Instrumentation et analyse de gaz pour la cimenterie

La fabrication de ciment, un process complexe, exige rigueur et précision pour obtenir des produits d’excellente qualité et conformes aux normes environnementales. Contrôler le processus de la cimenterie, avec des instruments de mesure de pression, de mesure de débit et de mesure de température fiables, contribue à augmenter le rendement tout en prolongeant la durée de vie des installations. Les analyseurs de gaz permettent également une meilleure maîtrise des procédés tout en surveillant les émissions atmosphériques.

Définition du ciment et de la fabrication du ciment

Le ciment est un liant hydraulique essentiel dans la construction, fabriqué à partir du clinker broyé. Ce clinker est obtenu par la cuisson à très haute température d’un mélange de calcaire et d’argile. La fabrication du ciment est un processus complexe qui commence par le broyage des matières premières, suivi de leur cuisson dans un four rotatif à des températures atteignant 1450°C. Ce processus chimique transforme le mélange en clinker, qui est ensuite broyé finement pour produire le ciment. Utilisé pour lier les particules de béton et de mortier, le ciment est indispensable dans la construction de bâtiments, de ponts, de routes et d’autres infrastructures.

Phase 1 : Préparation de la farine cru

Broyeur à cru et séparateur

Le broyeur à cru sert à broyer les matières premières du ciment : calcaire, argile, pierre de silice, oxyde de fer, gypse et sable. Ces matériaux sont préalablement dosés puis mélangés dans le broyeur. L’étape du broyage est aussi l’occasion d’ajouter le laitier, de haut fourneau, des usines sidérurgiques. Les cendres des usines d’incinération des déchets sont par ailleurs utilisées comme matière alternative du ciment. Les matières premières sont ensuite séchées avec des gaz chauds. Seuls les matériaux suffisamment fins peuvent passer à travers le séparateur et sont emportés vers le processus suivant. La poudre fine alors obtenue est appelée farine crue.

Filtre électrostatique

Le filtre électrostatique est utilisé pour éliminer les particules nocives dans le gaz. Il élimine les particules fines, comme la poussière et la fumée du gaz qui s’écoule, en utilisant la force d’une charge électrostatique induite, sans empêcher l’écoulement des gaz à travers l’unité. Comme les filtres électrostatiques créent peu de perte de charge et sont extensibles, ils sont largement utilisés dans les grandes chaudières et les cimenteries. Ils peuvent traiter des gaz au-delà de 350 °C et des gaz très humides. Il sert de filtre final permettant d’éliminer les particules d’environ 0,05 µm.

Phase 2 : Cuisson pour former le clinker

Préchauffeur à cyclone

La farine doit être préchauffée avant d’être introduite dans le four rotatif. Elle est introduite dans les échangeurs de chaleur du préchauffeur, alignés verticalement. La farine crue descend en tourbillons dans les cyclones successifs à contre-courant des gaz chauds. Au fur et à mesure que le mélange brut descend dans les cuves du préchauffeur, il est chauffé à une température de 800 °C à 900 °C en utilisant la chaleur extraite du four rotatif. Dans ce processus, une réaction chimique se produit dans la farine brute améliorant l’efficacité de la calcination. Ce préchauffage est nécessaire pour atteindre le cœur de performance du ciment.

Chaudière

La chaleur émise par le préchauffeur est redirigée vers la chaudière servant à alimenter en énergie le reste des installations. Chaudière à tubes d’eau : deux fûts sont disposés en haut et en bas, reliés l’un à l’autre par un certain nombre de tubes d’eau, à travers lesquels l’eau circule. Les tubes sont chauffés par les gaz de combustion pour générer de la vapeur.

Cuisson en four rotatif

Le four rotatif est un tube garni de briques réfractaires (de 3-5 mètres de large et 30-60 mètres de long) qui tourne environ 3-5 fois par minute, et la matière première s’écoule à travers des zones progressivement plus chaudes du four vers la flamme. La farine brute est chauffée jusqu’à 1450 °C en rotation. Elle est ensuite refroidie à l’air froid pour former du clinker de ciment. L’air chaud du refroidisseur est renvoyé au préchauffeur pour économiser du combustible et de l’énergie. Ciment ou chaux dépend du processus de fabrication et des températures impliquées.

Phase 3 : Broyage final du clinker

Broyeur à billes

Le clinker est à son tour broyé très finement dans un broyeur à billes avec d’autres additifs (cendres de centrales thermiques, laitier de hauts fourneau ou gypse) pour obtenir différente qualité de ciment. Le ciment est ensuite stocké avant livraison.

Importance de l’analyse de gaz pour la qualité de l’air

L’analyse de gaz garantit de la qualité de l’air au sein des usines de ciment. Les centrales thermiques et les fours rotatifs utilisés dans la fabrication du ciment émettent des gaz à effet de serre, notamment le CO2, qui contribuent au changement climatique. Grâce à l’analyse de gaz, il est possible de mesurer ces émissions et de mettre en place des stratégies pour les réduire. Par exemple, les ciments bas carbone sont produits en utilisant des matériaux alternatifs et des processus de fabrication plus efficaces, ce qui permet de diminuer les émissions de CO2. Cette démarche est essentielle pour répondre aux normes environnementales et pour promouvoir une production de ciment plus durable.