WASTE HEAT RECOVERY GUIDE - EnConLab · 4.1.7 อุตสาหกรรมเซรามิก 4-10 4.1.8 อุตสาหกรรมสิ่งทอ 4-11 4.1.9 อุตสาหกรรมน้

WASTE HEAT RECOVERY GUIDE

กลมวจยเพอการอนรกษพลงงาน

มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร

โดยการสนบสนนของส านกงานกองทนสนบสนนการวจย

และการไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย

คมอการน าความรอนทงกลบมาใช

เทคโนโลยและแนวทางการน ากลบมาใช เกณฑทเหมาะสมในแตละอตสาหกรรม

สารบญ

สารบญ

หนาท

บทท 1 บทน า 1-1

บทท 2 การศกษาการน าความรอนทงกลบมาใช 2-1 2.1 นยาม 2-1 2.2 การน าความรอนทงกลบมาใช 2-1 2.2.1 ปรมาณความรอนทง (Heat Quantity) 2-2 2.2.2 คณภาพ/ระดบอณหภมของความรอนทง

(Heat Temperature/Quality) 2-2 2.2.3 พนทแลกเปลยนความรอนทตองการ (Heat Exchanger Area Requirements) 2-3 2.2.4 ประสทธภาพกรผลตไฟฟาสงสด ตามหลกประสทธภาพของ Carnot Efficiency 2-4 2.2.5 การเลอกอณหภมและวสดทใช 2-5 2.2.6 องคประกอบ (Composition) ของความรอนทง 2-8 2.2.7 อณหภมต าสดทยอมรบได (Minimum Allowable Temperature) 2-8 2.2.8 ขนาดทคมคาทางเศรษฐศาสตร การเขาถงเทคโนโลยและปจจยอนๆ (Economic of Scale, Accessibility and Other Factor) 2-9

2.3 เทคโนโลยการน าความรอนทงกลบมาใช 2-10 2.3.1 เทคโนโลยทลดความรอนทง 2-10 2.3.2 อปกรณแลกเปลยนความรอน 2-13 2.3.3 การอนชนงาน (Load Preheating) 2-25 2.3.4 การน าความรอนทงอณหภมต ากลบมาใช

(Low temperature Heat Exchange) 2-27 2.3.5 การผลตไฟฟา (Power generation) 2-37 2.3.6 การน าความรอนทงใชในการปรบอากาศ (Waste heat Recovery for Air Conditioning) 2-47

สารบญ

สารบญ

หนาท

บทท 3 การน าความรอนกลบมาใชในอตสาหกรรมตางประเทศ 3-1 3.1 อตสาหกรรมซเมนต (Cement Manufacturing) 3-1 3.2 อตสาหกรรมแกวและกระจก (Glass Manufacturing) 3-4 3.3 อตสาหกรรมเหลกและโลหะ (Iron and Steel Manufacturing) 3-6 3.3.1 เตาเผาทใชผลตเหลกกลา (Integrated Steel Mills) 3-8 3.3.2 เตาเผาแบบอารคไฟฟา (Electric Arc Furnaces) 3-13 3.3.3 ความรอนทงจากผลตภณฑของแขง

(Waste Heat from Solid Streams) 3-15 3.4 อตสาหกรรมการหลอโลหะ (Metal Casting) 3-17 3.4.1 การหลออะลมเนยม 3-18 3.4.2 การหลอเหลก 3-19 3.5 อตสาหกรรมอาหาร 3-20 3.5.1 แหลงความรอนในอตสาหกรรมอาหารและเครองดม 3-20 3.5.2 ศกยภาพการใชความรอนทง 3-23 3.5.3 เทคโนโลยระบบความรอนทง 3-24

บทท 4 แหลงความรอนในภาคอตสาหกรรมและธรกจของไทย 4-1 4.1 แหลงความรอนทงในภาคอตสาหกรรมและธรกจ 4-1

4.1.1 อตสาหกรรมหลอโลหะ 4-2 4.1.2 อตสาหกรรมเหลก 4-3 4.1.3 อตสาหกรรมผลตไฟฟา 4-5 4.1.4 อตสาหกรรมปโตรเคม 4-6 4.1.5 อตสาหกรรมปนซเมนต 4-8 4.1.6 อตสาหกรรมแกวและกระจก 4-9 4.1.7 อตสาหกรรมเซรามก 4-10 4.1.8 อตสาหกรรมสงทอ 4-11 4.1.9 อตสาหกรรมน าตาล 4-12 4.1.10 อตสาหกรรมอาหาร 4-13 4.1.11 อตสาหกรรมกระดาษ 4-14 4.1.12 อาคารธรกจ 4-16

4.2 มาตรการน าความรอนทงทด าเนนการในประเทศไทย 4-17

สารบญ

สารบญ

หนาท

บทท 5 การวเคราะหความคมคาของมาตรการความรอนทง 5-1

5.1 มาตรการตดตงเครองอนอากาศดวยกาซไอเสย 5-3 5.2 มาตรการตดตงเครองอนน าปอนหมอไอน า (ECONOMIZER) 5-8

5.3 มาตรการตดตงเครองแลกเปลยนความรอนจากน ารอนกบน า 5-12 5.4 มาตรการการตดตงเครองแลกเปลยนความรอนอากาศรอนทงใหกบน า 5-18 5.5 มาตรการตดตงอปกรณแลกเปลยนความรอนอากาศรอนทง ใหกบอากาศเขากระบวนการผลต 5-22 5.6 มาตรการน าความรอนทงจากน าระบายกลบมาใช 5-26 5.7 มาตรการตดตงปมความรอน 5-29 5.8 มาตรการผลตไฟฟาจากความรอนทงดวยวฏจกร 5-30 5.9 มาตรการตดตง Heat Wheel 5-35

บทท 6 ความพรอมของเทคโนโลย 6-1

6.1 Heat Exchanger 6-1 6.2 Heat Pump 6-3 6.3 Organic Rankine Cycle (ORC) 6-5

6.4 ระบบหวเผาไหม (Burner) 6-6

บทท 7 เกณฑทเหมาะสมในอตสาหกรรมแตละประเภท 7-1

คมอการน าความรอนทงกลบมาใช โครงการศกษาศกยภาพและแนวทางการสงเสรมการน าความรอนทงกลบมาใชในภาคธรกจและอตสาหกรรมในประเทศไทย

กลมวจย EnConLab มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร 1-1

หากทานตองการขอมลเพมเตม หรอขอเสนอแนะกรณาตดตอ : โครงการศกษาศกยภาพและแนวทางการสงเสรมการน าความรอนทงกลบมาใชในภาคธรกจและอตสาหกรรมในประเทศไทย โทร. 0 2470 8616, 0 2470 8666, 0 2470 8615

บทท 1

บทน า

ในอตสาหกรรมหลายประเภทในประเทศไทย มความรอนทงอยในปรมาณสงและยงไมมการน ามาใชใหเกดประโยชน ซงอาจเนองจากสถานประกอบการไมทราบขอมลเทคโนโลยใหมๆ ทน าความรอนทงกลบมาใชได หรอไมสามารถประเมนความคมคาได ท าใหสญเสยพลงงานทมคาเหลานไป

โครงการศกษาศกยภาพและแนวทางการสงเสรมการน าความรอนทงกลบมาใชในภาคธรกจและอตสาหกรรมในประเทศไทยน มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบรไดรบการสนบสนนจาก ส านกงานกองทนสนบสนนการวจย (สกว.) และการไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย ซงมการศกษามาตรการน าความรอนทงกลบมาใชในตางประเทศและเขาส ารวจขอมลโรงงานในประเทศไทย โครงการไดจดท าคมอนขนมาเพอเผยแพรความรเกยวกบเทคโนโลยการน าความรอนทงกลบมาใช แนวทางการวเคราะหผลประหยดพลงงาน ตลอดจนความคมคาของการปรบปรง และเกณฑอณหภมความรอนทงทเหมาะสม

เนอหาคมอประกอบดวย

- เทคโนโลยการน าความรอนทงกลบมาใชทมในปจจบน (บทท 2) - ศกยภาพการน าความรอนทงกลบมาใชในอตสาหกรรมตางประเทศ (บทท 3) และของ

ประเทศไทย ตวอยางโรงานอตสาหกรรมทด าเนนการแลว จากเอกสารเผยแพรของ กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน (พพ.) (บทท 4) ความคมคาของการปรบปรง (บทท 5)

- หลกเกณฑเบองตนในการพจารณาน าความรอนทงกลบมาใช (บทท 7)

คณะผวจยเชอวา คมอจะมประโยชนกบผสนใจและใหขอมลเบองตนส าหรบการตดสนใจ เพอปรบปรงน าความรอนทงกลบมาใชได



บทท 2

การศกษาการน าความรอนทงกลบมาใช

2.1 นยาม

ความรอนทง หรอ Waste heat ในทนหมายถง พลงงานทไหลออกไปพรอมกบกระแสของอากาศ กาซไอเสย ของเหลว ทออกไปจากขอบเขตของอาคารหรอโรงงาน สสงแวดลอม ซงพลงงานเหลานนในทสดไมไดถกน ามาใชประโยชน ตวอยางของความรอนทงดงกลาว ไดแก

- กาซไอเสยจากอปกรณทมการเผาไหม เชน อตสาหกรรม หมอไอน า - กาซหรอลมรอนจากกระบวนการผลต - น าระบายความรอน - ความรอนจากผวรอนของเครองจกร หรอผลตภณฑ แลวถายเทใหกบอากาศ โดยการเผาหรอ

แผรงส ความรอนทงมกแบงตามชวงอณหภมซงจะแสดงถงศกยภาพในการน าไปใชงาน มาตรฐานในการ

แบงชวงอณหภมความรอนทงคอนขางใกลเคยงกน ในการศกษานจะใชหนวยอณหภมตาม SI ดงน

- ความรอนทงอณหภมต า ชวงอณหภม ต ากวา 250°C - ความรอนทงอณหภมปานกลาง ชวงอณหภม ตงแต 250 ถง 500°C - ความรอนทงอณหภมสง ชวงอณหภม เกนกวา 500°C

ขณะเดยวกนการน าความรอนทงมาใช จ าเปนตองมแหลงรบความรอนหรอ Heat sink ซงไดแก กระบวนการทมการท าความรอนทโรงงานตองใช เชน การผลตน ารอน การผลตอากาศรอน การใหความรอนชนงาน ในทนจะแบงแหลงใชความรอนออกเปน 3 ชวงไดแก

- แหลงรบความรอนทงอณหภมต า ตองการอณหภม ต ากวา 150°C

- แหลงรบความรอนทงอณหภมปานกลาง ตองการอณหภม ในชวง 150 ถง 250°C - แหลงรบความรอนทงอณหภมสง ตองการอณหภมทเกน 500°C

2.2 การน าความรอนทงกลบมาใช [1]

ในการประเมนความเปนไปไดในการน าความรอนทงกลบมาใช จะตองพจารณาตวแปรปจจย ท เปนลกษณะเฉพาะของแหลงความรอนทงและแหลงรบความรอนทความรอนจะถกถายเท โดยปจจยส าคญๆ ทมผลตอความเปนไปไดในการน าความรอนทงกลบมาใช มดงน

ปรมาณความรอนทง (Heat quantity) คณภาพ/ระดบอณหภมของความรอนทง (Heat temperature/Quality) องคประกอบ (Composition) ของความรอนทง อณหภมขนต าสดทยอมรบได และ



ชวโมงการท างาน (Operating Schedule) ความพรอม (availability) และระบบการขนสงจายความรอน (Logistics)

ปจจยตางๆ นใชการวเคราะหหาปรมาณและคณภาพของความรอนทง และใชในการวเคราะหความเหมาะสมเปนไปไดของวสดทน ามาใช และขอจ ากดในการออกแบบ ตวอยางเชน การกดกรอนของสารตวอยางในการถายเทความรอน เปนสงทควรน ามาพจารณาประกอบในการน าความรอนทงกลบมา ใชงาน แมวาความรอนทงนนจะมปรมาณและคณภาพทยอมรบได โดยหลกในการพจารณาปจจยทมผลตอความเปนไปไดในการน าความรอนทงกลบมาใชประโยชน ดงน

2.2.1 ปรมาณความรอนทง (Heat Quantity)

เปนการวดปรมาณของพลงงานในความรอนทง ทสามารถน ามาใชประโยชนได โดยปรมาณ ความรอนทง จะขนอยกบทงอณหภมและอตราการไหลเชงมวลของแหลงความรอนทง ดงสมการ

E = m h(t)

เมอ E เปนพลงงานความรอนทงทสญเสย ในหนวย MJ/ชม.

m เปนอตราการไหลเชงมวลของแหลงความรอนทง ในหนวย kg/ชม.

h(t) เปนคาเอนทลปจ าเพาะของความรอนทง ในหนวย MJ/kg ซงจะมคาขนอยกบระดบอณหภม

2.2.2 คณภาพ/ระดบอณหภมของความรอนทง (Heat temperature/Quality)

