Rapport Chadière à Tubes de Fumée

UNIVERSITE HASSAN 1er FACULTE POLYDISCIPLINAIRE DE KHOURIBGA N° Ordre : ……. /2015

Filière professionnelle

ETUDE ÉNERGÉTIQUE D’UNE CHAUDIÈRE ET CALCUL DU RENDEMENT THERMIQUE Projet de Fin d’Etudes Présenté en vue d’obtenir La licence Professionnelle en : Filière : Géoressources et génie minier Option : Traitement minier Réalisé par :

Encadré par :

Ben ali Mohammed Cherqaoui Soufiane

Madame Hayani Sanaa Monsieur Bachar Said

Soutenu le 18 Juin 2015 (15h00) Devant le jury : M.ETTAKI

S.HAYANI M.ZEROUAL S.BACHAR M.OUBENALI

Professeur à la Faculté polydiscilplinaire de Khouribga Professeur à la Faculté polydiscilplinaire de Khouribga Professeur à la Faculté polydiscilplinaire de Khouribga Chef d’usine de séchage Beni Idir, Groupe OCP Professeur à la Faculté polydiscilplinaire de Khouribga

Président encadrante Examinateur encadrant Examinateur

Promotion: 2012 / 2015

Nous

Remerc iement

tenons à remercier toutes les personnes qui ont contribué au succès de notre stage et qui ont aidé lors de la rédaction de ce rapport. Tout d'abord, nous adressons nos remerciements à notre professeur, Mme Hayani Sanaa qui nous a beaucoup aidés dans notre recherche de stage Nous tenons à remercier vivement Notre maitre de stage, Mr Bachar Saïd, chef d’usine, pour son accueil, le temps qu’il nous a accordé et le partage de son expertise au quotidien. Grâce aussi à sa confiance nous a permis d'accomplir totalement dans nos missions avec son aide précieuse dans les moments les plus délicats. Je remercie également toutes les équipes d’usine pour leur accueil, leur esprit d'équipe et en particulier Mr Elguass Abdellah ,Elbachir Mouhi et Touam hassan , qui nous a beaucoup aidé à comprendre le principe de fonctionnement de la nouvelle chaudière et de son annexe. 1

Enfin, Nous tenons à remercier toutes les personnes qui nous ont accompagnés pendant la rédaction de ce rapport de stage : nos familles, et nos amis.

Table des matière

Introduction.............................................................................. 6 I.

Le Groupe O.C.P...................................................................8

II. Historique............................................................................ 9 III.

Mission de L’OCP..............................................................10

IV.

Statut juridique de l’OCP..................................................10

V. Organigramme du groupe OCP............................................11 VI.

Emplacement géographique..............................................12

VII. Rôles et activités..............................................................12 VIII. Filières du groupe OCP.....................................................13 I.

L’usine de BENI-IDIR............................................................15 1. Unité de stockage du phosphate humide....................................16 2. Unité de stockage du fuel..........................................................16 3. Unité de chaufferie....................................................................16 4. Unité de stockage et chargement du phosphate sec....................17 5. Unité de séchage......................................................................17

I.

La chaufferie :....................................................................19

II. Le rôle de la vapeur dans l’unité de BENI-IDIR......................20 I.

Etude Bibliographique sur les chaudières.............................23

II. Chaudière à tubes de fumées..............................................24 2

III.

Chaudière à tubes d’eau...................................................25

IV.

Comparaison entre les deux familles de chaudière.............27

V. Description de la nouvelle chaudière...................................28 1. Caractéristiques techniques de la chaudière...............................28 2. Accessoires annexés à la chaudière...........................................29 3. Généralités sur la déminéralisation des eaux des chaudières......32 a. b. c.

Entartrage........................................................................................................... 32 La corrosion........................................................................................................ 33 Le primage.......................................................................................................... 33

4. Chaîne de déminéralisation.......................................................33 a. b. c. d. e.

I.

Colonne H........................................................................................................... 33 Colonne OHF....................................................................................................... 33 Colonne CO2........................................................................................................ 34 Colonne OHF....................................................................................................... 34 Dégazeur thermique...........................................................................................34

Introduction :.....................................................................37

II. Les modes de transfert de chaleur.......................................37 1. Conduction...............................................................................37 2. Convection...............................................................................38 3. Rayonnement............................................................................38

III.

La Combustion.................................................................39

1. Le combustible.........................................................................39 2. Le comburant............................................................................40 3. Types de combustion.................................................................40 4. Réaction de combustion............................................................41

IV.

Le Bilan énergétique........................................................41

1. Bilan de combustion..................................................................42

V. Hypothèses de travail.........................................................43 VI.

Calculs théoriques............................................................43

1. Calcule des chaleurs entrantes..................................................44 a. b. c. d.

Chaleur Chaleur Chaleur Chaleur

fournie par la combustion......................................................................44 sensible du fuel......................................................................................44 de l`eau d`alimentation.........................................................................45 d’Air de combustion...............................................................................45

2. Calcule des chaleurs sortantes...................................................45 a. b. c. d.

3

Pertes par convection.........................................................................................45 Pertes par rayonnement.....................................................................................46 Chaleur de la vapeur produite.............................................................................46 Pertes par fumées :............................................................................................. 47

e.

Pertes par purges :..............................................................................................50

3. Calcul du rendement.................................................................51

conclusion............................................................................... 53

Liste des figure s

Figure 1 : organigramme hiérarchique de l’OCP__________________________11 Figure 2 : les unités de phosphate au Maroc_____________________________12 Figure 3 : schéma synoptique de l’usine de Beni Idir_____________________15 Figure 4 : image satellitaire de l’unité____________________________________16 Figure 5: courbe de la viscosité en fonction de la température___________18 Figure 6 : présentation des circuits de vapeur et condensat______________19 Figure 7 : schéma du circuit de la vapeur au sien de la chaufferie._______20 Figure 8 : chaudières à tubes de fumée._________________________________22 Figure 9 : coupe transversal et longitudinal d’une chaudière à tubes de fumées__________________________________________________________________23 Figure 10 : chaudière à tubes d’eau______________________________________24 Figure 11 : chaudière à tubes d’eau de taille moyenne___________________24 Figure 12 : chaudière à tubes de fumées Maghreb Fuel__________________27 Figure 13 : schéma synoptique de la chaudière__________________________28 Figure 14 : principe de déminéralisation à la chaufferie de BENI IDIR.____34 Figure 15 : chaîne de déminéralisation de BENI IDIR._____________________34 Figure 16 : schéma du bilan énergétique de la chaudière________________40 Figure 17 : schéma du bilan de combustion______________________________41 Figure 18 : histogramme des chaleurs entrantes_________________________50 4

Figure 19 : histogramme des chaleurs Sortantes_________________________51 Figure 20 : les courbes des rendements__________________________________52

