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Faculté des Sciences et Techniques de Fès Département de Génie Industriel LST d

Faculté des Sciences et Techniques de Fès Département de Génie Industriel LST de Génie Industriel Projet de Fin d’Etudes Lieu: LAFARGE CIMENTS USINE DE MEKNES Référence: 1/15GI Préparé par: - HASSANIA EL GHARNAJI Soutenu le 15 Juin 2015 devant le jury composé de: - Pr. S. HAOUACHE (Encadrant FST) - Pr. D. SQALLI (examinateur) - Pr. A. CHAMAT (examinateur) - Mr. M. BOUHO (Encadrant Société) Diminution de la température d’air exhaure sorti du refroidisseur clinker 2 Je tiens à dédier ce travail à: Mes parents, qui m’ont toujours encouragée et soutenue, que Dieu leur prête longue vie. A l’équipe pédagogique de la FST qui nous a assuré une formation de qualité. A toute l’équipe de LAFARGE qui nous a aidés à développer et améliorer nos savoir-faire dans le domaine énergétique. A tous ceux qui m’ont aidée de près ou de loin à accomplir ce travail. Dédicace 3 Remerciements Remerciements Je profite par le biais de ce rapport pour exprimer mes vifs remerciements à toute personne contribuant de près ou de loin à l’élaboration de cet humble travail. Je tiens tout d’abord à remercier l’ensemble des enseignants et les responsables du département génie industriel qui contribuent à bien amener notre formation par leurs aides et leurs conseils. Je tiens à remercier le Directeur de la société LAFARGE usine de MEKNES de m’avoir accepté comme stagiaire au sein de la société et je remercie spécialement mon encadrant Mr. MOSTAFA BOUHO pour ses conseils précieux ainsi pour son aide et son soutien. Un remerciement bien particulier adressé également à Mr. SAID HAOUACHE, pour ses remarques, ses directives, et l’intérêt qu’il m’a porté. Je tiens à lui exprimer mes sincères remerciements pour son suivi et sa disponibilité. Je remercie également les membres de jury d’avoir accepté de juger ce travail. 4 Sommaire Sommaire Introduction générale………………………………………………………………………………….9 Chapitre I: Description de Lafarge et processus fabrication ..........................................................10 I.1. Lafarge en évolution ...................................................................................................................11 1.1. Présence mondial ................................................................................................................11 1.2. Lafarge Meknès ..................................................................................................................11 1.3. Les installations ................................................................................................................11 1.4. Organigramme de l’usine Meknès .....................................................................................12 1.5. Fiche signalétique ...............................................................................................................12 I.2. le ciment : matière de production .................................................................................................12 2.1. Définition, désignation et composition .............................................................................13 2.2. Les différentes voies de fabrication du ciment ...................................................................13 I.3. procédé de fabrication : ...............................................................................................................13 3.1. Préparation des matériaux ..................................................................................................13 3.1.1. L’extraction de la matière – carrière .....................................................................13 3-1-2. Concassage : .........................................................................................................14 3-1-3. Echantillonnage .....................................................................................................14 3-1-4. Production du tas pré homogénéisé .......................................................................14 3-2. Traitement et cuisson de cru .............................................................................................15 3-2-1. Traitement du cru -Production de la farine ...........................................................15 3-2-2. Cuisson du cru -Production du clinker .................................................................15 3-3. Traitement du clinker ........................................................................................................17 3-3-1. Broyeur ciment ...................................................................................................17 3-4. Ensachage et Expéditions .................................................................................................17 Chapitre II: Description du procédé de fonctionnement du refroidisseur de clinker ..................19 II.1. Objectif du refroidissement ........................................................................................................20 II.2. Types et principes de fonctionnement des refroidisseurs de clinker ...........................................20 2.1. Le refroidisseur rotatif ....................................................................................................20 2.2. Les refroidisseurs à ballonnets .........................................................................................21 2.3. Le refroidisseur à grilles ..................................................................................................21 2.4. Le