N Ordre:. /2015 Filireprofessionnelle

Projet de Fin dEtudes

Prsent en vue dobtenir La licence Professionnelle en: Filire: Goressources et gnie minierOption: Traitement minier Ralis par: Encadr par: Ben ali Mohammed Madame Hayani Sanaa Cherqaoui Soufiane Monsieur Bachar Said

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

M.ETTAKIProfesseur la Facult polydiscilplinaire de KhouribgaPrsidentS.HAYANIProfesseur la Facult polydiscilplinaire de KhouribgaencadranteM.ZEROUALProfesseur la Facult polydiscilplinaire de KhouribgaExaminateurS.BACHARChef dusine de schage Beni Idir, Groupe OCPencadrantM.OUBENALIProfesseur la Facult polydiscilplinaire de KhouribgaExaminateur

Nous tenons remercier toutes les personnes qui ont contribu au succs de notre stage et qui ont aid lors de la rdaction de ce rapport.Tout d'abord, nous adressons nos remerciements notre professeur, Mme Hayani Sanaaqui nous a beaucoup aids dans notre recherche de stage Nous tenons remercier vivement Notre maitre de stage,Mr Bachar Sad, chef dusine, pour son accueil, le temps quil nous a accord et le partage de son expertise au quotidien. Grce aussi sa confiance nous a permis d'accomplir totalement dans nos missions avec son aide prcieuse dans les moments les plus dlicats.Je remercie galement toutes les quipes dusine pour leur accueil, leur esprit d'quipe et en particulierMr Elguass Abdellah,Elbachir Mouhi et Touam hassan , qui nous a beaucoup aid comprendre le principe de fonctionnement de la nouvelle chaudire et de son annexe. Enfin, Nous tenons remercier toutes les personnes qui nous ont accompagns pendant la rdaction de ce rapport de stage : nos familles, et nos amis.

Table des matiresIntroduction6I.Le Groupe O.C.P8II.Historique9III.Mission de LOCP10IV.Statut juridique de lOCP10V.Organigramme du groupe OCP11VI.Emplacement gographique12VII.Rles et activits12VIII.Filires du groupe OCP13I.Lusine de BENI-IDIR151.Unit de stockage du phosphate humide162.Unit de stockage du fuel163.Unit de chaufferie164.Unit de stockage et chargement du phosphate sec175.Unit de schage17I.La chaufferie:19II.Le rle de la vapeur dans lunit de BENI-IDIR20I.Etude Bibliographique sur les chaudires23II.Chaudire tubes de fumes24III.Chaudire tubes deau25IV.Comparaison entre les deux familles de chaudire27V.Description de la nouvelle chaudire281.Caractristiques techniques de la chaudire282.Accessoires annexs la chaudire293.Gnralits sur la dminralisation des eaux des chaudires32a.Entartrage32b.La corrosion33c.Le primage334.Chane de dminralisation33a.Colonne H33b.Colonne OHF33c.Colonne CO234d.Colonne OHF34e.Dgazeur thermique34I.Introduction:37II.Les modes de transfert de chaleur371.Conduction372.Convection383.Rayonnement38III.La Combustion391.Le combustible392.Le comburant403.Types de combustion404.Raction de combustion41IV.Le Bilan nergtique411.Bilan de combustion42V.Hypothses de travail43VI.Calculs thoriques431.Calcule des chaleurs entrantes44a.Chaleur fournie par la combustion44b.Chaleur sensible du fuel44c.Chaleur de l`eau d`alimentation45d.Chaleur dAir de combustion452.Calcule des chaleurs sortantes45a.Pertes par convection45b.Pertes par rayonnement46c.Chaleur de la vapeur produite46d.Pertes par fumes:47e.Pertes par purges:503.Calcul du rendement51conclusion53

Liste des figures

Figure 1 : organigramme hirarchique de lOCP11Figure 2 : les units de phosphate au Maroc12Figure 3: schma synoptique de lusine de Beni Idir15Figure 4: image satellitaire de lunit16Figure 5: courbe de la viscosit en fonction de la temprature18Figure6: prsentation des circuits de vapeur et condensat19Figure 7 : schma du circuit de la vapeur au sien de la chaufferie.20Figure 8: chaudires tubes de fume.22Figure 9 : coupe transversal et longitudinal dune chaudire tubes de fumes23Figure 10: chaudire tubes deau24Figure 11: chaudire tubes deau de taille moyenne24Figure 12: chaudire tubes de fumes Maghreb Fuel27Figure 13: schma synoptique de la chaudire28Figure 14 : principe de dminralisation la chaufferie de BENI IDIR.34Figure 15 : chane de dminralisation de BENI IDIR.34Figure 16: schma du bilan nergtique de la chaudire40Figure 17: schma du bilan de combustion41Figure 18: histogramme des chaleurs entrantes50Figure 19: histogramme des chaleurs Sortantes51Figure 20: les courbes des rendements52

Liste des tableaux

Tableau 1: comparaison entre les chaudires27Tableau 2: paramtres de la nouvelle chaudire28Tableau 3: accessoires annexs la chaudire31Tableau 5 : chaleurs spcifiques42Tableau 4: compositions pondrale du fuel42Tableau 6: bilan de la chaudire50

Introduction

Unit de BEN-IDIR, o sest droul notre projet de fin dtude, est lune des units de traitement thermique du phosphate, qui a pour objectif dliminer lhumidit contenue dans le phosphate brut ou lav grce aux fours scheurs, quils utilisent le fuel pour la production de la chaleur ncessaire cette opration. Le fuel utilis besoin datteindre une certaine temprature pour faciliter la combustion, alors que cest a le rle de la chaufferie de lusine BENI-IDIR.Le sujet de notre stage est de faire une tude descriptive de la chaudire vapeur (Maghreb fuel) afin de faire son bilan nergtique.

Ce rapport sera diviser en quatre chapitre, le premier sera consacrer la prsentation gnrale du groupe OCP, le deuxime sera rserver pour la prsentation de lusine de schage de BENI-IDIR, ensuite le troisime chapitre contiendra une description dtailler de la chaudire vapeur et finalement le dernier chapitre sera rserver au bilan nergtique de la chaudire.

