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UNIVERSITE CADI AYYAD FACULTE DES SCIENCES SEMLALIA - MARRAKECH ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗

MEMOIRE Présenté à la Faculté pour obtenir : Le Diplôme de Master Energétique, Electronique et Automatique (EnEA)

AMELIORATION DES PERFORMANCES DU CIRCUIT DE SECHAGE

Réalisé par : Adil OUAFIQ Parrain à l’entreprise : Mr Salahddine ELMIR Tuteurs à l’université : Mr Zaki ZRIKEM

Remerciements

Remerciements Au terme de ce stage, je tiens à exprimer ma vive reconnaissance, et mon dévouement à Monsieur BOUHIAOUI, Directeur de PHOSBOUCRAA. Que Monsieur DAAYF, Directeur de production de PHOSBOUCRAA, veille bien trouver ici l’expression de mes remerciements et mes gratitudes. Mes sincères remerciements à Monsieur HETTITI, Chef de la Division Traitement (PI), pour les conseils et les directives qu’il n’a cessé de m’apporter. Qu’il me soit permis d’exprimer ma profonde reconnaissance et ma gratitude à Monsieur EL MIR, Responsable de mon stage, pour l’aide et le soutien qu’il m’a prodigué. Mes sincères remerciements à Monsieur ZRIKEM pour le soutien et l’appui dont ils m’ont fait entourer Je ne saurai oublier Messieurs, BAHHITTI, Chef du Servie Exploitation, HADDADA, Chef de service de production de l’usine de traitement, pour leur collaboration et leur soutien. Que l’ensemble du personnel de PHOSBOUCRAA trouvent ici l’expression de mon estime et mes remerciements les plus sincères.

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Table des matières

Table des matières Remerciement ...........................................................................i Table des matières....................................................................ii Liste des figures & tableaux ......................................................v Résumé ...................................................................................vi Introduction .............................................................................1 Chapitre 1 : Présentation de l’entreprise.....................................2 I-Présentation de PHOSBOUCAA..........................................................................................3 1°) Aspect économique....................................................................................3 2°) Effectif de personnel .................................................................................3 3°) Fiche technique..........................................................................................4

II- Présentation de la division traitement LAAYOUNE ........................................................4 1°) Unité de manutention ou la liaison (PMB/TL/L)...........................................4 2°) Unité de traitement ou Usine (PMB/TL /L)...................................................4 3°) Unité d’énergie et eau ou la Centrale (PMB/TL/E).......................................5 4°) Unité d’Embarquement ou Wharf (PMB/TL /W) ..........................................5 5°) Unité de matériel (PMB/TL/ML)...................................................................5 6°) Unité moyens Généraux (PMP/TL/G)...........................................................5

III- Présentation de l’usine de traitement ...............................................................................5 1°) Alimentation en brut ..................................................................................5 2°) Débourbage................................................................................................6 3°) Criblage......................................................................................................6 4°) Hydrocyclonage..........................................................................................6 5°) Essorage et rinçage ...................................................................................7 6°) Mise en stock .............................................................................................7 7°) Mise en stock .............................................................................................7

Chapitre 2 : Diagnostic des installations de séchage ...............................9 I- Principe ............................................................................................................................10 1°) Goulotte d'alimentation ..........................................................................12 2°) Chambre de combustion ou foyer ..........................................................12

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Table des matières

3°) Brûleur ....................................................................................................12 4°) L'air primaire ou air de combustion ........................................................13 5°) L'air de dilution ou l'air secondaire .........................................................13 6°) Définition d’un foyer ...............................................................................13 7°) Production de la flamme .........................................................................14 8°) Etude de la flamme .................................................................................14 9°) Protection réfractaire de l'enveloppe métallique du foyer .......................14 10°) Présentation du four sécheur ................................................................16 11°) Colonne de séchage .............................................................................16 12°) Ventilateur de tirage .............................................................................16 13°) Cheminée ............................................................................................16 14°) Fosse du four ........................................................................................16 15°) Séchage du produit ..............................................................................17

II- Les entrées ......................................................................................................................17 1°) Entrée en phosphate humide filtré .........................................................17 2°) Air de combustion ...................................................................................18 3°) Air de dilution .........................................................................................18 4°) Air de pulvérisation .................................................................................19

III -Les sorties ......................................................................................................................19 1°) Phosphate séché ....................................................................................19 2°) Fumée ....................................................................................................20

VI- Etude de la combustion .................................................................................................20 1°) Comburant ..............................................................................................21 2°) Composition du fuel lourd n°2 .................................................................21 3°) Pouvoir comburivore ...............................................................................21 4°) Pouvoir calorifique ..................................................................................23 5°) Pouvoirs fumigènes ................................................................................24 6°) Etat des réchauffeurs .............................................................................25

Chapitre 3 : Les bilans thermiques et massiques.......................26 I) Etude á l’intérieur de la chambre de combustion .............................................................27 1°) Détermination du débit d’air de dilution ..................................................27 1°) A -Bilan massique ...................................................................................27 1°) B –Bilan thermique .................................................................................28

II- Etude á l’intérieur de la colonne de séchage ..................................................................30 1°) Bilan massique .......................................................................................30

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Table des matières

2°) Bilan thermique .......................................................................................30 3°) Les pertes ...............................................................................................34

III-Critique de l’état actuel ..................................................................................................37 1°) Fuel .........................................................................................................37 2°) Eléments du four sécheur.........................................................................37 3°) Colonne de séchage ...............................................................................37 4°) Filtre à bande .........................................................................................38 5°) Marteau désintégrateur ...........................................................................38 6°) Ventilateur de tirage ...............................................................................38

Chapitre 4 : Propositions et amélioration..................................39 I- Recommandation...............................................................................................................40 II- Proposition des solutions..................................................................................................40 1°) L’automatisation des systèmes................................................................40 2°) Amélioration du conditionnement du fuel ................................................40 3°) Mettre un stock tampon humide ..............................................................40 4°) Substitution du fuel par le coke ...............................................................41 5°) Calorifugeage...........................................................................................42

Conclusion général .................................................................45 Bibliographie ..........................................................................46 Annexe ...................................................................................47

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Liste des figures & tableaux

Liste des Figures &Tableaux Figures Figure 1 : Circuit de séchage...................................................................10 Figure 2 : Schéma du bruleur...................................................................13 Figure 3 : Schéma cinématique du four sécheur de l’usine de traitement de Laâyoune...............................................................................................15 Figure 4 : Allures générales des courbes de séchage .............................17 Figure 5 : Schéma principe des entrées et des sorties à l’intérieur de chambre de combustion............................................................................27 Figure 6 : Schéma principe des entrées et des sorties à l’intérieur de colonne de séchage...................................................................................30 Figure 7 : Les températures de la paroi...................................................35 Tableaux Tableau 1 : Débit d’air de combustion.....................................................18 Tableau 2 : Débit d’air de dilution............................................................18 Tableau 3 : Débit d’air de pulvérisation ..................................................19 Tableau 4 : Les déférents paramètres de la fumée.................................20 Tableau 5 : Compositions de l’air.............................................................21 Tableau 6 : Compositions du fuel.............................................................21 Tableau 7 : Etat des réchauffeurs............................................................25 Tableau 8 : les produits de combustion...................................................27 Tableau 9 : Les chaleurs spécifiques.......................................................29 Tableau 10 : Les Température de la paroi...............................................35 Tableau 11 : Résultats des bilans massique et thermique.................................36

v

Résumé

RESUME Le présent Projet de Fin d’Etudes a été effectué, au sein du Groupe Office Chérifien des Phosphates (OCP), à la direction de Phosboucraâ (Usine de Traitement de Laâyoune). Les fours sécheurs de l'usine de traitement de Laâyoune posent des problèmes d'exploitation. En effet, la consommation en fuel qui est la source de l'alimentation en énergie connaît des fluctuations considérables. Actuellement, et dans le cadre d'une amélioration de la consommation du fuel au niveau des fours sécheurs, l'étude proposée consiste à : ➢ Partie théorique : •

Diagnostic des installations de séchage.

