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Technologie de broyage du charbon (2ème partie)          
                   
5   Raisons pour broyer le charbon            
    - Le charbon broyé permet une combustion plus efficace, parce que dans ce processus, on atteint deux objectifs importants:
      * La déshydratation car la réduction de l'humidité a un effet positif sur le taux de transfert de chaleur    
      * L'augmentation de la surface spécifique, c'est à dire la surface de charbon exposée à la combustion par unité de volume  
    - La taille maximale du charbon est généralement comprise entre 20 et 75 mm. Jusqu'à une taille de 75 mm, la capacité de  
      certains broyeurs n'est pas affectée tandis que d'autres présentent une sensibilité chronique.      
    - Du charbon fin et humide d'une taille de 3-4 mm peut être la principale cause de blocages, en particulier lorsque sa teneur
      en humidité dépasse 25% à 30%.            
    - La distribution de la taille des particules varie beaucoup en fonction du type de charbon, le procédé d'extraction,  
      le nettoyage du charbon, de l'installation de broyage et du degré de traitement et de manipulation.    
    - Dans le processus de broyage du charbon, celui-ci est réduit jusqu'à 80% de passant à 75μ et cette poudre est ensuite  
      extraite du broyeur à travers un système de transport pneumatique, dans un mélange d'air et de poussière de charbon.  
    - Au cours du processus de broyage et du transport, le charbon est séché afin d'optimiser ses propriétés de combustible.  
    - Deux types de broyeurs sont utilisés pour le processus de broyage du charbon: les broyeurs à boulets et les broyeurs verticaux.
                   
6   Broyeurs à boulets            
  6.1 Description du broyeur à boulets:            
    - Les broyeurs à boulets utilisés pour le processus de broyage du charbon sont toujours des broyeurs airswept.  
      Cela signifie que toute la matière à la sortie du broyeur est transportée jusqu'au séparateur par un système pneumatique  
      (pas d'élévateur à godets à la sortie du broyeur).            
    - Le broyeur est constitué de deux compartiments, une chambre de séchage avec des releveurs pour permettre une  
      bonne efficacité de séchage et une chambre de broyage plus longue.          
    - Le ratio longueur/diamètre avec seulement la chambre de broyage est de 1,2 à 2.        
      Le ratio longueur/diamètre de broyage + séchage est de 2 à 3.          
    - La vitesse du broyeur est de 72 à 74% de la vitesse critique pour les plus grands diamètres et de 76 à 78% de la vitesse  
      critique pour les plus petits diamètres.            
    - Le degré de remplissage: est de 24 à 28%.            
    - Même si le VRM est aujourd'hui la solution privilégiée, de nouvelles installations de broyeurs à boulets émergent encore  
      (nous avons vu une nouvelle installation en cours de montage en Juillet 2013).        
    - Croquis d'un broyeur airswept:            
     
       
    - En général, le blindage de la chambre de broyage est un blindage classant. Mais dans certains cas extrêmes,    
      la première partie de la chambre peut avoir blindage releveur afin d'avoir de plus grands boulets    
      et ainsi une meilleure efficacité de concassage en cas granulométrie de charbon très grossière et/ou de dureté élevée.  
    - La gradation de la charge de boulets est normalement calculée avec des boulets de diamètre 60-50-40-30-25-20-17 et 15mm.
      Dans certains cas, comme expliqué ci-dessus, de plus grands boulets sont utilisés.      
    - L'efficacité du broyeur à boulets pour le broyage du charbon est proportionnelle à la broyabilité du charbon (HGI).  
      Le tableau suivant donne une idée de la consommation d'énergie spécifique (kWh/t) requis pour le broyeur en  
      fonction du HGI et pour différents résidus sur 90μ.            
      Ces valeurs sont seulement indicatives!            
     
     
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  6.2 Circuit du broyeur:            
    - Il s'agit d'un circuit fermé avec un séparateur statique (ou plus rarement, dynamique de 3ème génération). Les rejets  
      du séparateur retournent à l'entrée du broyeur et sont mélangés avec le charbon frais. Les fines vont aux cyclones.  
      Selon que le système d'alimentation du bruleur est direct ou indirect, le produit des cyclones va directement au bruleur  
      ou est stocké dans un silo.            
  6.3 Système d'alimentation directe:            
    - Le charbon est broyé et envoyé directement vers le brûleur (système à balayage et non-inerte).      
    - Il n'y a pas de stockage du combustible pulvérisé.            
    - L'avantage est la simplicité pour certains systèmes.            
    - Ce système peut être moins efficace en raison de l'air primaire plus utilisé.        
    - L'installation de broyage doit fonctionner tout le temps.            
    - Les charbons sous-bitumineux qui se situent entre le lignite et les charbons bitumineux sont principalement utilisés  
      comme combustible pour la production d'énergie électrique à vapeur.        
    - Ce système est considéré comme plus sûr que d'autres.            
    - Seulement quelques installations de broyage du charbon dans l'industrie du ciment sont équipées pour l'alimentation directe.
    - Schéma d'un système de mise à feu direct typique:            
     
   
  6.4 Système d'alimentation semi-direct:            
    - Même chose que le système d'alimentation direct sauf,            
    - Qu'il y a un silo entre le produit du cyclone et le four.            
    - Le four est moins dépendant du circuit de broyage de charbon.          
    - Schéma d'un système d'alimentation semi-direct typique:          
     
