La centrale thermique a vapeur

LA CENTRALE THERMIQUE A VAPEUR

Quelques définitions

La centrale thermique à vapeur :
Une centrale thermique est une installation formée de plusieurs éléments. Elle a pour rôle principal de produire de l’électricité à partir d’une source d’énergie primaire (combustible) qui se présente sous forme d’énergie calorifique pour la centrale à vapeur.

La combustion :
On appelle combustion, la combinaison rapide et exothermique d’une substance solide, liquide ou gaz. La substance qui brûle est le combustible et le gaz dans lequel a lieu la combustion est le comburant.

Les combustibles :
Ce sont des substances susceptibles composées d’hydrogène et de carbone à l’état solide, liquide ou gazeux d’être brûlées dans le foyer et produisant de l’énergie calorifique.

Le combustible utilisé:
Nous avons utilisé la biomasse sèche comme combustible dans notre installation. La valorisation de ce combustible permet de récupérer de l’énergie, ainsi que leurs cendres peuvent être utilisées dans divers domaines comme la fabrication d’engrais ou du savon. De plus, la biomasse est aussi une énergie renouvelable et son utilisation limite l’émission de gaz à effet de serre notamment le C02.

Types de biomasse :
On distingue trois principaux types de biomasse :
– La biomasse lignocellulosique : déchets de bois et sciure, les résidus vert, la balle de riz, la bagasse de canne à sucre.
– La biomasse à glucide : les céréales, les cannes à sucre…
– La biomasse oléagineuse : palier à huile, jatropha…

Puis, la biomasse venant du silo de stockage pourrait être acheminée de façon automatique jusqu’au foyer de la chaudière par l’intermédiaire d’un système de vis sans fin. Elle est brûlée dans le foyer et la chaleur dégagée pendant la combustion permet de vaporiser l’eau contenue dans la chaudière. L’énergie calorifique de la vapeur ainsi formée est transformée en énergie de pression pour faire tourner la turbine à vapeur couplée par un alternateur. Grâce à l’énergie mécanique fournie par la turbine, l’alternateur produit une énergie électrique. Ainsi, le transformateur élève la tension produit par l’alternateur. Enfin, à la sortie de la turbine, la vapeur passe au condenseur pour être transformée en eau. L’eau ainsi obtenue est retournée dans la chaudière par l’intermédiaire de la pompe à eau pour le cycle suivant.

Remarque :
– Au démarrage les équipements actionnés par un moteur électrique ont besoin d’un groupe électrogène car la centrale ne fournit pas encore d’électricité.
– Pour assurer le fonctionnement du générateur de vapeur, la centrale est installée dans les régions auxquelles on peut trouver une quantité suffisante de la biomasse.

Classification par puissance 

– Petite centrale : 50 à 200 KW
– Moyenne centrale : 200 à 1000 KW
– Grande centrale : 1000 à 5000 KW
En générale, si une centrale doit fournir 150kW par exemple :
– 10 kW destinés à assurer le fonctionnement des organes auxiliaires comme le ventilateur, la pompe à eau.
– 140 kW distribués vers les utilisateurs.

LE GENERATEUR DE VAPEUR

Définition :
La chaudière que l’on appelle aussi générateur de vapeur, est un dispositif permettant de produire de la vapeur à partir de l’eau .Cette dernière est chauffée à une température et à une pression supérieure à la pression atmosphérique. Industriellement, on utilise la chaudière pour produire la vapeur nécessaire au fonctionnement des procédés. La source de chaleur peut être fournie par des combustibles (gaz, fioul, charbon…) ou une résistance électrique.

Chaudière à combustible :
Elle est composée de quatre compartiments distincts :
– La chambre de combustion dans laquelle sont brûlés les combustibles.
– L’échangeur de chaleur dans lequel l’eau est chauffée.
– Le ballon ou réservoir de stockage qui joue un rôle séparateur de l’eau et de la vapeur.
– La cheminée permet d’évacuer les fumées à l’intérieur de la chaudière vers l’atmosphère.

Classifications de la chaudière :
Plusieurs caractéristiques permettent de classer une chaudière :
La nature de la vapeur produite :
– Basse pression : la pression varie de 8 à 16 bars
– Moyenne pression : la pression varie de 16 à 45 bars
– Haute pression : la pression est au-delà de 45 bars
La Capacité:
– Petite installation : le débit de la vapeur est inférieur à 6t/h
– Moyenne installation : le débit de la vapeur est compris entre 10 à 75 t/h
– Grande installation : le débit de la vapeur est plus de 75t/h
La Circulation d’eau :
– Circulation naturelle
– Circulation assistée par pompe
– Circulation forcée .