•

Etude critique du circuit de chauffage.

•

Evaluation des pertes de chaleurs le long du circuit.

➢ Partie pratique : •

Faire un bilan thermique d’une ligne de séchage.

•

Elaboration

d’un

manuel

de

conduite

des

installations. •

Proposition d’amélioration de la consommation spécifique.

vi

Introduction générale

Introduction Générale L’industrie connaît, aujourd’hui, un développement spectaculaire grâce aux nouvelles technologies de plus en plus utilisées pour faire face à un contexte marqué par une concurrence farouche, une libéralisation des marchés et une clientèle très exigeante. De ce fait, le positionnement dans le marché exige une bonne productivité, une efficacité et une efficience des processus de production. Dans ce cadre, les nouvelles technologies se révèlent un levier puissant de croissance et d’expansion.

L’OCP, et compte tenu de son ouverture sur les établissements universitaires et dans le cadre d'un projet de fin d’étude, m’a confié la réalisation d'un projet qui consiste à l'étude critique du circuit de séchage. Après une présentation de l’entreprise PHOSBOUCRÄA et une description des opérations de traitement du phosphate, Chapitre I, on a entamé une première partie, Chapitre II, où on a présenté une diagnostic des installations de séchage. Dans une seconde partie, Chapitre III, on a établit une étude sur les bilans thermiques et massiques et aussi en calculons les pertes de chaleur en se basant sur les résultats des essais effectués au cours du stage. L’objectif de la troisième partie, Chapitre IV, est d’élaboration d’un manuel de conduite des installations. La dernière partie de notre projet, consiste à proposé une amélioration de la consommation spécifique du fuel. Les différentes activités effectuées durant ce projet ont été l’occasion de comprendre le rôle important du circuit de séchage et surtout la consommation spécifique du fuel pour

améliorer la productivité et diminuer le coût total de

production. En effet, la profession est aujourd’hui confrontée à la tendance de réduction des coûts mais surtout d’amélioration de la qualité des produits.

1

1Chapitre

Présentation de L’entreprise

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Présentation de l’entreprise

: I-Présentation de PHOSBOUCRÄA La découverte de la mine PHOSBOUCRÄA a été effectuée par l’organisme espagnol SEPSI (Société espagnole d’Industrie) en 1962 et la connaissance géologique a été terminée en 1965. L’exploitation du phosphate à la zone de BOUCRÄA débutée en 1972 avec un effectif de 3 000 agents dont 2 000 espagnols. Les accords de Madrid entre le Maroc et l’Espagne ont abouti au rachat par l’OCP d’une participation majoritaire de 65 % des actions au sein du capital de la Société Anonyme PHOSBOUCRÄA. 1°) Aspect économique : PHOSBOUCRÄA est une société anonyme à caractère minier et commercial, son objectif principal est : •

L’extraction ;

•

Traitement ;

•

Commercialisation des phosphates.

Le gisement de BOUCRAA est situé à 107Km au sud-est de la ville de LAAYOUNE et à 110Km de la Division Traitement. La puissance de la couche exploitable varie entre 2,5 et 7m d’une teneur de 80 %. L’export de ce produit se fait dans le port de PHOSBOUCRÄA à l’aide de trois machines de chargement qui reposent sur une plate-forme située à 3 127m rivage, qui reçoit des bateaux d’une capacité varie entre 10.000 et 67.000 tonnes. 2°) Effectif de personnel : Le personnel de PHOSBOUCRAA est composé de quatre catégories : •

Ingénieurs ;

•

Techniciens Agents de Maîtrise et Cadres Administratifs (TAMCA) ;

•

Ouvrier et Employés (OE) ;

•

Personnel Etrangers (PE).

3°) Fiche technique : Master : EnEA

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Présentation de l’entreprise

Société Anonyme

: Filiale de l’O C P

Raison Social

: PHOSBOUCRAA

Date de création

: 4 juillet 1962

Capital

: 100.000.000 DH

Actionnaires OCP

: 100 %

Siège Social

: 8, avenue Hassan II Laâyoune B.P : 76 et 101

Téléphone

: 028-89-36-28/29/30

Télex

: 25-685-26 et 614-26

Principales Activités

: Extraction du Phosphate Traitement du Phosphate Exportation du Phosphate brut

Centre d’activité

: Boucraâ ; Laâyoune - Plage

Président Directeur Général

: Mr. MUSTAPHA TERRAB

Directeur de PHOSBOUCRAA

: Mr. MUSTAPHA ELBOUHYAOUI

Directeur de Production

: Mr. DAAYF

Chef de la Division Administrative Chef de la Division Traitement

: Mr. MUSTAPHA ANKRIM : Mr. Mohamed HETTITI (PI)

II-Présentation de la division traitement LAAYOUNE : La division traitement se trouve à 30 KM de Laâyoune, elle a pour mission le transport, le traitement et l’expédition des phosphates. Elle est constituée de six unités : 1°) Unité de Manutention ou la liaison (PMB/TL/L) : Avant de subir le traitement pour être exporté, le phosphate est transporté de la mine de Boucraâ à l’usine de traitement à l’aide de 11 convoyeurs à bande en cascade sur une distance de 98,6 Km. 2°) Unité de traitement ou Usine (PMB/TL/T) : L'usine de traitement de Laâyoune, présente une particularité, puisque les opérations de lavage et de séchage se font en série. De ce fait, toute perturbation dans le fonctionnement d'une opération se répercute sur le déroulement de l'autre. En général, cet usine produit deux qualités de phosphate à savoir le rincé et le non rincé, l’usine comporte trois module II, III et IV. Chaque module se divise après criblage en deux lignes. 3°) Unité d’Energie et Eau ou la Centrale (PMB/TL/E) : Master : EnEA

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Présentation de l’entreprise

Elle comporte la distribution de l’énergie électrique et le poste de raccordement avec l’ONE (225 KV) et les stations de dessalement d’eau de mer. 4°) Unité d’Embarquement ou Wharf (PMB/TL/W) : Elle s’occupe des travaux d’embarquement et expédition de phosphate. 5°) Unité de Matériel (PMB/TL/ML) : Elle comporte les ateliers centraux (ACx), qui assurent l’entretien et la maintenance des équipements électriques et mécaniques de la division, et un magasin. 6°) Unité moyens Généraux (PMB/TL/G) : Elle comporte les services de sécurité, laboratoires, contrôle et gestion. III-Présentation de l’usine de traitement : L’usine de traitement est constituée actuellement de trois modules identiques. Chaque module se divise après criblage en deux lignes identiques. Les deux qualités produites sont : •

Qualité rincée ;

•

Qualité non rincée.

