le fonctionnement d'une centrale thermique à vapeur et la production de l'eau déminéralisée et l'eau distillé

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MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET
DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
Ecole polytechnique d’alger
Département de Génie Chimique
Rapport de stage
Centrale
thermique de cap
djinet
Production de l’électricité à partir de l’eau de mer
Encadré par ;
Mr. Rachid DJEBEL
Réalisé par :
Mlle. Sara HABET
2018/2019

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REMERCIEMENTS
Avant toute chose, je tiens à remercier ALLAH le tout puissant, quim'a
aidé et m'a donné la patience, la santé et le courage durant mon
parcours.
Je tiens à remercier en premier lieu Pr. F/ MOHELLEBI « Chef du
département Génie Chimique ».
Un grand remerciement à mon encadreur de stage Mr. RACHID
DJEBEL, pour ses conseils, ses discussions enrichissantes, ses
orientations et ses encouragements.
Je tiens à remercier aussi Mr. Mechakou Karim.
Merci pour toute l’équipe de la centrale électrique de Ras-Djinet pour
leur bonne accueille.
Enfin, je remercie, toutes les personnes quim'ont encouragé et soutenu,
de près ou de loin, durant la réalisation de ce travail.

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Sommaire
 Introduction générale
 Chapitre I : Présentation de la centrale thermique de cap djinet
1. Introduction
2. Principe de fonctionnement d’une centrale thermique
3. Les compositions
4. Fonctionnement de la chaine de production
5. Production d’hydrogène
 Chapitre II : généralités sur l’eau de mer
1. Composition de l’eau de mer
2. Les éléments principaux
3. Les caractéristiques de l’eau de mer
 Chapitre III : dessalement de l’eau de mer
1. Les principales technologies de dessalement des eaux
2. Procédés de dessalement
3. Le procédé de distillation à détentes étagées MSF
 Chapitre IV : déminéralisation de l’eau dessalée
1. Définition
2. Définition des échangeurs d’ions
3. Description de procédé de déminéralisation
4. Neutralisation
 partie expérimentale
 Conclusion
 Bibliographe

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Introduction Générale
Le secteur de l’énergie est l’un des éléments les plus stratégiques pour l’économie.
L’importance de son rôle dans le développement d’un pays est énorme. Pour cela,
aucune nation ne saurait y prétendre sérieusement avant de se doter tout d’abord d’une
source d’énergie aussi importante que celle de l’électricité.
Les centrales thermiques sont des installations qui transforment la chaleur fournie par une
source d’énergie, en énergie électrique. Cette dernière est produite par divers moyens, c’est
ce qui différencie les centrales (centrale hydraulique, diesel, à charbon, à gaz, à vapeur).
La centrale thermique de Cap Djinet est une centrale thermique à vapeur qui fait appel
aux caractéristiques thermodynamiques de l’eau de mer dans un but de transformation
d’énergie.
L’eau de mer, de par sa nature, est très corrosive vis-à-vis des matériaux de construction.
Elle est chargée de sels, de gaz dissous et de solides en suspension.. Par conséquent, si elle
n’est pas traitée, son utilisation pose un certain nombre de problèmes opérationnels qui
limitent l’efficacité des installations. L’objectif de ce traitement est de diminuer ou
d’éliminer totalement ces particules en fonction de l’usage prévu pour l’eau.
Ce rapport est composé des parties suivantes:
 Une partie théorique comprenant :
 une présentation de la centrale thermique de CapDjinet.
 généralités sur l’eau de mer.
 procédé de dessalement de l’eau de mer
 la déminéralisation de l’eau de mer.
 Une partie expérimentale qui présente le protocole expérimental utilisé dans la
caractérisation chimique du sable.
 En fin une conclusion général de notre étude.

