Département Génie des Procédés Industriels · Le présent travail donne, dans sa première partie, une présentation brève de Holcim Maroc, ... Rapport de PFE Page 4 I -HISTORIQUE

Département Génie des Procédés Industriels

Rapport de PFE Page 1

I-INTRODUCTION :

Dans le cadre de son engagement pour la protection de l’environnement, et en

parallèle à sa politique de management environnemental, HOLCIM MAROC a

procédé au changement de l’ancien système de dépoussiérage (les électrofiltres) par

des filtres à manches à l’usine d’Oujda. Cette initiative s’inscrit dans le cadre de la

politique du développement durable.

Pour améliorer notre connaissance et maîtrise du procédé et voir l’impact des filtres

à manches, un check-up des lignes de cuisson a été prévu. Au cours de ce check-up,

un suivi des émissions de poussières, durant le mois d’avril a eu lieu, et une

compagne de mesures visant à établir une série de bilans a été réalisée, à savoir le

profil d’oxygène dans le préchauffeur et l’atelier broyage, et le profil de pressions et

de température dans la tour de préchauffage. En outre, des mesures sur les

ventilateurs ont été effectuées pour évaluer leurs performances.

Le présent travail donne, dans sa première partie, une présentation brève de Holcim

Maroc, et une description succincte du procédé de fabrication du ciment à l’usine

d’Oujda. Puis la deuxième partie sera consacrée pour étudier l’efficacité du

dépoussiérage, et établir une comparaison entre les électrofiltres et les filtres à

manches. Cette étude comprend quatre volets : Les émissions de poussières, le

rendement, l’étanchéité du système et la consommation électrique. Elle traite aussi

l’importance de l’air parasite au niveau de l’atelier de broyage et le gain réalisé en

eau après le changement.

La troisième partie vise à déterminer un état de référence des paramètres de marche

du système four (Consommation calorifique, répartition de l’énergie thermique,

problèmes de concrétion dus aux éléments volatils, efficacité de la tour de



préchauffage...). Par la suite, dans la dernière partie, on étudiera l’impact de ce

changement sur les performances des principaux ventilateurs (Consommation

électrique et rendements). Notons que pour chaque partie, on essayera de regrouper

les principales conclusions et de proposer quelques recommandations qu’on a jugées

nécessaires pour résoudre les problèmes relevés lors de ce check-up.



Partie :1

- Historique du ciment

- Présentation de HOLCIM MAROC.

- Description du procédé



I -HISTORIQUE DU CIMENT :

Le terme «ciment» est issu du latin coementum qui signifie mortier, liant des

maçonneries. Dans la préhistoire et au début de l’Antiquité, les maçonneries étaient

soit liées à l’argile, soit réalisées sans liant, comme les murs pélasgiques de Grèce ou

les murs incas. À Babylone, les maçonneries de briques étaient liées au bitume. Les

Egyptiens utilisèrent pour les pyramides, notamment, un plâtre grossier produit par

cuisson d’un gypse (sulfate de calcium) impur. Les Grecs furent parmi les premiers

constructeurs employant la chaux obtenue par cuisson du calcaire (carbonate de

chaux). Les Romains se servirent beaucoup de la chaux dans leurs constructions,

mais améliorèrent ce liant dès le 1er siècle avant J.-C., en l’additionnant de

pouzzolane soit naturelle comme les cendres volcaniques actives, soit artificielles

comme les briques pilées. Ils obtinrent ainsi un liant hydraulique, appelé ciment

romain, qui est en fait intermédiaire entre une chaux et un véritable ciment. Celui-ci

permit de construire de grands ouvrages hydrauliques, tel le pont du Gard, ou

maritimes tels les ports.

Aucun progrès ne fut accompli sur les liants pendant le Moyen âge, dont les

principales constructions – cathédrales, châteaux...– doivent leur réussite surtout aux

progrès réalisés dans l’art de tailler et d’assembler les pierres.

C’est seulement au XVIIIe siècle, les procédés de cuisson s’améliorant, que des

chaux hydrauliques, intermédiaires entre les chaux et les ciments, furent produites.

En 1756, l’Anglais Smeaton, en mélangeant celles-ci avec des pouzzolanes, obtint un

mortier aussi dur que la pierre de Portland. Cette élaboration fut reprise par ses

successeurs. Ainsi fut introduite progressivement dans le langage l’appellation de

ciment Portland.



En 1817, le Français Louis Vicat, étudiant scientifiquement et non plus

empiriquement, comme ses prédécesseurs, les chaux hydrauliques, découvrit les

principes chimiques des ciments et définit leurs règles de fabrication. Aussi en est-il

considéré comme l’inventeur.

En 1824, l’anglais Aspdin prit un brevet pour la fabrication d’un ciment de Portland,

mais celui-là comportait encore beaucoup de points obscurs. C’est seulement en 1845

que l’anglais Johnson indiqua de façon précise les règles de fabrication de ce produit.

À la fin du XIXe siècle, en France, Le Chatelier étudia la composition chimique des

divers constituants des ciments; son œuvre fut perfectionnée et achevée par

l’Américain Bogue au XXe siècle.

En 1890, on comprit l’intérêt du laitier granulé ajouté au ciment, et, après 1945,

celui des cendres volantes. Les ciments spéciaux sont d’invention plus récente: le

ciment alumineux fut découvert par Bied, en 1908.

II- PRESENTATION DE HOLCIM MAROC :

HOLCIM MAROC a été créée en 1976 par l’office de développement industriel

avec le concours de la banque islamique. Sa première cimenterie d’Oujda a démarré

en 1979 avec une capacité de production nominale de 1.2millions de tonnes/an. En

1993, HOLCIM MAROC a mis en service sa deuxième cimenterie, à Ras Elma dans

la région de Fès, d’une capacité de production de 600000tonnes/an, pour remplir les

besoins et suivre la croissance du marché national. En outre, deux centres de broyage

et de distribution ont été ouverts à Fès et à Casablanca, avec une capacité de

de 500000 tonnes/an et 300000 tonnes/an respectivement, et sont approvisionnés par

wagons citernes.



En 15 avril 2002, HOLCIM MAROC a changé son ancienne dénomination (CIOR).

Ce changement affirme son appartenance à un groupe international leader dans le

domaine de fabrication du ciment.

Les actions de HOLCIM MAROC sont reparties de la façon suivante :

♦ HOLCIM : 51 %.

♦ Banque Islamique de Développement: 13.8 %.

♦ Actions cédées en bourse : 35.2 %.

HOLCIM MAROC EN CHIFFRE :

- Capital actuel : 421 MDH.

- Capacité de production : 2.2MT/an.

- Part de marché : 22%.

PRODUCTION EN CHIFFRE :

* Usine d’Oujda : 1.6 MT/an.

* Usine de Ras-El ma : 600.000t/an.

* Centre de broyage et d’ensachage de Fès : 500.000t/an.

* Centre de broyage et d’ensachage de Casablanca : 300.000t/an.

MOYENS HUMAINS :

* 47 cadres supérieurs.

* 230 agents de maîtrise.

•••• 505 ouvriers.

USINE D’OUJDA :

L’usine d’Oujda est situé à 45 Km à l’Ouest d’Oujda à proximité de la route

principale Oujda- Casa et 15Km de la localité d’El Aioun.



1) MATIERES PREMIERES :

- Calcaire : Le gisement du calcaire se trouve prés de l’usine. Les réserves sont

estimées à 600 millions de tonnes.

- Argile : Le gisement est situé à 7Km de l’usine avec une réserve de l’ordre de 200

millions de tonnes.

- Matières d’ajouts :

•••• Gypse : dont le gisement est situé 60Km de l’usine.

•••• Tuf et pouzzolane : sont extraits de plusieurs gisements qui se trouvent dans

la région de Nador.

2) ELECTRICITE :

L’usine d’Oujda est alimenté en énergie électrique par deux voies, à moyenne

tension de 60 KV (un poste de transformation de 225/60 KV est installé à proximité

de l’usine ).

Et pour faire face à toute défaillance du réseau, l’usine possède deux postes de

secours de 500 KVA, pour assurer la marche des organes vitaux.

3) COMBUSTIBLE :

Le combustible utilisé par HOLCIM MAROC est le petcoke. La consommation de

l’usine est d’environs 150000 tonnes/an.

L’approvisionnement est assuré par le charbon d’importations transitant par le port

de Nador.

4) EAU :

Les besoins en eau par la cimenterie sont satisfaits par deux sondages situés à 2 Km

de l’usine.



III -PROCEDE DE FABRICATION DU CIMENT :

Le procédé de fabrication du ciment à la HOLCIM (MAROC), est le procédé à voie

sèche à deux lignes, qui comprend les étapes suivantes :

III-1 EXTRACTION DE LA MATIERE PREMIERE :

Les matières premières nécessaires pour la fabrication du ciment sont :

• Argile : son gisement est situé à proximité de l’usine.

• Calcaire :est extrait d’une carrière proche de l’usine par abattage à l’explosif.

Les réserves des matières premières sont estimées à remplir les besoins de la

société sur une durée qui dépasse 100 ans.

L’exploitation de la carrière est sous-traitée. Il est à noter que ces deux matières

premières contiennent les éléments ci-dessous :

- La silice.

- L’alumine.

- Les minerais de fer.

- Les alcalins(Na ;K).

- Les sulfates et les sulfites.

- Calcaire.

- Le chlore.

et d’autres éléments en état de trace, tels que TiO2…etc.

III-2 CONCASSAGE :

Après l’extraction, la matière est introduite dans un concasseur dont le rôle est de

réduire la taille des blocs de matière afin de faciliter le transport et les opérations

venant par la suite. A l’issue de son concassage, la matière est envoyée vers le tas de

stockage. Ces derniers sont faits pour permettre la marche continue du processus de



fabrication du ciment. Et leur formation constitue une étape première

d’homogénéisation très avancée, appelée étape de pré homogénéisation.

III-3 ECHANTILLONNAGE :

La proportion des compositions chimiques de la matière première est un facteur

déterminant dans la qualité du ciment. Un contrôle de ce facteur est donc nécessaire.

Pour cette raison ; la matière concassée transite par une station d’échantillonnage

pour analyser les échantillons prélevés à la tête de chaque heure. Ainsi, la matière est

corrigée par les ajouts juste avant le broyage.

III-4 BROYAGE ET SECHAGE :

Pour espérer une bonne cuisson, l’un des paramètres qu’il faut maîtriser est la

granulométrie de la matière. Pour ce faire, la matière concassée passe dans un

broyeur permettant de sécher la matière et d’obtenir la finesse voulue.

