BILAN THERMIQUE D'UNE LIGNE DE CUISSON

BUREAU DE CONSEILS ET D'ETUDES

REPUBLIQUE TUNISIENNE

CIMENTS D’OUM EL KELIL

(CI.O.K)

BILAN THERMIQUE

INGENIEUR CONSEIL : Dalila AMMAR

Décembre 2012

Résidence Carrefour Bloc G Appt. 4-2 1003 Tunis

Tel.: 71 955 407 - Fax: 71 955 460

Email: [email protected]

CIOKBilan thermique de la ligne de cuisson

SOMMAIRE

1 AVANT PROPOS..................................................................................................................................... 4

2 SYNTHÈSE.............................................................................................................................................. 4

3 MÉTHODOLOGIE................................................................................................................................... 6

4 DESCRIPTION DE DÉROULEMENT DE L’INTERVENTION...........................................................................7

5 DESCRIPTIONS TECHNIQUES DE L’ATELIER DE CUISSON :........................................................................8

5.1 PROCÉDÉ.................................................................................................................................................85.2 BESOINS ÉNERGÉTIQUES............................................................................................................................11

6 BILAN THERMIQUE.............................................................................................................................. 12

7 ORIGINES POSSIBLES DE SURCONSOMMATION DE COMBUSTIBLE ET TYPES D’ACTIONS DE PROSPECTION RECOMMANDÉES.................................................................................................................. 14

7.1. DE POINT DE VUE USAGE D’ÉNERGIE............................................................................................................147.2. DE POINT DE VUE MATIÈRE PREMIÈRE..........................................................................................................15

8 BILAN GLOBAL LIGNE DE CUISSON......................................................................................................15

8.1 BILAN MATIÈRE DE LA LIGNE DE CUISSON......................................................................................................158.2 CALCUL DES FUMÉES...............................................................................................................................178.3 PROFIL GAZ TOUR PRÉCHAUFFEUR ET SORTIE TOUR.......................................................................................188.4 AIR FAUX PRÉCHAUFFEUR..........................................................................................................................198.5 PERTES THERMIQUES VIROLE FOUR ET PRÉCHAUFFEUR ET REFROIDISSEUR...........................................................208.6 AIR DE REFROIDISSEMENT ET EFFICACITÉ REFROIDISSEUR..................................................................................218.7 BILAN THERMIQUE COMPLET LIGNE CUISSON (PRÉCHAUFFEUR, FOUR ET REFROIDISSEUR).....................................228.8 BILAN DU REFROIDISSEUR..........................................................................................................................24

8.8.1 Débit de soufflage au refroidisseur.................................................................................................248.8.2 Bilan thermique refroidisseur..........................................................................................................258.8.3 Commentaires................................................................................................................................26

9 RENDEMENT EN DÉPOUSSIÉRAGE DES CYCLONES................................................................................27

9.1 BALANCE ÉLÉMENTS VOLATILS....................................................................................................................289.2 ANALYSE GRANULOMÉTRIQUE FARINE FOUR ET APTITUDE À LA CUISSON.............................................................29

10 EFFICACITÉ DES SILOS D’HOMOGÉNEISATION......................................................................................31

11 ANALYSE DE LA FLAMME..................................................................................................................... 31

12 COMPARAISON AVEC L’AUDIT 2010.....................................................................................................32

13 PLAN D’ACTIONS................................................................................................................................. 36

14 RECOMMANDATIONS.......................................................................................................................... 37

BCE 2 Tous droits réservés


LISTE DES GRAPHIQUES

Figure 1 : Flowshet procédé.....................................................................................................9

Figure 2 : Consommation spécifique du 13-11-2012..............................................................13

Figure 3 : Bilan masse............................................................................................................16

Figure 4 : Mesures EVS..........................................................................................................18

Figure 5 : Profil d’oxygène EVS..............................................................................................19

Figure 6 : Pertes parois four...................................................................................................21

Figure 7 : Bilan par catégorie d’usage énergie four................................................................24

Figure 8 : bilan énergie par vecteur d’énergie........................................................................26



1 Avant propos

La CIOK a enregistré une augmentation de la consommation énergétique thermique ces derniers temps. Soucieuse des impacts économiques et environnementaux de cette surconsommation, la CIOK a lancé une consultation pour la sélection d’un bureau d’étude en vue de la réalisation d’un bilan thermique de la ligne de cuisson et identifierr les dérives origines de cette situation.

Le Bureau d’étude et Conseils « BCE » a été sélectionné pour l’accomplissement de cette tâche. La CIOK conscient de l’importance de ce chek up bénéfique, lui a accordé une attention particulière à travers une collaboration étroite de ses cadres avec les experts BCE

. Ces derniers, d’une renommée internationale, ont consacré à ce travail d’investigation approfondie, toute leur énergie en suivant pas à pas les étapes du plan de travail préalablement arrêté et en utilisant des techniques et des instruments à la pointe du progrès dans ce genre d’intervention.

Dans le présent rapport, réalisé par le Bureau d’Etudes BCE à la société des Ciments d’Oum El Kelil « CIOK », le travail a été situé dans le cadre de la recherche de solutions d’amélioration des performances énergétique de la ligne de cuisson.

Les résultats auxquels nous avons abouti sont globalement très importants, qu’il s’agisse des gisements d’économie mis en évidence dans la partie cuisson de l’usine ou dans la synchronisation des réseaux aérauliques, de l’amélioration des résultats des performances des équipements, des gains sur les coûts des consommations énergétiques sous forme de gaz . Ces améliorations ont été exprimés sous forme de solutions, de recommandations et de projets visant la réalisation d’objectifs quantitatifs et qualitatifs en matière de maîtrise de l’énergie et de gestion énergétique efficace d’une manière globale et ayant un impact positif sur le fonctionnement des équipements et les coûts de production.

La CIOK a besoin d’une forte assistance et accompagnement par une équipe forte en process pour assurer les réglages nécessaires avec différentes approches en fonction de la matière première et l’exploitation des différents ateliers : formation de tas, préhomogéneisation, refroidissement. Un renforcement de capacité en matière de conduite des installations, de la chimie du ciment, bilan aéraulique, mesures, analyse,… est nécessaire. Ceci concernera les équipes de procédé et de laboratoire.

Le présent rapport est définitif. Toutes les informations et observations relatives à l’usine qui y sont présentées sont strictement confidentielles.

2 Synthèse

Les principales causes de la surconsommation en énergie sont et par ordre d’importance :

Un déséquilibre aéraulique total au niveau refroidisseur Une faible ration AP/(AP+AS) Un rendement très faible du refroidisseur inférieur à 50% d’où une source certaine de la surconsommation Un rendement faible en dépoussiérage des cyclones inférieurs (manque de jupes) . Au niveau matière première, le calcul de l’indice de l’aptitude à la cuisson est à la limite supérieure ce qui donne une matière difficile à cuire et ce qui nécessite plus d’énergie pour assurer le processus de clinkerisation

Il faut cependant et au niveau carrière faire des Tas le plus homogènes et surtout les moins quartzeuses et a bas teneur en SO3 avec bien sur l’apport de l’atelier de broyage pour faire un refus dans les objectives qualités



Les actions urgentes à faire sont :

Revoir la marche du refroidisseur (répartition adéquate de l’air de refroidissement) Revoir le débit d’air primaire Faire l’étalonnage du doseur four pour s’assurer du débit d’alimentation vu que le

rapport Cru/ck est très haut. Cette opération peut nous indiquer si vraiment on a les 247 t/h , il ya donc une grande partie de matiére qui reste dans le circuit surtout dans le préchauffeur et peut induire à des collages dans les conduites et/ou cyclones

Travailler sur la carrière et éviter les fronts a haut teneur en silice donc faire un mélange qui assure l’avancement de l’exploitation sans pour autant gêner la marche du four

Les actions à faire au premier arrêt du four :

Inspection du préchauffeur surtout au niveau cyclones 3 pour détecter s’il ya un étranglement quelque part

Revoir la marche des clapets des ventilateurs du refroidisseur et vérifier les positions ( o/f) en local et ce qui arrive à la salle de contrôle

Lors du prochain arrêt programmé du four :

Refaire les jupes des cyclones 4 (adopter système MAGOTTEAUX) Travailler sur la protection des murs du refroidisseur et virole exhaure afin de minimiser

les pertes par radiation et récupérer au max les thermies.



3 Méthodologie

L’établissement d’un bilan thermique consiste donc à évaluer, par un ensemble de mesures puis de calcul, les différents flux de chaleur entrant et sortant de l’installation. En premier lieu figure la consommation calorifique du four, c'est-à-dire la consommation du combustible que l’on traduit en consommation de quantité de chaleur d’après le pouvoir calorifique inférieur du combustible et que l’on rapporte à la production du four. Néanmoins, cette seule connaissance de la consommation du four ne permettrait pas de connaître les raisons pour lesquelles celle-ci apparaît comme faible moyenne ou élevée. Le bilan thermique apporte les éléments de réponse en mettant en évidence la répartition des sorties de chaleur, c'est-à-dire la façon dont la chaleur apportée au four en majeure partie par le combustible est, soit utilisée par le procédé, soit perdue dans les différents postes de l’installation. Il constitue ainsi le point de départ à partir duquel nous pourrons tirer les conclusions et mener les actions à même de réduire les pertes calorifiques jugées excessives comme améliorer la quantité du produit.