5

Liste des tablea ux

Tableau 1 : comparaison entre les chaudières _________________________________________________________________________27 Tableau 2 : paramètres de la nouvelle chaudière_______________________________________________________________28 Tableau 3 : accessoires annexés à la chaudière _________________________________________________________________________31 Tableau 5 : chaleurs spécifiques_________________________________________42 Tableau 4 : compositions pondérale du fuel______________________________42 Tableau 6 : bilan de la chaudière_________________________________________50

6

Introd uction

Unité de BEN-IDIR, où s’est déroulé notre projet de fin d’étude, est l’une des unités de traitement thermique du phosphate, qui a pour objectif d’éliminer l’humidité contenue dans le phosphate brut ou lavé grâce aux fours sécheurs, qu’ils utilisent le fuel pour la production de la chaleur nécessaire à cette opération. Le fuel utilisé à besoin d’atteindre une certaine température pour faciliter la combustion, alors que c’est ça le rôle de la chaufferie de l’usine BENI-IDIR. Le sujet de notre stage est de faire une étude descriptive de la chaudière à vapeur (Maghreb fuel) afin de faire son bilan énergétique. Ce rapport sera diviser en quatre chapitre, le premier sera consacrer à la présentation générale du groupe OCP, le deuxième sera réserver pour la présentation de l’usine de séchage de BENI-IDIR, ensuite le troisième chapitre contiendra une description détailler de la chaudière à vapeur et finalement le dernier chapitre sera réserver au bilan énergétique de la chaudière.

7

Présentation du groupe OCP

8

I.

Le Groupe O.C.P

Le Groupe OCP est une société anonyme fondée en 1920 et domiciliée au Maroc. OCP S.A est le leader mondial des exportations de phosphates et produits dérivés, avec des activités couvrant l’ensemble de la chaine de valeur, allant de l’extraction de la roche de phosphate à la transformation chimique en acide phosphorique et différents engrais. Les produits OCP représentent une composante majeure de la sécurité alimentaire mondiale tant ils sont importants pour la productivité agricole et contribuent activement à la régénération qualitative des sols. Avec les réserves les plus importantes au monde, principalement localisées dans le bassin de Khouribga au centre du Maroc, OCP S.A offre une large sélection de roche de phosphates de différentes qualités, destinés à divers usages. OCP est le premier exportateur de roche de phosphates et acide phosphorique dans le monde, et un des principaux exportateurs d’engrais phosphatés, avec un portefeuille composé de 130 clients et une présence sur les cinq continents. En tant que première entreprise du Maroc, OCP S.A est l’un des moteurs clé de l’économie du pays. Les phosphates et ses dérivés représentent en 2010, en valeur, près d’un quart des exportations du Maroc et approximativement 3,5% du PIB. Les exportations d’OCP S.A sont de près de 4,5 milliards de dollars US en 2010. OCP S.A emploie directement plus de 18 000 salariés. OCP S.A prévoit d’augmenter sa capacité de production de 30 à 50 millions de tonnes, ainsi que d’augmenter sa production d’engrais en aval à travers des partenariats stratégiques, spécialement à Jorf Phosphate Hub (JPH) où des infrastructures sont en train d’être développées pour accueillir

10

unités

supplémentaires.

Cette

plateforme

offrira

des

infrastructures communes à bas coût, et sera connectée par un slurry pipeline au plus grand gisement de phosphates au monde situé à Khouribga, ce qui assurera un approvisionnement sécurisé. 9

II.

Historique

Depuis sa création, le groupe OCP a connu une large évolution. Les étapes les plus importantes dans son évolution sont : 

1920 : Création du groupe OCP le 7 Aout ;



1921 : Début des exploitations en souterrain dans la région d’OuedZem sur le gisement des Oulad Abdoun le 3 Mars ;



1931 : Début des exploitations en souterrain ;



1954

:

Démarrage

des

premières

installations

de

séchage

Youssoufia ; 

1961 : Mise en service de la première laverie à Khouribga ;



1962 : Introduction de la mécanisation de souterrain à Youssoufia le 19 septembre ;



1965 : Création de MAROC CHIMIE et Extension de l’extraction à ciel ouvert à la mine de MERAH- EL AHRACH (Khouribga) ;



1965 : Démarrage du complexe de séchage de BENI-IDIR ;



1967 : Introduction de la mécanisation du souterrain à Khouribga ;



1969 : Entrée en exploitation de la première recette de phosphate noir à Youssoufia ;



1974 : Lancement des travaux pour la réalisation du centre minier de Benguérir ;

10



1975 : Création du groupe OCP ;



1981 : L’OCP entre dans le capital de la société PRAYON (Belgique) ;



1982 : Démarrage du complexe de séchage d’Oued-Zem ;



1994 : Démarrage du projet minier de Sidi Chennane ;



1997 : Accord « OCP-Grande Paroisse » pour l’utilisation de l’usine de Rouen ;



1998 : Le groupe OCP obtient le prix national de la qualité ;



1999 : Démarrage de la production d’acide phosphorique de l’usine d’IMACID à Jorf Lasfar, le 1er novembre ;



2004 : Création de la société "Pakistan Maroc Phosphore" S.A en Joint-venture entre l’OCP et Fauji Fertilizer Bin Qasim Limited (Pakistan) ;



2005 : Démarrage de l'usine de Lavage/Flottation à Youssoufia ;



2006 : Projet nouvelle ligne DAP 850000 t/an à JorfLasfar ;



2007 : Démarrage de Pakiston, Maroc Phosphore (JorfLasfar) ;



2008 : La société anonyme OCPSA est née le 22 janvier ;



2009 : Démarrage de Bunge Maroc Phosphore à Jorf Lasfar (BMP) ;



2010 : Mise en service d’une nouvelle station d’épuration des eaux usées de la ville de Khouribga (STEP) en avril ;



2010 : Option d’une technologie des filtres à manches à Youssoufia, en décembre ;



2010 : Mise en service de la cinquième laverie du groupe OCP SA, celle de Merah Lahrach en octobre ;



2011 : Démarrage des travaux d’excavation du pipeline entamés par Tekfen, qui sera opérationnel en juin 2012 ;



2013 : Démarrage programmé du projet Slurry Pipeline sur l’axe Khouribga-Jorf Lasfar de 235Km ; 11



2015 : Démarrage Programmé du slurrypipe de l’axe Ben guérirYoussoufia-Safi.

III.

Mission de L’OCP

Les missions de l’OCP consistent à : Extraire

-

les

phosphates

bruts,

les

traiter

pour

les

rendre

marchands et les commercialiser. Valoriser une partie de la production du phosphate dans les usines

-

soit sous forme d’acide phosphorique, ou sous forme d’engrais.

IV.

Statut juridique de l’OCP

Le groupe OCP est une entreprise semi-publique sous contrôle de l’état, mais elle agit avec le même dynamisme et la même souplesse qu’une grande entreprise privée servant à l’état marocain tous les droits de recherche et d’exploitation des phosphates, gérée par un directeur est contrôlée par un conseil d’administration présidé par le Premier ministre. La gestion financière est séparée de celle de l’état. Le groupe OCP est inscrit au registre de commerce et soumis sous le plan fiscal aux mêmes obligations que n’importe qu’elle entreprise privée (impôt sur les salaires, sur les bénéfices, taxes sur l’exportation…), et chaque année, le groupe OCP participe au budget de l’état par versement de ses dividendes.