Prsentation du groupe OCP

I. Le Groupe O.C.P

Le Groupe OCP est une socit anonyme fonde en 1920 et domicilie au Maroc. OCP S.A est le leader mondial des exportations de phosphates et produits drivs, avec des activits couvrant lensemble de la chaine de valeur, allant de lextraction de la roche de phosphate la transformation chimique en acide phosphorique et diffrents engrais. Les produits OCP reprsentent une composante majeure de la scurit alimentaire mondiale tant ils sont importants pour la productivit agricole et contribuent activement la rgnration qualitative des sols.Avec les rserves les plus importantes au monde, principalement localises dans le bassin de Khouribga au centre du Maroc, OCP S.A offre une large slection de roche de phosphates de diffrentes qualits, destins divers usages. OCP est le premier exportateur de roche de phosphates et acide phosphorique dans le monde, et un des principaux exportateurs dengrais phosphats, avec un portefeuille compos de 130 clients et une prsence sur les cinq continents.En tant que premire entreprise du Maroc, OCP S.A est lun des moteurs cl de lconomie du pays. Les phosphates et ses drivs reprsentent en 2010, en valeur, prs dun quart des exportations du Maroc et approximativement 3,5% du PIB. Les exportations dOCP S.A sont de prs de 4,5 milliards de dollars US en 2010. OCP S.A emploie directement plus de 18 000 salaris.OCP S.A prvoit daugmenter sa capacit de production de 30 50 millions de tonnes, ainsi que daugmenter sa production dengrais en aval travers des partenariats stratgiques, spcialement Jorf Phosphate Hub (JPH) o des infrastructures sont en train dtre dveloppes pour accueillir 10 units supplmentaires. Cette plateforme offrira des infrastructures communes bas cot, et sera connecte par un slurry pipeline au plus grand gisement de phosphates au monde situ Khouribga, ce qui assurera un approvisionnement scuris.

II. Historique

Depuis sa cration, le groupe OCP a connu une large volution. Les tapes les plus importantes dans son volution sont : 1920 : Cration du groupe OCP le 7 Aout; 1921 : Dbut des exploitations en souterrain dans la rgion dOued-Zem sur le gisement des Oulad Abdoun le 3 Mars; 1931 : Dbut des exploitations en souterrain; 1954 : Dmarrage des premires installations de schage Youssoufia; 1961 : Mise en service de la premire laverie Khouribga; 1962 : Introduction de la mcanisation de souterrain Youssoufia le 19 septembre; 1965 : Cration de MAROC CHIMIE et Extension de lextraction ciel ouvert la mine de MERAH- EL AHRACH (Khouribga); 1965 : Dmarrage du complexe de schage de BENI-IDIR; 1967 : Introduction de la mcanisation du souterrain Khouribga; 1969 : Entre en exploitation de la premire recette de phosphate noir Youssoufia; 1974 : Lancement des travaux pour la ralisation du centre minier de Bengurir; 1975 : Cration du groupe OCP; 1981 : LOCP entre dans le capital de la socit PRAYON (Belgique); 1982 : Dmarrage du complexe de schage dOued-Zem; 1994 : Dmarrage du projet minier de Sidi Chennane; 1997 : Accord OCP-Grande Paroisse pour lutilisation de lusine de Rouen; 1998 : Le groupe OCP obtient le prix national de la qualit; 1999: Dmarrage de la production dacide phosphorique de lusine dIMACID Jorf Lasfar, le 1er novembre; 2004 : Cration de la socit "Pakistan Maroc Phosphore" S.A en Joint-venture entre lOCP et Fauji Fertilizer Bin Qasim Limited (Pakistan); 2005 : Dmarrage de l'usine de Lavage/Flottation Youssoufia; 2006 : Projet nouvelle ligne DAP 850000 t/an JorfLasfar; 2007 : Dmarrage de Pakiston, Maroc Phosphore (JorfLasfar); 2008 : La socit anonyme OCPSA est ne le 22 janvier; 2009 : Dmarrage de Bunge Maroc Phosphore Jorf Lasfar (BMP); 2010 : Mise en service dune nouvelle station dpuration des eaux uses de la ville de Khouribga (STEP) en avril; 2010 : Option dune technologie des filtres manches Youssoufia, en dcembre; 2010 : Mise en service de la cinquime laverie du groupe OCP SA, celle de Merah Lahrach en octobre; 2011 : Dmarrage des travaux dexcavation du pipeline entams par Tekfen, qui sera oprationnel en juin 2012; 2013: Dmarrage programm du projet Slurry Pipeline sur laxe Khouribga-Jorf Lasfar de 235Km; 2015 : Dmarrage Programm du slurrypipe de laxe Ben gurir-Youssoufia-Safi.III. Mission de LOCP

Les missions de lOCP consistent : 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 dacide phosphorique, ou sous forme dengrais.IV. Statut juridique de lOCP

Le groupe OCP est une entreprise semi-publique sous contrle de ltat, mais elle agit avec le mme dynamisme et la mme souplesse quune grande entreprise prive servant ltat marocain tous les droits de recherche et dexploitation des phosphates, gre par un directeur est contrle par un conseil dadministration prsid par le Premier ministre. La gestion financire est spare de celle de ltat.Le groupe OCP est inscrit au registre de commerce et soumis sous le plan fiscal aux mmes obligations que nimporte quelle entreprise prive (impt sur les salaires, sur les bnfices, taxes sur lexportation), et chaque anne, le groupe OCP participe au budget de ltat par versement de ses dividendes.V. Organigramme du groupe OCP

Figure 1 : organigramme hirarchique de lOCP

VI. Emplacement gographique

La direction gnrale du groupe OCP est situe Casablanca. Le phosphate extrait des quatre zones minires est soit export brut ltranger soit transform localement dans des industries chimiques de Safi et de Jorf Lasfar. Les zones minires sont : Zone de Khouribga (Oulad Abdoun); -Zone de Youssoufia (Gantour); Zone de Benguerir; -Zone de Bouqra. En outre, lOCP dispose de quatre ports dembarquement : Casablanca : pour les produits de Youssoufia, Benguerir et les produits transforms localement; Jorf Lasfar : pour les produits locaux; Layoune : pour les produits de Bouqra; Youssoufia et Benguerir: les produits transforms localement.

