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Généralités sur la combustion
Définition
La combustion est une réaction chimique au cours de la quelle il y a oxydation complète ou partielle d’un corps, les réactions d’oxydation sont en général e xothermique. Le terme combustion s’applique au cas ou la réaction est suffisamment rapide pour qu’elle se matérialise par une flamme ou étincelle.L’espèce oxydée totalement ou partiellement est appelée combustible ou carburant, l’espèce oxydante est appelée com burant.La réaction chimique de combustion ne peut se produire que si on réunit trois éléments un combustible, un co mburant, une énergie d’activation en qua ntités suffisantes. De la même manière, la combustion cesse dès qu’un élément du triangle est enlevé.
La combustion du fuel
Le fuel désigne de façon générale un résidu de distillation du pétrole formé d’un mélange de carbures liquides, c’est un combustible utilisé notamment da ns les chaudières. Il est classé dans les ressources éner gétiques fossiles et est impliqué dans la pollution de l’air. Sa composition est la suivante
Pour 1 kg de combustible (Fuel) on a
m1 = 840 g de carbone ; ∆H (C) = 97,6 Kcal / mol ; M(C) = 12 g / mol
m2 = 120 g d’hydrogène ; ∆H (H2) = 58,2 Kcal / mol ; M(H) = 1 g / mol
m3 = 40 g de soufre ; ∆H ( S) = 69,2 Kcal / mol ; M(S) = 32 g / mol
M(O) = 16 g / mol ; Vm(gaz) = 22,4 L ; M(N) = 14 g / mol
La combustion du fuel s e fait par les équations suivantes
C + O2 + k*N2 CO2 + ∆H (C) + k*N2
H2 + ½ (O2 + k*N2) H2O + ∆H (H2) + ½ k*N2
S + O2 + k*N2 SO2 + ∆H (S) + k*N2
Le pouvoir comburivore massique
Il désigne la quantité d’air strictement nécessaire et suffisante qu’il faut fournir pour assurer la combustion neutre de l’unité de combustible.La masse d’oxygène nécess aire pour la combustion complète d’un Kg de fuel est m (O2) = (1x + (1/2y) + 1z)*M(O2)
Avec x = m1/ M(C) = 840/ 12 = 70 mol
y = m2 / M(H2) =120/2 = 60 mol
z = m3 / M(S) = 40 / 32 = 1,25 mol
m (O2) = 3240 g = 3,240 Kg
Puisque le pourcentage massique d’oxygène dans l’air est 23% alors le pouvoir comburivore massique de cette co mbustion est
Pcm = m(02) * 100/23
P cm = 14,08 kg d’air / kg de fuel
Le pouvoir comburivore volumique
Le volume d’oxygène nécessaire pour la combustion complète d’un Kg de fuel est
V (O2) = (1x + 1/2y + 1z)*Vm(gaz)
V (O2) = 2268 L = 2,268 m3(N)
Puisque le pourcenta ge volumique d’oxygène dans l’air est 21% alors le pouvoir comburivore volumique de cette c ombustion est
Pcv = V(O2 ) * 100/21
Pcv = 10,8 m3 (N) d’air / kg de fuel
Le pouvoir calorifique
Calculant maintenant le pouvoir calorifique de combustion d’un kilogramme de fuel
Pcal = x*∆H (C) + y*∆H (H2) + z*∆H (S)
Pca l = 10410,5 Kcal / kg de fuel
Pou voir fumigène massique
Pfm = [ ( x*M(CO2) + y*M(H2O ) + z*M(SO2) ) + ( x + (1/2y )+ z )* k’ *M(N2)] / 1000
Pfm = 14,93 kg / kg de fuel
Pouvoir fumigène volumique
Pfm = [ ( x + y + z ) + ( x + 1/2y + z )*k]*Vm(gaz) / 1000
Pfv = 11,47 m3(N) / kg de fuel
II. Bilan et rendement de combustion
La Puissance au brûleur
Le brûleur fournit à l’appareil une puissance appelée puissan ce au brûleur grâce au dégagement de chaleur du à la r éaction exothermique de combustion, cet te puissance est définit par
Puissance au brûleur = quantité de combustible * pouvo ir calorifique
La majeure partie d e cette puissance est récupérée par l’uti lisateur sous forme de calories, c’est la puissance utile.
Les pertes
Une partie de la puissance au brûleur est évacuée sous forme d e pertes qui peuvent se présenter sous plusieurs formes
Pertes par fumées (Produits de combusti on)
Ces pertes comprennent la chaleur d’échauffement des g az de combustion, et éventuellement une certaine quan tité de chaleur latente de vaporisation de l’eau.