อณหภมของความรอนทง เปนปจจยทส าคญตอความเปนไปไดในการน าความรอนทงกลบมาใชประโยชนอณหภมของความรอนทง สามารถมไดหลากหลายระดบ เชน น าระบายความรอนมไดตงแตชวงอณหภมประมาณ 40-90oC หรออณหภมเตาหลอมแกว มอณหภมทสงกวา 1,320oC เพอทจะพจารณาหาศกยภาพทเปนไปไดของความรอนทง จ าเปนทจะตองมอณหภมของแหลงความรอนทง (Heat source) ทสงกวาอณหภมทตองการของแหลงรบความรอนทง (Heat sink) นนไปใชงาน นอกจากนน ปจจยส าคญทควรตองพจารณาดวย คอ ความแตกตางของระดบอณหภมระหวางแหลงให (Heat Source) และ แหลงรบ (Heat Sink) หรอทเรยกวา ระดบคณภาพ “Quality” ของความรอนทง โดยทความแตกตางของอณหภมแหลงใหและแหลงรบจะมผลตอ

1 อตราความรอนทถายเทตอหนวยพนทแลกเปลยนความรอน

2 ประสทธภาพสงสดเชงทฤษฏของการถายเท/เปลยนรปของพลงงานความรอนจากแหลงใหไปสแหลงรบ (เชน การเปลยนรปพลงงานเชงกล หรอการเปลยนรปพลงงานเชงไฟฟา) และ

3 ชวงของอณหภมทแตกตางกนมผลตอการเลอกวสดและการออกแบบอปกรณน าความรอนทงกลบมาใชประโยชน

ทงน ในการศกษานไดแบงชวงโอกาสของศกยภาพการน าความรอนทงกลบมาใชออกเปน 3 ชวง ตามชวงของอณหภม ออกเปน ระดบต า ระดบปานกลาง และระดบสง



โดยตารางท 2-1 ไดแสดงตวอยางของแหลงความรอนทงทอณหภมในชวงระดบต า-ปานกลาง-สง ตลอดจนรปแบบการน าไปใชประโยชน เทคโนโลยทน าไปใช และปญหาอปสรรค

2.2.3 พนทแลกเปลยนความรอนทตองการ (Heat Exchanger Area Requirements)

อณหภมของความรอนทง เปนปจจยมผลตออตราการถายเทความรอนระหวางแหลงใหความรอนและแหลงรบความรอน ซงมผลตอศกยภาพความเปนไปไดในการน าเทคโนโลยไปใชงาน สมการการถายเทความรอนสามารถแสดงไดดงสมการ

Q = UA T

เมอ Q เปนอตราการถายเทความรอน ในหนวย วตต (W) หรอ Btu/วนาท

U เปนสมประสทธการถายเทความรอน (Heat transfer coefficient) ในหนวย W/m2.K A เปนพนทผวทใชในการแลกเปลยนความรอน ในหนวยตารางเมตร (m2) T เปนความแตกตางของอณหภมระหวางแหลงใหความรอน (สายรอน) และแหลงรบ (สายเยน) ทงน จากสมการ จะเหนวาปรมาณความรอนทถายเทเปนฟงกชนทขนอยกบคาสมประสทธ การถายเทความรอนของวสด (U) พนทผวทใชในการแลกเปลยนความรอน (A) และคา T ความแตกตางของอณหภมระหวางแหลงใหความรอน (สายรอน) และแหลงรบ (สายเยน) ดงนน หากคาความแตกตางของอณหภมทงสองสายมคานอยๆ ยอมตองการพนทผวในการแลกเปลยนถายเทความรอนในปรมาณทมากขน ดงแสดงไดดงกราฟรปท 2-1

รปท 2-1 แสดงอทธพลของความแตกตางของอณหภมของแหลงใหและแหลงรบความรอนทมผลตอพนท

ผวทตองการในการแลกเปลยนความรอน



2.2.4 ประสทธภาพการผลตไฟฟาสงสด ตามหลกประสทธภาพของ Carnot Efficiency

แหลงใหความรอนทระดบอณหภมแตกตางกน จะมขอจ ากดในเชงประสทธภาพทางทฤษฏในการผลตไฟฟาทแตกตางกน โดยประสทธภาพสงสดทางทฤษฏทระดบอณหภมตางๆ ดงแสดงไดดงสมการประสทธภาพ Carnot Efficiency ซงแสดงถงประสทธภาพสงสดทเปนไปไดของเครองยนตทระดบอณหภมตางๆ ประสทธภาพ Carnot จะเพมขนเมออณหภมสงขน และจะตกลงอยางเหนไดชดส าหรบชวงอณหภมต าๆ ดงแสดงในรปท 2-2

= 1-TL

TH

เมอ TH เปนอณหภมของแหลงใหความรอนทง

TL เปนอณหภมของแหลงรบความรอน

เนองจากอณหภมของความรอนทงมผลกระทบตอความเปนไปไดในการน าความรอนทงกลบมาใช จงจ าเปนตองมการประเมนโอกาสของศกยภาพความรอนทงโดยการพจารณาทงจากปรมาณความรอนทงและคณภาพของความรอนทงดวย ในการวเคราะหศกยภาพทระดบอณหภมตางๆ จะหาในเช งศกยภาพของงานทท า (work potential) ซงจะแสดงงานสงสดทสามารถดงออกมาไดจากความรอนทงทม ดงสมการ

WP = E = (1-To

TH) E

เมอ E เปนความรอนทงทสญเสยไปในบรรยากาศ

เปนประสทธภาพ Carnot Efficiency

TH เปนอณหภมของแหลงใหความรอนทง

To เปนอณหภมของบรรยากาศ ท 25oC



รปท 2-2 แสดงความแตกตางของประสทธภาพการผลตไฟฟา Carnot Efficiency ทขนอยกบ

อณหภมตางๆ

2.2.5 การเลอกอณหภมและวสดทใช

อณหภมของความรอนทงมผลตอการเลอกใชวสดของอปกรณแลกเปลยนความรอนและระบบ น าความรอนกลบ ปฏกรยาเคมทกอใหเกดการกดกรอนและการเกดออกซเดชน จะเกดขนเรวขนเมออณหภมเพมขน ถาแหลงความรอนทงประกอบไปดวยสารทมการกดกรอน พนทผวแลกเปลยนความรอนของวสดจะเกดความเสยหายไดอยางรวดเรว นอกจากน เหลกหลอ (Carbon steel) จะเกดการออกซไดซทอณหภมสงกวา 425oC ส าหรบแสตนเลส จะเกดทอณหภมสงกวา 650oC ดงนน ควรใชวสดเปนวสดพเศษจ าพวกอลลอยด หรอโลหะอลลอยดประกอบผสมส าหรบการใชงานทอณหภมสงๆ โดยปกตวสดจ าพวกโลหะมกจะไมใชงานทระดบอณหภมสงกวา 871oC ทางเลอกอนๆ รวมถงการผสมอากาศเจอจางเขาไปในกาซไอเสย เพอลดอณหภมไอเสย หรอการใชวสดเซรามคทสามารถทนทานตออณหภมสงไดดกวา ส าหรบในกรณการผสมอากาศเจอจางเขาไปในไอเสย ปรมาณของความรอนจากแหลงความรอนทงจะไมเปลยนแปลงแตคณภาพของความรอนทงทไดจะลดลง อนเนองจากอณหภมความรอนทงทลดลง



ตารางท 2-1 แสดงประเภทของแหลงความรอนทงแยกตามระดบอณหภมและโอกาสในการน าความรอนทงกลบมาใช

ชวงอณหภม

ตวอยางแหลงความรอนทง อณหภม (oC) ขอด / ประโยชน ขอเสย / อปสรรค วธการน าความรอนทงกลบ/

เทคโนโลย

ระดบสง อณหภม >1,200oF [>650oC]

เตาหลอมบรสทธนกเกล 1,370-1,650 ความรอนทงคณภาพสงสามารถน าไปใชกบแหลงรบปลายทางไดหลากหลายการใชงานในหลายชวงอณหภม

อณหภมสงท าใหเกดความเครยดจากอณหภมความรอน (Thermal Stress) ในวสดของอปกรณแลกเปลยนความรอน

อนอากาศทใชในการเผาไหม เตาหลอมเหลกแบบเตาอารคไฟฟา

1,370-1,650

เตาหลอมแบบเบสคออกซเจน 1,200 ผลตไอน าส าหรบใชในกระบวนการท าความรอนส าหรบงานกลหรอไฟฟา เตา reverberatory อลมเนยม 1,100-1,200

เตาหลอมบรสทธทองแดง 760-820 เตาเผาอนใหความรอนเหลกกลา

930-1,040

เตา reverberatory ทองแดง 900-1,090 มการผลตไฟฟาทมประสทธภาพสงได

เพมการเกดปฏกรยาเคมในการเกดการกดกรอน

การอนชนงานกอนเขาเตาเผา โรงงานไฮโดรเจน 650-980 เตาเผาขยะแบบมควน 650-1,430 ใชถายเทความรอนไปยงกระบวนการท

ใชอณหภมปานกลาง-ต า เตาหลอมแกว 1,300-1,540 มอตราการถายเทความรอนสงตอหนวยพนท

เตาเผาถานโคก (Coke Oven) 650-1,000 เตาหลอมเหลกแบบควโพลา 820-980

ปานกลาง 450-1200oF [230-650oC]

กาซไอเสยหมอไอน า 230-480 มความเขากนไดงายกบวสดทใชท าอปกรณแลกเปลยนความรอน

อนอากาศทใชในการเผาไหม ไอเสยจากกงหนกาซ 370-540 การผลตไฟฟาจากไอน า ไอเสยจากเครองยนตลกสบ 320-590 การผลตไฟฟาจากระบบ ORC



ชวงอณหภม

ตวอยางแหลงความรอนทง อณหภม (oC) ขอด / ประโยชน ขอเสย / อปสรรค วธการน าความรอนทงกลบ/

เทคโนโลย

ระดบต า อณหภม <450oF [<230oC]

ไอเสยทออกจากระบบน ากลบในหมอไอน าแบบเผาไหมดวยกาซของเตาเผาเอทธลน

70-230 ความรอนทงอณหภมต ามปรมาณมาก ทมในกระบวนการตางๆ ทมหลากหลาย

มการใชงานทตองการความรอนอณหภมต านอย

การใหความรอนแกพนทใชงาน

คอนเดนเสทของกระบวนการใชไอน า

50-90 ประสทธภาพของการผลตไฟฟาต า

การท าน ารอนใชใน

น าระบายความรอนจาก กระบวนการ Furnace door ประตเตาเผา 30-50 ส าหรบกาซไอเสยจากการ

เผาไหม ความรอนทงทน ากลบมอณหภมต า ในทางปฏบตเกดการกลนตวเปนสภาพกรดทท าให

การเพมระดบ upgrading ความรอนทงดวยการใชฮตปม เพอเพมอณหภมใหเหมาะสมกบการใชงานของแหลงรบ

Annealing furnace เตาอบ 70-230 เครองอดอากาศ 30-50 เครองยนตสนดาปภายใน

70-120

คอนเดนเซอรระบบปรบอากาศและท าความเยน เตา Drying, baking and curing oven ของแขง/ของเหลวจากกระบวนการผลต

30-40

90-230 30-230

เกดการกดกรอนอปกรณ

แลกเปลยนความรอน

Organic Rankine Cycle



2.2.6 องคประกอบ (Composition) ของความรอนทง

องคประกอบและสถานะของแหลงความรอนทง จะมผลตอคาการน าความรอนและพกดความจของความรอน ซงจะมอทธพลตอประสทธภาพของชดแลกเปลยนความรอน และจะสงผลตอการออกแบบชดแลกเปลยนความรอน ขอจ ากดในการเลอกใชวสด และตนทนคาใชจาย

ทงน อตราการถายเทความรอนในเครองแลกเปลยนความรอน จะขนอยกบองคประกอบและสถานะของแหลงความรอนทง และมอทธพลตอการสะสมของตะกรนในชดแลกเปลยนความรอน ของไหลทหนาแนนสงจะมคาสมประสทธการถายเทความรอนสง ซงจะท าใหไดอตราการถายเทความรอนทสงกวาตอหนวยพนท ทระดบอณหภมอางอง ตวอยางดงแสดงในตารางท 2-2

ตารางท 2-2 ตวอยางชวงของคาสมประสทธการถายเทความรอน

ส าหรบการถายเทความรอนสมผส (Sensible Heat) ในอปกรณแลกเปลยนความรอนแบบทอ

สภาวะของของไหล คาสมประสทธการถายเทความรอน( W/(m2.oK) )

