides de 22000P a un flux de rayonnement de 110.000 BTU/(heure)(pied carré) de- puis le gaz vers les solides (BTU désigne des unités thermiques britanniques).
Dans les fours industriels tels que mis couramment on fonctionnement, il y a un rapport de 10/1 entre le rayonnement absorbé par le lit et celui quittant la zone de combustion paral- lélement & l'axe du four, Ce rayonnement axial est absorbé dans la zone de préchauffage à plus basse température , où il y moins de flux de retour, Le flux axial total est sensiblement plus élevé , par exemple de l'ordre de 150.000 BTU/(heure) (pied carré), De 10 à 15% de l'admission de chaleur primaire à haute températue dans la zone de combustion sont ainsi dégrades en températures plus basses par le rayonnement parallèle à l'axe.
Ce rayonnement chauffe les solides circulant à contre-courant plus rapidement que si le rayonnement était absent. La chaleur rayonnante se trouve à un potentiel plus élevé que la chaleur sensible des gaz de four, ce qui réduit la capacité des solides pour l'absorption de la cha- leur sensible provenant des gaz de four, et ce de la quantité
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jo la chaleur rayonnante absorbée dans la zone do pr6chauffage ai four.
Il en résulte que les gaz de four no peuvent pas Ocre r:<1ErC'idis aussi efficacement, et il en résulte une température 01vé de sortîe du four, La température de sortie pour dos fours ,1.t'forts va, do ce fait, de 1000 à 1200 P, L'échappement du four ¯> .ii tris titre. t'<;1.roidi par des pulvérisations d'eau ou dilue! ..;;;:; de l'air froid ponr réduite la température , car la tolérance
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1c température p':.ur 1, acier dans les ventilateurs de tirage en ,iaier est de 7eOF. La chaleur perdue par le flux de rayonnement lxial est de 30 à 40% de la chaleur totale perdue dans l'échappe-'
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tuant du four.
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Un but de la présente invention est de faire obstruction flux do rayonn''ment axial, tout en n'excédant pas une tarnp6rat1.1" "0 maximum d'échappement du tour de 7000P, afin de no trouver cltriti litnitue permiacs pour lus vont.ilataut'8 d'échappement en acier.
Un autre but do la présente) invention ait dl dviter la cno8it6 de refroidir les qaz do sortie, Un uutrn but encore do l'inveniion ont d'utiliser lu fJ \lX do rayonnfmunt dans la zone du QQm}J\18l jen pour augmenter la '':'.M!it:6 do 1101 i(-Ifln pour la momo taux do cnmhiis"lhlu <aL pour attire la rapport de la circulation don )1\1/: aux molidon.
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t,v fOU1' r1" lil présenta invention comporte un Iroiil)o d9
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chÜ'.\nos trnnRVût'U" 1 na GMpacoaa ,ixialointhnt , locnlloôaa ontre la zona de condittatioti du carburant et l'extrémité do d6ùhar<jo dol!'l .?az du four, cli.i;uii,a <1v ces chicaner a 'ét iidaiit rAdi.,ilcni<%iiL les C'nt.8 vern l' "xo du four et courant: do 40 à HO" da lit -="<'< jon tr"uuvnt'tI,l1 C,! du (!et four, chacune don cliiennes (itnnt do- ;>.,-iv;év antjul<)irf'n)nnt ds chic-mna voiainca, do mortu CJu...
CI! y1)lHh , (Io chicnt'!!11 couvre -\\} moins 00% do la section tranovoraalo du 1'um:.
Les chicanes sont e pac6oa , duo façon convenable, d''?nvi- on à 5 pieds. Lois chic<ines sont consC'uitos , de façon convena- ble , en le mtmo c<6ft'f)etairo que celui utilise pour garnir le four:
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qu en un réfractaire différent:. Des briques de section décrois-
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g6r.ct pour voûte sont intéressantes pour la construction de chi- canes sous la forme d'un voûte. Des briques à languette et canne- luie conviennent pour les chicanes semi-circulaires ou les chi- canes ayant la forme de cercles plus ou moins tronqués. Les bords den chicanes sont découpés de façon convenable en carré ou à scction décroissante.
Les chicanes sont perpendiculaires à l'axe du four ou bien elles sont inclinées dans une direction suivant 111' Angle inférieur à 90 pour faciliter la circulation des soli- des. ou encore elles sont inclinées dans la direction opposée pone retarder la circulation de ces solides. Un groupe de ces
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li9caanes est localisé au-delà de la zone de combustion du combus- tinle dans la direction de l'extrémité de décharge de gaz du nt et de préférence au voisinage de la zone de combustion
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,il' ";1) four. Den dispositifs do levage sont avantageusement uti lisés conjointement avec les chicanes et sont localisés près de
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ll(,xtrêmit6 d'entrée des solides et do décharge des gaz du four.
