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Efficacité énergétique dans l’industrie l’industrie - Mesures d’EE - PR. AZZABA

Efficacité énergétique dans l’industrie l’industrie - Mesures d’EE - PR. AZZABAKH ANISS 1.1.1. Bases de la combustion On comprend par combustion la réaction rapide d'oxydation qui tient lieu entre le combustible et l'oxygène de l'air et dans laquelle une grande quantité de chaleur est libérée. Les combustibles sont composés principalement de carbone, d'hydrogène et de soufre, ainsi que I. Economie d’énergie dans les systèmes de génération d’énergie thermique : I.1. Introduction : Les combustibles sont composés principalement de carbone, d'hydrogène et de soufre, ainsi que de petites traces d'autres éléments. Ils peuvent être sous forme solide, liquide ou gazeux. L’air, en plus de l'oxygène, contient des quantités importantes d'azote (79%). L'azote n'a pas de rôle actif dans la combustion. On dit que la combustion est complète lorsque tous les produits résultant de la réaction se trouvent dans le plus haut degré d'oxydation possible. Lorsque l'oxygène (ou l’air) est fourni en une quantité strictement nécessaire à la combustion complète du combustible, celle-ci est appelée une combustion stœchiométrique. I. Economie d’énergie dans les systèmes de génération d’énergie thermique : Fig. : Combustion complète et stœchiométrique On dit que la combustion est incomplète lorsque tous les produits résultants de la réaction ne sont pas dans le plus haut degré d'oxydation. I. Economie d’énergie dans les systèmes de génération d’énergie thermique : Tab. : Réactions de base d’oxydation des composants du combustible Elément Réaction d’oxydation Energie libérée Elément Réaction d’oxydation Energie libérée Carbone (C) C + O2 CO2 32,8 (MJ/kg) Carbone (C) C + ½ O2 CO 9,3 (MJ/kg) Hydrogène (H2) H2 + ½ O2 H2O 142 (MJ/kg) Soufre (S) S + O2 SO2 165 (MJ/kg) En pratique, elle est traitée pour obtenir des combustions complètes et pour ce, on apporte un excès d'air pour favoriser la réaction de combustion. 1.1.2. Bilan de masse Le bilan de masse dans les équipements de production d'énergie thermique, permet de connaître les débits et la composition des éléments de la réaction qui tient lieu en eux. I. Economie d’énergie dans les systèmes de génération d’énergie thermique : Ça sera l’étape avant au bilan d’énergie et calcul des rendements. En plus, il servira pour le dimensionnement des équipements auxiliaires, tels que: ventilateurs, brûleurs, cheminées. Il permettra également d'établir un contrôle sur les paramètres affectant la combustion. La composition élémentaire du combustible représente les poids de chaque élément constituant une partie du combustible: C, H, O, N, H2O et cendres, exprimés en kilogrammes de chacun d’eux par kilogramme de combustible. I. Economie d’énergie dans les systèmes de génération d’énergie thermique : Fig. : Exemple de bilan de masse d’une combustion incomplète avec excès d’air. 1.1.3. Bilan d’énergie En application du premier principe de la thermodynamique, on établie les bilans de chaleur comme l’égalité entre la somme des calories entrantes, I. Economie d’énergie dans les systèmes de génération d’énergie thermique : 1. Combustible 2. Air 3. Charge Générateur 4. Charge 5. Gaz 6. Imbrulés entre la somme des calories entrantes, plus les calories nettes de la réaction, et la somme des calories sortantes, dans les limites d’un générateur de chaleur. Les courants qui interviennent sont signalés sur le schéma suivant : 3. Charge 6. Imbrulés 8. Pertes variées 7. Parois La génération d’énergie thermique, à travers de la combustion dans les chaudières, fours et séchoirs, I. Economie d’énergie dans les systèmes de génération d’énergie thermique : se fait associée avec une série de pertes, tel qu’il est montré sur la figure suivante, qui sont les suivantes : partes par imbrulés, pertes par parois et pertes en gaz. La puissance transférée à la charge, qui sera la chaleur à la sortie moins la chaleur à l’entrée, est appelée puissance utile de l’équipement. I. Economie d’énergie dans les systèmes de génération d’énergie thermique : 1.1.4. Efficacité énergétique Le rendement d’un équipement de production de chaleur (chaudière, four ou séchoir) est le résultat de division de la puissance utile et la quantité de chaleur apportée. Il peut être évalué de résultat de division de la puissance utile et la quantité de chaleur apportée. Il peut être évalué de deux manières : La méthode directe à partir des mesures directes La méthode indirecte à partir du bilan combustible) La méthode indirecte à partir du bilan d’énergie (les pertes sont évaluées comme un % de la puissance apportée par le combustible) Le rendement conventionnel se calcul à charge nominale. En fonctionnement, le rendement maximal représente 75-80% de la charge nominale. A charges partielles, le rendement diminue suite au fait que la régulation adéquate de l’air de combustion est difficile à obtenir à des charges de travail réduites et pour laquelle la perte de I. Economie d’énergie dans les systèmes de génération d’énergie thermique : chaleur à l’ambiance est pratiquement invariable à toute charge. Ceci n’arrive pas dans le cas des chaudières de basse température ou de condensation, où le rendement à charge partielle est supérieur que celui nominal. 