Ces deux qualités diffèrent par leurs teneurs en chlore. Le processus de traitement comporte les opérations suivantes : ✔ Alimentation en brut ; ✔ Débourbage ; ✔ Criblage- mise à terril ; ✔ Hydro cyclonage ; ✔ Essorage et rinçage ; ✔ Séchage ; ✔ Mise en stock. 1°) Alimentation en brut : Après son arrivée au parc de stockage, le phosphate est repris par une roue pelle qui se déplace le long d’un convoyeur principal d’alimentation H3, celui-ci déverse le produit sur le convoyeur 137, puis le convoyeur 016 et enfin le convoyeur 017, ce dernier est muni d’un chariot répartiteur, qui partage le produit entre les trois trémies (une trémie par module, de capacité 1200 tonnes chacune).

Master : EnEA

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Présentation de l’entreprise

Un transporteur se trouve en bas de chaque trémie permet l’alimentation du module correspondant via une goulotte. L’extraction du phosphate se fait par quatre orifices équipés par des extracteurs vibreurs. 2°) Débourbage : Le phosphate brut transporté par le convoyeur 020 est mélangé dans un trommel débourbeur avec l’eau de mer, refoulée par les pompes basse pression, en vue de le mettre en pulpe, en même temps, le malaxage du produit brut et l’eau de mer, permet de désagréger et séparer les trois éléments: Silex, Argile et phosphate. 3°) Criblage : La pulpe (eau + argile + silex + phosphate) à la sortie du trommel tombe sur un crible incliné à excentrique caractérisé par une maille longitudinale de 2,5mm (l’arbre tournant fixé au centre de gravité de la caisse et solidaire d’une masse balourde donnant une vibration à amplitude constante) Le criblage est amélioré par un arrosage massif permettant de bien nettoyer la surface des grains de la couche fine qui les enveloppe. Après criblage, la partie supérieure à 2,5mm est évacuée vers la mise à terril par l’intermédiaire des convoyeurs 075, 079B, 079A et 141. La fraction inférieure à 2,5mm est admise dans des bacs collecteurs qui alimentent les pompes des hydrocyclones. C’est à ce niveau que chaque module se divise en deux lignes identiques. 4°) Hydrocyclonage : L’objectif de cette opération est de diminuer le pourcentage des fines dans le produit. Elle consiste à injecter la pulpe tangentiellement et sous pression dans l’hydrocyclone, à l’intérieur duquel se fait une classification par équivalence de densité et granulométrie grâce à la centrifugation. La coupure basse à réaliser correspond à une teneur en BPL de 80% est 63µm. Chaque ligne est équipée d’un hydrocyclone 1000 servant pour la pré-classification, d’une première batterie d’hydrocyclone pour la classification et d’une deuxième batterie d’hydrocyclones pour l’épaississement. 5°) Essorage et rinçage : Le but de cette opération est de réduire le taux d’humidité, c’est l’essorage, ainsi que la teneur en chlore (le chlore dans le phosphate et le chlore dans l’eau de mer), c’est le rinçage. Master : EnEA

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Présentation de l’entreprise

Cette phase de traitement se fait dans un filtre à bande, ce dernier est lié à travers deux ballons séparateurs à la pompe à vide. Le filtre est alimenté en pulpe par le biais d’un clapet à partir d’un collecteur de pulpe, ce dernier se trouve à la sortie de la deuxième batterie d’hydrocyclones. Sous l’effet de la dépression qui règne dans la boite à vide, les filtrats forts (concentration élevée en fine et en chlore) traversent la toile et subissent une séparation des gaz dans le premier ballon avant de prendre le chemin vers les égouts. Dans le second compartiment de la boite à vide, le rinçage se fait à l’eau douce produite par les unités de dessalement de l’eau de mer et suite à la dépression crée par la pompe à vide les filtrats fins, à travers le second ballon séparateur, sont collectés dans un bac destiné à cet objet. On signale que le rinçage dans le premier compartiment se fait par l’intermédiaire des filtrats fins recyclés. Le rejet de l’anneau (pompe à vide) passe à travers un ballon séparateur en vue de récupérer les gouttelettes d’eau qui y sont contenues, l’eau récupérée est recyclée vers le tank d’eau douce. 6°) Séchage : Après essorage et rinçage, le phosphate subit la dernière étape de traitement qui est le séchage. L’objectif de cette opération est de réduire la teneur en humidité. Le mode de séchage utilisé est le séchage éclair ou séchage FLASH, sa particularité technologique est le maintien en suspension des particules du matériel humide dans un courant gazeux chaud ascendant fournis par la chambre de combustion. La dernière étape du processus de traitement avant la mise en stock est l’élimination des gaz dans les deux cyclones séparateurs. 7°) Mise en stock : L’usine de traitement dispose de deux axes de stockage alimentant les silos A et B de capacité 300 000 tonnes Sec et Marchand chacun. Une fois le produit séché, il est collecté à la sortie des cyclones puis il est transporté par les convoyeurs (022 A &B) vers le convoyeur (023), puis vers les convoyeurs (024 A &B) qui déversent le produit sur deux autres bandes transporteuses (026 A & B) puis les bandes (701 A & B) alimentant l’un ou l’autre des stocks par les convoyeurs (702 A & B).

Master : EnEA

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Présentation de l’entreprise

Master : EnEA

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2

Chapitre

Diagnostic des installations de séchage

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Diagnostic des installations de séchage

I- Principe :

Figure 1 : Circuit de séchage Juste après rinçage et essorage, le phosphate subit la dernière étape de traitement : le séchage. L'objectif de cette opération est de réduire la teneur en humidité du produit à un pourcentage de 1,5. Le type de séchage adopté est le séchage FLASH DRYING. Il permet le maintien en suspension des particules du produit humide dans un courant gazeux ascendant fournis par la chambre de combustion. En effet, à la sortie du filtre à bande, le produit est véhiculé vers une goulotte d'alimentation communiquant avec la colonne de séchage. A l intérieur de cette goulotte, une roue cellulaire déverse le produit sur un marteau désintégrateur, ce dernier émiette le produit humide et assure sa dispersion dans la colonne de