12

V.

Organigramme du groupe OCP

Figure 1 : organigramme hiérarchique de l’OCP

VI.

Emplacement géographique La direction générale du groupe OCP est située à Casablanca. Le phosphate extrait des quatre zones minières est soit exporté brut à l’étranger soit transformé localement dans des industries chimiques de Safi et de Jorf Lasfar. Les zones minières sont : -

Zone de Khouribga (Oulad –Abdoun) ; Youssoufia (Gantour) ;

13

-

Zone

de

Zone de Benguerir ;

-

-

Zone

de

Bouqraâ. En outre, l’OCP dispose de quatre ports d’embarquement : Casablanca : pour les produits de Youssoufia, Benguerir et les

-

produits transformés localement ; -

Jorf Lasfar : pour les produits locaux ;

-

Laâyoune : pour les produits de Bouqraâ ;

-

Youssoufia et Benguerir : les produits transformés localement.

Figure 2 : Les unités de phosphate au Maroc.

VII.

Rôles et activités

Le rôle de l’OCP est de gérer les réserves du pays en matière de phosphate selon des étapes et des opérations bien précises :  Extraction : c’est la première opération qui se fait en découvert (ciel ouvert) soit en galeries.

14

 Souterrain : elle consiste à enlever le phosphate de la terre suivant quatre cycles : forage, sautage, décapage, défrisage.  Traitement : cette opération est nécessaire en vue de purifier le phosphate de tout résidu et d’améliorer sa qualité minière.  Transport : une fois le phosphate traité, il est transporté vers les ports de Casablanca, Safi et El-Jadida pour son exportation vers les différents pays du monde.  Vente : le phosphate extrait est traité en grande partie dans des usines chimiques avant d’être exporter avec le reste qui est en état brut vers de nombreux client.

VIII.

Filières du groupe OCP 

CERPHOS : Centre d’Etude et Recherche des Phosphates Minéraux ;



FERTIMA : Société Marocaine des Fertilisants ;



IPSE : Institut de Promotion Socio-Educative ;



MAROC PHOSPHORE : direction industrielle chimique ;



MARPHOCEAN : transfert des actions de l’OCP (maritime) ;



PHOSBOUCRAA ;



SMESI : Société Marocaine d'Etudes Spéciales et Industrielles ;



SOTREG : Société des Transports Régionaux. -

15

Présentation de l’Unité de BéniIdir

16

I.

L’usine de BENI-IDIR

L’usine de traitement de BENI-IDIR (MNK/TB) fait partie de la direction des exploitations minières de Khouribga. C’est la plus grande usine de traitement de phosphate que possède l’Office Chérifien des Phosphates. L’usine de Beni-Idir se situe à 20Km à l'Est de Khouribga, il a démarré en 1965 avec quatre fours sécheurs puis, et dans le cadre d'une extension de l'usine, quatre fours sécheurs ont été mis en service en 1970, cette usine est destinée au séchage du phosphate fourni par les unités d’extraction

(Sidi Daoui, Parc El Wafi, Zone Centrale…), sa capacité de production annuelle est d'environ 10.7 millions de tonnes, elle est constituée par des unités principales.

Figure 3 : schéma synoptique de l’usine de Beni Idir. 17

1. Unité de stockage du phosphate humide Cette unité est de capacité 270 000 tonnes, assure la fonction de la réception du phosphate humide provenant de la laverie, du criblage et du parc Elwafi. Elle est équipée de :  

Quatre machines de stockage (stockeuse) ; Deux machines de déstockage (roues pelles orientables).

2. Unité de stockage du fuel Cette unité est destinée à la réception et le stockage du fuel dans des réservoirs qui alimentent les chaudières et les fours sécheurs.

3. Unité de chaufferie C'est là où on a la chaudière qui produit la vapeur chaud à partir de l'eau déminéralisé. La vapeur sera destinée à réchauffer le fuel dans des citernes et aider la pulvérisation du fuel dans les brûleurs des fours sécheurs, ainsi de conditionner le fuel dans les réchauffeurs (objectif est d’atteindre son point d’inflammation (110 à 120 °C).

18

4. Unité de stockage et chargement du phosphate sec Le phosphate criblé alimente le circuit sec où il sera classé selon différentes qualités. Cette unité comporte trois stocks ayant une capacité globale de 500000 tonnes ; une station de chargement permet de remplir les wagons à destination du Port de Casablanca (exportation), et du Port de Jorf-el lasfar.

5. Unité de séchage Elle comprend huit fours sécheurs d’une capacité de 300 tonnes par heure chacun. Son rôle est de diminuer, par échange thermique, l’humidité contenue dans le phosphate brut ou lavé.

Figure 4 : image satellitaire de l’unité.

19

Description de l’unité d’accueil : La chaufferie

20

I.

La chaufferie :

Comme on a déjà mentionné le rôle de l’unité de chaufferie et de produire de la vapeur nécessaire pour la circulation du fioul et sa combustion. La chaufferie de beni-Idir contient les éléments suivants : -

Une unité de déminéralisation de l’eau. Deux chaudières à tubes d’eau Une chaudière a tubes de fumée.

La viscosité du fioul en fonction de la chaleur.

0

15

30

45

60

75

90

10

5

12

0

13

5

15

0

La variation de la viscosité du Fioul en fonction de la températur

0°C

10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

80°

90°

100°

110°

cst

Centistokes (cst = 1 mm2/s = 10-6 m2/s).

Figure 5 : la variation de la viscosité en fonction de la température.

21

120°

II.

Le rôle de la vapeur dans l’unité de BENI-IDIR

La vapeur est indispensable pour le chauffage du fioul, elle est utilisée dans les zones suivantes : -

le dépotage pour diminuer la viscosité du fioul dans les wagons-citernes afin qu’il soit

-

facile à aspirer et à le stocker dans les tanks. les tanks sont équipés d’un serpentin à leurs bases pour chauffer le fioul stocké. le long des circuits de fioul le bloc où il a y les chaudières est équipé de trois échangeurs pour le chauffage du fioul

-

avant le pompage vers les fours. chaque four est équipé de deux préchauffeurs (échangeurs), pour donner au fioul sa température de combustion

ici photo satellite

Figure 6 : présentation des circuits de vapeur et condensat

22

Figure 7 : schéma du circuit de la vapeur au sien de la chaufferie.

23

Description technique de la nouvelle chaudière

24

I.