Différents types de chaudière :
Il existe deux types de chaudière :
♦ La chaudière à tube de fumée
♦ La chaudière à tube d’eau

Chaudière à tube de fumée :
Cette chaudière a pour principe de chauffer l’eau par l’intermédiaire des tubes insérés dans le réservoir et à l’intérieur desquels circule la chaleur produite dans le foyer. Elle fournit de la vapeur saturée environ de 1 à 25 tonnes/heure en utilisant comme combustibles du gaz ou du fioul.

Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE I: GENERALITES
Chapitre I: LA CENTRALE THERMIQUE A VAPEUR
I.1 Quelques définitions
I.1.1 La centrale thermique à vapeur
I.1.2 La combustion
I.1.3 Les combustibles
I.1.4 Le combustible utilisé
I.2 Les différents organes
I.3 Principe de fonctionnement
I.4 Classification par puissance
I.5 LE GENERATEUR DE VAPEUR
I.5.1 Définition
I.5.2 Chaudière à combustible
I.5.3 Classifications de la chaudière
I.5.4 Différents types de chaudière
I.5.5 Cycle thermodynamique appliqué à la chaudière
I.5.6 Domaine d’utilisation
I.5.7 Différents paramètres d’une chaudière
Chapitre II: SYSTEMES AUTOMATISES DE PRODUCTION
II.1 Description des différentes parties
II.1.1 Partie opérative
II.1.2 Partie commande
II.2 Différents types de commande
II.2.1 Domaine d’application
II.3 Notion de GRAFCET
II.3.1 Définition
II.3.2 Les différents niveaux de GRAFCET
II.4 Régulation – asservissement
II.4.1 Définition
II.4.2 Notion de système, de boucle Ouverte (BO), de boucle Fermée (BF)
II.4.3 Principe de base d’un asservissement
Chapitre III: Automate Programmable Industriel (API)
III.1.1 Définition
III.1.2 Structure
III.1.3 Circuits périphériques
III.1.4 Câblage des E/S
III.1.5 Cartes E/S
III.1.6 Langage de programmation
PARTIE II: METHODOLOGIE
Chapitre IV: CHOIX DES ORGANES UTILISES
IV.1Capteur de niveau utilisé
IV.2Les équipements pour l’alimentation d’eau
IV.3Les différents actionneurs
IV.3.1 Les vannes et l’électrovanne
IV.3.2 Moteur électrique
IV.4Automate Programmable Industriel
IV.5La chaudière utilisée
Chapitre V: AUTOMATISATION DE LA CENTRALE
V.1 Schéma de l’installation
V.2 AUTOMATISATION AU NIVEAU DE LA CHAUDIERE
V.2.1 Système de transport de la biomasse jusqu’au silo de stockage
V.2.2 Système de chargement du foyer
V.2.3 Système d’évacuation des cendres
V.2.4 Système d’alimentation d’eau
V.2.5 Schéma électrique de puissance et de contrôle
V.2.6 Programmation Ladder
V.2.7 Automate
V.3 AUTOMATISATION AU NIVEAU DE LA DISTRIBUTION DE LA VAPEUR
V.3.1 Principe de fonctionnement
V.3.2 Schéma électrique de contrôle
V.3.3 Programmation de l’Automate en langage ladder
V.3.4 Automate
V.3.5 Conséquences de la variation de charge
V.3.6 Solution à proposer
V.3.7 Boucle de régulation
V.3.8 Les fonctions de transfert
V.3.9 Synthèse du correcteur : (méthode graphique)
Chapitre VI: AUTOMATISATION DE LA CENTRALE AVEC L’API Siemens S7-200
VI.1Présentation du produit
VI.2Caractéristiques de L’API S7-200
VI.3Connexion de CPU S7-200
VI.4Exécution de la logique de commande par l’API S7-200
VI.5Module d’extension
VI.6Variables de l’automate S7-200
VI.7Les différentes séquences de la centrale
VI.7.1 Au niveau de chargement du silo
VI.7.2 Au niveau de chargement du foyer
VI.7.3 Au niveau d’évacuation des cendres
VI.7.4 Au niveau d’alimentation d’eau
VI.7.5 Au niveau de la distribution de la vapeur
PARTIE III: MANUEL D’UTILISATION ET LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
CONCLUSION

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