น า ในสถานะของเหลว 5 x 103 ถง 1 x 104

สารอนทรยเจอจาง ในสถานะของเหลว 1.5 x 103 ถง 2 x 104

กาซ ทความดน 1,000 kPa 2.5 x 103 ถง 4 x 104

กาซ ทความดน 100-200 kPa 8 x 103 ถง 1.2 x 104

ปจจยอนทใชในการพจารณา คอการท าปฏกรยาระหวางกนของสารเคมในสายของแหลงความรอนทงและวสดทใชชดแลกเปลยนความรอน การเกดตะกรนเปนปญหาทพบไดทวไปในอปกรณแลกเปลยนความรอน และเปนสงทจะลดประสทธภาพการแลกเปลยนความรอนและเปนสาเหตทท าใหระบบลมเหลว การสะสมของตะกรนทเกาะพนทผวแลกเปลยนความรอนจะลดอตราการถายเท ความรอน และขดขวางการไหลของสารท างาน รวมถงท าใหประสทธภาพของชดแลกเปลยนความรอนเสอมดวยหากไมมการใชงานนานๆ วธการทใชในการแกปญหาตะกรนสามารถท าไดหลากหลาย ตงแตการกรองแยกเอาสารปนเปอน การสรางอปกรณชดแลกเปลยนความรอนดวยวสดพเศษ การเพมพนทผวในการแลกเปลยนความรอน และการออกแบบใหชดแลกเปลยนความรอนงายตอการเขาถงและท าความสะอาด แมกระนน ปญหาของตะกรนกยงเปนปญหาททาทายตอเทคโนโลยดานความรอน ยงเปนปญหาทยงไมสามารถแกไขไดหมด การวจยสวนใหญจะเปนการพฒนาระบบวธการท าความสะอาดใหสะดวกงาย มากกวาวธการทจะปองกนการเกดตะกรน

2.2.7 อณหภมต าสดทยอมรบได (Minimum Allowable Temperature)

อณหภมต าสดทยอมรบไดส าหรบแหลงความรอนทง มกจะมความสมพนธกบปญหาการกดกรอนของวสดทใชท าอปกรณแลกเปลยนความรอน การเผาไหมซงขนอยกบเชอเพลงทใช จะมสวนสมพนธกบองคประกอบทมอยในกาซไอเสย มผลตอความเขมขนของกาซคารบอนไดออกไซด ไอน า กาซไนโตรเจนออกไซด (NOx) กาซซลเฟอรออกไซด (SOx) สารอนทรยทไมออกซไดซ และแรธาตตางๆ ถากาซไอเสยถก



ท าใหเยนลงต ากวาอณหภมจดน าคาง ไอน าในกาซไอเสยจะกลนตวและเกดเปนสารกดกรอนบนพนทผวแลกเปลยนความรอน ส าหรบอปกรณแลกเปลยนความรอนทถกออกแบบจากวสดราคาถก จะงายตอการเกดความเสยหายอนเกดจากการเปลยนแปลงอณหภม ดงนน โดยทวไปอปกรณแลกเปลยนความรอนจะถกออกแบบใหรกษาอณหภมกาซไอเสยทปลอยออกทระดบอณหภมสงกวาจดน าคาง อณหภมต าสดทยอมรบไดส าหรบการปองกนการกดกรอนขนอยกบองคประกอบของเชอเพลง ตวอยางเชน กาซไอเสยจากเชอเพลงกาซธรรมชาต อาจจะถกท าใหเยนตวลงทอณหภมต าประมาณ 120oC ได ในขณะทกาซไอเสยจากการเผาไหมเชอเพลงถานหนหรอน ามนปโตรเลยม ซงมปรมาณซลเฟอรเปนองคประกอบทมากกวา อาจจะถกจ ากดอยทอณหภมประมาณ 150oC ถง ประมาณ 175oC ทงน อณหภมต าสดอาจจะถกจ ากดดวยเงอนไขของกระบวนการผลตทเกยวของกบสารเคมทมอยในกาซไอเสย ตวอยางเชน สารซลเฟต ในกาซไอเสยจากเตาหลอมของกระบวนการหลอมแกว จะเกดการสะสมทพนผวแลกเปลยนความรอนไดทอณหภมต ากวาประมาณ 270oC

วธการทมกพบใชงานทวไปในการปองกนการกดกรอนขององคประกอบสารเคม คอการออกแบบใหชดแลกเปลยนความรอนมอณหภมทปลอยออกทเหนอกวาอณหภมจดน าคาง อยางไรกตาม มบางกรณทชดอปกรณแลกเปลยนความรอนมการใชวสดอลลอยดและสารประกอบพเศษ เพอน าความรอนทงทอณหภมต ากลบมาใชงาน ระบบแบบน พบมการใชงานในเชงพาณชยไมมากนก เนองจากเงนลงทนราคาวสดทสง ตองการพนทผวในการแลกเปลยนความรอนทมาก และขาดซงจดใชงานปลายทาง End-Use ทจะน าความรอนทงอณหภมต าทไดน ากลบไปใชงาน

2.2.8 ขนาดทคมคาทางเศรษฐศาสตร การเขาถงเทคโนโลย และปจจยอนๆ (Economic of Scale, Accessibility and Other Factor)

ปจจยอนๆ ทสามารถน ามาพจารณาความเปนไปไดในการน าความรอนทงกลบมาใช ตวอยางเชน โรงงานหรอกระบวนการผลตทมขนาดเลก มกมแนวโนมทไมลงทนตดตงอปกรณน าความรอนทงกลบ เนองจากอาจไมมความพรอมเรองเงนลงทนทเพยงพอ และเพราะตองใชระยะเวลาคนทนทยาวนาน นอกจากน ชวโมงการใชงาน กควรเปนสงทตองค านงถง ถาแหลงความรอนทงมความเปนไปไดทจะมขอจ ากดดานเวลาในแตละวน อปกรณแลกเปลยนความรอนอาจจะมชวงอณหภมทสงมากและต ามากได ในกรณน จะตองมนใจวาวสดทใชท าอปกรณแลกเปลยนความรอน จะสามารถทนทานตอวงจรการเปลยนแปลงอณหภมทแตกตางนได นอกจากน สงส าคญคอ ชวโมงการท างานของแหลงใหความรอนทง จะตองมความสอดคลองกบชวงเวลาของความตองการโหลดของแหลงรบความรอน ปจจยอนทควรพจารณาคอ ความงายตอการเขาถงของแหลงใหความรอน ขอจ ากดดานการจดวางอปกรณในโรงงานมผลตอความยากงายในการเขาถงแหลงใหความรอนทง หรอขอจ ากดในการขนสงความรอน โดยทวไป แหลงความรอนทงทเปนของเหลวในกระบวนการผลตในอตสาหกรรมมกพบวามการน ากลบมาใช เนองจากเพราะงายตอการขนสง ระบบทองายตอการดงเอาพลงงานออกมาและงายตอการขนสงผานทอไปยงอปกรณแลกเปลยนความรอน ในทางกลบกน แหลงความรอนทงทเปนของแขง เชน เศษกอนขโลหะ (ingot) เศษโลหะจากการหลอ หรอเศษปนเมด แมวาจะมปรมาณพลงงานทมากเพยงพอทจะน ากลบมาใช แตพลงงานเหลานนไมสามารถเขาถงและน ากลบหรอขนสงมายงอปกรณแลกเปลยนความรอนไดงาย ผลคอ การน าความรอนทงกลบส าหรบแหลงความรอนทงทเปนของแขง ยงไมเปนทนยมปฏบตกนอยางแพรหลาย



2.3 เทคโนโลยการน าความรอนทงกลบมาใช

ในการศกษานไดแบงเทคโนโลยการน าความรอนทงกลบมาใชใน 6 กลม ไดแก

1. เทคโนโลยลดความรอน 2. อปกรณแลกเปลยนความรอนหรอสะสมความรอน (Heat Exchanger or Storage) 3. การอนชนงาน (Load Preheating) 4. การใชความรอนทงอณหภมต า (Low temperature Waste heat) 5. การผลตไฟฟา (Power generation) 6. การใชความรอนทงในการปรบอากาศ (Waste heat for Air con)

รปท 2-3 กลมเทคโนโลยในการน าความรอนทงกลบมาใช

2.3.1 เทคโนโลยทลดความรอนทง

หลกการท างาน

ความรอนทงทเกดขน ถาจ าแนกเปนกลมใหญๆ จะได 2 กลม คอ กลมทเปนไอเสยจากการ เผาไหม ความรอนทงทไปกบไอเสยขนกบปรมาณกาซไอเสย และอณหภมไอเสยทปลอยทง เทคโนโลยในกลมนไดแก การปรบปรงหวเผาไหมใหมกาซไอเสยลดลง อณหภมต า หรอปรบปรงกระบวนการใชใหอณหภมต าลง ความรอนทงกจะลดลงอยางมาก เทคโนโลยทนาสนใจ ไดแก การใชหวเผา Oxy Burner เปนตน ความรอนทงอกกลม คอ ความรอนทงจากกระบวนการ ซงหากสามารถปรบเปลยนกระบวนการใหไมตองใชความรอน หรอ อณหภมใชงานลดลง ความรอนสญเสยจากกระบวนการผลตจะลดลง ตวอยางของเทคโนโลยการลดความรอนทง ไดแก

Waste heat Recovery technology

Waste heat Reduction

Load Preheating

Low temp waste heat

Power generation

Heat exchanger

Waste heat For A/C



1. การใชหวเผาแบบ Oxy-fuel [2]

หลกการของการเผาไหมแบบใชออกซเจนท งหมด หรอเพมสดสวนออกซเจนขนแทนทจะใชอากาศปกต เนองจากไนโตรเจนซงเปนองคประกอบในอากาศถงรอยละ 70 ปกตจะเปนภาระในการท าความรอน และท าใหอณหภมเปลวจากการเผาไหมลดลง และใชเชอเพลงมากขน

รปท 2-4 หวเผาแบบ Oxy fuel Burnner [3]

ในระยะแรกหวเผาแบบ Oxy-fuel แพรหลายในงานเชอมประสาน งานตด แตปจจบนม การพฒนาส าหรบหวเผาทใชในอตสาหกรรม โรงไฟฟา และแพรหลายในอตสาหกรรมโลหะ อตสาหกรรมหลอมแกวและกระจก ในอตสาหกรรมแกวและกระจกมการใชงานหวเผาแบบ Oxy-burner ตงแตป ค.ศ.1990 เนองจากเตาหลอมกระจกใชอณหภมสงถง 16°C ซงการจะท าอณหภมเปลวใหถงอณหภมดงกลาว ตองมลมเขาเผาไหมอณหภมสง โดยการใชอฐ Regenerative เกบความรอนจากไอเสยและปลอยใหอากาศเขาเผาไหม ซงหวเผา Oxy-fuel สามารถท าอณหภมดงกลาวไดโดยไมตองใชรเจนเนอรเรเตอร

ขอดของหวเผา Oxy-fuel

o กาซไอเสยลดลงทงปรมาณและมวลถงรอยละ 75 o ความรอนทงในกาซไอเสยลดลง o อปกรณบ าบดกาซไอเสยลดขนาดลง o กาซไอเสยจากการเผาไหมสามารถน ากลบมาใชใหม โดยใชพาเชอเพลงเขาหองเผาไหม ซงจะลด

ความรอนสญเสย o สารมลพษในกาซไอเสยจะก าจดงายเนองจากความเขมขนจะสง o ลดการเกด No𝑥 เนองจากไนโตรเจน มสดสวนลดลงอยางมาก o การแยกหรอก าจด Co2 ท าไดงาย

การใชงานหวเผาแบบทใชออกซเจน มหลายแบบทงแบบทเพมออกซเจนในอากาศเขาเผาไหม (Oxygen-Enrich) หรอ Full Oxy Combustion การ Oxy-Burner แสดงดงรป



รปท 2-5 หวเผาทมการปอนออกซเจนแบบตาง ๆ

หวเผาแบบ Oxy fuel มราคาสงกวาหวเผาปกต และตองมการผลตออกซเจน ซงในการแยกออกซเจนออกจากอากาศใชพลงงาน

การใช Catalytic Oxidizer ในการควบคมมลภาวะ [4]

ในกระบวนการผลตหลายอตสาหกรรมทมกาซไอเสยทเปนอนตราย หรอมผลตอสงแวดลอม จะมการก าจดกาซเหลานดวย Oxidizer burner เผากาซเหลานขนไปใหสงกวา 800°C วธการนเปนแบบ Thermal oxidizer จะท าใหไอระเหยทเปนสารประกอบอนทรย (Volatile Organic Compounds : VoCs) เปลยนเปนกาซทไมมอนตราย เชน ไอน า คารบอนไดออกไซด ซงผลกจะท าใหมความรอนทงไปคอนขางมาก การน าความรอนทงกลบมาใชในกรณ Thermal Oxidizer ท าไดโดยตดตงเครองแลกเปลยนความรอน แบบ Recouperative ซงจะดงความรอนกลบมาไดถง 80% หรอแบบ Regenerative ซงจะมประสทธภาพถงรอยละ 95

อกแนวทางหนงเปนการใช Catalytic Oxidizer ซงสารเรงปฏกรยาหรอ Catalyst จะชวยลดอณหภมทเผาท าลายไอระเหยจาก 800°C ลงมาท 45°C ซงจะสามารถมประสทธภาพสงกวาแบบ Thermal Oxidizer 20-30% นอกจากนยงมวธการอนเชน การก าจดสารทกอมลพษในกาซไอเสย เชน การสเปรยของเหลวไปในกาซไอเสย หรอใช ตวกรอง (filter) ซงจะท าใหไมตองใชการเผาไหมเพอก าจด หรอ ลดการเผาไหมลง อยางไรกตามวธการนจะขนอยกบชนดของกาซไอเสยทปลอยทง และอาจจะตองมวธการ ก าจดสารมลพษเหลานนในรปอนตอไป