Etude Bibliographique sur les chaudières

Au début de l'ère industrielle, le mot chaudière désignait un foyer et son échangeur dans de grosses installations de cuisine et de chauffage. La Chaudière, à vapeur est un dispositif permettant de chauffer l'eau et de produire de la vapeur si l'eau est chauffée au-delà de la pression atmosphérique. Toutes les chaudières se composent de deux compartiments distincts : l'un dans lequel brûle le combustible et un autre dans lequel l'eau est chauffée. Dans son acception moderne, il désigne un appareil (voire une installation industrielle, selon sa puissance) permettant de transférer en continu de l'énergie thermique à un fluide caloporteur (le plus généralement de l'eau). L'énergie thermique transférée (source de chaleur) peut être soit la chaleur dégagée par la combustion (de charbon, de fioul, de gaz, de bois, de déchets, etc.), soit la chaleur contenue dans un autre fluide (chaudière de récupération sur gaz de combustion ou gaz de procédés chimiques, chaudière « nucléaire » recevant la chaleur du circuit primaire, etc.), soit encore d'autres sources de chaleur (chaudières électriques, par exemple). Les chaudières sont aussi bien des systèmes industriels que domestiques. À l'intérieur de la chaudière ce fluide caloporteur peut être soit uniquement chauffé (c'est-àdire qu'il reste en phase liquide), soit chauffé et vaporisé, soit chauffé, vaporisé puis surchauffé (donc avec passage de phase liquide à phase gazeuse).

Figure 8 : chaudières à tubes de fumée.

25

II.

Chaudière à tubes de fumées

Dans une chaudière à tubes de fumée, les gaz de combustion circulent à l'intérieur des tubes tandis que l’eau entoure ceux-ci. L'ensemble est confiné dans une grande virole qui constitue le corps cylindrique de la chaudière. Ces générateurs sont aussi appelés "chaudières à foyer intérieur" ou "chaudière" tout court. Les coupes ci-dessous permettent de mieux comprendre les principes constructifs d'une chaudière à vapeur :

Figure 9 : coupe transversal et longitudinal d’une chaudière à tubes de fumées. La gamme de puissance de des chaudières s'étend de 0,2 à 50 t/h de vapeur environ. Cela correspond à des puissances thermiques de l'ordre de 100 kW à 30 MW. On voit qu'un premier "tube" de très gros diamètre constitue la chambre ou le foyer dans lequel se développe la flamme. Ensuite les fumées sont canalisées vers des faisceaux tubulaires pour terminer leur cheminement dans un économiseur éventuel qui assure le préchauffage des fumées par récupération sur l'enthalpie résiduelle des fumées. L'ensemble du "tube foyer" et des faisceaux tubulaires est noyé dans le grand volume d'eau contenu dans la virole externe qui constitue le corps de la chaudière. La principale caractéristique des chaudières de ce type est donc de comporter un grand volume d'eau sous pression (la même que celle de la vapeur produite) avec pour conséquences premières :



de présenter une grande inertie thermique (démarrage lent);

26



d'être très destructive en cas d'explosion (un gros volume d'eau se transforme instantanément en vapeur).

III.

Chaudière à tubes d’eau

Les chaudières à tubes d'eau ou bien "générateurs de vapeur" a contraire des chaudières à tubes de fumées, les générateurs sont construit de telle sorte que ce soit l'eau qui circule à l'intérieur des tubes et non pas les fumées. Ils existent aussi bien en grande puissance (20 à 150 t/h de vapeur) qu’à faible puissance (0,1 à 20 t/h de vapeur). Pour les grandes puissances, le générateur est constitué d'une grande chambre de combustion plus ou moins parallélépipédique dont les parois sont "tapissées" de faisceaux de tubes d'eau verticaux :

Figure 10 : Chaudière à tubes d’eau.

27

Dans la petite et moyenne industrie on rencontre plus couramment des générateurs capables de produire jusqu'à une vingtaine de tonne de vapeur par heure. Dans ce cas, le générateur est constitué d'une chambre de combustion cylindrique entourée d'un serpentin d'eau qui débouche sur un séparateur vapeur / eau :

Figure 11 : Chaudière à tubes d’eau de taille moyenne.

La principale caractéristique des générateurs de ce type est donc de comporter un très petit volume d'eau sous pression avec pour conséquences premières :  

de présenter une faible inertie thermique (démarrage rapide) ; de ne présenter quasiment aucun risque d'explosion.

28

IV.

Comparaison entre les deux familles de chaudière

à tubes de fumées

Avantages

- stabilité de la production de vapeur et capacité de fournir des pointes de demande de courte durée - robustesse, durée de vie car fonctionnement très stable - très bon rendement instantané : plus de 95% avec économiseur

à tubes d’eau

- très faible inertie, démarrage très rapide (5 à 20 minutes), possibilité de répondre rapidement à une augmentation brusque mais prolongée de la demande - rendement annuel moyen élevé en fonctionnement intermittent - compacité et légèreté

- moindre sensibilité à la qualité de l'eau (eau adoucie)

- instabilité à bas régime, le brûleur ne peut être éteint que sous certaines conditions

- possibilité de moduler sur toute la plage du brûleur et même de l'éteindre si la demande est inférieure à son minimum

- absence de risque d'explosion du côté vapeur (petit volume)

- références et exemples d'application plus nombreux

- possibilité de fonctionnement sans surveillance pendant une longue période, jusqu'à une semaine (168 h)

Inconvénients

- niveau de bruit relativement faible

- inertie, démarrage lent depuis situation froide - pertes liées aux extinctionsrallumages ; pénalisant en fonctionnement intermittent - poids et masse d'eau élevés, encombrement 29

- moins robuste (mais possibilité plus souple de remplacement de certains composants) - plus grande sensibilité à la qualité de l'eau d'alimentation (eau déminéralisée requise si densité de flux élevée) - niveau de bruit légèrement plus élevé

- risque théorique d'explosion - durée de vie plus réduite car côté vapeur (grand volume) fonctionnement moins stable - absence de surveillance durant 72 h au maximum, sous conditions

V.

Tableau 1 : comparaison entre les chaudières. Description de la nouvelle chaudière

Il s’agit d’une chaudière à tubes de fumées à trois parcours de fumée avec inversion de la flamme (1 parcours dans le foyer, 2 parcours dans les tuyaux). À fond baigné. Du constructeur Maghreb fuel 2. Installée à l’unité de Beni Idir en 2013. Elles peuvent être équipées d’un préchauffeur d’air comburant ou économiseur. Et aussi un surchauffeur de vapeur.