Les informations et les données concernant la production de l’usine ainsi que les détails relatifs aux machines clés sont à rassembler par le personnel de la CIOK.

Pour l’exécution du bilan thermique du four nous procédons au rassemblement des données importantes de l’usine et au suivi sur site des paramètres opérationnels et du procédé.

La méthodologie adoptée pour la mesure des différentes variables du procédé est présentée dans le chapitre suivant.

Le bilan thermique a été effectué sur une période de 09 heures, le four étant en marche casi stable malgré la présence d’anneaux instables durant l’essai. Toutefois, en fin de campagne les informations et les données concernant la production et les machines sont rassemblées par la CIOK.

Pour l’établissement du bilan thermique du four, les experts de BCE ont rassemblé les données nécessaires et procédé à la mesure des paramètres de marche.

Débits des gaz et d’air

Les débits gazeux ont été mesurés à l’aide d’un tube de Pitot et d’un manomètre numérique à la sortie du tour préchauffeur et l’air exhaure. Ceci également pour l’ai de soufflage du refroidisseur, hexaure refroidisseur et celui de l’air primaire .

Température

Les températures de la matière, du gaz et de l’air ont été mesurées par un thermocouple digital .Les températures des parois du four, du refroidisseur, et des cyclones du tour préchauffeur ont été relevés à l’aide d’un pyromètre I.R.

Combustible et combustion

Les compteurs du four et des bruleurs on line ont été utilisés pour la détermination des

débits de gaz naturel consommé .Ceci est une autre source d’erreur potentielle.Calcul des gaz de fumées

La composition des gaz de fumées sortie tour préchauffeur a été mesurée et également calculée sur une base théorique en se basant sur la combustion neutre et les taux d’oxygène mesurés, la composition chimique du combustible et la farine alimentant le four. Les débits calculés sur une base théorique ont été confrontés au débit calculé à partir des

mesures des pressions dynamiques mesurées.



Pertes de poussières

Les pertes de poussières par la cheminée principale le jour de l’audit ont été estimées par rapport aux émissions observées et par comparaison aux dernières mesures de l’audit de 2010

Les pertes de poussières par le refroidisseur sont prises de l’ordre de 70 mg/Nm3.

Pertes thermiques par les parois

Les pertes thermiques par les parois ont été calculées pour le Four, refroidisseur et le tour préchauffeur. La formule de Gygi a été appliquée

Analyse des Matières

Des échantillons de farine cru, farine chaude et clinker ont été prélevés et analysés par le laboratoire de l’usine selon une liste préétablie.

La composition du gaz naturel a été analysée par la STEG, ainsi que les pouvoirs calorifiques inférieurs, la masse molaire et la densité de chaque type de combustible.

Bilan des flux gazeux

Les débits gazeux sont obtenus à partir de mesures de pression et de températures dans les différentes gaines à l’aide d’un tube de Béri, de manomètres et de thermocouples.

Les débits gazeux dits calculés sont obtenus à partir d’analyses de teneur en oxygène et gaz carbonique dans les différents flux et à partir des débits mesurés dans les gaines dont la géométrie est favorable principalement en sortie EVS.

Les résultats de mesures et d’analyses sont présentés en annexes.

Les débits obtenus sont présentés par les tableaux et schéma ci-après avec lesquels apparaissent également les débits d’air faux.

4 Description de déroulement de l’intervention

L’intervention de l’équipe BCE s’est déroulée sur 09 heures.

Notre travail a consisté à faire les mesures nécessaires et à récolter le maximum possible de données : relevés, mesures, comptabilité. ; En vue de mieux cerner les bilans matières et énergie et écarter les données moins fiables par des moyens de recoupement.

Différents moyens de mesures ont été mis à la disponibilité de ce travail :

Analyseur de combustion Sondes de température Anémomètre Tube de Pitot Pyromètre infrarouge

L’usine a fournie les données relatives à :

Compteurs gaz naturel l’analyse des échantillons :

o Matière cruo Farineo Matière le long du tour préchauffeuro Clinker



5 Descriptions techniques de l’atelier de cuisson :

5.1 Procédé

Les principales étapes de la fabrication du ciment sont la préparation du cru (composition et mélange des matières premières), la transformation de celui-ci par procédé de cuisson, et la transformation du produit de la cuisson (le clinker) en ciment.

La consommation énergétique thermique concerne l’étape cuisson. Qui dépend fortement de plusieurs paramètres de marches outre que la matière première.

La ligne cuisson comprend :

un échangeur à voie sèche un four rotatif un refroidisseur IKN

a/ L’échangeur à voie sèche : il comprend deux tours parallèles à quatre étages. Les gaines et cyclones sont parcourus de bas en haut par les gaz chauds venant du four qui cèdent leur chaleur à la farine alimentée à contre-courant (de haut en bas) qui subit le long de la tour des transformations de déshydratation et de décarbonatation.

Le précalcinateur on line installé permet d’atteindre des taux de décarbonatation plus importants par conséquent un gain énergétique important et une durée de vie plus élevée des briques réfractaires

b/ Le four : la farine cru partiellement décarbonatée à un taux d’environ 45% entre dans le four à travers la boite à fumée située au pied de la tour et le traverse en sens inverse des gaz chauds. Au fur et à mesure de son avancement vers les zones de températures élevées, des réactions chimiques se produisent entre les composants du cru jusqu’à la zone de cuisson de température 1450°c où se forme le clinker donc les silicates, les aluminates et les ferro-aluminates de calcium.



b/ Le refroidisseur : le refroidissement rapide du clinker (la trompe) permet la conservation de l’état vitreux du clinker et la stabilisation de la bélite (C2S β). Le clinker sortant du four par le capot de chauffe à une température de 1300 °c tombe dans le refroidisseur en lit fluidisé. L’air soufflé sous le grilles par les ventilateurs permet au clinker d’avancer d’une part et de céder sa chaleur à l’air d’une autre part. les gaz chauds qui en résultent sont récupérés en partie et réinjectés dans le four pour économiser de l’énergie le reste est tiré par les exhaures

Figure 1 : Flowshet procédé

Lors de ce traitement thermique, la matière subit des transformations physicochimiques où a

lieu une série successive de réactions intermédiaires.

Chacune de ces opérations se produit à une température déterminée et la matière doit donc recevoir la chaleur correspondante à cette température. Ce qui implique l‘existence d’un profil thermique précis pour assurer la formation des phases tout au long du four.

La série de réactions chimiques réalisées au sein de la matière pendant son chauffage dans le four s’achève sous la flamme par l’obtention d’un produit composé de silicates, aluminates et ferro-aluminates de calcium, sous forme d’un magma de phases cristallines et amorphes (verres) et désigné sous le non de clinker.

Le four rotatif de cimenterie est un échangeur de chaleur globalement à contre-courant. La matière à cuire est introduite, suivant l’humidité de la matière, au niveau du deuxième ou troisième cyclone du tour préchauffeur et atteint le four en une dizaine de seconde voit sa température passer de 40 °C à 800 °C, à l’encontre des gaz produits par la combustion du combustible du four (et éventuellement du combustible du préchauffeur). Le rôle de



l’opérateur du four est de conduire son four d’une telle façon, qu’en chaque point du four la quantité de chaleur nécessaire à la réaction des opérations successives qui amènent à la formation du clinker, soit assurée

Chacune des opérations mentionnées dans ce tableau se produit à une température déterminée et la matière doit donc recevoir la chaleur correspondante à cette température. Il en ressort donc que la tâche essentielle de l’opérateur du four est de garder le plus longtemps possible le profil thermique adéquat du four et de prévoir les éventuelles perturbations en décelant à l’avance les signes précurseurs d’éventuelles perturbations et de prendre les mesures nécessaires pour y remédier.

Les échanges de chaleur entre la flamme puis les gaz de combustion et la matière ont lieu essentiellement selon deux modes en chaque points du four (et éventuellement du précalcinateur): par rayonnement et par convection.

La formation du clinker est globalement endothermique,elle est la résultante des réactions endothermiques et des réactions exothermiques, ainsi que les sources de pertes thermiques dues au procédé et aux conduites inadéquates du système four-Refroidisseur Tour préchauffeur (avec ou sans précalcinateur).

5.2 Besoins énergétiques

Les besoins énergétiques de l’atelier de cuisson sont la résultante des réactions endothermiques, des réactions exothermiques, des pertes de chaleur par parois et des pertes thermiques dues à la conduite inadéquate du four.