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Chapitre I :
Présentation de la centrale thermique de
Cap Djinet
1. introduction
La centrale thermique de Cap Djinet est une centrale de production d’électricité, située au bord
de la mer médétiranienne, à l’est d’Alger, prés de la ville de Boumerdes. Elle occupe une
superficie de 35 hectares.
Le choix de ce site est fait sur la base des critères suivants :
 Proximité des consommateurs importants, situés notamment dans la zone
industrielle Rouiba-Reghaia.
 Possibilité d’extension.
 Conditions du sous-sol favorable, ne nécessite pas de fondations profondes.
 La centrale est située au bord de la mer pour faciliter l’utilisation de grande
quantité d’eau de refroidissement
 Les centrales thermiques sont capables de fournir rapidement de l’énergie et de
répondre à l’augmentation de la consommation de cette énergie qui n’est pas
stockable.
La centrale thermoélectrique de Cap Djinet, dont la construction a été décidée en vue de
renforcer l’alimentation en énergie électrique du pays, est composée de quatre groupes
mono bloc d’une puissance unitaire de 168 Méga Watts (borne alternateur) totalisant une
capacité installée de 672 Méga Watts (borne usine).
Les quatre groupes alternateurs sont alimentés par quatre chaudières à haute pression
d’environ 160 Bars et de 530 m3/h de débit. En ce qui concerne l’investissement globale
de la centrale, celui-ci s’élève à deux mille cinq millions de dinars (2 500 000 000,00 DA).

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2. Principe de fonctionnement d’une centrale thermique.
Une centrale thermique produit de l’électricité à partir de la vapeur d’eau produite grâce à la
chaleur dégagé par combustion de gaz, qui met en mouvement une turbine relié à un alternateur
3. De quoi se compose la centrale thermique ?
1. Une chaudière (dans laquelle est brulé le combustible)
2. Une salle des machines {turbine, alternateur, pompes et différente circuit}
3. Auxiliaires communs (poste détente de gaz, poste de dépotage et transfert de fuel, station de
production d’hydrogène)
4. Une station de pompage d’eau de mer
5. Station de dessalement d’eau de mer
6. Station de déminéralisation
7. Station d’électro-chloration
8. Bâtiments des auxiliaires électriques et mécaniques
9. Poste d’évacuation d’énergie (transformateurs principal et transformateurs de soutirage)
10. salle de commande
4. Fonctionnement d'une chaine de production :
Avant de décrire le fonctionnement de la centrale, il est impératif de rappeler les différentes
transformations énergétiques qui ont servi à la production de l'énergie électrique. on a trois (3)
transformations :
1.Transformation de l'énergie contenue à l'état latent dans le combustible (énergie chimique) en
énergie calorifique.
2.Transformation de l'énergie calorifique en énergie mécanique.
3. Transformation de l'énergie mécanique en énergie électrique.
Voir le schéma suivant qui résume ces transformations énergétiques

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Schéma 1:les transformations énergétiques
L'eau froide est aspirée à la bâche alimentaire, alimenter par le condenseur, et par l'eau d'appoint
après distillation, elle est comprimée successivement par les pompes basse pression et haute
pression et réchauffer par les réchauffeurs HP et BP.
Au moyen de vapeur dessoutirages, l'eau d'alimentation ensortant des réchauffeurs HP est évacué
dans la chaudière et particulièrement dans l'économiseur. L'eau se réchauffe par convection par
le biais des fumées résultantes de la chambre de combustion, est canalisée ensuite vers le ballon.
A la sortie de l'économiseur, l'eau est encore à l'état liquide, pour avoir de la vapeur il faut encore
la chauffer. Alors, du ballon, elle descend vers les écrans vaporisateurs.
Au contact de la flamme des brûleurs l'eau devient vapeur et monte naturellement jusqu'au ballon
dû à la différence de densité de l'eau et de la vapeur.
energie
chimique
chaudière
energie
calorifique
turbine
energie
mécanique
alternateur
energie
electrique
Première
transformation
Deuxième
Transformation
Troisième
Transformation

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Dans le ballon s'opère une séparation de l'eau et de la vapeur, puis celle-ci est transmise aux
surchauffeurs par les tubes supports.
A la sortie du surchauffeur final, la vapeur est acheminé vers la turbine pour subir la détente, la
vapeur d'échappement en partie détendue est refroidie dans la partie HP de la turbine, est ramenée
à la chaudière pour une resurchauffe.
A la sortie des resurchauffeurs la vapeur poursuit sa détente dans le corps MP puis dans le corps
BP, la vapeur détendue est conduite au condenseur. La condensation de la vapeur s'effectue sous
vide à la température 33°c et à la pression de 0,05 bar.
Les pompes d'extraction aspirent l'eau du puits de condenseur et la refoulent à travers le
réfrigérant d'alternateur, et les trois (3) réchauffeurs basse pression jusqu'à la bâche alimentaire.
Dans la bâche alimentaire s’effectue le dégazage physique de l’eau d’alimentation, et un
nouveau cycle peut recommencer.