refroidisseur à couloirs ...............................................................................................22 2.4.1. Le module HE (Haut Efficacité) ..........................................................................22 5 2.4.2. Le module ETA .....................................................................................................22 2.4.3. Concasseur ............................................................................................................24 II.3. Ventilateurs de soufflages et d’exhaure ........................................................................................24 3.1. Ventilateur de soufflage......................................................................................................24 3.2. Ventilateur d’exhaure ........................................................................................................25 II.4. Mécanisme de transfert de chaleur dans les refroidisseurs de clinker ..........................................25 4.1. Transfert de chaleur par conduction ...................................................................................25 4.2. Transfert de chaleur par convection ..................................................................................26 4.3. Transfert de chaleur par rayonnement ...............................................................................26 4.4. Dualité conduction-convection ...........................................................................................27 4.5. Généralités sur les échangeurs de chaleur……………………………………………......27 4.5.1. Définition………………………………………………………………………..27 4.5.2. Classification des échangeurs……………………………………………………28 II.5. Les paramètres influençant le refroidissement ............................................................................28 5.1. Influence de la taille des granules .......................................................................................29 5.2. Influence de la hauteur de la taille du clinker .....................................................................29 5.3. Influence de la densité de soufflage ...................................................................................29 II.6. Réglage du refroidisseur ..............................................................................................................29 Chapitre III: Travail, résultats et interprétations .............................................................................31 III.1. Les bilans aéraulique, thermique et de matière ...........................................................................32 1.1. Introduction .......................................................................................................................32 1.2. Réalisation des bilans ........................................................................................................32 1.2.1. Première étape : Préparation .................................................................................33 1.2.2. Deuxième étape :exécution ....................................................................................33 1.2.3. Troisième étape : évaluation ..................................................................................33 1.2.4. Quatrième étape : interprétation .............................................................................33 1.3. Bilan de matière ................................................................................................................33 1.4. Bilan aéraulique ..................................................................................................................34 1.4.1. Calcul d’air secondaire ..........................................................................................35 1.5. Bilan thermique ..................................................................................................................36 1.5.1. Calcul des chaleurs des entrées ............................................................................36 6 1.5.2. Calcul des chaleurs des sorties .............................................................................36 1.5.4. Efficacité et rendement du refroidisseur de clinker ...............................................37 1.6. Résultats et interprétations ..................................................................................................37 1.6.1.Bilan de matière ....................................................................................................38 1.6.2. Bilan aéraulique .....................................................................................................39 1.6.3.Bilan thermique .....................................................................................................41 1.7. Calcul du rendement et de l’efficacité ................................................................................42 1.8. Conclusion et recommandation .........................................................................................44 III.2. Les essais de performance ...........................................................................................................44 2.1. Influence de la densité de soufflage..................................................................................44 2.1.1. Profil idéal de soufflage le long du refroidisseur ..................................................44 2.1.2. L’essai effectué .....................................................................................................45 2.2. Influence de la hauteur de la couche du clinker dans le refroidisseur ...............................48 III.3. Solutions proposées ....................................................................................................................50 3.1. Introduction .......................................................................................................................50 3.2. Ventilateur : Définition ......................................................................................................50 3.3. Choix du type de ventilateur à installer .............................................................................51 3.4. Calcul du débit du ventilateur à installer ...........................................................................52 3.6. Dimensionnement du ventilateur de soufflage ...................................................................55 3.7. Evaluation économique du ventilateur à installer ..............................................................56 Conclusion et perspectives…………………………………………………………………………...57 Bibliographie………………………………………………………………………………………….59 7 Figures Figures Figure I.1: Procédé par voie sèche / humide Figure I.2: Parcours de la matière première de la carrière au concassage Figure I.3: Pré homogénéisation Figure I.4: Enchaînement de la préparation du cru Figure I.5: Production du clinker Figure I.6: Production de ciment Figure I.7: La livraison de ciment Figure II.1: Les airs récupérés au niveau du four et du précalcinateur Figure II.2: Refroidisseur à grilles Figure II.3: Principe de fonctionnement du module ETA Figure II.4: Schématisation d’un refroidisseur à couloir Figure II.5: Transfert de chaleur par conduction Figure II.6: Mode de transfert de chaleur par convection Figure II.7: Mode de transfert de chaleur par rayonnement Figure II.8: Distribution des températures dans un échangeur à co-courant Figure II.9: Distribution des températures dans un échangeur à contre-courant Figure II.10: Echangeur tubulaire coaxial Figure II.11: Rendement de récupération en fonction de la hauteur de la couche FigureIII.1: Profil de la densité de soufflage le long du refroidisseur Figure III.2: Différentes phénomènes de transfert de la chaleur Figure II1.3: Densité de soufflage par chambre en avril 2015 Figure II1.4: La densité de soufflage en décembre 2014 Figure II1.5: Présentation de pression de la couche dans les chambres Figure II1.6: Température de l’air secondaire en fonction de la pression de référence Figure II1.7: Température de l’air exhaure en fonction de la pression de référence Figure III.8: Courbe caractéristique de ventilateur Figure III.9: Ventilateur centrifuge Figure III.10: Ventilateur axiale 8 Tableaux Tableaux Tableau I.1: Le pourcentage des éléments chimiques composants dans la matière première Tableau I.2: Température atteintes dans chaque étage Tableau II1.1: Bilan de matière solide Tableau II1.2: Les résultats des débits Tableau II1.3: Les résultats de mesure des chaleurs Tableau II1.4: les résultats de mesure des débits Tableau II1.5: Les résultats de mesure de la pression en fonction de température Tableau II1.6: Les résultats de mesure des chaleurs 9 Introduction générale Introduction générale Face à une population mondiale et à un développement croissant, les besoins en produits cimentiers pour la construction des bâtiments et des infrastructures sont considérables. La production du ciment passe par une ligne de cuisson composée par un échangeur, un four et un refroidisseur. Le sujet proposé, portera sur le processus de refroidissement. Ce choix a été fait car ce processus constitue le point faible de la ligne de cuisson suite aux problèmes liés à l’augmentation de la température d’air exhaure ; celle-ci atteignant 400 °C environ, alors qu’elle devrait être de l’ordre de 250 °C. A cet effet, voilà les objectifs de ce travail:  S’assurer qu’il y a une bonne récupération de l’énergie, et donc une bonne répartition thermique.  Optimiser les paramètres de fonctionnement du refroidisseur.  Déterminer le point où il faut augmenter le soufflage. Pour aboutir à ces objectifs, nous avons adopté la méthodologie suivante :  Comprendre le procédé de fabrication et le processus de la ligne de cuisson.  Etablir les bilans de matière, thermique et aéraulique.  Interpréter les résultats des bilans.  Effectuer des essais de performance qui peuvent être les causes de l’augmentation de la température de l’exhaure.  Proposer les axes d’amélioration à partir d’une solution optimale. Pour cela nous avons structurés notre rapport comme suit:  Dans Le chapitre I présente la société LAFARGE CIMENT et décrit le procédé de fabrication ciment.  Dans Le chapitre II s’intéresse en détail au refroidissement du clinker.  Dans Le chapitre III est consacré à la présentation des bilans thermique, aéraulique et de matière, à leurs interprétations. Nous traiterons aussi les essais de performance effectués sur le refroidisseur tout en proposant des solutions.  Nous terminerons ce rapport par une conclusion sur tous les résultats obtenus et nous donnerons quelques perspectives pour ce sujet. 10 Chapitre I: Description de Lafarge et processus de fabrication Ce chapitre portera sur deux parties: la première présentera la société (LAFARGE CIMENT), la seconde décrira le processus de production. 11 I.1. Lafarge en évolution 1.1. Présence mondial LAFARGE, est présent dans quatre activités principales: Ciment N°1, Granulats et Béton N°2, Toiture N°3, Plâtre N°4, et il est en particulier le N° 1 dans le marché mondial du ciment, existant dans 75 pays avec 77000 uploads/Industriel/ diminution-de-la-temperature-d-el-gharnaji-hassania-2341.pdf