Réactions endothermiques

Les réactions endothermiques sont de deux sortes :

Réaction iso - thermique : Déshydratation de l’argile à 550 °C. Décarbonatation de MgCO3 à 7000 °C. Décarbonatation de CaCO3 à 950 °C Formation de verre de clinkérisation à 1450 °C.

Effet iso - thermique : Echauffement progressif de la matière entre des paliers de 0 à 1450 °C

La somme des dépenses calorifiques de ces postes est d’environ 4400 Mj/tck (1050 th/tck), calculée à une température de référence de 0°C.

Réactions exothermique :

Cristallisation de constituants amorphes Formation de constituants anhydres du clinker Du CO2 libéré par les carbonates après évaporation de l’eau d’hydratation de l’argile. Refroidissement

Du clinker formé de 1450 °C à + 20 °C de la température ambiante

La somme des récupérations de chaleur est d’environ 2600 Mj/tck (620 th/tck).

Sources des pertes thermiques

Nous citons:

Les chaleurs sensibles des gaz de sortie tour préchauffeur. Les pertes par parois. Les entrées excessives d’air faux. Les arrêts fréquents. Marche à débits réduits ou au-delà du débit maximal admis, provoquant ainsi des

perturbations de la marche.



Conduites de l’atelier de cuisson

Nous citons :

Marche non maîtrisée du refroidisseur et du four Température basse de l’air comburant secondaire Pertes par parois exagérées dues à des températures excessives et/ou un mauvais

écroûtage.

Si l’opérateur n’a pratiquement aucune influence sur le déroulement des réactions endothermiques et exothermiques, son rôle est essentiel pour garder les pertes par parois et les pertes dues à des débits inadéquats en obéissant aux consignes et en veillant à la maîtrise des paramètres de marche.

En ce qui concerne les pertes thermiques dues au procédé, le bon choix du procédé est essentiel, vient ensuite le bon choix des améliorations.

D’ailleurs 15 % environ de la décarbonatation se fait dans le tour préchauffeur.

Toutefois le taux de décarbonatation hors four ne doit pas dépasser 95% pour éviter les bouchages et les concrétions.

Toutefois la décarbonatation de la matière à la sortie du dernier cyclone du tour préchauffeur ne doit pas dépasser 90 - 95 % pour éviter des problèmes techniques, tel que : collage, concrétions, anneaux, surchauffe, etc , …

Les besoins thermiques pour la formation du clinker et pour des installations pareilles ne doit pas dépasser 850 kcal/kg de clinker.

6 Bilan thermique

Le bilan de l'atelier cuisson est global et couvre l’ensemble de l’installation de cuisson.Les données de base lors du deroulement du bilan sont ci-après indiquées

PRODUCTION

Durée 9 h

Clinker 1230 t

Production horaire 136,7 t/h

Ciment

Alimentation farine 254,0 t/h

GAZ NATUREL

Consommation 15807 Nm3/h CIOK

Four (85 %) 13438 Nm3 CIOK Novembre Precalcinateur 2369 Nm3 CIOK Novembre

PCI du combustible 9004,294 Kcal/Nm3 CIOK ou calcul BCE

Septembre 2012

Caractéristiques Densité 0,8 kg/nm3

CH4 89,51% CIOKC2H2 6,90% CIOKC3H8 1,00% CIOKC4H10 0,14% CIOKC5H12 0,01% C6H14 0,01% He 0,08% N2 0,86% CIOKCO2 1,50% CIOK

100,01%

Farine Entrée tours EVS Analyse Faire une fois par jour pour chaque TVSP.F. (entrée TVS) 35% % Analyse

CaO 42,36 % Analyse CIOK



SiO2 14,04 % Analyse CIOKAl2O3 3,52 % Analyse CIOKFe2O3 2,21 % Analyse CIOKMgO 0,58 % Analyse CIOKK2O 0,35 % Analyse CIOKSO3 0,46 % Analyse CIOK

Caractéristiques de la farine en pointe des cyclones : Relevés + Analyse

EVS SUD

P.F. Temp. Farine(°C) Taux DECARB.

C1 34,29 297 C1 bis 34,3 293 C2 33,84 485

C3 31,21 652 C4 20 815

EVS NORD

C1 34,38 293 C1 bis 34,41 297 C1 + C1 bis C2 33,89 480 C3 30,56 637 C4 18,98 807

Le bilan s’est déroulé sur 9 h au 14/11/2012 du 9 h à 18 h. La marche du four était plus au moins stable, est caractérisée par une production élevée de 136,7 t/h. Cette valeur est à reprocher du débit nominal de 3500 t/j (145 t/h). L’ensemble des conditions de marche à permis une consommation thermique de 1041 kcal/h.

Lors du bilan les valeurs suivantes ont été relevées :Production clinker t 1 230 h 9 t/h 136,667 Consommation gaz naturel Nm3/j 15 807,333 PCI GAZ NAT. kcal/Nm3 9004,294Consommation spécifique thermique th/tckl 1 041,47 Nm3/tckl 12,85

Figure 2 : Consommation spécifique du 13-11-2012

En se basant sur le bilan thermique établi, la consommation thermique est de 1041 th/t de clinker est nettement supérieure à la moyenne annuelle de 810 kcal/kg soit d’environ 25 %

La production totale est 136,7 t/h, ce qui correspond à une alimentation farine de 254 t/h.

Le débit de clinker a été pesé par camion.



La consommation spécifique de l’énergie thermique est excessive. Elle dépasse de loin la consommation spécifique réalisée lors des périodes similaires de l’année précédente.

De ce fait, la présente étude est très exigeante à plus qu’un titre de point de vue résultat est analyse pour remédier aux anomalies.

La consommation spécifique communément réalisée pour la CIOK est d’environ 800 th/t clinker.

Le potentiel d’économie d’énergie est d’environ 25 % sur la facture du gaz naturel annuel.

Pour une production d’environ 950 000 t clinker /an, la consommation du gaz naturel est de 25000000, le gain énergétique est de 6000 000 DT/an.

7 Origines Possibles de surconsommation de combustible et types d’actions de prospection recommandées

7.1. De point de vue usage d’énergieAtelier ou équipements Origine possible Action de prospectionConsommation combustible Déviation des compteurs Faire tarage par organisme certifiéProduction Horaire Four Dérive au niveau Doseur Pesage clinker par camions

Vérification par chronomètre de la variation de niveau trémie Alimentation Four

Rendement du Préchauffeur -faible rendement des cyclones-profil non homogène de gaz le long des cyclones-pertes par radiations-cycle interne des éléments volatils

-faire le rendement en dépoussiérage des cyclones - faire le profil oxygène -évaluer les pertes par radiations le long des cyclones et gaines -faire le bilan soufre et évaporation (pour déterminer les conditions de cuisson : oxydantes ou réductrices)

Four -pertes par radiations-qualité Alimentation Four

-analyse de la géométrie de la flamme- air Primaire (Faible excès d’air)

-évaluer les pertes par radiations le long du four-analyse chimique d’un échantillon moyen farine-analyse granulométrique et chimique par tranche granulométrique- analyse efficacité homogénéisation ( CaCO3 entrées/sorties)-analyse chimique clinker (échantillon moyen)

- Pb tuyère (position dans le four et réglage des airs) - Mesure de la quantité d’air primaireCalcul de la quantité d’air en excès nécessaire en fonction du type de combustible

Refroidisseur Rendement thermique -faire un bilan refroidisseur et évaluer la température Air secondaire (Cas CIOK)

7.2. De point de vue matière première

Echantillons Fréquence Analyse chimique Analyse Granulométrique

Clinker 1 échantillons toutes les 2heures

-Analyse chimique de l’échantillon moyen durant la période du bilan



-analyse horaire de la chaux libre

Farine chaude

Un échantillon de chaque cyclone du préchauffeur

Pour les échantillons des cyclones inférieurs

-Perte au feu

-Pf , SO3 , K2O et Na2O

Alimentation Four

1 échantillon toutes les heures

-sur l’échantillon moyen de la journée

-analyse chimique complète

-analyse chimique complète

-analyse chimique complète pour chaque tranche granulométrique

-faire une analyse granulométrique sur série de tamis (a définir en fonction des tamis existants au labo

Sortie Broyeur cru

1 échantillon horaire - analyse chimique complète pour chaque échantillon

8 Bilan global ligne de cuisson

Le bilan de l'atelier cuisson est global et couvre l’ensemble de l’installation de cuisson.

Etablir des bilans des parties de l’installation, servant à certaines données importantes ou non mesurées, ainsi en établissant les bilans gazeux et thermiques du refroidisseur à grille et du four, cela permet d’établir les rendements de ces deux échangeurs de chaleur et de les interpréter.