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Schéma de fonctionnement de la centrale
Schéma 2:fonctionnement de la centrale

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5. Station de production d’hydrogène :
L’électrolyseur bipolaire sert à la production d’hydrogène et d’oxygène de grande
pureté, l’hydrogène produit sert au refroidissement des quatre alternateurs de la centrale.
Sous une pression de 3 bars, en circuit fermé, l’hydrogène étant lui-même refroidi à l’eau
d’extraction.
Chapitre II :
Généralité sur les eaux de mer
les eaux de mer sont une source d’eau brute qu’on utilise en cas d’absence d’eau douce.
Les eaux de mer sont caractérisées par leurs concentrations en sel dissous.
1. Les éléments principaux :
La masse totale des sels dissous dans 1 kg d’eau de mer peut varier d’une eau de mer à une
autre. Par contre, les proportions relatives des principaux sels restent constantes. Cette
propriété est évoquée sous l’appellation de loi de « Marcet ou de Dittmar ».
Les éléments principaux, c’est-à-dire ceux qui contribuent d’une façon notable à la masse de
sels dissous dans les océans, représentent 11 éléments différents. Leurs concentrations sont
regroupées dans le tableau suivant
Tableau I : Concentrations des éléments principaux dans l’eau de mer
Anions
Concentrations
(mg/L)
Cations
Concentrations
(mg/L)
Chlorure (Cl-
) 19 353 Sodium (Na+
) 10 160
Sulfate (SO42-) 2 712 Magnesium (Mg2+
) 1 249
Bicarbonate (HCO3 -) 142 Calcium (Ca2+
) 413
Bromure (Br-
) 67 Potassium (K+
) 387
Fluorure (F-
) 1 Strontium (Sr2+
) 8

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2. Autres éléments minéraux
Voici ce tableau qui résume les concentrations d’autres éléments minéraux
Eléments
Concentrations
(µg/l)
Eléments
Concentrations
(µg/l)
Elément
s
Concentrations
(µg/l)
Li 170 Mn 2 Rb 120
Al 10 Fe 10 Mo 10
Si 3 000 Ni 2 I 60
P 70 Cu 3 Ba 30
Ti 1 Zn 10 U 30
V 2 As 3
Tableau II : Concentrations des différents éléments mineurs.
3. Les caractéristiques des eaux de mer
 Le pH moyen des eaux de mer varie entre 7,5 et 8,4 : l'eau de mer est un milieu légèrement
basique.
 la conductivité des eaux de mer qui est d’environ 40µS/cm, subit des variations importantes
suivant la température et la salinité.
Chapitre III :
Dessalement de l’eau de mer
Le procédé de distillation est utilisé depuis très longtemps pour dessaler de l'eau de mer selon
un principe simple: l'eau salée est chauffée jusqu'à sa température d'ébullition. Il y a d'un côté
production de vapeur d'eau (l'eau douce) qu'il faut ensuite condenser et d'un autre côté une eau
fortement concentrée en sels (la saumure)
1. Les principales technologies de dessalementdes eaux
Les technologies actuelles de dessalement des eaux sont classées en deux catégories, selon le
principe appliqué :

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 Les procédés thermiques faisant intervenir un changement de phases : la congélation et la
distillation.
 Les procédés utilisant des membranes: l'osmose inverse et l'électrodialyse.
Parmi les procédés précités, la distillation et l'osmose inverse sont des technologies dont les
performances ont été prouvées pour le dessalement d'eau de mer. En effet, ces deux procédés
sont les plus commercialisés dans le marché mondial du dessalement. Les autres techniques
n'ont pas connu un essor important dans le domaine à cause des problèmes liés généralement à
la consommation d'énergie
Schéma 3: Les divers procédés de dessalement
2. Procédés de dessalement
Quel que soit le procédé de séparation du sel et de l’eau envisagé, toutes les installations de
dessalement comportent 4 étapes :
 Une prise d’eau de mer avec une pompe et une filtration grossière
 Un prétraitement avec une filtration plus fine, l’addition de composé biocides et de
produits anti-tarte
 Le procédé de dessalement lui-même
 Le post-traitement avec une éventuelle reminéralisation de l’eau produite
A l’issue de ces 4 étapes, l’eau de mer est rendue potable ou utilisable industriellement,
et doit alors contenir moins de 0.5g de sels par litre
procédés de
dessalement
distillation
effets multiples
MED
multistage flash
MFS
vertical tube
evaporator VTE
horizont tube
evaporator HTE
membranes
osmose inverse
RO
electro-dialyse
ED
Procédés
consommant
la chaleur
Procédés
consommant
l’électricité

