ผลกระทบของรปแบบการเผาไหมตอมลพษทเกดจากการเผาไหมเชอเพลงชวมวลในเตาเผาฟลอไดซเบดแบบไซโคลนแฝด

โดย นายธนานนท ศรส าราญ

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมพลงงาน แผน ก แบบ ก 2 ระดบปรญญามหาบณฑต

ภาควชาวศวกรรมเครองกล บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร

ปการศกษา 2562 ลขสทธของบณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร

ผลกระทบของรปแบบการเผาไหมตอมลพษทเกดจากการเผาไหมเชอเพลงชวมวลในเตาเผาฟลอไดซเบดแบบไซโคลนแฝด

โดย นายธนานนท ศรส าราญ

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมพลงงาน แผน ก แบบ ก 2 ระดบปรญญามหาบณฑต

ภาควชาวศวกรรมเครองกล บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร

ปการศกษา 2562 ลขสทธของบณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร

IMPACT OF COMBUSTION MODES ON MAJOR EMISSIONS IN A TWIN-CYCLONIC FLUIDIZED-BED COMBUSTOR FIRED WITH BIOMASS FUELS

By

MR. Tananon SRISAMRAN

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for Master of Engineering (ENERGY ENGINEERING)

Department of MECHANICAL ENGINEERING Graduate School, Silpakorn University

Academic Year 2019 Copyright of Graduate School, Silpakorn University

หวขอ ผลกระทบของรปแบบการเผาไหมตอมลพษทเกดจากการเผาไหมเชอเพลงชวมวลในเตาเผาฟลอไดซเบดแบบไซโคลนแฝด

โดย ธนานนท ศรส าราญ สาขาวชา วศวกรรมพลงงาน แผน ก แบบ ก 2 ระดบปรญญามหาบณฑต อาจารยทปรกษาหลก รองศาสตราจารย ดร. กษมา ศรสมบรณ

บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร ไดรบพจารณาอนมตใหเปนสวนหนงของการศกษา

ตามหลกสตรวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต

(รองศาสตราจารย ดร.จไรรตน นนทานช)

คณบดบณฑตวทยาลย

พจารณาเหนชอบโดย

ประธานกรรมการ (ผชวยศาสตราจารย ดร.ปรเมศร อารมยด)

อาจารยทปรกษาหลก (รองศาสตราจารย ดร.กษมา ศรสมบรณ)

ผทรงคณวฒภายใน (ผชวยศาสตราจารย ดร.ธบดนทร แสงสวาง)

ผทรงคณวฒภายนอก (รองศาสตราจารย ดร.อศเรศ ธชกลยา )

ง

บทค ดยอ ภาษาไทย

58406302 : วศวกรรมพลงงาน แผน ก แบบ ก 2 ระดบปรญญามหาบณฑต ค าส าคญ : ฟลอไดเบดซ, การเผาไหมแบบอากาศเปนขน, การเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมใหม, เปลอกถวลสง

นาย ธนานนท ศรส าราญ: ผลกระทบของรปแบบการเผาไหมตอมลพษทเกดจากการเผาไหมเชอเพลงชวมวลในเตาเผาฟลอไดซเบดแบบไซโคลนแฝด อาจารยทปรกษาวทยานพนธ : รองศาสตราจารย ดร. กษมา ศรสมบรณ

ในงานวจยนศกษาผลกระทบของรปแบบการเผาไหมภายในเตาฟลอไดซเบดชนดหมน

วนไซโคลนแฝดโดยใชเชอเพลงเปลอกถวลสง โดยรปแบบในการเผาไหมทใชในการศกษาวจยไดแก การเผาไหมแบบธรรมดา, การเผาไหมแบบอากาศเปนขน และการเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมใหม อตราการปอนเชอเพลงเปลอกถวลสงท 22.5 kg/hr โดยใชอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0-0.5 และอตราสวนออกซเจนพอดตอการเผาไหมในเบด (In-bed stoichiometric ratio, Sb) 0.8-1.1และทอากาศสวนเกน 20-80% โดยใชทรายซลกาทมขนาด 450-550 µm เปนวสดเบดทความสงของเบด 30 cm เหนอหวกระจายอากาศ และในสวนของการเกบขอมล อณหภม, ความเขมขนของกาซคารบอนมอนนอกไซด (CO), ออกซเจน (O2)และไนตรกออกไซด (NO) จะวดคาตลอดแนวความสงของเตาเผาไหมฟลอไดซเบดและกาซมลพษคารบอนมอนนอกไซดและไนตรกออกไซดทบรเวณปลองไอเสย และในการหาประสทธภาพการเผาไหมจะใชวธการหาคาความรอนสญเสย (Heat-loss method) โดยใชความเขมขนของกาซคารบอนมอนนอกไซดในการหาการคาการสญเสยความรอนเนองจากการเผาไหมไมสมบรณ(qic)และใชการตรวจหาปรมาณถานทไมถกเผาไหมในขเถาลอย(Unburned carbon in fly ash)ในการค านวณคาความรอยสญเสยเนองจากคารบอนทไมถกเผาไหม (quc) จากผลการทดลองพบวาเมอมการเพมอากาศสวนเกนจะสงผลใหปรมาณความเขมขนของมลพษคารบอนมอนนอกไซดลดต าลงแตในขณะเดยวกนความเขมขนของมลพษไนตรกออกไซดจะแสดงในทศทางตรงกนขาม ในสวนของปรมาณความเขมขนของมลพษไนตรกออกไซดทเกดจากการเผาไหมในรปแบบการเผาไหมแบบอากาศเปนขนจะลดลง 26% ในขณะทการเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมใหมจะลดลง 36% เมอเทยบกบการเผาไหมแบบการเผาไหมแบบธรรมดา และในการทดลองทงสามรปแบบการเผาไหมพบวามประสทธภาพการเผาไหมมากกวา 99%

จ

บทค ดยอ ภาษาองกฤษ

58406302 : Major (ENERGY ENGINEERING) Keyword : Fluidized bed, Air staging combustion, flue gas recirculation, Peanut shell

MR. TANANON SRISAMRAN : IMPACT OF COMBUSTION MODES ON MAJOR EMISSIONS IN A TWIN-CYCLONIC FLUIDIZED-BED COMBUSTOR FIRED WITH BIOMASS FUELS THESIS ADVISOR : ASSOCIATE PROFESSOR DR. KASAMA SIRISOMBOON

The experimental tests were conducted in a twin-cyclonic swirling fluidized-bed combustor (TFBC) firing with peanut shell with three combustion modes (conventional, air staging and flue gas recirculation) at constant fuel feed rate of 22.5 kg/h, secondary air ratio (S/T) at 0-0.5 and in-bed stoichiometric ratio (Sb) at 0.8-1.1 for excess air 20-80%. Silica sand of particle size range 450-550 µm was used as the bed material at static bed height 30 cm above the annular spiral air distributor. The temperature and gas concentrations of O2, CO, and NO were measured along the axial directions of the combustor. CO and NO emissions were experimentally investigated at the stack for all tests prior using CO emission for calculating heat loss owing to incomplete combustion. Fly ash was sampling from ash collector with the aim to calculate the heat loss due to unburned carbon. The combustion efficiency was then calculated by indirect heat-losses method. As revealed from the experimental results all combustion modes, CO emission decrease with rising of excess air, while NO emission presented inverse trends with CO. NO emission seem compared with conventional combustion, flue gas recirculation mode reduced the NO emission 36%, while 26% in air staging mode. Under working conditions, combustion efficiency () can be achieved at high (~99%).

ฉ

กตตกรรมประกาศ

กตตกรรมประกาศ

ปรญญานพนธฉบบนจะไมสามารถเสรจสมบรณไดดวยดถาไมไดรบค าปรกษาและแนะน าจาก ผชวยศาสตราจารย กษมา ศรสมบรณ อาจารยทปรกษาปรญญานพนธ ทคอยใหค าปรกษาและแนะน าทงเรองของปรญญานพนธรวมถงการใชชวตและการท างาน อกทงตองขอบคณ ผชวยศาสตราจารย ปรเมศร อารมณด ประธานกรรมการ, ผชวยศาสตราจารย ธบดนทร แสงสวาง ผทรงคณวฒภายใน และ รองศาสตราจารย อศเรศ ธชกลยา ผทรงคณวฒภายนอก ทอาจารยทกทานคอยใหค าแนะน าในการท าวทยานพนธในหวขอน และยงใหความรเพมเตมเพอเปนประโยชนแกปรญญานพนธฉบบน ตองขอขอบพระคณภาควชาวศวกรรมเครองกลมหาวทยาลยศลปากรและเจาหนาททกทานทคอยชวยเหลอในดานเอกสาร, อปกรณ และ ชวยเหลอตางๆเปนอยางด และตองขอบคณค าแนะน าทดของรนพและเพอนรวมสาขาวชา คอ นาย พงษศกด เหลาทอง , ธระชย สรโชตเวศย และ สปรชา หสช ทคอยตกเตอนและแนะน าในการด าเนนชวตระหวางทกระผมไดรบการศกษาท มหาวทยาลยศลปากร มทงเรองสขและเรองทกข พๆเพอนๆทกคนกใหความชวยเหลอมาโดยตลอดอกทงตองขอบคณนองๆ เครองกล รน 10, 11 , 12 และ 13 ทคอยชวยเหลอในการประกอบเตาฟลอไดซเบดอกทงชวยกนคดชวยกนหาวธทดในการทดลองจนไดผลลพธทดออกมา

สดทายนสงทขาดไมไดทตองขอบคณคอ ครอบครวของผมทอยเบองหลงความส าเรจในทกๆเรองไมวาผมจะผดพลาดไปหรอกระท าการใดๆทไมควร บคคลเหลานจะคอยเปนก าลงใจสนบสนนและคอยผลกดนใหผมไดเดนตอไปขางหนาไดอยางทตงหวงไว ความส าเรจใดทเกดขนมากระผมขอมอบแกผมพระคณทกทานทไดกลาวถงในกตกรรมประกาศน คณะผท างานหวงเปนอยางยงวาปรญญานพนธฉบบนจะเกดประโยชนแกประเทศในการพฒนาดานความมนคงทางพลงงานตอไปในอนาคต

ธนานนท ศรส าราญ

สารบญ

หนา บทคดยอภาษาไทย ............................................................................................................................. ง

บทคดยอภาษาองกฤษ ....................................................................................................................... จ

กตตกรรมประกาศ............................................................................................................................. ฉ

สารบญ .............................................................................................................................................. ช

สารบญตาราง .................................................................................................................................... ฎ

สารบญรปภาพ .................................................................................................................................. ฏ

บทท 1 บทน า .................................................................................................................................. 1

1.1 ความเปนมาและความส าคญ ................................................................................................. 1

1.2 วตถประสงคของงานวจย ....................................................................................................... 2

1.3 ขอบเขตของงานวจย .............................................................................................................. 2

1.4 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ ..................................................................................................... 2

บทท 2 ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ ............................................................................................. 3

2.1 ทฤษฎทเกยวของ ................................................................................................................... 3

2.1.1 ฟลอไดซเบด ................................................................................................................ 3

2.1.2 เตาเผาแบบฟลอไดซเบด .............................................................................................. 4

2.1.3 หวกระจายอากาศ ....................................................................................................... 5

2.1.4 ชวมวล (Biomass) ...................................................................................................... 6

2.1.5 คณสมบตของเชอเพลงชวมวล ..................................................................................... 6

2.1.6 การวเคราะหเชอเพลงทจะใชในการเผาไหม................................................................. 8

2.1.7 ทฤษฏการหาคาความรอนของเชอเพลง ....................................................................... 8

2.1.9 ทฤษฎการเผาไหม...................................................................................................... 10

ซ

2.1.10 มาตรฐานการปลดปลอยมลพษออกจากโรงงานอตสาหกรรมของประเทศไทย ........ 13

2.1.11 วธการหาคาประสทธภาพการเผาไหม...................................................................... 14

2.2. งานวจยทเกยวของ .............................................................................................................. 15

2.2.1 การเผาไหมในเตาฟลอไดซเบด .................................................................................. 15

2.2.2 การเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหม ............................................................ 28

บทท 3 วธการด าเนนการวจย ........................................................................................................ 40

3.1 อปกรณการทดลอง .............................................................................................................. 40

3.1.1 เตาไซโคลนแฝด ......................................................................................................... 40

3.1.2 ระบบการเผาไหมของเตาฟลอไดซเบดชนดหมนวนไซโคลนแฝด ................................ 41

3.1.3.เครองแลกเปลยนความรอน ....................................................................................... 42

3.1.4.หอท าความเยน .......................................................................................................... 42

3.1.5. แผนกระจายอากาศแบบใบพด ................................................................................. 43

3.1.6 พดลมปอนอากาศปฐมภม.......................................................................................... 43

3.1.7 พดลมปอนอากาศทตยภมและตตยภม ....................................................................... 44

3.1.8 พดลมปอนกาซไอเสยน ากลบมาเผาไหม .................................................................... 44

3.1.9 ปม ............................................................................................................................. 45

3.1.10 หวเผาน ามนเชอเพลงดเซล ...................................................................................... 45

3.1.11 วสดเบด ................................................................................................................... 46

3.1.12 เชอเพลง .................................................................................................................. 46

3.1.13 วาลวควบคมอตราการไหล ...................................................................................... 47

3.2 เครองมอตรวจวด ................................................................................................................. 47

3.2.1 เทอรโมคปเปลและเครองแปลงสญญาณ ................................................................... 47

3.2.2 เครองวเคราะหความเขมขนแกสอตโนมต .................................................................. 48

3.3 การวางแผนการทดลอง........................................................................................................ 49

ฌ

3.4 วเคราะหและสรปผลการทดลองและการวจย ....................................................................... 52

บทท 4 ผลการทดลอง ................................................................................................................... 53

4.1 ผลการทดลองการเผาไหมแบบธรรมดาและการเผาไหมแบบอากาศเปนขน ......................... 53

4.1.1 อณหภมเฉลยของอากาศภายในเตาเผาทสภาวะการทดลองตางๆ .............................. 53

4.1.2 คาความเขมขนเฉลยของออกซเจนตามความสงของเตาสภาวะการทดลองตางๆ........ 54

4.1.3 คาความเขมขนเฉลยของกาซคารบอนมอนอกไซดตามความสงของเตาทสภาวะการทดลองตางๆ.............................................................................................................. 55

4.1.4 คาความเขมขนเฉลยของกาซไนตรกออกไซดตามความสงของเตาทสภาวะการทดลองตางๆ ......................................................................................................................... 57

4.1.5 มลภาวะทปลอยออกสอากาศ .................................................................................... 58

4.1.6 ความรอนสญเสยและประสทธภาพการเผาไหม ......................................................... 60

4.2 ผลการทดลองการเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมใหม (flue gas recirculation combustor) ....................................................................................................................... 62

4.2.1 อณหภมเฉลยของอากาศภายในเตาเผาทสภาวะการทดลองตางๆ .............................. 62

4.2.2 คาความเขมขนเฉลยของออกซเจนตามความสงของเตาสภาวะการทดลองตางๆ........ 63

4.2.3 คาความเขมขนเฉลยของกาซคารบอนมอนอกไซดตามความสงของเตาทสภาวะการทดลองตางๆ.............................................................................................................. 64

4.2.4 คาความเขมขนเฉลยของกาซไนตรกออกไซดตามความสงของเตาทสภาวะการทดลองตางๆ ......................................................................................................................... 66

4.2.5 มลภาวะทปลอยออกสอากาศ .................................................................................... 67

4.2.6 ความรอนสญเสยและประสทธภาพการเผาไหม ......................................................... 68

บทท 5 สรปผลการทดลอง ............................................................................................................. 70

รายการอางอง ................................................................................................................................. 72

ภาคผนวก ก .................................................................................................................................... 75

รายการสญลกษณ ........................................................................................................................... 92

ญ

ประวตผเขยน .................................................................................................................................. 94

สารบญตาราง

หนา ตารางท 1 แสดงการเปรยบเทยบคณลกษณะของเชอเพลงทง 3 ชนด ............................................... 7

ตารางท 2 แสดงคณสมบตของแกลบ ................................................................................................ 8

ตารางท 3 มาตรฐานการปลดปลอยมลพษออกจากโรงงานอตสาหกรรมของประเทศไทย ............... 13

ตารางท 4 คณสมบตของแกลบทใชในการเผาไหมภายในเตาฟลอไดซเบดแบบหองเผาไหมสน ....... 20

ตารางท 5 คณสมบตของเชอเพลงชวมวลทใชในการเผาไหม ........................................................... 25

ตารางท 6 ภาวะเงอนไขการเผาไหมเชอเพลงภายในเตาเผาฟลอไดซเบด ........................................ 25

ตารางท 7 แสดงรายละเอยดสภาวะในการทดลอง .......................................................................... 33

ตารางท 8 แสดงการวเคราะหแบบ Proximate analysis และ Ultimate analysis บนฐาน as-received ของเชอเพลงเปลอกถวลสงบด ........................................................................................ 47

ตารางท 9 ตารางแสดงขอบเขตการทดลอง ..................................................................................... 49

ตารางท 10 รปแบบการเผาไหมของเตาเผาฟลอไดซเบดไซโคลนแฝดชนดหมนวน .......................... 50

ตารางท 11 แสดงสถานะในการเปด และปดวาลวทต าแหนงตางๆในการปรบรปแบบการเผาไหม .. 51

ตารางท 12 แสดงการปรบอตราการไหลของกาซไอเสยและอากาศปฐมภมตามเงอนไขการทดลองในรปแบบการเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมใหม ............................................................... 51

ตารางท 13 การปลอยมลพษและประสทธภาพการเผาไหมของเตาฟลอไดซเบดโดยใชเชอเพลงเปลอกถวลสงบดทอตราการปอนเชอเพลง 22.5 kg/h ในรปแบบการเผาไหมแบบ Conventional combustion และ Air.staged combustion ................................................................................ 60

ตารางท 14 การปลอยมลพษและประสทธภาพการเผาไหมของเตาฟลอไดซเบดโดยใชเชอเพลงเปลอกถวลสงบดทอตราการปอนเชอเพลง 22.5 kg/h โดยรปแบบการเผาไหมแบบ Flue gas recirculation ................................................................................................................................. 68

สารบญรปภาพ

หนา รปท 1 ลกษณะการไหลของของแขงแบบตางๆ ภายในเตา ................................................................ 4

รปท 2 เตาฟลอไดซเบดแบบทรงกรวยชนดหมนวน (Swirling Fluidized-bed) ............................... 5

รปท 3 แสดงลกษณะของการเกดถาน (Char) ในกระบวนการเผาไหมชวมวล ................................. 11

รปท 4 กลไกพนฐานในการเกดและสลายตวของกาซไนตรกออกไซด .............................................. 13

รปท 5 แสดงการเปรยบเทยบระหวางปรมาณความเขมขนของกาซไนโตรเจนมอนออกไซดกบความเขมขนของกาซคารบอนมอนอออกไซด ........................................................................................... 16

รปท 6 a.) แสดงผลกระทบของอตราการไหลทตยภม ในการปลอย CO ทความแตกตางของอตราการไหลอากาศหลก b.) แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกน ในการปลอย NOx ทความแตกตางของอตราการไหลอากาศหลก ................................................................................................................ 17

รปท 7 กราฟแสดงความเขมขนขอ a) CO และ b) NOx ตออตราสวนอากาศทตยภมตอากาศทงหมดทเพมขน .......................................................................................................................................... 18

รปท 8 แสดงลกษณะของเตาฟลอไดซเบดแบบหองเผาไหมสนทใชในการทดลอง ........................... 19

รปท 9 รปแสดงผลกระทบของ (a) ความเรวลมและอากาศสวนเกนทสงผลตอประสทธภาพการเผาไหม ขเถาทไมเผาไหม และอณหภมของเบด (b) การเปลยนแปลงของกาซคารบอนมอนอกไซดและกาซไนตรกออกไซด ทปลอยออกมาสบรรยากาศ และอณหภมเบดทสภาวะอากาศเกนตาง ๆ ในการทดลอง ............................................................................................................................................ 20

รปท 10 แสดงผลกระทบของอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดตอ (a) อณหภมตามแนวความสง (b) ความเขมขนของ O2 ภายในเตาเผาแบบฟลอไดซเบดแบบทรงกรวย ท EA = 40% S/T = 0.1 – 0.4 .................................................................................................................................... 21

รปท 11 ผลกระทบของอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดทสงผลตอปรมาณคารบอนในเถาลอยท EA= 20 – 80% และ S/T = 0 – 0.4 .................................................................................. 22

รปท 12 แสดงผลกระทบของอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดทสงผลตอความเขมขนของ (a) CO, (b) CxHy และ (c) NO ท EA = 40% และ S/T = 0 – 0.4 ............................................... 23

รปท 13 แสดงผลของความเขมขนของมลพษหลกของ (a) CO, (b) CxHy และ (c) NO ................... 24

ฐ

รปท 14 ลกษณะและขนาดของเตาเผาฟลอไดซเบด ........................................................................ 26

รปท 15 อณหภมการเผาไหมชวมวล (a) ฟางขาว (b) ขเลอย (c) เมลดฝาย และ (d) ซงขาวโพด ทระดบความสงตาง ๆ และปรมาณอากาศสวนเกน (EA) ตางๆ .......................................................... 27

รปท 16 ปรมาณการปลดปลอยกาซคารบอนมอนอกไซดและไนโตรเจนมอนออกไซด จากการเผาไหมเชอเพลงชวมวล ............................................................................................................................... 28

รปท 17 แสดงแผนภาพการด าเนนการทดลองระบบเตาเผาฟลอไดซเบดชนดหมนวน ..................... 29

รปท 18 อณหภมภายในเตาเผาฟลอไดซเบดชนดหมนวน ทสภาวะการด าเนนการตางๆ (a) ทอตราสวนออกซเจนเกนตางๆ (b) ทอตราสวนออกซเจนปรมาณสารสมพนธตางๆ (อณหภมเบดคงท) (c) ทอตราสวนออกซเจนปรมาณสารสมพนธตางๆ (อณหภมเบดไมคงท) ........................................ 30

รปท 19 ผลกระทบของสภาวะการด าเนนการทมตอการปลอยมลพษ กาซคารบอนมอนอกไซดและออกไซดของไนโตรเจน (a) ผลของอตราสวนออกซเจนเกนตางๆ (b) ผลของอตราสวนออกซเจน ปรมาณสารสมพนธตางๆ (อณหภมเบดคงท) (c) ผลของอตราสวนออกซเจนปรมาณสารสมพนธตางๆ (อณหภมเบดไมคงท) ....................................................................................................................... 32

รปท 20 (a) แสดงความสมพนธระหวางการเปลยนแปลงอณหภมภายในเตาในรปแบบการเผาไหมตรงและการเผาไหมโดยใชอากาศแบบเปนขน (b) แสดงความสมพนธระหวางการเปลยนแปลงอณหภมภายในเตาในรปแบบการใชการไหลเวยนกลบของกาซไอเสย ทมา: Chyang et al.,(2012) 34

รปท 21 แสดงผลของการเปลยนแปลงอณหภมเบดทมตอความเขมขนของกาซคารบอนมอนอกไซดและออกไซดของในโตรเจนในกาซไอเสย ทมา: Chyang et al.,(2012) ........................................... 34

รปท 22 (a) การกระจายตวของอณหภมภายในเตาเผาฟลอดไดซเบดชนดวอรเทคทอณหภมเบดตางๆ (b) ผลกระทบของอณหภมเบดทมตออณหภมfreeboard (EO2=60% และ Sb=90%) ทมา: Qian F et al.,(2011) .................................................................................................................................. 36

รปท 23 ผลกระทบของอตราสวนออกซเจนเกนมตอปรมาณกาซคารบอนมอนอกไซดทปลดปลอยสบรรยากาศ (Tb=840oCและSb=90%) ............................................................................................. 37

รปท 24 แสดงผลกระทบสดสวนออกซเจนในหองเผาไหม (Sb) มตอกาซคารบอนมอนอกไซดทปลดปลอยสบรรยากาศ (Tb=840oC และ EO2=60%) ..................................................................... 37

รปท 25 ผลกระทบของอตราสวนออกซเจนเกนมตอปรมาณกาซออกไซดของไนโตรเจนทปลดปลอยสบรรยากาศ (Tb=840oCและ Sb=90%) ........................................................................................... 38

ฑ

รปท 26 แสดงผลกระทบสดสวนออกซเจนในหองเผาไหม (Sb) มตอกาซออกไซดของไนโตรเจนทปลดปลอยสบรรยากาศ (Tb=840oC และ EO2 = 60%) ................................................................... 38

รปท 27 ความสมพนธระหวางความเขมขนของออกไซดของไนโตรเจนและคารบอนมอนอกไซด ในกาซไอเสย ....................................................................................................................................... 39

รปท 28 แสดงเตาเผาฟลอไดซไซโคลนแฝด ..................................................................................... 40

รปท 29 ระบบการเผาไหมของเตาฟลอไดซเบดชนดหมนวนไซโคลนแฝด........................................ 41

รปท 30 แสดงลกษณะของเครองแลกเปลยนความรอน (Heat exchanger)................................... 42