8.1 Bilan matière de la ligne de cuisson

Facteurs de production.Identification Unité ValeurFarine

Débit (AF)C (Calculé) t/h 254,0000

PF M (Mesuré) % 35,4%

Humidité AF M % 0,17%Poussière tour Débit (Dp) M t/h 42,26 PFp (Perte au feu Poussière) M % 35,25% Clinker Débit c t/h 136,66816 PF (Perte au feu clinker)(du à la reprise d’humidité) M % 10,00% Le facteur de conversion (x) C Cru/ck 1,858516 Ck/cru 0,538

La relation permettant d’établir le bilan massique, s’exprime, à 0% de PF de la manière suivante :

ENTREE kg/T SORTIE Kg/T Farine sortie homo 1858,5 clinker 1000 - à 0 % de PF 1 200,243 Poussière Tour 309,220 - CO2 655,060 - H2O 3,234 - à 0 % de PF 200,232 1 858,537 - CO2 108,9875 309,220 GAZ H2O DEGAGEE 3,234 - CO2 546,072 1 858,5 1 858,5

Le bilan massique révèle un facteur de conversion de 1,858 t farine / t clinker estimé élevé , ce qui laisse penser sur la qualité de la matière, le débit de poussières dans les gaz TVS, et l’humidité de la matière.

Il ya présence d’une masse d’environ 250 kg/t clinker traitée et perdue sans avoir une réelle contribution à la formation du clinker.

Cette question sera examinée en détail lors de l’analyse de la matière de première.



Figure 3 : Bilan masse

Une analyse plus profonde du taux de facteur de conversion avec la P.F. de la farine donne un facteur de : 1,548, qui est acceptable.

La farine clinkerisable théorique et la farine pesée présente une différence de 20 %, qui est énorme, il correspond aux pertes poussières et aux dérives des doseurs éventuellement.

Le tirage des gaz à fumée entraîne de préférence les particules les plus légères et fines, c’est-à-dire les particules de Ca0. Le tirage de poussière est plus intense dans la zone de calcination. La matière en cours de cuisson reste plus pauvre en Ca0 et devient plus fusible, augmentant la tendance à la formation d’anneaux.

Pour compenser la ségrégation du cru on doit travailleur avec une saturation plus élevée que la théorique.

Le tirage des gaz à fumée doit aussi être ajusté de façon que l’excès d’air soit suffisant à l’obtention d’une combustion complète.

Clinker M 136,670 t/h

PF M 35,42%

Humidité M 0,17%

Facteur Farine/clinker C 1,5485

Farine clinkerisable C 211,623 t/h

Farine pesée entrée four M 254 t/h

Débit poussière C 42,376 t/h

Les poussières peuvent être dues aux régimes d’écoulement des fumées.

De ce fait une analyse dimensionnelle est nécessaire.

Il s’agit de voir les vitesses d’écoulement dans les différentes conduites du tour préchauffeur ainsi que la vitesse d’avancement de la matière tout le long du four.

Il y éventuellement certains blocages au sein du four ou des cyclones qui induisent une forte pression après une dépression et engendre un régime tourbillonnaire discontinue.

Ce qui crée aussi un déséquilibre aéraulique tout le long de la ligne de cuisson.

l est important d’établir un bilan gazeux.

8.2 Calcul des fumées

A partir des caractéristiques du gaz naturel, de l’analyse de l’oxygène résiduel en boîte de fumées et d’une évaluation du volume de CO2 dégagé dans le four, on peut calculer l’excès d’air de combustion au four par une procédure de calcul développée sur Excel.



SORTIE PRECHAUFFEUR Taux d'oxygène 2,50% EA 11,8%

clinker 136,67 t/h

M.P. Farine 254,00 t/h P.F. 35,42% Humidité 0,17%

Fumées (Nm3 gaz/t clinker) CO2 H2O O2 SO2 N2 Total

Combustion neutre 126,432 236,439 912,235 1275,105Matière première 333,523 3,932 337,455Toal neutre 459,955 240,371 0,000 0,000 912,235 1612,560Excés d'air - 2,025 38,480 - 143,608 184,113Total (Nm3/t cl) 459,955 242,396 38,480 0,000 1055,843 1796,673Total sec (Nm3/t cl) 459,955 38,480 0,000 1055,843 1554,277VOL %, dry 30% 2,48% 0% 68% 100%

L’air de combustion total est de 1796,673 Nm3/t clinker

Pour un débit de 136,66 t clinker/h, le débit des fumées est de 245 545,30 Nm3/h.

Les mesures au niveau des sorties du préchauffeur donne : 215 333 Nm3/h.

Ce débit est inférieur à celui calculé, ce qui confirme le phénomène de perturbation des écoulements du gaz.

8.3 Profil gaz tour préchauffeur et sortie Tour

Cette campagne de mesures a pour objectif de voir l’évolution du profil des gaz en provenance du four tout le long du préchauffeur pour pouvoir déterminer d’une part l’air faux entre les différents étages du préchauffeur et l’existence éventuelle des imbrulés par mesure du Co sur tout à l’étage inférieur.

La comparaison des températures Gaz et matière pourra nous renseigner sur l’efficacité de l’échange thermique dans chaque cyclone.

La campagne de mesures a donné le profil suivant :



P5 N P5 S

306 °C 307 °C

-50 mbar mbar

2,6%O2 2,4%O2

0,247%CO 0,286%CO

P1 N P1 S

313 °C 305 °C

-46 mbar mbar

2,60%O2 2,56%O2

0,265%CO 0,327%CO

P1 bis N P1 bisS

309 °C 314 °C

#DIV/0! mbar

2,61%O2 1,89%O2

0,290%CO P3 S 0,300%CO

656 °C

P2 N mmCE

477 °C 0,7%O2 P2 S

#DIV/0! 0,753%CO 488 °C

1,8%O2 mbar

0,402%CO P3 N 1,1%O2

Combustible au four 659 °C 0,242%CO

Gaz naturel 13278 Nm3/h #DIV/0!

PCI 9004 kcal/Nm3 1,0%O2

% Combustible au four 84,9% 0,672%CO

P4 S

Gaz naturel 2369 Nm3/h P4 N 821 °C

PCI 9004 kcal/Nm3 812 °C mbar

% Combustible au Precal. 15,1% #DIV/0! 0,7%O2

0,5%O2 0,135%CO

Cons. Specif. 1031 Kcal/kg cl P6 Chambre melange

GAZ NATUREL PRECAL 910 °C

,000 % O2

1,4%O2

FOUR 0,327%CO

EXHAURE

P7 Boîte à fumées

980 °C

mmCE

1,4%O2

0,327%CO

26 °C

21 m/s

26 °C

18 m/s

Combustible au precal.

AIR REFROIDISSEME

NT

AIR PRIMAIRE

NOSERING (Joint amant)

C1 bisC1

C2

C4

Chambre de mélange

Four

Refroidisse

Chemin

Boite à fumée

C3

C1 bisC1

ALI

ME

NT

AT

ION

FA

RIN

E

C2

LIGNE02 SUD

lIGNE 01 NORD COTE MONTAGNE

C3

C4

C

C

Figure 4 : Mesures EVS



Figure 5 : Profil d’oxygène EVS

L’analyse de ces données montre ;

Un faible pourcentage d’oxygène sortie tour de 2.5% contre une valeur contre un minimum de 3.5%. Nous avons également constaté que le volume d’air tiré a travers le préchauffeur est faible (1.5 Nm3/t-cl) contre un ratio théorique nettement supérieur et qui avoisine les 1.9 Nm3/t-cl.

Afin de confirmer ces valeurs, il est demandé au service procédé de l’usine de mesurer les consommations électriques des ventilateurs de tirage et voir s’il ya concordance avec la consommation et le volume tiré. Cette intervention pourrait être réalisée lors d’une mission d’accompagnement pour le réglage des débits aérauliques.

Un écart souvent important entre la marche de la ligne sud et celle nord. En effet, on peut voir que dune part il ya manque d’oxygène dans la Tour (les valeurs sont faibles) et que l évolution de l’oxygène a la ligne nord est plus stable par rapport au sud et la variation de la température gaz est de même :

Il est clair que la ligne Nord est plus stable que celle du sud qui présente des variations et fluctuations au niveau des gaz traversant les cyclones.

Pour le Co, la valeur mesurée au niveau de la boite à fumée est de 0.327%, valeur jugée grande ce qui pourrait laisse entendre que la combustion au niveau bruleur n’est pas totale et qu’il ya lieu de travailler sur l’air de combustion.

Ceci étant constaté par le présence d’une importante quantité de Co au niveau du 3 étage d’où possibilité de poste combustion et ou un étranglement ( 1% d’oxygène et 0.7 % Co ). Il faut absolument et au premier arrêt du four inspecter les cyclones 3.

A la sortie de la tour, cette valeur est de 0.247 % pour la ligne Nord et de 0.286% pour la ligne sud, également estimées élevée (oxygène faible), ce qui nécessite de travailler sur le tirage.



8.4 Air faux préchauffeur

La mesure d’Air faux au niveau des étages du Préchauffeur à été calculée en fonction de % oxygéné entrée et sortie de chaque étage de cyclone.