� Le broyage est assuré grâce à des boulets ( diamètre allant de 90mm à l’entrée du

broyeur, jusqu’à 30mm à sa sortie, qui sont classés à l’aide des plaques auto-

classantes.

� Le séchage est assuré par une partie des gaz aspirés du four. La température à la

sortie du broyeur est de l’ordre de 110°C.

Signalons qu’un séparateur statique est placé à la sortie du broyeur et ne laissant

passer que les grains de finesse recommandée, alors que les gruaux sont recyclés à

l’entrée du broyeur.



Les caractéristiques du broyeur sont illustrées dans le tableau suivant :

Broyeur cru

Nombre des broyeurs 2

Vitesse de rotation 15 tr/min

Diamètre 5m

Longueur 8m

Capacité 140T/h par broyeur

Puissance du moteur 1500ch par broyeur

Finesse finale 90% < 100µm

Tableau 1-1 : Caractéristiques du broyeur cru

III-5 HOMOGENEISATION :

La matière crue, provenant des broyeurs, est transportée, par des transporteuses

aéroglissières au silo d’homogénéisation afin de lui conférer une composition

chimique homogène grâce à un système de fluidisation. Cette opération permet

d’améliorer la cuisson par la suite.

La farine est ensuite stockée dans 4 silos de stockage de capacité totale de 6800

tonnes.

III-6 PRECHAUFFAGE :

Cette opération a lieu dans une tour dite DOPOL. Elle consiste à un chauffage

progressif de la matière en circulation à contre-courant avec les gaz issus de la

combustion au sein des cyclones. Ce chauffage a comme objectifs :

� L’évaporation de l’eau superficielle.

� La dissociation de l’eau chimiquement liée à la matière, entre 250°C et 650°C.



� La décarbonatation partielle de la matière suivant les deux réactions :

MgCO3 MgO + CO2

CaCO3 CaO + CO2

La tour DOPOL présente les caractéristiques suivantes :

La Tour DOPOL

Hauteur 70 m

Nombre de cyclones 9/ligne

Nombre d’étages 4

Diamètre des cyclones 3.6 m à 4 m

Température des gaz à

la sortie 300°C à 360°C

Température de la

farine à la sortie 800°C à 900°C

Tableau 1-2 : Caractéristiques de la tour DOPOL

III-7 CUISSON ET REFROIDISSEMENT :

La farine provenant de la tour de préchauffage déjà décarbonatée à 60% poursuit

son parcours dans le four.

On distingue trois zones au sein du four :

♦ La zone de calcination ( appelée aussi de transition) :

C’est la zone existant à l’entrée du four, et là où s’achève la décarbonatation de la

matière.



♦ La zone de cuisson ou de clinkérisation :

C’est la zone la plus importante et la plus chaude du four rotatif. En effet, la

température de cette zone peut dépasser 1500°C, ce qui permet la combinaison de

(CaO)2SiO2 avec la chaux libre pour donner les cristaux de (CaO)3SiO2 qui

grossissent et granulent, formant ainsi du clinker.

Dans ce qui suit, on notera :

- La chaux : CaO par C.

- La silice :SiO2 par S.

- L’alumine :Al2O3 par A.

- Le ferrite : Fe2O3 par F.

Les réactions principales ayant lieu dans cette zone sont :

4C +F + A C4AF Ferroaluminate calcique.

2 C + S C2S Silicate bicalcique.

3 C + S C3S Silicate tricalcique.

3 C + A C3A Aluminate tricalcique.

La chaleur nécessaire pour la réalisation de ces réactions est apportée par les gaz de

combustion, qui sont transportés par l’air de transport aux zones de clinkérisation, de

calcination et à la tour DOPOL. La rotation et l’inclinaison du four permettent la

progression de la matière.

♦ Le refroidissement du clinker :

Le refroidissement du clinker est une étape cruciale dans la production de clinker de

bonne qualité. En effet, le clinker doit être refroidi rapidement pour :

• Eviter la rétrodégradation de C3S en C2S en cas d’un lent refroidissement, et donc

éviter la formation de la chaux libre, responsable des expansions et des

gonflements du ciment.



• Récupérer la chaleur du clinker qui sera transportée par l’air secondaire transitant

vers le four et servira pour le chauffage et la cuisson.

• Rendre possible son transport et son stockage au niveau des silos.

Le système de refroidissement du clinker comprend 9 ballonnets et 4 ventilateurs.

Four

Nombre de fours 2

Longueur 80 m

Diamètre 4.6 m

Capacité 900t/jour/four

Vitesse de rotation 2.8 tr/min

Inclinaison 3% de l’horizontale

Puissance du moteur 382Kw/four

Tableau 1-3: Données fonctionnelles du four.

III-8 BROYAGE CLINKER :

A ce stade des additifs sont ajoutés au clinker :

- Le gypse : permet de régulariser et de ralentir la prise.

- Les pouzzolanes : L’emploi des pouzzolanes confère au ciment des propriétés

intéressantes, notamment :

•••• Une amélioration de la résistance du béton à long terme.

•••• Une augmentation de la résistance contre le gel.

•••• Une réglabilité du temps de prise, de la dureté et de l’élasticité.



D’autres additifs peuvent s’ajouter tels que les cendres volantes, conférant des

propriétés spécifiques. Le mélange est broyé dans deux broyeurs à boulets de capacité

110T/h chacun.

Les différents types de ciment sont :

* CPJ 45 : Ciment Portland de résistance à la compression égale à 45MPa après

28 jours.

* CPJ 35 : Ciment Portland de résistance à la compression égale à 35MPa après

28 jours.

* CBG : Clinker broyé gypsé, c’est un mélange de clinker et de gypse ( produit

semi-fini ) tel que le gypse présente à peu prés 7%, à ce mélange s’ajoute 16% ou

30% de pouzzolane pour avoir respectivement CPJ 35 ou CPJ 45.

Le ciment produit est stocké dans 12 silos dont la capacité totale est de 40000 tonnes.

III -9 ENSACHAGE ET DISTRIBUTION :

L’atelier d’ensachage et de distribution est conçu pour la livraison des différents

types de ciment en sac ou en vrac, par route ou par rail. Il a été automatisé pour

réduire les dépenses importantes de la main d’œuvre.

III -10 COMBUSTIBLE :

La hausse des prix des produits pétroliers à la fin des années 70, a poussé les gros

consommateurs d’énergie en l’occurrence les cimenteries, à se convertir à la chauffe

aux combustibles solides. Ainsi HOLCIM MAROC a démarré son atelier de broyage

du combustible solide en 1985.



L’atelier de combustible est composé des trois parties :

III -10-1)Réception, stockage et reprise:

Le combustible utilisé est le petcocke, et livré à l’usine par camion ou par wagon, et

déchargé dans une trémie de réception de capacité de 100 tonnes.

A l’aide d’un extracteur et d’un convoyeur à bande, le combustible est acheminé vers

l’aire de stockage. Le système de stockage, constitué d’un stock permet de

préhomogénéiser la matière par couches successives grâce à son mouvement de

translation sur rail.

La reprise du combustible est réalisée par un gratteur qui déverse directement sur le

convoyeur d’acheminement vers l’atelier broyage.

III -10-2) Broyage :

Le combustible brut entre dans le broyeur sous forme de blocs pour être broyé à une

finesse permettant de réaliser une combustion complète dans le four.

Durant cette étape de broyage, le combustible est séché par les gaz chauds soutirés

de la tour de préchauffage.

III -10-3)Dosage et transport du combustible :

Le système de dosage est constitué d’une trémie de capacité utile de 4.750tonnes par

l’intermédiaire d’une vanne à commande pneumatique.

Le transport du combustible au four se fait à l’aide de l’air surpressé fourni par un

surpresseur.

Le combustible est introduit pulvérisé dans le four à l’aide de l’air primaire.



DIAGRAMME GENERAL DU PROCESSUS DE FABRICATION DU

CIMENT

ENSACHAGE ET EXPEDITION

AJOUTS Tuf, Argile,

Pouzzolane .

BROYAGE CLINKER

CUISSON (Four rotatif)

HOMOGENEISATION

SECHAGE ET BROYAGE

PREHOMOGENEISATION

CONCASSAGE

GYPSE

CALCAIRE 78%

%%%

ARGILE 22%

FUMEE





Partie :2

- Check-up de l’atelier de broyage :

1. Efficacité des filtres à manches.

2. Entrées d’air faux.

3. Gain en eau.



I) EFFICACITE DU SYSTEME DE DEPOUSSIERAGE ( FILTRES A

MANCHES) :

A l’instar des autres compagnies du groupe HOLCIM, HOLCOM MAROC est en

train de développer une politique environnementale basée sur le principe de

développement durable à savoir l’utilisation rationnelle et économique des ressources

naturelles, la protection des milieux naturels, le respect des normes et

réglementations environnementales, etc…

Et dans le cadre de ces engagements, HOLCOM MAROC a installé de nouveaux

filtres à manches qui viennent remplacer les éléctrofiltres. Ceci étant dans le but de

limiter les rejets de poussières.

1- Description des filtres à manches :

Le filtre à manche est un appareillage conçu pour exercer la fonction d’épuration

d’un aériforme poussiéreux. L’action d’épuration se fait en convoyant l’aériforme du

local où il est prélevé à travers un système de tubulures, jusqu’à l’intérieur des filtres.

Un ventilateur en aval de ce dernier assure le tirage nécessaire et l’évacuation des gaz

épurés dans le milieu.

Le filtre à manches consiste en deux volumes séparés, un poudreux et un propre.

Pour passer du premier au second, l’aériforme doit traverser une surface poreuse

constituée de feutre (Voir figure 1 annexe 2) qui retient la poussière et laisse passer

les gaz.

La surface poreuse est constituée de manches cylindriques soutenues des paniers

réalisés en fil de fer, une plaque perforée (dite à tubes) a pour fonction de séparer

physiquement les deux milieux et de fournir le soutien pour les manches. Ces

dernières sont installées dans la partie propre et pénètrent sur toute leur longueur



le volume du gaz poussiéreux. Un système d’étanchéité entre les manches et les

plaques à tubes empêche le passage des poussières de la partie sale à la partie propre.

Pour empêcher la dégradation du système et l’encrassement des manches, celles-ci

doivent être périodiquement nettoyées pour éliminer les poussières accumulées sur la

surface, tout en maintenant les valeurs de perméabilité du moyen filtrant (surface

poreuse) à des niveaux fonctionnellement acceptables. Le nettoyage se fait

automatiquement en injectant à l’intérieur de la manche une quantité contrôlée d’air

comprimé. Les poussières éliminées par les manches, précipitent par gravité dans la

trémie de récupération et sont évacuées par le système d’évacuation.