Master : EnEA

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Diagnostic des installations de séchage

séchage. La roue cellulaire ou tambour doseur assure la régularité du débit et l'étanchéité du four sécheur. Le gaz chaud servant au séchage sont produits par la combustion du fuel avec l'air dans un foyer. Le ventilateur de combustion assure l'alimentation en air primaire comburant. Le secondaire permet la dilution du gaz de combustion (température maximale : 900°C) afin de préserver le matériel (tôles d'acier et briques réfractaires). Le mélange des gaz avec le produit ainsi l’échange de chaleur se fait le long d'une colonne verticale. Un ventilateur de tirage crée une dépression tout au long du circuit et permet ainsi le transport du produit et l'évacuation des fumées et des poussières résiduelles par une cheminée commune. L’Usine de traitement a une particularité unique par rapport aux autres usines du Maroc, puisque le circuit lavage et séchage sont liés directement entre eux en formant une chaîne. 1°) Goulotte d'alimentation : Le phosphate essoré est reçu par un convoyeur dans une goulotte alimentant le tube sécheur. A l'intérieur de cette goulotte un tambour doseur régule l'alimentation du four en déversant le produit humide sur un autre tambour désintégrateur qui disperse et émiette le phosphate avant son admission dans le four vertical. Caractéristiques de ces tambours : •

Longueur : 1200 mm

•

Diamètre : 500 mm

•

Vitesse entrée réducteur : 750 tr/mn

•

Vitesse sortie réducteur : 20 tr/mn

•

Puissance du moteur : 6 Cv

2°) Chambre de combustion ou foyer : C'est un foyer cylindrique en tôle d'acier à doubles parois revêtu intérieurement de briques réfractaires où il y a production de la masse gazeuse. Ce foyer contient deux compartiments non communiquant : Un pour la circulation de l'air primaire, l'autre pour la circulation de l'air secondaire. Cette disposition permet la circulation de l'air ambiant entre les deux enveloppes, d'où la tôle qui recouvre les briques est suffisamment refroidie. Caractéristiques de la chambre de combustion : Master : EnEA

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Diagnostic des installations de séchage

•

Longueur totale : 4400 mm

•

Diamètre moyen : 2000 mm

•

Capacité calorifique : 22. 106 kcal/h

•

Dépression à la sortie du foyer : 7 à 15 mmce

3°) Brûleur : C'est un dispositif mécanique situé à l'entrée de la chambre et a pour but de pulvériser le fuel en le faisant sortir en particules très fines favorisant le mélange air-fuel. Cette atomisation est obtenue grâce à l'action d'un moteur entraînant un arbre sur lequel sont montés une coupelle rotative et un ventilateur d'air. Caractéristiques du brûleur : •

Marque : SAACKE

•

Type : SK 200

•

Débit maximal : 2315 kg/h

•

Pression de pulvérisation : 30 kg/m²

•

Puissance du moteur : 11 kW

•

Vitesse du moteur : 3000 tr/mn Fonctionnement du brûleur : Le brûleur est un organe qui fait la pulvérisation du

fuel à l'aide de la coupelle qui tourne à une vitesse élevée solidaire à un arbre creux portant le fuel à son intérieur. Le fuel mélangé avec l'air de pulvérisation dans le brûleur prépare la pulvérisation avant le jet final dans le four. L'air de combustion qui est donné par l'inter parois du four favorise la pulvérisation puis la combustion.

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Diagnostic des installations de séchage

Figure 2 : Schéma du brûleur 4°) L'air primaire ou air de combustion : C'est l'air nécessaire à la combustion du fuel apporté par un ventilateur situé sur le flanc gauche de la chambre de combustion, il sert aussi à refroidir la première tôle de cette chambre. Caractéristiques de ce ventilateur : •

Débit maximal : 42000 m3/h

•

Vitesse : 1450 tr/mn

•

Pression : 240 mmCE

5°) L'air de dilution ou l'air secondaire : C'est l'air apporté par le ventilateur situé sur le flanc droit de la chambre de combustion, son utilité est de diluer les gaz produits dans le foyer. Caractéristiques de ce ventilateur : •

Débit maximal : 45000 m3/h

•

Vitesse : 1450 tr/mn

•

Pression : 180 mmCE Cet air sert à refroidir aussi la seconde partie de la tôle recouvrant les briques réfractaires.

6°) Définition d’un foyer : Dans une installation thermique, le foyer est le volume réservé à la réalisation de la combustion .De ce fait, on le désigne par l’expression « chambre de combustion » ou le transfert thermique entre la flamme et les parois de la chambre de combustion s’effectue par conduction, convection et rayonnement. 7°) Production de la flamme :

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Diagnostic des installations de séchage

La production de la flamme est obtenue par mélange du fuel pulvérisé injecté par le brûleur et l’air amené par le ventilateur d’air primaire, cet apport d'air en quantité suffisante pour permettre une combustion complète et une stabilisation correcte de la flamme. Les gaz brûlés produits sont animés de mouvement d’ensemble dans la chambre et s’ajournent un certain temps avant d’être évacués vers la cheminée par dépression crée par le ventilateur de tirage, ces gaz brûlés qui s’échappant de la flamme sont inertes au point de vue chimique et se refroidissent par échange thermique avec leurs parois ou la charge durant leur circulation. 8°) Etude de la flamme : La flamme se propage suivant la vitesse d'injection de (l'air primaire + pulvérisation) et de fuel, cette vitesse de propagation dépend de la nature de mélange (carburant – comburant) de la configuration géométrique de l'installation et la température du mélange. Le mélange se situe entre la limite inférieure et la limite supérieure d'inflammabilité. 9°) Protection réfractaire de l'enveloppe métallique du foyer : La chambre de combustion est un foyer cylindrique en tôle d’acier à double parois, cette chambre est le lieu réservé à la combustion, ou les gaz brûlés sont portés à une température plus élevée, ce qui nécessite la protection de l’enveloppe métallique du foyer. L’intérieur du foyer est constitué de briques réfractaires, les briques sont conçus de façon à réfléchir la totalité de la chaleur afin qu’il n’y ait pas plus de perte de chaleur vers l’extérieur.

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Diagnostic des installations de séchage

10°) Présentation du four sécheur :

Figure 3 : Schéma cinématique du four sécheur de l’usine de traitement de Laàyoune 11°) Colonne de séchage : C'est une colonne verticale en tôle d'acier de 1,45 m de diamètre et 32 m de hauteur, calorifugée sur toute sa hauteur et revêtue intérieurement de briques réfractaires sur une hauteur de 12 m à partir de la chambre de combustion. Les cyclones séparateurs : La partie supérieure de la colonne se divise en deux conduites alimentant chacune un cyclone dont le rôle est de séparer les fines et les gaz évacués du phosphate. La tubulure de sortie des cyclones débouche sur un tambour écluse ou roue cellulaire qui, tout en assurant l'étanchéité évacue le matériau séché. •

Diamètre cyclone : 3150 mm

•

Eléments : spirale d'entrée corps cylindrique partie inférieure conique

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Diagnostic des installations de séchage

Les chambres à poussières ou Multi cyclones : L'Over flow de chaque cyclone alimente une chambre à poussière formée de multi cyclones de 260 mm de diamètre pour séparer les gaz des poussières et récupère d'avantages les grains phosphatés. 12°) Ventilateur de tirage : Il assure : •

La dépression dans l'installation

•

Il facilite l'évacuation des gaz par la cheminée

Les caractéristiques sont : •

Capacité : 180.000 m3/h

•

Dépression : 550 mmCE

•

Puissance: 370 kW

•

Vitesse de moteur : 1000 tr/mn

13°) Cheminée : Une cheminée pour deux ventilateurs de tirage de 1.8 m de diamètre et de 25m de hauteur. Elle assure l'évacuation des gaz et les poussières. 14°) Fosse du four : Elle se trouve en sous-sol des 8 fours de séchage et permet de dégager les éléments ayant échappé au tirage au moyen d’ouvertures en contrebas des colonnes maintenues fermées par des battants à contrepoids. Le produit échappé est dilué par l'eau et par l'intermédiaire d'un canal collecteur qui le refoule par une pompe vers le trommel pour le recyclage.

