II.1.2.9- Effets d'anodes
L'aluminium de première fusion est produit dans des
usines d'électrolyse par un courant électrique traversant un bain
électrolytique et un mélange d'alumine situés dans des
contenants électrochimiques, les «cuves», reliés en
série dans une «salle de cuves»
Pour assurer une bonne performance d'électrolyse, la
teneur en alumine du bain électrolytique d'une cuve doit être
optimisée et demeurer stable dans le temps. Ce facteur est difficile
à contrôler et un «effet anodique» se produit
périodiquement lorsque la teneur en alumine du bain
électrolytique est trop faible.
Lorsque cela se produit, la conductivité
électrique de l'électrolyte diminue énormément et
celui-ci réagit avec l'anode, produisant ainsi des émissions
gazeuses de perfluorocarbures (PFC), dont les effets sont très nocifs
pour l'environnement. Par exemple, 1 kilo de PFC (composé à
environ 90 % de CF4 et à 10 % de C2F6) a le même effet
sur la couche d'ozone que 6 500 kilos de CO2 (CF4) et 9 200 kilos de CO2
(C2F6). Il détériore également l'anode.
Solutions :
Carte de flux énergétiques et perspectives
d'efficacité dans une
fonderie d'aluminium: cas particulier
d'alucam/socatral
Il faut donc réduire au maximum les effets d'anode en
surveillant automatiquement la teneur en alumine dans le bain
électrolytique.
II.2- Caractéristiques des combustibles
Dans les alumineries pour atteindre des fortes
températures on a recourt à la combustion. Après
l'obtention de l'aluminium liquide provenant de l'atelier d'électrolyse,
on achemine cet aluminium dans l'atelier de fonderie pour la mise en forme de
l'aluminium en lingots, pour ce fait on dispose des fours dans lesquels on
brûle les combustibles qui ici sont des hydrocarbures le fuel lourd.
II.2.1 Définition de la combustion
La combustion est une réaction chimique dans laquelle
un oxydant réagit avec un combustible pour libérer son
énergie thermique emmagasinée sous forme de gaz à haute
température. Cette réaction, lorsqu'elle est théoriquement
optimale est appelée combustion stoechiométrique. Elle survient
lorsque la quantité d'agent oxydent théoriquement
nécessaire, sous forme d'oxygène dans l'air ou d'un
mélange à base d'oxygène, est ajouté à un
combustible.
II.2.2- Énergie dégagée et pouvoir
calorifique
La quantité d'énergie produite par la
combustion est exprimée en joules (J) ; il s'agit de l'enthalpie de
réaction. Dans les domaines d'application (fours, brûleurs,
moteurs à combustion interne, lutte contre incendie), on utilise souvent
la notion de pouvoir calorifique, qui est l'enthalpie de réaction par
unité de masse de combustible ou l'énergie obtenue par la
combustion d'un kilogramme de combustible, exprimée en
général en kilojoule par kilogramme (noté kJ/kg ou
kJ·kg-1).
Les combustions d'hydrocarbures dégagent de l'eau sous
forme de vapeur. Cette vapeur d'eau contient une grande quantité
d'énergie. Ce paramètre est donc pris en compte de manière
spécifique pour l'évaluation du pouvoir calorifique, et l'on
définit :
· le pouvoir calorifique supérieur
(PCS) : « Quantité d'énergie dégagée
par la combustion complète d'une unité de combustible, la vapeur
d'eau étant supposée condensée et la chaleur
récupérée »
· le pouvoir calorifique inférieur
(PCI) : « Quantité de chaleur dégagée par la
combustion complète d'une unité de combustible, la vapeur d'eau
étant supposée non condensée et la chaleur non
récupérée »
La différence entre le PCI et le PCS est la chaleur
latente de vaporisation de l'eau (Lv) multipliée par
la quantité de vapeur produite (m), qui vaut à
peu-près 2 250 kJ·kg-1 (cette dernière valeur
dépend de la pression et de la température).
Carte de flux énergétiques et perspectives
d'efficacité dans une
fonderie d'aluminium: cas particulier
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On a la relation PCS = PCI +
m·Lv.
II.2.3 - combustion stoechiométrique
Une combustion est dite stoechiométrique lorsqu'elle
se déroule sans excès d'air et sans imbrûlés. Lors
d'une combustion stoechiométrique, le réactif brûlera en
présence de dioxygène (comburant), ce qui limite les produits de
la réaction. Quand un hydrocarbure brûle dans le dioxygène,
les produits sont ainsi uniquement du dioxyde de carbone et de l'eau. Quand des
éléments comme le carbone, l'azote, le soufre, et le fer sont
brûlés, on remarque la production des oxydes les plus communs.
Réactifs
|
produits
|
Chaleur dégagée
|
Carbone
|
Dioxyde de carbone
|
81133 kcal//kg
|
Dihydrogène
|
De l'eau
|
34500 kcal/kg
|
Soufre
|
Dioxyde de soufre
|
2224 kcal/kg
|
|
Cette combustion théorique est cependant impossible
à atteindre dans un appareil de combustion de type commercial où
le mélange air/combustible n'est jamais parfaitement distribué.
C'est pourquoi, en pratique, on ajoute toujours une quantité
additionnelle d'air appelée « excès d'air ».
II.2.4 - combustion complète avec excès
d'air
On s'assure ainsi que tous les éléments
combustibles rencontrent l'oxygène excédentaire. Ce
supplément d'air varie selon plusieurs facteurs et se situe
généralement autour de 10 %. L'excès d'air peut varier
également selon la modulation de production de chaleur demandée
au brûleur du four. En général, un brûleur
opérant à charge partielle a plus de difficultés à
obtenir un mélange air/combustible adéquat. C'est pourquoi on
ajuste souvent l'excès d'air à la hausse pour une faible charge.
Par exemple, un brûleur ayant 10 % d'excès d'air à pleine
capacité pourra en utiliser jusqu'à 30 % lorsqu'il fonctionnera
à 25 % de sa capacité. Ce surplus de consommation
énergétique, utilisé principalement comme
sécurité, doit être optimisé et être
vérifié sur une base régulière, afin d'assurer une
saine gestion de la consommation énergétique du
procédé de combustion.
Carte de flux énergétiques et perspectives
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