2 - Caractéristiques principales de la machine :

La machine est conçue pour obtenir :

- Fiabilité dans l’efficacité de filtrage, la concentration à la sortie du filtre, en

conditions de fonctionnement correct, est inférieure de 10 mg/m3 , en

conformité avec toutes les limites d’émissions imposées par les normes.

- Efficacité énergétique : Consommation électrique réduite.

- Facilité de maintenace.

Pour protéger ces filtres contre toute défaillance éventuelle, suite à une température

élevée (>240°C), les gaz passent tout d’abord par un tour de conditionnement qui

assurent leur refroidissement à une température inférieure de 160°C. Pour cette

raison, la tour est dotée de deux registres d’entrées d’air. Un est ouvert en

permanence, l’autre est utilisé en cas d’urgence quand la température dépasse 220°C.

3-Efficacité des filtres à manches :

Dans l’objectif de maîtriser sa marche, un check-up des nouveaux filtres a été

réalisé. L’étude effectuée a compris quatre volets :

� La conformité aux normes.

� L’étanchéité du système.



� Le rendement.

� La consommation électrique.

3-1 Conformité aux normes :

Le respect des normes de l’environnement est devenu un soucis de toute unité

industrielle voulant être certifiée, surtout avec la venue de l’ISO 14001, qui tolère des

rejets de poussières, ne dépassant pas 100 mg/ Nm3 pour les anciennes usines et 50

mg/ Nm3 pour les nouvelles, vue leurs effets adverses tels que leur nocivité vis à vis

des organismes vivants qui constitue le problème le plus grave (exemple la silice).

Dans ce paragraphe, on essayera de montrer l’effet du changement des éléctrofiltres

par les filtres à manches sur les rejets des poussières.

Pour ce faire, un suivi des concentrations des poussières émises par la cheminée, a

eu lieu le long du mois d’Avril 2002 (cas des filtres à manches), et le mois d’Octobre

2001 ( cas des éléctrofiltres). (Voir tableau 1 annexe 2).

Figure 2-1 : L'évolution des émissions de poussières

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 5 10 15 20 25 30 Journée

Concentration en (mg/Nm3)

Cas des électrofiltres(Mois octobre)Cas des filtres àmanches (Mois avril)



Sur le graphe ci-dessus, il parait clair que les rejets des poussières se sont

notablement réduits après l’installation des filtres à manches et conservent des

valeurs faibles ne dépassant pas 16 mg/Nm3 respectant ainsi les normes qui tolèrent

un maximum de 100 mg/Nm3. Par contre, les émissions de poussières par les

électrofiltres dépassent parfois les normes comme le montre le graphe, surtout sur les

deux premières semaines du mois d’octobre précédent, avec des valeurs

remarquablement élevées qui atteignent parfois 450 mg/Nm3 voire plus.

En outre, on note une instabilité des émissions de la poussière rejetée par les

électrofiltres, à l’encontre des filtres à manches qui présente une bonne stabilité.

Cette instabilité des émissions et le dépassement des normes en cas des électrofiltres

sont dus essentiellement à :

- Température des gaz élevée qui dépasse 90°C : En effet les électrofiltres ne

sont efficaces que pour des températures inférieures à 90°C.

- Arrêt des électrofiltres : qui est dû à des concentrations élevées de CO qui peut

engendrer, en présence de l’O2 et l’étincelle, l’explosion de l’installation.

- Colmatage des électrodes.

3-2 Etanchéité des filtres :

Pour avoir une idée sur l’étanchéité du nouveau système de dépoussiérage, il a été

estimé nécessaire de procéder à une évaluation des entrées d’air faux à partir de la

connaissance des taux d’oxygène O2 à l’entrée et la sortie des filtres, qui ont été

mesurés dans le cadre du profil d’oxygène réalisé sur l’atelier de broyage cru.

Les résultats de ce check-up, en plus des résultats du dernier check-up réalisé sur les

éléctrofiltres, figurent sur le tableau ci- dessous :



O2 % à

l’entrée

O2 % à

La sortie

TAF

(%)

TAF dans l’air

faux total (%)

Ligne 1 Electrofiltres 9.2 10.9 10.7 33

Filtres à manches 11.6 12 4 9,2

Ligne 2 Electrofiltres

Filtres à manches 11,5 11,8 3,03 7

Tableau 2-1 : Comparaison des TAF dans les filtres.

TAF : Taux d’air faux

A partir des résultats précédents, on peut conclure que les nouveaux filtres présentent

une très bonne étanchéité. En effet, l’écart relevé entre les taux d’oxygène à l’entrée

et à la sortie est faible, ce qui correspond à un taux d’air faux de 4 % dans la ligne 1

et de 3,03% dans la ligne 2. On peut donc conclure que le nouveau système de

dépoussiérage est bien étanche.

En comparaison avec les électrofiltres, ces derniers présentent d’importantes entrées

d’air faux. Les taux d’oxygène relevés lors du dernier bilan (voir tableau ci-dessus)

confirment que l’ancien système de dépoussiérage est moins étanche avec un taux

d’air faux de 10.7 % dans la ligne 1 et de 3,03% dans la ligne 2.

Le remplacement des électrofiltres par les filtres à manches a permis donc de réduire

les entrées d’air faux, et par suite la consommation électrique du ventilateur

cheminée, qui sera étudiée ultérieurement dans la partie des ventilateurs.

3-3 Rendement et coefficient d’épuration :

L’évaluation du rendement d’un système de dépoussiérage nécessite la connaissance

du débit de poussières à l’entrée (incident) Qe, le débit des poussières

récupérées Qr et le débit des poussières émises Qs.



Dans notre cas, le débit des poussières récupérées est déterminé à l’aide d’une pesée.

Celui des poussières émises est évalué en connaissant la concentration des poussières

Cg (mg/Nm3) et le débit des gaz à la sortie Qg (Nm3/h). Il est donné par

Qs= Cg *Qg

Où

Qg = [0.28 (q + 1) + (0.28 + 0.25 q ) xO2 / (21 - xO2)]*Qcli

Un bilan matière des poussières sur le système de dépoussiérage donne :

Qe = Qr + Qs

a- Le rendement ηηηη :

Il est donné par : ηηηη = e

r

Q

Q

b- Le coefficient d’épuration ττττ:

C’est le coefficient de réduction de la quantité de poussières incidentes. Il s’exprime

par la formule suivante : ττττQsQe=

Les principaux résultats relatifs aux filtres à manches et aux éléctrofiltres, sont

regroupés le tableau suivant :

Ligne1 Ligne 2

Eléctrofiltres Filtres à manches Eléctrofiltres Filtres à manches

Qg (Nm3/h) 345210 252262,2 290532 247983,3

Cg(mg/Nm3) 497 15,86 500 14,68

Qr (t/h) 10,9 28 11,5 24

Qe(t/h) 11,07 28,004 11.64 24,004

ηηηη (%) 98.46 99,98 98,79 99,98

ττττ 65 5000 50 5000

Tableau 2-2 : Rendements des filtres



On note, d’après les résultats représentés dans le tableau ci-dessus, que les

rendements des filtres à manches sont légèrement supérieurs à ceux des électrofiltres,

tandis qu’en tenant compte des coefficients d’épuration, on peut conclure que le filtre

à manches de la première ligne est 77 fois plus efficace, et celui de la deuxième ligne

est 100fois plus efficace que les anciens dépoussiéreurs.

4- Consommation électrique :

Des relevés de puissances consommées par les filtres à manches ont été effectués et

comparés à d’autres réalisés avant le remplacement des électrofiltres.

Les résultats figurent sur le tableau ci-après:

Les filtres à manches Les électrofiltres Débit clinker

(t/h) 165.2 165.2

Puissance consommée (KW)

2 x 67.6 2 x 218.6

Energie spécifique ck (KWh/ t cli)

0.82 2.64

Tableau 2-3 : Consommation électrique.

Un gain remarquable en consommation d’énergie électrique a été enregistré après le

changement des électrofiltres par les filtres à manches, qui est de l’ordre de

1.82KWh/ t clinker, ce qui correspond à une réduction de 69 %.

Cette amélioration est due essentiellement à la faible consommation électrique des

filtres à manches en comparaison avec celle des électrofiltres qui a été absorbée

essentiellement par le champs électrostatique crée.



II) ENTREES D’AIR FAUX :

La quantification d’air faux, au niveau des installations de l’atelier broyage, a été

réalisée dans le cadre du profil d’oxygène, pour détecter les entrées d’air parasite. Les

résultats de ce profil sont illustrés sur le tableau suivant :

O2%

à l’entrée

O2%

A la sortie

% Air

faux

% Air

faux global

Ventilateur DOPOL 4.2 6.3 6.9 25.3

Broyeur cru 11.7 12.7 11 40.2

Séparateur statique 12.7 12.7 0 0

Cyclones 12.7 13.1 5.2 18.9

Ventilateurs E 17 13.1 13.2 1.4 5

Ventilateur cheminée 12 12.2 2.1 7.8

Tableau 2-4 : L’air faux dans l’atelier de broyage cru

Les mesures réalisées au cours du profil d’O2 , ont mis en évidence l’importance de

l’air parasite dans l’atelier broyage avec un taux global de 27.5 %. Une grande partie

des airs faux est concentrée au niveau du broyeur, du ventilateur DOPOL et des

cyclones. Il est donc primordial d’éliminer ces infiltrations d’air.

III) GAIN EN EAU :

Le broyage de la matière première est l’une des importantes unités dans une usine de

fabrication du ciment, dont l’incidence économique est très lourde aussi bien à cause

des investissements réalisés, des frais d’entretien, de la forte consommation



énergétique et de la consommation des corps broyants. Tout comme les autres unités,

l’impact sur les broyeurs à cru dû au changement des conditions opératoires suite à

l’installation des nouveaux filtres est remarquable. En effet, après l’installation des

filtres à manches, l’injection d’eau; au niveau du broyeur cru et de la tour de

conditionnement; qui a eu comme objectif le refroidissement des gaz chauds pour

assurer le bon fonctionnement des électrofiltres; a été éliminée, ce qui a conduit à une

économie considérable d’eau.

Le but de ce paragraphe est d’évaluer ce gain en se basant sur les données

enregistrées pendant l’an 2001.

Durant l’an 2001 le broyeur cru de la ligne 1 a produit 758412 tonnes de farine et a

consommé un volume de 38025 m3 en eau. Et comme le rapport farine/ clinker est à

peu près égale à 1,6 alors le volume d’eau consommé par 1 tonne de clinker durant

son broyage est :

V1 = [( consommation annuelle) / production annuelle en farine] * 1,6

= [ 38025 / 758412] * 1,6

= 0,080 m3/tonne de clinker.