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Diagnostic des installations de séchage

15°) Séchage du produit :

Figure 4 : Allures générales des courbes de séchage •

Phase 0 ou période de mise en température ou de mise en régime de durée généralement courte. C’est une phase transitoire durant laquelle les transferts de chaleur et de masse. en surface du produit, s’établissent jusqu'à une valeur d’équilibre qui marque le début de la période 1.

•

Phase 1 ou période de séchage a vitesse constante, qui pour certains produits peut ne pas exister.

•

Phase 2 ou période de séchage á vitesse décroissante, qui commence á partir d’une humidité critique XCr, et au cours de laquelle la vitesse diminue de manière plus ou moins régulière.

II- Les entrées : 1°) Entrée en phosphate humide filtré : On calcule le débit du phosphate entrant á la colonne de séchage par la relation suivante : Q=e.l.v.ρ Master : EnEA

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Diagnostic des installations de séchage

e : épaisseur du gâteau en mm l : largeur de la bande de filtrante. v : vitesse de la bande ρ : la densité du phosphate lavé. A.N

e=0,07 m l =2 m v=10,58m/mn ρ=1,5 T/m3 Q=133,31 T/h d’où

2°) Air de combustion : Pour calculé le débit d’air de combustion il faut mesure les paramètres suivantes :

Vac(m/s)

11

%oc

80%

s(m2)

0,46

Qac(m3/h)

14572,80

Qac(kg/h)

16189,18

Table 1 : Débit d’air de combustion Avec la densité de l’air humide : ρah= 1,11 kg/m3 3°) Air de dilution : D’une même manière on va déterminer le débit d’air de dilution :

Master : EnEA

Vad(m/s)

18,78

%oc

40%

s(m2)

0,46

Qad(m3/h)

12439,87 18

Diagnostic des installations de séchage

Qad(kg/h)

13819,67

Table 2 : Débit d’air de dilution 4°) Air de pulvérisation : L’air de pulvérisation joue le rôle de pulvérisation du fuel et en même temps il sert à la combustion Vair-p (m/s)

10,69

%oc

25%

s(m2)

0,023

Qa_p(m3/h)

265,54

Qa_p(kg/h)

290,21

Table 3: Débit d’air de pulvérisation III -Les sorties : 1°) Phosphate séché Suite à la difficulté de lire directement la valeur de débit sortie, vue que les diversement des cyclones de tous les lignes est collectes sur le même convoyeur de mise en stock pour cela, on procède a déterminer le tonnage de produit sèche par ligne : On calcul la quantité d’eau évaporée par la relation suivante: Δei=133,31Hi-Hf100-Hi Hi: Humidité initiale Hf: Humidité finale Δei=133,3115-1,5100-15=18 T Considérons 133,31 T de produit humide à 15 % d'humidité. Ce produit se compose de: 133,31*18133,31=18 T d'eau Et de

Master : EnEA

133,31 – 18 = 115,31 T de matière sèche

19

Diagnostic des installations de séchage

2°) Fumée Tous les paramètres sont calculés par des instruments et des logiciels de l’équipe de CERPHOS O2 pourcent CO2 pourcent N2 pourcent Cp Kcal/ kg C T °C gaz Section cheminée m2 P gaz mmHg Humidité : volume Vitesse m/s Débit m3/h

15,57 3,80 80,63 0,84 73 2,58 760 0,15 30,12 280083

Table 4 : Les différents paramètres de la fumée VI- Etude de la combustion : La combustion est une réaction chimique, globalement exothermique, relativement lente au début mais pouvant devenir très rapide voir même violente, avec émission de rayonnements et élévation de température. Pour les combustibles usuels, qui sont en général des produits carbonés d’origine organique, la combustion correspond à une réaction chimique avec l’oxygène atmosphérique et conduit à la formation de dioxyde et de monoxyde de carbone, d’eau, ainsi que de composés comme le dioxyde de soufre se formant à partir d’impuretés minoritaires présentes dans le combustible. Le terme combustion comprend également les oxydations au sens chimique large, les oxydants pouvant être le chlore et le fluor, ou même l’acide nitrique ou certains perchlorates. De fait, on peut dire que la réaction de combustion est globalement une réaction d’oxydoréduction, où l’oxydant est appelé comburant et le réducteur combustible. Combustion complète neutre : la combustion s’effectue avec la quantité de comburant strictement nécessaire á la combustion du combustible. C

+ O2

C O2

H2

+

H2O

O2

1 2 S Master : EnEA

+ O2

S O2 20

Diagnostic des installations de séchage

Combustion oxydante : la combustion s’effectue avec un excès relatif de comburant. Combustion réductrice : la combustion s’effectue avec un manque relatif de comburant. 1°) Comburant : Le comburant est l’air qui est un mélange d’oxygène (O ) et d’azote (N ) avec des 2

Composition volumique 21% 79%

O2 N2

2

Composition massique 24% 76%

traces de dioxyde de carbone (C O ) et de gaz rares. La composition de l’air est la suivante : 2

Table 5 : Compositions de l’air 2°) Composition du fuel lourd n°2 : C% 84

S% 4

H% 12

O% et N% 0

Table 6 : Composition du fuel C = carbone

S = soufre

H = hydrogène

O = oxygène N=azote

3°) Pouvoir comburivore : C’est le volume d’air nécessaire á la combustion complète et neutre de 1 kg de combustible solide, liquide, ou de 1 m de combustible gazeux, dans les conditions normales 3

de température et de pression. Dans 1 kg de fuel il y’a 840 g de carbone 120 g d’hydrogène 40 g de soufre Master : EnEA

21

Diagnostic des installations de séchage

Nombre de mole de chaque constituant : Pour le carbone :

nC=84012=70 moles

Pour l’hydrogène :

nH=1202=60 moles

Pour le soufre :

nS=4032=1,25 moles

✔ Oxygène nécessaire pour la combustion, du carbone : C + O2

CO2

12 (C) g

32 (O) g

Pour 840g M'O2=840*3212=2240 g ✔ Oxygène nécessaire pour la combustion, d’hydrogène : H2 + 12 O2 2 (C) g

H2O 16 (O) g

Pour 120g M''O2=120*162=960 g ✔ Oxygène nécessaire pour la combustion, du soufre : S + O2

SO2

32 (C) g

32 (O) g

Pour 30g M'''O2=30*6432=30 g Donc la masse d’oxygène nécessaire pour la combustion de 1 kg de fuel est : MO2=2240+960+30=3230 g Sachant qu’il y a 21% en masse d’oxygène et 79% en masse d’azote, nous calculons la masse d’air correspondante à MO2=3230 g d’oxygène.