ความกาวหนาของเทคโนโลย (State of the Art) [5]

เทคโนโลยทก าลงมการพฒนาเกยวกบ Oxy-fuel เพอใหไดออกซเจนมาใชในการเผาไหม โดยตนทนต ากวาการแยกจากอากาศมชอวา Chemical looping Combustion (CLC) ขณะนอยระหวางการศกษาวจย

Chemical looping Combustion เปนลกษณะการเผาไหมแบบ Circulating Fluidized bed 2 ชด โดย Fluidized bed หองแรกเรยกวา Fuel reactor จะใชโลหะออกไซดเปน bed material ท าหนาทปลอยออกซเจนใหกบเชอเพลง และโลหะทใชแลวจะถกถายไปทหองทสองทเรยกวา Air Reactor จะถกออกซไดซอกครงกอนน ากลบมาใชใหม ซงหากน ามาใชไดจะถอวาเปนเทคโนโลยส าหรบ Zero emission combustion



รปท 2-6 Chemical Loop Combustion

การศกษาคนควาเกยวกบ Oxy fuel combustion ปจจบนมงเนนการใชงานกบเชอเพลงชนดอน เชน ถานหน เชอเพลงแขง ขยะ เปนตน และการปรบปรงเตาเดมทใชหวเผาแบบใชอากาศ เปนหวเผา Oxy fuel

2.3.2 อปกรณแลกเปลยนความรอน


อปกรณแลกเปลยนความรอน เปนอปกรณทมกพบใชงานทวไปในการถายเทความรอนจาก กาซไอเสยรอนเพออนอากาศทจะเขาไปเผาไหมในเตา เมออากาศทเขาหองเผาไหมมอณหภมทสงขน สงผลใหตองการพลงงานจากเชอเพลงในการเผาไหมลดลง โดยทวไปเทคโนโลยของอปกรณแลกเปลยนความรอนทใชส าหรบการอนอากาศ ทพบ ไดแก เครองอนอากาศ (Recuperatepor) เตาเผาแบบรเจนเนอเรทฟ (furnace regenerator) หวเผาแบบรเจนเนอเรทฟ (regenerator burners) โรตารรเจนเนอ เรทฟ (Rotary regenerator) และอโคโนไมเซอร (Economizer)



1. เครองอนอากาศ (Recuperator) [1]

เครองอนอากาศ ใชในการน าความรอนทงจากกาซไอเสยรอนกลบมาในระดบชวงอณหภม ปานกลาง-สง เทคโนโลยชนดนสามารถใชหลกการถายเทความรอนทงการแผรงสความรอน การพา ความรอน หรอผสมผสานระหวางการแผรงสและการพาความรอน เทคโนโลยเครองอนอากาศแบบน อาทเชน เตาอบชนงาน (annealing oven), เตาหลอม (melting furnace), afterburners, เตาเผาแกส (gas incinerators) หวเผาแบบทอเรเดยน (radiant-tube burners), เตาเผาอนใหความรอนซ า (reheat furnace)

(ก) เครองอนอากาศแบบแผรงส (ข) แบบพาความรอน (ค) แบบผสม

รปท 2-7 แสดงลกษณะของเครองอนอากาศ

จากรปท 2-7 (ก) แสดงลกษณะของเครองอนอากาศแบบแผรงสความรอน ทกาซไอเสยรอนจะไหลผานภายในทอชนใน และความรอนจะถกถายเทดวยการแผรงสออกไปตามผนงทอ เพอถายเทความรอนใหกบอากาศเยนทไหลเขามาตามชองระหวางปลอกผนงทอ (outer shell) ซงอากาศทอนขนจะถกน าไปเขาเตาเผาตอไป รป (ข) เปนเครองอนอากาศแบบพาความรอน ซงกาซรอนจะไหลผานในทอขนาดเสนผานศนยกลางเลกๆ หลายๆ ทอทบรรจอยในทอขนาดใหญ (Shell) อากาศเผาไหมทเยนจะไหลเขามาในทอ Shell และไหลผานไปรอบๆ ทอกาซรอนขนาดเลก เพอรบความรอนผานผวผนงทอ และรป (ค) เครองอนอากาศแบบผสม ทจะใชหลกการถายเทความรอนทงการแผรงสกอนน าไปผานการถายเทความรอนแบบพาความรอน เพอเพมประสทธภาพการแลกเปลยนความรอนใหสงขน

เครองอนอากาศ สามารถผลตจากวสด ไดทงทเปนวสดโลหะและเซรามค โดยโลหะจะใชกบการใชงานทมอณหภมต ากวา 1,093oC ส าหรบเซรามคจะเหมาะกบการใชงานทตองการอณหภมสง ซงสามารถใชกบกาซไอเสยรอนทมอณหภม 1,538oC และดานสายเยนทรบความรอนทอณหภม 982oC ได



2. รเจนเนอเรเตอร (Regenerator) [1]

ในสวนน จะไดน าเสนอเทคโนโลย 2 แบบคอ เตาเผาแบบรเจนเนอเรทฟ (Furnace regenerator) และโรตารรเจนเนอเรเตอรหรอฮทวล (Rotary regenerator/Heat wheel)

1) เตาเผาแบบรเจนเนอเรทฟ (Furnace regenerator)

เตาเผาแบบรเจนเนอเรทฟ จะประกอบไปดวยกอนอฐ 2 หอง (เรยกวา “checkerwork”) ซงมวลอากาศสายรอนและสายเยนจะไหลผานสลบกน อฐทงสองหองจะใชสลบกนรบความรอนจากกาซไอเสยรอนและถายเทความรอนใหกบอากาศสายเยน ดงแสดงในรปท 2-8 เมออากาศรอนจากการเผาไหมไหลผานหองหนง ความรอนจะถกดดซบไวในกอนอฐและท าใหกอนอฐมอณหภมสงขน และเมอน าอากาศสายเยนมาไหลผาน ความรอนจากกอนอฐจะถกถายเทใหกบอากาศเยน สลบกนไป โดยการไหลของสายรอนและสายเยนจะสลบกนไปทกๆ 20 นาท

รปท 2-8 แสดงลกษณะของเตาเผาแบบรเจนเนอเรทฟ

โดยเตาเผาแบบรเจนเนอเรทฟ โดยปกตมกจะนยมใชกบเตาเผาของอตสาหกรรมแกวและเตาอบแบบโคก (coke oven) อปกรณชนดนเหมาะกบการใชงานทตองการอณหภมสง ซงสามารถใชกบกาซไอเสยรอนทมความสกปรก แตมขอเสยคอ อปกรณมขนาดใหญและตองการเงนลงทนสง ซงเงนลงทนจะสงกวาอปกรณแบบเครองอนอากาศคอนขางมาก

2) โรตารรเจนเนอเรเตอรหรอฮทวล (Rota ry regene ra tor / Hea t wheel)

หลกการท างานคลายคลงกบเตาเผาแบบรเจนเนอเรทฟ คอ การถายเทความรอนโดยผานวสดตวกลางทมลกษณะรพรนทสามารถเกบกกดดซมและถายเทความรอนออกได เมอของไหลสายรอนและสายเยนไหลผาน ส าหรบโรตารรเจนเนอเรเตอรหรอฮทวล จะประกอบไปดวยแผนวสดตวกลางทหมนไดตดตงในแนวขวางระหวางทอสายรอนกบสายเยน โดยจะหมนสลบดานกนเพอน าความรอนทรบจากดานสายรอนไปถายเทใหกบดานสายเยน ดงแสดงในรปท 2-9



รปท 2-9 แสดงลกษณะของโรตารรเจนเนอเรเตอรหรอฮทวล

ฮทวล ปกตมกจะเหมาะกบการใชงานทตองการอณหภมต า-ปานกลาง เนองจากขอจ ากดดานความเครยดเชงความรอนของวสด (thermal stress) ทจะเกดขนในวสดเมอมความแตกตางของอณหภมทสงมากระหวางสายรอนกบสายเยน จะกอใหเกดการขยายตวของวสดอนเนองจากอณหภ มทตางกนมากและเกดการบดเสยรปไปของวสดได ในบางกรณหากตองการใชงานกบอณหภมสง สามารถใชฮทวลแบบเซรามคได นอกจากน สามารถพฒนาไปใชกบเตาเผาอณหภมสงได เชน เตาเผาอะลมเนยม แตไมเปนทนยมมากนก เนองจากตนทนทสง ขอดของเทคโนโลยประเภทน คอ สามารถออกแบบใหน าความชนกลบมาดวยได โดยการใชวสดตวกลางทเปนชนดอมน าได (hygroscopic material) เหมาะกบการใชงานทตองการอากาศทสะอาด หรอระบบปรบอากาศ ทความรอนและความชนในอากาศทงท รอนชน จะถกดงออกไปแลกเปลยนใหกบอากาศภายนอกทเยนกวา ขอจ ากดทอาจเปนอปสรรค คอ การปองกนการปนเปอนหรอเกดการรวไหลผสมของสงสกปรกปนเปอนระหวางของไหลทงสองสาย ทอาจเกดขนไดระหวางการถายเทความรอนผานวสดตวกลางทมรพรนน



3. เครองอนอากาศแบบพาสซฟ (Passive Air Preheaters) [1]

เครองอนอากาศแบบพาสซฟ เปนอปกรณน าความรอนกลบมาในชวงอณหภมการใชงาน อณหภมต า-ปานกลาง ทปองกนการไหลปนเปอนกนระหวางกาซสายรอนกบสายเยน การใชงานอปกรณน สามารถท าไดทง เตาอบ (oven) หมอไอน า ไอเสยจากกงหนกาซ และการน าความรอนกลบขนทสองของการใชงานเตาเผา และการน าความรอนกลบจากระบบปรบอากาศ โดยเครองอนอากาศแบบพาสซฟ สามารถใชงานไดใน 2 ประเภท คอ แบบเพลท (Plate type) และแบบฮทไปท (Heat pipe) ดงแสดงในรปท 2-10

(ก) เครองอนอากาศแบบเพลท ชนดกาซ-กาซ (ข) เครองอนอากาศแบบฮทไปท

รปท 2-10 แสดงเครองอนอากาศแบบพาสซฟ

เครองอนอากาศแบบเพลท จะประกอบไปดวยแผนเพลทบางๆ วางซอนกนในระยะหาง

นอยๆ ในระยะทเพยงพอจะท าใหกาซหรอของไหลสายรอนและเยนไหลผานได ซงของไหลสายรอน- สายเยนจะไหลสลบอยคนละดานของแผนเพลททมพนทแลกเปลยนความรอนทเพยงพอส าหรบการถายเทความรอนได อปกรณชนดน จะมราคาสงกวาฮทวล และอาจพบการอดตนของตะกรน (fouling) เกดขนได แตขอดคอมการปนเปอนระหวางสายรอน-สายเยนนอยกวา

ส าหรบเครองอนอากาศแบบฮทไปท จะประกอบไปดวยทอเลกๆ หลายๆ ทอทมการเชอมปดทปลายทอ โดยภายในทอจะเกดการเคลอนทของของไหลสารท างานระหวางดานอณหภมสงไปดานทมอณหภมต า อนเกดจากความแตกตางของความดนไอในเสนทอ ซงปลายทอดานหนงจะเปนดานทมอณหภมสง ทท าใหสารท างานเกดการระเหยกลายเปนไอเมอไดรบความรอนจากแหลงความรอนทง สายรอน กอนทจะไหลไปสปลายอกดานทเปนดานทมอณหภมต า ทดานอณหภมต าน ไอของสารท างานจะถายเทความรอนใหกบแหลงรบ และเกดการกลนตวเปนของเหลว กอนทจะหมนเวยนในทอกลบไปรบความรอนทปลายดานอณหภมสงอกครง



4. หวเผาแบบรเจนเนอเรทฟ หรอแบบอนอากาศ (Regenerative/Recuperative Burner)

หวเผาเชงพาณชยในปจจบนมแบบทรวมเอาอปกรณรเจนเนอเรทฟหรอระบบอนอากาศไวดวย เรยกวา หวเผาแบบรเจนเนอเรทฟ เปนระบบทออกแบบทเปนการน ากลบพลงงานเหลอทงจากกาซไอเสยรอนทปลอยทง โดยท าใหกาซไอเสยไหลผานกลบเขาไปผานตวหวเผาทมสารตวกลางทฉาบไว (refractory media) ท าใหเพมประสทธภาพดานพลงงานใหกบการใชงานหวเผาทใชอากาศบรรยากาศในการเผาไหม ซงท าใหสะดวกตอการใชงานและขนาดกะทดรดกวาระบบแบบแยกชนเนองจากตองการพนทแลกเปลยนความรอนเลกกวา ทงนแมวาพลงงานความรอนทงทน ากลบไดจะสามารถท าไดนอยกวาแบบแยกชน แตใชเงนลงทนทนอยกวาและการซอมบ ารงทสะดวกกวา ท าใหเปนทางเลอกหนงทนาสนใจ