Figure 12 : Chaudière à tubes de fumées Maghreb Fuel

1. Caractéristiques techniques de la chaudière Ces caractéristiques sont données par le constructeur. Caractéristiques techniques PRODUCTION NOMINAL DE VAPEUR PRESSION DE TIMBRE PRESSION D’ESSAI HYDRAULIQUE LA SURFACE DE CHAUFFAGE VOLUME D’EAU VOLUME DE VAPEUR VOLUME TOTALE 30

Valeurs 5000 kg/h 10 bars 16 bars 125 m2 9548 litres 2424 litres 11972 litres

POIDS DE LA CHAUDIERE 14600 kg LONGUEUR 5200 mm LARGEUR 2415 mm HAUTEUR 3165 mm DIAMETRE DE LA SORTIE DES 700 mm FUMES DIAMETRE DES TUBES 66.7 mm NOMBRES DES TUBES AU PASAGE 80 N°2 NOMBRES DES TUBES AU PASAGE 52 N°3 Tableau 2 : paramètres de la nouvelle

2. Accessoireschaudière annexés à la chaudière Pour assurer le bon fonctionnement de la chaudière et dans des conditions bien sécurisées. Ainsi pour avoir un bon rendement, et le respect des normes et directives écologiques et environnementales. La chaudière est équipée des appareils suivants :

Figure 13 : schéma synoptique de la chaudière N

appareils

° 1

Electropompe alimentation eau

31

2

Deuxième électropompe alimentation eau

3 4

salinomètre Indicateur de passage du boitier sondes et niveaux

5

Tableau électrique de commande chaudière

6

Brûleur

7 8

Barillet sonde modulateur du niveau Barillet contenant les sondes pour niveau on-off

9

Indicateurs de niveau visuel

10

Manomètre vapeur

11

Pressostat de deuxième flamme ou transducteur de pression modulante

12

Pressostat de limite

32

13 Sonde de sécurité de niveau trop bas

14

15

Soupape de sécurité vapeur

16

Pressostat de sécurité

17

Sonde haut niveau chaudière

18

Vanne de prise de vapeur principale

19

passerelle

20

Sortie fumées chaudière

21 22

Purgeur automatique Soupape d’interception vidange chaudière

23

Préchauffeur (échangeur) du Fioul de combustion

Tableau 3 : accessoires annexés à la chaudière

33

ENSEMBLE D'ALIMENTATION DE L'EAU

L'ensemble d'alimentation, complètement assemblé sur le générateur, comporte : -

2 électropompes centrifuges ; 1 ensemble d'alimentation composé d’une vanne d'interception et 1 clapet de

-

non-retour à disque en acier inoxydable ; 2 vannes d'interception pour les électropompes avec clapets de non-retour.

CALORIFUGEAGE

Le calorifugeage du corps cylindrique est réalisé avec des plaques en laine minérale d'une épaisseur de 100 mm. La couche isolante est protégée par un revêtement en tôle d’acier inoxydable monté sur des éléments d'espacement. Les entretoises reliant le corps cylindrique et l'extérieur sont calorifugés et équipées des matériaux isolant pressé. APPAREILLAGES DE REGLAGE ET SECURITE

-

1 Autorégulateur du niveau de l'eau à sonde ; 1 électrode niveau minimum niveau maximum ; 2 Sondes électroniques niveau bas et sécurité et arrêt ; 1 Pressostat de sécurité et arrêt ; 1 Pressostat de fonctionnement du brûleur aux valeurs de pression préétablies.

3. Généralités sur la déminéralisation des eaux des chaudières Le traitement de l’eau utilisée pour la production de vapeur, représente l’une des branches les plus complexes de la chimie de l’eau. Dans une chaudière la vapeur produite par la chaleur générée par le bruleur devrait être composée de molécules d’eau pure. En fait elle contient des substances diverses dont du gaz carbonique provenant de la décomposition des carbonates et des gouttelettes de liquide (primage). D’autre part l’eau qui reste en partie basse de la chaudière se concentre en sels minéraux nécessitant des purges. Si l’eau n’est pas correctement traitée des phénomènes surviennent altèrent la fiabilité des matériels, perturbent leur fonctionnement et augmentant les couts d’exploitation. Les principaux inconvénients résultant d’un traitement imparfait sont : 34

a. Entartrage

L’augmentation de la température et de la concentration des sels entraînent la précipitation de certains sels peu solubles. Les précipités formés peuvent adhérer aux parois des tubes et donner lieu à une formation des tartres qu’a pour conséquences : o Bouchage des faisceaux. o Augmentation de pression et risque d’explosion de la chaudière. o Chute du rendement thermique de la chaudière b. La corrosion

Les origines et les effets de la corrosion sont très variés. En général on peut craindre des attaques de corrosion lorsque l’on trouve dans les eaux : de l’oxygène, de l’anhydride carbonique et divers ions en particulier les chlorures. c. Le primage

Le primage est l’entrainement d’eau et de matières minérales dans la vapeur. Il est d’autant plus dangereux : o Que le poids des gouttelettes contenues dans la vapeur est élevé. o Que les gouttelettes sont initialement plus chargées en sels, autrement dit, que l’eau de chaudière a une salinité totale ou un taux de matières en suspension plus élevé.

4. Chaîne de déminéralisation La chaudière contient deux chaînes de déminéralisation A et B dont une seulement est mise en marche, l’autre intervient en cas de panne. Chaque chaîne est constituée de : a. Colonne H

Cette colonne contient une résine cationique forte dont le rôle est d’enlever les cations comme :

(Ca2+, Mg2+ et Na+).

b. Colonne OHF

Son rôle est d'extraire les ions Cl- et SO42- de l'eau en dissociant les molécules H2SO4 et HCl par l'intermédiaire d'une résine ionique faible. 35

c. Colonne CO2

L'eau qui entre dans le dégazeur est riche en CO 2 qui provient de l'échange entre les 2 interfaces air-eau, et des réactions au niveau de la colonne H.l'eau et l'air circulent en contrecourant, donc l'eau dégazé passe dans l'échangeur anionique fort, ensuite le CO 2 est dégagé par un ventilateur. d. Colonne OHF

A cette étape, il reste dans l'eau seulement les molécules H 2SiO3. Les ions siliceux ne sont captés que par un échangeur anionique fort, pour cela on utilise une résine anionique forte. L’eau traitée qui sort de la colonne OHF se stocke dans une bâche de 50 m³ et se mélange avec l'eau condensée récupérée après son utilisation sous forme de vapeur humide. e. Dégazeur thermique

L'eau déminéralisée contient des quantités variables d'oxygène et de dioxyde de carbone qui peuvent provoquer de graves corrosions sur les éléments métalliques des générateurs de vapeur. Parmis les techniques disponibles pour éliminer ces gaz, le dégazage thermique est largement répendu. Le principe du dégazage thermique de l'eau repose sur deux lois physiques: -

la concentration d'un gaz dissous est proportionnelle à sa pression partielle dans

-

l'atmosphère au-dessus du liquide (loi de Henry) la solubilité d'un gaz dans un liquide diminue quand la température du liquide augmente

A la température de 20°C en présence d'air, la concentration d'oxygène dans l'eau est d'environ 10 mg/l. Les différentes normes définissant la qualité de l'eau d'alimentation des générateurs de vapeur imposent une concentration en oxygène < 20 µg/l. Vue d'un dégazeur thermique Le dégazage thermique consistera donc à chauffer l'eau et la mettre en contact avec un courant de gaz exempt d'oxygène (ici la vapeur est toute indiquée pour assurer ces deux fonctions).

36

L'efficacité du dégazage pourrait être théoriquement augmentée en opérant sous vide. Cependant un équipement sous vide est sujet à des entrées d'air par des défauts d'étancheïté, qui nuiraient alors au résultat de l'opération. C'est pourquoi le dégazage est généralement mené sous légère pression (< 0,5 bars effectif) et une température > 100°C. Le débit de vapeur nécessaire au stripage est minimisé par l'utilisation d'un contacteur optimisé.