     
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  6.5 Système d'alimentation indirect:            
    - Les systèmes d'alimentation indirects sont aujourd'hui les plus courants dans les cimenteries.      
    - Un silo de produit fini et un filtre pour le dépoussiérage de l'air de broyage sont inclus dans le circuit.    
    - Le combustible pulvérisé est ensuite amené au brûleur selon les besoins.        
    - Le système nécessite donc un système de filtration qui peut aussi être un risque d'incendie et ou explosion.    
    - Il est nécessaire de prendre des précautions de sécurité élevées.          
    - Le coût de l'investissement est élevé.            
    - Un meilleur contrôle de la forme de la flamme est possible grâce à un contrôle d'air primaire indépendant.    
    - Le broyeur à charbon peut être arrêté pour entretien sans altérer le fonctionnement du four.      
    - Le système de broyage du charbon peut alimenter plusieurs fours si nécessaire.        
    - Schéma d'un système d'alimentation indirect typique:          
     
 
                   
7   Broyeurs verticaux            
  7.1 Description du VRM:            
    - Dans l'industrie du ciment, les broyeurs verticaux (VRM) sont l'équipement le plus utilisé pour le broyage du cru  
      depuis deux décennies.            
      Maintenant, cette prédominance existe aussi pour le broyage du charbon.        
    - En deux mots, le broyeur vertical est une machine très compacte qui permet  4 fonctions: le séchage, le broyage,  
      la séparation et le transport,            
    - Croquis d'un VRM:            
     
         
    - Comme pour le broyeur à boulets, l'efficacité du broyeur vertical est proportionnelle à la broyabilité du charbon (HGI).  
      Le tableau suivant donne une idée de la consommation d'énergie spécifique (kWh/t) en fonction du HGI et pour  
      différents résidus sur 90μ.            
      Ces valeurs sont données à titre indicatif!            
     
     
  7.2 Broyeur vertical système direct:            
    - Le charbon est broyé et envoyé directement au brûleur (L'air du broyeur est de l'air primaire - système non-inerte).  
    - Il n'y a pas de stockage de combustible pulvérisé.            
    - Avantage de la simplicité pour certains systèmes.            
    - Ce système peut être moins efficace à cause de l'air primaire plus élevé utilisé (jusqu'à 30%).      
    - Le broyeur doit fonctionner en permanence lors de la combustion du charbon.        
    - Le four doit être arrêté pendant les arrêts du broyeur.            
    - L'échantillonnage pour le contrôle finesse est difficile.            
    - Ce système est considéré comme plus sûr que d'autres systèmes.          
    - A peine quelques installations de broyage de charbon dans l'industrie du ciment ont été dessinées pour l'alimentation en ligne.
    - Schéma typique d'un système d'alimentation directe:          
     
       
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  7.3 Broyeur vertical système semi-direct:            
    - C'est une version modifiée du système de mise à feu direct.          
    - Schéma d'un système d'alimentation semi-direct:            
     
       
  7.4 Broyeur vertical avec système indirect:            
    - Les systèmes d'alimentation indirecte sont en plus grand nombre dans les cimenteries.      
    - Un silo de charbon pulvérisé et un filtre pour le dépoussiérage de l'air de broyage sont inclus dans le circuit.    
    - Le combustible pulvérisé est ensuite dosé au brûleur selon les besoins.        
    - La vapeur d'eau provenant du séchage du charbon n'est pas introduite dans le four.        
    - Le contrôle de la flamme est simple.            
    - Il y a un faible ratio d'air primaire.            
    - Le système nécessite alors la collecte des poussières qui peut devenir un risque d'incendie/explosion.    
    - Il est nécessaire de prendre des précautions de sécurité élevées.          
    - Le coût de l'investissement initial de l'équipement est plus élevé.          
    - On a un meilleur contrôle de la forme de la flamme grâce à un contrôle d'air primaire indépendant.    
    - L'échantillonnage pour le contrôle de la finesse est plus facile.          
    - Le broyeur à charbon peut être arrêté pour entretien indépendamment de l'alimentation au brûleur.    
    - Le système de broyage du charbon peut alimenter différents fours.          
    - Schéma d'un système indirect typique:            
     
   
  7.5 Broyeur vertical avec système semi-indirect:            
    - Une version modifiée du système indirect.            
    - Schéma d'un système d'alimentation semi-indirect:            
     
   
                   
8   Comparaison entre broyeurs à boulets et broyeurs verticaux pour le broyage du charbon  
  8.1 Avantages du broyeur vertical par rapport à un broyeur à boulets:   Broyeurs à boulets:    
    - Le broyeur vertical peut accepter une granulométrie supérieure à 85mm. jusqu'à 25mm    
    - Les broyeurs verticaux peuvent sécher du charbon avec plus de 20% d'humidité. jusqu'à 12-15%    
    - Les installations de broyeurs verticaux utilisent moins d'espace.          
    - Les installations de broyeurs verticaux ont une consommation d'énergie spécifique plus faible (15-40%).    
    - Les broyeurs verticaux sont plus souples, la capacité peut facilement varier de 40 à 100% de la capacité nominale.  
    - Les installations de broyeurs verticaux sont moins bruyantes.          
  8.2 Désavantages du broyeur vertical par rapport à un broyeur à boulets:          
    - L'investissement initial pour un broyeur vertical est plus élevé.          
    - Les possibilités d'expansion ne sont pas possibles avec les circuits de broyeurs verticaux.      
    - Les coûts d'entretien des broyeurs verticaux sont très élevés.          
    - Les broyeurs verticaux sont très sensibles aux variations de l'alimentation (granulométrie et qualité).    
    - Un broyeur vertical nécessite plus d'air pour transporter la matière pulvérisée qu'un broyeur à boulets.    
    - Les broyeurs verticaux sont moins intéressants en cas de forte abrasivité du charbon parce qu'il y a une augmentation  
      de l'usure et des temps d'arrêt.            
    - Le broyeur vertical est moins intéressant dans le cas de la houille (coke de pétrole avec HGI <30).    
                   
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