Lors du fonctionnement des fours suivant la présente
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invention, le rayonnement ne développe au-dolà des chicanes oui- vant divers parcouru main le nombre minimum do réflexion% pour est.
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./I,.t4uur par toutes la!) chicanes dans un four égal/au nombre de ces chicanas. Le flux rayonnant est entrave par chaque réflexion @ la réduction totale du flux est directement proportionnelle à la r6ciproquo du nombre de réflexions. Dix chicanes , par
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:.ml, réduisent le flux rayonnant à .tr do sa valeur initiale.
1,;i cl1leur contenue dans co flux est conservée a son potentiel th './11 dans la zone de combustion ot permet uno auqmentation de 3n iJJ.'oductivitd du four lorsqu'on utilise le màmo taux de com- s,,.bl.a. Un flux rayonnant moindre est disponible pour pr6chauf- fer les solides dans la zone de préchauffage. La différence plus élevée de température entre les gaz et les solides dans la zone de combustion transfert la chaleur sensible depuis les gaz du tour plus rapidement vers les solides circulant à contre-courant,
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et la V..l.U81:11: de débit de$ solides peut ttyo accrue ' :,11>.:
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la capacité plus élevée de la zone de combustion..
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Les chicanes do l'invention augmentent avantageusement, la vitesse locale et la turbulence de la circulation <1<a <f.i:..><t alla! accélérant le taux de transfort do chaleur do <.>,:><.>i:ct !.T"
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outre les gaz et les solides à la toml)6raturo 1,,1 phi:) .<> 1) 1JOuibln. Ceci cet particulibrement avantagnux t,',\r " jnufo't de chaleur rayonnante entre les gbo et los colides tombe rapido- mont au fur et 1.\ mesure que la temr::II'.t:au:t.'# d6olin(\, ton oh1.(.'"n(' rdduisant la température deg gAs juxqu'à environ 120v.b', A c 11<, tomp6rAturo# des dispositifs de levage d'une construction or alliago sont avantageusement inltaU6/1 pour faire toinlet 10-1 solides travers les gat! , Des rideaux à ohl:1't.nos coi4vionnrtit également à cet effet.
Le taux de transfert de chddur de 'on-
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vection ont accru ot favorise un dchange complot, do ichnla\1t" entre las gaz et les solides sur uno courte distanQ. A tlt-r(, d'exemple, huit adr es de c11ioanes prévues à un 1 1 ...11' deux pieds entre 1 chicanes Ût.Ulh1 un four de 200 pieds ,< -u?.>,>i h entraver le rayotn-ement et à rouira la tomp6rd-<J,.uro <i<>r< .i,:
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jusqu'à 1200 h*. Une potion plus courte do diopooliltifa dl >;oi;,j<., égale à 1-2 diamâtres''de four, vers l'extrémité clf:' .ort 1 ( de: gaz du four, réduit la température des gaz de sordie à GVD 1".
La réduction rapide des tanip6raturoo inté"<iieurex den ± gaz dans la zone de calcination par les chicanes de la pi,<5;>, iti invention periiiet de façon avantageuse l'utilisation con,'toit)t ment avec ces chicanes, de dispositifs échangeurs d<?\ chaleur i<1<5- ..<, talliques efficaces de faible coût, dans les zones <?.3 traw#àf,,=t
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1 de chaleur à basse température relativement inefficaces des =.<t3 E "1 ouverts. Des courtes settions d'échangeurs de chaleur' d'ut. efffacité plus élevée, par exemple des raclettes , des d.i:;pc: it :. de levage ou des rideaux à chatnes, réduisent la longueur f fa .
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tale et le coût. du four.
Un four n'ayant que 220 pieds de Jonq
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avec chicanée Atteint la per.-f d'un four ruv.. , pieds , le% gaz de sortie du fraux étant déchargés à '.,.v , les deux cas La longueur du four pc'ut encore Otrll 1'(ô""::" : des chicanoa et des dispositif ,.11' . ,e SU!)fJ16m. J. er ce jusqu'h 180 pied., avec une ..ta,; m.kk.; ,at dùin 9û1l: à des :v1>1- ratures inférieure. , 600T.