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Figure I : le procédé du dessalement de l'eau de mer ou d'eaux saumâtres
3. Le procédé de distillation à détentes étagées MSF
La centrale thermique de Cap Djinet utilise la distillation à détentes étagées («MSF » Multi-
Stage Flash distillation) dont le principe est le suivant :
Le Principe : L’eau de mer est chauffée entre 75-85°C dans des conduits. Elle est ensuite
envoyée dans un container à sous pression « sous vide ». L’eau est alors immédiatement
transformée en vapeur selon le nom Flash. La vapeur résultante va entrer au contact des
premiers conduits dans lesquels passe l’eau de mer. Ces conduits, froids, vont alors provoquer
la condensation de cette vapeur qui est alors récupérée à l’état aqueux.
L’eau qui ne se sera pas évaporée dans ce container, sera récupérée puis transférée dans un
deuxième compartiment du même type ayant une pression atmosphérique moindre par rapport
au premier. L'opération est alors répétée plusieurs fois de suite d’où le nom de multi-flash.
Enfin, ce qui reste dans les conduits sont les saumures: une solution aqueuse contenant un sel,
généralement de chlorure de sodium (sel de cuisine) NaCl.
Figure II: Principe de fonctionnement d'un système par détentes(MSF)

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Chapitre III :
Déminéralisation de l’eau dessalée
1.Définition :
La déminéralisation est un procédé d’épuration de l’eau, destiné à éliminer les sels qui y
sont dissous.
la déminéralisation s’effectue en particulier par échange d’ion.
L’installation de déminéralisation sert au traitement de l’eau d’appoint d’alimentation
pour les chaudières, comme eau brute on utilise le distillat des unités de dessalement
d’eau de mer qui a une teneur en sel maximum 20mg/L et une température de 40°C
2.Définition des échangeurs d’ions
Les échangeurs d'ions sont des substances solide, souvent les résines, ils sont capable
d'éliminer par adsorption les ions d'une certaine charge (cation ou anion) d'une
solution. Ceux-ci sont remplacés par une quantité équivalente d'autres ions de même
charge.
Les résines fixent les ions présents dans l'eau ou la solution à traiter, et se saturent ainsi
progressivement.
Quand il ne reste plus de place pour charger les ions de la solution, la phase de
saturation sera interrompue et les résines devront être régénérées.
La déminéralisation au niveau de la centrale thermique de Cap Djinet s’effectue à l’aide
des échangeurs d’ions cationique et anioniques
Figure III: Résines mélangés

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Figure IV:Résine cathionique
 Les résines cationique caractérisées par leur formule générale R-H,ces résines peuvent
fixer les cations
 Les résines anionique caractérisées par leur formule générale R-OH,ces résines peuvent
fixer tous les anions
3.Description du procédé de déminéralisation
Le distillat de la station de dessalement de l’eau va être pompé à la station de déminéralisation
pour être refoulé vers les lits mélangés
Un filtre à lits mélangés comprend le mélange d’échangeurs cationique et les échangeurs
anioniques
Figure V:Représente colonne échangeuse d'ions

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 Le traitement sur lits mélangés constitue l’étape ultime de la chaîne de déminéralisation
et permet d’obtenir une eau de conductivité extrêmement faible, inférieure à 0,1 μS/cm.
 L’eau à déminéraliser s’écoule de haute en bas à travers les résines cationique comme
le présente les réactions suivantes :
Considérons tout d'abord une simple chaîne de déminéralisation comprenant un
échangeur de cations fort sous forme H+, et un échangeur d'anions fort sous
forme OH–. La première étape est une décationisation semblable à celle que
nous venons de voir
2R-H + Ca++  R-Ca-R+2H+
2R-H + Mg++  R-Mg-R + 2H+
R-H + Na+ R-Na + H+
 Dans la seconde étape, tous les anions sont éliminés par la résine fortement
basique
R-OH + HCO3
– R-HCO3
– + OH–
R-OH + Cl– R-Cl + OH–
Et finalement, les ions H+ ions créés dans la première étape réagissent avec les ions OH– de la
seconde étape, pour produire de nouvelles molécules d'eau. Cette réaction est irréversible :
H+ + OH– H2O
L’eau déminéralisée est envoyée vers les deux réservoirs de stockage de capacité unitaire de
1500m3. On injecte dans la conduite d’arrivée de deux réservoirs de stockage de l’ammoniaque
NH4OH pour relever la valeur du pH de l’eau déminéralisée à environ 9,5.
Une fois que les résines sont saturées il y a lieu de procédé à la régénération.
4.Neutralisation
De nombreux rejets industriels contiennent des matières alcalines ou acides qui nécessitent une
neutralisation avant rejet dans un réseau d’égouts urbain ou dans les cours d’eau
La neutralisation d’un effluent consiste à ramener son pH à une valeur fixée en fonction des
besoins
Partie expérimental
Méthodes d’analyse :