Pertes par fu mée = Qc*Cp*(Pfm + ρ*Pcm)(Tf – Tair)
Avec Qc débit de combustible ( kg/H)
Cp chaleur spécifique de la fumée (kcal/kg. °K)
ρ = 100(n-1) ; n = l’excès d’air (%)
Tf Températu re de fumée (°C)
Tair Température de l’air (°C)
Pertes par les p arois
Qui transitent par conduction à travers les parois des équipements, elles sont diffusées par radiation et convection vers le milieu extérieures. Elles sont relativement faibles, elles représentent entre 2 à 5% du ren dement global.
Pertes par les im brûlées
Elles peuvent résulter d’un mauvais réglage ou détérioration du bruleur. Pour un appareil bien réglé ces pertes sont négligeables.
Rendement utile
Le Rendement utile noté Ru c’est le rapport
Ru = = = 1 –
Application Bilan et rendement de la chambre de combustion
Pour obtenir le rende ment de la chambre à combustion, nou s calculons d’abord les différents types de pertes
les pertes par fumée
Cp (fumée) = [Cp(CO2) *m(CO2) + Cp(H2O)*m(H2O) + Cp(SO2)*m(SO2) + Cp(N2)*m(N2)] m(CO2 ) + m(H2O) + m(SO2) + m(N2)
Avec Cp(CO2) = 0,20 Kcal / kg.°C m(CO2) = x*M(CO2) = 3,08 kg
Cp(H2O) = 0,44 K cal / kg.°C m(H2O) = y*M( H2O) = 1,08 kg
Cp(SO2) = 0,14 Kcal / kg.°C m(SO2) = z*M(S O2) = 0,08 kg
Cp(N2)= 0,25 Kc al / kg.°C m(N2)=[k*(x+1/2y +z)*M(N2)]=10,7 kg
Cp (fumée) = 0,25Kcal/kg.°C
On a
Pertes par fum ée = Q c*Cp*(Pfm + ρ*Pcm)(Tf – T air)
Avec Qc = 2600 Kg/H
ρ = 100(1,4 – 1) = 40%
Tf = 80 °C
Tair = 25 °C
Pertes par fumées = 73 091 500 Kcal/h
les pertes par parois de n otre chambre à combustion
Le flux de chaleu r qui traverse les parois est estimé par la loi de fourier mais on peut pas déterminer la température à l’intérieur du foyer, donc nous avons utilisé la formule empirique sur Excel q ui permet d’estimer les pertes à partir des températures (paroi et ambiante)
Avec
Q = Kf * S * ( Tparois – T ambiante ) avec
Kf = 4,42*((((T+273 )/100)^4)-((Ta+273)/100)^4)/(Tp- Ta))+1,5 8*(Tp- Ta)^(1/4)
L longueur du foyer (m)
D diamètre de chaque mètre du foyer (m)
S surface d’un mètre du foyer (m2)
Tp, Ta tempér atures de la paroi et ambiante
Q flux perdu p ar parois Kcal/H
Pertes p ar parois = 101994,37 Kcal/H
Après avoir déterminé les pertes par parois et par fumée, nous calculons la puissance au brûleur pour obtenir le rendem ent de la chambre à combustion.
La puissance au brûleur
On a Pb= Qc * Pcal
Puissance au brûleur = 27067300.103 Kcal/H
Influence du brûleur sur les paramètres de co mbustion
Définition du brû leur
Un brûleur est un injecteur résistant à de hautes températures son rôle est en général double assurer le mélange carburant – comburant dans les proportions choisies et réaliser la combustion de ce mélange dans les conditions optimales (allumage et m aintien de la flamme, combustion complète). Il a donc u n rôle déterminant dans la qualité de la combustion, et par suite dans l’émission de polluants ou d’imbrûlés en plus ou moins grande quantité dans les fumées. Les brûleurs utilisés sont de types ZV2, ils permettent de combiner l’acti on de la pulvérisation mécanique à l’atomisation par un fluide auxiliaire, qui est dans notre cas l’air comprimé injecté à 5 bars.
Composition
Un brûleur est compos é
D’un poigné qui a deux en trées une pour le fuel et l’autre pour l’air c omprimé
D’une cane formée de deux tubes concentriques débouchant sur une pièce appelée atomiseur qui a 16 trous centraux de diamètre 3.2 mm et 20 trous périphériques de diamètre 3.2 mm.