Master : EnEA

22

Diagnostic des installations de séchage

Soit Mair=3230*10021=15,4 kg d'air Donc le pouvoir comburivore est de 15,32 kg d’air /Kg fuel pratiquement la quantité effective d’air à fournir pour obtenir la combustion complète. En général nous prenons une valeur correspondant á 60% d’excès d’air Donc la masse d’air = 15,4 * 1,6 = 24,51 kg d’air/kg fuel Pour brûler 1Kg de fuel, il nous faut 24,51 Kg d’air 4°) Pouvoir calorifique : C’est la quantité de chaleur dégage par la combustion complète de 1 kg de combustible solide, liquide, ou de 1 m de combustible gazeux. Le comburant, et les produits de 3

combustion sont dans les conditions normales. PCI : pouvoir calorifique inférieur, dans le cas ou l’eau produite par la combustion de l’hydrogène du combustible est supposée á l’état de vapeur dans les fumées. PCS : pouvoir calorifique supérieur, dans le cas ou l’eau produite par la combustion de l’hydrogène du combustible est supposée á l’état liquide dans les fumées. On a

PCI=121125-292 CH-70 S

Ou bien

PCI=12925-3200 d-70 S

Avec d : la densité du fuel à la température d’utilisation. Une mole dans les conditions normales de température et de pression occupe un volume de 22,4 litre : C

+ O2

H2 + 12O2 S

+ O2

C O2+ 97,6 Kcal H2O + 58,2 Kcal S O2+ 69,2 Kcal

Calcul du pouvoir calorifique : 70C + 70 O2 Master : EnEA

70C O2+ 6832 Kcal 23

Diagnostic des installations de séchage

60H2 + 30 O2

60 H2O + 3492 Kcal

1,25S + 1,25 O2

1,25S O2+ 86,5 Kcal

AN

PCS = 86,5 + 3492 + 6832 PCS=10,41 Kcal

La formule suivante permet de passer du PCI au PCS PCI=PCS-53*(%H) 5°) Pouvoirs fumigènes : C’est le volume de fumées produit par la combustion complète et neutre de 1 kg de combustible solide, liquide, ou de 1 m3 de combustible gazeux, dans les conditions normales de température et de pression. •

Pouvoir fumigène sec (

) : dans le cas ou l’eau produite est condensée.

V fo •

Pouvoir fumigène humide (

) : dans le cas ou l’eau produite est á l’état de vapeur.

V fo′ C

O2

C O2

12kg

22,4m3

22,4m3

0,84kg

1,568 m3

1,568 m3

S

+

+

O2

S O2

32kg

22,4 m3

22,4 m3

0,03kg

0,021 m3

0,021 m3

H2

12 O2

+

H2O

2kg

11,2m3

22,4 m3

0,12kg

0,762 m3

1,344 m3

VO2=1,568+0,762+0,021=2,261 m3 O /kg fuel 2

VN2=2,261*7921=8,5m3 N2 / kg fuel Master : EnEA

24

Diagnostic des installations de séchage

Vfo=1,568+0,021+8,5=10,51m3 fumées sèches /kg fuel V'fo=10,083+1,344=11,433 m3 fumées humides /kg fuel Le pourcentage de (CO + SO ) en combustion complète est : 2

2

CO2+SO2%=1,568*0,02110,089=15,75% 6°) Etat des réchauffeurs : Si la température est trop basse, le fuel sera plus visqueux donc on aura un problème de pompage donc il est nécessaire de réchauffé jusqu'à une température bien définie

Table 7 : Etats des réchauffeurs Avec Pi=3UIi Donc la puissance globale consommée par les réchauffeurs est :

Installation Réchauffeur principal A Réchauffeur principal B Réchauffeur Nº 3 Réchauffeur Nº 4 Réchauffeur Nº 5 Réchauffeur Nº 6 Réchauffeur Nº 7 Réchauffeur Nº 8

Nombre de la résistance

Phase(A) Nº 1

phase(A) Nº 2

phase(A) Nº 3

P (W)

18

124,4

124,4

124,4

81877,51

18

101,7

101,7

101,7

66936,83

12

89,83

89,83

89,83

59126,44

9

63,03

63,03

63,03

41487,24

12

87

87

87

57261,60

9

57,47

57,47

57,47

37823,37

9

55,2

55,2

55,2

36331,50

12

87,07

87,07

87,07

57305,48 438150

P=iPi=438,51kW

Master : EnEA

25

3

Chapitre

Les bilans thermiques et massiques 26

Les bilans thermiques et massiques

I) Etude á l’intérieur de la chambre de combustion : 1°) Détermination du débit d’air de dilution : Pour calculer le débit d’air de dilution il faut faire un bilan massique et un bilan Chambre Débit Débit Débit du d’air du gazde de Débit d’air combustion combustion chaud fuel dilution

thermique.

Figure 5 : Schéma principe des entrées et des sorties á l’intérieur de la chambre de combustion Composition des produits de combustion avec un excès d’air de 60% : Comburant Constituant Master : EnEA

O2

Air

Gaz produit de combustion CO2

SO2

O2

N2

H2O

Total 27

Les bilans thermiques et massiques

Quantité Kg/kg du fuel

5,25

24,51

3,08

0,08

1,97

19,36

1,08

25,57

Table 8 : Les produits de combustion 1°) A -Bilan massique : QG=Qf+Qad QG : débit du gaz Qf : débit de fumée Qad : débit d’air de dilution

1°) B –Bilan thermique : QFHF+PCI+Qad+QacHa=QfHf+QadH'a

(*)

QF : Débit du fuel HF : Enthalpie du fuel TF=95˚C (en Kcal/kg) PCI : Pouvoir calorifique inférieur du fuel (Kcal/kg) Qac : débit d’air de combustion H΄a : Enthalpie de l’air á la température du foyer Tf=900˚C Ha : Enthalpie de l’air á la température ambiante Ta=25˚C Qf : Débit des fumes On divise l’équation (*) par QF pour utiliser les valeurs de la composition des produits de combustion. HF+PCI+Qac+QadQFHa=QfQFHf+QadQFH'a HF+PCI+QacQFHa=QfQFHf+QadQF(H'a-Ha) qad=QadQF : Débit d’air de dilution /kg du fuel D’où qad=HF+PCI+QacQFHa-QfQFHfH'a-Ha Application numérique : qad=HF+PCI+18,6Ha-19,61HfH'a-Ha Ha=(0,79 CpN2+0,21 CpO2)Ta Master : EnEA