รปท 31 หอท าความเยน (cooling tower) ..................................................................................... 42

รปท 32 แสดงขนาดของแผนกระจายอากาศแบบ 11 ใบ 14 องศา ................................................ 43

รปท 33 พดลมปฐมภม.................................................................................................................... 43

รปท 34 พดลมทตยภมและตตยภม ................................................................................................. 44

รปท 35 พดลมดดอากาศ ................................................................................................................ 44

รปท 36 แสดงลกษณะของปมน า .................................................................................................... 45

รปท 37 แสดงลกษณะของหวเผาน ามนเชอเพลงดเซล .................................................................... 45

รปท 38 ทรายซลกาขนาด 450-500 µm........................................................................................ 46

รปท 39 เปลอกถวลสงบด ............................................................................................................... 46

รปท 40 เกทวาลวและบตเตอรฟลายวาลว ...................................................................................... 47

รปท 41 แสดงเทอรโมคปเปลชนด K และเครองแปลงสญญาณ ...................................................... 48

รปท 42 แสดงเครองวเคราะหความเขมขนแกสอตโนมต TESTO 350XL ....................................... 48

รปท 43 แผนผงแสดงอปกรณตางๆในระบบเตาเผาฟลอดไดซเบดไซโคลนแฝดชนดหมนวน ........... 50

รปท 44 ผลกระทบของอากาศสวนเกนตอการกระจายตวของอณหภมในเตาทอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศรวม (S/T) เทากบ (a) 0, (b) 0.1, (c) 0.3 และ (d) 0.5 .............................................. 54

รปท 45 ผลกระทบของอากาศสวนเกนตอคาความเขมขนของออกซเจนทอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศรวม(S/T) เทากบโดย (a) 0, (b) 0.1, (c) 0.3 และ (d) 0.5 ................................................... 55

ฒ

รปท 46 ผลกระทบของอากาศสวนเกนตอการเกดและสลายตวของ CO ตามความสงของเตาทอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศรวม (S/T) เทากบโดย (a) 0, (b) 0.1, (c) 0.3 และ (d) 0.5 ...... 56

รปท 47 ผลกระทบของอากาศสวนเกนตอการเกดและสลายตวของ NO ตามความสงของเตาท อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศรวม(S/T) เทากบโดย (a) 0, (b) 0.1, (c) 0.3 และ (d) 0.5 ........ 58

รปท 48 แสดงผลอตราการปลอยมลพษตออากาศสวนเกนโดย a) อตราการปลอยมลพษ CO ........ 59

รปท 49 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนออกซเจนในเบด (Sb) ตออณหภมตามความสงของเตาและมการน ากาซไอเสยกลบมาใชใหม (FGR) โดย (a) Sb = 0.8 (b) Sb = 0.9 (c) Sb = 1.0 (c) Sb = 1.1 ........................................................................................................................ 62

รปท 50 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนออกซเจนในเบด (Sb) ตอคาความเขมขนของออกซเจนความสงของเตาและมการน ากาซไอเสยกลบมาใชใหม (FGR) โดย (a) Sb = 0.8 ....... 63

รปท 51 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนออกซเจนในเบด (Sb) ตอคาความเขมขนของคารบอนมอนอกไซดความสงของเตาและมการน ากาซไอเสยกลบมาใชใหม (FGR) โดย (a) Sb = 0.8 (b) Sb = 0.9 (c) Sb = 1.0 (c) Sb = 1.1 .................................................................................. 65

รปท 52 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนออกซเจนในเบด (Sb) ตอคาความเขมขนของกาซไนตรกออกไซดความสงของเตาและมการน ากาซไอเสยกลบมาใชใหม (FGR) โดย (a) Sb = 0.8 (b) Sb = 0.9 (c) Sb = 1.0 (c) Sb = 1.1 ................................................................................ 66

รปท 53 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนออกซเจนในเบด (Sb)ตอการปลอยมลพษและมการน ากาซไอเสยกลบมาใชใหม (FGR) โดย (a) การปลอยมลพษ CO (b) การปลอยมลพษ NO ........................................................................................................................................................ 67

บทท 1 บทน า

1.1 ความเปนมาและความส าคญ

สบเนองจากในปจจบนสถานการณพลงงานในประเทศไทยมการใชพลงงานทสง สงผลใหตองมการน าเขาพลงงานจากตางประเทศเพอใหเพยงพอกบความตองการการใชพลงงาน [1] โดยป พ.ศ. 2559 ประเทศมการน าเขาพลงงานคดเปนมลคากวา 51,863 ลานบาท ท าใหเกดการขาดดลทางการคาดานพลงงาน รฐบาลจงมนโยบายสงเสรมการใชพลงงานทดแทนในประเทศเพมมากขน รวมทงเพมประสทธภาพการใชพลงงาน ซงมบทบาทส าคญกบการลดการน าเขาพลงงานจากตางประเทศ ซงหนงในนโยบายพลงงานทดแทนกมเรองของเชอเพลงชวมวลเนองจากประเทศไทยเปนประเทศทมการเพาะปลกพชทางเศรฐกจทหลากหลายจงมแผนอนรกษพลงงาน 20 ป (พ.ศ. 2554 – 2573) และแผนอนรกษพลงงาน พ.ศ. (พ.ศ. 2558 – 2579) [2] เนองจากประเทศไทยเปนประเทศทประชากรสวนใหญประกอบอาชพเกษตรกรรมและมการสงออกผลผลตจากการเกษตรซงเปนพชเศรษฐกจจงท าใหมเศษวสดเหลอใชทางการเกษตรเปนจ านวนมาก สงผลใหประเทศไทยมศกยภาพทางพลงงานเนองจากมเชอเพลงชวมวลจ านวนมาก ประกอบกบในปจจบนมเทคโนโลยการเผาไหมทมประสทธภาพทสงสามารถเปลยนเศษวสดทเหลอใชทางการเกษตรนใหเปนพลงงานไดด กคอเทคโนโลยการเผาไหมแบบฟลอไดเบดซ (Fluidized bed) ท าใหลดการน าเขาพลงงานจากตางประเทศไดจ านวนมาก และยงสามารถลดปรมาณกาซเรอนกระจกเนองจากเชอเพลงฟอสซลไดอกทางหนงดวยแตในขอดของศกยภาพทเรามอย (เชอเพลงชวมวล) กยงมขอเสยบางประการคอการทเราน าเชอเพลงมาเผาไหมภายในเตาเผาไหมแบบฟลอไดเบดซ และสงทไดออกมานอกเหนอจากพลงงานแลวยงมฝนละอองเนองจากเถาลอย (Fly ash) รวมถงกาซมลพษตางๆ เชน คารบอนมอนออกไซด (CO), ไนโตรเจนออกไซด (NOx), รวมถงกาซไฮโดรคารบอน (CxHy) ทกอใหเกดมลพษทางอากาศ เราจงน าเทคโนโลยการเผาไหมแบบฟลอไดเบดซ ประกอบเขากบเทคโนโลยเพอลดกาซมลพษภายในเตาฟลอไดเบดซ ตามทไดศกษาจากงานวจยการเผาไหมแบบธรรมดา (Conventional combustion) การเผาไหมแบบอากาศเปนขน (Air staging combustion) การเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมใหม (flue gas recirculation) ท าใหพลงงานเนองจากชวมวลมประสทธภาพในการใชงานและไมสงผลกระทบตอสงแวดลอม

2

1.2 วตถประสงคของงานวจย เพอศกษาปรมาณการปลอยกาซมลพษหลกและประสทธภาพการเผาไหมเชอเพลงชวมวล

ภายใตการเผาไหม 3 รปแบบ 1.2.1 การเผาไหมแบบธรรมดา (conventional combustion) 1.2.2 การเผาไหมแบบอากาศเปนขน (Air staging combustion) 1.2.3 การเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมใหม (flue gas recirculation)

1.3 ขอบเขตของงานวจย 1.3.1 ใชทรายซลกาทมขนาดเสนผานศนยกลางเบดขนาด 450 – 550 µm 1.3.2 ใชเชอเพลงชวมวล 1 ชนด คอ เปลอกถวลสงบด 1.3.3 ท าการทดลองทความสงเบด 30 cm วดจากระดบแผนกระจายอากาศ

1.3.4 อตราการปอนเชอเพลง 22.5 (Full load) kg/hr 1.3.5 ต าแหนงวดคาการกอตวของ CO และ NOx ทต าแหนง 0.23, 0.46, 0.95, 1.47, 1.85, 2.08 และ 2.57 m เหนอหวกระจายอากาศ 1.3.6 ท าการทดลองทปรมาณอากาศสวนเกน 20, 40, 60 และ 80 %

1.3.7 สดสวนการไหลของอากาศทตยภมและตตยภมตออากาศปฐมภม [(QS+QT)/QP] คอ 0, 0.1, 0.3, และ 0.5

1.3.8 สดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด Sb = 0.8, 0.9, 1, 1.1 1.3.9 แผนกระจายอากาศแบบวงแหวนเกลยว Swirl Number 2.76 1.4 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ

1.4.1 การเผาไหมในรปแบบตางๆ ขางตนสามารถลดการปลอยกาซไนตรกออกไซดและคารบอนมอนอออกไซดสชนบรรยากาศใหอยภายใตกฎหมายประเทศไทยและเปนแนวทางรองรบในการลดกาซไนตรกออกไซด NOx และ CO ในอนาคต ถาหากมการเปลยนแปลงมาตรฐานการปลอยมลพษในอนาคต

1.4.2 สามารถอธบายการเกดและสลายตวของ NOx และ CO ในแตละรปแบบการเผาไหมไดรวมถงปรมาณการปลอยกาซมลพษหลกดวยและสามารถหาคาประสทธภาพการเผาไหมได

3

บทท 2 ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ

2.1 ทฤษฎทเกยวของ

2.1.1 ฟลอไดซเบด จากหนงสอ Fluidization Engineering 2nd ของ Kunii D et al. [3] กลาววา ฟลอไซเบด

คอ การทท าใหของแขงมพฤตกรรมคลายของเหลวทสามารถไหลได โดยใสวสดเบดเมอวสดเบดทเปนของแขงถกบรรจเขาไปในเตา อากาศจะไหลผานมาจากดานลาง ในขณะทอากาศยงมความเรวนอย วสดเบดของแขงจะยงไมขยบตว เบดในขณะนเรยกวา เบดทยงไมเกดการเคลอนท (Fixed bed) ถาหากอากาศรอนมความเรวทเพมขนจนถงจดหนงจะท าใหวสดเบดของแขงขยบลอยตวอยางเปนอสระ ซงความเรวทเพมขนนจะท าใหเบดขยายตวเพมขนดวย แตวตถเบดของแขงยงอยชดกนมากอย จนดเหมอนวาวสดเบดของแขงยงจบตวกนเปนกลมกอน ซงเรยกวา “Dense Phase Fluidized Bed” ถาเพมความเรวของอากาศขนอก จะท าใหวสดเบดของแขงลอยตวมากยงขน ระยะหางระหวางเบดของแขงกมมากขน เบดในขณะนเรยกวา “Dilute Phase Fluidized Transport” และถาเพมความเรวของอากาศขนอก วสดเบดของแขงกจะลอยตวจนหลดออกไปจากเตา ซงเรยกวา “Pneumatic Transport”ปรากฏการณฟลอดไดเซชนทของไหลเปนของเหลวการขยายตวของเบดเปนไปอยางสม าเสมอ การลอยตวและการหมนรอบตวของเมลดของแขงเปนไปอยางชา ๆ เรยกวา เบดสม าเสมอหรอเบดทมเนอเดยวกน สวนฟลอดไดเซชนทของไหลเปนลกษณะของเบดจะแตกตางจากทของไหลเปนของเหลวมาก เพราะวาเมอความเรวของกาซสงกวาความเรวทท าใหเกดฟลอไดซเบดแลว สวนหนงจะท าใหเกดการลอยตวของวสดเบดของแขง แตกาซอกสวนหนงจะรวมตวกนเปนฟองกาซลอยขนมา ซงจะท าใหวสดเบดของแขงทตดอยบนฟองกาซไหลจากสวนบนของฟองกาซลงมายงสวนลางนอกจากนมบางสวนของวสดเบดของแขงทลอยตดตามฟองกาซไปดวย ลกษณะดงกลาวท าใหภายในเบดจะมการเคลอนทอยางชลมน เบดชนดนเรยกวา “เบดฟองอากาศ (Bubbling Bed)ฟองกาซทเกดขนจะมลกษณะแตกตางกนไป ขนอยกบขนาดและรปรางของเมลดของแขงความเรวของกาซและลกษณะของแผนกระจายอากาศ โดยลกษณะของฟองอากาศอาจแบงไดดงรปท 1

4

รปท 1 ลกษณะการไหลของของแขงแบบตางๆ ภายในเตา

ทมา: Kunii D et al.,(1991)

(a) Bubbling ของแขงในเตาฟลอไดซเบดจะมการเคลอนทตลอดเวลาและสม าเสมอท าใหเกดการถายเทความรอนไดดกวาแบบอน

(b) Slugging เปนการเกดฟองกาซหรอการรวมตวของฟองกาซจนไดฟองกาซทมขนาดของเสนผานศนยกลางเทากบขนาดเสนผานศนยกลางของหอทดลองมการแยกตวของเมลดของแขงเปนชนๆท าใหการถายเทมวลสารหรอความรอนเกดไดไมทวถงเนองจากเมลดของแขงสมผสกบกาซเปนเวลาอนสนหรอไมสมผสเลยในบางสวน

(c) Channeling เปนการเกดการผานของกาซเปนชองๆโดยทเมลดของแขงทอยตรงทางผานของกาซเทานนทมการเคลอนทแตบรเวณขางเคยงจะไมมการเคลอนท

(d) Spouted Bed เปนการทกาซสวนใหญไหลผานเฉพาะบรเวณตรงกลางของกลมของเมลดของแขงมากกวาบรเวณรอบขางดวยความเรวสงมากท าใหบรเวณตรงกลางทความหนาแนน

2.1.2 เตาเผาแบบฟลอไดซเบด เตาเผาฟลอไดซเบดจะมการปอนอากาศทใชในการเผาไหมผานชนของวสดเบดและเมอเพม

คาความเรวของอากาศถงคาหนงวสดเบดจะลอยตวขนมลกษณะคลายของไหลในตอนเรมตดเตานนเบดจะไดรบความรอนจากภายนอกจนอณหภมถงจดตดไฟของเชอเพลงหลงจากนนเชอเพลงจะถกปอนเขาไปอยางสม า เสมอการเผาไหมจะเกดขนทวๆบร เวณเตาโดยปกตจะใสวสด เฉอย (InertMaterial) เชนทรายหรอวสดทท าปฏกรยา (Reaction Material) เชนหนปน (Limestone) หรอตวเรงปฏกรยา (Catalyst) ซงจะชวยในดานการถายเทความรอนและชวยท าความสะอาดภายในเตาระบบฟลอไดซเบดนแสดงดงรปท 2 ซงเปนงานวจยของ Chakritthakul et al. [4] ซงไดท าการทดลองการเผาไหมเชอเพลงชวมวลภายในเตาฟลอไดเบดซงมรปแบบการเผาไหมดงแบบทกลาวในขางตน ซงระบบฟลอไดซเบดนไดรบความสนใจมากในปจจบนเนองจากสามารถใชกบเชอเพลงแขงได

5

เกอบทกชนดเพราะอณหภมภายในเตาจะมคาใกลเคยงตลอดทวเตาเผาท าใหอตราการเผาไหมของเชอเพลงสม าเสมอสามารถเผาเชอเพลงทมปรมาณความชนภายในเชอเพลงทไมเกน 40% ไดดขอดของระบบฟลอไดซเบด คอ มสารเฉอยเชนทรายเปนเบดจงท าใหเกดการผสมของเชอเพลงกบออกซเจนไดดเกดการเผาไหมไดอยางสมบรณและรวดเรว นอกจากนวสดเบดยงชวยอมความรอนท าใหเตามความเสถยรไมดบงายและเกดการเผาไหมในตวเตาเผาไดอยางทวถง จงท าใหอณหภมภายในเตาเผามคาเทากนและสม าเสมอสามารถใชเผาไหมเชอเพลงในชวงอณหภมการเผาไหมทต าประมาณ 850 oC จงชวยแกปญหาดานมลพษของอากาศคอ กาซคารบอนมอนออกไซดและกาซไนตรกออกไซดไดเนองจากมระบบควบคมอากาศสวนเกนทใชในการเผาไหมทสามารถปรบตงคาไดงาย ในสวนของการควบคมระบบเครองกลสามารถควบคมระบบไดงายเชอเพลงทเผาไหมในเตาระบบฟลอไดซเบดใชเวลาในการท าปฏกรยาการเผาไหมนอยกวาเวลาทเชอเพลงใชอยในเตาเผาจงท าใหก ารเผาไหมสมบรณ

รปท 2 เตาฟลอไดซเบดแบบทรงกรวยชนดหมนวน (Swirling Fluidized-bed) ทมา: Chakritthakul et al.,(2011)

2.1.3 หวกระจายอากาศ ในงานวจยของ Kuprianov V.I et al. [5] ใชหวกระจายอากาศทใชในการทดสอบม 2 ชนด โดยแผนกระจายอากาศมจ านวนใบพด 11 และ 16 ใบ ส าหรบรปแบบของใบพดจะมลกษณะ axial impeller blade หวจะมมมองศาของใบพดกระท ากบแนวดง 76 องศา โดยหวกระจายอากาศ 11 ใบ และ16 ใบ มเสนผานศนยกลางภายนอก (d0) 0.25 m ในขณะทใบพด 11 ใบ และ 16 ใบ มเสนผานศนยกลางดม (hub diameter, dh) ของหวกระจายลม 0.05 m และ 0.1 m ตามล าดบ เพอท าใหเกดการหมนวนของอากาศและเบด จากขนาด dh ทแตกตางกนของหวกระจายลม ท าใหมคา swirl number ตามท กลาวไวคอสามารถค านวณไดจาก

6

3

02

2( / )tan

3( / )h

h o

d ds

d d

(2.1)

คอ swirl number dh คอ hub diameter, dh d0 คอ เสนผานศนยกลางภายนอก ทมา: Kuprianov V.I et al.(2011)

2.1.4 ชวมวล (Biomass) ชวมวล (Biomass) คอสารอนทรยทเปนแหลงกกเกบพลงงานจากธรรมชาตและสามารถน ามาใชผลตพลงงานได เชน เศษวสดเหลอใชทางการเกษตร หรอกากจากกระบวนการผลตในอตสาหกรรมการเกษตรเชน แกลบ ชานออย ฟางขาว ขยะมลฝอย น าเสยจากโรงงานหรอแมกระทงมลสตวตางๆ ดงนนการน าชวมวลมาผลตไฟฟาตองออกแบบเครองจกรใหเหมาะสมกบชวมวลนนๆ เพอประสทธภาพโดยรวมทดทสด อยางไรกตาม คณสมบตอยางหนงของชวมวลทเหมอนกนคอ มน าหนกเบา เมอเปรยบเทยบกบเชอเพลงชนดอนๆ โรงไฟฟาชวมวลจงควรอยใกลกบแหลงชวมวล อกทงประเภทของเชอเพลงชวมวลแบงออกไดเปน 4 ประเภท ดงนเชอเพลงทไดจากไม (Forest biomass) ไดแก เศษไม เปลอกไม กงไมและขเลอยเชอเพลงประเภทนจะมลกนนอยประมาณ 40% เชอเพลงทไดจากการเกษตร (Agriculture biomass) ไดแก แกลบขาว ซงขาวโพดเชอเพลงประเภทนจะมปรมาณลกนนทต าประมาณ 0–20% เชอเพลงทไดจากอตสาหกรรม (Industrial wastes) ไดแก เชอเพลงทไดจากการผลตน าตาลคอชานออยกาก สบปะรดซงเชอเพลงประเภทนจะมความชนสงมาก เชอเพลงทไดจากของเหลอใชจากคน (Domestic wastes) ไดแกเชอเพลงจากขยะททงจากเทศบาล

2.1.5 คณสมบตของเชอเพลงชวมวล ขนาดของชวมวลมผลตอคณสมบตของเชอเพลง ส าหรบชวมวลทมขนาดใหญ เชน เศษไม,

ปลายไม, ปกไม จะตองน ามาตดใหเปนชนเลก ๆ ขนาดประมาณ 1 เซนตเมตร หรอไมเกน 2.5 เซนตเมตร จะท าใหประสทธภาพการเผาไหมดขน แตกมคาใชจายในการยอยเพมขนดวยเชนกน ชวมวลทมขนาดเลก สามารถน ามาใชงานไดทนท เชน แกลบ ซงจะเปนการชวยลดตนทนในเร องของคาใชจายในการตดหรอสบเปนชนเลกๆ สวนความชนกเปนปจจยส าคญส าหรบเชอเพลงชวมวลสภาวะเหมาะสมไมควรเกน 25% แตระบบการเผาไหมทมในปจจบนกสามารถรองรบความชนของชวมวลไดถง 40% ซงปกตความชนของชวมวลจะลดลงโดยธรรมชาตถาน ามาเกบไวลวงหนาระยะหนง แตกมขอเสยคอตองเสยพนทในการจดเกบ หรอตองสรางระบบในการลดความชนโดยการน าความ

S

7

รอนทงจากระบบมาอบไลความชนไดซงมคาใชจายเรมตนมากขน สงเจอปนในชวมวลจะมอยหลายอยาง เชน เศษดน หน กรวด ทราย และคราบน ามนปาลม โดยสงทตองระมดระวงใหมากคอ คราบน ามนปาลมทตดอยในทะลายปาลม และกะลาปาลม เพราะคราบน ามนปาลมเมอถกความรอนจะกลายเปนยางเหนยวเกาะตดในหองเผาไหมได ในการออกแบบหองเผาไหมจงตองพจารณาในจดนเปนพเศษ ดงนนทะลายปาลมจงไมเหมาะสมกบระบบการเผาไหมแบบโดยตรง เพราะจะมผลเสยกบหมอไอน า (Boiler) แตส าหรบระบบการผลตกาซเชอเพลง (Gasification) สามารถออกแบบใหรองรบกบชวมวลประเภทนได

ปรมาณขเถาทเหลอ มผลตอการเผาไหมดวยเชนกน ยกตวอยาง แกลบจะมปรมาณขเถา 12% โดยน าหนก ดงนนในการออกแบบหองเผาไหม จะตองพจารณาถงการรวบรวมขเถาออกจากหองเผาไหมอยางมประสทธภาพ ตารางท 1 แสดงการเปรยบเทยบคณลกษณะของเชอเพลงทง 3 ชนด คณลกษณะ เชอเพลงแขง เชอเพลงเหลว เชอเพลงกาซ

การเกบรกษา ใชเนอทมากไมยงยาก ต อ ง ม ภ า ช น ะ ทแนนอน

ใชภาชนะบรรจพเศษ

การขนสง ขนส ง ง าย ไม ย ง ย าก เร อ งภาชนะ

ขนสงงายย งยากเรองภาชนะ

ขนสงตองใชภาชนะบรรจพเศษ

คณสมบตจ าเพาะ

1.คาความรอนตอหนวยต า 2.คณภาพไมสม าเสมอ 3.การสนดาปตองใชอากาศสวนเกนมาก 4.การสนดาปมเถามาก 5.การสนดาปควบคมและดแลยาก

สง คอนขางด นอย นอยมาก งาย

ขนอยกบชนดของกาซ ด นอย ไมม งาย

มลภาวะ ตองมระบบปองกน ต อ ง ม ร ะ บ บปองกน

มผลกระทบนอย

อ ปกรณ ใช ในการสนดาป

ขนาดเลกไมซบซอน ขนาดเลก ขนาดคอนขางใหญ

ราคาเชอเพลง ราคาถก คอนขางแพง แพงทสด

ทมา: ระบบสารสนเทศดานพลงงาน และสงแวดลอมของประเทศไทย.,(2012)

8

2.1.6 การวเคราะหเชอเพลงทจะใชในการเผาไหม การวเคราะหเชอเพลงทจะใชในการเผาไหมสามารถแบงไดเปน 2 วธ คอ วธการวเคราะหแบบงาย (Proximate analysis) โดยการเผาเชอเพลงภายใตเงอนไขทแตกตางกน เพอหาความสมพนธของความชน (W) สารระเหย (VM) ขเถา (A) และปรมาณคารบอน (FC) ในเชอเพลง โดยการวเคราะหสวนประกอบของเชอเพลง (Ultimate analysis) เพอใชในการหาคาความรอนทไดจากการเผาไหม โดยจะรายงานเปนปรมาณรอยละของธาตตางๆ ทประกอบขนเปนเชอเพลงคอ คารบอน (C) ไฮโดรเจน (H) ออกซเจน (O) ไนโตรเจน (N) ซลเฟอร (S) ความชน (M) และขเถา (A) องคประกอบของชวมวลจะแบงออกเปน 2 สวนหลกคอ สวนท เผาไหมได (Combustible substance) คอ สารระเหย (Volatiles matter) และ คารบอนคงท (Fixed carbon) สวนทเผาไหมไมไดหรอขเถา (Ash) เมอชวมวลถกเผาไหมอยางสมบรณแลว จะมเนอสารบางสวนทไมสามารถเผาไหมได นนคอขเถาโดยชวมวลแตละประเภทจะมสดสวนของปรมาณขเถาในชวมวลแตกตางกน ในแตละชวมวลแตละชนดจะมคณสมบตเฉพาะอยางตางกนไป ดงตารางท 2 แสดงคาวเคราะหสวนประกอบของเชอเพลงโดยการวเคราะหแบบงาย ตารางท 2 แสดงคณสมบตของแกลบ Biomass Fuel