Figure 2 : Les units de phosphate au Maroc.

VII. Rles et activits

Le rle de lOCP est de grer les rserves du pays en matire de phosphate selon des tapes et des oprations bien prcises : Extraction : cest la premire opration qui se fait en dcouvert (ciel ouvert) soit en galeries. Souterrain : elle consiste enlever le phosphate de la terre suivant quatre cycles : forage, sautage, dcapage, dfrisage. Traitement : cette opration est ncessaire en vue de purifier le phosphate de tout rsidu et damliorer sa qualit minire. Transport : une fois le phosphate trait, il est transport vers les ports de Casablanca, Safi et El-Jadida pour son exportation vers les diffrents pays du monde. Vente : le phosphate extrait est trait en grande partie dans des usines chimiques avant dtre exporter avec le reste qui est en tat brut vers de nombreux client. VIII. Filires du groupe OCP

CERPHOS: Centre dEtude et Recherche des Phosphates Minraux; FERTIMA: Socit Marocaine des Fertilisants; IPSE: Institut de Promotion Socio-Educative; MAROC PHOSPHORE: direction industrielle chimique; MARPHOCEAN : transfert des actions de lOCP (maritime); PHOSBOUCRAA; SMESI: Socit Marocaine d'Etudes Spciales et Industrielles; SOTREG: Socit des Transports Rgionaux.

Prsentation de lUnit de Bni-Idir

I. Lusine de BENI-IDIR

Lusine de traitement de BENI-IDIR (MNK/TB) fait partie de la direction des exploitations minires de Khouribga. Cest la plus grande usine de traitement de phosphate que possde lOffice Chrifien des Phosphates.Lusine de Beni-Idir se situe 20Km l'Est de Khouribga, il a dmarr en 1965 avec quatre fours scheurs puis, et dans le cadre d'une extension de l'usine, quatre fours scheurs ont t mis en service en 1970, cette usine est destine au schage du phosphate fourni par les units dextraction (Sidi Daoui, Parc El Wafi, Zone Centrale), sa capacit de production annuelle est d'environ 10.7 millions de tonnes, elle est constitue par des units principales.

Figure 3: schma synoptique de lusine de Beni Idir.

1. Unit de stockage du phosphate humideCette unit est de capacit 270 000 tonnes, assure la fonction de la rception du phosphate humide provenant de la laverie, du criblage et du parc Elwafi. Elle est quipe de : Quatre machines de stockage (stockeuse); Deux machines de dstockage (roues pelles orientables). 2. Unit de stockage du fuel

Cette unit est destine la rception et le stockage du fuel dans des rservoirs qui alimentent les chaudires et les fours scheurs.3. Unit de chaufferie

C'est l o on a la chaudire qui produit la vapeur chaud partir de l'eau dminralis. La vapeur sera destine rchauffer le fuel dans des citernes et aider la pulvrisation du fuel dans les brleurs des fours scheurs, ainsi de conditionner le fuel dans les rchauffeurs (objectif est datteindre son point dinflammation (110 120 C).

4. Unit de stockage et chargement du phosphate sec

Le phosphate cribl alimente le circuit sec o il sera class selon diffrentes qualits. Cette unit comporte trois stocks ayant une capacit globale de 500000 tonnes; une station de chargement permet de remplir les wagons destination du Port de Casablanca (exportation), et du Port de Jorf-el lasfar. 5. Unit de schage

Elle comprend huit fours scheurs dune capacit de 300 tonnes par heure chacun. Son rle est de diminuer, par change thermique, lhumidit contenue dans le phosphate brut ou lav.

Figure 4: image satellitaire de lunit.

Description de lunit daccueil: La chaufferie

I. La chaufferie:

Comme on a dj mentionn le rle de lunit de chaufferie et de produire de la vapeur ncessaire pour la circulation du fioul et sa combustion. La chaufferie de beni-Idir contientles lments suivants: Une unit de dminralisation de leau. Deux chaudires tubes deau Une chaudire a tubes de fume. La viscosit du fioul en fonction de la chaleur.

Centistokes (cst = 1 mm2/s = 10-6 m2/s). Figure 5: la variation de la viscosit en fonction de la temprature.

II. Le rle de la vapeur dans lunit de BENI-IDIR

La vapeur est indispensable pour le chauffage du fioul, elle est utilise dans les zones suivantes: le dpotage pour diminuer la viscosit du fioul dans les wagons-citernes afin quil soit facile aspirer et le stocker dans les tanks. les tankssont quips dun serpentin leurs bases pour chauffer le fioul stock. le long des circuits de fioul le bloc o il a y les chaudires est quip de trois changeurs pour le chauffage du fioul avant le pompage vers les fours. chaque four est quip de deux prchauffeurs (changeurs), pour donner au fioul sa temprature de combustion

ici photo satellite

Figure6: prsentation des circuits de vapeur et condensat

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

Description technique de la nouvelle chaudire

I. Etude Bibliographique sur les chaudires

Au dbut de l're industrielle, le mot chaudire dsignait un foyer et son changeur dans de grosses installations de cuisine et de chauffage.La Chaudire, vapeur est un dispositif permettant de chauffer l'eau et de produire de la vapeur si l'eau est chauffe au-del de la pression atmosphrique. Toutes les chaudires se composent de deux compartiments distincts : l'un dans lequel brle le combustible et un autre dans lequel l'eau est chauffe.Dans son acception moderne, il dsigne un appareil (voire une installation industrielle, selon sa puissance) permettant de transfrer en continu de l'nergie thermique un fluide caloporteur (le plus gnralement de l'eau). L'nergie thermique transfre (source de chaleur) peut tre soit la chaleur dgage par la combustion (de charbon, de fioul, de gaz, de bois, de dchets, etc.), soit la chaleur contenue dans un autre fluide (chaudire de rcupration sur gaz de combustion ou gaz de procds chimiques, chaudire nuclaire recevant la chaleur du circuit primaire, etc.), soit encore d'autres sources de chaleur (chaudires lectriques, par exemple). Les chaudires sont aussi bien des systmes industriels que domestiques. l'intrieur de la chaudire ce fluide caloporteur peut tre soit uniquement chauff (c'est--dire qu'il reste en phase liquide), soit chauff et vaporis, soit chauff, vaporis puis surchauff (donc avec passage de phase liquide phase gazeuse).