28

Les bilans thermiques et massiques

Avec Ha=(0,79 CpN2+0,21 CpO2)Tf Hf=Cpf Ta+1,08025,57Lv cpf=125,57(3,08CpCO2+0,08CpSO2+1,97CpO2+19,36CpN2 +1,08CpH2O) CpCO2=10,34+-0,0027Tf-195500Tf2144 CpH2O=9,23+0,0012Tf18 CpSO2=7,7+0,001Tf64 CpN2=6,5+0,001Tf28 CpO2=8,27+0,000288Tf32 Ta=25˚C Tf=900˚C Lv =590 Kcal/kg.C COMPOSITION CO2 H2O SO2 N2 O2 Fuel

Cp (Kcal /C. kg) 0,286 0,573 0,195 0,264 0,267 0,92 Table 9 : Les chaleurs spécifiques

Donc

Cpf=0,285 Kcal/kg.C Hf=288,963 Kcal/kg Ha=5,482 Kcal/kg H΄a =238,283 Kcal/kg D’ou le débit d’air de Qad=11,8 kg d’air/ kg du fuel

dilution nécessaire pour un kg du fuel est :

II- Etude á l’intérieur de la colonne de séchage :

Master : EnEA

29

Les bilans thermiques et massiques

Figure 6 : Schéma principe des entrées et des sorties á l’intérieur de la colonne de séchage 1°) Bilan massique : QG+Qpe=Q'G+Qps+Qe QG : Débit du gaz á la sortie de la chambre de combustion Qpe : Débit du produit humide á l’entrée de la colonne de séchage Qps : Débit du produit sec á la sortie de la colonne de séchage Qe : Quantité d’eau dans le produit humide 2°) Bilan thermique : QGHG+QpeCpeTe+QeeCeeTe=Q'GH'G+QpsCpsTs+LVQev

(*)

Cpe : Chaleur spécifique du produit á Te Cee : Chaleur spécifique de l’eau á l’entrée de la colonne de séchage Cps : Chaleur spécifique du produit á Ts Ces : Chaleur spécifique de l’eau á la sortie de la colonne de séchage Qev : Débit d’eau évaporée du produit Qee : Débit d’eau total contenu dans le produit L’humidité á l’entrée he est par définition : Master : EnEA

30

Les bilans thermiques et massiques

he=QeeQpe Et de la même manière on définit l’humidité á la sortie hs par hs=QeeQps Et on a Qpe=Qps+Qee On remplace Qpe par sont expression Qee=he1-heQps De la même manière on démontre que Qes=hs1-hsQps Débit d’eau évaporée : Qev=Qee-Qes Qev=(he1-he-hs1-hs)Qps Donc qe=he1-heQpe qs=hs1-hsQps Qes=qe-qs=he1-heQpe-hs1-hsQps En supposant que les pertes sont nulles, alors : Qpe=Qps=Qp Alors Qes=(he1-he-hs1-hs)Qp Qps=qshs=11-hsQp Avec Qp débit du produit sec á l’humidité hs Divisions la relation (*) par Qps=Q QGQHG+QpeQCpeTe+QeeQCeeTe=Q'GQH'G+QpsQCpsTs+QesQCesTs+QpeQLv Master : EnEA

31

Les bilans thermiques et massiques

Or qF=QFQ H΄G : l’enthalpie du gaz á la sortie QG = débit de fumée * débit du fuel = 37,36 QF QG=37,36 qF Q 37,41qFHG+1-hsCpeTe+he1-hs1-hsCeeTe=37,41qFH'G+1-hsCpsTs+1-hs1-hs(CesTs+Lv) qF=1036,51-hs+595he-hs1-he+46,71hs-12,85he1-hs1-he137,36(HG-H'G) Avec H'G=Cpf TS+1,08025,57Lv=45,91 Kcal/kg HG=Cpf Tf+1,08025,57Lv=276,77 Kcal/kg D’où qF=0,1176,5+575,65he-554,79hs-27,36hehs1-he

qF : La consommation spécifique du fuel en kg/TSM TSM : Tonne Sec Marchand Dans cette dernière formule, on a la consommation spécifique en fuel en fonction de l’humidité du produit à l’entrée de la colonne de séchage he et son humidité de sortie hs. L’évolution de la consommation spécifique avec l’humidité du produit, que ce soit à l’entrée ou à la sortie de la colonne de séchage, est présentée à la figure suivante :

INTERPRETATIONS ET COMMENTAIRES : D'après l'équation et la figure précédente, on remarque que les courbes sont des droites décroissantes de faibles pentes; ceci veut dire que plus on exige une faible humidité à la sortie plus on fournira d'énergie pour le séchage d'où une consommation élevée en fuel. Dans le cas actuel (et pour la qualité du produit rincé), le produit entre dans le four avec une humidité he = 15 % et y sort avec une humidité hs =1,5 % ce qui veut dire – d'après la courbe- une consommation théorique (sans pertes) d'environ 11,5 kg / TSM. Master : EnEA

32

Les bilans thermiques et massiques

Par contre les statistiques actuelles montrent que la consommation spécifique en fuel vaut en moyenne 12,31 kg / TSM. Comme la figue ci-dessous :

Il est à noter qu'il existe une marge de variation entre les consommations des différents fours, ceci est dû à la discontinuité de l'alimentation en produit 3°) Les pertes : Les pertes de chaleur se fait par convection : Qp=α*S*(Tp-Ta) α : Le coefficient de transfert de chaleur par l’air ambiant en (Kcal/h.C m2) α=6,4+0,034*Ta Tp : la température de la paroi mesurée par un pyromètre a laser Ta : la température ambiante S : la surface d’échange

Master : EnEA

33

Les bilans thermiques et massiques

Table 10 : Température de la paroi sur les déférents niveaux Colonne de séchage 0 mètre 6,5 mètre 10 mètre 13 mètre 18 mètre 32 mètre

Température moyenne 37 ºC 40 ºC 44 ºC 62 ºC 47 ºC 43 ºC

Coefficient de transfert 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3

Figure 7 : Les températures de la paroi

Qp=1503165 Kcal/h

Master : EnEA

Donc

34

Les bilans thermiques et massiques

ENTREES

SORTIES

Phosphate humide

Phosphate séché

Débit (t/h) Humidité Cp (Kcal/kg.C) Chaleur (Kcal/h)

133,3 15% 0,18 1085393,74

Débit (t/h) Humidité Cp (Kcal/kg.C) Chaleur (Kcal/h)

Air de combustion

Débit (kg/h) Cp (Kcal/kg.C) Chaleur (Kcal/h)

16189,18 0,24 182435,37

Air de dilution

Débit (kg/h) Cp (Kcal/kg.C) Chaleur (Kcal/h)

Fumée

Débit (m3/h) Cp (Kcal/kg.C) Chaleur (Kcal/h)

280083 0,84 13339035,01

PERTES (Kcal/h)

13819,67 0,24 86254,81

Air de pulvérisation

Débit (kg/h) Cp (Kcal/kg.C) Chaleur (Kcal/h)

115,3 1,5% 0,18 799711,51

1503165

290,21 0,24 896,53

Table 11: Résultats des bilans massique et thermique

Master : EnEA

35

Les bilans thermiques et massiques

III-Critique de l’état actuel : 1°) Fuel : A) Economie du fuel : Lors de chaque démarrage d'un four sécheur, une quantité de fuel est consommé, cette surconsommation est causée par le chauffage du four avant son utilisation, l’attente du produit jusqu' a ce qu'il atteint l'entrée du four sécheur ou de même pour une panne dans le circuit mécanique ou électrique influence directement à la consommation élevée. Ce phénomène est expliqué par la marche à vide du four ou l'arrêt total. B) Conditionnement du fuel : La surconsommation du fuel peut aussi être expliquée par un mauvais conditionnement du fuel concernant sa température de préchauffage juste avant son utilisation et sa pression qui est imposée. Ces deux derniers paramètres jouent un rôle très important pour favoriser la bonne pulvérisation. 2°) Eléments du four sécheur : a°) Brûleur : •

Un bon nettoyage des conduites de mélange à l'intérieur du brûleur peut beaucoup favoriser la pulvérisation.