Nord Sud

% O2 moyenTempérature moy % AF % O2

Sortie PC 2,61% 2,39% 2,50% 306,5

Etage 1 2,61% 2,23% 2,42% 310,8 -0,75%

Etage 2 1,77% 1,08% 1,43% 482,5 -3,00%

Etage 3 0,672% 0,970% 0,82% 657,5 -7,04%

Etage 4 0,49% 0,660% 0,58% 816,5 -3,34%

Nous pensons que les valeurs calculées d’air faux au niveau préchauffeur sont acceptables. Il est important de signaler que le max à été enregistré entre l’étage 2 et 3 (il faut vérifier surtout les portes de visites et leurs étanchéités et l’existence d’éventuels bouchages au niveau de cyclones 3)

D’après le bilan aéraulique, il est estimé à 1000 kg/h

8.5 Pertes thermiques virole four et Préchauffeur et refroidisseur

PRECHAUFFEUR Total Pertes chaleur 6,8 kcal/kg cl

TVS temp. Ambiante 19 °C

Description Pertes totale 926 Kcal/h

Four: Pertes chaleur 38,8 kcal/kg

temp. Ambiante 19 °CSurface 1296,85 m2 Pertes totale 4089 Kcal/h/m2

Refroidisseur: Pertes chaleur 15 kcal/kg

Les pertes thermiques au niveau de la virole du four sont de l’ordre de 38,8 th/t-cl soit environ 2.8 % de la consommation totale. La variation de la température de la virole est presque bonne. La moyenne mesurée sur les 40 premiers mètres est de 250° C.

Nous pensons que cette perte est dans les normes et est en fonction de l’état du four (présence d’anneaux : contribue au refroidissement de la virole) et a la durée de vie des réfractaire



Bien que les cyclones des étages 1 et 2 sont en parfaite état, Pour le préchauffeur, la perte est de 6,8 th/t-cl jugée élevé. Les cyclones C4 contribuent avec 30% à cette perte (problème de jupe)

Pour les cyclones 3, il ya un déséquilibre entre les deux lignes et une inspection s’impose au premier arrêt



Le profil au niveau Four est comme suit :

Figure 6 : Pertes parois four

8.6 Air de refroidissement et efficacité refroidisseur

Malgré que la quantité d’air de refroidissement mesurée et qui est de l’ordre de 1.83 Nm3/Kg-clinker parait suffisante pour obtenir un clinker a température <100° C, la répartition de cette quantité d’air n’est pas du tout équitable au niveau refroidisseur ce qui laisse que l’équilibre aéraulique est totalement en désordre.

En effet, les mesures montrent que plus de 63% de l’air soufflé est fourni par les VN 1 à 4 alors qu’en marche normale ils doivent être aux alentours de 45%.

Cette répartition (faute de l’arrêt des ventilateurs 7 et 8 qui travaillent à clapet fermé) avec un mauvais suivi au niveau salle de contrôle pour moduler les vitesses grilles et répartir l’air comme il se doit. Un meilleur contrôle des pressions chambres donc le talus de matiére induira certainement a une meilleur récupération de chaleur et augmenter par conséquent la température de l’air secondaire

En absence d’énergie nécessaire à la zone de clinkerisation, le cuiseur fait appel a plus de Gaz au niveau Four pour produire un clinker a chaux libre <1.5%.

Cette situation a fait que l’équilibre aéraulique au niveau refroidisseur est déplacé vers l’aval et on se trouve avec un excès d’air exhaure refroidisseur faible et une température de clinker de l’ordre de 240°C.

Designation Nm3/h t °C Kg/h Nm3/kg clinkerKg/kg clinker

Air refroidissement 249897 20 322367 1,829 2,359Air primaire 8273 26 10672 0,061 0,078Air nosering 5609 26 7235 0,041 0,053Air exhaure ref roidisseur 215333 362 246656 1,399 1,805Air secondaire 40352 1020 10990 0,295 0,080



fumées de décarbonatation 0,284 0,000Sortie prechauffeur 215333 357 120472 1,576 0,882

Rapport (Air primaire/(air primaire + air secondaire)) 17,01%

La répartition des airs est comme suit :

ENTRRE Nm3/kg clinker Entrées (Nm3/Kg-cl) tpchauf

Air refroidissement 1,83 Air Primaire 0,061Air nosering 0,041 Air Nosering 0,041Air Primaire 0,061 Air secondaire 0,295Air faux 1,04 35% Fumées réelles 0,284 Air Faux 0,895 2,97

Sorties tpchaufTour Préchauffeur 1,576

SORTIE Nm3/kg clinker Air Préchauff 1,576 Air exhaure ref 1,399 47% 2,97

RefroidisseurEntrée Nm3/kg cl Sortie Nm3/kg cl

Air refroidissement 1,399Air secondaire 0,295

Air faux 0,295 Exhaure 1,399Total 1,694 1,694

Ceci donne un rapport AP/(AP+AS) de 17 %. Il est clair qu’il faut revoir la quantité d’air primaire mais aussi la répartition de l’air de refroidissement.

Le jour du bilan, le circuit exhaure refroidisseur est presque en pression.

Sachant que le mélange air / combustible dans les fours rotatifs se réalise de façon irrégulière, incomplète et lente, La flamme reste dépourvue d’air dans la zone voisine de l’injecteur. Le flux central des gaz chauds a une vitesse initiale plus élevée que le flux périphérique d’air secondaire. Cette différence de vitesses se réduit à la mesure que les deux flux avancent vers la boîte à fumée. Le flux extérieur facilite au flux central l’oxygène pour la combustion. On a déjà remarqué la présence simultanée d’oxygène et de monoxyde de carbone dans les gaz à la boîte à fumée

8.7 Bilan thermique complet ligne cuisson (Préchauffeur, four et refroidisseur)

Le bilan de la ligne de cuisson tel que mesuré le jour de l’audit reflète parfaitement ce qui à été observé et ce que l’usine consomme depuis un bon moment

En effet, les principales observations faites le jour de l’audit tournent principalement sur les pertes thermiques au niveau préchauffeur, four et surtout refroidisseur.



Temp Cp Quantité ChaleurEntrée °C Kcal/kg/°C kg/kg clinker Kcal/kg Alimentation four + poussière 85 0,200 1,859 31,595Air primaire+nozering 26 0,450 0,0529 0,6Air Faux 26 0,350 0,0027 0,024Air de refroidissement 20 0,350 2,359 0,016Gaz naturel 25 0,278 0,093 0,643Combustibles matière première 0,000Combustible 11 258 1 041,7TOTAL 1 074,6

SortiePerte poussière 306 0,220 0,309 20,8Gaz sortie 306 0,358 0,877 96,0CO dans les gaz 0,000 0,0Radiation TVS 6,8Radiation virole four 38,8Bypass gasBypass poussièreSechage farine 0,003 1,9Radiation refroidisseur 491,5Chaleur de reaction 405,4Indeterminée ( 1%) 13,5TOTAL 1 074,6

Consommation spécifique suvant bilan thermique 1 041,8 Kcal/kg

Figure 7 : Bilan par catégorie d’usage énergie four

Il apparait une énorme énergie perdue au niveau du refroidisseur.

8.8 Bilan du refroidisseur

8.8.1 Débit de soufflage au refroidisseurDensité 1,290 kg/m3 à 0 °C Date: 13/11/2012



1 mm CE 9,81 Pa

Production 136,7 t/h

P0 930 mmg

VNt (°C)

Pst (mmCE)

pdy (mmCE

)

pdy (Pa)

Vitesse (m/s)

Ø (m) Section (m²)

Débit (m3/h) Débit (Nm3/h)

ρ (kg/m3) Débit (kg/h)

1 21 11,342 0,500 0,1963 8017 7452 1,1991 9 613

2 19 82 0 0 0,78 0,800 0,5027 1419 1325 1,2044 1 709

3 21 27,160 0,900 0,6362 62202 57818 1,1991 74 586

4 19 24,400 1,100 0,9503 83477 77939 1,2044 100 541

5 19 23,115 1,000 0,7854 65356 61020 1,2044 78 716

6 19 37,77143 26,4 258,98 20,74 0,900 0,6362 47494 44343 1,2044 57 203 7 0 8 0

TOTAL 20 249 897 322 367

4165

Ratio de soufflage 1,829 Nm3/kg clinker

2,359 Kg/kg clinkerLe débit d’air soufflé est de 1,829 Nm3/kg clinker.Les ventilateurs 7 et 8 étaient en arrêt total lors de la campagne de mesures.

Les gaz d’exhaure sortie du refroidisseur

VNt

(°C)Pst

(mmCE)

pdy (mmCe

)

pdy (Pa)

Vitesse (m/s)

Section (m²)

Débit (m3/h)

Débit (Nm3/h)

ρ (kg/m3)

Débit (kg/h)

Exhaure Nord 353 89 2 21 8,54 7,1775 220 690

96 243,35 0,5626 124 154

Exhaure Sud 370 102 2 21 8,66 7,1775 223 666

94 962,56 0,5477 122 502

TOTAL 362 191 205,91 246 656

Ratio de soufflage 1,399 Nm3/kg clinker1,804 kg/h

Les températures d’air exhaure aval sont assez élevées.