Ultimate analysis basis (wt. %, as-received basis)

Proximate analysis basis (wt. %, as-received basis)

C H O N S W A VM FC

Rice husk 42.2 4.58 27.84 0.25 0.03 9.2 15.9 57.4 15.5

ทมา: Kuprianov V.I et al.,(2011) 2.1.7 ทฤษฏการหาคาความรอนของเชอเพลง จากหนงสอ Combustion and Emission Control ของ Kuprianov V.I. [8] ไดอธบาย

ความหมายของคาความรอนของเชอเพลง (Heating value) คอ ปรมาณพลงงานทถกปลอยออกมาเมอเชอเพลงถกเผาไหมอยางสมบรณในกระบวนการการไหลคงตวและผลตภณฑมสภาวะกลบสสภาวะเดมกบสารตงตน หรอกลาวอกนยหนงคอ คาความรอนของเชอเพลงจะเทากบคาสมบรณของคาเอนทลปของการเผาไหมของเชอเพลง ซงแบงออกเปน 2 ชนด คอ คาความรอนทสงกวา (Higher Heating Value, HHV) จะมน าในผลตภณฑอยในสถานะของเหลว และคาความรอนทต ากวา (Lower Heating Value, LHV) จะมน าในผลตภณฑอยในสถานะไอดวยการพจารณาบนฐาน as-received basis ซงมความสมพนธ ดงน

9

r r r rLHV HHV 24.42(W 8.94H ) (2.2) โดย rW คอ คาความชนภายในเชอเพลงชวมวล (% as-received basis )

 rH คอ คาปรมาณไฮโดรเจนทมอยในเชอเพลงชวมวล (% as-received basis )

rLHV คอ คาความรอนทต ากวา (Lower Heating Value, LHV)

rHHV คอ คาความรอนทสงกวา (Higher Heating Value, HHV)

ทมา: Kuprianov V.I.,Combustion and Emission Control Lectures Notes & Reference Materials.,(2011) 2.1.8 อากาศทใชในการเผาไหม

ปรมาณอากาศทใชในการเผาไหมเชอเพลงแขง เมอเกดการเผาไหมทไมสมบรณ หรอ ผลตภณฑจากการเผาไหมทไมสมบรณเชน กาซคารบอนมอนอกไซด (CO) มเทน (CH4) กาซไฮโดรเจน (H2) ในกาซเชอเพลงแหง เปนสดสวนโดยปรมาตร (%.vol) อตราสวนอากาศสวนเกน (excess air ratio) สามารถค านวณไดจาก

- - - - (2.3)

โดย คอ อตราสวนอากาศสวนเกน (excess air ratio)

O2 คอ กาซออกซเจนในกาซไอเสยแหง (%.vol)

CH4 คอ กาซมเทนในกาซไอเสยแหง (%.vol)

CO คอ กาซคารบอนมอนออกไซดในกาซไอเสยแหง (%.vol)

H2 คอ กาซไฮโดรเจนในกาซไอเสยแหง (%.vol) ทมา: Kuprianov V.I.,Combustion and Emission Control Lectures Notes & Reference Materials.,(2011)

โดยพนฐานแลว ปรมาณมเทน (CH4) และ กาซไฮโดรเจน (H2) มคานอยมากเมอเทยบกบอากาศสวนเกน ดงนน ขอบเขตงานวจยนจงไมน ามเทน (CH4) และกาซไฮโดรเจน (H2) มาใชในการค านวณอตราของอากาศสวนเกนในการวจยน เปอรเซนตโดยปรมาตรของอากาศสวนเกนถกใชเปนตวแปรชวดลกษณะเฉพาะของอากาศทใชสามารถค านวณไดจากสมการ

100   )–( 1EA (2.4) โดย EA คอ เปอรเซนอากาศสวนเกน (%vol)

คอ อตราสวนอากาศสวนเกน ทมา: Kuprianov V.I.,Combustion and Emission Control Lectures Notes & Reference Materials.,(2011)

10

2.1.9 ทฤษฎการเผาไหม กระบวนการเปลยนชวมวลใหเปนพลงงานโดยทวไปอาศยกระบวนการทางเคมความรอนซงแบงไดเปน 3 ประเภทคอ การเผาไหมโดยตรง การผลตกาซและการผลตพลงงานรวม โดยการเผาไหมโดยตรง (Direct combustion) เปนวธทใชกนมากทสดเพราะใชงานงายไมมขนตอนซบซอนในการเผาไหมถงท าใหประหยดทงตนทนและเวลา โดยใชกบเชอเพลงชวมวลทเปนเชอเพลงแขงมขนตอนคอ เผาเชอเพลงชวมวลโดยตรงในเตาเผา ความรอนทไดจะถกน าไปใชผลตไอน าทมอณหภมและความดนสง ไอน าทผลตไดนจะถกน าไปใชขบกงหนไอน าเพอผลตไฟฟา ไอน าทออกจากกงหนไอน าจะเขาสคอนเดนเซอรเพอใหเยนลงและกลนตวกลายเปนน าเพอปมกลบขนไปปอนหมอไอน า โดยถกอนดวยไอน าท มาจากกงหน ณ ทความดนชวงกลาง กอนปอนกลบเขาสหมอไอน าอกครงชนดของเตาซงเปนองคประกอบส าคญของระบบผลตไฟฟาขนอยกบชนดของชวมวล ส าหรบชวมวลทมขนาดเปนชนคอนขางใหญ เชน เศษไมจะเหมาะกบเตาเผาระบบสโตกเกอร (Stoker) ถาชวมวลเปนชนเลกชนนอย เชน ขเลอยหรอแกลบ เหมาะกบเตาระบบฟลอไดซเบด (Fluidized bed) หรอไซโคลน (Cyclone) การผลตกาซ (Gasification) กระบวนการผลตโปรดวเซอรแกส (Producer gas) เปนการเปลยนเชอเพลงชวมวลซงเปนเชอเพลงแขงใหเปนกาซโดยการเผาไหมเชอเพลงแขงนนในททมอากาศจ ากดความรอนทเกดขนน จะเรงปฏกรยาแบบตอเนองใหกลายเปนกาซจากการเผาไหมซงมองคประกอบหลก คอ กาซคารบอนมอนอกไซด กาซไฮโดรเจนและกาซมเทน การเผาไหมในททมอากาศจ ากดเปนการเผาไหมทไมสมบรณ แตจะเกดความรอนเพอกอใหเกดปฏกรยาประเภทตาง ๆ มากมาย เชน ปฏกรยารดกชน ไพโรไลซส และการอบแหงการผลตกาซจากการเผาไหมสวนมากจ าแนกตามลกษณะการไหลของอากาศผานเตาเตาแบบอากาศไหลขน (Updraft gasifier) จะเปนกาซทอณหภมไมสง แตจะมคณภาพต าเนองจากมน ามนดน (Tar) และเขมาปะปนเปนจ านวนมาก ในงานวจยนจะกลาวถงการเผาไหมชวมวลในระบบฟลอดไดซเบด โดยพนฐานแลวการเผาไหมชวมวลนนจะแตกตางจากการเผาไหมถานหนเนองจากคณสมบตโดยเฉพาะในสวนทเปนสารระเหย และขเถา ซงในสวนทเปนสารระเหยหรอสารประกอบทมน าหนกของโมเลกลต าจะมปรมาณมากกวาในถานหน อยางเชน กาซคารบอนมอนอกไซด , กาซคารบอนไดออกไซด, สารประกอบไฮโดรคารบอนและสารประกอบไนโตรเจนเปนตน โดยปกตแลวอตราสวนระหวางสารระเหยกบคารบอนคงทในชวมวลจะมคาคงทประมาณ 4–5 เทา

11

รปท 3 แสดงลกษณะของการเกดถาน (Char) ในกระบวนการเผาไหมชวมวล

ทมา: Permchart W et al.,(2004) สวนรปท 3 แสดงถงชวงตางๆ ของกระบวนการการเกดถานในการเผาไหมชวมวลซงในการ

เผาไหมชวมวลนน จะประกอบดวยสองชวงของการเผาไหม ในชวงแรกจะเกดการสลายตวดวยความรอน (Thermal decomposition) หรอปฏกรยาไพโรไลซส (Pyrolysis) และชวงของการลกไหมอยางรวดเรว (devolatilization) สารระเหยจะเกดปฏกรยาออกซเดชนหรอเปนชวงของการลกไหมอยางรวดเรวในสภาวะทออกซเจนอยในสถานะกาซหรอภายใตสภาวะบรรยากาศซงชวงนจะเกดการลกไหมบรเวณรอบๆ อนภาคของเชอเพลงชวมวลซงจะเปนการขวางกนไมใหกาซออกซเจนสงผานไปยงผวของอนภาคเชอเพลงชวมวลได จงเปนการขดขวางไมใหเกดปฏกรยาออกซเดชนของถานในระหวางนนส าหรบการเผาไหมถาน สงส าคญทเกดขนคอการเกดกาซคารบอนมอนอกไซดอนเนองมาจากปฏกรยาการเผาไหมหลกสามปฏกรยา คอ คารบอนในเชอเพลง (Fuel-C) ท าปฏกรยากบกาซออกซเจน, น าและกาซคารบอนไดออกไซด ดงปรากฏในสมการท 2.5 – 2.7 ในท านองเดยวกนกาซคารบอนมอนอกไซดทเกดจากสารระเหยทมคารบอนเปนสวนประกอบหลก อยางเชน กาซคารบอนไดออกไซดและกาซมเทน

ซงทงหมดนเปนสาเหตของการเกดกาซคารบอนมอนอกไซดในสวนของบรเวณเบด (Bed region) ในระบบฟล อดไดซเบดโดยปกตแลวทบร เวณพนทถายเทความรอนของเตาฟล อดไดซเบด (Freeboard Region)

22 2C O CO (2.5)

2 2H HOC CO (2.6)

2 2C CO CO (2.7) ทมา: Kuprianov V.I.,Combustion and Emission Control Lectures Notes & Reference Materials.,(2011)

12

กาซคารบอนมอนอกไซด จะเกดปฏกรยาออกซเดชนกบกาซออกซเจน , น าและละอองน า (OH radiation) ไดเปนกาซคารบอนไดออกไซด ซงเปนปฏกรยาเคมในชวงทสองหรอปฏกรยารดกชน (Reduction) ดงแสดงในสมการท 2.8 – 2.9

2 22 2CO O CO (2.8)

2 2 2 OCO H CO H (2.9) ทมา: Kuprianov V.I.,Combustion and Emission Control Lectures Notes & Reference Materials.,(2011)

สวนการเกดกาซไนตรกออกไซด (NO) เปนมลพษทถกปลอยออกมาจากระบบการเผาไหมชวมวลในเตาฟลอไดซเบดโดยกาซไนตรกออกไซดเกดจากกระบวนการการเผาไหมซงเกดจากกลไกในการเผาไหมทแตกตางกน 3 แบบ คอ Thermal–Nox, Prompt–NOx และ Fuel–NOx Thermal–NOx เกดจากปฏกรยาออกซเดชนระหวางโมเลกลของออกซเจนกบโมเลกลของไนโตรเจนทอณหภมการเผาไหมสง (>1500˚C) ท าใหโมเลกลไนโตรเจน (N2) และโมเลกลออกซเจน (O2) ท าปฏกรยากนในกระบวนการเผาไหมทอณหภมสงโดยจะเกด 3 ปฏกรยาหลก (กลไก Zeldovich mechanism) ดงสมการท 2.10 – 2.12 คอ

2 O N N NO (2.10) 2 N O O NO (2.11)

N OH NO H (2.12) ทมา: Kuprianov V.I.,Combustion and Emission Control Lectures Notes & Reference Materials.,(2011)

ในขณะท Prompt–NOx เกดจากสารประกอบไฮโดรคารบอนดงเดมทกอตวขนระหวางกระบวนการการเผาไหมและท าปฏกรยากบกาซไนโตรเจนในอากาศ ในขณะทการเผาไหมทอณหภมต าเชนการเผาไหมเชอเพลงชวมวลในเตาตะแกรง (Grate–fired furnace) และเตาเผาแบบฟลอไดซเบด (Fluidized-bed combustor) กาซไนตรกออกไซดจะไมเกดจากกลไก Thermal–NOx แตจะเกดจากกลไก Prompt–NOx และ Fuel–NOx ซงกลไก Fuel-NOx นนจะเปนกลไกส าคญของการเกดกาซไนโตรเจนมอนอกไซด, กาซไนโตรเจนออกไซดและกาซไนตรสออกไซด ดงสมการท 2.13 – 2.16

2 CH N NCH N (2.13)

2 1 / 2  HCN O NCO (2.14)

2 1 / 2  NCO O NO CO (2.15)

13

3 2 2 5 / 4 3 / 2NH O NO H O (2.16) ทมา: Kuprianov V.I.,Combustion and Emission Control Lectures Notes & Reference Materials.,(2011)

จากรปท 2 ความรอนภายใตอณหภมสงและสภาวะเชอเพลงเขมขน สารประกอบ

ไฮโดรคารบอนจะเปนตวบงบอกกลมธาตส าคญในการสลายตวของกาซไนตรกออกไซดในการเผาไหมซ า หรอการเผาไหมแบบเปนขนตอน

รปท 4 กลไกพนฐานในการเกดและสลายตวของกาซไนตรกออกไซด

ทมา: Salzmann R et al.,(2001) สารประกอบไฮโดรคารบอนจะเขาสบรเวณการเผาไหมโดยจะเปนตวท าปฏกรยาการสลายตว

ของกาซไนโตรเจนมอนอกไซด ซงเปนกลไกพนฐานของการเกดกาซไนตรกออกไซดโดยเชอเพลงไนโตรเจน (Fuel-N) รวมทงการสลายตวโดยสารประกอบไฮโดรคารบอน

2.1.10 มาตรฐานการปลดปลอยมลพษออกจากโรงงานอตสาหกรรมของประเทศไทย เนองจากประเทศไทยเปนประเทศอตสาหกรรมท าใหเกดปญหามลพษทางอากาศทเกดขนใน

ปจจบนทางกระทรวงอตสาหกรรมโดยกรมโรงงานอตสาหกรรมซงเปนหนวยงานทดแลและรบผดชอบปญหามลพษจงไดมการก าหนดคามลพษทโรงงานอตสาหกรรมสามารถปลอยออกมาไดดงแสดงไวในตารางท 3 ตารางท 3 มาตรฐานการปลดปลอยมลพษออกจากโรงงานอตสาหกรรมของประเทศไทย มาตรฐานอากาศเสยทระบายออกจากโรงงานอตสาหกรรม

ชนดของสารเจอปน แหลงทมาของสาร กระบวนการผลตทไมมการเผาไหมเชอเพลง*

กระบวนการผลตทมการเผาไหมเชอเพลง**

14

1 . อ อ ก ไ ซ ด ข อ งไนโตรเจน (ppm)

ห ม อ ไ อ น า ห ร อแ ห ล ง ก า เ น ด ท ใ ชเชอเพลง ดงน - น ามนเตา - ถานหน - ชวมวล Biomass - เชอเพลงอนๆ

- - - -

ไมเกน 200 ไมเกน 200 ไมเกน 200 ไมเกน 200

2.คารบอนไดซมอนอไซด (ppm)

การผลตทวไป ไมเกน 870 ไมเกน 690

3.ไ ฮ โ ด ร เ จ น ซ ล ไ ฟ ด (ppm)

การผลตทวไป ไมเกน 100 ไมเกน 80

4.ไฮโดร เจนคลอไรด (มก./ลบ.ม.)

การผลตทวไป ไมเกน 200 ไมเกน 160

หมายเหต: * ใหค านวณผลทความดน 1 atm หรอ 760 mmHg อณหภม 25˚C ทสภาวะแหง (Dry Basis) โดยมปรมาตรอากาศเสยทออกซเจน ณ สภาวะจรงในขณะตรวจวด ทมา: ประกาศกระทรวงทรพยากรธรรมชาตและสงแวดลอม เลมท 123 ตอนท 50 เรองก าหนดมาตรฐานควบคมการปลอยทงอากาศเสยจากโรงงานอตสาหกรรม.,(2549)

2.1.11 วธการหาคาประสทธภาพการเผาไหม การหาคาความรอนสญเสยและประสทธภาพการเผาไหม ในงานวจยน การหาประสทธภาพ

การเผาไหมของเตาฟลอไดซเบด ใชวธการ Heat–loss method ความรอนสญเสยจะมาจากคารบอนทเผาไหมไมหมด, quc และ qic จะสามารถค านวณไดโดย

32,866

( )100

fauc

fa

Cq A

LHV C

(2.17) โดย ucq คอ ความรอนสญเสยของคารบอนทเผาไหมไมหมด (%)

LHV คอ คาความรอนต า

faC คอ ปรมาณคารบอนทออกจากปลอง (wt. %)

A คอ ปรมาณขเถา (wt.%)

15

2 2

4@6% @6%O

100(126.4 ) 10 ( )uc

ic O dg

qq CO V

LHV

(2.18)

โดย icq คอ ความรอนสญเสยของคารบอนทเผาไหมไมสมบรณ(%)

@6% 2OCO คอ กาซออกซเจนในกาซแหง (ท 6%O2)

@ 6% 2dg OV คอปรมาตรอากาศแหง(ท 6%O2)

ucq คอความรอนสญเสยของคารบอนทเผาไหมไมหมด(%) LHV คอ คาความรอนต า

100 ( )ic uccombustionefficiency q q (2.19) โดย ucq คอความรอนสญเสยของคารบอนทเผาไหมไมหมด (%)

icq คอความรอนสญเสยของคารบอนทเผาไหมไมสมบรณ(%) ทมา: Kuprianov V.I et al.,(2003) 2.2. งานวจยทเกยวของ

2.2.1 การเผาไหมในเตาฟลอไดซเบด Chyang et al. [12] ท าการศกษาพฤตกรรมการเผาไหมในเตาเผาฟลอไดซเบดโดยใชซง

ขาวโพดเปนเชอเพลงและใชเทคนคการปอนอากาศแบบเปนขนในการเผาไหม เตาเผาฟลอไดซเบดท าจากเหลกกลาคารบอน เตาสง 4.5 m มเสนผานศนยกลางภายใน 75 cm และต าแหนงปอนอากาศทตยภมอยทต าแหนง 2.05 m เหนอหวกระจายอากาศ โดยใชทรายเปนวสดเบดและใชซงขาวโพดขนาด 1-5 mm เปนเชอเพลง จากการวจยพบวา ของปรมาณกาซคารบอนมอนออกไซดเมอใชเทคนคการปอนอากาศแบบเปนขน

ปรมาณกาซคารบอนมอนออกไซด (CO) มแนวโนมทจะเพมสงขนในชวง 0−35% ของอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศรวม และจะลดลงเมอปรมาณอากาศทตยภมตออากาศรวมเทากบ 37.5%−50% และจะลดลงเรอยๆ เมอเพมปรมาณอากาศทตยภมตออากาศรวม เนองจากปรมาณอากาศทใสเพมเขาไปนนสงผลใหปรมาณออกซเจนทใชในการเผาไหมเพมมากขนจง เกดการเรงปฏกรยาระหวาง ออกซเจน, กาซคารบอนมอนออกไซด, กาซไนตรกออกไซด และ แอมโมเนย และสงผลใหปรมาณกาซไนโตรเจนมอนออกไซดลดลงเนองจากสลายตวเปน N2 เพมมากขน ดงแสดงในรปท 5

16

รปท 5 แสดงการเปรยบเทยบระหวางปรมาณความเขมขนของกาซไนโตรเจนมอนออกไซดกบความ

เขมขนของกาซคารบอนมอนอออกไซด ทมา: Chyang C-S et al.,(2012)

Duan et al. [13] ไดศกษาการเผาไหมเชอเพลงแกลบทอตราสวนอากาศสวนเกนทแตกตางกน โดยเชอเพลงถกปอนทางสกร และอากาศจะเขาสเตาเผาไหมทจดปอนเชอเพลงตดอยเหนอหวกระจายอากาศท 0.45 m อากาศปฐมภมถกจายดวยพดลมขนาด 15 hp และอากาศทตยภมขนาด 7.5 hp เตาเผามความสง 5 m ขนาดเสนผาศนยกลางภายใน 0.4 m สรางขนมาจากสแตนเลสความหนา 6 mm มเสนใยเซรามกทความหนา 150 mm เพอลดการสญเสยความรอน และใชแผนสแตนเลสพรนรหนา 6 mm ทมจ านวน 442 ร ขนาดเสนผาศนยกลาง 2.9 mm ถกน ามาใชเปนหวกระจายอากาศ (เปดพนทเปนสดสวน 1.84%) อากาศทตยภม 4 รระยะหางเทาๆกนโดยเสนผาศนยกลางภายใน 12 mm ตดตงเหนอหวกระจายอากาศ 1.3 m และทอแลกเปลยนความรอนจ านวน 4 ทอ ขนาดเสนผานศนยกลาง 31.75 mm และยาว 1.0 m ตดตงบรเวณพนทปราศจากเบด (Freeboard Zone) ทระดบ 1.75–2.75 เมตรเหนอหวกระจายอากาศโดยรปท 6a.) แสดงปรมาณความเขมขนของกาซคารบอนมอนนอกไซดทลดลงเมอเพมอตราการไหลอากาศทตยภมโดยผลกระทบของการเพมอตราการไหลของอากาศปฐมภมในการปลอยปรมาณกาซคารบอนมอนนอกไซดมแนวโนมทไมชดเจน และ6b.) แสดงผลของอตราสวนของอากาศสวนเกนทสงผลกระทบตอปรมาณความเขมขนของกาซไนตรกออกไซด และการปลอยกาซมลพษทอตราการไหลอากาศหลกตางๆ โดยความเขมขนของกาซไนตรกออกไซดจะเพมขนเมอมการเพมปรมาณอากาศสวนเกนเพราะอณหภมบรเวณพนทปราศจากเบด (Freeboard Zone) เพมขนจากประมาณ 750° C ถง 850° C เมออตราสวนอากาศสวนเกนเพมขนจาก 33% ถง 100% จงชวยเพมประสทธภาพการเผาไหมสงผลใหชวยลดความเขมขนกาซคารบอนมอนนอกไซด ขณะทอณหภมของพนทปราศจากเบด (Freeboard Zone) ทอตราสวนอากาศสวนเกนนอยกวา 40% จะท าใหปรมาณความเขมขนของกาซคารบอนมอนนอกไซดสงในขณะทสงผลใหลดความเขมขนของไนตรกออกไซด ซงเปนความสมพนธระหวางกาซคารบอนมอนนอกไซดและไน

17

ตรกออกไซด โดยผลการทดลองพบวาอณหภมสงสดภายในเตาเผาจะเกดบรเวณเบดเนองจากแกลบมสารระเหยทสง และการปลอยกาซไนตรกออกไซดจะเพมขนตามอตราสวนอากาศสวนเกนทเพมขนในสวนของการปลอยกาซคารบอนมอนนอกไซด จะลดลงตามอตราการไหลของอากาศทตยภมทเพมขน

a.) b.) รปท 6 a.) แสดงผลกระทบของอตราการไหลทตยภม ในการปลอย CO ทความแตกตางของอตราการ

ไหลอากาศหลก b.) แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกน ในการปลอย NOx ทความแตกตางของอตราการไหลอากาศหลก

ทมา: Duan F et al.,(2013)

Kouprianov et al. [14] ผลของการทดลองของเตาเผาฟลอไดซเบดแบบทรงกรวย โดยใชขเลอยเปนเชอเพลง ศกษาการปลอยกาซ คารบอนมอนนอกไซด, ไนตรกออกไซด, คารบอนไดออกไซด ออกซเจน และ อณหภม ตามความสงของเตาเผาตามเงอนไข 3 เงอนไข คอ อตราการปอนเชอเพลง อากาศสวนเกน และ ความชนของเชอเพลง โดยอตราการปอนเชอเพลง คณภาพความชนของเชอเพลง สงผลใหเกนการปลอยกาซ คารบอนมอนนอกไซด, ไนตรกออกไซด, คารบอนไดออกไซด แตความสงของวสดเบดจะไมสงผลตอการปลอยกาซคารบอนมอนนอกไซด โดยจะขนอยกบการปอนเชอเพลง กบ คณภาพของเชอเพลงเปนส าคญ โดย คารบอนมอนนอกไซด และ ไนตรกออกไซด จะพบวามปรมาณความเขมขนมากทสดทบรเวณมการเผาไหม โดยปรมาณความเขมขนของคารบอนมอนนอกไซด จะมปรมาณทสงทอากาศสวนเกนต าและปรมาณความชนทสง (40–45%, 60–70% เมอเผาขเลอยทมความชน รปท 7a) กราฟแสดงความเขมขนของคารบอนมอนนอกไซดตออตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดทเพมขนจะเหนไดวาในชวงแรกทอตราสวนของอากาศทต ยภมตออากาศทงหมดต าอตราการปลอยกาซคารบอนมอนนอกไซด นนอยในปรมาณต ากวา 1500 ppm แตเมอท าการเพมอากาศทตยภมตออากาศทงหมดใหสงขน ปรมาณการปลอยกาซคารบอนมอนนอกไซดนนจะมแนวโนมสงขน สามารถอธบายไดวา ในชวงทคากาซคารบอนมอนนอกไซดทต ามาจากม