Les chicanes de la prC'bOt,,,, ? rvtaratâ,ra 1 10rau'" wont pwpandiculairM & l'axe du fi lIt' . F*amkct¯ant lation dos solide% xi travers ce r<. i . ,-icucr, ia bon% :l.nol1n'" de façon approjJri6" no"t contribue:' à tion Mw LNNWW1A ou pour retarder '45':S"ta.. circulation, t ne modifient pas de façon import;:m"1,) l,o ra;>on ma,an du l,a mouvement vers l'avant du 1-it n'rat fins obatt'u 6 sur la moitié de la révolution du [(;\.11. 'j-'.!f3 c1, chaque ch La profondeur du lit a'égaliac 'r\pi,d1'wnt:
do !.'un et 1 ' cet* de chaque ohioano et la c:ip.><:;ii .5 do t:t:','!\'Jport tie s du four n'est ,aa affectée de 1-:açtrg aa.,d..trt a Les chicanes de la pr'.'c3C'nt(. iI',Whl.. :1.,)n réduiso etc rayonnant axial et la temp6ratui." ''!''.:V(O d a gaz/sorti four$ ouverts, ton chicanes sont s;rcr.:¯.v,,.s,.;t,"nt ut,il!.!! jointement avec des dispositif 'I,::" 1 !,'ltl'ft U ,'j.CBC't!1:': ..1 prix en vue d'un échange de chal't .xn:^ti.rrd entre les g les solides. Le flux rayonnant axiez<.1 est. utilisé à 11",)J t res élevées sans gêner de façon <:p=,r'1r::i,'bh 1<3 tran 3pcr solides, et la température des J11:: .,1'1 iot1.!.' eui réclui ;;> j dament et plus efficacement.
L'invention sera eno ¯ ..¯. i ::" ;1-;x: 's .:.#. d'exemple non limitatif , ave '."'"'n'- aux 1 ; " .; i its La figure 1 montre un: :;.- i. '.=>..j . : orp.". forme de réalisation des chicaner wfr:i=ii.. . J.n.J.-.,tio!1, La figure 2 montre u,1;. e:;.Jon <1<;s ciiLcanex vu vant la ligne A-A de la figure 1.
La figure 3 montre un =.a,;rr forme du calice
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chicanes de l'invention.
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La figure 4 est une section des chicana , vuo oui- vant la liqno B-B de la figure 3.
La figaro 5 montre des chicanes inclinées suivant-un
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1 Il , aimiu :,1r ,,'.': :o,)rl: à l'axe du four. ila f ',:ll t' 0 6 montre dos chicanes z extrémités tronquées.
IL,,% fj:mt"J 7 montre des profils do températures de doux ,"', , 'n au 4t,,tint .' l :0cnto invention, compûrfitivomont z un four Lourant.
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En gonal6rant les donoine, la pnroi du four ont diai- par 11, ln rôfrzictaire garnissant cette paroi est déoîgn6 par 12 et lct> c1dc.\11'"'S p.:tr 13, ces chicanas ôtant conotruitos :,une pièce avec le réfractaire 12. Sur la figure 1, les chicanes
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j3 tint des cxt.remi.t69 carrée. et, comma montré pnr la figure 2, (d.les sont CQ!1stnn!.C'f! en briques pour voûta do section d6crois- .:'.nt ú , 60\18 la forme d'une voûte. Deux chicanes clo co genre ohs!'" trunnt totalement le rayonnement axial. Chaque chicana recouvre "iW! rcm 00,4 d 1., section transversale du four. Lll figure 3 Montra des chicanes semi-circulaires 13 , construite comme mon- ; r6 pitr ln fijuru 4, en briquas à languutto ot canoluce.
La fi- tjjra 5 montre don chicanes inclindon suivant un angle aiyu par rapport z l'axe du four en vue de favoriser ou de rotardur la circulation des solides. La figure 6 montre des chicanes tron- quées suivant un certain angle en vue de favoriser ou de ratar- der la circulation clos solides,
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La figure 7 montre les profila do tompôraturo lors .l'opérations CO(hlh1rables dans trois fours considérés à titre <1' cxcm,l es. L(5 lignes pleines A, B et C montrent les tanil;,6rttu- rua de claz clins It's fours A, B et C, respectivement aux endroits indiqués. Les ligors brisées A, B et C montrent les températures dos solides dans les fours A , B et C respectivement. Le four A est un four ouvert courant.
Le four b est une forme de four sui-
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v,int l'invention, comportant des chicanes z 13 disposées à don
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intervalles de 5 pieds en commençant à l'extrémité de la zone de combustion. Le four C est une autre forme de four suivant l'in- vention, comportant des chicanes 13 et des dispositifs de levage 14 localisés comme montré, dans un four d'une longueur de 190 pieds.