Durant l’an 2001, la tour de conditionnement de la ligne 1 a consommé un volume de

7726m3 en eau et la production en clinker est de 452405 tonnes.

Donc pour 1 tonne de clinker, la tour de conditionnement a consommé un volume V2

d’eau tel que :

V2 = [consommation annuelle en eau / production annuelle en clinker]

= [7726 / 452405]

= 0,017m3/tonne de clinker.

Finalement le volume d’eau récupéré au niveau du broyeur cru et la tour de

conditionnement est de : V = V1 + V2 = 0,097 m3/t.clinker = 97 l/t.clinker.

Ce gain en eau s’est traduit par une réduction de 37.8 % de sa consommation totale.



VI - CONCLUSION :

Le remplacement des électrofiltres par les filtres à manches s’est traduit par des

impacts conséquents sur l’atelier broyage :

- Réduction considérable des émissions des poussières et mise en conformité

avec la réglementation marocaine.

- Amélioration de la récupération de la matière grâce à l’efficacité des nouveaux

dépoussiéreurs.

- Elimination des entrées d’air faux au niveau des nouveaux filtres.

- Elimination du risque d’explosion.

- Gain en consommation électrique.

- Economie d’eau.



Partie :3

- Performances du four.

- Bilan matière.

- Bilan thermique.

- Bilan des éléments volatils.

- Efficacité du préchauffeur.



I) ETUDE DES PERFORMENCES DU SYSTEME FOUR :

1) Bilan matière et bilan thermique du système four :

Pour étudier les performances du four, un bilan matière et un bilan thermique sur

chaque ligne de production, ont été prévues. Mais, à cause de certaines contraintes

industrielles (instabilité des fours due à l’utilisation des boues de pétrole comme

combustible), l’étude s’est limitée sur la deuxième ligne.

Le bilan matière a pour objectifs d’évaluer les débits entrés et sorties du système four

et d’estimer l’importance du problème de concrétion.

Durant le bilan thermique du système four, ont été évaluées les chaleurs aux entrées

et sorties, la consommation calorifique et la combustion.

Ces bilans se sont déroulés dans les conditions suivantes :

• Pression atmosphérique : Pa= 945mbar.

• Température ambiante : Ta= 15°C.

• Production du four : 2181,4t/j.

( Tableau 1 annexe 3 : Pesé clinker pendant 12 h ).

• Température de référence : To = 20°C.

Toutes les chaleurs calculées seront rapportées à 1Kg de clinker.

1-1)Bilan matière solide :

Le bilan matière solide est un bilan qui tient compte uniquement de la matière non

volatile. Son établissement nécessite la connaissance des pertes au feu (PAF) de la

matière à l’entrée et à la sortie. Ce paramètre est déterminé au laboratoire.

Entrées :

-Alimentation four : (1- PAFcru) * Qcru

-Cendres du combustible (1- PAFcom) * Qcom

Avec :



Qcru : Débit de la farine crue rapporté au débit de clinker (Kg/Kg cli).

Qcom : Débit combustible rapporté au débit de clinker(Kg/Kg cli).

PAF (perte au feu ) : les pertes en poids à haute température ( 700°C à 1000°C ).

( Relevé des compteurs : tableau 2 annexe 3 )

Sorties :

-Clinker : (1- PAFcli) * Qcli

-Poussières sortie tour (1- PAFps) * Qps

Qps : Débit massique des poussières rapporté au débit de clinker (Kg/Kg clinker).

Qcli : Débit massique du clinker (=1).

1-2) Bilan thermique :

� Les entrées du four :

- Le combustible ( petcoke):

Deux chaleurs sont à considérer pour le combustible, la chaleur sensible et la chaleur

de combustion.

• La chaleur sensible du combustible est donnée par :

Hc1 = Qcom [(Ec/(100-Ec)) CPeau + CPcom] (Tcom – To) (Kj/Kg cli)

CPcom : Capacité calorifique du combustible en (Kj/ Kg °C).

CPeau : Capacité calorifique de l’eau en (Kj/ Kg °C).

Tcom : Température du combustible à l’entrée.

Ec : Humidité du combustible.

• La chaleur de combustion :

La combustion est une réaction déterminante dans le processus de cuisson. Elle

dépend de divers paramètres notamment le type de combustible. En effet, la chaleur



fournie lors de la combustion dépend du débit de combustible et de son pouvoir

calorifique inférieur PCI.

Pratiquement, HOLCIM-MAROC utilise un PCI = 33,445 MJ/ Kg combustible.

Cette valeur a été déterminée à l’aide d’un calorimètre.

Cette chaleur est donnée par :

Hc2 = Qcom * PCI (Kj/Kg cli)

- Farine crue:

Sa chaleur sensible est exprimée par:

HF = Qcru [(E/(100-E))CPeau + CPcru](T cru – T0) (Kj/Kg cli).

CPeau : Capacité calorifique de l’eau en (Kj/ Kg °C).

CPcru : Capacité calorifique du cru sec (Kj/ Kg °C)..

Tcru : Température de la farine crue à l’entrée.

E : Humidité du cru réellement introduite en %.

- L’air :

• Air primaire: Il sert essentiellement à transporter le charbon pulvérisé et à intervenir

dans l’opération de combustion en plus du réglage de la flamme.

La chaleur sensible de l’air primaire est donnée par:

HP =QP Cair (TP – To) (Kj/Kg cli).

QP : Débit volumique de l’air primaire rapporté au débit de clinker en(Nm3/Kgcli).

CPair : capacité calorifique de l’air (Kj/ Nm3 °C).

TP : Température de l’air primaire à l’entrée.



• Air secondaire : Il sert à refroidir le clinker, et représente 90% de l’air de

combustion.

La chaleur sensible de l’air secondaire est donnée par:

HS =QS Cair (TS – To) (Kj/Kg cli).

QS : Débit volumique de l’air secondaire rapporté au débit de clinker (Nm3/Kg cli).

CPair : Capacité calorifique de l’air en (Kj/ Nm3 °C).

TS: Température de l’air secondaire à l’entrée.

� Les sorties du four :

- La chaleur de formation :

La chaleur de formation englobe toutes les chaleurs des réactions subies par la

matière crue pour produire 1Kg de clinker.

• La chaleur de déshydratation des argiles :

La déshydratation des argiles càd la libération de l’eau chimiquement combinée sous

forme d’ions hydroxyles OH- se produit entre 300 °C et 900°C (considérée à 500 °C à

HOLCIM MAROC) selon la nature et la granulométrie de l’argile.

La chaleur de déshydratation des argiles est de : 83.6 Kj /Kg cli.

• La chaleur de décarbonatation de la matière :

Les réactions de décarbonatation :

CaCO3 CaO + CO2

MgCO3 MgO + CO2

La chaleur de la 1ére réaction est de 1768,14 Kj/Kg CaCO3

La chaleur de la 2éme réaction est de 2710 Kj/Kg MgCO3.

• La chaleur de clinkérisation:



La chaleur de clinkérisation est de :

– 459,8 Kj/Kg cli.

Pratiquement, HOLCIM MAROC utilise la formule suivante pour le calcul de cette

chaleur :

Hfor = xCaO * 3200 + xMgO * 2710 – xSiO2 * 2140 – xFe2O3 * 250 +xAl2O3 * 1720 (Kj/Kg cli).

-Le clinker :

La chaleur sensible du clinker est :

HCL = CPcl (Tcl – To) (Kj/ Kg cli).

CPcl : Capacité calorifique du clinker en (Kj/ Kg °C).

Tcl : Température du clinker à la sortie.

( Tableau 3 annexe 3)

- Les poussières sortie tour:

La chaleur sensible des poussières, qui quittent la tour DOPOL avec les fumées, est :

HPs =Qps CPps (Tps – To) (Kj/ Kg cli).

Cps : Capacité calorifique des poussières en (Kj/ Kg °C).

Tps : Température des poussières.

- Les fumées sortie tour :

La chaleur sensible des fumées sortie tour est :

Hf = Qf Cpf (T f – To) (Kj/Kg cli).

Qf :Débit volumique des fumées rapporté au débit de clinker en (Nm3/Kg cli).



Ce débit est calculé, en connaissant la composition sèche de l’O2 à la sortie de la

tour DOPOL, à l’aide de la formule suivante :

Qf = 0.28 (q + 1) + (0.28 + 0.25 q ) xO2 / (21 - xO2)

CPf : Capacité calorifique des fumées en (Kj/ Nm 3 °C).

Tf : Température des fumées °C.

xO2 : fraction volumique de O2

q : Consommation calorifique par Kg de clinker (Mj/Kg cli).

( Tableau 4 annexe 3 : Mesures sortie tour ) - La chaleur d’évaporation de l’eau du cru :

Cette chaleur est exprimée par :

Hvap1 = Qcru * [E/(100-E)]*L vap(eau) (Kj/Kg cli).

tel que :

Lvap(eau) est la chaleur latente d’évaporation de l’eau. Elle est prise égale à

L vap(eau) = 2450 Kj/Kg H2O.

- La chaleur d’évaporation de l’eau du combustible :

Cette chaleur est calculée par la formule :

Hvap2 = Qcom * [Ec/(100-Ec)]*L vap(eau) ( Kj /Kg cli).

- Les pertes par imbrûlés :

C’est une perte thermique sous forme d’imbrûlés gazeux (CO).

H ( pertes dues à CO) = Qf* xco* 12.64 * 103 ( Kj /Kg cli).

- Les pertes par convection et par radiation :

Ces pertes sont exprimées sous la forme suivante :

H(pertes par conv et rad) = ααααtot A (T – Ta) (Kj/Kg cli).



Où

ααααtot :Coefficient global de transfert. Ce coefficient est donné par

ααααtot =ααααconv + ααααrad

ααααrad : Coefficient de transfert par radiation.

ααααconv : Coefficient de transfert par convection.

( Figure 1 annexe 3 ) donne le coeficient globale de transfert par radiation et

convection .

• Les pertes par radiation :

Ces pertes sont calculées par la formule ci-dessous :

Hr = ααααrad A (T – Ta)

Avec

ααααrad = 0,04 CR εεεε ( Tm /100)3 [ 1+ (∆∆∆∆T/2T)2 ]

T : La température de la surface rayonnante A en °K.

Tm = (T + Ta)/2 : La température moyenne en °K.

∆∆∆∆T = T – Ta

CR : Constante de radiation = 5,67 W /m2 °K4.

εεεε : Coefficient d’émission. Il est égal à 0.9 pour le four rotatif et le refroidisseur, et à

0.85 pour la tour de préchauffage.