D’un atomiseur il est suivi de la pastille qui porte à son tour un orifice central calibré dont les dimensions courantes sont 5- 5.5 – 6 – 6.5 et 7.5 mm, sur l a périphérie on compte 20 trous plus petits donna nt passage à l’air comprimé (diamètre 3.2 mm).
D’un émulseur il suit immédiatement la pastille munie d’ouve rtures disposées de la même manière qu’elle.
D’une Multi buse vient en dernier lieu et ne contient qu’une seu le rangée circulaire de trous divergents disposés sur une sortie de calotte centrale.
D’un Écrou de blocage L ’ensemble est maintenu dans cet ordre par un écrou de blocage qui vient de se fileter sur le bout extérieur du brûleur.
D’un Jacket tube est limité à son extrémité par un écrou porte brûleur qui porte d’un côté l’arrivée de l’air comprim é et le fuel avec des portées étanche. L’a utre extrémité porte le déflecteur (cône de flamme), cône à ailettes en fonte moulée, son rôle consiste à assurer un centrage et une stabilité de la flamme.
D’un Déflecteur c’est un distributeur à vantelles articulées commandées par un poignet sur la façade amène, autour du brûleur, l’air nécessaire pour la com bustion provenant d’un ventilateur d’air primaire (VAP).
Rôle du brûleur
Le fuel étant admis à l’intérieur du tube central du brûleur, tra verse l’atomiseur dans lequel il prend un mouvement d e rotation grâce aux voies tangentielles qui débouchent sur la chambre d’atomisation et s’échap pe sous forme de jet pulvérisé par l’orific e de la pastille dans la chambre de l’émulseur.
Le fluide auxiliaire, l’air comprimé, est admis dans le tube extérieur, traverse à son tour l’atomiseur et la pastille par les t rous périphériques et arrive dans la chambre de l’émulseur. Le mélange ainsi formé à ce niveau donne naissance à une émulsion homogèn e et se trouve projeté avec une certaine pression vers l’extérieur sous forme de nappe favorisan t la combustion avec le milieu ambiant .Le brûleur est introduit pendant l’utilisation dans un « Ja cket tube » servant de support et de guidage.
Application
Dans le but de déterminer les combinaisons des composante du bruleur, qui permettent d’obtenir une bonne combustion, nous avons effectué des ess aies sur le four N°2 où nous avons testé différentes comb inaisons (pastille- émulseur).
Notons que
pour les débits réduits, p ar exemple après un arrêt du four supérieur à 3 jours, on utilise les pastilles (50 ,55)
pour les débits normaux on utilise celle de type (60), par exemple le cas d’un démarrage après un arrêt court.
pour les débits élevés (cas d’humidité élevée) il est préférable d’op érer avec des pastilles de types (65, 70,75).
Les résultats obtenus sont mentionnés dans le tableau ci-dessous
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Table des matières
Introduction
Chapitre 1
I. Présentation du groupe OCP
1. Aperçu général
2. Le rôle économique du groupe OCP
II. Le phosphate au Maroc
1. Site de Khouribga La capitale mondiale des phosphates
2. Composition et origine de la roche
A) Caractéristiques physiques
B) Caractéristiques chimique du phosphate
III. Le complexe de Séchage d’OUED ZEM
1. Généralités sur le séchage
2. Le processus de séchage
a) Réception du phosphate
b) Installation de séchage
Chapitre 2
I. généralités sur la combustion
1. Définition
2. La combustion du fuel
a) Le pouvoir comburivore
b) Le pouvoir calorifique
c) Pouvoir fumigène massique
II. Bilan et rendement de combustion
1. La Puissance au bruleur
2. Les pertes
3. Rendement utile
4. Application Bilan et rendement de la chambre de co
III. Influence du bruleur sur paramètres de combustion
1. Définition du bruleur
2. Composition
3. Rôle du bruleur
4. Application
IV. Étude des paramètres de marche du four sécheur
1. Introduction
2. Débit de fuel
3. Impact du débit de produit
4. Impact du débit de la dépression
5. Interprétation des résultats
V. Bilan thermique et énergétique
1. Le but
2. Bilan de matière de l’installation
a) Les entrées
b) Les sorties
3. Bilan ENTHALPIQUE de l’installation
a) Les entrées
b) Les sorties
4. Les données d’essai
5. Résultats d’essai
c) Bilan matière
d) Bilan thermique
6. Discussion des résultats de l’essai
Conclusion
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