Figure 8: chaudires tubes de fume.

II. Chaudire tubes de fumes

Dans une chaudire tubes de fume, les gaz de combustion circulent l'intrieur des tubes tandis que leau entoure ceux-ci. L'ensemble est confin dans une grande virole qui constitue le corps cylindrique de la chaudire. Ces gnrateurs sont aussi appels "chaudires foyer intrieur" ou "chaudire" tout court.Les coupes ci-dessous permettent de mieux comprendre les principes constructifs d'une chaudire vapeur :

Figure 9 : coupe transversal et longitudinal dune chaudire tubes de fumes.

La gamme de puissance de des chaudires s'tend de 0,2 50 t/h de vapeur environ. Cela correspond des puissances thermiques de l'ordre de 100 kW 30 MW.On voit qu'un premier "tube" de trs gros diamtre constitue la chambre ou le foyer dans lequel se dveloppe la flamme. Ensuite les fumes sont canalises vers des faisceaux tubulaires pour terminer leur cheminement dans un conomiseur ventuel qui assure le prchauffage des fumes par rcupration sur l'enthalpie rsiduelle des fumes. L'ensemble du "tube foyer" et des faisceaux tubulaires est noy dans le grand volume d'eau contenu dans la virole externe qui constitue le corps de la chaudire.La principale caractristique des chaudires de ce type est donc de comporter un grand volume d'eau sous pression (la mme que celle de la vapeur produite) avec pour consquences premires :

de prsenter une grande inertie thermique (dmarrage lent); d'tre trs destructive en cas d'explosion (un gros volume d'eau se transforme instantanment en vapeur).III. Chaudire tubes deau

Les chaudires tubes d'eau ou bien "gnrateurs de vapeur" a contraire des chaudires tubes de fumes, les gnrateurs sont construit de telle sorte que ce soit l'eau qui circule l'intrieur des tubes et non pas les fumes.Ils existent aussi bien en grande puissance (20 150 t/h de vapeur) qu faible puissance (0,1 20 t/h de vapeur). Pour les grandes puissances, le gnrateur est constitu d'une grande chambre de combustion plus ou moins paralllpipdique dont les parois sont "tapisses" de faisceaux de tubes d'eau verticaux :

Figure 10: Chaudire tubes deau.

Dans la petite et moyenne industrie on rencontre plus couramment des gnrateurs capables de produire jusqu' une vingtaine de tonne de vapeur par heure. Dans ce cas, le gnrateur est constitu d'une chambre de combustion cylindrique entoure d'un serpentin d'eau qui dbouche sur un sparateur vapeur / eau :

Figure 11: Chaudire tubes deau de taille moyenne.

La principale caractristique des gnrateurs de ce type est donc de comporter un trs petit volume d'eau sous pression avec pour consquences premires : de prsenter une faible inertie thermique (dmarrage rapide); de ne prsenter quasiment aucun risque d'explosion.

IV. Comparaison entre les deux familles de chaudire

tubes de fumes tubes deau

Avantages

- stabilit de la production de vapeur et capacit de fournir des pointes de demande de courte dure- trs faible inertie, dmarrage trs rapide (5 20 minutes), possibilit de rpondre rapidement une augmentation brusque mais prolonge de la demande

- robustesse, dure de vie car fonctionnement trs stable- rendement annuel moyen lev en fonctionnement intermittent

- trs bon rendement instantan : plus de 95% avec conomiseur- compacit et lgret

- moindre sensibilit la qualit de l'eau (eau adoucie)- instabilit bas rgime, le brleur ne peut tre teint que sous certaines conditions

- possibilit de moduler sur toute la plage du brleur et mme de l'teindre si la demande est infrieure son minimum- absence de risque d'explosion du ct vapeur (petit volume)

- rfrences et exemples d'application plus nombreux- possibilit de fonctionnement sans surveillance pendant une longue priode, jusqu' une semaine (168 h)

- niveau de bruit relativement faible

Inconvnients

- inertie, dmarrage lent depuis situation froide- moins robuste (mais possibilit plus souple de remplacement de certains composants)

- pertes lies aux extinctions-rallumages; pnalisant en fonctionnement intermittent- plus grande sensibilit la qualit de l'eau d'alimentation (eau dminralise requise si densit de flux leve)

- poids et masse d'eau levs, encombrement- niveau de bruit lgrement plus lev

- risque thorique d'explosion ct vapeur (grand volume)- dure de vie plus rduite car fonctionnement moins stable

- absence de surveillance durant 72 h au maximum, sous conditions

Tableau 1: comparaison entre les chaudires.

V. Description de la nouvelle chaudire

Il sagit dune chaudire tubes de fumes trois parcours de fume avec inversion de la flamme (1 parcours dans le foyer, 2 parcours dans les tuyaux). fond baign. Du constructeur Maghreb fuel 2. Installe lunit de Beni Idir en 2013. Elles peuvent tre quipes dun prchauffeur dair comburant ou conomiseur. Et aussi un surchauffeur de vapeur.

Figure 12: Chaudire tubes de fumes Maghreb Fuel1. Caractristiques techniques de la chaudire

Ces caractristiques sont donnes par le constructeur.Caractristiques techniquesValeurs

PRODUCTION NOMINAL DE VAPEUR5000 kg/h

PRESSION DE TIMBRE10 bars

PRESSION DESSAI HYDRAULIQUE16 bars

LA SURFACE DE CHAUFFAGE125 m2

VOLUME DEAU9548 litres

VOLUME DE VAPEUR2424 litres

VOLUME TOTALE11972 litres

POIDS DE LA CHAUDIERE14600 kg

LONGUEUR 5200 mm

LARGEUR 2415 mm

HAUTEUR3165 mm

DIAMETRE DE LA SORTIE DES FUMES700 mm

DIAMETRE DES TUBES66.7 mm

NOMBRES DES TUBES AU PASAGE N280

NOMBRES DES TUBES AU PASAGE N3Tableau 2: paramtres de la nouvelle chaudire

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2. Accessoires annexs la chaudire

Pour assurer le bon fonctionnement de la chaudire et dans des conditions bien scurises. Ainsi pour avoir un bon rendement, et le respect des normes et directives cologiques et environnementales. La chaudire est quipe des appareils suivants:

Figure 13: schma synoptique de la chaudire

Nappareils

1Electropompe alimentation eau

2Deuxime lectropompe alimentation eau

3salinomtre

4Indicateur de passage du boitier sondes et niveaux

5Tableau lectrique de commande chaudire

6Brleur

7Barillet sonde modulateur du niveau

8Barillet contenant les sondes pour niveau on-off

9Indicateurs de niveau visuel

10Manomtre vapeur

11Pressostat de deuxime flamme ou transducteur de pression modulante

12Pressostat de limite

13Sonde de scurit de niveau trop bas

14

15Soupape de scurit vapeur

16Pressostat de scurit

17Sonde haut niveau chaudire

18Vanne de prise de vapeur principale

19passerelle

20Sortie fumes chaudire

21Purgeur automatique

22Soupape dinterception vidange chaudire

23Prchauffeur (changeur) du Fioul de combustion

Tableau 3: accessoires annexs la chaudire

Ensemble d'alimentation de l'eau

L'ensemble d'alimentation, compltement assembl sur le gnrateur, comporte: 2 lectropompes centrifuges; 1 ensemble d'alimentation compos dune vanne d'interception et 1 clapet de non-retour disque en acier inoxydable; 2 vannes d'interception pour les lectropompes avec clapets de non-retour.CALORIFUGEAGE

Le calorifugeage du corps cylindrique est ralis avec des plaques en laine minrale d'une paisseur de 100 mm. La couche isolante est protge par un revtement en tle dacier inoxydable mont sur des lments d'espacement. Les entretoises reliant le corps cylindrique et l'extrieur sont calorifugs et quipes des matriaux isolant press.APPAREILLAGES DE REGLAGE ET SECURITE

1 Autorgulateur du niveau de l'eau sonde; 1 lectrode niveau minimum niveau maximum; 2 Sondes lectroniques niveau bas et scurit et arrt; 1 Pressostat de scurit et arrt; 1 Pressostat de fonctionnement du brleur aux valeurs de pression prtablies.3. Gnralits sur la dminralisation des eaux des chaudires

Le traitement de leau utilise pour la production de vapeur, reprsente lune des branches les plus complexes de la chimie de leau. Dans une chaudire la vapeur produite par la chaleur gnre par le bruleur devrait tre compose de molcules deau pure. En fait elle contient des substances diverses dont du gaz carbonique provenant de la dcomposition des carbonates et des gouttelettes de liquide (primage). Dautre part leau qui reste en partie basse de la chaudire se concentre en sels minraux ncessitant des purges. Si leau nest pas correctement traite des phnomnes surviennent altrent la fiabilit des matriels, perturbent leur fonctionnement et augmentant les couts dexploitation. Les principaux inconvnients rsultant dun traitement imparfait sont:a. Entartrage

Laugmentation de la temprature et de la concentration des sels entranent la prcipitation de certains sels peu solubles. Les prcipits forms peuvent adhrer aux parois des tubes et donner lieu une formation des tartres qua pour consquences: Bouchage des faisceaux. Augmentation de pression et risque dexplosion de la chaudire. Chute du rendement thermique de la chaudireb. La corrosion Les origines et les effetsde la corrosion sont trs varis. En gnral on peutcraindre des attaques de corrosion lorsque lon trouve dans les eaux: de loxygne, de lanhydride carbonique et divers ions en particulier les chlorures.c. Le primage

Le primage est lentrainement deau et de matires minrales dans la vapeur. Il est dautant plus dangereux: Que le poids des gouttelettes contenues dans la vapeur est lev. Que les gouttelettes sont initialement plus charges en sels, autrement dit, que leau de chaudire a une salinit totale ou un taux de matires en suspension plus lev.1. 2. 3. 4. Chane de dminralisation

La chaudire contient deux chanes de dminralisation A et B dont une seulement est mise en marche, lautre intervient en cas de panne. Chaque chane est constitue de:a. Colonne H

Cette colonne contient une rsine cationique forte dont le rle est denlever les cations comme: (Ca2+, Mg2+ et Na+).b. Colonne OHF

Son rle est d'extraire les ions Cl- et SO42- de l'eau en dissociant les molcules H2SO4 et HCl par l'intermdiaire d'une rsine ionique faible.c. Colonne CO2

L'eau qui entre dans le dgazeur est riche en CO2 qui provient de l'change entre les 2 interfaces air-eau, et des ractions au niveau de la colonne H.l'eau et l'air circulent en contre-courant, donc l'eau dgaz passe dans l'changeur anionique fort, ensuite le CO2 est dgag par un ventilateur.d. Colonne OHF

A cette tape, il reste dans l'eau seulement les molcules H2SiO3. Les ions siliceux ne sont capts que par un changeur anionique fort, pour cela on utilise une rsine anionique forte. Leau traite qui sort de la colonne OHF se stocke dans une bche de 50 m et se mlange avec l'eau condense rcupre aprs son utilisation sous forme de vapeur humide.e. Dgazeur thermique

L'eau dminralise contient des quantits variables d'oxygne et de dioxyde de carbone qui peuvent provoquer de graves corrosions sur les lments mtalliques des gnrateurs de vapeur. Parmis les techniques disponibles pour liminer ces gaz, le dgazage thermique est largement rpendu.Le principe du dgazage thermique de l'eau repose sur deux lois physiques: la concentration d'un gaz dissous est proportionnelle sa pression partielle dans l'atmosphre au-dessus du liquide (loi de Henry) la solubilit d'un gaz dans un liquide diminue quand la temprature du liquide augmenteA la temprature de 20C en prsence d'air, la concentration d'oxygne dans l'eau est d'environ 10 mg/l.Les diffrentes normes dfinissant la qualit de l'eau d'alimentation des gnrateurs de vapeur imposent une concentration en oxygne < 20 g/l.Vue d'un dgazeur thermique Le dgazage thermique consistera donc chauffer l'eau et la mettre en contact avec un courant de gaz exempt d'oxygne (ici la vapeur est toute indique pour assurer ces deux fonctions).L'efficacit du dgazage pourrait tre thoriquement augmente en oprant sous vide. Cependant un quipement sous vide est sujet des entres d'air par des dfauts d'tanchet, qui nuiraient alors au rsultat de l'opration. C'est pourquoi le dgazage est gnralement men sous lgre pression (< 0,5 bars effectif) et une temprature > 100C.Le dbit de vapeur ncessaire au stripage est minimis par l'utilisation d'un contacteur optimis. Figure 14 : principe de dminralisation la chaufferie de BENI IDIR.