5. อโคโนไมเซอรแบบครบทอ (Finned Tube Heat Exchanger/Economizer) [1]

อโคโนไมเซอรแบบครบทอ ใชในการน าความรอนทงกลบมาใชงานจากกาซไอเสยหมอไอน าในชวงอณหภมต า-ปานกลาง ซงอปกรณจะประกอบไปดวย ครบหลายๆ ครบทตดตงรอบๆ ทอ เพอเพมพนทผวในการแลกเปลยนความรอนใหมากทสดและเพมอตราการถายเทความรอน ของไหลทจะรบความรอนจะไหลในทอเพอรบความรอน ความรอนจากกาซไอเสยทไหลรอบๆ ทอดานนอก จะถายเทผานทางครบทอ ดงแสดงในรปท 2-11 แสดงลกษณะของอโคโนไมเซอร ส าหรบการน าไปใชงานสามารถใชไดทงการอนใหความรอนกบน าปอนหมอไอน า หรอใหความรอนกบของไหลทใชในกระบวนการผลต หรอการท าน ารอนส าหรบการใหความรอนในพนทใชงานหรอใชในกระบวนการผลต

รปท 2-11 แสดงหลกการตดตงอโคโนไมเซอรแบบครบทอในหมอไอน า

6. หมอไอน าความรอนทง (Waste Heat Boiler) [1]

หมอไอน าความรอนทง ดงแสดงในรปท 2-12 แสดงลกษณะของหมอไอน าแบบทอน าทใช กาซไอเสยในชวงอณหภมปานกลาง-สง มาใชในการตมน า หมอไอน าความรอนทงมขนาดทใชงานในเชงพาณชยหลายขนาด ซงสามารถใชงานกบกาซไอเสยตงแต 1,000 ถง 1,000,000 ลกบาศกฟต/นาท ในกรณทความรอนทงจากกาซไอเสยไมเพยงพอส าหรบการผลตไอน าในระดบทตองการ สามารถใชหวเผาเสรมเพอใหพลงงานเพมเตมได เพอผลตไอน าตามความตองการของกระบวนการผลต ไอน าทผลตไดสามารถน าไปใชส าหรบกระบวนการท าความรอน หรอน าไปผลตกระแสไฟฟาได ส าหรบการผลตไอน าแบบยงยวด (Superheated steam) จะตองการพลงงานเสรมส าหรบระบบ superheat เพมเตม



รปท 2-12 แสดงลกษณะของหมอไอน าความรอนทง

การเลอกใชงาน

อปกรณแลกเปลยนความรอนแตละประเภทมชวงอณหภมทแตกตางกน และมคาสมประสทธการถายเทความรอน ตลอดจนคาประสทธผลการถายเทความรอนแตกตางกน คาโดยทวไปของอปกรณแลกเปลยนความรอนก าหนดไดดงน

ตารางท 2-3 คาพารามเตอรการใชงานเครองแลกเปลยนความรอนทวไป [6] ตวแปร แบบแพลต แบบเปลอกและทอ

ชนด ธรรมดา ชนด ฟน

ชนด แบบคอนเดนเซอร

ชนด คอนเวคทฟ

ระดบอณหภม 100 – 650°C 60-90°C 100-500°C 40-500°C U-value 0.06 – 0.28 0.06 0.11 – 0.85 0.11 – 0.57

ตวกลาง ไอน า – น า น า – น า

ไอน า – น า

ไอน า – ไอน า ไอน า – กาซ ไอน า – น า กาซ – กาซ

น า – กาซ น า – น า

กาซ – กาซ ไอน า – ไอน า

ราคาโดยประมาณ

30,000 บาท/ตรม. 30,000 บาท/ตรม. 40,000 บาท/ตรม. 30,000 บาท/ตรม.



ตารางท 2-4 สรปการเปรยบเทยบประเภทเทคโนโลยการน าความรอนทงกลบมาใชประโยชนตางๆa

ประเภทของเทคโนโลย

การน าความรอนทงกลบ

ชวงอ

ณหภม

ชนดของแหลงความรอนทง การน าไปใชงาน

ชนดข

องสถ

านะ

การแ

ลกเป

ลยน

ความ

รอนร

ะหวา

ง

2 สา

ย

การน

าควา

มชนก

ลบ

(Rec

over

Mo

istur

e)

มควา

มแตก

ตางข

องอณ

หภมม

าก

ไมมก

ารปน

เปอน

ระหว

าง 2

สาย

กาซท

กดกร

อน

ทตอง

ใชกบ

วสดพ

เศษ

เฉพา

ะ

เครองอนอากาศแบบแผรงส (Radiation Recuperator)

H เตาอบ Soaking or Annealing Oven, เ ต า ห ล อ ม (Melting Furnace), เตาเผาขยะ หวเผาแบบทอเรเดยนท เตาเผาอนใหความรอน

การอนอากาศกอนเผาไหม กาซ – กาซ X X X

เครองอนอากาศแบบพาความรอน (Convection Recuperator)

M-H การอนอากาศกอนเผาไหม กาซ – กาซ X X X

ฮทวลแบบโลหะ (Metallic Heat Wheel)

L-M กาซไอเสยหมอไอน า, เตาอบบมและอบแหง (Curing and Drying Oven)

การอนอากาศกอนเผาไหม , เพมอณหภมพนท

กาซ – กาซ b c X

ฮ ท ว ล แ บ บ ว ส ด ท อ ม น า ไ ด (Hygroscopic Heat Wheel)

M การอนอากาศกอนเผาไหม , เพมอณหภมพนท

กาซ – กาซ X c X

เซราม คฮทว ล (Ceramic Heat Wheel)

M-H หมอไอน าขนาดใหญ ไอเสยเตาเผาขยะและเตาหลอม

การอนอากาศกอนเผาไหม กาซ – กาซ X X

เครองแลกเปลยนความรอนแบบเพลท (Plate Heat Exchanger)

L, M กาซไอเสยหมอไอน า เตาเผาขยะและกงหนไอน า และ เตาอบแหง อบบม

การอนอากาศกอนเผาไหม , เพมอณหภมพนท

กาซ – กาซ, ของเหลว-ของเหลว

X X

ฮทไปป (Heat Pipe) L-H ไอน าท ง อากาศรอนจากเครองอบแหง เตาเผาปนซ เมนต และเ ต า เ ผ า reverberatory furnace ( ก า รน า ค ว าม ร อนกล บข น ท 2) เตาอบแหง อบบม

การอนอากาศกอนเผาไหม ,การอนน าปอนหมอไอน า, การท าน ารอน, เพมอณหภมพนท

กาซ – กาซ, กาซ - ของเหลว

D X X

เครองแลกเปลยนความรอนแบบครม-ทอ

L, M กาซไอน าหมอไอน า การอนน าปอนหมอไอน า กาซ - ของเหลว X X e



ประเภทของเทคโนโลย

การน าความรอนทงกลบ

ชวงอ

ณหภม

ชนดของแหลงความรอนทง การน าไปใชงาน

ชนดข

องสถ

านะ

การแ

ลกเป

ลยน

ความ

รอนร

ะหวา

ง

2 สา

ย

การน

าควา

มชนก

ลบ

(Rec

over

Mo

istur

e)

มควา

มแตก

ตางข

องอณ

หภมม

าก

ไมมก

ารปน

เปอน

ระหว

าง 2

สาย

กาซท

กดกร

อน

ทตอง

ใชกบ

วสดพ

เศษ

เฉพา

ะ

หมอไอน าความรอนทง (Waste Heat Boiler)

L-H ไอเสยจากกงหนกาซ , ไอเสยจากเครองยนตลกสบ เตาเผายะ และเตาเผา

การท าน ารอน หรอไอน า กาซ - ของเหลว X e

เครองแลกเปลยนความรอนแบบ Shell & Tube

L, M ของไหลในกระบวนการทตองการท าความรอน

กาซ – ของเหลว, ของเหลว-ของเหลว

X X

หมายเหต: a แหลงทมาขอมล W.Turner. Energy Management Handbook, 2007; PG&E Energy Efficiency Information “Industrial Heat Recovery Strategies,” 1997 b อางองจากผผลตบางราย c หากมการตดตงชดอปกรณในการ purge อากาศ/ของไหล อตราการปนเปอนของของไหลระหวาง 2 สาย จะสามารถก าจดใหเหลอนอยกวา 1% โดยมวลได d ยอมรบขอจ ากดของอณหภมและความแตกตางของอณหภม ตามคณสมบตของสมดลระหวางเฟสระหวางของไหลภายในระบบ e สามารถผลตจากวสดทมความทนทานตอการกดกรอนได แตจะพจารณาเฉพาะสวนทมความเปนไปไดมากทจะเกดความเสยหายของอปกรณ อนมสาเหตจากการรวไหลหรอ

การแตกหกของทอ



ความกาวหนาของเทคโนโลย (State of the Art)

การศกษาคนควาเฉพาะทเกยวกบเครองแลกเปลยนความรอนในงานความรอนทง ทพบม 3 กลม คอ กลมแลกเปลยนความรอนทงทใชกบเครองยนต กลมการปรบปรงเพมประสทธผลของเครองแลกเปลยนความรอน และ กลมทน าฮทไปปมาใชในการแลกเปลยนความรอน

เครองแลกเปลยนความรอนทใชกบเครองยนตสนดาบภายใน

ในอตสาหกรรมมการใชเครองยนตสนดาบภายใน เชน เครองยนตกาซ การน าความรอนทงจากเครองยนตสนดาบภายในมาใช มหลายวธการ บางเทคโนโลยตดอปกรณแลกเปลยนน าความรอนทลกสบซงเปนสวนทอณหภมสงสด การวจยพบวา (Ghazikhani และคณะ) สามารถลดการใชเชอเพลงลงไดถงรอยละ 14.1 งานวจยทบางสวนจะเพมประสทธภาพการถายเทความรอนของรงผง เชน การเตมสาร NaNofluid จ าพวก Al2O3 หรอ SiO2 หรอ Cu และ Glycol ลงในน า ซงมรายงานการถายเทความรอนไดดขน 4 ถง 4.5% ของการใชน าบรสทธ และอกกลมหนงเปนการตดตงอปกรณแลกเปลยนความรอนททอไอเสย

เครองแลกเปลยนความรอนทตดตงกบทอไอเสย [7]

มการศกษาออกแบบเครองแลกเปลยนความรอนใหมประสทธภาพสง เชน ใชเทปบดเปนเกลยว (Zadsor และ Gorjt – Bandpy) การใชเครองแลกเปลยนความรอนแบบ Fin-tube และตวกลางสะสมความรอน (Phase Change Materials) ซงสามารถน าความรอนกลบมาใชไดถงรอยละ 15 (andiyarajan และคณะ) และนอกจากนกมการสรางเครองแลกเปลยนความรอนแบบเปนครบตดตงกบทอไอเสย เปนตน

รปท 2-13 เครองแลกเปลยนความรอนแบบตาง ๆ ทตดตงกบทอไอเสย



การเพมประสทธภาพเครองแลกเปลยนความรอน [8]

มการศกษาและออกแบบเพอเพมประสทธภาพของเครองแลกเปลยนความรอน ซงพบวาครบสามารถเพมประสทธภาพการแลกเปลยนความรอนไดมการศกษาผลของครบแบบธรรมดา รปคลน ตะแกรง เปนวงกลม เปนเกลยว ทดานสมผสอากาศ จากการศกษาพบวาถาเปนการแลกเปลยนระหวางน าและอากาศการเพมครบดานอากาศจะเพมประสทธภาพการแลกเปลยนความรอนไดดทสด ในอดต การวจยเกยวกบครบทอแบบวงกลม หรอ Circular fin จะมสดสวนทสง แตหลงป ค.ศ.2005 การศกษาครบแบบเกลยว (Spiral fin) มเพมมากขน และมสดสวนทสงกวา เนองจากคาสมประสทธการถายเทความรอนสงกวา อตราการถายเทสงกวา และยงมโครงสรางทแขงแรงกวา ผลตงายกวา ตนทนต ากวา (Goldstein และคณะ)

รปท 2-14 เครองแลกเปลยนความรอนแบบเกลยว และจ านวนการศกษาวจยทผานมา [8]



การใชฮทไปปในการแลกเปลยนความรอน (Heat Pipe Heat Exchanger) [9]

เครองแลกเปลยนความรอนทใชฮทไปป หรอ HPHE ไดรบความสนใจในงานความรอนทงและมการผลตจ าหนายเชงพาณชยแลว HPHE จะใชในการแลกเปลยนความรอนจากอากาศหรอกาซไอเสย กบ อากาศ หรอ น า ซงเปนกระแสเยน ขอดของ HPHE กคอปองกนการรวไหลระหวางกระแสรอนทสกปรกกบกระแสเยนได คาประสทธผลการถายเทความรอนสง ไมมสวนเคลอนไหว ขนาดเลก ความดนตกครอมอปกรณต ามาก

