Rapport technique BEUMER Group: Une source énergétique fiable

Les systèmes pour AFR (Alternative Fuels and Raw Materials) sont nouveaux

chez BEUMER Group et permettent l'utilisation de combustibles de

substitution dans les usines de ciment et de chaux :

Une source énergétique fiable

La fabrication de ciment nécessite énormément d'énergie. Afin de réduire

leur consommation en combustibles primaires très onéreux tels que le

charbon ou le pétrole, les exploitants de cimenteries se tournent de plus

en plus vers les combustibles alternatifs et les matières premières de

substitution. L'intérêt se porte plus particulièrement sur les

combustibles. Pour éviter toute influence négative sur le processus de

fabrication, le produit fini ou encore les émissions atmosphériques, il

est nécessaire, avant de les conduire vers le four, de traiter les

produits résiduels qui ne sont plus utilisables et restent cependant

hautement calorifiques tels que les plastiques, restes d'emballage,

papiers, matériaux composites ou encore textiles.

C'est pour permettre à ses clients de manutentionner, stocker et doser de

manière efficace ces matériaux, déjà traités, que BEUMER Group vient de

mettre en place ce nouveau secteur d'activités dédié aux AFR.

Octobre 1973 en Allemagne : pour raisons politiques, les pays arabes

réduisent leur production de pétrole, ce qui entraîne une explosion de son

prix. La situation devient alors très précaire car le pétrole est une

source énergétique très importante, même dans l'industrie du ciment, où il

est utilisé dans les fours rotatifs. Les exploitants d'installation

misent, depuis cette première crise pétrolière, sur des combustibles et

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

valeur calorifique approche celle 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.

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 sur mesure. Ces derniers sont le produit

d'une très vaste expérience et de la prise en considération des désirs 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. BEUMER Group, le spécialiste en

intralogistique, propose aujourd'hui à ses clients trois systèmes d'une

seule provenance, partout dans le monde.

Toujours adapté à son application

BEUMER Group propose un système de base permettant le fonctionnement du

brûleur principal. Dans l'industrie du ciment et de la chaux, les

combustibles primaires sont généralement moulus à une granulométrie

inférieure à 100 micromètres avant d'être conduits au brûleur. À

l'extrémité du four rotatif ce brûleur dégage une température de 2.000 °C

qui engendre une réaction de la chaux, du sable, de l'argile et du minerai

et les transforme 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 une valeur calorifique au

moins comparable à celle du lignite (environ 22 ± 2 MJ/kg), que leur

granulométrie soit inférieure à 30 mm et qu'ils puissent se consumer en

vol.

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.

Solution pour le calcinateur

Avec le second système, le calcinateur peut être alimenté en combustibles

de substitution grossiers tels que des pneus usés déchiquetés ou les

autres combustibles de substitution mentionnés ci-dessus. 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 nettement plus traités, et

exclusivement bidimensionnels, dédiés au brûleur principal.

Les combustibles grossiers dédiés au calcinateur sont livrés en

semi-remorques à fond mouvant ou camions à benne basculante. Les

combustibles de substitution sont rapidement déchargés à leur arrivée, à

l'abri des poussières, et temporairement stockés. Un autre local de

stockage sert à régulariser le débit et permet de porter la capacité de la

trémie de pré-stockage à quelque 900 mètres cubes. Le Pipe Conveyor mène

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 clapets a

été développé, qui permet d'acheminer le produit en toute sécurité vers le

calcinateur.

Pour assurer une alimentation en combustible continue, automatique et sûre

une fois tous les tests couronnés de succès, 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 du hall 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 de granulométrie excessive du combustible allant au calcinateur.

Une sensorique appropriée garantit le fonctionnement automatique de

l'installation. Pour éviter toute fluctuation de qualité ou alimenter les

lignes menant au brûleur principal ou au calcinateur, la grue peut

procéder d'elle même à l'homogénéisation.

Le Pipe Conveyor fait ses preuves dans la pratique

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, la cimenterie mise de plus en plus

sur les combustibles de substitution, préalablement transformés dans des

installations de traitement en combustibles de grande qualité, avec des

paramètres de produit prédéfinis.

Jusqu'à présent Schwenk utilisait un transporteur à chaîne en auge. Après

près de dix ans d'utilisation et de nombreuses modifications, les

intervalles de maintenance devenaient cependant de plus en plus brefs. 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 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 le hall de

stockage, des grues saisissent les combustibles de substitution déjà prêts

et remplissent la trémie de déchargement équipée du système de

déchargement. Un transporteur à courroie à chaînes de traction transporte

le combustible vers le Pipe Conveyor, qui lui, les conduit aux balances

doseuses avant le brûleur principal.

Le Pipe Conveyor courbe est la pièce maîtresse de l'installation. Il ne

requiert que peu d'entretien et, grâce à sa construction fermée, il est

peu bruyant et permet d'éviter les amoncellements de combustibles. Il

surmonte de longues distances et épouse des rayons de courbe très étroits,

adaptés aux spécificités de l'usine.