(La figure 2 annexe 3) donne le coefficient de transfert par radiation ααααrad (en fonction

de εεεε et ∆T).

• Les pertes par convection :

On distingue deux types de convections :

La convection libre : est due toujours à la différence de densité entre l’air chaud au

voisinage de la virole et l’air ambiant.

Pour l’évaluation du coefficient convectif, la corrélation suivante peut être utilisée :



Nu = 0.13 (Pr Gr)1/3 Pr Gr >109.

La convection forcée : se produit pour des vitesses de vent non nulles. Pour le calcul

du coefficient de transfert par convection forcée ααααf , on applique les formules ci-

dessous :

Nu = 0.0239 Re0.805 pour 40000 < Nu < 400000

Nu = 0.00672 Re0.905 pour Nu > 400000

Avec : Nu = λα D= Le nombre de Nusselt.

Pr = λη CP= Le nombre de Prandlt.

Gr =O

2

23

T

TgD

ηρ ∆ = Le nombre de Grashof.

Re =

ηDv

= Le nombre de Reynolds.

ααααl : Coefficient de transfert de chaleur par convection libre en (w/m2K).

ααααf : Coefficient de transfert de chaleur par convection forcée en (w/m2K).

D : Diamètre caractéristique (m) = π de/2. de étant le diamètre extérieur de la

virole (m).

CP: Chaleur spécifique (J/Kg K).

g : Constante de gravité = 9.81 m/s2.

ρρρρ : Densité du gaz (Kg/m3).

λλλλ : Conductivité thermique (w/m K).

ηηηη : Viscosité dynamique de l’air ( Kg/m s).

∆∆∆∆T : Différence de température = T – Ta.



Pratiquement, les deux formes de la convection ont lieu. Dans ce cas le calcul du

coefficient convectif global est donné par :

ααααtot =(ααααl2 + ααααf

2 )1/2

le tableau1 annexe 3 donne les propriétés de l’air à la température moyenne Tm.

(La figure 3 annexe 3 ) donne le coefficient de transfert par convection ααααconv en

fonction de T– Ta.

Etant donné que la température de la virole ne peut être considérée constante, il est

nécessaire de subdiviser la surface de la virole à des surfaces cylindriques sur

lesquelles on peut supposer que la température est constante.

Dans notre cas, on a sélectionné 80 surfaces cylindriques pour le four rotatif. L’aire

de chacune est de : Ai = π D L ( avec L = 1m et D varie entre 4.6 m et 5m. (Voir la

figure 4 annexe 3).

Pour le refroidisseur, chaque ballonnet a été subdivisé en surfaces dont la longueur de

chacune est de 0.11m et dont le diamètre extérieur est de 2.

Pour la tour de préchauffage, l’évaluation des pertes par convection et radiation est

faite sur les parties cylindriques et coniques des cyclones et sur les tubes. (Voir la

figure 5 annexe 3).



Air

Schéma 3-1 : Les entrées et sorties du four.

1-3) Résultats :

Les résultats du bilan matière solide figurent sur le tableau suivant :

Débit sec

Q (Kg/Kg cli).

Pertes au feu

(PAF) en %

Débit de matière solide

Q (1 -PAF) (Kg/Kg cli).

Entrées :

- Alimentation four

- Cendre de charbon

1,662

0,005

36

0

1,064

0,005

Total *** 1,069

Sorties :

- Clinker

- Poussières sortie tour

1

0,264

0

37.17

1

0,166

Total *** 1,166

Tab 3-1 : Bilan matière

Les résultats du bilan thermique sont regroupés dans le tableau de la page suivante:



Spécifications

Quantité de chaleur

(Kj/Kg cli)

Débits

(Nm3/Kg cli).

(Kg/Kg cli).

CP

(Kj/Nm 3°C).

(Kj/Kg °C)

T(°C)

ENTREES :

- La chaleur du combustible

* Chaleur de combustion

* Chaleur sensible

- La chaleur sensible du cru :

- La chaleur d’air primaire :

• Air axial

• Air radial

• Air de transport

- La chaleur d’air secondaire

0,108

0,108

1,662

0,021

0,021

0,035

1,100

-

1,014

0,876

1,283

1,283

1,283

1,283

-

30

55

84

36

95

15

3620,847

2,165

50,957

1,716

0,429

3,387

-7,048

Total 3672,453

SORTIES :

- La chaleur de formation

- La chaleur sensible du clinker

- La chaleur sensible des

poussières

- La chaleur sensible des fumées

sortie tour

- La chaleur d’évaporation de

l’eau du cru

- La chaleur d’évaporation de

l’eau du combustible:

- Pertes par CO

- Les pertes par convection et

radiation

* Tour de préchauffage

* Four rotatif

* Refroidisseur

--

1,000

0,264

1,510

0,009

0,0005

0,001

--

--

--

--

0,831

1,020

1,520

--

--

--

--

--

--

--

227

365

365

--

--

--

--

--

--

1798

172,017

92,902

789,400

22,111

1,225

1,794

126,984

288,716

245,500

Total -- -- -- 3538,666

Tab 3-2 : Résultats du bilan thermique.



1-4) Interprétations et discussion des résultats :

Les principaux résultats du bilan matière sont :

Débit farine affiché 151,1t/h

Débit clinker mesuré 90,89 t/h

Ecarts entrées/sorties 8,23 %

Facteur farine/clinker 1,66

Tab 3-3 : Résultats du bilan matière sans bouclage.

L’écart considérable entre l’entrée et la sortie du bilan matières est une

conséquence des indications trop basses du dosage de la farine tout en sachant que le

doseur du cru n’a pas été talonné avant le bilan.

Si on boucle le bilan matière (ramener l’écart à une valeur inférieure à 3% ) en

supposant que l’écart entrées /sorties provient essentiellement de l’étalonnage du

doseur farine, ce qui est tout à fait plausible vu que l’alimentation farine constitue

l’entrée la plus importante du bilan. On trouve les résultats suivants :

Débit farine 164,75 t/h

Facteur farine/clinker 1,81

Ecart 0%

Tab 3-4 : Résultats du bilan matière bouclé



Les principaux résultats du bilan thermique sont :

Production clinker mesuré 90,89t/h

Consommation petcoke affiché 9,84 t/h

Consommation calorifique 3620,9 Kj/Kg cli

Ecarts entrées/sorties 3,83 %

Tab 3-5 :Principaux résultats du bilan

thermique non bouclé.

Puisque les sorties ont été mesurées de façon fiable tout au long de la journée du

bilan est que la plus grande partie de l’apport énergétique provient du combustible,

dont la mesure du débit peut être sujette à des erreurs, on peut supposer que cet écart

est dû au mauvais étalonnage du doseur combustible.

En bouclant le bilan thermique, et sous l’hypothèse précédente, on obtient les

résultats suivants :

Consommation petcoke 9,35 t/h

Consommation calorifique 3440,5 Kj/Kg cli

Ecart 0,5%

Tab 3-6 : Principaux résultats du bilan thermique bouclé.



Cette consommation calorifique est répartie comme suit :

Fig 3-1: Répartition des principaux consommateurs d'énergie thermique

245,52288,72 176,17 93,51

1798

759

126 90115

300250

1750

760

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Kj/Kg cli

Pertes parois tour

Pertes virole four

Ch. fumées

Ch. formationPertes virole

refroidisseur

Ch. clinker

Ch. poussières

D’après l’histogramme ci-dessus, qui ne comporte que les principaux éléments

consommateurs d’énergie calorifique, on peut tirer les résultats suivants :

- La chaleur de formation de clinker est élevée : ceci peut être attribué à

une mauvaise composition de la matière crue ( LSF élevé ).

- La chaleur sensible évacuée par les fumées à la sortie de la tour est

supérieure au standard ( > 768 Kj/Kg cli ),ce qui signifie un mauvais

échange thermique entre la matière et les gaz du four au niveau du

préchauffeur à cause de l’enlèvement des clapets et des tubes centraux

des cyclones.

- La chaleur sensible du clinker est élevée (standard = 113 Kj/Kg cli).

Ceci peut être expliqué par l’entrée d’une quantité d’air faux au niveau

du plastron. Celle-ci devait passer par les ballonnets et ainsi diminuer la

température du clinker et augmenter la température de l’air secondaire.



- Les pertes par convection et radiation au niveau des ballonnets du

refroidisseur ont connu une baisse sensible par rapport à Kiln-

Optimisation, grâce à l’air soufflé par les ventilateurs, qu’on n’a pas pris

en considération pendant le bilan. En effet, comme le graphe ci-après

l’indique, une réduction des pertes par convection et radiation est

enregistrée aux endroits où sont situés les ventilateurs, du point 7 au

point 15.

- D’importantes pertes par rayonnement et convection à travers la virole du

four, de l’ordre de 38 Kj/Kg clinker, ont été enregistrées par rapport à Kiln-

Optimisation.

Fig 3-2: Comparaison profil températures ballonnets kiln-Optimization et bil an

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1m 3m 5m 7m 9m 11m 13m 15m 17m 19m

Bilan

K-Opt



Fig 3-3 : Profil température virole four (°C)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

1m 4m 7m 10m

13m

16m

19m

22m

25m

28m

31m

34m

37m

40m

43m

46m

49m

52m

55m

58m

61m

64m

67m

70m

73m

76m

Bilank.Opt

En comparant les profils de température de la virole four réalisé durant le bilan à

ceux du Kiln-Optimisation sur le graphe ci-dessus, on constate l’apparition d’un

gradient important de température à partir du point 4 jusqu’au point 34, juste derrière

la zone où sont concentrés les anneaux. On peut donc conclure, que c’est la rétention

de la matière chaude derrière les anneaux et son séjour prolongé au deçà du point 34,

qui augmente la température de la virole en ces endroits et par suite les pertes par

rayonnement et convection.

- La consommation engendrée par la présence de CO s’est améliorée. Ceci est dû au

fait que la baisse de CO devait se faire par le biais d’une augmentation du taux

d’oxygène sortie four (augmentation tirage ). Cette augmentation engendrait un

surplus de consommation calorifique qui devait compenser le gain découlant de la

réduction du taux de CO.

Moyenne de CO 94 ppm

Taux d’O2 3,18 %

Tab3-7 : CO et O2 dans les fumées sortie tour.



2) Bilan matière des éléments volatils :

2-1) Objectif :

Le bilan matière des éléments volatiles dans le système four a pour but de

déterminer le taux de volatilité de ces éléments et le rapport alcalin soufre (A/S), et

de localiser les lieux menacés par les problèmes de concrétions.