18

อากาศมากเพยงพอตอการเผาไหม แตเมอท าการลดปรมาณอากาศในสวนหลกแลวเพมอากาศททางเขาอากาศทตยภมนนคากาซคารบอนมอนนอกไซดจงสงขนเรอยๆเพราะปรมาณอากาศนนมไมเพยงตอการเผาไหม b)กราฟแสดงความเขมขนของตออตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดทเพมขนจะเหนไดวา การปลอยไนตรกออกไซดนนคอยๆลดลงตามอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดทเพมขนเพราะมปรมาณความเขมขนของกาซคารบอนมอนนอกไซดเกดขนเยอะมากขนสงผลใหไนตรกออกไซด ซงเปนปฏกรยาสวนทางกนของ คารบอนมอนนอกไซด มคาลดสรปผลการทดลองของงานวจย ปรมาณอากาศทตยภมตออากาศทงหมดนนมผลตอการลดกาซไนตรกออกไซดเนองจากปรมาณอากาศหลกทลดลงนนท าให อากาศมไมเพยงพอในการเผาไหมสมบรณท าใหการปลอยกาซคารบอนมอนนอกไซดลด และ กาซไนตรกออกไซด เปนปฏกรยาทสวนทางกบ CO จงสงใหไนตรกออกไซดลงลดตามอากาศทตยภมตออากาศทงหมดทเพมขน

a.) b.) รปท 7 กราฟแสดงความเขมขนขอ a) CO และ b) NOx ตออตราสวนอากาศทตยภมตอากาศทงหมด

ทเพมขน ทมา: Kuprianov V.I et al.,(2003)

Madhiyanon et al. [15] ท าการศกษาการเผาไหมเชอเพลงแกลบภายในเตาเผาฟลอไดซเบดแบบหองเผาไหมสนดงแสดงในรปท 8 และคณสมบตของแกลบทใชในการเผาไหมในการทดลองนไดแสดงในตารางท 1 ในการศกษาอทธพลของความเรวอากาศปฐมภมซงเปนอากาศทกอใหเกดการฟลอดไดซเซชน ในการทดลองนจงแบงการทดลองออกเปน 2 สภาวะการทดลอง คอ สภาวะการทดลองหาผลกระทบทเกดจากการเพมความเรวของอากาศปฐมภมในอตรา 0.5, 0.8, 0.9, 1.2, และ 1.4 m/s ตามล าดบ และมการลดอตราสวนการใชอากาศทตยภมลงในอตรา 0.27, 0.23, 0.22, 0.19, และ 0.17 ทมผลตอสมรรถนะของเตาเผา คอ ประสทธภาพเชงความรอน ประสทธภาพการเผาไหม ภาระความรอนของเตาเผาไหม และกาซมลพษ จากผลการทดลองพบวา ประสทธภาพความรอนมคาระหวาง 77 – 82% และประสทธภาพการเผาไหมจะมแนวโนมลดลงเมอเพมความเรวของอากาศปฐมภมเพมขนเกนกวา 1.2 m/s เพราะจะเกดการหลดลอยของเชอเพลงทยงเผาไหมไมหมด โดย

19

ประสทธภาพการเผาไหมมคาอยในชวง 98 – 99.8% โดยกาซคารบอนมอนนอกไซดและกาซคารบอนไดออกไซดจะสงผลตอประสทธภาพการเผาไหมโดยตรง อกทงปรมาณกาซไนตรกออกไซดจะเพมขนตามปรมาณอากาศสวนเกนทเพมขน โดยปรมาณกาซคารบอนมอนนอกไซดและกาซไนตรกออกไซนเมอคดเทยบเทาทปรมาณออกซเจน 6% มคาดงน กาซคารบอนมอนนอกไซนมคาระหวาง 50 – 550 ppm และกาซไนตรกออกไซนมคาระหวาง 230 –350 ppm

รปท 8 แสดงลกษณะของเตาฟลอไดซเบดแบบหองเผาไหมสนทใชในการทดลอง ทมา: Madhiyanon T et al.,(2010)

นอกจากนผลการทดลองยงพบวา การเพมความเรวของอากาศปฐมภมจะแปรผนตรงกบการลดอตราสวนการใชอากาศทตยภม สงผลใหปรมาณกาซไนตรกออกไซดเพมสงขน และสภาวะการทดลองโดยการลดอตราการปอนเชอเพลงในอตรา 73, 66, 50, และ 33 kg/h และยงคงใหอตราสวนของอากาศปฐมภมและทตยภมคงท ทอตราสวน 1.0 และ 0.22 ตามล าดบ พบวา อตราการปอนเชอเพลงทลดลงจะแปรผนตรงกบการเพมขนของปรมาณกาซไนตรกออกไซด

20

a.) b.)

รปท 9 รปแสดงผลกระทบของ (a) ความเรวลมและอากาศสวนเกนทสงผลตอประสทธภาพการเผาไหม ขเถาทไมเผาไหม และอณหภมของเบด (b) การเปลยนแปลงของกาซคารบอนมอนอกไซดและกาซไนตรกออกไซด ทปลอยออกมาสบรรยากาศ และอณหภมเบดทสภาวะอากาศเกนตาง ๆ ในการ

ทดลอง ทมา: Madhiyanon T et al.,(2010)

ตารางท 4 คณสมบตของแกลบทใชในการเผาไหมภายในเตาฟลอไดซเบดแบบหองเผาไหมสน

Proximate analysis (wt.%, dry basis) Ultimate analysis (wt.%, dry basis)

Fixed carbon 20.1 C 38

Volatile matter 55.6 H 4.55

Moisture content 10.3 O 32.4

Ash content 14 N 0.69

Higher heating value (MJ/kg) 14.98 S 0.06

Moisture 10.3

Ash 14

ทมา: Madhiyanon T et al.,(2010)

Sirisomboon et al. [16] ไดท าการทดลองเผาไหมเปลอกเมลดทานตะวนในเตาเผาฟลอไดซเบดทรงกรวย โดยท าการปอนเชอเพลงทอตรา 45 kg/hr และศกษาตวแปรตางๆทสงผลกระทบตอการปลอยกาซไอเสย (CO, CxHy, NO รวมทงประสทธภาพการเผาไหม ( c )) เชน อากาศสวนเกน (EA) และอตราสวนของอากาศทตยภมตออากาศรวม (S/T) ในการทดลองอณหภมและความเขมขน

21

ของกาซถกวดตามความสงของหองเผาไหมเผา และไดจายอากาศทตยภมเขาไปในหองเผาไหมทความสง 0.5 เมตรเหนอหวกระจายอากาศ โดยการจายอากาศทอตราสวนของอากาศทตยภมตออากาศรวมท 0 – 0.4 และ อากาศสวนเกนท 20 – 80% การเผาไหมถกจ าแนกไดเปนสองสวนดวยกน คอในพนทเบดหนาแนน (Bed Zone) และ พนทปราศจากเบด (Freeboard Zone) ซงจากการทดลองพบวามความเขมขนของไฮโดรคารบอนและคารบอนมอนนอกไซดเปนไปตามมาตรฐานการปลอยมลพษของประเทศไทยและสภาวะการท างานทเหมาะสมในการควบคมการปลดปลอยกาซคารบอนมอนนอกไซด และการปลอยกาซไนตรกออกไซนคอสภาวะทมประสทธภาพในการเผาไหมคอนขางสง (ประมาณ 99%) คอ ปรมาณอากาศสวนเกน ท 40 – 60% และ อตราสวนของอากาศทตยภมตออากาศรวม = 0.3

รปท 10 แสดงผลกระทบของอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดตอ (a) อณหภมตามแนว

ความสง (b) ความเขมขนของ O2 ภายในเตาเผาแบบฟลอไดซเบดแบบทรงกรวย ท EA = 40% S/T = 0.1 – 0.4

ทมา: Sirisomboon et al.,(2017)

รปท 10 แสดงอณหภมและความเขมขนของออกซเจน (O2) ตามความสงของเตา ส าหรบการเผาเปลอกทานตะวนทอากาศสวนเกนประมาณ 40% และอตราอากาศทตยภมตออากาศทงหมดคอ 0.1 – 0.4 ในการศกษานเชอเพลงถกปอนเขาเตาเผาทความสง 0.5 เมตร (ใตทอจายอากาศทตยภม) การจายอากาศทตยภมสงผลเลกนอยตออณหภม จะเหนไดวาบรเวณเบดจะมอณหภมต าวา เมอเทยบกบอณหภมในบรเวณทเบดมความปนปวนและบรเวณพนทปราศจากเบด โดยอณหภมทเพมขนอยางมากในบรเวณทเบดมการปนปวน เหนอระดบทอจายอากาศทตยภมจนสงสดแลวจงลดลงทบรเวณพนทปราศจากเบด ผลกระทบของอากาศทตยภมตออณหภมทแตกตางกนในแตละพนทของเตาเผาไหม กลาวคอเมอเพมทตยภมตออากาศรวม อณหภมในบรเวณเบด จะลดลงเพราะมปรมาณออกซเจนนอยสงผลท าใหอตราการเผาไหมลดลงตามไปดวย ในทางตรงกนขามอณหภมในบรเวณ

22

พนทปราศจากเบดเพมขนสวนใหญเนองจากการเผาไหมของสารระเหยภายในหองเผาไหมโดยออกซเจนจะลดลงอยางตอเนองบรเวณพนทปราศจากเบดในรปท 10b

รปท 11 ผลกระทบของอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดทสงผลตอปรมาณคารบอนในเถา

ลอยท EA= 20 – 80% และ S/T = 0 – 0.4 ทมา: Sirisomboon et al.,(2017)

ผลกระทบของอากาศทตยภมตออากาศทงหมดตอปรมาณคารบอนในเถาลอย แสดงในรปท 11 ปรมาณคารบอนในเถาลอยจะเพมขนเมอเพมอากาศสวนเกนซงสามารถอธบายไดดวยเวลาทสนในการเผาไหมของอนภาคถานในบรเวณพนทปราศจากเบด เนองจากการเพมขนของอากาศสวนเกนจะท าใหความเรวกาซไอเสยทมาก อยางไรกตามปรมาณคารบอนในขเถาลอยลดลงเมอเพมอตราสวนของอากาศทตยภมตออากาศทงหมดซงเกดจากระยะเวลาทอยในเตานานขนของอนภาคถานและการผสมระหวางอนภาคเชอเพลงและของอากาศทตยภมประกอบกบอณหภมทสงขนในบรเวณพนทปราศจากเบดดวย

รปท 12 แสดงความเขมขนของ คารบอนมอนนอกไซด, สารประกอบไฮโดรคารบอน และ ไนตรกออกไซด จะเหนไดวา เมอเพมอากาศทตยภมตออากาศทงหมดความเขมขนของกาซคารบอนมอนนอกไซด ในบรเวณเบด (Z < 1m) จะสงขนในทกความสงของเตา เกดจากสาเหตหลกดวยกนสามกรณคอ 1) มเวลาของเชอเพลงและอากาศอยในหองเผาไหมนานขนท าใหการเกดของคารบอนมอนนอกไซดเพมขน 2) การจายอากาศปฐมภมทต าสงผลตอการเผาไหมทไมสมบรณ และ 3) อณหภมของเบด ทลดลงท าใหสดสวน CO / CO2 เพมขน สวนความเขมขนของคารบอนมอนนอกไซดตามแนวความสงของเตาเผา พบวา อตราการลดของคารบอนมอนนอกไซด ลดลงมากทสดในการทดลองทอากาศทตยภมตออากาศทงหมดเทากบ 0.4 อยางไรกตามเนองจากความเขมขนในบรเวณเบดทสงมากจงท าใหในบรเวณหองเผาไหมทปราศจากเบดยงคงสงกวาการทดสอบอนๆ ส าหรบการกอและสลายตวของสารประกอบไฮโดรคารบอนทแสดงในรปท 7b โปรไฟลมแนวโนมเชนเดยวกบ

23

คารบอนมอนนอกไซด แตความเขมขนของสารประกอบไฮโดรคารบอนในกรณทมการเผาไหมทอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดเทากบ 0.4 จะมเขมขนของสารประกอบไฮโดรคารบอนสงขนในทกความสงของเตาสามารถอธบายไดดวยความเขมขนของออกซเจนทลดลงในบรเวณเบดและระยะเวลาทสนส าหรบการออกซเดชน

รปท 12 แสดงผลกระทบของอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดทสงผลตอความเขมขนของ

(a) CO, (b) CxHy และ (c) NO ท EA = 40% และ S/T = 0 – 0.4 ทมา: Sirisomboon et al.,(2017)

รปท 13 แสดงถงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดตอการปลอยกาซมลพษ คารบอนมอนนอกไซด, สารประกอบไฮโดรคารบอน และ ไนตรกออกไซด จาก การเผาเปลอกทานตะวน ในเตาแบบฟลอไดซเบด ทอตราการปอน 45 kg/hr อากาศสวนเกนและอากาศทตยภมตออากาศทงหมดเปนปจจยส าคญในการควบคมการปลอยปรมาณความเขมขนของกาซ คารบอนมอนนอกไซด, สารประกอบไฮโดรคารบอน ในขณะเดยวกนกาซทงสองชนดกยงสงผลตอปฏกรยาออกซเดชนของกาซไนตรกออกไซดดวย ในการทดลองจงพบวาทอากาศ

24

สวนเกนเพมขนโดยทอตราสวนของอากาศทตยภมตออากาศทงหมดคงทจะท าใหการปลอยกาซ คารบอนมอนนอกไซดและสารประกอบไฮโดรคารบอนลดลง ในขณะทปลอยกาซไนตรกออกไซดเพมขน แตในการทดลองทอตราสวนของอากาศทตยภมตออากาศทงหมดเพมขนโดยมอากาศสวนเกนคงทจะท าใหปรมาณความเขมขนของกาซไนตรกออกไซดนนลดลง

รปท 13 แสดงผลของความเขมขนของมลพษหลกของ (a) CO, (b) CxHy และ (c) NO

ในทกสภาวะการทดลอง ทมา: Sirisomboon et al.,(2017)

Mahmoud et al. [17] ท าทดลองการเผาไหมเชอเพลงชวมวล 4 ชนด คอ ฟางขาวสาล ขเลอย เมลดฝาย และซงขาวโพด ในเตาเผาฟลอไดซเบดแบบหมนวน โดยใชปรมาณอากาศสวนเกน 8%, 24% และ 40% โดยมคณสมบตของเชอเพลงแสดงไวในตารางท 5 และสภาวะการทดลองแสดงไวในตารางท 6 จากคณสมบตของเชอเพลง พบวา ฟางขาว ขเลอย เมลดฝาย และ ซงขาวโพด นนมคาคารบอนในเชอเพลงทสงอกทงยงมองคประกอบธาตของไนโตรเจนและซลเฟอรในเชอเพลงทต า ท าใหเชอเพลงทง 4 มการปลอยกาซไนตรกออกไซดและซลเฟอรไดออกไซดออกมาในปรมาณทนอย เมอเทยบกบเชอเพลงถานหน จากสภาวะการทดลองจะเหนไดวาเชอเพลงชวมวลทง 4 ชนดนนมอตราการปอนเชอเพลงทแตกตางนนเนองจากเพลงเชอเพลงขเลอย และเมลดฝายมความหนาแนน

25

ของเชอเพลงนอยกวาเชอเพลงชนดอนจงตองมอตราการปอนเชอเพลงท เพมมากขน และเมอพจารณาในสวนของ อากาศสวนเกนนน พบวา มการใหอากาศรวมเพมขนในสวนของเชอเพลงเมลดฝายเนองจากมการใสเชอเพลงปรมาณมากในการเผาไหมจงจ าเปนตองเพมปรมาณอากาศเพอชวยใหการเผาไหมสมบรณ ตารางท 5 คณสมบตของเชอเพลงชวมวลทใชในการเผาไหม

Biomass Wheat straw Sawdust-wood Cottonseed burs

Corncobs

Ultimate analysis (wt.%, dry basis)

Carbon 26.7 49.7 44.2 40.95 Hydrogen 7.4 5.4 6.02 5.68 Oxygen 49.3 39.3 43.38 42.39 Nitrogen 1.9 0.2 2.14 0.88

Sulfur - 0.1 0.18 0.22 Chlorine - - 0.051 1.15

Ash 15.2 5.3 4.03 8.73 Proximate analysis (wt.%, dry basis)

FC 5.2 26.5 21.18

VM 94.8 73.5 78.82 Calorific value (MJ/kg)

10.81 17.42 15.8 14.4

Moisture (%) 11 13.2 11.9 5.6 Mean particles diameter (mm)

- 0.964 1.35 1.47

Bulk density (kg/m3)

50 100 360 290

ทมา: Mahmoud A et al.,(2010) ตารางท 6 ภาวะเงอนไขการเผาไหมเชอเพลงภายในเตาเผาฟลอไดซเบด

Biomass Wheat straw Sawdust-wood Cottonseed burs Corncobs Fuel feed rate (kg/h)

8.5 10 11.85 9.54

Thermal load (kW)

107 134 123 104

26

Total air (kg/h)

116 133 151 102 114 129 137 158 178 122

140 158

Excess air ratio

1.08, 1.24, 1.40

ทมา: Mahmoud A et al.,(2010)

รปท 14 ลกษณะและขนาดของเตาเผาฟลอไดซเบด

ทมา: Mahmoud A et al.,(2010) รปท 14 แสดงเตาเผาฟลอไดซเบดทใชในการทดลองมขนาดเสนผานศนยกลางภายใน 1.45

m ความสงของเตา 2 m ความสงของเบด 30 cm ใชทรายซลกาเปนวตถเบด มการตดตงเทอรโมคปเปลเพอวดอณหภมดานในเตาเพอท าการวดอณหภมตามแนวความสง โดยมการจายอากาศแบบปฐมภมทดานลางของเตาและจายอากาศทตยภมทผนงของเตาทต าแหนง 0.3 m และ 0.8 m เหนอหวกระจายอากาศ โดยปอนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด เทากบ 0.15 และ 0.25 มการปอนอากาศปฐมภมทมสดสวนอากาศ เทากบ 0.5 ของอากาศโดยรวมและทต าแหนงท 4 มการปอนอากาศเขามาพรอมกบเชอเพลงโดยมอตราสวนอากาศเทากบ 0.1 ของอากาศโดยรวม

รปท 15 แสดงอณหภมในการเผาไหมชวมวลทระดบความสงตางภายในหองเผาไหมโดยใชปรมาณอากาศ สวนเกน 8%, 24% และ 40% สงเกตไดวาต าแหนงเหนอหวจายอากาศจนถงระดบ

27

0.8 m มการเผาไหมเชอเพลงมากเนองจากอนภาคเชอเพลงมความหนาแนนมากท าใหอณหภมการเผาไหมเชอเพลงมอณหภมสง สวนบนของเตาเผามอณหภมลดลงเนองจากอนภาคเชอเพลงม ความหนาแนนนอยลงท าใหมการเผาไหมเชอเพลงนอยลงตาม

รปท 15 อณหภมการเผาไหมชวมวล (a) ฟางขาว (b) ขเลอย (c) เมลดฝาย และ (d) ซงขาวโพด ท

ระดบความสงตาง ๆ และปรมาณอากาศสวนเกน (EA) ตางๆ ทมา: Mahmoud A et al.,(2010)

จากรปท 16 แสดงแนวโนมของปรมาณกาซคารบอนมอนอกไซดและกาซไนตรกออกไซด ท

ปรมาณอตราสวนอากาศสวนเกนตาง ๆ ของการเผาไหมเชอเพลงชวมวล พบวาทปรมาณอากาศ สวนเกนท 8% มปรมาณอากาศไมเพยงพอทจะท าใหเชอเพลงมการเผาไหมไดอยางสมบรณท าใหม คาปรมาณกาซคารบอนมอนอกไซดและกาซไนตรกออกไซดทสง และในสวนปรมาณอากาศสวนเกนท 24% มปรมาณอากาศเพยงพอทจะท าใหเชอเพลงมการเผาไหมไดอยางสมบรณท าใหมคาปรมาณกาซคารบอนมอนอกไซดและกาซไนตรกออกไซดนอยทสด โดยการเผาไหมขเลอยมการปลดปลอยกาซคารบอนมอนอกไซด และกาซไนตรกออกไซดสงกวาเชอเพลงชนดอนและและการเผาไหมเมลดฝายม

28

การปลดปลอยปรมาณคากาซคารบอนมอนอกไซดและคากาซไนตรกออกไซดต าทสด ปรมาณอากาศสวนเกนท 40% มปรมาณคากาซคารบอนมอนอกไซดและคากาซไนตรกออกไซดสงสดเนองจากปรมาณอากาศมากเกนไปท าให ความเรวภายในเตาเพมขนท าใหเวลาในชวงเวลาการเผาไหมเชอเพลงใหสมบรณลดนอยลง จงท าใหเกดปรมาณคากาซคารบอนมอนอกไซดและคากาซไนตรกออกไซดสง

รปท 16 ปรมาณการปลดปลอยกาซคารบอนมอนอกไซดและไนโตรเจนมอนออกไซด จากการเผาไหม

เชอเพลงชวมวล ทมา: Mahmoud A et al.,(2010)

2.2.2 การเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหม

Duan et al. [18] ไดศกษาการเผาไหมแกลบภายในเตาเผาไหมแบบฟลอไดซเบดแบบหมนวนโดยการใชกาซไอเสยปอนกลบเขาสเตาเผาใหมโดยพจารณาผลกระทบของสภาวะการทดลองทสงผลตอความเขมขนของกาซคารบอนมอนอกไซดและออกไซดของไนโตรเจน โดยตวแปรทถกน ามาพจารณาไดแก ปรมาณอากาศสวนเกน,ปรมาณสดสวนออกซเจนภายในเบด เตาเผาฟลอไดซเบดชนดหมนวนทใชในการทดลองมขนาดพนทหนาตด 0.8x0.4 m2 หองเผาไหมดานบนมเสนผานศนยกลางภายใน 750 mm มความสงโดยรวม 4.6 m ผลตจากเหลก SS41 อฐทนไฟ มการตดตงหวปอนอากาศทตยภมขนาดเสนผานศนยกลาง 30 mm ทงหมด 4 หวโดยปอนในแนวเสนสมผสระยะ 2.05 m เหนอหวกระจายอากาศ โดยรายละเอยดชดทดลองแสดงในรปท 17

29

รปท 17 แสดงแผนภาพการด าเนนการทดลองระบบเตาเผาฟลอไดซเบดชนดหมนวน

ทมา: Duan F et al.,(2013) ในการทดลองจะท าการเผาไหมใน 2 ลกษณะคอ 1) มการใสแทงเซรามกเพอใชในการถายเท

ความรอนในเบดเพอรกษาอณหภมเบดใหคงทเทากบ 700°C และ 2) ไมมการใสแทงการถายเทความรอน กาซไอเสยทปอนกลบเขาสเตาเผาจะถกท าใหเยนลงและน าไปผสมกบอากาศหลกทใชในการเผาไหม (Primary air) ทกลองลม (wind box) โดยการทดลองจะใชปรมาณกาซไอเสยทแตกตางกน โดยตวแปรทใชในการบอกปรมาณของกาซไอเสยทใชจะอยในรปแบบของสดสวนออกซเจนภายในเบด (In-bed stoichiometric ratio (Sb))โดยตลอดการท าการทดลองไดก าหนดใหอตราการไหลของกาซปฐมภมคงทท 3 m3/min และอตราการไหลของอากาศทตยภมคงทท 2 m3/min (โดยมการปรบสดสวนออกซเจนในการเผาไหมท าโดยการปรบปรมาณสวนผสมระหวางกาซออกซเจนและไนโตรเจนของอากาศทตยภม) และสดสวนออกซเจนภายในเบด ทใชในการทดลองจะมคาตง 70, 80, 90 และ 100% โดยค านวณไดจากสมการ

(19)

จากผลการทดลองพบวา สดสวนออกซเจนภายในเบด สงผลกระทบตอทง อณหภมภายใน

เตาทบรเวณเบด, บรเวณทเบด กระจายตว และบรเวณทปราศจากเบดดวย เมอพจารณาการเผาไหมแบบอณหภมเบดคงท ดงรปท 18b พบวา อณหภมภายในบรเวณบรเวณทเบดกระจายตวจะลดลงเมอคาสดสวนออกซเจนภายในเบดเพมขนเนองจากการเผาไหมไมสมบรณ แตคาสดสวนออกซเจนภายในเบดจะสงผลในทางตรงกนขามทบรเวณปราศจากเบดเนองจากเชอเพลงและสารระเหยทยงไมเผาไหมลอยขนและเผาไหมกบอากาศทตยภมทบรเวณน