Les mesures de température clinker qui ont été faites à la jetée du four et en sortie du refroidisseur sont :

- Température clinker jetée four : 1050 °C- Température clinker sortie refroidisseur : 250 °C.- Température de virole exhaure dépasse les 280 °C

La température clinker est assez levée, il y a lieu de s’approcher de 140 °C, moyennant :

- Une bonne répartition d’air de refroidissement



Bilan gazeux du refroidisseur

Entrée Nm3/kg cl Sortie Nm3/kg cl

Air refroidissement 1,399Air secondaire 0,295

Air faux 0,295 Exhaure 1,399Total 1,694 1,694

Sur la base de ces chiffres l’air faux du refroidisseur est de 0,295 Nm3/k clinker, ce qui représente 21% des airs de refroidissement, c’est énorme.

La fermeture des ventilateurs V7 et V8 pour de raisons de process (niveau max au niveau intensité du moteur ventilo ) a fait que :

- Insuffisance d’air soufflé sous la dernière chambre les derniers mètres du refroidisseur ce qui a fait que la température du clinker dépasse les 200°C.

- Chute de La température de l’Air secondaireL’énergie récupérée est par conséquent diminuée, ce qui donne un rendement de refroidisseur faible.

8.8.2 Bilan thermique refroidisseur

Usine: CIOK 14/11/2012

Entrée Débit Temp. Cp * Chaleur (kcal/kg cl)Kg/kg Nm³/kg °C (Kc/kg/°C) Ref = 0

Clinker 1,000 1450 0,264 382,8Poussière 0,150 1450 0,264 57,4Air refroidissement 2,359 1,829 21 0,240 11,9Energie ventilateur kWh/t 6,94 0,860 6,0Eau inj. 0,000 21 1,000 0,0Total entrée 458,1Sortie Flow Temp. Cp kcal/kg cl

Kg/kg Nm³/kg cl. °C Kc/kg/°C Ref = 0Air secondaire 0,804 0,295 1020 0,337 276,4Humidité air secondaire 0,050 0,3 1020 0,241 12,3Air d'exhaure **) 1,805 1,492 362 0,240 156,6 Poussière aire d'exhaure (2) 0,100 362 0,189 6,8Clinker 0,900 248 0,189 42,2Perte paroie 15,0Energie sens. +latente eau 0,00 580 0,0 tion of water **)Clinker + poussière 1,00 1020 0,241 (49,0)Total sortie 509,3Difference -51,247

*) mean from 0°C **) Steam data from injected w ater included in excess air.

Calcul des pertes du refroidisseur

Perte actuelle = sans récupération 214,6 = + 156,6 + 6,8 + 42,2 + 15,0dans le système du four - reference température ambiante + -49,0 - 6,0Perte refroidisseur, VDZ definition 220,6 = + 156,6 + 6,8 + 42,2 + 15,0

+ -49,0

Total des pertes avec temp.0°C 220,6 = + 156,6 + 6,8 + 42,2 + 15,0(input not considered)

Efficacité 44% = (382,8 - 214,6)/382,8 * 100% Ref. amb.42% = (382,8 - 220,6)/382,8 * 100% Ref. amb. VDZ basis



Le rendement du refroidisseur est de 44%, ce qui reflète un taux de récupération très faible affecte directement la température de l’air secondaire et à l’efficacité d’échange thermique air/clinker.

Figure 8 : bilan énergie par vecteur d’énergie

8.8.3 Commentaires

En conséquence d’un débit de soufflage mal réparti, la température du clinker à la sortie du refroidisseur reste trop élevée : environ 250 °C.

Le rendement faible du refroidisseur est du principalement à :

- Des pressions assez basses sous les caissons, qui résultent d’une couche de clinker hétérogène voir mince menant a une chute de la température de l’air secondaire et à un tirage préférentiel.

- La neutralisation des derniers caissons sont la cause d’un refroidissement insuffisant du clinker en bout de grille.

- Vitesses de grilles ne concordent pas avec les airs soufflées sous grilles- Les points de fonctionnement des ventilateurs sembles êtres déplacées,- L’équilibre aéraulique du refroidisseur est déréglé, il faut chercher le point zéro

De telles perturbations ont plusieurs conséquences négatives:

- Perte de débit du four- Risque de détérioration des plaques et de la structure du refroidisseur par surchauffe.- Echauffement excessif du circuit d’exhaure aval, qui présente d’ailleurs des difficultés

de fonctionnement du refroidisseur permettrait d’en limiter les conséquences négatives.

Une autre campagne de mesures au niveau refroidisseur est demandée afin de cadrer les différents flux et surtout vérifier les informations qui arrivent à la salle de contrôle. Il est également souhaité de procéder à une vérification des débits des ventilateurs en fonctions d’énergie consommée (abaque des ventilos).



9 Rendement en dépoussiérage des cyclones

Le calcul de rendement de dépoussiérage des cyclones a fait appel au principe suivant :

Echantillonnage matière cyclones Calcul du taux de transformation Calcul des débits alimentation et sortie cyclones en matière et poussières

NB : cette méthode permet d’évaluer le rendement en dépoussiérage de chaque cyclone via la formule suivante :

Rendement = an / (an + dn) avec an : matière entrée cyclone, dn : poussières sortie cyclone

NB : Les détails de calcul sont en annexe (fichier Excel)

Les résultats de taux de transformation par cyclone sont les suivantes :

Petre au Feu Transformation Transformation Corrigée

Alim. 0,3542 - -

C1-N 293 0,3438 4,47% 4,47%

C1-N Bis 297 0,3441 4,35% 4,35%

C1-S 293 0,3429 4,86% 4,86%

C1-S Bis 302 0,3430 4,81% 4,81%

C2-N 480 0,3389 6,53% 2,22%

C2-S 485 0,3384 6,74% 2,01%

C3-N 637 0,3056 19,76% 14,15%

C3-S 652 0,3121 17,28% 11,30%

C4-N 807 0,1898 57,29% 46,77%

C4-S 815 0,2000 54,42% 44,90%

Les rendements en dépoussiérage des cyclones sont ainsi :

an dnRendement Dépoussiérage F C B (Tour PC)

C1-N 1,1246 0,1030 91,61%

93%C1-S 1,1028 0,1010 91,61%

C2-N 1,4425 0,3606 80,00%

80%C2-S 1,3541 0,3385 80,00%

C3-N 1,5264 0,6542 70,00%

72%C3-S 1,3408 0,5746 70,00%

C4-N 0,8656 0,7083 55,00%

60%C4-S 0,5549 0,5105 52,08%



On peut conclure que globalement, que les rendements des étages supérieurs sont acceptables alors qu’au niveau des cyclones 4, les rendements sont faibles et très probablement a cause de manque des jupes cyclones et par conséquent il ya un manque de transfert de chaleur entre matière et gaz d’une part et un effet de cyclonage faible ( on voit que l’entrée est presque égale à la sortie), ceci entraine évidement un manque de décarbonatation de la matière et nécessite par conséquent un appoint de chaleur pour le démarrage de la décomposition de CaCO3 .

Comme on le sait, La présence de la jupe au niveau d'une cyclone assure le temps de contact nécessaire entre le gaz et la matière pour une bonne transformation ainsi que la décantation de la matière (épuration davantage des gaz chargés en poussières à la sortie du cyclone).

Il est conseillé devant cette situation de veillez toujours a ce que les contres poids travaillent correctement pour évacuer d’avantage la matière vers l’étage inférieur

9.1 Balance éléments volatils

L’analyse des échantillons recueillis a partir des cyclones a donné la balance suivante :

Entrées

% A/S Fourchette

SO3 (AF) 0,46SO3 (C4) 0,96

K2O 0,35Na2O 0,09

CL 0,016

S 0Combustible PCS

Chaleur Spécifique

consommation

Alimentation Four

0,87 0,8<A/S<1,5

Volatilité Soufre : V

52,4%si V>0,7 et 0,8<A/S<1,2 :

Faire attention

Au niveau entrée, le rapport alcalis /Sulfates sort de la fourchette normale et ce par suite d’une concentration élevée au niveau de la Farine. Toute fois, ce rapport est lié avec la volatilité du soufre calculée à 53% et qui est acceptable. Ces conditions permettent de dire qu’au niveau entrées, la situation est tolérable mais avec attention pour un contrôle plus rigoureux de l’SO3 au niveau matiére première.