2-2) Mécanismes du phénomène de circulation des éléments volatils :

Les composés alcalins, de soufre et de chlore, qui se trouvent dans les matières

premières et les combustibles utilisés pour la fabrication du clinker, causent, lorsque

leurs concentrations sont élevées, des difficultés de fonctionnement du four par la

formation des collages entraînant des blocages des cyclones ou des rétrécissements de

la zone d’entrée du four. Par conséquent, il peut y avoir plusieurs arrêts annuels du

four dus à ces bouchages, dont l’impact sur la disponibilité et la productivité du four

peut être très sévère.

Selon le degré de volatilité, les éléments en circulation s’évaporent dans la zone de

clinkérisation du four et sont transportés par les gaz vers des zones plus froides où ils

se condensent principalement sur la farine crue et en partie également sur les parois

environnantes. Ils s’évaporent à nouveau en partie selon leurs degrés de volatilité.

Ce processus répété à travers le four entraîne l’établissement du cycle interne (figure

5 annexe 3).

Une petite partie des éléments en circulation quitte le système du four dans la

conduite principale des gaz d’exhaure, ceux-ci sont précipités efficacement dans

l’unité de dépoussiérage, puis normalement réintroduits dans le système du four.

C’est ce qu’on appelle le cycle externe des éléments en circulation(figure 5 annexe 3)



2-3) La volatilité et le rapport A/S :

La volatilité totale d’un élément en circulation ou d’un composé de ce dernier est

définie comme suit :

Avec

CCl : est la concentration de l’élément dans le clinker.

CHM : est la concentration de l’élément dans la farine chaude sur base

sans pertes.

Ce paramètre indique quelle portion s’est volatilisée dans le four et ne le quitte pas

directement avec le clinker.

Le critère le plus important pour la volatilité totale de soufre est la proportion

molaire entre les alcalins et le soufre lui-même, corrigé par le chlore donné par la

formule suivante :

Où xK2O, xNa2O, xSO3 et xCl- désignent respectivement les fractions massiques dans

l’alimentation four.

La valeur souhaitable pour cette proportion molaire est de 1

2-4) Résultats et interprétations :

Les résultats d’analyses sont illustrés dans le tableau suivant :

ALF Farine chaude Clinker Combustible

SO3 % 0,400 1,590 1,050 13,36

K2O % 0,790 4,560 1,370 *****

Cl- % 0,037 1,180 0,017 0,01

Tab 3-8 : Résultats d‘analyses chimiques

ϕϕϕϕ = 1- CCl/CHM

A/S =(xK2O / 94+xNa2O / 62 – xCl- /71) (xSO3 / 80)



D’après les résultats d’analyses des différents échantillons, on tire les conclusions

suivantes :

• Alimentation four :

- % Cl- = 0.037 % ∈ [0.02 ; 0.05 ]

Possibilité d’apparition des problèmes de collage dépendant du cycle de soufre.

- % SO3 = 0.4 % < 0.5% :

Pas de problèmes si les alcalins sont disponibles en quantités suffisantes.

- % K2O = 0.79 % < 1 %.

Pas de problèmes de collage.

• Combustible :

- % SO3 = 13,36 % >10 %.

Il faut s’attendre à des graves problèmes de collages.

• Farine chaude :

Pour prévoir les problèmes de collages à partir des concentrations de soufre et de

chlore, Kiln-Optimisation propose la figure ci-après :

Hot M eal

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

% SO3

% C

l

frequent blockages

zone of inc reas ing encrustation problem s

no encrus ta tions

Fig 3-4: Domaines de concrétions



D’après la figure précédent, il faut s’attendre à des problèmes de concrétions, ce qui

nécessite un nettoyage intense.

Les volatilités des différents éléments :

Avant de calculer la volatilité des trois éléments indiqués ci-dessus, on rapporte leurs

concentrations dans la farine chaude au débit de clinker ( base sans pertes) et on aura

les résultats ci-dessous :

Elément Concentration dans

La farine chaude

Concentration dans la

farine chaude rapportée au

débit de clinker

Clinker

SO3 1,590 2,47 1,050

K 2O 4,560 7,10 1,370

Cl- 1,180 1,84 0,017

Tab 3-9: Les concentrations dans la farine chaude rapportées au débit clinker

En appliquant la formule (*) définie ci dessus, les volatilités des éléments en

circulation sont :

La volatilité de K2O est : ϕ K2O = 0,81

La volatilité de Cl- est : ϕ Cl- = 0,99

A un niveau de température de 1200- 1300°C, la plus part des chlorures ( KCl

NaCl, CaCl2) sont déjà volatilisés. Aux températures de la zone de clinkérisation,

ils sont presque entièrement volatilisés, si pourquoi le facteur de volatilité totale

du chlore est pratiquement égal à 1.

La volatilité de SO3 est : ϕ SO3 = 0,57

Cette valeur n’est pas importante alors qu’il est en excès (d’après le rapport A/S

ci-dessous ), ceci peut être expliqué soit par la granulométrie importante de la matière

du four soit par le temps de séjour réduit de la matière dans la zone de clinkérisation,



ou par la pression partielle élevée de O2 dans l’atmosphère du four, (ce qui

défavorise la décomposition des sulfates).

Le rapport molaire alcalin/ soufre A/S :

Le débit alimentation : Da = 165,75 t/h.

Le débit combustible : Dc = 9,35 t/h.

Le débit clinker : Dcli = 90,89 t/h.

Pour calculer le rapport A/S, les concentrations de SO3 , K2O et Cl- doivent être

rapportées à un même débit ( débit clinker ). Les résultats sont regroupés dans le

tableau ci-dessous.

Concentrations dans

ALF rapportée au débit

clinker

(% massique )

Concentrations dans le

combustible rapportée

au débit clinker (%

massique )

Entrée totale

SO3 % 0,730 1,370 2,100

K2O % 1,440 Trace 1,440

Cl- % 0,070 0,001 0,071

Tab 3-10 : Concentrations dans ALF et combustible

rapportées au débit clinker.

Ces résultats donnent :

A/S = 0.55



Le rapport alcalin /soufre est inférieur à la limite minimale souhaitable (0.8 ).

Cette valeur montre qu’il y a un excès de soufre par rapport aux alcalins et aux

chlorures dans l’entrée totale, donc il faut s’attendre à des problèmes de collages et de

concrétion dans les cyclones du premier étage, la conduite montante la plus inférieure

et l’entrée du four ( ces problèmes sont normalement causés par des cycles de soufre

excessifs ).

3) Efficacité de la tour de préchauffage :

3-1) Entrées d’air faux :

Un profil d’O2 de la tour de préchauffage a été réalisé lors de ce bilan dans le but

d’évaluer les airs faux. Leur débit entre deux points de mesure est la différence

des débits globaux des gaz en ces deux points donnés par la formule suivante :

Qf = 0.28 (q + 1) +[( 0.28 + 0.25 q) xO2 / (21 - xO2)] (Nm3/Kg cli)

Où q désigne la consommation calorifique par Kg de clinker ( Mj/Kg clinker).

Les résultats et les points de mesure figurent sur le tableau ci-dessous :

Ligne 1 :

Point de mesure

% O2

volumique

Débit Sortie

(103 Nm3/h)

Air faux

(103 Nm3/h)

% débit

sortie Tour

% débit

d’A.F total

E S

Cyclones 1er étage 2,8 3,25 132,56 3,04 2,21% 35,9%

Ch de turbulence 3,25 3,5 134,32 1,76 1,27% 20,74%

Cyclones 3éme étage 3,5 3,75 136,13 1,81 1,31% 21,34%

Cyclones 4éme étage 3,75 4 137,99 1,86 1,35% 21,97%

Tour de préchauffage 2,8 4 137,99 8,48 6,14% 100%

Tab 3-11 : Bilan d’entrées d’air faux dans la tour de préchauffage 1



Ces résultats montrent que le taux d’air faux global dans la tour de préchauffage

(6,14%) est suffisamment bas en comparaison avec le standard (7%) imposé par

HOLCIM. Cependant, il faut veiller à l’étanchéité des cyclones du 1er étage où sont

localisées les principales entrées d’air faux avec un taux de 35,9 % de l’air faux

global, surtout au niveau du cyclone D1. En effet, les taux d’ O2 relevés à la sortie des

cyclones D1(3,6 %) et G1(2,9 %) montrent que la grande partie d’air faux de cet

étage provient du cyclone D1.

Ligne 2 :

Point de mesure

% O2

volumique

Débit Sortie

(103 Nm3/h)

Air faux

(103 Nm3/h)

% débit

sortie Tour

% débit

d’A.F total

E S

Cyclones 1er étage 1,55 2,2 125,1 3,6 2,6 22,2

Ch de turbulence 2,2 2,4 126,9 1,8 1,3 11,1

Cyclones 3éme étage 2,4 2,67 128,7 1,8 1,3 11,1

Cyclones 4éme étage 2,67 4 137,7 9 6,5 55,5

Tour de préchauffage 1.55 4 137,7 16,2 11,7 100

Tab 3-12: Bilan d’entrées d’air faux dans la tour de préchauffage 2

Le taux d’air faux global dans la tour de préchauffage (11,7%) étant supérieur au

standard (7%) imposé par HOLCIM, il faut veiller à l’étanchéité des cyclones du 4éme

étage où sont localisées les principales entrées d’air faux avec un taux de 55,5 % de

l’air faux global.



3-2) Pertes de charges à la tour de préchauffage :

Un profil de dépressions de la tour de préchauffage a été réalisée parallèlement au

profil d’O2. De ce profil ont été calculées les pertes charges à chaque étage de

préchauffeur :

Ligne1 :

Fig 3-5: Pertes de charge par étage de préchauffeur 1

-6,06

-14,08

-8,5 -9 -9

-15

-5,125

-6,865

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

1er étage 2 éme étage 3éme étage 4 éme étage

mbar

réalisé

typique

Comme le montre l’histogramme ci-dessus, les pertes de charges sont pour chaque

étage inférieures aux standards. Ceci implique que les cyclones offrent moins de

résistance à la circulation des gaz et donc la réduction du temps de séjour de ces gaz

et par conséquent l’échange thermique avec la matière.



3-3) Profil de température :

Un profil de températures dans les deux préchauffeurs, a été réalisé en parallèle avec

le profil d’oxygène. Les résultats de ce profil sont rapportés sur les graphes ci-après :

Ligne 1:

Ligne 2 :

Fig 3-6 : Profil de température dans le préchauffe ur 1

840 840

670

510 510

340

830 823

678

538 547

384

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

D1 G1 CH.T D3 G3 Sortie tour

T (°C)

standard

mesurée



Dans les deux préchauffeurs, les températures dépassent les standards notamment au

niveau de la chambre de Turbulence, du 3éme étage et du 4éme étage, ce qui prouve un

mauvais échange thermique au niveau de ces cyclones

.