1.2.1. MEEE 1.1 : contrôle de la combustion 1. Description de la mesure : Le contrôle de la combustion est important en tout générateur qui utilise un combustible fossile. I.2. Mesures d’économie et efficacité énergétique : On vise deux objectifs : 1 1 1 1 Libérer la grande quantité d’énergie possible du combustible, en provoquant une combustion complète avec l’excès d’air adéquat I. Economie d’énergie dans les systèmes de génération d’énergie thermique : 2 2 2 2 Minimiser la quantité d’énergie perdue avec les fumées provenant de la combustion. Le facteur le plus déterminant pour une bonne combustion est l’excès d’air. Il existe un minimum théorique nécessaire pour la combustion complète. L’excès d’air doit être contrôlé, parceque à mesure qu’il grandit, et une fois la combustion complète est obtenue, son augmentation provoquera seulement des pertes croissantes d’énergie à travers les gaz expulsés. Sur le tableau suivant, on montre le pourcentage d’excès d’air et le contenu d’oxygène optimal dans les gaz de combustion, en fonction du type de combustible (valeurs approximatives, chaque typologie d’équipements de production tient ses propres paramètres qui doivent être consultés par l’auditeur). I. Economie d’énergie dans les systèmes de génération d’énergie thermique : Tab. : Excès d’air recommandé pour différents combustibles Combustible Excès d’air (%) O2 en gaz (%) Minimum Maximum Minimum Maximum Gaz naturel 10 15 2 2,7 Fuel-oil léger 12,5 20 2,3 3,5 Fuel-oil lourd 20 25 3,3 4,2 Charbon 30 50 4,9 7 I. Economie d’énergie dans les systèmes de génération d’énergie thermique : 2. Implantation technologique : Le contrôle de la combustion en chaudières de petites puissances est généralement réalisé en analysant les gaz de combustion avec une périodicité déterminée et en ajustant le brûleur et périodicité déterminée et en ajustant le brûleur et les ventilateurs d’air primaire et secondaire jusqu’à l’obtention des paramètres de gaz désirés. Dans des occasions, ces analyses sont réalisées par le personnel de maintenance de l’usine elle- même ou en se contractant avec une entreprise externe. Fig. : Ajustement de l’excès d’air dans le brûleur I. Economie d’énergie dans les systèmes de génération d’énergie thermique : Dans les chaudières de grande puissance et dans les fours de processus, le contrôle est généralement réalisé en continuation. Pour lequel, on installe des analyseurs d’oxygène à la sortie des fumées de combustion, en mesurant l’oxygène contenu dans ces dernières, et en fonction de ce dernier, on régule la quantité d’air et de combustible qui entre dans le brûleur. A côté de l’analyseur d’oxygène, on peut installer un analyseur de monoxyde de carbone (CO), vu que la présence de celui-ci est un indicateur sur la combustion s’elle est arrivée à terme d’une manière incomplète. Le contrôleur reçoit le signal de l’analyseur, et en fonction de la différence entre ce signal et celui de référence, il agit sur la régulation de l’air. Le point de référence donné au contrôleur est une fonction de la charge de la chaudière. Normalement, il se situe à l’environ de 10-15% de l’excès d’air pour des petites charges et à 2-3 % pour une charge maximale. I. Economie d’énergie dans les systèmes de génération d’énergie thermique : 1.2.2. MEEE 1.2 : Minimisation de purges en chaudières de vapeur 1. Description de la mesure : La purge de la chaudière cherche à maintenir la concentration en solides dans certaines plages, vu que ceux-ci vont se concentrer à mesure que l'eau soit évaporée. Il est donc nécessaire d'extraire l'eau avec une forte concentration de solides dissous et en Il est donc nécessaire d'extraire l'eau avec une forte concentration de solides dissous et en suspension, et la remplacer par l'eau d'alimentation. La purge se voit donc nécessaire pour empêcher que les solides précipitent et forment des dépôts qui peuvent entraver le transfert de chaleur par les surfaces, ce qui diminue l'efficacité de la production de vapeur. La purge devrait être la minimale nécessaire, car tout excès, en plus d’une grande augmentation de la consommation d'eau, sera une perte énergétique et économique vu uploads/Finance/ cours-ee-dans-industrie-partie-ii-g3ei-2018-2019.pdf