Au niveau sortie, nous avons :



Sorties

%

SO3 0,63K2O 0,46Na2O 0,06CL 0,011

Emissions SO2 (mg/Nm3) SO2

% Clink

SO3 0,96K2O 1,06Na2O 0,192CL

Farine Chaude

Clinker

Le rapport sorties /entrée de sulfates donne : 0.63/0.96 soit 64% (faible) seulement qui sortent avec le clinker et le reste est intégré dans le cycle interne et est complexé avec d’autres éléments mineurs.

Afin de prévoir des bouchages cyclones, ci après la table des consignes :

élement %

Chlore <0,02%

> 0,05%

SO3 <0,5%

>1,25% tendance aux bouchages cyclones

K2O <1%

> 1,5% Problémes avec encrustations ( fonction degré sulfatisation)

Na2O L'impact est faible , peu volatil et pas de problémes liées a la circulation

de Na2O

Cas normal, Pas de Problémes


Circulation des élements Volatils (Préchauffeur 4 Etages /Précal)

Constatations


faibles tendances au bouchage en fonction du cycle de soufre

9.2 Analyse granulométrique farine four et Aptitude à la cuisson

L’objectif de ce test de voir la répartition granulométrique par fraction, faire l’analyse chimique de chaque coupe et déterminer l’aptitude à la cuisson de la farine

Cette analyse à été faite sur Granulométre laser a donné la répartition suivante :

X 0,30 0,50 0,70 1,00 1,40 2,00 2,60 3,20 4,00 5,00Q3 96,28 92,23 89,89 86,87 82,47 74,95 68,09 62,77 57,76 53,59q3 2,28 1,97 1,72 2,10 3,24 5,23 6,48 6,35 5,57 4,63

X 6,00 8,00 10,00 12,00 15,00 20,00 25,00 32,00 36,00 45,00Q3 50,57 46,14 43,01 40,65 37,84 33,89 30,34 25,91 23,68 19,33q3 4,11 3,82 3,48 3,21 3,12 3,40 3,95 4,45 4,69 4,83

X 56,00 63,00 90,00 112,00 140,00 180,00 224,00 280,00 315,00 400,00Q3 14,93 12,58 6,70 4,14 2,23 0,75 0,12 0,00 0,00 0,00q3 4,99 4,95 4,09 2,90 2,12 1,46 0,71 0,13 0,00 0,00



Nous pouvons déjà voir que plus de 70% sont inférieur à 32 microns et sachant que les réactions dans le four se fassent en phase solide et que ce genre de finesse trop basses laisse que le phénomène de diffusion soit ralenti et il ya risque que les vitesses de réactions soient également lentes d’où possibilité de faire des anneaux de poussières.

Au niveau aptitude à la cuisson, le calcul de l’indice de cuisson à donné une valeur de 2.7 à la limite mais jugée normale.

Ci parés le calcul de cet indice qui renseigne également sur la valeur de la chaux libre selon la température de clinkerisation :

> 160 90-180 40-80 <40

P % 0,86 6,48 18,86 73,8

SIO2 14,03 14,93 16,58 15,51 12,93

AL2O3 3,53 3,42 3,58 3,66 3,54

FE203 2,21 2,13 2,09 2,09 2,19

CAO 42,37 42,07 42,59 41,59 42,56

KSTD 94,25 88,96 81,78 84,57 101,63

LSF 0,94 0,89 0,82 0,85 1,02

MI 2,14 2,05 1,91 1,96 2,28

MS 2,44 2,69 2,92 2,70 2,26

MF 1,60 1,61 1,71 1,75 1,62

DSIO2 0,90 2,55 1,48 -1,10

DAL203 -0,11 0,05 0,13 0,01

DFE2O3 -0,08 -0,12 -0,12 -0,02

dcao -0,30 0,22 -0,78 0,19

DKST -5,29 -12,47 -9,68 7,39

DMS 0,25 0,48 0,25 -0,19

DMI -0,09 -0,23 -0,19 0,14

DMF 0,01 0,12 0,15 0,02

HINDEX 0,05 0,81 1,83 -5,45

2,77

Nb : les détails de calcul sont sur fichier Excel

Indice d’aptitude à la cuisson Aptitude

< 0.5 Bonne

0.5-3 Normale

3-6 difficile

6 Très difficile



10 Efficacité des silos d’homogéneisation

Bien que le nombre d’échantillons n’est pas important pour pouvoir se décider sur l’efficacité des silos homo, le rapport d’écart type de CaCO3 (entrée/ sortie) est dans la limite supérieur (0.933) et est acceptable et ceci montre que les silos fonctionnent sauf si le niveau le jour de l’essai était bas et par conséquent les variations ne sont pas signifiantes.

Les analyses donnent :

Heure CaO Sio2 Al2O3 Fe2O3 MgO K2O SO3 Kulth MS A/F CaCO3

5H30 43,07 14,22 3,54 2,36 0,59 0,36 0,45 96,10 2,41 1,50 76,91

7H30 41,68 14,24 3,57 2,21 0,59 0,36 0,46 92,92 2,46 1,62 74,43

9H30 42,17 14,23 3,73 2,12 0,58 0,35 0,46 93,74 2,43 1,76 75,30

10H30 42,74 13,91 3,48 2,18 0,58 0,35 0,45 97,54 2,46 1,60 76,32

11H30 42,31 14,01 3,57 2,15 0,58 0,35 0,46 95,74 2,45 1,66 75,55

12H30 42,4 13,89 3,49 2,24 0,58 0,35 0,45 96,82 2,42 1,56 75,71

13H30 42,14 13,90 3,40 2,18 0,58 0,35 0,45 96,44 2,49 1,56 75,25

14H30 42,38 13,90 3,40 2,24 0,57 0,35 0,44 96,94 2,46 1,52 75,68

Moyenne 42,36 14,04 3,52 2,21 0,58 0,35 0,45 95,78 2,45 1,60 75,65

ECART TYPE 0,41 0,16 0,11 0,07 0,01 0,00 0,44 1,62 0,03 0,08 0,7393

ALIMENTATION FOUR

CaO Sio2 Al2O3 Fe2O3 Mgo K2O SO3 Kulth MS A/F CaCO3

7H30 41,51 14,46 3,69 2,19 0,60 0,36 0,46 91,01 2,46 1,68 74,13

8H30 41,91 14,05 3,53 2,22 0,58 0,35 0,45 94,64 2,44 1,59 74,84

9H30 42,35 14,17 3,48 2,07 0,59 0,35 0,45 95,15 2,55 1,68 75,63

10H30 42,68 13,88 3,39 2,12 0,58 0,34 0,46 97,12 2,52 1,60 75,63

11H30 42,66 13,93 3,39 2,13 0,58 0,34 0,44 97,55 2,52 1,59 76,21

12H30 42,33 14,01 3,36 2,17 0,57 0,36 0,45 97,06 2,53 1,55 76,18

13H30 42,31 14,05 3,52 2,24 0,58 0,34 0,45 95,60 2,44 1,57 75,59

14H30 42,24 13,9 3,33 2,24 0,57 0,35 0,46 96,97 2,50 1,49 75,55

Moyenne 42,25 14,06 3,46 2,17 0,58 0,35 0,45 95,64 2,50 1,59 75,47

ECART TYPE 0,38 0,19 0,12 0,06 0,01 0,01 0,01 2,15 0,04 0,07 0,6899

SORTIE BROYEUR

Le rapport écart type CaCO3 (entrée)/Sortie est égal =0.933.

Selon les responsables CIOK, l’efficacité est loin de l’être (a vérifier par une campagne minimale de 48 Heures )

11 Analyse de la Flamme

La flamme et lors de l’audit apparait comme un peu large, intense sans pour autant être conique forme conseillée lors de l’utilisation du gaz naturel comme combustible. Pour atteindre cette forme, il faut que le constituant axial du gaz naturel se situe au centre du nez du brûleur et le radial soit de façon concentrique.

