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RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITÉ MOHAMED BOUDIAF - M’SILA THESE Présentée pour l’obtention du grade Master académique Par: - BOUBAAYA Hassen - KHAREF Hocine Thème Soutenue publiquement, le 13 / 50 /2017/, devant le jury composé de : Mr. BOUAOUINA L Université de M’sila Président Mr. ROUABHI Youcef Université de M’sila Directeur de Thèse Mr. BERKACHE Université de M’sila Examinateur Année universitaire : 2016 /2017 Caractérisation des paramètres de combustion d'un four industriel :cas de cimenterie de Hammam Dhalaa à M'sila FACULTÉ DE TECHNOLOGIE DÉPARTEMENT MÉCANIQUE N° :………………………………… DOMAINE : Sciences et Technologie FILIÈRE : MÉCANIQUE OPTION : ENERGITIQUE Remerciements Le travail présenté dans ce manuscrit a été effectué dans le cadre du stage au niveau de la Cimenterie de Hammam Dhalaa, pour l'obtention du grade master en option énergétique, sous la direction du Monsieur ROUABHI Youcef, à qui je tiens à adresser mes plus vifs remerciements pour avoir diriger cette étude et pour ses consignes qui nous ont été d’un grand soutient. Nous lui exprimons également nos sincères gratitudes pour la confiance qu’il nous a témoignée tout au long de ce travail. Nous remercions les membres du jury qui nous font l’honneur de juger ce modeste travail. Enfin, à tous ceux et celles qui de près ou de loin ont contribué à la réalisation de ce travail, nous disons merci. A toute notre grande et petite famille… A tous nos amis … Sommaire Introduction générale ......................................................................................... 1 Chapitre I Étude bibliographique I.1 introduction .................................................................................................. 3 I.2 Description des fours industriels I.2.1 Introduction ........................................................................................... 4 I.2.2 Bref aperçu historique sur l’évolution de four .................................. 5 I.2.3 Classification des fours ....................................................... 6 I.2.4 Les différents types de four industriels I.2.4.1 Four à chaleur tournante .............................................................. 7 I.2.4.2 Les fours à calcination ................................................................... 7 I.2.5 Le principe de fonctionnement du four .............................................. 8 I.3 Les différents types de combustibles et comburants dans l’industrie ..... 9 I.4 Avantages et inconvénients des fours industriels ...................................... 11 I.4.1 Avantages et inconvénients du four à chaleur tournante ................. 11 Chapitre II Cas cimenterie de M’sila II introduction II.1 Définition de la société Lafarge ............................................................... 12 II.2 Bref historique de la société ..................................................................... 12 II.2.1 Fusion avec Holcim ….......................................................................... 14 II.2.2 Position de Lafarge de Hammam Dalaa à M'sila ............................ 15 II.3 Production II.3.1 Définition du ciment ............................................................................ 15 II.3.2 Organigramme du procédé ................................................................. 16 II.3.3 Types du ciment de la cimenterie de hammam dalaa ..................... 16 II.4 Présentation des fours rotatifs de cimenterie .......................................... 17 II.4.1 Les charges mécaniques mises en œuvre ou appliquées ................... 18 II.4.2 On peut citer comme défauts de géométrie ..................................... 18 II.4.3 Les sollicitations dues à la charge thermique sont........................... 18 II.5 Le brûleur ................................................................................................... 19 II.5.1 Gaz naturel ......................................................................................... 19 II.6 Notions sur les jets et les flammes diffusion II.6.1 La calcification des flammes .............................................................. 22 II.6.2 Le mélange stœchiométrique ............................................................. 24 II.7 Notion sur les jets II.7.1 Développement d’un jet turbulent en atmosphère calme (jet libre) 25 II.7.2 Ecoulement d’un jet horizontal dans une enceinte confinée............ 27 II.7.3 Fluctuations instantanées de l’écoulement........................................ 31 II.8 Notion sur les échelles de turbulence........................................................ 33 II.8.1 Les échelles de la turbulence ............................................................. 35 II.8.2 L’échelle de Kolmogorov.................................................................... 39 II.8.3 Jets excités ........................................................................................... 41 Chapitre III Analyse chimique des gaz de combustion III. 1 Introduction.............................................................................................. 44 III.2 L’air atmosphérique................................................................................. 44 III.3 Constituants de l'air atmosphérique....................................................... 45 III.4 Le gaz de ville............................................................................................ 46 III.5 Formation des oxydes d’azote................................................................... 47 III.5.1 Mécanisme du NO thermique............................................................ 47 III.5.2 Mécanisme du NO précoce............................................................... 49 III.5.3 Calcul de la production de ........................................................ 50 III.5.4 vitesses de formation du NO thermique.......................................... 51 III.6 Monoxyde de carbone............................................................. 52 III.6.1 Formation du monoxyde de carbone................................................ 52 III.6.2 Gaz carbonique .................................................................................. 52 III.6.3 Formation du gaz carbonique .......................................................... 52 III.7 Les émissions naturelles de CO2 ............................................................... 52 Chapitre IV Traitement des déchets industriels dans les fours à ciment IV.1 Introduction............................................................................................... 