Étude de transferts thermiques et appareils de mesure

Four rotatif

Le four est constitué par une virole en acier animé d’une vitesse de rotation variable pouvant atteindre 3 tr/mn. Il est revêtu à l’intérieur de briques réfractaires et présente une inclinaison de 3% dans le sens de l’écoulement de la matière, cette inclinaison combinée avec la rotation font que la matière puisse progresser, par gravité, vers le brûleur, ce bruleur dégage une flamme qui s’établit à la sortie de la tuyère lieu ou les combustibles (Fuel, coke de charbon) et le comburant (O2 de l’air) et qui peuvent atteindre 2000° C. La matière sortant du four est le clinker, la longueur du four atteint 64 mètres, son diamètre est de 4 mètres Le four est le siège d’un équilibre entre deux flux :

Refroidisseur

Le four est reliée au refroidisseur par le capot de chauffe à ce niveau le clinker sort à une température de 1450° C et subi une trempe rapide afin de figer les C3S et de les empêcher de redevenir en C2S chose qui influe sur l’atelier de broyage cuit parce que les C2S sont difficile à broyer donc sur la qualité de clinker. Cette opération est nécessaire à la formation du C3S l’élément nécessaire pour la résistance du ciment. Le refroidisseur permet la récupération d’énergie thermique pour les réintroduire au niveau du four ou ils sont emportés par le flux de l’air secondaire et aussi la récupération d’air d’exhaure. Les parois de refroidisseur sont garnies de réfractaire et l’air de refroidissement est soufflé par des ventilateurs de diffèrent débit sous les grilles et traverse la couche du clinker en mouvement, les ventilateurs sont placés de part et d’autre du refroidisseur.la figure 8 montre le refroidisseur a grille :

Problématique

La ligne de cuisson consomme de l’énergie de manière intensive. Donc il est souhaitable d’évaluer les pertes thermiques par parois et de trouver un moyen de réduire ces pertes. En tant que partie intégrante d’un effort d’optimisation de la consommation calorifique et réduire les coûts de l’énergie. Les pertes thermiques dépendront de la température de surface, alors une augmentation excessive de température pourrait entrainer des problèmes structurels induits par différentiel de dilatation thermique entre l’enveloppe et les briques réfractaires. En effet ce projet consiste à déterminer les conditions de la diminution des pertes d’énergies (convection et radiation) et de trouver des résolutions en effectuant une analyse des caractéristiques des briques réfractaires.

Calcul des pertes par parois Les pertes thermiques par parois jouent un rôle majeur dans le fonctionnement de la ligne parce qu’ils donnent une indication sur la ligne cuisson. Même s’il est équipé des caméras, la chute des briques réfractaires ne peut être détectée que par l’augmentation de la température dans les zones de la ligne de cuisson. Les analyses de la température de la surface peuvent être un moyen de contrôler le processus et de détecter les défaillances, tel que la chute de croûtage d’un réfractaire usé ou bien une faible épaisseur des briques. L’objectif de cette partie est d’analyser et de calculer les pertes thermiques par les parois (Convection et rayonnement).Pour le calcul on a utilisé des fiches de calcul standard de Lafarge (Wall losses calculition kiln 2).

Conclusion

Toute entreprise de cimenterie cherche à minimiser les pertes thermiques par parois afin d’optimiser la consommation calorifique. Au cours de mon stage j’ai l’occasion d’optimiser les pertes thermiques qui ont constitué ma mission de stage. Pour réussir cette mission, on a commencé par le calcul des surfaces de la ligne de cuisson puis les mesure de température et du vent ensuite on a calculé les pertes. Puis on a élaboré une analyse des causes par le diagramme d’Ishikawa ensuite on a mené une analyse Pareto pour déterminer les causes qui ont plus d’effet. A l’étape d’optimisation nos efforts de recherches ont abouti aux propositions suivantes : Au niveau du four : la proposition de substitution des briques nous a permis de minimiser les pertes avec un taux de 37 kcal/kg KK, qui nous a permis un gain en énergie de 2672858.866 DH/12 mois avec une rentabilité de 2 ans et 5 mois. Au niveau de la tour : la substitution des réfractaires nous a permis aussi de minimiser les pertes avec un taux de 7 Kcal/ kg dans la Tour .qui a permis à la société un gain de 505676,0016 DH /12 Mois, avec une rentabilité de 7 mois.

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Présentation générale de l’entreprise
1.Présentation de Lafarge Meknès
Fiche Signalétique
Produits fabriqués
2.Organigramme de LAFARGE Meknès
Processus de fabrication du ciment
Composition chimique du ciment
Production du clinker
3.La ligne de cuisson
3.1 La tour de préchauffage où la tour à cyclone Principe de fonctionnement du cyclone
3.2 Four rotatif
Chapitre II : Présentation du Problématique
I.Variation de la consommation d’énergie durant l’année 2014
II.Problématique
III. Les étapes du déroulement du projet
Chapitre III : Étude de transferts thermiques et appareils de mesure
1.Mode de transfert thermique Transfert par conduction
1.1 Conduction d’une paroi cylindrique
2.Transfert par convection
2.1 Détermination du coefficient thermique de convection naturelle
2.2 Détermination du coefficient thermique de convection forcée
Transfert par rayonnement
Appareils de mesure
Pyromètre Infrarouge
Anémomètre
Chapitre IV : Calcul des pertes d’énergie Et étude des causes
Calcul des surfaces et mesures des températures et des vitesses du vent des éléments de la ligne de cuisson
Calcul de la surface et mesure de la température et vitesse du vent de la Tour :
1.1 Calcul de la surface des cyclones
Calcul de la surface de la gaine Gaz C2 et C3
Calcul de la surface Gaine Gaz C4
Boite à fumer
Calcul de la surface du four avec les différentes mesures
Calcul de la surface et mesure de la température et vitesse du vent du capot de chauffe :
Calcul de la surface et mesure de la température et la vitesse du vent du refroidisseur :
Calcul de la surface et mesure de la température de la gaine d’exhaure :
Calcul des pertes par parois
Les résultats
III. Analyse des causes
Recherche des causes probables des problèmes constatées
Vote Pondérée
Analyse Pareto
Chapitre IV : Proposition de solution
Le plan à suivre pour réduit les pertes
Historique du briquetage
Four
1.1 Les caractéristiques des briques réfractaires
Les caractéristiques des briques réfractaires sont présentées sur le tableau 19 :
1.2 Calcul et comparaison des résistances thermiques
2.La Tour de préchauffage
2.1 Calcul et comparaison des résistances thermiques
III. Évaluations économiques du projet
Solution et proposition
Étude économique pour le four
Étude économique pour la tour
Conclusion