•

Un bon montage sur le four évite que la flamme soit non centrée.

b°) Brique réfractaires des fours : Les démarrages répétés du four sécheur sollicitent les briques réfractaires à des chocs thermiques intenses (refroidissement et échauffement) ce qui entraîne leur endommagement prématuré. Le nombre d’arrêt – démarrage causé par les pannes ou contrôle ou manque de produit. 3°) Colonne de séchage : Les fuites sur le long du circuit de séchage peuvent créer : –

Augmentation de consommation du fuel.

–

Chute de température.

–

Dépression faible.

–

Mauvais séchage du produit à la sortie.

–

Débit faible du produit.

–

Faible duré de vie des briques réfractaires.

Master : EnEA

36

Les bilans thermiques et massiques

4°) Filtre à bande : -

L'état du filtre à bande joue un rôle très important pour faire diminuer l'humidité avant l’entrée du four.

–

Les particules fines dérangent l’aspiration, ce qui veut dire un taux d’humidité à la limite (15%).

–

La disponibilité des équipements de la laverie agit sur la marche ou l'arrêt du module puisque le système de lavage et séchage sont en série.

–

Le mauvais lavage de la bande cause l'accumulation des particules fines, d'ou la difficulté d’aspiration d’eau.

5°) Marteau désintégrateur : Le marteau désintégrateur peut aussi être une source d’une surconsommation puisque le produit tombant dans la fosse est recyclé de nouveau. La mauvaise désintégration défavorise l’échange de chaleur dans un temps très court. 6°) Ventilateur de tirage : Le ventilateur de tirage crée une dépression dans l'installation et évacue les gaz et les fines poussières par la cheminée. Pour un tirage faible, le produit tombe au fond du four (fosse), ce qui conduit à une perte de produit qui a déjà consommé une part d’énergie. Dans le cas où le tirage est fort, le temps de séjour du produit devient faible et l’échange de chaleur entre le produit et la masse gazeuse ne s'effectue pas correctement. Il faut maintenir le tirage dans sa position optimale afin d’avoir un bon séchage en évacuant les gaz (gaz de combustion + vapeur d’eau) et les fines particules de phosphate à l’extérieur.

Master : EnEA

37

Les bilans thermiques et massiques

4

Chapitre

Propositions et Amélioration s

Master : EnEA

38

Propositions et améliorations

I-Recommandation : Dans cette partie, on va réaliser des recommandations simples et pratiques et qui ont un intérêt majeur pour la consommation spécifique du fuel de l’usine de traitement : Amélioration de conditionnement du fuel en température et pression. Nettoyer les filtres du fuel. Mettre un système efficace automatisé qui fait le réglage entre le combustible et le comburant. Mettre un système efficace de régulation entre le débit du fuel et le produit entrant dans le four. Vérifier l’état de brique réfractaire des fours. Nettoyer le marteau désintégrateur d’une façon régulier. C ontrôler l’état du ventilateur de tirage pour maintenir dans sa position optimale. Renforcer les suivies des appareillages de régulation. II) Proposition des solutions : 1°) L’automatisation des systèmes : Installer des manomètres sur le long de colonne de séchage pour contrôler la dépression. Mettes des capteurs sur les filtres à bande pour contrôler l’humidité du produit. Installer des analyseurs de gaz. 2°) Amélioration du conditionnement du fuel : Afin d’avoir une bonne pulvérisation et une combustion complète, on propose d’augmenter les résistances de chauffage dans les réchauffeurs pour atteindre la température de 100°C. Aussi on exige de maintenir la pression vers las 3 Bar. 3°) Mettre un stock tampon humide : En analysant les courbes théoriques trouvées par le bilan thermique et massique du four, l’humidité est un paramètre très important sur le quel on peut agir afin de diminuer la consommation du fuel. Pour cela, l’idée de mettre un stock humide après le filtre à bande et en air permet au phosphate de perdre au maximum une quantité d’eau. Cette solution est étayé par le pouvoir d’ensoleillent de la région qui possède un gisement solaire important. Les résultats prévus : Master : EnEA

39

Propositions et améliorations

Diminution de l'humidité. Diminution des arrêts des fours. Diminuer la température dans les fours, (c à d: Augmenter la durée de vie des briques. Faible consommation du fuel). Les contraintes : Occupation de l’espace. Disposition des chaînes de convoyeur pour assurer le transport de stock vers les fours. Réservation d’un budget et de la main d’œuvre. 4°) Substitution du fuel par le coke :

Le séchage des phosphates à l’usine de traitement Phosboucraâ se fait aux fours sécheurs type flash drying à base du fuel oïl. Les dépenses de la consommation du fuel oïl représentent 30 à 40% du coût de traitement à l’usine de séchage Phosboucraâ, soit 30 à 40 DH/TSM. La prédominance de cette rubrique impose la recherche continue de l’amélioration et le développement d’autres sources moins chères d’énergie. Dans ce cadre on va réaliser le projet de substitution du fuel oïl par le coke de pétrole pour le séchage des phosphates. Ce changement peut apporter des modifications au niveau de la conception des foyers des fours sécheurs, mais sans les changés carrément. Le tableau ci-dessous précise les performances en consommations spécifiques relatives à chaque combustible et l’économie annuelle à réaliser par la substitution du fuel par le coke. Pour un programme prévisionnel de production minimum de 3 400 000 TSM

Combustible

Consommation spécifique (Kg/TSM)

Prix (DH/Kg)

Montant (MDH)

Fuel-oil

12,15

3

123,93

Coke

15,55

0,8

42,29

Donc l’économie prévisionnelle annuelle est : 80,94 MDH

Master : EnEA

40

Propositions et améliorations

5°) Calorifugeage : On va utiliser l’analogie électrique pour calculer la nouvelle température de la paroi

Nœud Tp : Tin-TpR1-R2=Tp-TextR3 Donc Tp=R3(R2+R1)R3+R2+R11R1+R2Tint+1hText Coefficient d’échange h (W/m2ºC): h=Nu*KL Dans notre problème on a deux inconnus, hext et Tp pour cela on propose une résolution itérative basée sur la correction de Tp en calculant chaque fois le coefficient de transfert convectif hext. (Voir l’organigramme).

Master : EnEA

41

Propositions et améliorations

Convergence ΔT Nu, Pr TpRa T 0.001&&n