30

รปท 18 อณหภมภายในเตาเผาฟลอไดซเบดชนดหมนวน ทสภาวะการด าเนนการตางๆ (a) ท

อตราสวนออกซเจนเกนตางๆ (b) ทอตราสวนออกซเจนปรมาณสารสมพนธตางๆ (อณหภมเบดคงท) (c) ทอตราสวนออกซเจนปรมาณสารสมพนธตางๆ (อณหภมเบดไมคงท)

ทมา: Duan F et al.,(2013) รปท 18c แสดงอณหภมภายในเตาเผา เมอท าการเผาไหมโดยไมมการควบคมอณหภมเบด

จากผลการทดลองพบวา เมอสดสวนออกซเจนภายในเบดเพมขนสงผลใหอณหภมภายในเตาเพมสงขนเชนเดยวกนกบ การเผาไหมแบบควบคมอณหภมเบดใหคงท เนองจากปรมาณออกซเจนในเบดทเพมขนสงผลท าใหเกดการเผาไหมทเบดเพมขนอณหภมภายในเตาจงสงขนเชนกน

รปท 19a แสดงผลกระทบของอตราสวนออกซเจนเกนทมตอการปลอยมลพษของกาซคารบอนมอนอกไซดและออกไซดของไนโตรเจน จากผลการทดลองพบวา เมอท าการเพมอตราสวนออกซเจนเกน อณหภมภายในเตาเผาฟลอไดซเบดชนดหมนวนเพมขน ท าใหประสทธภาพในการเผาไหมสงขนรวมถงสงผลใหปรมาณการปลอยกาซคารบอนมอนอกไซดลดลง แตการเพมอตราสวนออกซเจนสงผลท าใหปรมาณออกไซดของไนโตรเจนเพมสงขนเนองจากท าใหปฏกรยาการสลายตวของไนตรกออกไซดทเกดจากกาซคารบอนมอนอกไซดลดลงและรปท 19b และ รปท 19c แสดงผลกระทบของ สดสวนออกซเจนภายในเบด ตอการปลดปลอยกาซคารบอนมอนอกไซดและออกไซดของไนโตรเจนตามล าดบ ส าหรบสภาวะการทดลองทง 2 แบบ จากผลการทดลองพบวาความเขมขนของกาซคารบอนมอนอกไซดททางออกของเตาเผาฟอไดซเบดชนดหมนวนจะเพมขนเมอเพมสดสวนออกซเจนภายในเบดทงสองรปแบบในการเผาไหม เนองจากแกลบจะเกดการเผาไหมบรเวณทเบดม

31

การกระจายตว ซงท าใหในบรเวณทปราศจากเบดจมปรมาณออกซเจนทต าเนองจากอากาศทตยภมทลดลง ในวธการทดลองทใชในงานวจยนการเพมคาสดสวนออกซเจนภายในเบดในขณะทคงคาสดสวนออกซเจนททางออกเตาเผาคอ การลดปรมาณออกซเจนทอยในอากาศทตยภม (ถงแมอตราการไหลของอากาศทตยภมจะคงท แตปรมาณออกซเจนในอากาศทตยภมถกควบคมโดยการผสมกนของอากาศและกาซไนโตรเจน) ส าหรบการเผาไหมรปแบบท 2 การปลอยกาซคารบอนมอนอกไซดมคานอยกวารปแบบท 1 เนองจากอณหภมทบรเวณทปราศจากเบดของการเผารปแบบท 2 นนสงกวารปแบบท 1 ประมาณ 70°C นอกจากนประสทธภาพการเผาไหมของแบบท 2 เพมขนเมออณหภมเบดเพมขน (ไมมความรอนสญเสยโดยแทงการถายเทความรอน) และท าใหความเขมขนของการปลอยกาซคารบอนมอนอกไซดลดลง ส าหรบการเพม สดสวนออกซเจนภายในเบดจะสงผลใหการปลอยมลพษออกไซดของไนโตรเจนลดลงทง 2 รปแบบการเผาไหมและการปลอยออกไซดของไนโตรเจนทสภาวะรปแบบท 2 สงกวารปแบบท 1 เลกนอยเพราะวาอณหภมเบดและอณหภมสวนทปราศจากเบด ของสภาวะท 2 สงกวาสภาวะท 1 ท าใหความเขมขนของกาซไฮโดรเจนไซยาไนดและแอมโมเนย (สารตงตนทส าคญของออกไซดของไนโตรเจน) เพมขนจงท าใหมการปลอยออกไซดของไน โตร เจน เ พมข น ในขณะท อณหภม การ เ ผา ไหมท ส ง จะท า ให ปร มาณการปล อยก า ซคารบอนมอนอกไซดลดลง ซงเปนการจ ากดโอกาสของการท าปฏกรยาการลดลงของไนโตรเจนออกไซดกบคารบอนมอนอกไซด

โดยในงานวจยไดอธบายผลกระทบของการเพมการไหลเวยนกลบของกาซไอเสยทมตอลกษณะการเผาไหมไดดวย 3 ทฤษฎคอ 1) ผลกระทบของการเจอจาง อนเนองมาจากความสมพนธของชนดการเกดปฏกรยาแสดงใหเหนวา การเพมปรมาณกาซคารบอนไดออกไซด มผลกระทบในการเจอจางตอการเกดสารมลพษ โดยในการศกษานออกไซดของไนโตรเจนในกาซไอเสยถกไหลเวยนกลบเขาไปในเตาเผาพรอมกบไอเสยซงเปนการเพมโอกาสการลดออกไซดของไนโตรเจน ในขณะทกาซไอเสยมปรมาณของกาซคารบอนไดออกไซดมากขนซงเปนการยบยงการเกดออกไซดของไนโตรเจน 2) ผลกระทบของความรอนอนเนองมาจากคาความจความรอนทสงของกาซคารบอนไดออกไซดและความรอนสญเสยจากการแผร งสความรอนจากคาสมประสทธการดดกลนทส งของกาซคารบอนไดออกไซด และ 3) ผลของปฏกรยาเคม เนองจากปฏกรยาเคมทเพมขนจากการเตมกาซคารบอนไดออกไซดเขาสหองเผาไหม ในการศกษาครงน กาซคารบอนไดออกไซดในกาซไอเสยสามารถท าปฏกรยากบถานของแกลบมผลท าใหเกดการลดลงของออกไซดของไนโตรเจน

32

รปท 19 ผลกระทบของสภาวะการด าเนนการทมตอการปลอยมลพษ กาซคารบอนมอนอกไซดและออกไซดของไนโตรเจน (a) ผลของอตราสวนออกซเจนเกนตางๆ (b) ผลของอตราสวนออกซเจน

ปรมาณสารสมพนธตางๆ (อณหภมเบดคงท) (c) ผลของอตราสวนออกซเจนปรมาณสารสมพนธตางๆ (อณหภมเบดไมคงท)

ทมา: Duan F et al.,(2013) Chyang et al. [19] ไดท าการทดลองศกษาเผาไหมเชอเพลงซงขาวโพดในสามรปแบบการเผาไหมภายในเตาเผาฟลอดไดซเบดชนดหมนวน ซงรปแบบการเผาไหมทง 3 รปแบบคอ การเผาไหมโดยตรง, การเผาไหมโดยใชอากาศเปนล าดบขน และการเผาไหมแบบไหลเวยนกลบของกาซไอเสย (FGR) และท าการศกษาลกษณะการปลดปลอยสารมลพษทไดจากการเผาไหมเชอเพลงทงสามรปแบบโดยมสภาวะการทดลองแสดงในตารางท 7

33

ตารางท 7 แสดงรายละเอยดสภาวะในการทดลอง

ทมา: Chyang et al.,(2012)

รปท 20a แสดงอณหภมภายในเตาในรปแบบการเผาไหมตรงและการเผาไหมแบบการเผาไหมโดยใชอากาศแบบเปนขน และรปท 20b แสดงอณหภมภายในเตาในรปแบบการใชการไหลเวยนกลบของกาซไอเสย ในรปท 20a แสดงใหเหนวา อณหภมสงสดเกดทพนบรเวณผวเบดและอณหภมตามแนวตามสงของเตาจะลดลงเมอระยะทางจากแผนกระจายอากาศเพมขนซงสามารถอธบายไดวาอณหภมทลดลงนนเกดจากการสญเสยความรอนผานผนง โดยอณหภมสงสดของการเผาไหมตรงมคาต ากวาการเผาไหมแบบโดยใชอากาศเปนขน เนองจาก 1) การเผาไหมตรงแมจะใหคาความรอนจากปฏกรยาเคมและความรอนทถายเทจากเบดไปสอากาศและเชอเพลงมาก แตการเผาไหมตรงนนจะท าใหสญเสยความรอนจากการทอนภาคเชอเพลงทเผาไหมไมหมด 2) เมออตราการไหลของอากาศรวมคงท อตราการไหลของอากาศปฐมภมในรปแบบการเผาไหมตรงมคาสงสด สงผลใหมอตราการไหลของกาซไอเสยสง และมการสญเสยความรอนจากบรเวณเบดไปยงดานบนของหองเผาไหมในปรมาณสงดวย และ 3) เนองจากคาสดสวนออกซเจนภายในเบด ของการเผาไหมทบรเวณเบดมคาสงกวา 1 มาก สวนรปแบบการเผาไหมแบบอากาศทตยภมนน การหมนวนของอากาศทตยภมท าใหอนภาคบางสวนทไมถกเผาไหมและสารระเหยทถกปลอยออกมาจากซงขาวโพดหมนวนและตกกลบลงไปเผาไหมทบรเวณเบด นอกจากนลกษณะการไหลดงกลาวยงชวยเพมระยะเวลาในการเกดปฏกรยาเผาไหมของเชอเพลงดวย

34

รปท 20 (a) แสดงความสมพนธระหวางการเปลยนแปลงอณหภมภายในเตาในรปแบบการเผาไหมตรงและการเผาไหมโดยใชอากาศแบบเปนขน (b) แสดงความสมพนธระหวางการเปลยนแปลง

อณหภมภายในเตาในรปแบบการใชการไหลเวยนกลบของกาซไอเสย ทมา: Chyang et al.,(2012)

ในสวนการเผาไหมเชอเพลงซงขาวโพดโดยใชการไหลเวยนกลบของกาซไอเสยแสดงดงรปท

20b ในการเผาไหมรปแบบนอณหภมเบดเปน 700C เมอเปรยบเทยบกบรปท 20a พบวาการเปลยนแปลงอณหภมในการเผาไหมโดยใชการไหลเวยนกลบของกาซไอเสยนอยกวาการเผาไหมแบบเปนล าดบขนเนองจากการเพมขนของกาซคารบอนไดออกไซดน าไปสการลดลงของอณหภมเบด แตเนองจากความจความรอนทสงเนองจากการสญเสยความรอนรงสโดยการแผรงสโดยคาสมประสทธโดยการดดซมสงของคารบอนไดออกไซด

รปท 21 แสดงผลของการเปลยนแปลงอณหภมเบดทมตอความเขมขนของกาซคารบอนมอนอกไซด

และออกไซดของในโตรเจนในกาซไอเสย ทมา: Chyang et al.,(2012)

35

รปท 21 แสดงผลกระทบของอณหภมเบดทมตอมลพษทไดจากการเผาไหมเชอเพลงซงขาวโพดจากการเผาไหมสามรปแบบ จากผลการทดลองพบวา ความเขมขนของคารบอนมอนอกไซดในกาซไอเสยของการเผาไหมทงสามรปแบบลดลงเมออณหภมเบดสงขน เนองจากอณหภมเบดทสงขนท าใหประสทธภาพการเผาไหมเพมขน ความเขมขนของอนภาคทไมถกเผาไหมและกาซคารบอนมอนอกไซด ในกาซไอเสยจ งลดลง ล าดบของความเขมขนของการปลอยกาซคารบอนมอนอกไซดในสามรปแบบการเผาไหม คอ (1) การเผาไหมแบบเปนล าดบขน (2) การเผาไหมตรง และ (3) การเผาไหมโดยใชการไหลเวยนกลบของกาซไอเสย ในรปแบบการเผาไหมตรงสดสวนการเผาไหมของเบดมคาประมาณ 90% ซงแสดงใหเหนวาซงขาวโพดสวนมากทสดถกเผาไหมทพนผวเบด คาการปลดปลอยกาซคารบอนมอนอกไซดคอนขางต าเพราะอนภาคทถกเผาไหมมเวลาอยในเตา ส าหรบการเผาไหมโดยใชอากาศแบบเปนล าดบขนมสดสวนการเผาไหมของเบดประมาณ 52.24 % อนภาคทไมถกเผาไหมและสารระเหยถกปลดปลอยออกมาจากซงขาวโพดและเผาไหมกบอากาศทตยภมบรเวณทปราศจากเบดเมอเทยบกบการเผาไหมในบรเวณเบด ระยะเวลาในการเกดปฏกรยาทบรเวณทปราศจากเบดจะสนกวามผลใหมการปลอยกาซคารบอนมอนอกไซดมากกวา ในรปแบบการเผาไหมโดยใชการไหลเวยนกลบของกาซไอเสย สดสวนการเผาไหมของเบดเปนเชนเดยวกบการเผาไหมโดยใชอากาศแบบเปนขน อยางไรกตามภายใตอณหภมเบดเดยวกนอณหภมทบรเวณปราศจากเบด มคาสงกวาจงสงผลใหในความเขมขนของการปลอยกาซคารบอนมอนอกไซดนอยกวา เมอพจารณาความเขมขนของการปลอยออกไซดของไนโตรเจนททางออกของเตา พบวามคาเพมขนตามอณหภมเนองจากอณหภมเบดทสงขน ท าใหเกดกาซแอมโมเนยและกาซไฮโดรเจนไซยาไนดซงเปนสารตงตนทส าคญของออกไซดของไนโตรเจนมการเกดขนในปรมาณทสงและน าไปสการปลอยออกไซดของไนโตรเจน ทสงขน นอกจากนความเขมขนของกาซคารบอนมอนอกไซดลดลงเนองจากอณหภมเบดทสงขนสงเสรมการเผาไหมทสมบรณในบรเวณเบดซงจะชวยลดโอกาสของการเกดปฏกรยาระหวาง ออกไซดของไนโตรเจนและกาซคารบอนมอนอกไซด ตามสมการท (21) ซงน าไปสความเขมขนของ NO ทสงขน

2NO + 2CO 2CO2 + N2 (21)

จากผลการทดลองสรปไดวาการเผาไหมโดยใชอากาศแบบเปนขนและการเผาไหมโดยใชการไหลเวยนกลบของกาซไอเสยสามารถลดความเขมขนของการปลอยออกไซดของไนโตรเจน ภายใตสภาพการท างานทคลายกนโดย ความเขมขนของการปลอยออกไซดของไนโตรเจนลดลง 30% เมอท าการเผาไหมโดยใชการไหลเวยนกลบของกาซไอเสยและลดลง 15% เมอเผาไหมเชอเพลงโดยใชอากาศแบบเปนขน เมอเทยบกบการเผาตรง เหตผลส าคญในการลดการปลอยกาซออกไซดของไนโตรเจนใน

36

การเผาไหมโดยใชการไหลเวยนกลบของกาซไอเสยคอ 1) กาซคารบอนไดออกไซดจะหมนเวยนกลบไปยงบรเวณเบด ซงจะเปนการเพมโอกาสของการเกดปฏกรยาลดกาซคารบอนไดออกไซดกบถานจากซงขาวโพดเพอสรางกาซคารบอนมอนอกไซด ซงกอใหเกดปฏกรยาลดออกไซดของไนโตรเจน 2) สวนหนงของการปลอยออกไซดของไนโตรเจนถกน ากลบไปยงบรเวณเบดกบกาซไอเสยและลดลงตอไปในเตา

Qian et al. [20] ไดท าการศกษาผลของการไหลเวยนกลบของกาซไอเสย (Flue gas recirculation, FGR) และสภาวะในการเผาไหม ไดแก อณหภมเบด อตราสวนออกซเจนเกน In-bed stoichiometric ratio (Sb) และการอนอากาศทตยภมทมตอการปลอยออกไซดของไนโตรเจนเมอท าการเผาไหมถานหนภายในเตาเผาฟลอไดซเบดชนดหมนวน ในการทดลองไดผสมกาซไอเสยเขากบอากาศปฐมภมและปอนเขาสเตาในอตราการไหลคงท 3 Nm3/min โดยบางการทดลองใชกาซ N2 แทนกาซไอเสยหรออากาศปฐมภม สวนอากาศทตยภมทปอนเขาสเตาจะถกอนใหมอณหภม 200oC ในบางการทดลอง

รปท 22 (a) การกระจายตวของอณหภมภายในเตาเผาฟลอดไดซเบดชนดวอรเทคทอณหภมเบดตางๆ

(b) ผลกระทบของอณหภมเบดทมตออณหภมfreeboard (EO2=60% และ Sb=90%) ทมา: Qian F et al.,(2011)

รปท 22 แสดงผลกระทบของการปอนกาซไอเสยเขาสเตาและอณหภมเบดเมอไมมการอน

อากาศทตยภม เมอท าการเผาไหมถานหนทอตราสวนออกซเจนเกนมคา 60% และ Sb = 90% จากผลการทดลองพบวาอณหภมภายในเตาเผาฟลอไดซเบดชนดหมนวนมแนวโนมใกลเคยงกน โดยอณหภมสงสดเกดขนทพนผวของเบด เนองจากเชอเพลงสวนใหญเกดการเผาไหมทบรเวณดงกลาว สวนอนภาคของคารบอนทยงไมถกเผาไหมและสารระเหยจะผานเขาไปในบรเวณทปราศจากเบดรวม

37

กบอากาศทตยภมและเกดการเผาไหมอกครงซงท าใหอณหภมในปราศจากเบดเพมขน จะสงเกตไดวาอณหภมในเตาเผาจะลดลงเมอระยะหางจากแผนกระจายอากาศเพมขนซงเปนผลมาจากการสญเสยความรอนผานผนงเตา

รปท 23 ผลกระทบของอตราสวนออกซเจนเกนมตอปรมาณกาซคารบอนมอนอกไซดทปลดปลอยส

บรรยากาศ (Tb=840oCและSb=90%) ทมา: Qian F et al.,(2011)

รปท 23 แสดงผลของอตราสวนออกซเจนเกนทมตอมลพษคารบอนมอนอกไซดททางออกของเตาเผาฟลอไดซเบดชนดหมนวน จากผลการทดลองพบวาอตราสวนออกซเจนเกนทเพมขนท าใหประสทธภาพในการเผาไหมเพมขนผลกคอท าใหความเขมขนของกาซคารบอนมอนอกไซดลดลงและในรปท 24 แสดงผลกระทบสดสวนสดสวนออกซเจนภายในเบดมตอกาซคารบอนมอนอกไซด จากผลการทดลองพบวาปรมาณกาซคารบอนมอนอกไซดเพมขนเมอสดสวนออกซเจนภายในเบดในหองเผาไหมเพมขน ในการทดลองนการเพมสดสวนออกซเจนภายในเบดหมายถงการลดปรมาณอากาศทตยภมซงถกปอนเขาสเตาเผาทบรเวณเหนอเบด การลดลงของปรมาณอากาศทตยภมท าใหปรมาณออกซเจนทจะท าปฎกรยากบกาซคารบอนมอนนอกไซดทบรเวณเหนอเบดต าลงสงผลใหการปลดปลอยกาซคารบอนมอนนอกไซดทบรเวณปลายปลองสงตามไปดวย

รปท 24 แสดงผลกระทบสดสวนออกซเจนในหองเผาไหม (Sb) มตอกาซคารบอนมอนอกไซดท

ปลดปลอยสบรรยากาศ (Tb=840oC และ EO2=60%) ทมา: Qian F et al.,(2011)

38

รปท 25 ผลกระทบของอตราสวนออกซเจนเกนมตอปรมาณกาซออกไซดของไนโตรเจนทปลดปลอยส

บรรยากาศ (Tb=840oCและ Sb=90%) ทมา: Qian F et al.,(2011)

รปท 25 อตราสวนออกซเจนเกนมตอปรมาณกาซออกไซดของไนโตรเจนทปลดปลอยสบรรยากาศ จากผลการทดลองพบวาความเขมขนของออกไซดของไนโตรเจนเพมขนเมอเพมอตราสวนออกซเจน ท าใหอธบายไดวาการเพมปรมาณออกซเจนสงผลใหปรมาณความเขมขนของกาซคารบอนมอนอกไซดซงท าใหการเกดปฎกรยารดกชนกบกาซไนตรกออกไซดลดต าลงไปดวย

รปท 26 แสดงผลกระทบสดสวนออกซเจนในหองเผาไหม (Sb) มตอกาซออกไซดของไนโตรเจนท

ปลดปลอยสบรรยากาศ (Tb=840oC และ EO2 = 60%) ทมา: Qian F et al.,(2011)

รปท 26 แสดงผลกระทบสดสวนออกซเจนภายในเบดทมตอกาซออกไซดของไนโตรเจน จากผลการทดลองพบวาปรมาณสดสวนออกซเจนภายในเบดต าๆสงผลใหมปรมาณกาซออกไซดของไนโตรเจนทสงขน ซงงานวจยนอธบายวาเกดเนองจากในบรเวณเบดมปรมาณออกซเจนทต ากวาปรมาณทางทฤษฎท าใหปรมาณสารระเหยทเปนสารตงตนในการเกดไนตรกออกไซดเกดการไมเผาไหมในเบดและลอยขนสบรเวณปราศจากเบดในปรมาณทสง เมอเขาท าปฎกรยากบอากาศทตยภมซงมปรมาณทสง (ทสดสวนออกซเจนภายในเบดต าๆ) ท าใหปฏกรยาการเกดไนตรกออกไซดสงขน

39

รปท 27 ความสมพนธระหวางความเขมขนของออกไซดของไนโตรเจนและคารบอนมอนอกไซด

ในกาซไอเสย ทมา: Qian F et al.,(2011)

งานวจยนไดสรปความสมพนธระหวางมลพษออกไซดของไนโตรเจนและคารบอนมอนนอกไซดดงแสดงในรปท 27 และไดสรปปฏกรยาทเปนกลไกในการเกด NOx reduction ทมผลมาจากกาซคารบอนมอนอกไซดและคารบอนในเถาเชอเพลงไวดงสมการท 2.22 – 2.24

2NO + 2C N2 + 2CO (2.22)

2NO + 2CO N2 + 2CO2 (2.23)

CO + NO + catalyst CO2 + 1/2N2 (2.24)

โดยการทดลองยงสรปไดอกวาการไหลเวยนกลบของกาซไอเสยจะชวยลดการเกดออกไซดของไนโตรเจนเนองจากท าใหอณหภมของการเผาไหมทบรเวณเบดและความเขมขนของออกซเจนมคาต าลง เนองจากกาซคารบอนไดออกไซดนมคาความจความรอนทสงกวากาซไนโตรเจน นอกจากนการผสมอากาศปฐมภมเขากบกาซไอเสยยงสงผลใหความรอนทถกดดซบโดยแทงการถายเทความรอนต าลง จงท าใหอณหภม ปราศจากเบด สงขน โดยสรปสาเหตทการปลดปลอย NOx ต าลงเมอใชกาซเสยไอเสยผสมกบอากาศปฐมภมได 2 ลกษณะ คอ การน ากาซไนตรกออกไซดในกาซไอเสยกลบเขาสหองเผาไหมใหมอกครงนนเกดปฏกรยา NOx reduction ไดอกครงและกาซไหลเวยนกลบมปรมาณของกาซคารบอนไดออกไซดมากซงจะยบยงการเกดออกไซดของไนโตรเจนหรอเพมปฏกรยาในการลดลงของออกไซดของไนโตรเจน เนองจากกาซคาร บอนมอนอกไซดถกเปลยนเปนกาซคารบอนไดออกไซด

40

บทท 3 วธการด าเนนการวจย

ส าหรบในการวจยเรอง “ผลกระทบของรปแบบการเผาไหมตอมลพษทเกดจากการเผาไหมเชอเพลงชวมวลในเตาเผาฟลอไดซเบดแบบไซโคลนแฝด” มรายละเอยดเกยวกบการวจย ดงน 3.1 อปกรณการทดลอง