Figure 14 : principe de déminéralisation à la chaufferie de BENI IDIR.

37

Figure 15 : chaîne de déminéralisation de BENI IDIR.

38

Bilan énergétique de la chaudière

I.

Introduction :

Généralement la chaleur produite par combustion n’est jamais totalement transférée ou récupérée par le fluide qu’on désir chauffer, car il existe toujours des pertes dues aux différents facteurs. Le rendement est une grandeur caractéristique d’un système, il est défini comme le rapport entre l’énergie recueillie en sortie et l’énergie fournie à l’entrée. Il est toujours donc inférieur à 1. Le rendement de la chaudière influence directement sur le rendement du four par contre plusieurs paramètres influencent sur la valeur du rendement de la chaudière

II.

Les modes de transfert de chaleur

Le transfert de chaleur est un transit d'énergie sous forme microscopie désordonnée. Deux corps ayant la même température sont dits en " équilibre thermique ". si leur température est différente, le corps le plus chaud cède de l'énergie au corps le plus froid : il y a donc un transfert de chaleur. On distingue trois mécanismes d'échange de chaleur entre milieux matériels :

1. Conduction C’est l’échange de chaleur entre deux points d’un solide ou encore d’un liquide (ou d’un gaz) immobile et opaque. L’énergie de vibration (ou d’agitation) se transmet d’atome à atome (de molécule à molécule). C’est un transfert lent. - Cette chaleur se calcule par la loi de FOURIER comme suit : φ=−λ S x (

dT ) dx

Avec : λ : Conductivité thermique (réservée au matériau).

S : Surface perpendiculaire au flux de chaleur (normal à l'axe x considéré) T : Température (K°) x : La coordonnée suivant l’axe de propagation

2. Convection Est un transfert de chaleur dans la matière avec mouvement macroscopique de la matière. Ce type de transfert n’intervient que pour les liquides et les gaz (C’est le fluide en mouvement qui transporte de la chaleur). On distingue deux types de convection : La convection forcée : Le mouvement du milieu est engendré par un dispositif externe (le vent, un ventilateur,…) La convection naturelle : Le mouvement du fluide est engendré par les variations de la densité causées par les variations de température au sein du fluide. c’est un mode de transfert rapide en générale. - Cette chaleur se calcule par la loi de Newton comme suit : φ=h S (T f −T c ) Flux de chaleur transmis par convection (W). −2 h : Coefficient de transfert de chaleur par convection (W m /°C)



Tf

: Température de surface du solide (°C).

Tc

Température du fluide loin de la surface du solide (°C).

2 S : Aire de la surface de contact solide/fluide ( m ).

3. Rayonnement C’est l’échange de chaleur entre deux parois séparées par un milieu transparent ou semitransparent. Les matériaux ont la propriété d’absorber ou d’émettre des photons (ou des quantités d’énergie). L’énergie emportée par le photon est prélevée sur l’état d’énergie du corps et réciproquement l’énergie d’un photon absorbé et souvent transformée en chaleur.

Cette propriété d’émission dépend donc de la température du milieu. Il s’agit d’un transfert à distance quasi-instantané sans nécessité de support matériel.

Cette chaleur se calcule par la loi de Stefan-Boltzmann comme suit : 4 4 ´ Q=εσS(T f −T c )

Avec : ´ Q : Puissance thermique(W). S : surface d’échange (m2). ε: Facteur d’émission de la surface. σ : Constante de Stefan Boltzmann (5,67.10-8 W m-2 K-4). Tf: température de fumée (°K). Tc: température du produit, en (°K).

III.

La Combustion

La combustion est une réaction vive avec dégagement de chaleur. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voir une explosion (déflagration ou détonation). La réaction chimique de combustion ne peut se produire que si l'on réunit trois éléments : un combustible, un comburant, une énergie d'activation (le triangle du feu) en quantités suffisantes. L'énergie d'activation permet de maintenir le combustible à une température suffisamment élevée pour obtenir son Inflammation. Cette température dépend du combustible.

1. Le combustible Les combustibles peuvent être de provenance et de nature très variées, ils contiennent en quantités variables des éléments utiles : du carbone et de l’hydrogène et des éléments neutres ou mêmes néfastes : de l’oxygène, de l’azote, du soufre, des minéraux (qui se transforment en cendres). On les classe ci-après selon leurs nature :

Combustibles solides: (Charbons, bois, déchets) Tout combustible solide contient de la matière organique (C, H, O), peu ou pas de soufre, de l’azote, des minéraux (cendres) et de l’eau en général en quantité non négligeable. Combustibles liquides et gazeux : Les combustibles gazeux aujourd’hui sont d’origine essentiellement pétrolière (disparition de la sidérurgie). On ne les dissociera pas de ceux-ci.

2. Le comburant Le comburant est l'autre réactif de la combustion. Il s'agit en fait de l'oxygène contenu dans l'air ambiant.

3. Types de combustion Il existe 2 types de combustion: La combustion rapide et la combustion lente. Nous nous intéressons à la combustion rapide dans notre étude car le foyer est soumis à une réaction rapide. La combustion rapide est une forme de combustion au cours de laquelle de grandes quantités de chaleur et d'énergie sous forme de lumière sont relâchées, donnant naissance au feu. Cette combustion rapide se divise en quatre catégories:  La combustion neutre ou stœchiométrique : C'est une combustion complète sans excès ni défaut d'air qui conduit au rendement de combustion maximum.  La combustion réductrice ou avec défaut d'air : C'est une combustion incomplète par défaut d'air. La présence d'imbrûlés gazeux diminue le rendement de combustion.  La combustion oxydante ou avec excès d'air : C'est une combustion complète avec un excès d'air. Par rapport à la combustion neutre, le rendement de combustion est diminué par augmentation des pertes par chaleur sensible des fumées.  La combustion mixte qui peut être mi- réductrice ou mi- oxydante : Dans lesquelles les fumées contiennent de l'oxygène libre et des imbrûlés comme CO et H2.

4. Réaction de combustion Les éléments entrant en jeu dans la combustion sont le carbone (C), l’hydrogène (H), le soufre (S). C+O2 →CO 2 S +O2 → SO 2 1 H 2+ O2 =H 2 O 2 Les combustibles sont aussi composés d’éléments stériles qui n’interviennent pas dans la réaction de combustion : azote (N2), dioxyde de carbone (CO2).

IV.

Le Bilan énergétique

On considère la chaudière comme une boite noire, et on établit le bilan énergétique des chaleurs qui rentrent, sortent et qui sont perdues. Le schéma de la figure présente le générateur de vapeur (chaudière) et les différentes chaleurs mises en jeu.