Dans chacun des fours de la figure 7, la température des gaz dans la zone de combustion est de 2800 F. Le gaz de sortie provenant du four ouvert de 300 pieds A a une température de 1200 F. Le gaz provenant du four B do 300 pieds avec chicanes sort & 600 F, et le gaz du four C comportant des chicanes et des dispositifs de levage sort à 600 F, même si le four C n'a une longueur que de 190 pieds. Les solides sont chauffés plus lente- ment dans le tour a que dans le four A mais arrivent à la même température après avoir passé par la section à chicanes, à cause du transfert de chaleur très fortement améliore dans le four B.
Le transfert de chaleur encore amélioré dans le four C résulte du chauffage rapide des solides entrants et du refroidissement des gaz de sortie dans un four qui est inférieur adeux tiers de la longueur des fours A et B.
Les chicanes de rayonnement do l'invention améliorent les performances du four de la façon suivante 1 10 Les chicanes conservent la chaleur primaire a son patantibl le plus élevé dans la zone de combustion et permettent une augmentation de 10 à 15% do la capacité du four pour le môme taux de combustible.
2 Les chicanes éliminent le chauffage pdr rayonnement dos solides dans la zone de préchauffage , en augmentant la capa- cité des solides pour l'extraction de la teneur de chaleur sen- sible des gaz de four dans la zone de combustion.
3' Les chicanes accélèrent le transfert de chaleur de convection entre les gaz et les solides et réduisent la tempé- rature des gaz de sortie du four jusqu'à 12000F sur une longueur plus courte de four que dans le cas des fours sans chicanes.
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4 Les chicanas sont avantageusement combinée. avec les dispositif* de levage très efficaces pour réalisas un transfert de chaleur entre les gaz du four et les solides entrants à dos températures inférieures à 1200 F.
5 Les chicanes raccourcissent avantageusement le fout' !; réduisent les températures d'enveloppe dans la zona de pré- thauffage, ce qui réduit les exigences totales on combustible pour un procéda donné.
6 Les chicanes raccourcissent le four , ce qui ré- éuit aussi l'investissement et les frais de fonctionnement.
EXEMPLE 1
Un four rotatif d'une longueur de 300 pieds et d'un diamètre de 9 pieds à l'intérieur , ce four étant garni de 9 pouces de briques réfractaires, a été utilisé pour brûler de la pierre à chaux à 2600 F à raison de 18 tonnes par jour, ce qui équivaut à 10 tonnes par jour de chaux brûlée , Les gaz du four s'échappaient à 1200 F.
Dix chicanes en forme de voûte mais d'allure générale semi-circulaire sont espacées à des intervalles de 4 pieds sur une distance de 40 pieds de four, suivant la zone de combustion, on direction de l'extrémité d'échappement des gaz du four. Les chicanas sont alternées pour obstruer totalement la section trans- versae du four et pour réduira le rayonnement axial à partir do la zone de combustion du four d'environ 90%.
Apres l'installation des chicanes, le four est mie en fonctionnement à 2600*F. Les gaz du four s'échappent à 600 F.
La capacité du four est augmentée jusqu'à 13 tonnes de chaux brûlée par heure avec des exigences en chaleur de 5,5 million. de BTU par tonne de produit, EXEMPLE 2
Un four rotatif de 200 pieds , d'un diamètre interne de 8 pieds, a été pourvu , à l'extrémité d'admission des solides, de 16 dispositifs de levage en form do canaux, d'une largeur de
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S pieds, pour faire tomber l'alimentation froide à travers les gaz d'échappement du four, Les dispositifs de levage ont une longueur de 20 pieds, ils pont. parallèles à l'axe du four, et ils sont espacés également tout autour de la périphérie de l'en- veloppe du four* Immédiatement en aval des dispositifs de levage,
on a prévu 16 chicanes semi-olrculaires alternées , espacées de
3 pieds , et conformées et calibrées pour obstruer le rayonnement axial provenant de la zone de combustion. La paroi du four est revêtue de 9 pouces de briques réfractaires. Les températures prévalent à travers le four lorsqu'on brûle de la pierre à chaux, étaient les suivantes zone de combustion 2800 F; gaz quit- tant la zone à chicanes : 1000 F; gaz s'échappant du four: 300 F.
Le four brûlait de la pierre à chaux à raison de 11 tonnes par heure avec des exigences en chaleur de 4,5 millions de BTU par tonne de produit. Avant l'installation des chicanes et des dis- positlfs de levage, le taux de production de chaux du four n'é- tait que de 5,5 tonnes par heure, avec des exigences en chaleur de 7,5millions de BTU par tonne de chaux.
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