54 IV.2 Types de déchets industriels .................................................................... 54 IV.3 Utilisation des déchets pour produire du ciment.................................... 55 IV.4 Incinération des déchets industriels........................................................ 56 IV.4.1 Incinérateur à four rotatif ........ 56 IV.4.2 Incinérateur à lit fluidisé................................................................... 56 IV.5 Impacts sur l’environnement.................................................................. 57 IV.6 Traitement le moins nocif pour l’environnement................................... 58 IV.7 Conclusion................................................................................................. 60 Conclusion générale............................................................................................ 61 Référence ............................................................................................................ 62 Annexe ................................................................................................................ 66 Chapitre I Etude Bibliographique Introduction générale 1 Introduction générale La production mondiale de ciment s’élevait, en 2001, à 1692 millions de tonnes. En Afrique (5 % de la production mondiale), les principaux producteurs sont localisés en Afrique du Nord (65 %). En Asie (62 % de la production mondiale), la Chine domine le marché mondial de production [1]. En fait, l’évolution du marché est liée notamment au niveau d’industrialisation du pays. Ainsi, le niveau de production de ciment dans les pays industrialisés s’est globalement stabilisé depuis une dizaine d’années, et les fluctuations observées dépendent seulement d’aléas conjoncturels [2]. En revanche, la production de ciment dans les pays en développement s’est accrue particulièrement en Algérie avec le programme d'état de développement de l'habitat, et continue à progresser en fonction de leur évolution économique [3]. Plusieurs facteurs appuient la nécessité de réaliser des diagnostics énergétiques dans l’industrie cimentière pour identifier les économies d’énergie potentielles et mettre en œuvre des mesures d’économies d’énergie [4]. L'industrie cimentière est fortement consommatrice en énergie calorifique et électrique. De fait, environ 40 % de ses coûts de production sont attribuables à cette dernière. Les besoins mondiaux en énergie pour la fabrication du ciment sont estimés à environ 6 x 109 GJ/an pour les combustibles et 200 TWh/an pour l’électricité. Par ailleurs, l’énergie représente 30 à 40% du prix de revient du ciment (hors frais d’amortissement) [5]. • L’industrie cimentière est également fortement capitalistique, puisqu’une usine dont la capacité de production s’élève à 1 million de tonnes par an de ciment représente un investissement de l’ordre de 150 millions de US $. Ceci incite à rechercher des solutions d’amélioration des unités de production existantes plutôt que de créer une nouvelle ligne [6]. Introduction générale 2 • Par ailleurs, les consommations spécifiques varient beaucoup d’une usine à l’autre et selon les pays considérés (entre 3000 et 8000 kJ/tonne de clinker pour la consommation calorifique, et entre 70 et 160 kWh/tonne de ciment pour la consommation d’électricité). • L’industrie cimentière est aussi fortement émettrice de gaz à effet de serre, dioxyde de carbone – CO2, provenant des besoins en énergie calorifique, mais aussi du procédé de fabrication du ciment. La problématique des changements climatiques incite à rechercher tous les moyens de réduction des émissions de CO2 [7]: L’amélioration des consommations énergétiques spécifiques doit se doubler d’une démarche nouvelle de substitution des produits traditionnellement fabriqués (clinker) par des produits présentant des caractéristiques voisines (laitier), etc. Traditionnellement, les sources d'énergie impliquées dans la production de ciment sont les combustibles fossiles non renouvelables comme le charbon et le coke de pétrole. Cependant, toute une série de matières résiduelles qui ne sont pas valorisées en ALGERIE représentent d'autres sources d'énergie dont on peut tirer parti en les utilisant comme combustibles alternatifs dans les fours à ciment : Vieux pneus, huile à moteur usagée, solvants, bardeaux bitumés, encre d'imprimerie, caoutchouc, bois de rebut, boues d'usine d'épuration, essence à détacher et les matières de la biomasse comme les copeaux de bois, la boue, le bois traité, le papier et le carton. Auparavant, ces matières prenaient le chemin des sites d'enfouissement ou des incinérateurs où elles produisaient des gaz à effet de serre (GES) sans récupération d'énergie alors que maintenant elles sont valorisées dans les fours à cimenterie [8]. Chapitre I Étude bibliographique 3 I.1 Introduction La combustion est aujourd'hui un des principaux moyens de conversion de l'énergie. Elle est utilisée dans de nombreux systèmes pratiques aussi bien pour produire de l'énergie thermique (chaudières ou fours domestiques et industriels) ou de l'électricité (centrales thermiques), que pour le transport (moteurs automobiles et aéronautiques, moteurs fusée,...) ou encore la destruction de déchets (incinérateurs) [9]. La combustion peut être caractérisée comme une (ou des) réaction(s) irréversible(s) fortement exothermique(s) entre un combustible (ou réducteur) et un comburant (ou oxydant) voir la figure I.1 et selon le schéma global [10]: Combustible + comburant → produits de combustion + énergie thermique Les phénomènes de combustion se composent de nombreux processus physico-chimiques qui présentent un large spectre d'échelles de longueurs et de temps à déterminer, ainsi une description des installations pour réaliser cette combustion n'est toujours triviale [11]. Fig. I.1 Représentation générale de la combustion Chapitre I Étude bibliographique 4 Plus précisément, pour une combustion optimisée dans le domaine de la fabrication des ciments demandent une description particulière des installations appropriées. I.2 Description des fours industriels I.2.1 Introduction Un four est une enceinte maçonnée ou un appareil, mené d'un système de chauffage puissant, qui transforme, par la chaleur, les produits et les objets [12]. En cuisine, il permet de cuire des aliments. Dans un processus de production d'objet, le four permet de réaliser le traitement d'objets par la chaleur : poteries, céramiques, verres, métaux… Un four est un outil utilisé pour élever la température à une uploads/Industriel/ comustion-four-industriel 1 .pdf