Fig 3-7: Profil de température dans le préchauffeur 2

840 840

670

510 510

340

822 820

712

642 640

361

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

D1 G1 CH.T D3 G3 Sortie tour

T(°C)

standard

mesurée



3-4) Profils des éléments volatils :

Les composés alcalins, de soufre et de chlore qui se trouvent dans la matière

première et le combustible utilisés pour la fabrication du clinker causent souvent,

lorsque leurs concentrations est élevées, des difficultés de fonctionnement du four

avec la formation de collages dans le préchauffeur et dans la section d’entrée du four.

♦ Profil du soufre :

La courbe ci-dessus montre que le pourcentage massique du soufre croit en

descendant du haut en bas de la tour de préchauffage, mais il est toujours dans les

normes précisées par Kiln-Optimisation.

♦ Profil des chlorures :

Fig 3-8 : Profil du soufre dans la tour de préchauf fage 2

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

D1 G1 CH.T D3 G3 4,1 4,2 4,3 4,4

%

standard

mesurée



D’après cette courbe, la concentration des chlorures dépasse les limites déterminées

par Kiln-Optimisation. Ceci est dû aux concentrations élevées des chlorures qui

retournent avec les poussières. En effet, les chlorures sont piégés avec les poussières

fines, qui sont presque entièrement récupérées par les filtres à manches.

L’écart flagrant, au niveau de D1 et G1, peut être expliqué par le fait que les

températures dans les deux cyclones favorisent la condensation des chlorures. Il faut

donc s’attendre à de graves problèmes de collages aux niveaux des cyclones G1 et D1

et l’entrée du four.

♦ Profil des alcalins (K2O) :

Fig 3-9 : Profil des chlorures dans le préchauffeu r 2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

D1 G1 CH.T D3 G3 4,1 4,2 4,3 4,4

%mesurée

standard



Le profil de K2O dans la tour de préchauffage montre que son pourcentage massique

se confond avec les limites imposées par Kiln-Optimisation au niveau des étages 4, 3

et 2. Pourtant dans l’étage 1, celui-ci dépasse largement les limites, ce qui peut

provoquer des problèmes de concrétion dans les cyclones G1 et D1.

Les températures dans les cyclones D1 et G1 favorisent la condensation des alcalins,

qui sont plus affines vis à vis les chlorures, dont la teneur a augmenté dans la farine.

Les alcalins en présence des chlorures forment les sels KCl et NaCl. Ce qui traduit

l’écart important des concentrations de K2O dans les cyclones D1 et G1.

4) Conclusion :

fig 3-10:Profil de K2O dans le préchauffeur 2

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

5

D1 G1 CH.T D3 G3 4,1 4,2 4,3 4,4

%

standard

mesurée



A travers l’étude d’évaluation ci-dessus, il paraît clair que l’énergie thermique

consommée sous forme de combustible n’est pas complètement utile, pourtant il y a

des possibilités de minimiser les pertes thermiques en intervenant dans le circuit de

cuisson pour faire quelques réparations non coûteuses à savoir :

- L’étalonnage des doseurs d’alimentation en cru et du combustible pour

éviter des surconsommations de ce dernier ou inversement.

- La minimisation des fuites d’air faux à travers le plastron et la tour de

préchauffage, ce qui permettra d’accroître le débit d’air secondaire et de

récupérer un maximum possible d’énergie sensible de clinker.

- L’amélioration d’échange thermique entre les gaz du four et la matière

crue en augmentant la résistance offerte par les cyclones à la circulation

des gaz par le moyen des clapets et des tubes centraux.

- Le contrôle de la qualité du cru d’une manière continue.

- Nettoyages réguliers des cyclones inférieurs de la tour de préchauffage

pour minimiser les arrêts du four dus aux problèmes de concrétion.



Partie :4

- Performances des ventilateurs.



I) ETUDE DES VENTILATEURS :

1- Rôles et caractéristiques techniques des ventilateurs concernés :

Les ventilateurs jouent un rôle important dans le cycle de production du ciment. En

effet, on dénombre plus de 42 ventilateurs situés à tous les niveaux de production.

Dans la cimenterie HOLCIM MAROC d’Oujda, les ventilateurs de type centrifuge

sont prédominants. Ils trouvent leurs applications dans le dépoussiérage, le

refroidissement, le transport des gaz et de la matière... etc.

Dans cette partie, on essayera d’évaluer les performances des principaux ventilateurs

de la première ligne de production, à savoir :

- Ventilateur DOPOL.

- Ventilateurs tirage broyeur.

- Ventilateur cheminée.

Ventilateur DOPOL (voir figure 1 annexe 4) :

C’est un grand ventilateur destiné à l’aspiration et au refoulement au reste du circuit

des gaz d’exhaure résultants de la combustion et des autres réactions issus de la tour

de préchauffage et du four .

Quelques caractéristiques des ventilateurs DOPOL sont présentées dans ce tableau :

Ventilateur DOPOL

- Diamètre

- Nombre des ouies

-Température maximale de

fonctionnement

- Vitesse de rotation

3020 mm

1

450 °C

980 tr/min

Tableau 4-1 : Caractéristiques techniques du ventilateur DOPOL



Ventilateurs de tirage broyeur cru (voir figures 2 et 3 annexe 4 ) :

Ces ventilateurs assurent l’aspiration d’une partie des gaz à travers le broyeur, le

séparateur statique et les cyclones, pour la refouler vers la tour de conditionnement.

Quelques données caractéristiques des ventilateurs de broyeur sont présentées dans le

tableau ci-dessous:

Ventilateurs de tirage broyeur cru

- Référence

- Famille

- Type

- Température maximale de

fonctionnement

- Diamètre turbine

VIM HABT. 140

FNSL-219- 584

Ventilateur centrifuge à aubes

profilées, incurvées vers l’arrière

200 °C

2190 mm

Tableau 4-2 :Caractéristiques techniques des ventilateurs E17

Ventilateur de tirage cheminée (voir figure 4 annexe 4):

Ce ventilateur à deux turbines aspire les gaz préalablement traités dans la tour de

conditionnement et les filtres à manches pour les rejeter ensuite dans l’atmosphère à

travers la cheminée. Les caractéristiques techniques du ventilateur cheminée sont

résumées dans le tableau suivant :

Tableau 4-3 :Caractéristiques techniques

du ventilateur cheminée

Ventilateur de tirage cheminée

Référence Diamètre Vitesse de rotation

DN TD 2.5m 980 tr/min



2-Description du circuit des gaz chauds :

Les gaz chauds issus du four sont d’une importance cruciale dans le procédé de

fabrication du ciment. En effet, ils assurent :

- Le transport de la matière.

- Le séchage du cru et de la farine.

Ces gaz sont acheminés du four vers la tour DOPOL, en contre courant avec la

matière cru descendant (par gravité) permettant ainsi son séchage et sa

décarbonatation partielle.

Par suite, à l’aide du ventilateur DOPOL, une partie est refoulée directement vers la

tour de conditionnement et l’autre partie vers le broyeur pour un préséchage du cru

avant de rejoindre la tour de conditionnement pour subir un refroidissement à l’air

suivi d’un dépoussiérage dans les filtres à manches. Finalement, les gaz sont dégagés

vers l’atmosphère à travers la cheminée (voir figure 5 annexe 4).

3-Données relatives aux ventilateurs :

Ventilateur g(m/s2) U(V) cos(ϕ) ηm ηtr

Ventilateur cheminée

Ventilateur de broyeur cru E17 03

Ventilateur de broyeur cru E17 04

Ventilateur DOPOL

9.81

9.81

9.81

9.81

660

5500

5500

5500

0.5

0.85

0.84

0.82

0.9

0.93

0.9

0,93

1

1

1

1

Tableau 4-4 : Données relatives aux ventilateurs

ηtr et ηm désignent respectivement les rendements de transmission et moteur.

4- Instrumentation et grandeurs mesurées:

Pour évaluer les performances de chaque ventilateur, On est appelé à mesurer d’une

part la vitesse de rotation Np et le courant électrique I, et d’autre part la pression

statique Ps, la pression dynamique Pd et la température à l’entrée et la sortie.



Les instruments utilisés lors de la compagne des mesures sont donnés dans le tableau

ci-dessous :

Grandeur mesurée Instrument de mesure

Pression dynamique Tube de Beri et tube de pitot

Pression statique Manomètre numérique

Température Thermocouple à affichage numérique

Vitesse de rotation Tachymètre

Courant électrique Ampèremètre

Tableau 4-5: Instruments de mesure

5-Relevés de mesures :

Les mesures ont été effectuées dans les conditions générales suivantes :

- Débit farine alimentation four : 140 t/h.

- Débit cru entrée broyeur : 145 t/h.

Les mesures relatives aux quatre ventilateurs figurent dans les tableaux suivants

Symbole Section entrée Section sortie Unité

Pression ambiante Pa 945 mbar

Aire A 4,522 2,066 m2

Température T 388 363 °C

Pression statique Ps -3858 -1848 Pa

Pression dynamique Pd 255 1501 Pa

Intensité moteur I 90 A

Vitesse de rotation Np 980 tr/min

Tableau 4-6: Mesures relatives au ventilateur DOPOL




Pression ambiante Pa 945 Mbar

Aire A 2,095 1,47 m2






Tableau 4-7: Mesures relatives au ventilateur E 17 03


Pression ambiante Pa 945 mbar

Aire A 2,095 1,47 m2






Tableau 4-8: Mesures relatives au ventilateur E17 04




Pression ambiante Pa 945 Mbar

Aire A 6,144 10,32 m2






Tableau 4-9: Mesures relatives au ventilateur cheminée

6- Exploitation des mesures :

6-1) Définitions :

a- Masse volumique :

La masse volumique des gaz poussiéreux ρ, dans des conditions données de

température T et de pression P, est :

ρ = ρN (TN/ T) (P/PN)

avec

ρN est la masse volumique des gaz dans des conditions normales (TN, PN).

ρN = 1.4 Kg/ Nm3.



b- Débit volumique qv :

Le calcul du débit volumique se base sur l’expression de la pression dynamique :

Pd = ρ v2 /2

D’où on déduit qv :

qv = A ρd2P

c- Pression statique différentielle :

Elle est égale à la différence de pression statique entre l’entrée et la sortie :

∆PS = PS2 - PS1

d- Pression totale différentielle:

C’est tout simplement la différence de pression totale entre l’entrée et la sortie, elle

est donnée par la formule suivante :

∆Pt = ( Pd2 + PS2) - (Pd1 + PS1 )

e- Puissance électrique absorbée :

Les moteurs entraînant les ventilateurs, étant sous courant triphasé, la puissance

absorbée est donc donnée par la formule suivante :

Wa = 3 U I cos(ϕ)

f- Puissance à la roue :

Elle est calculée à partir de la puissance absorbée en faisant intervenir du moteur et

celui de la transmission. On a ainsi :

Wr = Wa ηtr ηm



g- Puissance utile :

La puissance utile ou puissance de ventilateur est égale au produit du débit en m3/s

et la différence de pression totale en mmCE. Soit :

Wu ( KW) = ∆Pt . qvm / 102

qvm : Débit volumique moyen.

h- Rendement ventilateur:

C’est le rapport de la puissance utile à la puissance à la roue.