On trouve que la flamme est légèrement dirigée vers le talus de matière. Il faut revoir la pression de l’air radial pour recentrer la flamme



CROQUIS D’UNE FLAMME CONIQUE

LEGENDA

Air secondaire

Zone d’échauffement et de craking

Gaz en combustion

Gaz à fumée

[1]. HOLDERBANK. Second Cement Seminar on Process Technology. 1989

12 Comparaison avec l’audit 2010 Unité Audit 2010 Bilan 2012 ObservationsProduction t/h 140,1189591 136,666 Diminution de la capacité de 8%Faine clinkerisable t/h 249 254 Ration très élevée en 2012Facteur Farine/clinker 1,777 1,859 Cons. specifique thermique

Kcal/kg clinker

831,063 1041,417


CIOKBilan thermique de la ligne de cuisson Combustible Unité Audit 2010 Bilan 2012 Observations Gaz naturel Nm3/h 12966 15807

PCI Kcal/Nm3 8981 9004

FourNm3/h 10863 13438

La quantité du gaz augmenté au niveau du four est de 23 %

Precalcinateur Nm3/h 2104 2369

Four84% 85%

Une augmentation de la consommation du fuel au niveau du four

Precalcinateur 16% 15%

Préchauffeur Débit gaz sortie Nm3/h 225 000,00 215 333,00

Nm3/kg cl 1,606 1,576 calculée Nm3/h 204 000,00 196 091,86

O2 (sortie) 3% 3%

CO2 23%

CO 0,267% EA 16,1% 11,8% débit air faux +exces d'air Nm3/h 23 811,00 19 310,72

Nm3/kg cl 0,1699 0,1413 Vair excés/Gaz Prechauf. 11% 9%Decarbonatation Cy 4 54,42Débit poussière t/h 6 42

kg/kg clinker 0,043 0,307 Efficacité dépoussièrage préchaufeur 91%Pertes radiation/convection Kcal/kg cl 23,2

Combustible Unité Audit 2010 Bilan 2012 ObservationsFour Boîte à fumeés Température gaz °C 963 910 Pression statique gaz mmCE

O2 0,70% 1,40%

CO2 38,25% 24,20%

CO 0,38% 0,15% EA 3,3% 6,6% Débit air primaire Nm3/h 6 205,34 8 273

Nm3/kg cl 0,0443 0,0605 Air primaire/air combustion four 7,5% Débit d'air secondaire Nm3/h 60 290,00 40 351,65

Nm3/kg cl 0,430 0,295

air primaire/(air secondaire+air primaire)9% 17%

Il ya augmentation de la proportion de l'utilisation de l'air primaire au niveau du four

Pertes radiation/convection Kcal/kg cl 28,00 38,8 Temperature air secondaire °C 958,00 1020

Refroidisseur Température clinker °C 140,00 248 Débit air souflé Nm3/h 247 564 249 897

Nm3/kg cl 1,77 1,83 Le débit d'air souflé est trop peu, il devrait être aux alentours de 2,5 Nm3/kg cl

Débit d'air excés (exhaust) Nm3/h 138 000 191 206 Nm3/kg cl 0,98 1,40

Exhaure/refroidissement 56% 77% La récupération est trop faible

Température d'air d'exhaure°C 264,00 362

Température élevée (normalement aux alentours de 250 °C)

Pertes radiation/convection Kcal/kg clinker 10,00 30 Perte élevée Rendement 64% 43% Rendement très bas VDZ coller loss Kcal/kg clinker 139,00 233,4 Standarts cooler loss Kcal/kg clinker 143,00 180



Entrée de chaleur Kcal/kg clinker Kcal/kg clinker Sensible 47,97 32,86 Farine 32,51 31,59 Combustible (four + Precal.) 0,48 0,64 Air primaire 0,92 0,61 Air de refroidissement du clinker 14,05 0,016 Combustible 782,51 1 041,66 Total 1 074,53

Sortie de chaleur Kcal/kg clinker Kcal/kg clinker Sensible 337,38

Gaz à la sortie préchauffeur 96,03 126,9 Poussière préchauffeur 2,47 7,10 Clinker 26,90 46,87 Air d'exhaure 91,60 156,55 Clinkerisation 405,00 405,38 Radiation et convection 45,53 77,00 Prechauffeur 6,2072 23,20 Four 35,53 38,80 Refroidisseur 10,00 15,00 Indeterminé 300,00 222,00 Total 750,53 1 041,75

Résumé du bilan thermique (ref= 0°C)

REFFOIDISSEURKcal/kg clinker Kcal/kg clinker

Entrée de chaleur 436,80 452,11 Sensible 436,80 452,11 Clinker 383,80 382,80 Poussière 38,40 57,42 Air de refroidissement du clinker 14,60 11,89 Sortie de chaleur 346,20 505,20 Sensible 336,20 490,20 Air secondaire 207,70 276,43 Pertes augmentées Clinker 26,90 42,18 Pertes augmentées Air d'exhaure 91,60 156,58 Pertes augmentéesRadiation et convection 10,00 15,00 Pertes augmentées Rendement 63,5% 44%

Résumé du bilan thermique (ref= 0°C)



13 Plan d’actionsDésignation Incohérence Actions à entreprendre Délais ResponsableDéséquilibre aéraulique au niveau Refroidisseur

-la quantité d’air soufflée est assurée uniquement par les 6 premiers ventilateurs-la quantité d’air exhaure est très faible-la température de clinker est anormale >240°c

Revoir la répartition de la quantité d’air de refroidissement soufflée

En cours de marche Service ProcédéService Production

Rapport Air /Combustible Le mélange air / combustible dans les fours rotatifs se réalise de façon irrégulière, incomplète et lente. IL faut que l’air primaire soit en quantité suffisante ( L min + Excès d’air) afin d’assurer une combustion complèteDans notre cas, le rapport (AP/(AS+AP)) est de 6 % alors qu’il doit être aux alentours de 15%

Revoir la quantité d’air primaire en parallèle avec les ajustements qui seront faites sur le refroidisseur

En cours de Marche Service ProcédéService Production

Rapport cru /clinker Le rapport alimentation farine par rapport au clinker produit est trop élevé : 1, 86 contre auparavant 1.77, ce qui laisse entendre que plus de 5% de farine sont perdues (donc collées sur les paroirs du PC) et ne participent pas aux réactions de clinkerisation.

Afin de confirmer, il faut faire un étalonnage du doseur four suivi d’un pesage de clinker ( 12 heures min)

En cours de Marche Service régulationService fabrication

Ségrégation dans le four Le tirage des gaz à fumée entraîne de préférence les particules les plus légères et fines, c’est-à-dire les particules de Ca0. Le tirage de poussière est plus intense dans la zone de calcination. La matière en cours de cuisson reste plus pauvre en Ca0 et devient plus fusible, augmentant la tendance à la formation d’anneaux

on doit travailleur avec une saturation plus élevée que la théorique.Le tirage des gaz à fumée doit aussi être ajusté de façon que l’excès d’air soit suffisant à l’obtention d’une combustion complète

Laboratoire Production

Profil d’oxygène Le profil tel que mesuré stipule la présence d’étranglement au niveau étage 3 avec possibilité de présence de sources d’air faux anormal en ce niveauA la sortie de la tour, le débit d’air mesuré confirmé par un faible taux d’oxygène (2.5%) , une valeur faible ( on doit être aux environs de 3.5%) .

Inspection du préchauffeur surtout au niveau cyclones 3 pour détecter s’il ya un étranglement quelque part Revoir l’état interne des ventilateurs de Tirage (inspection) et refaire les mesures aérauliques ainsi que le profil d’oxygène pour confirmer et/ou éliminer cette source d’incohérentsOn peut faire également des mesures électriques au niveau ventilateurs de tirage et faire les correspondances nécessaires

Au premier arrêt du Four Production

Service électrique

Jupes Cyclones Absence de jupes au niveau étages inférieurs (le rendement en dépoussiérage et rendement thermique est faible)

Inclure comme tache privilégiées dans le planning annuel d’entretien de la ligne Cuisson

Au premier arrêt programmé (annuel) du four

maintenance

Virole refroidisseur et ventilateur exhaure

Pertes énormes par radiation au niveau refroidisseur et surtout caisson ventilateur exhaure

Inclure comme tache privilégiées dans le planning annuel d’entretien de la ligne Cuisson

Au premier arrêt programmé (annuel) du four

Production +Maintenance



14 Recommandations

La CIOK passe a une consommation spécifique d’énergie thermique asses élevée de une actuellement pour la fabrication de la chaux, est très ancienne, elle date du 18ème siècle. Th/tclinker, dépassant th/tclinker.

La surconsommation coute environ 6000 000 dinars/an pour la CIOK.

L’amélioration peut être conduite sur deux volets :

Revoir la marche du refroidisseur et tout ce qui est en relation avec l’aéraulique Etude carrière Assistance technique Formation du personnel du process et opérant

L’équilibrage aéraulique est remarqué au niveau du refroidisseur mais il ne peut être réalisé globalement que moyennant des essais à court terme (6 mois environ) avec analyse de la matière première.

Quant à l’étude de carrière permet de mettre à jour l’exploitation de celui-ci en fonction de la qualité de différentes catégories de la matière et d’apporter les rectifications nécessaires en matière de la préparation de la matière première.

Cette action est estimée à environ 80000 dinars.

L’assistance technique est nécessaire et même urgente de faire dépêcher sur place un expert procédé en vue d’aider la CIOK à retrouver les points de fonctionnement de ces différents équipements.

Cette action est estimée à environ 250 000 dinars.

La formation du personnel opérant et du staff du procédé devrait se faire périodiquement avec des outils de mesures et de calculs.

Les principaux thèmes concernent notamment ;

- La chimie du ciment- Les mesures- Les bilans thermiques- Les rendements et l’efficacité des échangeurs (EVS et refroidisseur).

En plus, ils doivent visiter des cimenteries d’autres groupes en Tunisie ou à l’étranger.

Il est temps que la CIOK prépare une nouvelle génération pour prendre en main l’installation.


BILAN THERMIQUE D'UNE LIGNE DE CUISSON

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