3.1.1 เตาไซโคลนแฝด จากงานวจยพบวารปทรงกรวยท าใหเกดความเรวสญเสยในการเกดฟลอไดซนอยทสด การสรางไซโคลนดานบนและตดตงทออากาศตตยภมเพอสรางแรงเหวยงหนศนยใหกบอนภาคทยงเผาไหมมาหมดใหตกกลบมาเผาไหมอกครงหนง อกทงยงสามารถท างานรวมกบระบบหารไหลเวยนกลบของแกสไอเสย โดยเตาทรงกรวย ท ามม 40 องศาวดจากแนวดง เสนผานศนยกลางของเตาไซโคลนแฝดในสวนของทรงกรวยเทากบ 700 mm เสนผานศนยกลางฐานกรวยหรอสวนทตดระบบกระจายอากาศ 0.20 m ในสวนของทรงกระบอกสง 500 mm มขนาดเสนผานศนยกลางภายในเตาขนาด 700 mm มทอลมปอนอากาศทางดานลางผานแผนกระจายอากาศกอนเขาสหองเผาไหมตามล าดบ ถกประกอบขนใหเปนไซโคลนแฝด และมการตดตงทออากาศทตยภมและตตยภมมเสนผานศนยกลางขนาด 50.8 mm อยในแนวรศมของเตาโดยมความสง 0.5 m และ 2.125 m วดจากหวกระจาย และมต าแหนงเกบคาความเขมขนของกาซท 0.23, 0.46, 0.95, 1.47, 1.85, 2.08 และ 2.57 m เหนอหวกระจายอากาศ โดยกาซไอเสยถกวดททางออกปลองไอเสยซงมขนาด 0.2 m ดงรปท 28

รปท 28 แสดงเตาเผาฟลอไดซไซโคลนแฝด

41

3.1.2 ระบบการเผาไหมของเตาฟลอไดซเบดชนดหมนวนไซโคลนแฝด ในงานวจยนจะท าการทดลองการเผาไหมใน 3 รปแบบการเผาไหมซงประกอบไปดวย การเผาไหมแบบธรรมดา, การเผาไหมโดยใชอากาศแบบเปนขนและการเผาไหมทน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมจะตองออกแบบทออากาศทใชในการเผาไหมเพอรองรบในแตละการเผาไหมไดโดยอากาศทเผาไหมแบบธรรมดาจะถกปอนเขาทางดานลางของหองเผาไหมไดใชพดลมจายอากาศปฐมภม ในสวนของการเผาไหมโดยใชอากาศแบบเปนขน จะใชพดลมจายอากาศปฐมภมจายอากาศเขาดานลางพรอมใชพดลมจายอากาศทตยภมจายอากาศในสวนทเปนล าดบขน และการเผาไหมทน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหม จะใชพดลมดดอากาศน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมใหมโดยมอปกรณดงแสดงในรปท 29

1. Primary Blower 6. Stack 11. Cooling Tower 2. Secondary Blower 7. Heat Exchanger 12. Water tank 3. Screw Feeder 8. FGR Blower 13. Water filter 4. Cyclone Pump 5. Ash collector

9. Mixing Chamber 10. Water pump

รปท 29 ระบบการเผาไหมของเตาฟลอไดซเบดชนดหมนวนไซโคลนแฝด

42

3.1.3.เครองแลกเปลยนความรอน เครองแลกเปลยนความรอนแบบไหลตงฉากกบแผนกน (cross flow tube with baffle plate) ตดตงททางออกของไซโคลน ใชในการลดอณหภมของกาซไอเสยใหเหลอ 50 oC ขนาดของเครองแลกเปลยนความรอน ขนาดภายนอกกวาง 500 mm ยาว 660 mm และสง 1170 mm ทอทางเขาและทางออกมขนาดเทากนทเสนผานศนยกลาง 200 mm ทอทองแดงมขนาดเสนผานศนยกลาง 16 mm โดยของอมรศมความโคง (center to center) 114.3 mm ดงรปท 30

รปท 30 แสดงลกษณะของเครองแลกเปลยนความรอน (Heat exchanger) 3.1.4.หอท าความเยน หอท าความเยนรน AMC10 มอเตอรขนาด ¼ HP เสนผานศนยกลางของใบพดลม 670 mm

อตราการไหลสงสดทท าได 130 LPM โดยอณหภมน าทออกจากหอท าความเยนเทากบ 32 องศาเซลเซยส และไหลกลบเขาหอท าความเยน 37 องศาเซลเซยส ดงแสดงในรปท 31

รปท 31 หอท าความเยน (cooling tower)

43

3.1.5. แผนกระจายอากาศแบบใบพด แผนกระจายอากาศแบบใบพด เปนแผนกระจายอากาศทมลกษณะเปนใบพด ซงม Swirl

Number 2.76 มตะแกรง 3 ชนวางตะแกรงกนเพอปองกนทรายรวงหลนลงทออากาศ ส าหรบแผนกระจายนจะมสวนทรงกรวยเสนผานขนาด 70 mm และมเสนผานศนยกลางของตะแกรงทปองกนทราย 200 mm ดงแสดงในรปท 32

รปท 32 แสดงขนาดของแผนกระจายอากาศแบบ 11 ใบ 14 องศา

3.1.6 พดลมปอนอากาศปฐมภม พดลมปอนอากาศปฐมภม รน APEF–711/A มก าลงขนาด 7.5 hp ความเรวรอบมอเตอร

2,900 rpm ความดนสงสดทท าได 975 mmH2O และอตราการปอนอากาศสงสด 0.42 m3/s ดงแสดงใน รปท 33

รปท 33 พดลมปฐมภม

44

3.1.7 พดลมปอนอากาศทตยภมและตตยภม พดลมปอนอากาศทตยภมและตตยภม พดลมปอนอากาศรน APE-711/A มอเตอรขนาด 7.5

hp เปน high-pressure blower ความเรวรอบมอเตอร 2,900 rpm ความดนสงสดทท าได 975 mmH2O และอตราการปอนอากาศ 8 m3/min ดงแสดงในรปท 34

รปท 34 พดลมทตยภมและตตยภม

3.1.8 พดลมปอนกาซไอเสยน ากลบมาเผาไหม ท าหนาทดดกาซไอเสยททางออกไซโคลนมาใชในการเผาไหมอกครง รน TFEb-631 มก าลง

มอเตอรขนาด 4 kW ความเรวรอบมอเตอร 2880 rpm/min ความดนสงสดทท าได 550 mmH2O และอตราการปอนอากาศสงสด 17 m3/s ดงแสดงใน รปท 35

รปท 35 พดลมดดอากาศ

45

3.1.9 ปม ปมน าขนาด ½ hp ท าหนาทปอนน าหลอเยนจากหอท าความเยนเขาสระบบแลกเปลยนความ

รอนเพอลดอณหภมของแกสไอเสยทจะน ากลบมาเผาไหมใหมอกครง ดงแสดงใน รปท 36

รปท 36 แสดงลกษณะของปมน า

3.1.10 หวเผาน ามนเชอเพลงดเซล ใชส าหรบใหความรอนกบทรายในชวงเรมท าการทดลอง ใชหวเผาใชน ามนดเซลเปนเชอเพลง

Model : R.B.L. 606SE 0400 คณสมบตอปกรณ ความตางศกยไฟฟา 230V, ความถกระแสไฟ 50 Hz, กระแสไฟ 1.9 A, วตตไฟฟา 250 W, ความเรวรอบ 2,720 rpm ดงแสดงใน รปท 37

รปท 37 แสดงลกษณะของหวเผาน ามนเชอเพลงดเซล

46

3.1.11 วสดเบด ในการการทดลองนทรายซลกา (Silica sand) ถกใชเปนวสดเบด ขนาดเสนผานศนยกลาง

450–550 µm มความหนาแนน 2,650 kg/m3 ปรมาณทใส สงเหนอแผนกระจายอากาศ 30 เซนตเมตร ดงแสดงในรปท 38

รปท 38 ทรายซลกาขนาด 450-500 µm

3.1.12 เชอเพลง เชอเพลงทใชในงานวจยนไดแก เปลอกถวลสงบด รปท 39 โดยคณสมบตทางเคมและคาความ

รอนดไดจากตารางท 8 เปนการการวเคราะหแบบ Proximate analysis บนฐาน as-received และ Ultimate analysis บนฐาน as-received

รปท 39 เปลอกถวลสงบด

47

ตารางท 8 แสดงการวเคราะหแบบ Proximate analysis และ Ultimate analysis บนฐาน as-received ของเชอเพลงเปลอกถวลสงบด

Ultimate analysis (wt%, as-received basis)

Proximate analysis (wt%, as-received basis)

Heating value(MJ/kg)

C H O N S W A VM FC HHV LHV

56.59 6.45 35.34 1.53 0.09 9.3 5.7 65.4 19.6 17.7 16.4

3.1.13 วาลวควบคมอตราการไหล วาลวทใช คอ เกทวาลว (Gate valve) จะใชเพอปรบอตราการไหลของอากาศปฐมภมและ

ทตยภมใหไดตามทตองการ โดยการตดตงจะอยททอและตดตงอยระหวางพดลมปอนอากาศกบแผนกระจายอากาศ ดงแสดงในรปท 40 ในสวนของการปรบอตราการไหลของกาซไอเสยจะใชบตเตอรฟลายวาลว (Butterfly valve) ในการปรบอตราการไหลของกาซไอเสย

รปท 40 เกทวาลวและบตเตอรฟลายวาลว

3.2 เครองมอตรวจวด

3.2.1 เทอรโมคปเปลและเครองแปลงสญญาณ เทอรโมคปเปลทใชเปนเทอรโมคปเปลชนด K มยานในการวดอณหภมอยในชวง -180 –

1300oC และมความคลาดเคลอน ±2oC และใช เครองแปลงสญญาณ GRAPHTEC ในการแปลงสญญาณจากเทอรโมคปเปลเปนอณหภม ดงแสดงในรป 41

48

รปท 41 แสดงเทอรโมคปเปลชนด K และเครองแปลงสญญาณ

3.2.2 เครองวเคราะหความเขมขนแกสอตโนมต โดยใชเครอง “Testo–350XL” จ านวน 1 ชดซงสามารถวดคาแกสออกซเจน (คาความคลาด

เคลอน ± 0.2%) แกสคารบอนมอนอกไซด (คาความคลาดเคลอน ± 5% เมอมปรมาณ 100-2,000 ppm และจะมความคลาดเคลอนท ± 10% เมอมปรมาณมากกวา 2,000 ppm) แกสไนโตรเจนมอนอกไซด แกสไนโตรเจนไดออกไซด ออกไซดของไนโตรเจน (คาความคลาดเคลอน ± 5%) แกสไฮโดรคารบอน (คาความคลาดเคลอน ± 10% เมอมปรมาณ 0-40,000 ppm) ดงแสดงในรป 42

รปท 42 แสดงเครองวเคราะหความเขมขนแกสอตโนมต TESTO 350XL

49

3.3 การวางแผนการทดลอง การวางแผนการวจยสามารถแบงออกเปนแผนการด าเนนงานโดยรวมของงานวจยนและ

แผนการทดลอง โดยมรายละเอยดดงตอไปน แผนการด าเนนงาน 1. จดการตดตงระบบเตาฟลอไดซเบดแบบหมนวน 2. ก าหนดตวแปรของการวจยทตองการศกษา คอ ปรมาณอากาศสวนเกน 20, 40, 60 และ 80 %

สดสวนอากาศทตยภมและตตยภมตออากาศปฐมภมท 0, 0.1, 0.3 และ 0.5 ปรมาณออกซเจนพอดตอการเผาไหมทางทฤษฎภายในเบดท 0.8, 0.9, 1 และ 1.1

3. ใชเชอเพลง 1 ชนด คอ เปลอกถวลสงบด 4. หวกระจายอากาศทม swirl number เทากบ 2.76 5. เกบคาความเขมขนของกาซคารบอนมอนนอกไซดและไนตรกออกไซดรวมทงมลพษตามแนวความ

สง ตามแผนด าเนน 6. วเคราะหขอมล ตารางท 9 ตารางแสดงขอบเขตการทดลอง

Operating variable Ranged

Feed Rate 22.5 kg/hr (Full load) Fuel Peanut shell

Swirl number 2.76

bed Silica sand Bed height (cm) 30

Gas sampling points (m) 0.23, 0.46, 0.95, 1.47, 1.85, 2.08 และ 2.57

Excess air (%) 20, 40, 60 และ 80

Stoichiometric oxygen ratio (Sb) 0.8, 0.9, 1.0 และ 1.1 Secondary air/total air ratio 0, 0.1, 0.3 และ 0.5

50

ตารางท 10 รปแบบการเผาไหมของเตาเผาฟลอไดซเบดไซโคลนแฝดชนดหมนวน

รปแบบการเผาไหม สภาวะการผสมของกาซทใชในการเผาไหม

Primary air Secondary air

Tertiary air

การเผาไหมแบบธรรมดา (conventional combustion)

Pure air - -

การเผาไหมแบบอากาศเปนขน (Air staging combustion)

Pure air Pure air Pure air

การเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมใหม (flue gas recirculation)

Pure air FGR Pure air

เมอ Pure air คอ อากาศใหม FGR คอ กาซไอเสย

รปท 43 แผนผงแสดงอปกรณตางๆในระบบเตาเผาฟลอดไดซเบดไซโคลนแฝดชนดหมนวน

51

ตารางท 11 แสดงสถานะในการเปด และปดวาลวทต าแหนงตางๆในการปรบรปแบบการเผาไหม

รปแบบการเผาไหม ต าแหนงวาลว

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

การเผาไหมแบบธรรมดา (conventional combustion)

การเผาไหมแบบอากาศเปนขน (Air staging combustion)

การเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมใหม (flue gas recirculation)

เมอ คอ เปดวาลว คอ ปดวาลว

ตารางท 12 แสดงการปรบอตราการไหลของกาซไอเสยและอากาศปฐมภมตามเงอนไขการทดลองในรปแบบการเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมใหม

Sb (%)

EA20 EA40 EA60 EA80

QPri

(m3/h)

QFGR (m3/h)

QFGR / QPri (%)

QPri

(m3/h) QFGR

(m3/h) QFGR / QPri

(%)

QPri

(m3/h) QFGR

(m3/h) QFGR / QPri

(%)

QPri

(m3/h) QFGR

(m3/h) QFGR / QPri

(%)

80 92.68 45.09 48.65 85.16 52.60 61.77 77.63 60.14 77.36 70.15 67.61 96.37

90 107.71 30.06 27.91 102.7 35.07 34.14 97.67 40.09 40.99 92.69 45.07 48.63

100 122.74 15.03 12.24 120.23 17.53 14.50 117.72 20.05 17.02 115.23 22.54 19.56

110 137.76 0 0 137.76 0 0 137.76 0 0 137.76 0 0

เมอ QPri คอ อตราการไหลของอากาศปฐมภม (m3/h) QFGR คอ อตราการไหลของกาซไอเสย (m3/h)

52

3.4 วเคราะหและสรปผลการทดลองและการวจย หลงจากด าเนนการทดลองเกบคาความเขมขนของกาซคารบอนมอนนอกไซดและไนตรกออก

ไซดรวมทงกาซมลพษแลว จากนนจะน าขอมลทไดไปท าการวเคราะหเพออธบายการเกดและสลายตวกาซตางๆภายในเตาทเกดขนและน าไปหาคาประสทธภาพในการเผาไหม จากนนเขยนรายงานสรปการด าเนนการวจย

53

บทท 4 ผลการทดลอง

การทดลองนเปนการศกษาปจจยทมผลกระทบตอคาความเขมขนของการกอตวของกาซ

คารบอนมอนอกไซด, กาซไนตรกออกไซด, กาซออกซเจนและคามลพษทปลอยออกสชนบรรยากาศภายในเตาฟลอไดซเบดชนดหมนวนแบบไซโคลนแฝดใน 3 รปแบบการเผาไหม คอ การเผาไหมแบบธรรมดา (conventional combustion), การเผาไหมแบบอากาศเปนขน (Air staging combustion), การเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมใหม (flue gas recirculation) จากผลการทดลองพบวาปจจยทมผลกระทบตอกระจายคาความเขมขนของการกอตวมลพษในเตาและคามลพษทปลอยออกสชนบรรยากาศคอ ต าแหนงความสงของเตาฟลอไดซเบด , อตราอากาศสวนเกน อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด, ปรมาณของกาซไอเสยทน ากลบมาเผาไหมใหม ซงสามารถเขยนอธบายไดดงน 4.1 ผลการทดลองการเผาไหมแบบธรรมดาและการเผาไหมแบบอากาศเปนขน

4.1.1 อณหภมเฉลยของอากาศภายในเตาเผาทสภาวะการทดลองตางๆ รปท 44 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด

ตออณหภมตามความสงของเตาโดย a) การเผาไหมแบบธรรมดา b) อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0.1 c) อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0.3 d) อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0.5 แสดงดงรปท 44 อณหภมในทกรปแบบการเผาไหมมความคลายคลงกนซงจะเหนไดวาอณหภมจะเพมสงขนตามแนวความสงของเตาเนองจากเชอเพลงเกดการเผาไหม ณ ต าแหนง Z = 0.460 m เหนอแผนกระจายอากาศสงผลใหอณหภม ณ ต าแหนงนสงกวาต าแหนงปอนเชอเพลง (Fuel feeding point) และอณหภมจะสงทสด ณ ต าแหนง 1.47 m เหนอแผนกระจายอากาศซงสอดคลองกบงานวจยของ Duan et al. [18] เนองจากบรเวณดงกลาวมการลดขนาดพนทหนาตดลงและมเชอเพลงบางสวนทน าหนกเบาและยงไมถกการเผาไหมเกดการลอยตวขนมาเผาไหมบรเวณคอคอดจากนนอณหภมจะลดลงตามแนวความสงของเตาเนองจากหางจากบรเวณทเกดการเผาไหมเชอเพลงเมอพจารณารปท 44b, 44c และ 44d จากการจายอากาศทตยภมตออากาศทงหมด (S/T) พบวาอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดเพมขนสงผลใหอณหภมภายในเตาสงขนโดยจะเหนไดชดทอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 20% อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด (S/T) เทากบ 0.5 มอณหภมสงทสดเนองจากมเวลาในการเผาไหมทนานขนท าใหอณหภมบรเวณเผาไหมและอณหภมเบดเพมขน

54

รปท 44 ผลกระทบของอากาศสวนเกนตอการกระจายตวของอณหภมในเตาทอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศรวม (S/T) เทากบ (a) 0, (b) 0.1, (c) 0.3 และ (d) 0.5

4.1.2 คาความเขมขนเฉลยของออกซเจนตามความสงของเตาสภาวะการทดลองตางๆ รปท 45 แสดงผลของออกซเจนตามความสงของเตาโดย a) การเผาไหมแบบธรรมดา b)

อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0.1 c) อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0.3 d) อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0.5 จากรปท 45a จะเหนไดวา ปรมาณความเขมขนของออกซเจนจะสงทสดบรเวณจดจายอากาศปฐมภมและจะลดลงตามความสงของเตาเนองจากออกซเจนจะท าปฏกรยาการเผาไหมกบเชอเพลงซงสอบคลองกบงานวจบของ Ninduangdee P. [22] โดยปรมาณความเขมขนของออกซเจนสงทสดทอตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 80% ทรปแบบการเผาไหมแบบธรรมดา เมอพจารณารปท 45a, 45b และ 45c เปนกรณทมการจายอากาศทตยภมตออากาศทงหมด (S/T) พบวาเมอเพมอากาศทตยภมปรมาณความเขมขนออกซเจนทบรเวณเบดจะลดลง และมแนวโนมทเพมขนหลงจากผานบรเวณคอคอดของเตา โดยจะเหนชดเจน ณ ต าแหนง Z = 2.08 m เหนอแผนกระจายอากาศ ท S/T = 0.5 เนองจากมการจายอากาศทตยภม

55

สงสดในบรเวณน หลงจากนนจะลดลงตามความสงของเตาอกครงเนองจากเกดปฏกรยาการเผาไหมดานบนอกครงหนง

รปท 45 ผลกระทบของอากาศสวนเกนตอคาความเขมขนของออกซเจนทอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศรวม(S/T) เทากบโดย (a) 0, (b) 0.1, (c) 0.3 และ (d) 0.5

4.1.3 คาความเขมขนเฉลยของกาซคารบอนมอนอกไซดตามความสงของเตาทสภาวะการทดลองตางๆ รปท 46 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนตอการเกดและสลายตวของ CO ตามความสง

ของเตาโดย a) การเผาไหมแบบธรรมดา b) อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0.1 c) อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0.3 d) อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0.5 จากรปท 4.3a พบวาเมอเพมอากาศสวนเกนคาความเขมขนของ CO ลดลงตามล าดบ เนองจากอากาศทเพมขนท าใหการเผาไหมสมบรณซงสอดคลองกบงานวจยของ Arromdee P. [23] ทวาพบวาเมอเพมปรมาณ อากาศสวนเกนจะท าใหปรมาณออกซเจนเพยงพอตอการเผาไหมซงจะสงผลใหการเกดมลพษ CO ลดลง และทอตราอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0 , 0.1, 0.3 และ 0.5 ในทกอากาศสวนเกนพบวา บรเวณทเกดการเผาไหมและการกอตวของคารบอนมอนอกไซดจะอยทบรเวณ Z = 0.5 m เหนอหวกระจายอากาศซงเปนบรเวณทมการกระจายตวของเบด เนองจากเปลอกถวลสง

56

บดมน าหนกและคาความถวงจ าเพาะทต าท าใหเชอเพลงเกดการเผาไหมบรเวณเหนอเบดและลดลงทบรเวณต าแหนงปอนเชอเพลง (Feed point) เนองจากระยะเวลาทกาซคารบอนมอนอกไซดพกอยในหองเผาไหมท าใหเกดปฏกรยาการสลายตว (Reduction regions) กบออกซเจนทเหลอจากการเผาไหม

รปท 46 ผลกระทบของอากาศสวนเกนตอการเกดและสลายตวของ CO ตามความสงของเตาทอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศรวม (S/T) เทากบโดย (a) 0, (b) 0.1, (c) 0.3 และ (d) 0.5

จากนนความเขมขนของกาซคารบอนมอนอกไซดมคาสงขนอกครงหนง เปนผลมาจากการท

เชอเพลงเปลอกถวลสงบดทถกปอนเขา มาทต าแหนงปอนเชอเพลง (Feed point) บางสวนถกอากาศยกตวขนไปเผาไหมทบรเวณคอคอด และการไหลผานของกาซรอนในชวงทเปนคอคอด ณ ต าแหนง Z = 1.47 m เหนอแผนกระจายอากาศ ซงเปนผลมาจากการลดลงของพนทหนาตด และความเขมขนของกาซคารบอนมอนอกไซดจะลดลงตามความสงของเตาจากปฏกรยาสลายตวเมอพจารณารปท 46b, 46c และ 46d พบวา ความเขมขนของคารบอนมอนอกไซดในบรเวณเบดมคาเพมขนตามอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด เนองจากอากาศปฐมภมทลดลงสงผลใหการกระจายตวของเบดและการคลกเคลาระหวางเบดและเชอเพลงลดลงรวมทงอากาศในเบดไมเพยงพอ ท าใหเกด

57

การเผาไหมทไมสมบรณและคาความเขมขนของคารบอนมอนอกไซดทบรเวณคอคอดเพมขนจากผลกระทบเดยวกนกบในรปท 46a) และลดลงอยางรวดเรวเนองการเกดปฏกรยารดกชนของ CO กบออกซเจน ทเขามาจากการจายอากาศทตยภมทต าแหนง Z = 2.08 m เหนอแผนกระจายอากาศ

4.1.4 คาความเขมขนเฉลยของกาซไนตรกออกไซดตามความสงของเตาทสภาวะการทดลองตางๆ รปท 47 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนตอการเกดและสลายตวของ NO ตามความสง

ของเตาโดย a) การเผาไหมแบบธรรมดา b) อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0.1c) อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0.3 d) อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0.5 พบวา ในทกเงอนไขการทดลองมคาความเขมขนของกาซไนตรกออกไซด (NO) สงสด ณ ต าแหนง Z = 0.46 m เหนอแผนกระจายอากาศ จากการเกดปฏกรยา Fuel NO ทเกดจากไนโตรเจนในเชอเพลงกบอากาศสวนเกน รปท 47a คาความเขมขนของ NO สงสดทบรเวณเบดจากปฏกรยา Fuel NO ในสวนบรเวณ freeboard พบวาความเขมขนของกาซไนตรกออกไซด (NO) เกดการเปลยนแปลงโดยมคาความเขมขนเพมขนเมอเพมอตราอากาศสวนเกนเนองจากการจายอากาศสวนเกนมากขนท าใหมออกซเจนทเหลอจากการเผาไหมลอยขนไปยงบรเวณ freeboard ท าใหเกดปฏกรยา Prompt-NO จากไฮโดรคารบอนและในโตรเจน (N) ในอากาศจากการเผาไหม

58

รปท 47 ผลกระทบของอากาศสวนเกนตอการเกดและสลายตวของ NO ตามความสงของเตาท อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศรวม(S/T) เทากบโดย (a) 0, (b) 0.1, (c) 0.3 และ (d) 0.5

กลายเปนสารประกอบไฮโดรไซยาไนด (HCN) และเมอไฮโดรไซยาไนด ท าปฏกรยากบอนมลอสระตางๆเกดเปน NHi และเมอ NHi ท าปฏกรยากบออกซเจน (O) หรอ ไฮดรอก-ไซด (OH) ท าใหเกดการกอตวของ NO ตามปฏกรยาของ Prompt-NO พจารณารปท 47b, 47c และ 47d แสดงความเขมขนของกาซไนตรกออกไซด (NO) ทการจายอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0.1, 0.3 และ 0.5 ตามล าดบ พบวาคาความเขมขนของ NO ทบรเวณเบดมคาความเขมขนต ากวาในกรณ การเผาไหมแบบธรรมดา เนองจากอากาศปฐมภมถกลดลงเพอจายอากาศทตยภม ท าใหอากาศในการเผาไหมทบรเวณเบดลดลงสงผลใหใหปฏกรยาการเกด fuel NO ลดลง

