Des combustibles de substitution pour les cimenteries

C’est pour permettre à ses clients de manutentionner, stocker et doser de manière efficace ces matériaux déjà traités, que le spécialiste en intralogistique BEUMER Group a mis en place ce nouveau secteur d’activités dédié aux combustibles et matières premières de substitution.

 

Les combustibles de substitution sont transportés de manière étanche et peu bruyante entre le stock et le brûleur principal. (Photos: BEUMER Group GmbH & Co. KG)

Un pouvoir calorifique important

En 1973, pour des raisons politiques, les pays arabes réduisent leur production de pétrole, ce qui entraîne une explosion de son prix. La situation devient alors précaire, car le pétrole est une source énergétique très importante, y compris dans l’industrie du ciment, où on l’utilise dans les fours rotatifs. Suite à cette première crise pétrolière, les exploitants d’installation misent, sur des combustibles et des matières premières de substitution nettement moins onéreux.

Outre les résidus d’origine minérale, qui peuvent être utilisés comme matière première de remplacement, le marché se tourne principalement vers les combustibles de substitution. Environ 30 % des coûts de production sont en effet dus à l’énergie. Au-delà des combustibles de substitution liquides, tels que les huiles usées ou les solvants, la majorité des combustibles solides se compose de pneus entiers ou déchiquetés, de vieux bois ou de mélanges de plastiques, papiers, matériaux composites ou textiles. Une fois ces produits traités et leur qualité contrôlée, leur pouvoir calorifique approche celui du lignite. La valeur calorifique des pneus usés est même comparable à celle de la houille. 

Dans la fabrication du ciment, il est particulièrement important de veiller à ce que la qualité des cendres utilisées soit compatible avec le produit fini. Tous les composants matériels sont en effet entièrement intégrés et minéralisés dans le clinker. L’utilisation de ces combustibles de substitution permet de rentabiliser le processus de production, de ménager les ressources en matières premières et en combustibles et de réduire le volume des déchets.

 

L’utilisation de combustibles de substitution permet de rentabiliser la production, de ménager les ressources en matières premières et en combustibles, et de réduire le volume de déchets.

Des systèmes sur mesure

Les combustibles de substitution sont généralement livrés par des fournisseurs externes, sous forme de produits finis, prêts à l’emploi dans les fours. Afin de permettre aux usines de ciment et de chaux de transporter et de stocker ces matériaux solides, BEUMER Group propose aujourd’hui des systèmes AFR (Alternative Fuels and Raw Materials) sur mesure. Ces derniers ont été mis au point pour répondre aux souhaits des clients, ce qui permet de couvrir toute la chaîne de production, depuis la réception des véhicules et le déchargement du produit, jusqu’à son stockage, à la prise d’échantillons, à la manutention et au dosage des combustibles de substitution solides.

 

Un système de base adapté au brûleur

BEUMER Group propose un système de base adapté au brûleur principal. Dans l’industrie du ciment et de la chaux, les combustibles primaires sont généralement moulus à une granulométrie inférieure à 100 mm avant d’être conduits au brûleur. À l’extrémité du four rotatif ce brûleur dégage une température de 2000 °C, qui engendre une réaction de la chaux, du sable, de l’argile et du minerai, les transformant en un produit intermédiaire, le clinker. Pour pouvoir utiliser des combustibles de substitution solides dans les fours à calcination, il faut que ces combustibles aient un pouvoir calorifique au moins comparable à celui du lignite (22 ± 2 MJ/kg) et que leur granulométrie soit inférieure à 30 mm.

Les produits prêts à être employés dans les fours sont généralement livrés en semi-remorques à fonds mouvants. C’est la raison pour laquelle BEUMER Group propose un poste d’arrimage servant également de stock. Une fois vidée, la remorque est soit remplacée par une autre remorque, soit de nouveau remplie, dans le hangar, à l’aide de chargeurs sur roues. Après son dosage, généralement effectué de manière volumétrique, le produit est conduit au four à calcination. Cette solution a délibérément été conçue comme installation expérimentale. Cela permet à ses utilisateurs de tester la fiabilité de leurs fournisseurs, la qualité des combustibles et le comportement du four.

 

Des sondes de niveau et autres instruments de mesure supervisent les opérations automatiques.

Des combustibles grossiers pour le calcinateur

Un second système permet d’alimenter le calcinateur en combustibles de substitution grossiers, tels que des pneus usés déchiquetés ou autres combustibles de substitution. Ces derniers sont généralement moins raffinés, ils peuvent contenir des particules tridimensionnelles et nécessitent donc beaucoup plus de temps pour se calciner, que les combustibles secondaires plus élaboré et exclusivement bidimensionnels, dédiés au brûleur principal.