Figure 15 : chane de dminralisation de BENI IDIR.

UNIVERSITE HASSAN 1erFACULTE POLYDISCIPLINAIRE DE KHOURIBGA

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Bilan nergtique de la chaudireI. Introduction:

Gnralement la chaleur produite par combustion nest jamais totalement transfre ou rcupre par le fluide quon dsir chauffer, car il existe toujours des pertes dues aux diffrents facteurs.Le rendement est une grandeur caractristique dun systme, il est dfini comme le rapport entre lnergie recueillie en sortie et lnergie fournie lentre. Il est toujours donc infrieur 1.Le rendement de la chaudire influence directement sur le rendement du four par contre plusieurs paramtres influencent sur la valeur du rendement de la chaudireII. Les modes de transfert de chaleur

Le transfert de chaleur est un transit d'nergie sous forme microscopie dsordonne. Deux corps ayant la mme temprature sont dits en "quilibre thermique". si leur tempratureest diffrente, le corps le plus chaud cde de l'nergieau corps le plus froid: il y adonc un transfert de chaleur.On distingue trois mcanismes d'change de chaleur entre milieux matriels :1. Conduction

Cest lchange de chaleur entre deux points dun solide ou encore dun liquide (ou dun gaz) immobile et opaque.Lnergie de vibration (ou dagitation) se transmet datome atome (de molcule molcule). Cest un transfert lent.- Cette chaleur se calcule par la loi de FOURIER comme suit:

Avec: : Conductivit thermique (rserve au matriau). S: Surface perpendiculaire au flux de chaleur (normal l'axe x considr) T: Temprature (K) x : La coordonne suivant laxe de propagation

2. Convection

Est un transfert de chaleur dans la matire avec mouvement macroscopique de la matire. Ce type de transfert nintervient que pour les liquides et les gaz (Cest le fluide en mouvement qui transporte de la chaleur). On distingue deux types de convection:La convection force: Le mouvement du milieu est engendr par un dispositif externe (le vent, un ventilateur,) La convection naturelle: Le mouvement du fluide est engendr par les variations de la densit causes par les variations de temprature au sein du fluide. cest un mode de transfert rapide en gnrale. - Cette chaleur se calcule par la loi de Newton comme suit:

Flux de chaleur transmis par convection (W). h: Coefficient de transfert de chaleur par convection (W /C): Temprature de surface du solide (C).Temprature du fluide loin de la surface du solide (C). S : Aire de la surface de contact solide/fluide ().3. Rayonnement

Cest lchange de chaleur entre deux parois spares par un milieu transparent ou semi-transparent. Les matriaux ont la proprit dabsorber ou dmettre des photons (ou des quantits dnergie). Lnergie emporte par le photon est prleve sur ltat dnergie du corps et rciproquement lnergie dun photon absorb et souvent transforme en chaleur. Cette proprit dmission dpend donc de la temprature du milieu. Il sagit dun transfert distance quasi-instantan sans ncessit de support matriel.

Cette chaleur se calcule par la loi de Stefan-Boltzmann comme suit:

Avec:: Puissance thermique(W).S: surface dchange (m2).: Facteur dmission de la surface. : Constante de Stefan Boltzmann (5,67.10-8 W m-2 K-4).Tf: temprature de fume (K).Tc: temprature du produit, en (K).III. La Combustion

La combustion est une raction vive avec dgagement de chaleur. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voir une explosion (dflagration ou dtonation).La raction chimique de combustion ne peut se produire que si l'on runit trois lments : un combustible, un comburant, une nergie d'activation (le triangle du feu) en quantits suffisantes. L'nergie d'activation permet de maintenir le combustible une temprature suffisamment leve pour obtenir son Inflammation. Cette temprature dpend du combustible. 1. Le combustible

Les combustibles peuvent tre de provenance et de nature trs varies, ils contiennent en quantits variables des lments utiles : du carbone et de lhydrogne et des lments neutres ou mmes nfastes : de loxygne, de lazote, du soufre, des minraux (qui se transforment en cendres). On les classe ci-aprs selon leurs nature :Combustibles solides: (Charbons, bois, dchets)Tout combustible solide contient de la matire organique (C, H, O), peu ou pas de soufre, de lazote, des minraux (cendres) et de leau en gnral en quantit non ngligeable.Combustibles liquides et gazeux :Les combustibles gazeux aujourdhui sont dorigine essentiellement ptrolire (disparition de la sidrurgie). On ne les dissociera pas de ceux-ci.2. Le comburant

Le comburant est l'autre ractif de la combustion. Il s'agit en fait de l'oxygne contenu dans l'air ambiant.3. Types de combustion

Il existe 2 types de combustion: La combustion rapide et la combustion lente. Nous nous intressons la combustion rapide dans notre tude car le foyer est soumis une raction rapide.La combustion rapide est une forme de combustion au cours de laquelle de grandes quantits de chaleur et d'nergie sous forme de lumire sont relches, donnant naissance au feu.Cette combustion rapide se divise en quatre catgories: La combustion neutre ou stchiomtrique:C'est une combustion complte sans excs ni dfaut d'air qui conduit au rendement de combustion maximum. La combustion rductrice ou avec dfaut d'air: C'est une combustion incomplte par dfaut d'air. La prsence d'imbrls gazeux diminue le rendement de combustion. La combustion oxydante ou avec excs d'air:C'est une combustion complte avec un excs d'air. Par rapport la combustion neutre, le rendement de combustion est diminu par augmentation des pertes par chaleur sensible des fumes. La combustion mixte qui peut tre mi- rductrice ou mi- oxydante:Dans lesquelles les fumes contiennent de l'oxygne libre et des imbrls comme CO et H2.

4. Raction de combustion

Les lments entrant en jeu dans la combustion sont le carbone (C), lhydrogne (H), le soufre (S).