อกทงยงมการเกดปฎกรยาการเผาไมทไมสมบรณกอใหเกดกาซคารบอนมอนอออกไซดชวยยบยงการเกดไนตรกออกไซดซงสอดคลองกบงานวจยของ Suheri P. [24] ทวาเมอเพมอตราสวนอากาศทตยภมสามารถลดปรมาณการเกดกาซไนตรกออกไซด (NO) ได เมอพจารณาบรเวณทมการจายอากาศทตยภม ณ ต าแหนง Z = 2.08 m เหนอแผนกระจายอากาศ คาความเขมขนของ NO เพมสงขนบรเวณทจายอากาศทตยภม เนองจากปฏกรยา Prompt-NO กบอากาศทจายเขามา จากนนคาความเขมขนลดลงตามความสงของเตาจากการเกดปฏกรยา Catalytic reaction ซงเปนการท าปฏกรยาระหวางกาซไนตรกออกไซด (NO) และกาซคารบอนมอนอกไซด (CO) กบออกซเจน (O2) จากการจายอากาศทตยภม โดยออกซเจนจะถกออกซไดซดวย CO มากกวา NO เพราะมความเขมขนมากกวาท าใหออกซเจนรดกชนใหกบ CO จงท าให NO มคาความเขมขนลดลง

4.1.5 มลภาวะทปลอยออกสอากาศ รปท 48 แสดงผลอตราการปลอยมลพษตออากาศสวนเกน โดย a) อตราการปลอยมลพษ CO b) อตราการปลอยมลพษ NO โดยใชอากาศสวนเกนท 20, 40, 60 และ 80% ในรปแบบการเผาไหมแบบธรรมดา และการเผาไหมแบบอากาศเปนขนทอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดท 0.1, 0.3 และ 0.5 จากรปท 48a แสดงผลกระทบของการปลอยมลพษ CO ตอการจายอากาศปฐมภมและอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด (S/T) เหนไดวาคามลพษ CO มแนวโนมลดลงเมอเพมอากาศสวนเกน เนองจากมปรมาณอากาศเพมขนจงท าใหการเผาไหมสมบรณและเมอพจารณาการเพมอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด (S/T)

59

รปท 48 แสดงผลอตราการปลอยมลพษตออากาศสวนเกนโดย a) อตราการปลอยมลพษ CO b) อตราการปลอยมลพษ NO โดยใชอากาศสวนเกนท 20, 40, 60 และ 80% อตราสวนอากาศทตย

ภมตออากาศทงหมดท 0, 0.1, 0.3 และ 0.5 พบวาปรมาณการปลอยมลพษ CO สงขนเนองจากการเพมอตราอากาศทตยภมตออากาศ

ทงหมดท าใหอากาศปฐมภมลดลง สงผลใหบรเวณเบดเกดการกอตวของ CO ขนเปนจ านวนมาก และในบรเวณ freeboard ทมการจายอากาศทตยภมดานบนเมอเพมอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด (S/T) ท าใหปรมาณอากาศมจ านวนมากซงสวนหนงจะท าปฏกรยาออกซเดชนกบ CO แตเมอมอากาศมากขนท าใหเวลาพกในเตาของกาซรอน CO นอยลงสงผลใหการเกดปฏกรยา Catalytic reaction มเวลาทสนลง

กาซไอเสยทปลายปลองจงมคาความเขมขนของ CO ทสงขนตามอตราการจายอากาศทตยภมโดยคามลพษ CO สงสดคอ 1,476 ppm ทอากาศสวนเกน 20% S/T = 0.5 พจารณารปท 48b แสดงผลกระทบของการปลอยมลพษ NO ซงพบวามลพษ NO มแนวโนมสงขนเมอเพมอากาศสวนเกน เนองจากอากาศปฐมภมทเพมขนท าใหมการเกดปฏกรยา fuel-NO จากการเผาไหมกบการคลกเคลาของเชอเพลงอยางรนแรงและปฏกรยา Prompt – NO กบออกซเจนทเหลอจากการเผาไหม และเมอพจารณาการเพมอตราอากาศทตยภมตออากาศทงหมด สงผลใหการปลอยมลพษ NO ลดลงซงสอดคลองกบงานวจยของ S.Hussachu. [25] เนองจากการลดการจายอากาศปฐมภมเพอจายอากาศทตยภมท าใหในบรเวณเบดมปรมาณอากาศลดลง ปรมาณความเขมขนของออกซเจนนอยลง ท าใหในบรเวณนมการกอตวของมลพษ NO ลดลง และเมอกาซรอนขนไปยงบรเวณปลอดเชอเพลงจงท าใหเกดปฏกรยา Catalytic reaction เชนเดยวกนกบ CO คามลพษ NO สงสดคอ 278 ppm ทอากาศสวนเกน 80% S/T = 0

60

4.1.6 ความรอนสญเสยและประสทธภาพการเผาไหม จากตารางท 13 การปลอยมลพษและประสทธภาพการเผาไหมของเตาฟลอไดซเบดโดยใชเชอเพลงเปลอกถวลสงบดทอตราการปอนเชอเพลง 22.5 kg/h จะเหนไดวาการเพมอตราอากาศสวนเกน(EA) จะสามารถเพมประสทธภาพการเผาไหมใหดยงขน เนองจากเชอเพลงคลกเคลากบเบดไดดและมการเผาไหมทสมบรณกวาเนองมอากาศทเพยงพอตอการเผาไหม และเมอเพมอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด (S/T) จะท าใหประสทธภาพการเผาไหมลดลงซงสอดคลองกบงานวจยของ F. Okasha et al. [26] ทกลาววาการเพมสดสวนการจายอากาศทตยภมสงผลใหประสทธภาพในการเผาไหมมคาลดลงตามไปดวย เนองจากมปรมาณความเขมขนของ CO เพมขนจากปรมาณอากาศปฐมภมทนอยลง ทอตราอากาศสวนเกน (EA) 80% มประสทธภาพสงทสด เปนเหตมาจากการเผาไหมเชอเพลงทสมบรณท าใหการปรมาณความเขมขน CO มปรมาณนอย ตารางท 13 การปลอยมลพษและประสทธภาพการเผาไหมของเตาฟลอไดซเบดโดยใชเชอเพลงเปลอกถวลสงบดทอตราการปอนเชอเพลง 22.5 kg/h ในรปแบบการเผาไหมแบบ Conventional combustion และ Air.staged combustion

Excess air (%) Secondary air to total

ratio

Emission Heat loss (%) due to: Combustion efficiency

(%) CO NO Incomplete combustion

Unburn cabon

Conventional combustion

22 0 1233 143 0.61 0.03 99.36

42 0 435 149 0.25 0.01 99.74

60 0 323 235 0.21 0.01 99.78 78 0 277 278 0.20 0.01 99.79

Air.staged combustion

20 0.1 1309 139 0.64 0.02 99.34 42 0.1 441 175 0.25 0.01 99.74

61

ตารางท 13 การปลอยมลพษและประสทธภาพการเผาไหมของเตาฟลอไดซเบดโดยใชเชอเพลงเปลอกถวลสงบดทอตราการปอนเชอเพลง 22.5 kg/h ในรปแบบการเผาไหมแบบ Conventional combustion และ Air.staged combustion (ตอ)

Excess air (%) Secondary air to total

ratio

Emission Heat loss (%) due to: Combustion efficiency

(%) CO NO Incomplete combustion

Unburn cabon

Conventional combustion

21 0.1 324 272 0.24 0.01 99.75

40 0.3 1367 124 0.67 0.03 99.30 59 0.3 571 160 0.33 0.01 99.66

79 0.3 432 190 0.28 0.01 99.71 22 0.3 344 241 0.25 0.01 99.74

44 0.5 1476 110 0.73 0.03 99.24

55 0.5 693 154 0.41 0.01 99.58 77 0.5 507 178 0.32 0.01 99.67

0.5 490 219 0.35 0.02 99.63

62

4.2 ผลการทดลองการเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมใหม (flue gas recirculation combustor)

4.2.1 อณหภมเฉลยของอากาศภายในเตาเผาทสภาวะการทดลองตางๆ

รปท 49 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนออกซเจนในเบด (Sb) ตออณหภมตามความสงของเตาและมการน ากาซไอเสยกลบมาใชใหม (FGR) โดย (a) Sb = 0.8 (b) Sb = 0.9 (c) Sb

= 1.0 (c) Sb = 1.1 รปท 49 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนออกซเจนในเบด (Sb) ตอ

อณหภมตามความสงของเตาและมการน ากาซไอเสยกลบมาใชใหม (FGR) โดย a) อตราสวนออกซเจนในเบด 0.8 b) อตราสวนออกซเจนในเบด 0.9 c) อตราสวนออกซเจนในเบด 1.0 d) อตราสวนออกซเจนในเบด 1.1 พจารณารปท 49 พบวาเมอเพมอตราอากาศสวนเกนและอตราออกซเจนในเบด อณหภมมคาสงขนตามล าดบเปนผลมาจากสดสวนการใช Sb และการน าเอากาซไอเสยกลบมาใชใหมคอเมอเพมอตราอากาศสวนเกนและอตราออกซเจนในเบดท าใหปรมาณการจายอากาศปฐมภมลดลง และการจาย FGR ทต าแหนง Z = 0.46 m เพมขนตามล าดบซงเมอลดปรมาณอากาศทตยภมสงผลใหบรเวณเบดมอณหภมสงขนอกทงการเพม FGR ท าใหกาซไอเสยทจายเขามามอณหภมสงขน สงผล

63

ใหบรเวณเบดมอณหภมสงขนไปอกโดยมอณหภมสงสดท Sb = 1.0 ดงแสดงในรปท 49c และเมอพจารณารปท 49d

พบวาอณหภมลดลงเนองจากการจาย Sb = 1.1 เปนการจายออกซเจนทมากเกนพอในเบด และไมมการจาย FGR สงผลใหอากาศปรมาณมากทเขามาทางทอปฐมภมเพยงอยางเดยวมมากเกนพอส าหรบการเผาไหมและมอณหภมบรรยากาศจงท าใหอณหภมในบรเวณนลดลงเมอเทยบกบท Sb = 1.0 ซงมการจาย FGR ทมอณหภมสงกวาบรรยากาศ

4.2.2 คาความเขมขนเฉลยของออกซเจนตามความสงของเตาสภาวะการทดลองตางๆ

รปท 50 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนออกซเจนในเบด (Sb) ตอคาความเขมขนของออกซเจนความสงของเตาและมการน ากาซไอเสยกลบมาใชใหม (FGR) โดย (a) Sb = 0.8

(b) Sb = 0.9 (c) Sb = 1.0 (d) Sb = 1.1

64

รปท 50 แสดงของอตรากาศสวนเกนตอคาความเขมขนของออกซเจนตามความสงของเตาโดยใชอตราออกซเจนในเบด (Sb) และการน ากาซไอเสยกลบมาใชใหม (FGR) ในอตราสวนตางกน a) อตราสวนออกซเจนในเบด 0.8 b) อตราสวนออกซเจนในเบด 0.9 c) อตราสวนออกซเจนในเบด 1.0 d) อตราสวนออกซเจนในเบด 1.1 พจารณารปท 50 พบวาคาความเขมขนของ O2 มคาสงทบรเวณเบด เนองจากการจายอากาศปฐมภมทบรเวณน และคาความเขมขนลดลงตามความสงของเตาเนองจากการน าออกซเจนไปใชในปฏกรยาการเผาไหมและสงเกตเหนไดวาเมอเพมอตราอากาศสวนเกนสงผลใหคาความเขมขนของออกซเจน (O2) มากขน จากนนคาความเขมขนของ O2 มคาสงขนทต าแหนง Z = 2.08 m

เนองจากการจายอากาศใหมเขามาโดยทต าแหนงนมคาความเขมขนของ O2 สงสดท Sb = 1.0 เนองจากมคาความเขมขนของ O2 สงจากบรเวณเบดท าใหเมอจายอากาศใหมเขาไปจงท าใหคาความเขมขนสงทสดดงแสดงในรปท 50c และคาความเขมขนลดลงเนองจากออกซเจนถกใชในปฏกรยา Catalytic reaction ใหกบ CO และ NO อยางไรกตามการใชอตราออกซเจนในเบดพบวาเมอเพม Sb สงผลใหคาความเขมขนของ O2 สงขนในทกต าแหนงความสงของเตา

4.2.3 คาความเขมขนเฉลยของกาซคารบอนมอนอกไซดตามความสงของเตาทสภาวะการทดลองตางๆ รปท 51 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนออกซเจนในเบด (Sb) ตอคาความ

เขมขนของมลพษ (CO) ตามความสงของเตาและมการน ากาซไอเสยกลบมาใชใหม (FGR) ตามความสงของเตาเหนอแผนกระจายอากาศโดย a) อตราสวนออกซเจนส าหรบการเผาไหมในเบด 0.8 b) อตราสวนออกซเจนส าหรบการเผาไหมในเบด 0.9 c) อตราสวนออกซเจนส าหรบการเผาไหมในเบด 1.0 d) อตราสวนออกซเจนส าหรบการเผาไหมในเบด 1.1 พจารณารปท 51a และ 51b พบวาคาความเขมขนของคารบอนมอนอกไซดมความเขมขนเพมขนตามความสงจนมคาสงสดทบรเวณคอคอด

65

รปท 51 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนออกซเจนในเบด (Sb) ตอคาความเขมขนของคารบอนมอนอกไซดความสงของเตาและมการน ากาซไอเสยกลบมาใชใหม (FGR) โดย (a) Sb =

0.8 (b) Sb = 0.9 (c) Sb = 1.0 (c) Sb = 1.1

เนองจากอากาศทจายเขาไปโดยทอปฐมภมและการปอนเชอเพลงทต าแหนง 0.95 m เหนอตวกระจายอากาศท าใหการเผาไหมทบรเวณนเกดการเผาไหมไมสมบรณ สงผลให CO มคาความเขมขนสง จากนนความเขมขนลดลงตามความสงของเตา และลดลงอยางรวดเรวทต าแหนง Z = 2.08 m เหนอแผนกระจายอากาศ เปนผลมาจากการจายอากาศใหมเขาไปท าใหออกซเจนท าปฏก รยาออกซเดชน (Oxidation regions) กบกาซคารบอนมอนอกไซด และเมอพจารณารปท 51c และ 51d เปนการจายอากาศโดยอตราออกซเจนส าหรบการเผาไหมในเบดแบบพอด และมากเกนพอตามล าดบ จะเหนไดวาคาความเขมขนของ CO มคาต ากวาในอตราสวนออกซเจนในเบด ท 0.8 และ 0.9 เปนอยางมากเนองจากมอากาศทเพยงพอตอการเผาไหมและการน ากาซไอเสยกลบมาจายไปยงบรเวณหองเผาไหมยงเปนการน าออกซเจนและมลพษทเหลอจากทางออกกลบมาใชในระบบการเผาไหม ท าใหทบรเวณเหนอเบดมออกซเจนท าปฏกรยาออกซเดชนใหกบคารบอนในเชอเพล งและกาซคารบอนมอนอกไซด ท าใหคาความเขมขนของ CO มคาต าลงมาก

66

4.2.4 คาความเขมขนเฉลยของกาซไนตรกออกไซดตามความสงของเตาทสภาวะการทดลองตางๆ

รปท 52 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนออกซเจนในเบด (Sb) ตอคาความเขมขนของกาซไนตรกออกไซดความสงของเตาและมการน ากาซไอเสยกลบมาใชใหม (FGR) โดย (a) Sb =

0.8 (b) Sb = 0.9 (c) Sb = 1.0 (c) Sb = 1.1 รปท 52 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนออกซเจนในเบด (Sb) ตอคา

ความเขมขนของ (NO) ตามความสงของเตาและมการน ากาซไอเสยกลบมาใชใหม (FGR) โดย a) อตราสวนออกซเจนในเบด 0.8 b) อตราสวนออกซเจนในเบด 0.9 c) อตราสวนออกซเจนในเบด 1.0 d) อตราสวนออกซเจนในเบด 1.1 พจารณารปท 52a และ 52b พบวาคาความเขมขนของกาซไนตรกออกไซด (NO) มคาความเขมขนสงสดทบรเวณ 0.46 m เหนอแผนกระจายอากาศและจะลดลงอยางรวดเรว เนองจากมการเผาไหมทบรเวรนท าใหเกดการใชออกซเจนไปมาก อกทงกาซไอเสยทถกจายเขามา ท าใหออกซเจนทมในหองเผาไหมไมเพยงพอส าหรบการปฏกรยาออกซเดชนของออกซเจนใหกบไนโตรเจนในเชอเพลง และคาความเขมขนของกาซไนตรกออกไซด (NO) มคาสงขนทบรเวณ Z = 2.08 m เหนอแผนกระจายอากาศ เกดจากการจายอากาศทตยภมท าใหมการกอตวของ NO จากปฏกรยา prompt – NO พจารณารปท 52c และ 52d พบวาคาความเขมขนของกาซไนตรกออก

67

ไซด (NO) มคาความเขมขนสงสด ณ ต าแหนง 460 mm เหนอแผนกระจายอากาศ และสงกวาในอตราสวนออกซเจนในเบด 0.8 และ 0.9 เนองมาจากอากาศทถกจายเขามาทางทอปฐมภมมปรมาณออกซเจนในเบดมากพอส าหรบการเผาไหม และคาความเขมขนลดลงตามความสงของเตาจากการเกดปฏกรยา Fuel NO ระหวางไนโตรเจนในเชอเพลงกบออกซเจนในอากาศ และปฏกรยา Catalytic reaction ระหวาง CO, NO และ ทเหลอจากการเผาไหม และเมอสงเกตทต าแหนง Z = 2.08 m พบวาคาความเขมขนของ NO มคาเพมขนเมอเพมอตราอากาศสวนเกน เพราะวาในการเพมอตราอากาศสวนเกนท าใหมออกซเจนทจายเขามา ณ ต าแหนงนมคามากขนตาม สงผลใหเกดปฏกรยาการกอตวของ NO เพมขนไปดวย

4.2.5 มลภาวะทปลอยออกสอากาศ

รปท 53 แสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนออกซเจนในเบด (Sb)ตอการปลอยมลพษและมการน ากาซไอเสยกลบมาใชใหม (FGR) โดย (a) การปลอยมลพษ CO (b) การปลอยมลพษ NO

รปท 53 แสดงผลแสดงผลกระทบของอากาศสวนเกนและอตราสวนออกซเจนในเบด (Sb) ตอการปลอยมลพษทมการน ากาซไอเสยกลบมาใชใหม (FGR) โดย a) อตราอากาศสวนเกนตอการปลอยมลพษ CO b) อตราอากาศสวนเกนตอการปลอยมลพษ NO พจารณารปท 53a การกอตวของ NO จากปฏกรยา fuel – NO ท าใหความเขมขนของ NO ททางออกกาซไอเสยลดลงดงแสดงในรปพบวาเมอเพมอตราอากาศสวนเกนคาความเขมขนของมลพษ CO ลดลง เปนผลมาจากการจายอากาศใหม ณ ต าแหนง Z = 2.08 m ซงการเพมอตราอากาศสวนเกนสงผลใหปรมาณออกซเจนในบรเวณมเพมมากขนท าใหเกดปฏกรยาการลด CO มากขนจาการออกซเดชนของออกซเจนใหกบ CO และเมอสงเกตการใชอตราออกซเจนในเบด (Sb) พบวาเมอเพม Sb การปลอยมลพษ CO ลดลงเพราะการจายอากาศทมากพอในเบดท าใหเกดปฏกรยาการลด CO เกดขนเรมขนทบรเวณเบดจากออกซเจนทเหลอจากการเผาไหมกบ CO สงผลใหคามลพษททางออกกาซไอเสยต าลงไปดวย พจารณารปท 53b พบวาเมอเพมอตราอากาศสวนเกนการปลอยมลพษ NO มคาเพมขนซงเปนผล

68

จากการจายอากาศใหมท Z = 2.08 m เชนเดยวกน ซงปรมาณออกซเจนทมากขนในบรเวณ freeboard สงผลใหเกดการกอตวของ NO จากปฏกรยา prompt – NO และเมอสงเกตการใช Sb พบวาการลด Sb สงผลใหคาความเขมขนของ NO ลดลงเชนกน เปนผลมาจากปรมาณออกซเจนทบรเวณเบดมคาความเขมขนนอยท าให

4.2.6 ความรอนสญเสยและประสทธภาพการเผาไหม

ตารางท 14 การปลอยมลพษและประสทธภาพการเผาไหมของเตาฟลอไดซเบดโดยใชเชอเพลงเปลอกถวลสงบดทอตราการปอนเชอเพลง 22.5 kg/h โดยรปแบบการเผาไหมแบบ Flue gas recirculation

Excess air (%)

In-bed stoichiometric oxygen ratio

Emission Heat loss (%) due to:

Combustion efficiency (%) CO NO

Unburned carbon (quc)

Incomplete combustion

(qic)

Flue gas recirculation

22 0.8 3250 111 0.11 0.17 99.72

42 0.8 3032 133 0.10 0.18 99.72

59 0.8 2639 159 0.10 0.18 99.73

78 0.8 2412 237 0.09 0.18 99.73

20 0.9 1785 115 0.11 0.09 98.80

42 0.9 897 147 0.10 0.05 98.85

80 0.9 522 243 0.06 0.04 98.90

21 1.0 867 153 0.06 0.04 98.90

39 1.0 552 161 0.05 0.03 98.91

58 1.0 228 207 0.05 0.02 98.94

69

Excess air (%)

In-bed stoichiometric oxygen ratio

Emission Heat loss (%) due to:

Combustion efficiency (%) CO NO

Unburned carbon (quc)

Incomplete combustion

(qic)

Flue gas recirculation

80 1.0 223 263 0.05 0.02 98.94

22 1.1 258 162 0.02 0.01 98.96

43 1.1 219 209 0.02 0.01 99.96

56 1.1 56 250 0.02 0.00 99.97

79 1.1 27 284 0.02 0.00 99.98

จากตารางท 14 การปลอยมลพษและประสทธภาพการเผาไหมของเตาฟลอไดซเบด โดยใชเชอเพลง เปลอกถวลสงบดทอตราการปอนเชอเพลง 22.5 kg/h จะเหนไดวาการเพมอตราอากาศสวนเกน (EA) จะสามารถเพมประสทธภาพการเผาไหมใหดยงขน เนองจากเชอเพลงมการเผาไหมทสมบรณกวาและมอากาศทเพยงพอตอการเผาไหม และเมอเพมอตราออกซเจนในเบด (Sb) สงผลใหประสทธภาพการเผาไหมเพมขนดวย เนองจากการน ากาซไอเสยกลบไปใชใหมในอตราออกซเจนในเบดทเพยงพอท าใหเผาไหมอยางมประสทธภาพจงชวยใหปรมาณความเขมขนของ CO คาลดลง ทอตราอากาศสวนเกน (EA) 80% และอตราออกซเจนในเบด (Sb) 1.1 มประสทธภาพสงทสด เนองมาจากมปรมาณออกซเจนทมากเกนพอส าหรบการเผาไหมท าใหการเผาไหมสมบรณสงผลใหปรมาณความเขมขน CO มปรมาณนอย

70

บทท 5 สรปผลการทดลอง

การศกษาการปลอยมลพษของเชอเพลงชวมวลเปลอกถวลสงบดภายในเตาฟลอไดซเบดแบบไซโคลนแฝดชนดหมนวนสามรปแบบการเผาไหมนนพบวา

1. การเผาไหมในรปแบบการเผาไหมแบบธรรมดา (conventional combustion) ทอากาศสวนเกน 20 – 80% นน มประสทธภาพการเผาไหมอยท 99.36 – 99.79% จะเหนไดวาเมอมการเพมอากาศสวนเกนเพมมากขนจะท าใหประสทธภาพสงขนตามเนองจากเมอเพมอากาศสวนเกนจะท าใหปรมาณออกซเจนทเขาไปในหองเผาไหมมากขนประกอบกบท าใหเบดเกดความปนปวนจงเกดการเผาไหมไดดซงจะสงเกตไดวาคาความเขมขนของกาซคารบอนมอนนอกไซดจะลดต าลงจาก 1233 เปน 277 ppm เมอเพมอากาศสวนเกนจาก 20 เปน 80% แตในทางกลบกนปรมาณกาซไนตรกออกไซดจะเพมขนจาก 143 เปน 278 ppm โดยขอบเขตของการทดลองรปแบบการเผาไหมแบบธรรมดา (conventional combustion) ในการทดลองนทผานมาตราฐานมลพษของประเทศไทยไดแก EA=42 S/T=0