HPHE ทน ามาใชงานความรอนทง ม 3 รปแบบ คอ

แบบธรรมดา (Conventional Heat Pipe) ฮทไปปจะเปนทอยาวทมสารท างานอยภายใน ดานบนเปนอเวปเปอรเเตอร ดานลางเปนคอนเดนเซอร เมออเวปเปอรเรตอรไดรบความรอน สารท างานจะระเหย และไหลไปควบแนนกลายเปนของเหลว และไหลกลบมาทอเวปเปอรเรเตอรทางชองวางเลกๆ ชนนอก ดวยแรงตงผว

แบบ 2 เฟส (Two phase closed hermosyphon : TPCT) แบบนแตกตางจากแบบธรรมดาตรงทอเวปเปอรเรเตอรอยดานลาง ภายในไมม 2 ชนเหมอนแบบธรรมดา สารท างานของเหลวไหลจากคอนเดนเซอรมาดวยแรงโนมถวง ขอดคอ ไมมสองชนเพอเปนทางใหของเหลวไหล ซงจะมการตานทานการไหล

แบบออสซเลต (Oscilating Heat Pipe : OHP) เปนเทคโนโลยแบบลาสดทสารท างานไหลไมตอเนอง ทอฮทไปปแบบ OHP จะมขนาดเลกมากจนกระทงไอและสารท างานของเหลวอยในหลอดเดยวกน หลอดทงหมดเชอมตอกน เมอฝงอเวปเปอรเรเตอรไดรบความรอน สารท างานจะกลายเปนไอและเปนฟองกาซขบดนไปยงดานคอนเดนเซอรทอณหภมต ากวา ขณะทดานคอนเดนเซอรมการควบแนนความดนกจะลดลง ท าใหฟองกาซและของเหลวเคลอนตวมาคอนเดนเซอร แตเนองจากหลอดเชอมตอกนกจะไปผลกดนใหกาซและของเหลวในอกหลอดไหลกลบไปกบอเวปเปอรเรเตอร

รปท 2-15 แสดงฮทไปปแบบตางๆ a) แบบสองเฟส b)แบบธรรมดา c) แบบออสซเลท [9]



ในปจจบนมการผลตเครองแลกเปลยนความรอนแบบฮทไปปเพอใชกบกาซไอเสยของหมอไอน า และใชอนน าปอนจ าหนายในเชงพาณชยแลว จากขอมลการทดสอบคาประสทธผลของการถายเท ความรอนของฮทไปปแบบตางๆทกลาวถงสามารถท าไดเทากบหรอสงกวาเครองแลกเปลยนความรอนแบบทวไป

2.3.3 การอนชนงาน (Load Preheating)


การอนชนงานดวยการน าความรอนเหลอทงจากระบบ มาใชในการใหความรอนหรออนชนงานทจะปอนเขาในระบบ หรอน ามาเพมความรอนใหกบวตถ/ของไหลทจะปอนเขา ตวอยางการใชงานทพบไดทวไป ไดแก การอนน าปอนหมอไอน าโดยการน าความรอนทถายเทจากอโคโนไมเซอรทรบความรอนมาจากกาซไอเสย หรอตวอยางการน าไปใชงานในกระบวนการโดยตรง เชน การแลกเปลยนความรอนแบบโดยตรงระหวางกาซไอเสยรอนกบวสดของแขงทจะน าเขาเตาเผา ซงเปนการใชไอเสยทออกจากเตาเผาแลวกลบมาอนเพมอณหภมใหกบชนงานทเตรยมจะหลอ อาทเชน โรงงานหลอเหลก/อะลมเนยม จะพบการใชงานชดหลอมทปลองไอเสย (Stack melters) โดยกอนโลหะเศษขเหลก (ingots and scrap) จะถกน าไปเขาชดหลอม stack melter ทบรเวณชวงบนของเตาเผา และเศษขเหลกจะถกท าใหรอนดวย กาซไอเสย กอนทปลอยกาซไอเสยทงออกไป ดงแสดงในรปท 2-16 ชด stack melter ทโรงงานหลอ แบบพมพ ซงสามารถลดการใชพลงงานกวา 47% เมอเทยบกบเตาเผาแบบธรรมดา [1]

รปท 2-16 ชด stack melter ทโรงงานหลอแบบพมพ [1]

การน าความรอนทงมาอนชนงานมกถกออกแบบมากบกระบวนการผลตเนองจากการอนชนงานจะใชความรอนไดสงสด ประสทธภาพสงสด และมกมใชอยแลวในอตสาหกรรมทใชอณหภมสง เชน ซเมนต เซรามค ปโตรเคม เปนตน และการออกแบบปรบปรงภายหลงคอนขางเฉพาะ มขอจ ากดมาก เชน การควบคมคณภาพ ผลดานสงแวดลอม ตวอยางการอนวตถดบในอตสาหกรรมซเมนต ไดแก การน าไอเสยจากเตาเผาผานไซโคลนสวนทางคลกเคลากบวตถดบทไหลปอนเขาเตาเผา

อตสาหกรรมเซรามค มการแบงเตาอบออกเปนโซน และลมรอนจากโซน Heating ถกน าไปใชในโซน Preheating เปนตน



อตสาหกรรมแกวและเหลก สวนใหญไมมการน ากาซไอเสยมาอนวตถดบเปนกระบวนการมาตรฐาน แตมตวอยางของการปรบปรงในตางประเทศ ซงจะกลาวถงเฉพาะอตสาหกรรม ในบทท 4

การปรบปรงระบบใหน าความรอนกลบมาอนชนงาน [10]

การอนชนงานอาจจะด าเนนการไดใน 3 รปแบบ ตอไปน

รปท 2-17 การน าความรอนทงกลบมาใชอนชนงาน [11]

1. สรางสวนทไมมการเผาไหม หรอ Preheating zone ขนโดยตอขยายออกจากเตา น ากาซไอเสยจากสวนทเผาไหมมาถายเทความรอนใหกบวตถดบทเขามา

2. สรางสวนแลกเปลยนความรอนแยกจากเตา และน าไอเสยไปใหความรอนวตถดบกอนปอนเขาเตา

3. สรางสวนทวตถดบ และกาซไอเสยวงสวนทางกน

ในการปรบปรงระบบใหมสวนทอนชนงาน จ าเปนจะตองพจารณาหวขอตอไปน

1) กาซไอเสยสามารถน าไปใชประโยชนอนทมความคมคามากกวาหรอไม 2) สวนทอนชนงานตองมขนาดเทาใด

3) มพนทเพยงพอหรอไม 4) กระแสของกาซไอเสยทไหลมขอก าหนดหรอไม และมความดนตกครอมสงหรอไม 5) ถามสวนขนถายวตถดบ เชน สายพาน ฯลฯ สามารถทนอณหภมลมรอนไดหรอไม 6) พดลมทใชเดมส าหรบสงกาซไอเสยเพยงพอหรอไม 7) ความรอนทใหกบความรอนทตองการสมดลกนหรอไม 8) การสญเสยความรอนของลมรอนกอนเขาอน และอณหภมชนงานทอนแลวกอนเขา

เตาและวธควบคม 9) ระบบควบคมทใช และมความจ าเปนตองมระบบใหความรอนส ารองหรอไม


เนองจากการน าความรอนทงมาใชโดยการอนวตถดบ สวนใหญอยในอตสาหกรรมหนก และใชเงนลงทนปรบปรงสง เทคโนโลยมกอยกบผผลตออกแบบโรงงานประเภทนนๆ โดยเฉพาะ



2.3.4 การน าความรอนทงอณหภมต ากลบมาใช (Low temperature Heat Exchange)

จากการส ารวจความรอนทงทมใชในอตสาหกรรมในสหภาพยโรป พบวาความรอนทงกระจายอยในอตสาหกรรมตางๆ ดงรปท 2-18

รปท 2-18 อณหภมใชงานของอตสาหกรรมตางๆ ในกลมประเทศสหภาพยโรป [12]

จะพบวาความรอนทงอณหภมต า (250°C) มสดสวนเกอบ 1 ใน 3 และเปนสวนทยงน ากลบมา ใชนอย ความรอนทงในกลมนนาสนใจเปนอยางมาก เนองจากมปรมาณมาก ทผานมาเนองจากเงนลงทน ทสงและขอจ ากดทางเทคนคหลายอยางจงยงไมมการใชประโยชน ปจจบนเรมมเทคโนโลยจะน ากลบมาใชไดมากขน

ความรอนทงในอตสาหกรรมสวนใหญ มกเปนความรอนทงในชวงอณหภมต า เชน ระบบเผาไหมของหมอไอน า ซงสวนใหญมกมการใชเทคโนโลยน าความรอนทงกลบมาใชแลว ท าใหกาซไอเสยทปลอยทงสวนใหญจะมอณหภมประมาณ 150-180oC นอกจากน ความรอนทงปรมาณสงในอตสาหกรรม สามารถพบไดจากน าระบายความรอนและระบบท าความเยนอากาศ เชน การระบายความรอนของเครองอดอากาศ

ส าหรบกาซไอเสยจากการเผาไหม ความรอนทงสามารถดงออกมาไดจากการทไอน าทอยใน กาซไอเสยถกท าใหมอณหภมทต าลง โดยปกตการใชงานสวนใหญ กาซไอเสยจะมขอจ ากดในการลดอณหภมไมใหต าไปกวา 120-150oC เพอปองกนการกลนตวของไอน าในกาซไอเสยจนกลายเปนคอนเดนเสททมสภาพความเปนกรดทกดกรอนตอวสดทผวของเครองแลกเปลยนความรอน อยางไรกตาม การระบายความรอนในกาซไอเสย สามารถเพมศกยภาพการน าความรอนทงกลบได หากมเทคโนโลยทสามารถดงเอาพลงงานความรอนแฝง (Latent Heat) ทเหลอในกาซไอเสยมาใชใหมากขน โดยเปนการท าใหกาซเยนตวลงทอณหภมต ากวาจดน าคาง (Dew Point) หรอจดกลนตว (Condensation point) เพอน า



ความรอนทงในชวงอณหภมต ามาใช (Low temp waste heat) ดงแสดงในรปท 2-19 ถาหากกาซไอเสยถกท าใหเยนลงจาก 150oC เปน 60oC จะท าใหประสทธภาพเพมขน 3% และถากาซไอเสยถกท าใหเยนตวลงท 38oC จะท าใหประสทธภาพเพมขนได 11% จากการดงเอาความรอนแฝงออกมา [1]

รปท 2-19 กราฟแสดงความรอนทสามารถน ากลบมา ส าหรบหมอไอน าชนดใชเชอเพลงกาซธรรมชาต [1]

ความทาทายของเทคโนโลยการน าความรอนอณหภมต ากลบมาใชงาน [1]

การน าความรอนอณหภมต ากลบมาใชงาน จะตองเผชญกบความทาทายใน 3 ประเดน คอ

การกดกรอนของพนผวแลกเปลยนความรอน เนองจากไอน าในกาซไอเสยเมอเยนตวลงและกลนตว จะมคณสมบตเปนกรดทกดกรอนตอวสดทใชท าเครองแลกเปลยนความรอน ดงนน การออกแบบเทคโนโลยการน าความรอนอณหภมต ากลบมาใชงาน จะตองออกแบบใหทนตอการกดกรอนได ซงโดยทวไป มกใชวสดพเศษทสามารถทนทานตอการกดกรอน หรอการเปลยนชนสวนอปกรณท บอยขน ซงมกพบวาเปนขอจ ากดหนงตอศกยภาพในเชงเศรษฐศาสตรของเทคโนโลยน

อณหภมน าคางของซลเฟอรในกาซไอเสย สามารถค านวณไดดงน

tsld =tld+ β√sx3

1.05∞Ax

โดยท tsld เปนอณหภมน าคางของไอน าในกาซไอเสย (°C )

S เปนคาสดสวนซลเฟอรในเชอเพลงทปรบแกมหนวยเปน (kg/kJ)

Sx= 4187 Sar

Qnet,ar

Ax เปนคาสดสวนเทาทปรบแกมหนวยเปน kg/kJ

Ax= 4187 Aar

Qnet,ar



Sar เปนองคประกอบซลเฟอรในเชอเพลงเปนรอยละ

Aar เปนองคประกอบเถาในเชอเพลงเปนรอยละ

Qnet,ar เปนคาความรอนต าของเชอเพลง (kg/kJ)

∞ เปน fly ash factor

β เปนคาอตราสวนอากาศสวนเกนทปลอยทง

ความรอนอณหภมต าตองการพนทในการแลกเปลยนความรอนขนาดใหญ โดยอตราการแลกเปลยนความรอนเปนฟงกชนของคาการน าความรอน (Thermal conductivity) ของวสดทใชท าพนทแลกเปลยนความรอน ความแตกตางของอณหภม และพนทผวในการแลกเปลยนความรอน เนองจากการน าความรอนทงอณหภมต ามาใช จะมความแตกตางของอณหภมสองสายทมาแลกเปลยนความรอนกนต า ท าใหตองการพนทแลกเปลยนความรอนปรมาณมาก ท าใหเปนขอจ ากดหนงตอศกยภาพในเชงเศรษฐศาสตรของเทคโนโลยน