Pertes par convectio Air de combustio n Combustib le Fuel

Pertes par fumée

Chaudière à vapeur à tube de fumée

Foyer

Eau d’alimentati

Illustré par : M. BEN ALI et S. CHERQAOUI

Pertes par purge

Pertes par rayonnem ent

Production de la vapeur

Figure 16 : schéma du bilan énergétique de la chaudière. Nous représentant ci-après les données Fuel N°2 nécessaires aux calculs d’après CERPHOS Carbone 84% (Centre d’Etudes et de Recherches des 11.14 Phosphates Minéraux). Hydrogène % Soufre 3.67% Tableau 4 : compositions pondérale Oxygène

0.08%

Azote H2 O

0.07%

PCI Temperature d’inflammation Débit à l’entrée du bruleur

1%

du fuel.

Tableau 5 : chaleurs spécifiques.

9600 Chaleur

Kcal/Kg

spécifique

120°C

(Kcal/Kg.

229

°K)

Kg/h Fuel

0.43

C

O2

0.24

S

O2

0.23

N2

1. Bilan de combustion La principale puissance introduite dans le bilan est celle de la combustion ; On considère le cas d’une chambre de combustion fonctionnant en régime permanent en circuit ouvert dont le cas est schématisé ci-dessous :

0.25

Figure 17 : schéma du bilan de combustion.

Le premier principe de la thermodynamique s’écrit : 1 2 ´ Q+W +∑ ΦH + V + gZ=0 2 -

La variation d’énergie cinétique est négligeable car la vitesse est supposée 1 2 V =0 constante ( 2

-

).

La variation d’énergie potentielle est négligeable car on travail au même niveau ( gZ=0 ).

-

Le travail fournie par l’extérieur est nul ( W =0 ).

On obtient alors : ´ Q=∑ ΦH e−∑ ΦH s Avec H e : Enthalpie d’entré

H s : Enthalpie de sortie

V.

Hypothèses de travail Toute la masse des sels qui entre avec l'eau d'alimentation de chaudière sort avec les eaux de purge (conservation de masse) ; la combustion est oxydante complète (pas d’analyse de fumé) ; Les pertes d’énergie qui accompagne les purges sont négligeables.

VI.

Calculs théoriques

La chaleur apportée par un combustible qui brule n’est pas totalement récupérée par le fluide que l’on veut chauffer. On perd toujours une partie par différents mécanismes. Une partie de la chaleur totale apportée par la combustion qui sert effectivement à chauffer le fluide est appelée « énergie ou chaleur utile », la partie perdue qui égale à la différence entre l’énergie totale et l’énergie utile, est appelée « perte ». Les pertes sont de différentes natures, et ont un grand effet sur le rendement de l’installation. Le rendement d’une installation est exprimé par le rapport entre l’énergie utile et l’énergie totale apportée par la combustion. Dans ce rapport, le calcul du rendement de la chaudière est effectué en utilisant la méthode indirecte (pour des raisons de précision). On a essayé de calculer le rendement par les méthodes acquises durant notre formation.

1. Calcule des chaleurs entrantes a. Chaleur fournie par la combustion

Expression :

Qc=

m ´f

.PCI

Avec m ´ f : Débit massique du fuel (Kg/h) PCI : Pouvoir calorifique inférieure du fuel (Kcal /Kg) D’après les relevés de débit du fuel à la chaufferie, la consommation journalière en fuel est évaluée à 5.5 tonnes, d’où le débit massique du fuel à la chaufferie est donné par : m ´f

= 229 Kg/h

Qc= 2198400 Kcal/h

b. Chaleur sensible du fuel

Expression :

Qf =

m ´f

.Cp(fuel).(Tf-Tref)

Avec : m ´f

=

229 Kg/h

(le débit du fuel)

Cp (fuel) = 0,43 Kcal/Kg.°K Tf = 393 ºK Tref = 0 ºK

(Chaleur spécifique du fuel) (Température du fuel) (Température de référence)

Ce qui donne

Qf= 38699 Kcal/h

c. Chaleur de l`eau d`alimentation

Expression : m ´ eau

Qeau=

m ´ eau

= 9387 Kg/h

Cp(H2O) = 1 Kcal/Kg. ºK Te = 333 ºK Tref = 0 ºK

.Cp(H2O)l.(Te-Tref) (Débit massique de l`eau)

(Chaleur spécifique de l`eau liquide) (Température de l`eau d`alimentation) (Température de référence)

Ce qui donne

Qeau=3125871 Kcal/h

d. Chaleur d’Air de combustion

m ´ air

Expression :

Qe=

.Cp(air)(Ta-Tref)

Cp(air)=0.24 Kcal/Kg. °K T a=298 ° K

(chaleur spécifique de l’air) (Température de l’air ambiante)

Tref = 0 ºK (Température de référence) m ´ air : Débit d’air nécessaire pour la combustion On a un kg de fuel nécessite 14.09 kilogrammes d’air pour sa combustion m ´ air =¿ Alors 229Kg/h (débit de fuel)*14.09 = 3226.61 Kg/h. Donc

Qair= 230767 Kcal/h

2. Calcule des chaleurs sortantes a. Pertes par convection

L’expression:

Qconv= h×S× (Tp-Ta)

Avec : h = 3,754 Kcal.m-2.K S = 48 m2

(Coefficient thermique de convection) (Surface d`échange à travers les parois de la

chaudière) Tp = 329 ºK Ta = 298 ºK D`où

(Température des parois) (Température de l`air ambiante) Qconv=5586 Kcal/h

b. Pertes par rayonnement

Les pertes par rayonnement thermique sont données par : Qray = σ×ε×S× (Tp4-Ta4) Avec : ε = 0,83 réfractaires) σ = 4,88.10-8 Kcal.m-2. ºK - 4 S = 48 m2 la chaudière) Tp = 329 ºK Ta = 298 ºK

(Coefficient d’émission des (Constante de Stefan Boltzmann) (Surface d`échange à travers les parois de (Température des parois) (Température de l`air

ambiante) D`où

Qray=7446Kcal/h c. Chaleur de la vapeur produite

Dans une chaudière, l’énergie du combustible est transférée à l’eau liquide dans le but de former de la vapeur d’eau. Dans un premier temps, l’eau froide se réchauffe et reçoit de l’énergie sous forme de « chaleur sensible », jusqu’à son point d’ébullition. Lorsque le point d’ébullition est atteint, la température de l’eau arrête d’augmenter et reste constante tant que l’eau n’est pas toute vaporisée. L’eau passe alors de l’état liquide à l’état

vapeur et reçoit de l’énergie sous forme de « chaleur latente de vaporisation ». Tant qu’il reste une goutte de liquide, la température de la vapeur la même que celle du liquide. On qualifie alors la vapeur de vapeur saturée. en utilisant la relation empirique de Duperray suivante pour trouver la

t 100 ¿ ¿ P=¿

température de la vapeur :

Où :

P: la pression en bar t: la température en °C

Vapeur sort avec : P=7 bar donc tvap =162.66°C

Expression: m ´ vap

Qv =

m ´ vap

= 5000 Kg/h

produite) Cp(H2O)g = 0,46 Kcal/Kg. ºK Tvap Tref = 0 ºK Lv = 661 Kcal/Kg

Alors

Tvap= 436 ºK

.{Cp(H2O)g. (Tv -Tref)+Lv } (Débit massique de la vapeur (Chaleur spécifique de la vapeur) (Température de la vapeur) (Température de référence) (Chaleur latente de vaporisation)

Qvap=4307800Kcal/h

d. Pertes par fumées :

Une grande partie de l’énergie dissipée est due à l’énergie sensible des gaz d’échappement. Il y’a plusieurs facteurs qui entraîne l’augmentation des pertes par fumées entre autres :  

La nature de combustion (oxydante, réductrice,…). L’augmentation de la température de sortie des fumées.