Les combustibles sont aussi composs dlments striles qui ninterviennent pas dans la raction de combustion : azote (N2), dioxyde de carbone (CO2).IV. Le Bilan nergtique

On considre la chaudire comme une boite noire, et on tablit le bilan nergtique des chaleurs qui rentrent, sortent et qui sont perdues. Le schma de la figure prsente le gnrateur de vapeur (chaudire) et les diffrentes chaleurs mises en jeu.

Air de combustionPertes par fumePertes par convectionPertes par purge

Chaudire vapeur

Production de la vapeurCombustible Fuel N2

Foyer tube de fume

Eau dalimentation

Illustr par: M. BEN ALI et S. CHERQAOUI

BEN

Pertes par rayonnement

Figure 16: schma du bilan nergtique de la chaudire.Nous reprsentant ci-aprs les donnes ncessaires aux calculsdaprs CERPHOS (Centre dEtudes et de Recherches des Phosphates Minraux).Tableau 4: compositions pondrale du fuel.

Tableau 5 : chaleurs spcifiques.

Fuel N2

Carbone84%

Hydrogne11.14%

Soufre3.67%

Oxygne0.08%

Azote0.07%

O1%

PCI9600 Kcal/Kg

Temperature dinflammation120C

Dbit lentre du bruleur229 Kg/h

1. Bilan de combustion

La principale puissance introduite dans le bilan est celle de la combustion; On considre le cas dune chambre de combustion fonctionnant en rgime permanent en circuit ouvert dont le cas est schmatis ci-dessous:

Figure 17: schma du bilan de combustion.

Le premier principe de la thermodynamique scrit:

La variation dnergie cintique est ngligeable car la vitesse est suppose constante ( ).

La variation dnergie potentielle est ngligeable car on travail au mme niveau ().

Le travail fournie par lextrieur est nul ( ). On obtient alors:

Avec : Enthalpie dentr: Enthalpie de sortieV. Hypothses de travail

Toute la masse des sels qui entre avec l'eau d'alimentation de chaudiresort avec les eaux de purge (conservation de masse); la combustion est oxydante complte(pas danalyse de fum) ; Les pertes dnergie qui accompagne les purges sont ngligeables.VI. Calculs thoriques

La chaleur apporte par un combustible qui brule nest pas totalement rcupre par le fluide que lon veut chauffer. On perd toujours une partie par diffrents mcanismes.Une partie de la chaleur totale apporte par la combustion qui sert effectivement chauffer le fluide est appele nergie ou chaleur utile , la partie perdue qui gale la diffrence entre lnergie totale et lnergie utile, est appele perte .Les pertes sont de diffrentes natures, et ont un grand effet sur le rendement de linstallation.Le rendement dune installation est exprim par le rapport entre lnergie utile et lnergie totale apporte par la combustion.Dans ce rapport, le calcul du rendement de la chaudire est effectu en utilisant la mthode indirecte (pour des raisons de prcision). On a essay de calculer le rendement par les mthodes acquises durant notre formation.1. Calcule des chaleurs entrantesa. Chaleur fournie par la combustion

Expression: Qc=.PCIAvec: Dbit massique du fuel (Kg/h)PCI: Pouvoir calorifique infrieure du fuel (Kcal/Kg)Daprs les relevs de dbit du fuel la chaufferie, la consommation journalire en fuel est value 5.5 tonnes, do le dbit massique du fuel la chaufferie est donn par: = 229Kg/h Qc=2198400 Kcal/hb. Chaleur sensible du fuel

Expression:Qf = .Cp(fuel).(Tf-Tref)

Avec : = 229 Kg/h (le dbit du fuel)Cp (fuel) = 0,43 Kcal/Kg.K (Chaleur spcifique du fuel)Tf = 393 K (Temprature du fuel)Tref = 0 K (Temprature de rfrence) Ce qui donne Qf=38699 Kcal/h

c. Chaleur de l`eau d`alimentation

Expression: Qeau=.Cp(H2O)l.(Te-Tref)= 9387 Kg/h (Dbit massique de l`eau)Cp(H2O) = 1 Kcal/Kg. K (Chaleur spcifique de l`eau liquide)Te = 333 K (Temprature de l`eau d`alimentation)Tref = 0 K (Temprature de rfrence)Ce qui donne Qeau=3125871 Kcal/hd. Chaleur dAir de combustion

Expression: Qe=.Cp(air)(Ta-Tref)Cp(air)=0.24 Kcal/Kg. K (chaleur spcifique de lair) (Temprature de lair ambiante)Tref = 0 K (Temprature de rfrence): Dbit dair ncessaire pour la combustionOn a un kg de fuel ncessite 14.09 kilogrammes dair pour sa combustion Alors 229Kg/h (dbit de fuel)*14.09 = 3226.61 Kg/h.Donc Qair= 230767 Kcal/h2. Calcule des chaleurs sortantesa. Pertes par convection

Lexpression: Qconv= hS (Tp-Ta)Avec:h= 3,754 Kcal.m-2.K (Coefficient thermique de convection)S = 48 m2 (Surface d`change travers les parois de la chaudire)Tp = 329 K (Temprature des parois)Ta = 298 K (Temprature de l`air ambiante)D`o Qconv=5586 Kcal/hb. Pertes par rayonnement

Les pertes par rayonnement thermique sont donnes par: Qray = S (Tp4-Ta4)Avec: = 0,83 (Coefficient dmission des rfractaires)= 4,88.10-8 Kcal.m-2. K - 4 (Constante de Stefan Boltzmann)S = 48 m2 (Surface d`change travers les parois de la chaudire)Tp = 329 K (Temprature des parois)Ta = 298 K (Temprature de l`air ambiante)D`o Qray=7446Kcal/hc. Chaleur de la vapeur produite

Dans une chaudire, lnergie du combustible est transfre leau liquide dans le but de former de la vapeur deau. Dans un premier temps, leau froide se rchauffe et reoit de lnergie sous forme de chaleur sensible, jusqu son point dbullition.Lorsque le point dbullition est atteint, la temprature de leau arrte daugmenter et reste constante tant que leau nest pas toute vaporise. Leau passe alors de ltat liquide ltat vapeur et reoit de lnergie sous forme de chaleur latente de vaporisation . Tant quil reste une goutte de liquide, la temprature de la vapeur la mme que celle du liquide. On qualifie alors la vapeur de vapeur sature.en utilisant la relation empirique de Duperray suivante pour trouver la temprature de la vapeur: O: P: la pression en bar t: la temprature en C Vapeur sort avec: P=7 bar donc tvap =162.66C Tvap= 436 K