ηv = Wu / Wr

i-Rendement total :

Il est égal au rapport de la puissance utile à la puissance électrique absorbée.

ηt = Wu /Wa

6.2)- Résultats :

Ventilateur DOPOL :

Symbole Résultats

1996

Résultats

2002 Unité

Débit volumique entrée qve 113,6 142,5 m3/s

Débit volumique sortie qvs 107,4 153,3 m3/s

Débit volumique moyen qvm 110,5 147,9 m3/s

Pression totale différentielle ∆Pt 386,2 319,2 mmCE

Puissance électrique absorbée Wa 628 685,9 KW

Puissance à la roue Wr 584 637,9 KW

Puissance utile Wu 418,4 462,9 KW

Rendement ventilateur ηv 71,6 72,6 %

Rendement total ηt 66,6 67,5 %

Tableau 4-10: Résultats du ventilateur DOPOL



Ventilateur tirage broyeur E 17 03 :

Symbole

Résultats 1996

Résultats 2002

Unité

Débit volumique entrée qve 67.2 49,6 m3/s

Débit volumique sortie qvs 64,8 88 m3/s

Débit volumique moyen qvm 66 68,8 m3/s

Pression totale différentielle ∆Pt 545 540,5 mmCE

Puissance électrique absorbée Wa 598.6 526,3 KW

Puissance à la roue Wr 556.7 473,7 KW

Puissance utile Wu 352.86 364,5 KW

Rendement ventilateur ηv 63,4 77 %


Tableau 4-11: Résultats du ventilateur tirage broyeur E17 03

Ventilateur tirage broyeur E17 04 :

Symbole Résultats

1996 Résultats

2002 Unité

Débit volumique entrée qve 66 50,9 m3/s



Pression totale différentielle ∆Pt 556,8 495 mmCE

Puissance électrique absorbée Wa 512,4 464,1 KW

Puissance à la roue Wr 476,5 417,7 KW


Rendement ventilateur ηv 74 75,1 %


Tableau 4-12: Résultats du ventilateur tirage broyeur E17 04



Ventilateur tirage cheminée :

Symbole Résultats

1996

Résultats

2002 Unité

Débit volumique entrée qve 114, 4 108,6 m3/s



Pression totale différentielle ∆Pt 175,3 200 mmCE

Puissance électrique absorbée Wa 427,5 335,7 KW

Puissance à la roue Wr 397,6 312,2 KW


Rendement ventilateur ηv 49 75 %


Tableau 4-13: Résultats du ventilateur cheminée

6-3) Interprétation et discussion des résultats :

Le tableau ci-dessous regroupe les principaux résultats :

Ventilateur DOPOL

Ventilateur E17 03

Ventilateur E17 04

Ventilateur cheminée

1996 2002 1996 2002 1996 2002 1996 2002 Puissance électrique absorbée (KW)

628 685,9 598,6 526,3 512,4 464,1 427,5 335,7

Rendement ventilateur 71,6 72,6 63,4 77 74 75,1 49 75

Rendement total 66,6 67,5 58,9 69,2 68,8 67,6 45,5 69,8

Tableau 4-14: Récapitulatif des principaux résultats



Suite à l’installation des nouveaux filtres à manches, les conditions de marche ont été

modifiées, ce qui a conduit à l’adaptation des moteurs des ventilateurs au nouveau

régime et ceci s’est traduit par un impact direct sur les performances des ventilateurs

déjà cités.

Pour mettre en valeur les gains réalisés en puissance électrique et en rendements des

ventilateurs, une série de paramètres sont évalués:

- Le gain en puissance électrique : ∆Wa =Wa(1996)- Wa(2002)

- Le gain relatif en puissance électrique : ∆Wa / Wa(1996)

- Le gain relatif en rendement ventilateur : [ηv(2002)-ηv (1996)]/ηv (1996)

- Le gain relatif en rendement total : [ηt(2002)-ηt (1996)]/ηt (1996)

Le tableau ci-après regroupe les gains réalisés en énergie électrique et les

améliorations enregistrés pour chaque ventilateur :

Ventilateur

DOPOL Ventilateur

E17 03 Ventilateur

E17 04 Ventilateur Cheminée

Gain absolu en puissance électrique (KW)

- 57,9 72,3 48,3 91,8

Gain relatif en puissance électrique (%)

- 9,2 12,1 9,4 21,5

Gain en rendement ventilateur (%)

1,4 21,5 1,5 53,1

Gain en rendement total (%)

1,4 17,5 -1,7 53,4

Tableau 4-15 : Récapitulation des gains A part le ventilateur DOPOL, tous les ventilateurs ont enregistré des gains notables

en énergie électrique surtout le ventilateur cheminée, qui a permis de réduire la

consommation de 21.5% par rapport à l’ancien ventilateur.



D’autre part, on note des améliorations frappantes des rendements des ventilateurs

cheminée en premier lieu et E17 03 second ordre.

Les pertes affichées par le ventilateur DOPOL seront discutées dans ce qui sui

♣Ventilateur E17 03 :

Ce ventilateur affiche des gains notables et arrive à vaincre les pertes de charge du

circuit. Cependant une surconsommation légère est observée. Ceci est peut être

expliqué par les raisons suivantes :

- La fiabilité des valeurs des débits mesurés : qui peuvent être dues aux

erreurs de manipulation ou, à l’instrument de mesure (Tube de BERI)

qui présente des erreurs pouvant atteindre 10 %.

- Les points de mesure ne sont pas bien positionnés : les points de prise se

situent juste avant l’entrée et juste après la sortie du ventilateur, ce qui

constitue une source d’erreur.

Fig 4-1 : Gain en consom mation électrique.

72,3

48,3

91,8

-57,9

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

V DOPOL V E17 03 V E17 04 V cheminée

KW



Par contre si les mesures sont fiables, il va falloir augmenter légèrement le débit par

ouverture des aubages.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Figure 4-3: Courbe caractéristique Pression Débit du ventilateur E 17 03Différence de Pression

(mmCE)

Débit (m 3/s)

Fig 4-2 : Courbe caractéristique Puissance - Débit du ventilateur E 17 03

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Débit (m 3/s)

Puissance aéraulique absorbée (KW)



♣ Ventilateur E17 04 :

Comme le montre le graphe suivant, ce ventilateur fonctionne en bonnes conditions,

puisqu’il travaille à un débit de 64.8 m3/s, valeur très proche du débit pour lequel il a

été dimensionné (65 m3/s). Mais, la deuxième courbe indique que ce ventilateur

n’arrive pas à vaincre les pertes charges présentées par le circuit.

Figure 4-4 : Courbe caractéristique Puissance - Débit du ventilateur E 17 04

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Débit (m 3/s)


0

100

200

300

400

500

600

700

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Figure 4-5: Courbe caractéristique Pression - Débit du ventilateur E 17 04

Différence de Pression(mmCE)

Débit (m 3/s)



♣Ventilateur DOPOL :

Ce ventilateur fonctionne dans des conditions sévères suite à l’augmentation du débit

des gaz et des poussières et à cause des infiltrations d’air (147.9 m3/s), alors que ce

ventilateur a été dimensionné pour des taux de poussières et des débits des gaz

inférieurs. Ces conditions de marche peuvent être derrière les problèmes de vibrations

et de colmatage dont la fréquence d’apparition a connu une augmentation sensible.

D’autre part, la marche à pleine capacité explique les pertes relevées en énergie

électrique et justifie l’augmentation des pertes de charge (Enorme différence de

pression entre son entrée et sa sortie) Toutefois, il est recommandable de faire un

diagnostic du circuit d’air d’exhaure afin de déterminer les ressources d’infiltrations

et de procéder à leur annulation. La présence d’air faux dans le circuit d’exhaure

augmente considérablement la consommation électrique du ventilateur. L’enjeu

financier est important. L’élimination du débit d’air parasite réduira la puissance

électrique appelée de Wa1 à Wa2 selon la relation de proportionnalité suivante :

(Wa2/ Wa1) = (Q2/Q1)3 = 0.81

Ainsi, en réduisant le débit d’air d’exhaure de Q1 = 147.9 m3/s à Q2 = 137.7 m3/s,

la diminution correspondante en puissance est de 19 % (Un gain de 121.2 KW).



Figure 4- 7: Courbe Pression- débit du ventilateur DOPOL (N=980 tr/min)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Débit (m 3/s)

Difference de pression (mmCE)

Figure 4-6 : Courbe Puissance-Débit du ventilateur DOPOL (N=980 tr/min)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Débit (m 3/s)




♣Ventilateur cheminée :

A la lumière des résultats obtenus pour ce ventilateur et si l’on en fait confiance, on

peut affirmer que le débit traité est sensiblement grand, ce qui correspond à une

surcharge. Et d’après le deuxième graphe, le point de fonctionnement se situe sur la

courbe, ce qui prouve que le ventilateur arrive à vaincre les pertes de charges du

circuit. Les raisons citées pour le ventilateur E17 03 peuvent aussi être derrière les

écarts observés pour les autres ventilateurs.

Figure 4- 8 : Courbe Puissance - Débit du ventilateur tirage cheminée (N=588 tr/min)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240


Débit (m 3/s)



II) CONCLUSIONS :

L’étude des performances des ventilateurs en question, a permis de mettre en

évidence un certain nombre de conclusions :

- Un gain global en puissance électrique de 155,1 KW.

- La réduction de l’énergie électrique consommée par ces ventilateurs de 7,2 %.

- L’élimination d’air faux au niveau des ventilateurs étudiés, permettra de réduire sa

consommation électrique et de soulager le ventilateur DOPOL.

- Possibilité énorme de colmatage, de vibrations et d’abrasion du ventilateur DOPOL

(taux élevé de poussières).

- Nécessité d’installation des clapets et des tubes intérieurs des cyclones de la tour.

Figure 4-9 : Courbe caracteristique Pression- Débit du ventilate ur cheminée (N = 588 tr/min)

0

50

100

150

200

250

300

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Débit (m 3/s)

Difference de pression (mmCE)

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