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Le tableau suivant récapitule les différentes méthodes d’analyse utilisées au niveau de la
centrale thermique :
Paramètres d’analyses Méthodes d’analyses
Ph pH mètre
Conductivité électrique Conductimétrie
TH Complexométrie
Silice, fer, cuivre Spectrophotométrie d’adsorption
Moléculaire (S.A.M)
Durant la période de mon stage dans la centrale thermique de CapDjinet , on a effectué quelques
analyses de contrôle ;
 Mesure de pH et de conductivité
 Analyse de la silice SiO2
On a mesuré la conductivité ainsi que le pH, et on a trouvé des résultats normatifs.
 Analyse de la silice :
On a pris des échantillons d’eau de quelque sortie de la chaudière :
{le ballon, vapeur surchauffée, vapeur saturée, eau d’extraction, eau alimentaire, eau
d’appoint, eau de réfrigérant}
On a analysé chaque échantillon d’après le mode opératoire suivant ;
Les réactifs :
 Réactif A :
Dans une fiole de 250 cc
- 6,75g de molybdate d’ammonium
- 13cc d’aicde sulfirique pur
 Réactif B :
- 25g d’acide oxalique (H2C2O2)
 Réactif C :
- 3g de sulfate de fer ammoniacal
- 3ccd’acide sulfirique pur
Mode opératoire : dans une éprouvette en plastique, mettre :
- 25 cc d’eau à analyser
- 1cc de réactif A, attendre 10mn
- 1cc de réactif B, attendre 2mn
- 1cc de réactif C, attendre 2mn

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Figure VI: Spectrophotomètre
On mit en marche le spectrophotomètre jusqu’à ce qu’il se stabilise dans le visible à 400nm
Puis on le fixe à une longueur d’onde de 800nm,
On introduit le facteur A/T à une valeur correspondante à la silice d’environ 3,5
On utilise comme témoin l’eau déminéralisée qui sera traitée comme échantillon référentiel
Les résultats obtenus :
Dans le ballon ; [SiO2]=12 γ/L =12.10-3 mg/L
les autres espèces : [SiO2]<1 γ/L
Remarque :
La conductivité corrigé ‘cd’ environ de 0.15µS
Lorsqu’il y a des impuretés on remarque que la conductivité augmente pour cela l’eau passe
toujours à travers une résine échangeur. la conductivité ne doit pas dépasser 1 µS/cm
La valeur de la Silice ne doit pas dépasser 200 γ/L

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Conclusion
L’étude que nous avons effectuée à la centrale thermique de Cap Djinet nous a été bénéfique
à plus d’un titre, parce qu’elle nous a permis de mettre en pratique les connaissances acquises
en théorie et de côtoyer la réalité industrielle.
Elle nous a permis de maîtriser les différents traitements utilisables pour les eaux
destinées à l’alimentation des chaudières et de mieux apprécier l’exploitation et la gestion
des installations de traitement des eaux, ainsi que de comprendre les paramètres physico-
chimiques qui influent sur la fiabilité des équipements.
Le lit mélangé assure une meilleure production d’eau de plus grande pureté, celle-ci reste
toujours en phase de production et reste de loin, le plus performant du point de vue économique
et entretien.
D’après les analyses que nous avons effectuées sur l’eau traitée, on a constaté que l’eau finale
est complètement déminéralisée, dégazée et conforme à une eau d’alimentation d’une chaudière
à haute pression.
Les analyses effectuées sur le rejet de saumure nous montrent que ces derniers n’ont pas
d’impacts néfastes pour l’environnement marin.
Enfin, on peut dire que l’utilisation de l’eau comme fluide moteur pour la production
d’énergie électrique présente l’avantage d’exploiter un corps très répondu dans la nature non
polluant.

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Bibliographie
Documentation de l’entreprise
http: // www.Culture Sciences, chimie.Ens.Fr/dossiers chimie-société-article dessalement.
https://www.lenntech.fr/procedes/adoucissement/adoucissement.htm