Les combustibles grossiers dédiés au calcinateur sont livrés en semi-remorques à fond mouvant ou en camions à benne basculante. Ils sont rapidement déchargés à leur arrivée, à l’abri des poussières, et temporairement stockés. Un autre local de stockage servant à régulariser le débit, permet de porter la capacité de la trémie de pré-stockage à quelque 900 m³. Le convoyeur tubulaire transporte ensuite le produit au calcinateur de la tour de préchauffage, où le combustible de substitution est pesé et dosé. Au moment de l’alimentation du foyer dans le calcinateur, le rayonnement thermique ou des pulsations risquent d’enflammer le produit ou l’installation de manutention. C’est la raison pour laquelle un dispositif spécial d’alimentation sans clapet a été mis au point, permettant d’acheminer le produit en toute sécurité vers le calcinateur.

 

Des équipements adaptés aux installations de grande taille

Pour assurer une alimentation continue en combustible, automatique et fiable une fois tous les tests réussis, BEUMER Group fournit des équipements adaptés aux installations de grande taille fonctionnant en service continu, avec de hauts taux de substitution thermique. Ces équipements se composent d’une zone de réception et d’un système de stockage dans lequel le système de grues peut déposer des produits de qualités différentes dans les diverses zones ou box de stockage.

L’expérience a montré que les carburants sont toujours porteurs d’impuretés et qu’il faut toujours s’attendre à certains déficits qualitatifs. C’est pour cela que toute la technique de stockage et de manutention de la halle peut être équipée de dispositifs permettant d’éliminer les impuretés humides, tridimensionnelles ou porteuses de métal, des combustibles destinés au brûleur principal, ou encore de retenir les résidus du combustible de granulométrie excessive.

Une sensorique appropriée garantit le fonctionnement automatique de l’installation. Pour éviter toute fluctuation de qualité et alimenter les lignes menant au brûleur principal ou au calcinateur, la grue peut procéder d’elle-même à l’homogénéisation.

 

Si les fournisseurs ont des difficultés avec la qualité du traitement de leurs produits, les systèmes pour AFR de BEUMER peuvent être modifiés afin d’atteindre des taux de substitution thermique élevés.

Le convoyeur tubulaire, pièce maîtresse de l’installation

De par sa grande diversité et sa forte capacité de production, la cimenterie Schwenk de Bernbourg est l’une des usines de matériaux de construction les plus importantes et performantes d’Allemagne. Afin de réduire ses coûts énergétiques, elle mise de plus en plus sur les combustibles de substitution, préalablement transformés dans des installations de traitement.

Jusqu’à présent, la cimenterie Schwenk utilisait un transporteur à chaîne en auge. Après près de dix ans d’utilisation et de nombreuses modifications, les intervalles de maintenance devenaient de plus en plus courts. La qualité des combustibles s’étant constamment améliorée (ils atteignent aujourd’hui une densité de 0,2 t/m³), la technique existante n’était plus en mesure d’alimenter le brûleur principal avec une quantité suffisante de produit. On était donc à la recherche d’une solution fiable, écologique et nécessitant peu de maintenance. Le nouveau transporteur devait, d’autre part, épouser les courbes du tracé dans l’usine.

Pour alimenter son brûleur en combustibles de substitution, Schwenk Zement KG a donc opté pour un système AFR et le convoyeur tubulaire Pipe Conveyor de BEUMER. Le système fonctionne de façon pratiquement automatique, de la réception du produit jusqu’au système d’alimentation du four rotatif. Dans la halle de stockage, des grues saisissent les combustibles de substitution et remplissent la trémie de déchargement équipée du système de déchargement. Un transporteur à courroie transporte le combustible vers le convoyeur tubulaire, qui les conduit aux balances doseuses situées avant le brûleur principal.

Le convoyeur tubulaire est la pièce maîtresse de l’installation. Il ne requiert que peu d’entretien. Grâce à sa construction fermée, il est peu bruyant et permet d’éviter les amoncellements de combustibles. Il surmonte de longues distances et épouse de faibles rayons de courbure, adaptés aux spécificités de l’usine.

BEUMER Group en bref BEUMER Group est l’un des leaders mondiaux en matière d’intralogistique dans les secteurs de la manutention et du chargement, de la palettisation, de l’emballage, du tri et de la distribution. Avec Crisplant a/s et Enexco Teknologies India Limited, BEUMER Group employait quelque 4000 collaborateurs en 2014. Le groupe a réalisé un chiffre d’affaires de 680 millions d’euros. S’appuyant sur ses filiales et ses bureaux de représentation, il assure une présence mondiale dans de nombreux secteurs.

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