2. การเผาไหมแบบการเผาไหมแบบอากาศเปนขน (Air staging combustion) ทอากาศสวนเกน 20 – 80% และ อตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด 0.1 – 0.5 นน จะสงเกตไดชดวาทอากาศสวนเกนเดยวกนแตมการเพมอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดจะท าใหปรมาณกาซคารบอนมอนนอกไซดสงขนในทกการทดลองเนองจากการเพมอตราสวนของอากาศทตยภมตออากาศทงหมดเปนการลดปรมาตรอากาศบรเวณเบดท าใหบรเวณเบดโซนมการเผาไหมทไมด ท าใหมปรมาณกาซคารบอนมอนนอกไซดทสงในบรเวณเบดโซน และจะลอยตวขนไปเผาไหมตอบรเวณหองเผาไหมดานบนซงมการจายอากาศทตยภมแตเนองดวยเวลาทนอยในหองเผาไหมท าใหกาซคารบอนมอนนอกไซดถกปลอยสภายนอก แตขอสงเกตหนงการเผาไหมในลกษณะนสามารถควบคมการเกดไนตรกออกไซดไดดเพราะเมอมการเพมอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดท าใหปรมาณกาซไนตรกออกไซดลดต าลง โดยรปแบบการเผาไหมแบบการเผาไหมแบบอากาศเปนขนนมประสทธภาพอยท 99.34 – 99.63% โดยขอบเขตของการทดลองรปแบบการเผาไหมแบบการเผาไหมแบบอากาศเปนขน (Air staging combustion) ในการทดลองนทผานมาตราฐานมลพษของประเทศไทยไดแก EA=39 S/T=0.1, EA=59 S/T=0.1, EA=40 S/T=0.3, EA=58 S/T=0.3, EA=40 S/T=0.5, EA=61 S/T=0.5

3. การเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมใหม (flue gas recirculation) โดยท าการทดลองทอากาศสวนเกน 20 – 80% และอตราสวนออกซเจนทใชเผาไหมพอดในเบด 0.8 – 1.1 จะแสดงใหเหนวาเมอเพมอตราออกซเจนในเบด (Sb) สงผลใหประสทธภาพการเผาไหมเพมขนในทก

71

อากาศสวนเกน เนองจากการน ากาซไอเสยกลบไปใชใหมในอตราออกซเจนในเบดทเพยงพอท าใหเผาไหมอยางมประสทธภาพจงชวยใหปรมาณความเขมขนของ CO คาลดลง ซงโดยรวมและเมอเพมอตราอากาศสวนเกน ท าใหประสทธภาพในการเผาไหมสงขนในทกรปแบบการเผาไหม เนองจากมอากาศทเพยงพอตอการเผาไหม เปนเหตใหปรมาณความเขมขนของมลพษหลก CO ลดต าลงเมอมการเพมอากาศสวนเกนในทกรปแบบการเผาไหม แตจะสงผลในทางตรงกนขามตอปรมาณความเขมขนของมลพษหลก NO ทเพมขน ดงนนการเพมอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมดจาก 0 – 0.5 จะสามารถลดปรมาณความเขมเขนของมลพษ NO ลงได 26% ทอากาศสวนเกน 80% ในขณะเดยวกนในรปแบบการเผาไหมแบบน าไอเสยกลบมาเผาไหมใหม กสามารถลดปรมาณความเขมเขนของมลพษ NO ไดเชนกนคอ เมอลดอตราสวนออกซเจนทใชเผาไหมพอดในเบดจาก 1.1 เปน 0.8 สามารถลดความเขมเขนของมลพษ NO ลงไดสงสดท 36% ทอากาศสวนเกน 60% โดยขอบเขตของการทดลองรปแบบการเผาไหมแบบน ากาซไอเสยกลบมาเผาไหมใหม (flue gas recirculation) ในการทดลองนทผานมาตราฐานมลพษของประเทศไทยไดแก Sb=0.9 EA= 60, Sb=1.0 EA= 40, Sb=1.1 EA= 20

โดยรวมแลวทงสามรปแบบการเผาไหมเปนกระบวนการควบคมมลพษทมรปแบบการใชอากาศและจายอากาศทแตกตางกน ในสวนการเลอกใชเทคโนโลยตองค านงถงสารประกอบตางๆในเชอเพลงเพอเลอกความเหมาะสมของเทคโนโลย เนองจากเทคโนโลยมความสามารถในการลดมลพษทแตกตางกน เนองจากเพราะตนทนในแตละเทคโนโลยมราคาทส ง งานวจยนจงไดท าการทดลองในรปแบบการเผาไหมตางๆเพอเปนแนวทางในการเลอกใชเทคโนโลยในอนาคตตอไป

รายการอางอง

รายการอางอง

1. สถานการณพลงงานของประเทศไทยมกราคม. 2559 : 25 กมภาพนธ พ.ศ.2562; Available from: http://www.dede.go.th.

[2] ศนยพลงงานชวมวลมลนธพลงงานเพอสงแวดลอม. 2556. 25 กมภาพนธ พ.ศ.2562; Available from: http://www.efe.or.th/home.php.

[3] Kunii D. and LevenspielO., Fluidization Engineering 2nd ed., Butterworth-(Heinemann, Boston,1991)

[4] Chakritthakul, S. and Kuprianov, V.I., 2011. Co-firing of eucalyptus bark and rubberwood sawdust in a swirling fluidized-bed combustor using an axial flow swirler. Bioresource Technology, 102: 8268–8278.

[5] Kuprianov V.I., Arromdee P., Chakritthakul S., Keawklum R., Sirisomboon K., Combustion of some thai agricultural and wood residues in a pilot swirling fluidized bed combustor. World Renewable Energy Congress-Sweden, 8-13 May 2011, Linkoping, Sweden.

[6] ระบบสารสนเทศดานพลงงาน และสงแวดลอมของประเทศไทย. (2012) : 25 กมภาพนธ พ.ศ.2556; Available from: https://www.nstda.or.th/th/nstda-knowledge/2029-energy-environment-thailand .

[7] V.I. Kuprianov., R Kaewklum., and S Chakritthakul., Effects of operating conditions and fuel properties on emission performance and combustion efficiency of a swirling fluidized-bed combustor fired with a biomass fuel. Energy, 2011. 36: p. 2038-2048.

[8] Kuprianov V.I., Combustion and Emission Control Lectures Notes & Reference Materials., (2011)

[9] Permchart W. and Kouprianov V. I., Emission performance and Combustion efficiency of a conical Fluidized−bed combustor firing various

73

biomass fuels. Bio resource Technology, 2004. 92: p. 83−91.

[10] Salzmann R. and Nussbaumer T., Fuel Staging for NOx Reduction in Biomass. Combustion: Experiments and Modeling. Energy & Fuels, 2001. 15: p. 575−582.

[11] ดดแปลงจากประกาศกระทรวงทรพยากรธรรมชาตและสงแวดลอม เลมท 123 ตอนท 50 เรองก าหนด

มาตรฐานควบคมการปลอยทงอากาศเสยจากโรงงานอตสาหกรรม ลงวนท 18 พ.ค. 2549

[12] Chyang C-S., Duan F., Lin S.M., and Tso J., A study on fluidized bed combustion characteristics of corncob in three different combustion modes. Bioresource Technology, 2012. 116: p. 184–189.

[13] Duan F., Chyang Ch., Chin Y.,and Tso J., Pollutant emission characteristics of rice husk combustion in a vortexing fluidized bed incinerator. Journal of Environmental Sciences, 2013. 25(2): p. 335–339.

[14] V.I.Kouprianov., W.Permchart., Emissions from a conical FBC fired with a biomass fuel. Applied Energy, 2003. 74(3–4): p. 383-392

[15] Madhiyanon T., Sathitruangsak P., and Soponronnarit S., Combustion characteristics of rice−husk in a short-combustion-chamber fluidized-bed combustor (SFBC). Thermal Engineering, 2010. 30: p. 347–353.

[16] Sirisomboon K., Charernporn P., Effects of air staging on emission characteristics in a conical fluidizedbed combustor firing with sunflower shells. Journal of the Energy Institute, 2017. 90: p. 316-323.

[17] Mahmoud A., Seddik S., Maher A., Ahmed A., Experimental study on Egyptian biomass combustion in circulating fluidized bed. Applied Energy, 2010. 86: p. 2644-2650.

[18] Duan F., Chyang C-S., Lin C.W., and Tso J., Experimental study on rice husk combustion in a vortexing fluidized-bed with flue gas recirculation (FGR). Bioresource Technology, 2013. 134: p. 204-211.

[19] Chyang C-S., Duan F., Lin S.M., and Tso J., A study on fluidized bed combustion

74

characteristics of corncob in three different combustion modes. Bioresource Technology, 2012. 116: p. 184–189.

[20] Qian F., Chyang C-S., Chiou J.B., and Tso J., Effect of Flue Gas Recirculation (FGR) on NOx Emission in a Pilot-Scale Vortexing Fluidized-Bed Combustor. Energy Fuels, 2011. 25: p. 5639–5646.

[21] รายงานผลการทดลองและวเคราะห จากสถาบนวจยวทยาศาสตร และเทคโนโลยแหงประเทศไทย(วว.) (วนท

24 มถนายน พ.ศ.2561).

[22] Ninduangdee P. and Kuprianov V.I., Study on burning oil palm kernel shell in a conical fluidized-bed combustor using alumina as the bed material. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 2013. 44: p. 1045 – 1053.

[23] Arromdee P. and Kuprianov V.I., Combustion of peanut and tamarind shells in a conical fluidized-bed combustor. Bioresource Technology, 2013. 140: p. 199 – 210.

[24] Suheri P. and Kuprianov V.I., Co-Firing of Oil Palm Empty Fruit Bunch and Kernel Shell in a Fluidized-Bed Combustor: Optimization of Operating Variables. Energy Procedia, 2015. 79: p. 956 – 962.

[25] S. Hussachu,. and P. Arromdee., Effects of Secondary Air on Combustion Efficiency and Emission Performance of a Twin-cyclonic Swirling Fluidized-bed Firing with Shredded Peanut Shells. The 9th International Conference on Sciences, Technology and Innovation for Sustainable Well-Being (STISWB 2017).

[26] F. Okasha, M. El-Naggar and E. Zeidan (2014) “Enhancing Emissions Reduction and Combustion Processes for Biomass in a Fluidized Bed” Energy Fuel, 2014. 28: p. 6610–6617.

ภาคผนวก ก

76

ตารางแสดงขอมลทไดจากการทดลองเผาขกบเชอเพลงเปลอกถวในเตาเผาฟลอไดซเบด ชนดหมนวนแบบไซโคลนแฝด

ตารางท ก1 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 22% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 17.10 5210 322 920.3 2 0.46 12.10 8024 532 926.1

3 0.95 9.98 4867 451 904.2 4 1.40 7.36 9531 325 1021.6

5 1.85 6.45 5312 250 1008.4

6 2.08 5.57 3125 198 999.4 7 2.57 5.01 1907 176 987.6

ตารางท ก2 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 42% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 18.65 4725 286 913.8 2 0.46 13.91 7215 468 916.4

3 0.95 11.26 4451 413 896.9 4 1.40 10.01 7438 302 1016.4

5 1.85 8.44 2655 242 999.4

6 2.08 8.00 1648 218 985.6 7 2.57 6.88 1197 198 966.0

77

ตารางท ก3 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 59% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 19.43 4260 243 882.9

2 0.46 15.21 6314 396 902.2 3 0.95 12.39 3971 339 870.1

4 1.40 11.17 5437 278 963.5

5 1.85 9.68 1824 236 945.0 6 2.08 8.99 1361 225 943.2

7 2.57 8.21 1162 212 928.8

ตารางท ก4 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 78% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 20.22 3957 198 863.2

2 0.46 16.65 6032 341 877.3 3 0.95 13.42 3166 317 854.2

4 1.40 12.96 4977 267 941.4

5 1.85 11.01 1625 232 955.3 6 2.08 10.21 1049 228 949.4

7 2.57 9.33 947 224 936.9

78

ตารางท ก5 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 20% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0.1

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 17.01 4865 286 936.1

2 0.46 12.76 6758 487 941.4 3 0.95 8.70 4991 436 914.7

4 1.40 7.54 12873 300 1040.2

5 1.85 7.86 5138 234 1028.6 6 2.08 8.21 4211 274 982.3

7 2.57 4.71 2891 164 970.5

ตารางท ก6 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 42% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0.1

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 17.72 4438 264 919.5

2 0.46 13.91 5763 420 932.1 3 0.95 9.79 4587 391 902.3

4 1.40 8.32 10261 285 1034.5

5 1.85 8.41 4257 240 1001.9 6 2.08 9.98 2443 260 966.8

7 2.57 6.57 1187 183 954.1

79

ตารางท ก7 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 61% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0.1

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 18.55 3874 238 885.3 2 0.46 14.63 5517 382 907.4

3 0.95 10.55 3761 351 877.1 4 1.40 9.42 9184 280 966.7

5 1.85 9.22 3535 227 953.5

6 2.08 10.87 1977 246 914.8 7 2.57 8.64 632 205 902.7

ตารางท ก8 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 80% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0.1

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 19.47 3321 192 871.5 2 0.46 16.08 5120 320 889.4

3 0.95 11.65 2910 292 845.8

4 1.40 9.87 7745 264 931.6 5 1.85 9.87 3364 201 920.4

6 2.08 11.75 1104 252 878.5 7 2.57 9.67 548 221 869.9

80

ตารางท ก9 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 21% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0.3

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 16.51 5326 251 956.3

2 0.46 12.96 7126 472 979.3 3 0.95 7.45 5297 390 935.6

4 1.40 5.22 15016 325 1032.8

5 1.85 6.63 6853 245 1009.3 6 2.08 8.76 4303 284 980.5

7 2.57 4.25 3058 163 959.3

ตารางท ก10 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 39% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0.3

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 17.24 4883 216 932.7

2 0.46 13.57 6538 407 956.2 3 0.95 8.61 4839 351 918.4

4 1.40 6.43 12438 292 1015.8

5 1.85 7.22 4621 238 994.6 6 2.08 9.88 2537 271 948.5

7 2.57 6.78 1220 178 931.5

81

ตารางท ก11 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 58% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0.3

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 18.19 4321 200 901.3

2 0.46 14.22 6224 370 942.5 3 0.95 9.21 4128 321 897.1

4 1.40 6.79 10473 284 976.5

5 1.85 9.32 3700 210 943.2 6 2.08 10.65 2344 263 917.4

7 2.57 8.04 754 192 903.5

ตารางท ก12 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 80% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0.3

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 18.66 3532 163 886.3

2 0.46 15.21 5287 309 918.5 3 0.95 10.99 3127 287 881.4

4 1.40 7.31 8015 250 944.7

5 1.85 10.17 3415 207 922.1 6 2.08 11.24 1250 259 903.9

7 2.57 9.45 637 234 894.2

82

ตารางท ก13 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 22% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0.5

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 14.98 5634 198 967.9

2 0.46 11.52 7712 436 994.3 3 0.95 5.81 5701 407 961.3

4 1.40 3.02 16632 340 1068.5

5 1.85 5.26 7786 258 1049.8 6 2.08 7.38 4564 286 978.6

7 2.57 4.01 3346 140 951.4

ตารางท ก14 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 43% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0.5

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 15.94 5322 172 948.4

2 0.46 12.29 7156 386 983.3 3 0.95 6.92 5126 342 943.9

4 1.40 4.09 14137 294 1056.1

5 1.85 5.70 5219 231 1034.6 6 2.08 8.03 2932 268 950.9

7 2.57 7.38 1455 166 928.4

83

ตารางท ก15 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 56% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0.5

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 16.65 4651 166 930.2

2 0.46 13.36 6483 358 966.7 3 0.95 7.81 4411 310 922.8

4 1.40 4.98 12037 264 997.8

5 1.85 6.43 4463 212 974.2 6 2.08 8.64 2418 244 918.5

7 2.57 8.32 876 173 883.5

ตารางท ก16 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 79% และอตราสวนอากาศทตยภมตออากาศทงหมด(S/T) เทากบ 0.5

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 17.77 3599 157 918.6

2 0.46 13.97 5521 308 951.7 3 0.95 8.48 3236 272 905.4

4 1.40 5.64 8314 246 976.8

5 1.85 7.67 3524 200 953.2 6 2.08 10.76 1423 225 904.8

7 2.57 10.44 754 194 869.9

84

ตารางท ก17 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 22% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 0.8

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 3.32 13442 221 964.6

2 0.46 2.46 32286 349 977.6 3 0.95 2.01 56229 47 990.8

4 1.40 0.61 61250 10 936.4

5 1.85 1.70 53447 62 831.5 6 2.08 6.64 25504 237 720.4

7 2.57 6.24 8625 315 590.4

ตารางท ก18 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 42% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 0.8

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 4.00 9043 229 972.2 2 0.46 3.00 30900 395 980.6

3 0.95 2.50 52813 59 1006.7

4 1.40 1.00 58232 13 950.3 5 1.85 2.20 41640 76 843.1

6 2.08 7.56 20396 247 754.2 7 2.57 7.00 6700 337 613.6

85

ตารางท ก19 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 59% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 0.8

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 5.00 14719 342 986.5

2 0.46 4.11 19553 454 991.5 3 0.95 3.25 45801 77 1017.5

4 1.40 1.52 46344 32 965.6

5 1.85 3.39 33392 93 867.6 6 2.08 8.60 19555 278 767.5

7 2.57 8.01 6252 317 657.6

ตารางท ก20 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 78% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 0.8

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 6.45 6721 402 990.6

2 0.46 5.12 16884 526 995.6 3 0.95 4.04 39628 211 1034.5

4 1.40 2.27 42481 127 976.5

5 1.85 5.01 29654 155 885.6 6 2.08 9.10 16302 302 785.7

7 2.57 8.65 4927 356 685.9

86

ตารางท ก21 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 20% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 0.9

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 5.62 8826 249 972.9

2 0.46 4.21 22325 357 982.7 3 0.95 3.92 37854 62 994.8

4 1.40 2.54 40221 41 951.7

5 1.85 3.36 31260 94 887.6 6 2.08 7.06 22301 203 832.3

7 2.57 6.35 6522 318 750.4

ตารางท ก22 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 42% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 0.9

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 6.51 6522 297 983.7

2 0.46 5.34 18920 402 990.6 3 0.95 4.87 35206 101 1015.3

4 1.40 3.45 37112 65 972.8

5 1.85 3.98 25260 137 902.4 6 2.08 8.10 16021 232 854.5

7 2.57 7.21 3216 341 776.7

87

ตารางท ก23 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 60% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 0.9

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 7.89 8023 359 989.1

2 0.46 6.96 15362 491 995.3 3 0.95 6.03 28351 144 1025.5

4 1.40 4.65 33200 118 981.2

5 1.85 5.42 20241 221 922.4 6 2.08 8.97 14513 312 876.5

7 2.57 8.01 2836 364 802.3

ตารางท ก24 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 80% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 0.9

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 8.81 5247 428 992.8

2 0.46 7.84 13952 538 997.1 3 0.95 6.97 26584 223 1032.8

4 1.40 5.32 28862 162 990.6

5 1.85 6.32 16675 234 945.8 6 2.08 9.21 9880 348 904.7

7 2.57 8.70 2463 372 833.4

88

ตารางท ก25 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 21% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 1.0

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 9.62 5621.00 349.00 958.6

2 0.46 8.29 6625.00 654.00 946.3 3 0.95 5.63 7218.00 582.00 1012.6

4 1.40 3.55 8427.00 545.00 932.4

5 1.85 4.76 4921.00 485.00 887.8 6 2.08 10.34 4022.00 363.00 851.3

7 2.57 7.62 2063.00 272.00 798.7

ตารางท ก26 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 39% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 1.0

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 10.65 4332 340 974.9

2 0.46 9.32 5765 641 966.8 3 0.95 6.71 6258 557 1025.4

4 1.40 4.64 6819 536 940.3

5 1.85 5.84 4478 475 911.5 6 2.08 11.60 3752 354 876.2

7 2.57 8.04 3048 212 805.1

89

ตารางท ก27 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 58% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 1.0

ต าแหนง

Height above the

air distributor

(m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 11.21 4041 354 988.7 2 0.46 9.99 4890 630 999

3 0.95 7.19 5438 548 1052.5 4 1.40 5.75 6611 521 956.5

5 1.85 6.96 4264 428 940.7

6 2.08 12.45 3596 350 861.7 7 2.57 8.72 1312 280 826.8

ตารางท ก28 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 80% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 1.0

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 12.46 3725 386 998.7 2 0.46 11.39 4421 611 1018.0

3 0.95 7.96 4766 529 1073.0

4 1.40 6.22 5381 508 976.5 5 1.85 7.54 4008 419 958.6

6 2.08 13.36 2890 344 897.6 7 2.57 9.06 1084 296 854.0

90

ตารางท ก29 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 22% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 1.1

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 10.76 2551 498 908.7

2 0.46 10.50 3122 597 913.5 3 0.95 7.01 2810 588 987.1

4 1.40 3.48 3625 502 943.6

5 1.85 4.35 2015 452 912.7 6 2.08 6.06 1004 291 899.4

7 2.57 4.77 588 195 851.2

ตารางท ก30 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 43% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 1.1

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 11.79 2338 487 916.4

2 0.46 11.53 2838 582 920.6 3 0.95 8.04 2412 568 1005

4 1.40 4.51 3255 459 955.3

5 1.85 5.38 1488 417 926.9 6 2.08 7.09 632 277 914.6

7 2.57 5.80 449 220 876.6

91

ตารางท ก31 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 56% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 1.1

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 13.05 2202 457 933.2

2 0.46 12.26 2657 537 940.9 3 0.95 9.86 2056 510 1014.7

4 1.40 5.99 3158 432 965.4

5 1.85 6.36 1019 399 895.5 6 2.08 7.73 389 318 855.9

7 2.57 6.19 123 285 827.9

ตารางท ก32 อตราอากาศสวนเกน (EA) เทากบ 79% และสดสวนออกซเจนเผาไหมพอดในเบด เทากบ 1.1

ต าแหนง

Height above the air

distributor (m)

%O2 (ppm)

CO (ppm)

NO (ppm)

Temperature (˚C)

1 0.23 14.11 1964 427 943.5

2 0.46 13.45 2135 495 959.7 3 0.95 11.02 1847 466 1023.4

4 1.40 7.01 2344 408 978.9

5 1.85 7.75 742 375 961.2 6 2.08 8.63 203 339 935.8

7 2.57 7.14 94 331 891.6

92

รายการสญลกษณ สญลกษณ ความหมาย

s Swirl Number T อณหภม, c

bT อณหภมของเบด, c

V ปรมาตร, 3m Z ความสงในการวดทต าแหนงใดๆ, m A ปรมาณขเถาในเชอเพลง, %wt C ปรมาณคารบอนทอยในเชอเพลง, %wt N ปรมาณไนโตรเจนทอยในเชอเพลง, %wt O ปรมาณออกซเจนทอยในเชอเพลง, %wt H ปรมาณไฮโดรเจนทอยในเชอเพลงเชอเพลง, %wt S ปรมาณซลเฟอรทอยในเชอเพลง, %wt

W คาความชนภายในเชอเพลงชวมวล

%wt หนวยของเชอเพลงเปน%โดยน าหนก CO ความเขมขนของกาซคารบอนมอนอกไซด, ppm

xNO ความเขมขนของกาซไนตรกออกไซด, ppm CxHy ความเขมขนของสารประกอบไฮโดรคารบอน, ppm HCN สารประกอบไฮโดรไซยาไนด, ppm EA เปอรเซนตโดยปรมาตรของอากาศสวนเกน, %vol %vol FR อตราการปอนเชอเพลง, /kg hr LHV คาความรอนต ากวา, /kJ kg HHV คาความรอนทสงกวา, /kJ kg

aQ อตราการไหลเชงปรมาตรของอากาศทใชในการเผาไหม, 3 /m s

avgQ อตราการไหลเฉลย, 3 /m s

icq ความรอนสญเสยทเกดจากการเผาไหมทไมสมบรณ %LHV

ucq คาความรอนสญเสยเนองจากปรมาณคารบอนทเหลออยในขเถา %LHV

0V ปรมาตรในหนวย m3 ตอ 1 กโลกรม ของมวลเชอเพลง, 3 /m kg

avgV ความเรวลมเฉลย, /m s

dgV ปรมาตรจ าเพาะของทอทางออก, 3 /m kg

W ปรมาณความชนทอยในเชอเพลง, %wt . /S T อตราสวนอากาศเกนรองตออตราสวนอากาศรวม

bS อตราสวนอากาศพอดตอการเผาไหมในเบด

93

ตวก ากบลาง ความหมาย ic incomplete combustion uc unburned carbon

c ประสทธภาพการเผาไหม %LHV อตราสวนอากาศสวนเกน

ประวตผเขยน

ประวตผเขยน

ชอ-สกล ธนานนท ศรส าราญ วน เดอน ป เกด 26 พฤษภาคม 2534 สถานทเกด โรงพยาบาลศนยนครปฐม วฒการศกษา วศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวศวกรรมเครองกล มหาวทยาลยศลปากร ทอยปจจบน 128 หม3 ต.สามความเผอก อ.เมอง จ.นครปฐม 73000