La combustion étant considérée oxydante complète, mène à la production de CO2, N2, SO2, et H2O. Les réactions mises en jeux sont :

C [mol]

+

1

S [mol]

+

1

H2 [mol]

+

1

O2

CO2

+

1

1

+

O2

SO2

+

1

1

+

½ O2

H2O

+

½

1

Si en se base sur la combustion de 1Kg de fuel on trouve : a. Chaleur sensible de CO2 :

C [kg]

0.84

On a Avec : Tf = 494°K Tref = 0°K Cpco2=0.24 Kcal/Kg.°K m ´ co2 (kg/h)

+ O2

CO2

2.24 QCO2 =

3.08 m ´ co2

.Cp(CO2)g.(Tf-Tref)

(température des fumées) (température de référence) (Chaleur spécifique de CO2)

à partir de la réaction Donc b. Chaleur sensible de SO2 :

(Débit massique de CO2) m ´ co2

=3.08*229Kg/h (débit de fuel) Qco2=83623 Kcal/h

Chaleur [kcal] 97.6

Chaleur [kcal] 69.2

Chaleur [kcal] 58.2

+ O2

S [kg]

0.04

SO2

0.04

On a

0.08

QSo2=

Avec : Tf = 494°k Tref = 0°k CpSO2=0.23 Kcal/Kg.°K m ´ SO 2 (kg/h)

m ´ So 2

.Cp(SO2).(Tf-Tref)

(température des fumées) (température de référence) (Chaleur spécifique de SO2) (Débit massique de SO2) m ´ So 2

à partir de la réaction

=0.08*229Kg/h (débit de fuel)

Donc

QSo2= 2081 Kcal/h

c. Chaleur sensible de H2O :

H2 [kg]

0.12

On a Avec : Tf =494°k Tref =0°k CpH2O=0.46 Kcal/Kg.°K m ´ H 2O (kg/h) à partir de la réaction

+

½ O2

H2O

0.96

1.08

QH2O=

m ´ H 2O

.Cp(H2O)g.(Tf-Tref )

(température des fumées) (Température de référence) (Chaleur spécifique de H2O) (Débit massique de H2O) m ´ H 2O

=1.08*229Kg/h (débit de fuel)

Donc

QH2O = 56201 Kcal/h

Pour déterminer La chaleur sensible N 2 (N2 provient de l’air de combustion et la totalité d’O2 est consommé durant l’opération de combustion) on utilise les pourcentages suivants : % en Masse

% en Volume

O2 N2

23 77

21 79

d. Chaleur sensible de N2 :

On a

QN2=

Avec : Tf =494°k Tref =0°k CpN2=0.25 Kcal/Kg.°K m ´ N2 (kg/h) -

m ´ N2

.Cp(N2)g.(Tf-Tref)

(température des fumées) (température de référence) (Chaleur spécifique de N2) (Débit massique de N2)

détermination du Débit massique de N2 : m ´ N2

on a

=0.77*

m ´ air

m ´ air =¿

On sait que le débit d’air est

3226.61 Kg/h

Ce qui donne QN2=398486 Kcal/h

Alors

Qfumée= Qco2+ QSo2+ QH2O+ QN2 Qfumée = 540391 Kcal/h e. Pertes par purges :

Pour éviter l’augmentation de la salinité des eaux de chaudière, on effectue des purges chaque 8 heures pour la nouvelle chaudière. Les pertes par purges proviennent de la chaleur sensible des eaux de purges, elles dépendent de la température et du taux de purge. Les purges sont supposées fermées donc les pertes par purge sont nulles. Postes du bilan

V.N (Kcal/h)

ENTREE

SORTIE

Chaleur fournie par la Combustion (Qc) Chaleur sensible de fioul (Qfioul) Chaleur sensible de l’air (Qair) Chaleur de l’eau d’alimentation (Qeau) Convection (Qcon) Rayonnement (Qray) la vapeur produite (Qvap) Pertes par fumées (Qfumée) Tableau 6 : bilan de la chaudière.

3. Calcul du rendement On sait que le rendement est défini par la relation suivante : η=1−

∑ Pertes energie introduite

Or : ∑ Pertes = Qfumée+ Qconv+ Qray = 553423 Kcal /h Énergie introduite = Qc + Qf + Qair + Qeau = 5593737 Kcal/h

2198400 38696 230767 3125871 5586 7446 4307800 540391

Les chaleurs Entrantes 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0

η=90.11

Figure 18 : histogramme des chaleurs entrantes.

Les Chaleurs sortantes 4500000 4000000 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0

Figure 19 : histogramme des chaleurs Sortantes. En comparaison avec les rendements publiés sur les chaudières à tube de fumée en trouve que le rendement de la chaudière Maghreb fuel 2 est presque le même puisque n’existe pas un économiseur dans l’installation.

Figure 20 : Les courbes des rendements

Concl usion

Le travail réalisé au cours de ce projet de fin d’étude à l`usine de séchage de BENI-IDIR a pour but d’effectuer une étude énergétique afin d’évaluer le rendement de la chaudière à vapeur pour cala : -

Nous avons décrit la chaudière nous avons calculé les différents chaleurs d’entrées et de sorties (estimer les pertes), mises en jeu et on a attaqué ensuite le rendement.

D’après le bilan thermique réalisé sur l’installation de générateur de vapeur la majorité de l’énergie fournie est exploitée pour la vaporisation de l`eau. Afin d’améliorer le rendement On a proposé des suggestions tel que : -

installation d’un économiseur au niveau de la cheminée pour récupérer la

-

chaleur sensible des gaz. Installation d’un purgeur automatique.

Bibliographi e Livres - Manuel de la chaudière maghreb fuel (2013). - Mc ADAMS (W.H.) – Transmission de la chaleur. Dunod (1961). - GOSSE (J.) – Guide thermique. Dunod (1981).

Site web -

www.ocpgroup.ma http://www.xpair.com/lexique/definition/chaudiere.htm http://bilan-thermique-28.fr/bilan_thermique_chartres.html http://fr.wikipedia.org/wiki/Pouvoir_calorifique http://www.total.fr/pro/fioul-lourd/boite-a-outils/calculer-

masse-volumique.html - http://www.tlv.com/global/FR/calculator/steam-tabletemperature.html - http://www.fioulmarket.fr/lexique-fioul/i-p - http://www.linternaute.com/dictionnaire/fr/definition/combu stion/ - http://www.techno-science.net/? onglet=glossaire&definition=2751