การน าความรอนทงกลบมาใชในชวงความรอนอณหภมต า จะเหมาะสมถาหากโรงงานมความตองการใชความรอนอณหภมต า ศกยภาพของแหลงทน าไปใชได เชน การใชน ารอนภายในโรงงาน การท าความรอนใหกบพนท และการใชความรอนอณหภมต าในกระบวนการผลต ทางเลอกอนในการน าไปใช รวมถงการใชฮตปม ในการยกระดบ (upgrade) ความรอนต าใหมอณหภมสงขนเลกนอย เพอใหตรงกบโหลดความตองการทม

เทคโนโลยทมความเปนไปไดในการน าความรอนอณหภมต ากลบมาใชงาน ประกอบดวย เ ทค โ น โ ลย Deep Economizer, Indirect Contact Condensation Recovery, Direct Contact Condensation Recovery และทพฒนาลาสดเมอเรวๆ น คอ Transport Membrane Condenser (TMCs) อยางไรกตามในเชงพาณชยแลว ยงมขอจ ากดเนองจากคาใชจายเงนลงทนทสง และขาดซงแหลงรบเอาความรอนไปใชงาน รวมถงการใชงาน ฮตปม และระบบผลตไฟฟาจากแหลงความรอนต า ทบอยครงพบขอจ ากดในเชงเศรษฐศาสตรทไมคมคาตอการลงทน


1. อปกรณแลกเปลยนความรอนอณหภมต า

1) Deep Economizer เปนอปกรณทออกแบบมาเพอลดอณหภมไอเสยใหอยทประมาณ 65-71oC แตเพอใหสามารถทนทานตอการกดกรอนได การออกแบบจะตองม

- ออกแบบใหใชวสดททนตอการกดกรอนตอความเปนกรดของไอน าทกลนตวในชวงปลายอปกรณ Economizer เชน การใชวสด Teflon หรอทอสแตนเลส หรอการใชทอแบบแกว

- การตดตงชองทางระบายน าคอนเดทเสทแบบทเปลยน หรอถอดทงได ทบรเวณปลายดานอณหภมต าของอโคโนไมเซอร ซงทอระบายน าคอนเดทเสท อาจมการสกกรอนและตองท าการเปลยนเปนระยะ ทงน ความถในการเปลยน ขนอยกบองคประกอบของกาซไอเสยและวสดทใชท าชดแลกเปลยนความรอน



2) Indirect Contact Condensation Recovery เปนอปกรณทชวยลดอณหภมกาซไอเสย ใหอยทประมาณ 38-43oC และท าใหไอน าในกาซไอเสย ควบแนนจนเกอบหมด ภายในอปกรณนจะประกอบไปดวย Shell & Tube ทใชแลกเปลยนความรอนแบบไมสมผสตรง และการออกแบบจ าเปนตองใชวสดพเศษทสามารถทนตอการกดกรอนตอความเปนกรดของไอน าทกลนตวได เชน การใชวสด Teflon หรอทอสแตนเลส หรอการใชทอแบบแกว หรอวสดพเศษอนๆ

3) Direct Contact Condensation Recovery เปนอปกรณทใชหลกการผสมสมผสตรงระหวางของไหลไอเสยรอนกบของไหลสายเยนทมารบความรอน เปนการใหความรอนทงสมผสกบของไหลโดยตรง เพอลดความตองการใชพนทแลกเปลยนความรอนขนาดใหญ ตวอยางการใชงานดงแสดงในรปท 2-20 เชน ปอนไอเสยเขาเครอง Heat Exchanger และใชน าสเปรยทางดานบนของปลอง เพอใหน าแลกเปลยนรบความรอนจนมอณหภมสงขน กอนน าไปถายเทความรอนน าไปใชงานตอไป

รปท 2-20 กราฟแสดงการน าความรอนทงกลบแบบ Direct Contact Condensation Heat Recovery

4) หมอไอน าแบบคอนเดนซง [1] หมอไอน าทวไปจะออกแบบไมใหเกดการควบแนนของกาซ ไอเสยเพอปองกนการเกดของเหลวทเปนเกรด และท าใหหมอไอน าเสยหาย ตรงกนขาม หมอไอน าแบบคอนเดนซง จะออกแบบใหทนตอการกดกรอนและใหไอน าในกาซไอเสยเกดการควบแนน โดยทวไปความรอนจากการเผาไหมรอยละ 10 ถกใชในการะเหยน าทไดจากปฏกรยาสนดาบใหกลายเปนไอ ดงนนหากสามารถเกบความรอนนกลบมาไดจะท าใหน าความรอนกลบมาใชไดมากขน ในหมอไอน าแบบคอนเดนซงสวนกาซไอเสยจะมขนาดใหญ และมเครองแลกเปลยนความรอน ซ งมน าปอนอณหภมต าพอไหลเขามาเพอใหกาซไอเสยมอณหภมต าลงจนถงอณหภมน าคางและควบแนน กราฟใน รปท 2-21 แสดงประสทธภาพของหมอไอน าแบบคอนเดนซงทสงขนเพออณหภมน าปอนต าลง



รปท 2-21 กราฟประสทธภาพของหมอไอน าแบบคอนเดนซง [4]

5) การน าความรอนทงจากน าระบายหมอไอน ากลบมาใช [4] แหลงความรอนอณหภมต าอกจดคอ น าระบายของหมอไอน า ซงจะมการระบายทงเปนระยะเพอควบคมปรมาณสารแขวนลอยใน หมอ ไอน า น าหรอคอนเดนเสททปลอยทงนจะมความดนและอณหภมเทาไอน าทผลต

ก.การใชถงแฟลช ข.การน าคอนเดนเสทกลบมาแลกเปลยนกบน าปอน

รปท 2-22 การน าความรอนทงจากน าระบายกลบมาใช [4]

การน าความรอนทงจากน าระบายกลบมาใช ม 2 รปแบบ ซงอาจจะมทงสองแบบในระบบเดยวกนกได แบบแรกน าระบายความดนสงถกปลอยลงในถงความดนต าหรอถงแฟลซ น าระบายจะขยายตวเปนไอน าความดนต าใชงานในถงไลอากาศ (Dearator) หรอใชในกระบวนการทตองการ ความดนต า ตวอยางเชน คอนเดนเสทอณหภม 120°C จะผลตไอน าความดน 1 บารเกจ



อกแบบคอ คอนเดนเสทความดนต า ซงอาจจะเหลอจากแบบแรก ผานเขามาในเครองแลกเปลยนความรอนเพมอณหภมน าปอนกอนเขาถงไลอากาศ ซงระบบทมการน าความรอนกลบมาทงสอบแบบขางตนจะสามารถน าความรอนกลบมาไดถงรอยละ 90 หมอไอน าทมการระบายน าเกนรอยละ 5 ระบบน าความรอนทงจากน าระบายกลบมาใชจะมความนาสนใจอยางยง

2. การใชงานฮตปมเพอเพมคณภาพความรอน (Heat pump)

ในกรณทพลงงานความรอนทงมอณหภมต ากวาระดบอณหภมทแหลงรบความรอนตองการใชงาน เทคโนโลยฮตปม (Heat pump) จะน ามาใชเพอยกระดบเพมอณหภมใหกบความรอนเหลอทงทมอณหภมต า เปนการ “Upgrading” เพมอณหภมจากอณหภมต าไปส อณหภมส งขน เพอใหเหมาะสมกบกระบวนการ end-use ทตองการน าความรอนไปใชงาน โดยฮตปม จะใชแหลงพลงงานจากภายนอกเพอดดพลงงานจากแหลงความรอนต าและปลอยออกทอณหภมสง ซงลกษณะการใชงานฮตปม สามารถท าได 2 ลกษณะ ขนอยกบการออกแบบ คอ ทงการ upgrade ยกระดบอณหภมของความรอนทงใหมอณหภม หรอ การน าความรอนทงไปเปนแหลงพลงงานในการขบเคลอนระบบท าความเยนแบบดดซม (Absorption cooling system)

การยกระดบความรอนทง (upgrade) ดวยฮตปม จะมศกยภาพเชงเศรษฐศาสตรในบางกรณ ขนอยกบความแตกตางของอณหภมทตองการและตนทนคาใชจายคาเชอเพลงและไฟฟา ปจจยส าคญในการพจารณาความเปนไปไดของการใชฮตปม คอ อณหภมของความรอนทงและระดบอณหภมทตองการเพม เพอใหเหมาะสมกบความตองการของแหลงรบความรอน ถาแหลงรบมภาระความรอน (heat load) ทตองการใชอณหภมสงแตกตางจากอณหภมความรอนทงทมในระดบทไมตางกนมาก จะมความเหมาะสมทจะเพมประสทธภาพการน าความรอนทงกลบมาใชดวยอปกรณฮตปม นอกจากน ชนดของวงจรการน าความรอนกลบทใชและชนดของสารท างานจะมอทธพลตออณหภมรบและคายของฮตปมดวย ซงจะสงผลตออณหภมสงสดทยกขนไดของฮตปม ตารางท 2-5 แสดงชนดของวงจรและสารท างานทใชฮตปมส าหรบการน าความรอนทงกลบมาใช [1]

ตารางท 2-5 แสดงชนดของวงจรและสารท างานทใชฮตปมส าหรบการน าความรอนทงกลบมาใช [1]

ชนดของฮตปม

อณหภมสงสดของแหลงรบ

(Sink Temp.)

อณหภมสงสดทเพม

ระดบ Lift Temp.)

คาใชจายเงนลงทนตดตง (บาท/kW) ตามขนาดของฮตปม

0.5 MW 1 MW 4 MW

Electric Motor Closed Compression Cycle

120oC 120oC 14,850 – 23,100

10,560 – 18,150

7,920 – 13,860

Diesel Motor Closed Compression Cycle

130oC 90oC 17,160 – 25,410

12,870 – 20,460

9,900 – 16,170

Mechanical Vapor Recompression

190oC 90oC 17,160 – 25,410

12,870 – 20,460

9,900 – 16,170

Thermal Vapor Recompression 150oC 40oC Not Available 6,930- 8,910

3,300 – 3,960



ชนดของฮตปม

อณหภมสงสดของแหลงรบ

(Sink Temp.)

อณหภมสงสดทเพม

ระดบ Lift Temp.)

คาใชจายเงนลงทนตดตง (บาท/kW) ตามขนาดของฮตปม

0.5 MW 1 MW 4 MW

Absorption Cycle (Type I. Heat pump)

100oC 50oC 11,220- 12,780

9,900 – 1,1550

8,250 – 9,570

Absorption Cycle (Type II. Heat Transformer)

150oC 60oC 26,400 – 29,700

23,760 – 27,390

19,470 – 22,440

Closed Compression Cycle เปนการใชอปกรณทดงความรอนจากแหลงความรอนทงอณหภมต า โดยใชงานรวมกบ Heat pump, Evaporator, Condenser เพอดงความรอนทงอณหภมต าสวนน ไปเพมอณหภมและน าไปใชในกระบวนการผลตอนๆ รปท 2-23 แสดงตวอยางของระบบอดแบบปดทน าความรอนทงจากน าระบายความรอนทออกจากระบบหมอนงฆาเชอ (Sterilizer) ในโรงงานผลตนม ซงอปกรณหมอนงจะมน าระบายความรอนทอณหภม 53oC ถกน ามาระบายความรอนเพอลดอณหภมน าระบายความรอนท Evaporator โดยสารท าความเยนใน Evaporator เมอไดรบความรอนและเขาสคอมเพรสเซอรของชดฮตปม จะใชรบพลงงานเพมท าใหมอณหภมสงขน ความรอนในสารท าความเยนทอยในสภาพไอดง (Superheated) ทออกจากชดคอมเพรสเซอร จะน าไปถายเทความรอนเพมอณหภมใหกบน ารอนทใชในกระบวนการผลตทคอนเดนเซอร ตอไป [1]

รปท 2-23 แสดงลกษณะการท างานของฮตปม ทใชในโรงงานผลตนม

ฮตปมแบบดดซม (Absorption Heat pump) ลกษณะการท างานคลายคลงกบระบบ closed compression cycle ยกเวนชดเครองอดจะขบเคลอนการท างานดวยระบบดดซมความรอน ระบบน มการใชงานไดทงแบบ ฮตปม“Type I” สามารถใชกบพลงงานความรอนทงน าเขาทมอณหภมทต ากวาหรอสงกวาอณหภมทปลอยออก ณ ระดบอณหภมใชงานเฉลยปานกลางในชวงกงกลางระหวางอณหภมดานสงกบดานต า ส าหรบแบบ ฮตปม “Type II”สามารถใชกบพลงงานความรอนทงน าเขาทมอณหภมปานกลาง ทอณหภมทปลอยออก สามารถปลอยออกเปนสองสายคอ สายอณหภมต าและสายอณหภมสง การใชงานสามารถใชกบระบบปรบอากาศ และหรอระบบท าความเยน



รปท 2-24 แสดงลกษณะการท างานของ ฮตปมแบบดดซม [14]

การท างานของฮตปมแบบดดซม ระบบประกอบดวยอปกรณส าคญ 4 สวน คอ Generator ท าหนาทรบความรอนจากแหลงความรอนคณภาพสงตางๆ ท าหนาทตมสารท างานใหมความเขมขน และน ากลบไปใชใหมท Absorber