Expression: Qv = .{Cp(H2O)g. (Tv -Tref)+Lv } = 5000 Kg/h (Dbit massique de la vapeur produite)Cp(H2O)g = 0,46 Kcal/Kg. K (Chaleur spcifique de la vapeur)Tvap (Temprature de la vapeur)Tref = 0 K (Temprature de rfrence)Lv = 661 Kcal/Kg (Chaleur latente de vaporisation) Alors Qvap=4307800Kcal/hd. Pertes par fumes:

Une grande partie de lnergie dissipe est due lnergie sensible des gaz dchappement.Il ya plusieurs facteurs qui entrane laugmentation des pertes par fumes entre autres: La nature de combustion (oxydante, rductrice,). Laugmentation de la temprature de sortie des fumes.La combustion tant considre oxydante complte, mne la production de CO2, N2, SO2, et H2O. Les ractions mises en jeux sont:

C+O2CO2+Chaleur [kcal]

[mol]111+97.6

S+O2SO2+Chaleur [kcal]

[mol]111+69.2

H2+ O2H2O+Chaleur [kcal]

[mol]1158.2

Si en se base sur la combustion de 1Kg de fuel on trouve:

a. Chaleur sensible de CO2:

C+O2CO2

[kg]0.842.243.08

On a QCO2 =.Cp(CO2)g.(Tf-Tref)Avec:Tf= 494K (temprature des fumes) Tref = 0K (temprature de rfrence) Cpco2=0.24 Kcal/Kg.K (Chaleur spcifique de CO2) (kg/h) (Dbit massique de CO2) partir de la raction =3.08*229Kg/h (dbit de fuel)Donc Qco2=83623 Kcal/hb. Chaleur sensible de SO2:

S+O2SO2

[kg]0.040.040.08

On a QSo2=.Cp(SO2).(Tf-Tref)Avec:Tf= 494k (temprature des fumes) Tref = 0k (temprature de rfrence) CpSO2=0.23 Kcal/Kg.K (Chaleur spcifique de SO2) (kg/h) (Dbit massique de SO2) partir de la raction =0.08*229Kg/h (dbit de fuel)Donc QSo2= 2081 Kcal/h

c. Chaleur sensible de H2O:

H2+ O2H2O

[kg]0.120.961.08

On a QH2O=.Cp(H2O)g.(Tf-Tref )Avec:Tf=494k (temprature des fumes) Tref =0k (Temprature de rfrence) CpH2O=0.46 Kcal/Kg.K (Chaleur spcifique de H2O) (kg/h) (Dbit massique de H2O)

partir de la raction =1.08*229Kg/h (dbit de fuel)

Donc QH2O = 56201 Kcal/h

Pour dterminer La chaleur sensible N2 (N2 provient de lair de combustion et la totalit dO2 est consomm durant lopration de combustion) on utilise les pourcentages suivants:% en Masse% en Volume

O22321

N27779

d. Chaleur sensible de N2:

On a QN2=.Cp(N2)g.(Tf-Tref)Avec:Tf=494k (temprature des fumes) Tref =0k (temprature de rfrence) CpN2=0.25 Kcal/Kg.K (Chaleur spcifique de N2) (kg/h) (Dbit massique de N2)

dtermination du Dbit massique de N2:on a =0.77*On sait que le dbit dair est 3226.61 Kg/h Ce qui donne QN2=398486 Kcal/h

Alors Qfume= Qco2+ QSo2+ QH2O+ QN2 Qfume = 540391 Kcal/he. Pertes par purges:

Pour viter laugmentation de la salinit des eaux de chaudire, on effectue des purges chaque 8 heures pour la nouvelle chaudire. Les pertes par purges proviennent de la chaleur sensible des eaux de purges, elles dpendent de la temprature et du taux de purge.Les purges sont supposes fermes donc les pertes par purge sont nulles.Postes du bilanV.N (Kcal/h)

ENTREEChaleur fournie par la Combustion (Qc)2198400

Chaleur sensible de fioul (Qfioul)38696

Chaleur sensible de lair (Qair)230767

Chaleur de leau dalimentation (Qeau)3125871

SORTIEConvection (Qcon)5586

Rayonnement (Qray)7446

la vapeur produite(Qvap)4307800

Pertes par fumes (Qfume)540391

Tableau 6: bilan de la chaudire.

3. Calcul du rendement

On sait que le rendement est dfini par la relation suivante:

Or: Pertes = Qfume+ Qconv+ Qray = nergie introduite = Qc + Qf + Qair + Qeau =

Figure 18: histogramme des chaleurs entrantes.

Figure 19: histogramme des chaleurs Sortantes.

En comparaison avec les rendements publis sur les chaudires tube de fume en trouve que le rendement de la chaudire Maghreb fuel 2 est presque le mme puisque nexiste pas un conomiseur dans linstallation.

Figure 20: Les courbes des rendements

Conclusion

Le travail ralis au cours de ce projet de fin dtude l`usine de schage de BENI-IDIR a pour but deffectuer une tude nergtique afin dvaluer le rendement de la chaudire vapeur pour cala:

Nous avons dcrit la chaudire nous avons calcul les diffrents chaleurs dentres et de sorties (estimer les pertes), mises en jeu et on a attaqu ensuite le rendement.Daprs le bilan thermique ralis sur linstallation de gnrateur de vapeur la majorit de lnergie fournie est exploite pour la vaporisation de l`eau.Afin damliorer le rendement On a propos des suggestions tel que: installation dun conomiseur au niveau de la chemine pour rcuprer la chaleur sensible des gaz. Installation dun purgeur automatique.

Bibliographie

Bibliographie

Bibliographie

Bibliographie

Livres Manuel de la chaudire 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-table-temperature.html http://www.fioulmarket.fr/lexique-fioul/i-p http://www.linternaute.com/dictionnaire/fr/definition/combustion/ http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=2751