Condenser เปนสวนทรบไอรอนทเกดจากการระเหยใน Generator และถายเทความรอน ขนแรก ใหกบกระแสรอนกอนทจะไปรบความรอนอกขนท Absorber Evaporator ไอรอนทคายความรอนในคอนเดนเซอรจะควบแนนเปนของเหลวและกลบมาท อเวปเปอรเตอร เพอรบความรอนทงคณภาพต า และกลายเปนไอ และปอนกลบมาท Absorber Absorber สารดดซมทเขมขนจาก Generator จะจบตวกบไอระเหยจาก Evaporator และคายความรอนใหกระแสรอน และจายน ารอนออกมาใชงาน ขณะทสารดดซมทเจอจางจะถกปมกลบไปตมท Generator [13]

การน าฮตปมแบบดดซมมาใชในอตสาหกรรม นอกจากกระบวนการอบแหงการระเหยยงแพรหลายมากในการน าความรอนทงมาใช Garimella ไดวเคราะหการใชฮตปมแบบดดซมท ใชแอมโมเนยน าเปนสารท างาน ใชความรอนทงจากกาซรอนอณหภม 120°C อนน าอณหภม 43°C ผลตน ารอน 50°C ได 3.57 MW Cortes และ Rivera ใชความรอนทงจากอเวปเปอรเรเตอรของโรงงานเยอกระดาษ อณหภม 70-80°C ปอนใหฮตปมแบบดดซมและผลตน ารอนอณหภม 90-120°C ปอนใหกบหมอไอน า ซงลดการใชกาซธรรมชาตลงไดถงรอยละ 25 [13]



ในรปท 2-25 แสดงการใชฮตปมแบบดดซมในโรงงานนมทมขนตอนการฆาเชอ (Pasteurization) ซงตองมการอนนมใหอณหภม 73°C และมกระบวนการทลดอณหภมลงท 4°C ซงสามารถใชความรอนจาก Absorber และ ความเยนจาก Desorber [13]

รปท 2-25 การใชฮตปมแบบดดซมในโรงงานนมทมทงการท าความรอน และตองการความเยน


เทคโนโลยทนาสนใจในการน าความรอนอณหภมต ากลบมาใช ไดแก เทคโนโลยเมมเบรน และการพฒนาเพมสมรรถนะฮตปม

Transport Membrane Condenser (TMCs) [14]

เปนเทคโนโลยทพฒนาขนเพอดงทงความรอนและน าออกจากกาซไอเสย โดยมหลกการท างานของอปกรณ ดงแสดงในรปท 2-26 โดยเมมเบรนทประกอบไปดวยชนของทอคอนเดนเซอร เซรามค ขนาดเลกๆ (Capillary condensation) จ านวนมาก ท าหนาทดงเอาความรอนและไอน าทม อยใน กาซไอเสย สกดออกทอณหภมสงกวาจดน าคางผานทาง TMCs เมมเบรน และรวบรวมเปนน าคอนเดนเสทรอนปอนกลบเขาทอน าปอนเขาหมอไอน า โดยวธน น าคอนเดทเสททไดผานเยอตวกรองหรอเมมเบรน จะลดสารปนเปอนในน าได ซงจะแตกตางจากวธการสมผสแลกเปลยนความรอนตรง (Direct contact condensation recovery) เทคโนโลยนไดถกพฒนาทดลองใชกบกาซไอเสยในหมอไอน าเชอเพลง กาซธรรมชาต แตเทคโนโลยนยงตองการพฒนา R&D ในสวนของวสดพเศษทน ามาใชส าหรบไอเสยท มความสกปรกสง รวมทง TMC ทมความแขงแรงและทนทานตอสารปนเปอนในไอเสย



รปท 2-26 แสดงลกษณะการท างานของ Transport Membrane Condenser (TMCs)

เทคโนโลยฮตปมส าหรบความรอนทง [15]

การพฒนามงไปสฮตปมแบบ 2 ขน (2-stage) ซงใหอตราสวนการอดสงกวาและขนาดเลกลง K.J Chau. และคณะไดแสดงใหเหนวาฮตปมแบบ 2 ขนทใช R22 เปนสารท างานส าหรบระบบอบแหงใหความรอนไดมากกวาแบบขนเดยวถงรอยละ 40 มการท าการศกษาเพอเพมสมรถนะของ ฮตปมเปรยบเทยบระบบทใชถงแฟลชรวมกบคอมเพรสเซอรแบบสคอลกบการใช sub cooler โดย Ma และ Zao กพบวาถงแฟลชเพมประสทธภาพไดดกวาในภาวะทอณหภมแวดลอมต า

Wei Yang และคณะไดวเคราะหเปรยบเทยบฮตปมแบบ 2 ขน 5 รปแบบ เปรยบเทยบกบแบบ 1 ขน พบวาฮตปมทรวมกบถงแฟลชทอณหภมอเวปเปอรเรเตอร 35°C และอณหภมน ารอนทได 95°C ใหคาสมรรถนะท 4.2 เทยบกบแบบ 1 ขนทสมรรถนะเพยง 3.3 และประเมนระยะเวลาคนทนของระบบ 4.4 ป เทยบกบแบบขนเดยวท 11.7 ป

ก. แบบขนเดยว



ข.แบบสองขน

รปท 2-27 แสดงลกษณะการท างานของฮตปมแบบขนเดยว และสองขน

งานศกษาฮตปมกบความรอนทงอณหภม สวนหนงมงไปทการใชงานกบน าเสย เนองจากน าเสยจากโรงงานทมการใชความรอน อณหภมคอนขางสงและคงท ปจจบนมการใช ฮตปมกบเสยมากกวา 500 แหงทวโลก โดยมขนาดตงแต 10 kW – 20 MW ใชงานกบน าเสยอาคาร โรงงานน าเสยของเมองหรอชมชน คาสมรรถนะทรายงานอยในชวง 2.8-4.85 [16]

2.3.5 การผลตไฟฟา (Power generation)


การผลตไฟฟาจากความรอนทง เชนความรอนทงจากหมอไอน า สามารถใชขบเคลอนพลงงานกล เพอผลตกระแสไฟฟาได เมอพจารณาถงทางเลอกในการผลตไฟฟาจากความรอนทง เชน วงจรไอน าแบบ Steam Rankine Cycle, ระบบ Organic Rankine Cycle และ ระบบ Kalina Cycle เปนตน ปจจยส าคญทจะตองพจารณาคอขอจ ากดทางเทอรโมไดนามคสของระดบอณหภมทแตกตางกน ประสทธภาพของระบบจะขนอยกบระดบอณหภมของความรอนทงคอนขางมาก โดยทวไปการผลตไฟฟาจากความรอนทง พบวาจ ากดอยทแหลงความรอนทงในระดบอณหภมปานกลาง – สง



1) Steam Rankine Cycle (SRC) เปนระบบการผลตไฟฟาทนยมใชมากทสด โดยน าความรอนทงมาใชผลตไอน าในการขบเคลอนกงหนไอน า (Steam Turbine) วงจรการท างานดงแสดงในแผนภาพรปท 2-28 [1]

รปท 2-28 แสดงลกษณะการท างานของการน าความรอนทงกลบดวยระบบ Rankine Cycle [1]

ซงแมวา SRC เปนระบบทมประสทธภาพในการดงความรอนทงกลบมาใชทมประสทธภาพสงทสด ส าหรบการน าความรอนทงจากไอเสยทมอณหภมสงกวา 340-370oC แตทอณหภมของความรอนทงทต า การท างานของไอน าจะใหประสทธผลทต าลง เนองมาจากอณหภมความรอนทงทต าจะไมสามารถใหพลงงานทเพยงพอทจะท าใหเปนไอน ายงยวดได (Superheat steam) และไอน าทความดนต าจะตองการอปกรณทมขนาดใหญ นอกจากนระบบยงตองการอปกรณทปองกนการกลนตวของคอนเดนเสทและ การกดกรอนของใบกงหนไอน าดวย ดงนน ส าหรบความรอนทงทมอณหภมต า ระบบ Organic Rankine Cycle หรอ Kalina Cycle จะมความเหมาะสมกวา

2) Organic Rankine Cycle (ORC) หลกการท างานจะคลายคลงกบ Steam Rankine Cycle (SRC) แตจะนยมใชกบสารท างานทเปนของไหลประเภทสารประกอบอนทรยชนดทมจดเดอดต าและมความดนไอสงกวาน า และมมวลโมเลกลสงกวาและใหอตราการไหลเชงมวลทสงกวา เชน น ามนซลกอน (Silicon oil) , โปรเพน (Propane) , ฮาโลอลเคน (halo alkanes), ไอโซเพนเทน (iso-pentane), ไอโซบวเทน (iso-butane), พาราไซลน (p-xylene) และ โทลอน (toluene) เปนตน ท าใหระบบ Organic Rankine Cycle สามารถท างานไดดวยความรอนทงทมอณหภมต ากวาได ท าใหไดประสทธภาพทดกวาส าหรบแหลงความรอนอณหภม และท าใหไดประสทธภาพของกงหนไอน าทสงกวา โดยระบบ ORC สามารถน ามาใชกบแหลงความรอนทงทมอณหภมต าประมาณ 150oC ได ในขณะทระบบไอน าจะจ ากดทแหลงความรอนจะตองมอณหภมสงกวา 260oC ในบางกรณพบทระดบอณหภมความรอนทงท 66oC โดยชวงอณหภมความรอนทงของระบบ ORC จะขนอยกบคณสมบตทางเทอรโมไดนามกคของสารท างาน เมอเปรยบเทยบกบสารท างานทเปนไอน า สารท างานทเปนสารประกอบอนทรยของระบบ ORC จะมมวลโมเลกลสงกวา ใหอตราการไหลเชงมวลทสงกวา และใหประสทธภาพของเทอรไบนทสงกวา และท าใหการออกแบบระบบเลกกะทดรดกวา อยางไรกตาม ตองระลกไววา เมอระบบวงจรท างานทอณหภมต าจะใหประสทธภาพรวมทต ากวาวงจรท างานทอณหภมสง โดยประสทธภาพของระบบ ORC โดยรวม (Overall efficiency) จะมคาประมาณ 10-20% เทานน ซงขนอยกบอณหภมของชดอแวบโปเรเตอร (Evaporator)



และคอนเดนเซอร(Condenser) หากเทยบกบระบบทใชอณหภมสง ประสทธภาพโดยรวมของระบบผลตไฟฟาจากไอน าทมอณหภมสงจะมประสทธภาพ 30-40% ทงนขอจ ากดของประสทธภาพ อธบายไดดวยสมการ Carnot Efficiency ประสทธภาพสงสดทเปนไปไดส าหรบเครองยนตความรอน จะขนอยกบความแตกตางของอณหภมสารท างานทสงสดและอณหภมของสารท างานทจดต าสด

รปท 2-29 แสดงลกษณะการท างานของระบบ ORC [1]

ระบบ ORC นเปนเทคโนโลยทมการใชงานในเชงพาณชยอยางนอย 30 แหงทวโลก พบใชงานทวไปในระบบของโรงไฟฟาพลงงานแสงอาทตย โรงไฟฟาพลงงานความรอนใตพภพ และแหลง ความรอนทง และใชกบอปกรณน าความรอนกลบมาใชประโยชนในชดอดความดน (Compressor) ตวอยางของการใชงานทประสบผลส าเรจ เชนโรงงานปนซเมนตท Bavaria ประเทศเยอรมน ใชระบบ ORC ในการน าความรอนทงจากการระบายความรอนเมดปน (Clinker cooler) ทกาซไอเสยมอณหภม 500oC ระบบสามารถผลตไฟฟาปอนไดทรอยละ 12 ของความตองการพลงงานไฟฟาทงหมดของโรงงาน และสามารถลดการปลอยกาซคารบอนไดออกไซดไดประมาณ 7,000 ตน แมวาการประยกตน าระบบ ORC ไปใชจะตองมการพจารณาวเคราะหถงความคมคาในเชงเศรษฐศาสตรใหละเอยด แตเปนทางเลอกทนาสนใจส าหรบอตสาหกรรมทกระบวนการผลตในโรงงานไมมทางเลอกในการน าความรอนทงไปใชดวยวธอนๆ หรอไมมโรงงานขางเคยงทสามารถน าความรอนทงทมไปใชได [1]

3) Kalina Cycle เปนระบบการท างานแบบ Rankine Cycle ชนดหนง ทใชสารท างานเปนของไหลทเปนสารประกอบ 2 ชนด (Binary Fluids) เชนสารประกอบผสมแอมโมเนยกบน า เปนการใชความแตกตางของจดเดอดและจดควบแนนของสารสองชนดทแตกตางกน และใชหลกของการใหและการรบความรอนของไอสารท างาน (Evaporation phase) ทสภาวะความเขมขนตางๆ เพอน ามาใชแลกเปลยนเพมอณหภมแกระบบ ซงจะท าใหสามารถดงเอาพลงงานออกจากแหลงความรอนไดมประสทธภาพมากขน เปนการเพมประสทธภาพของระบบผลตไฟฟาโดยรวม ความแตกตางทส าคญของการใชสารท างานแบบของไหลผสมสารประกอบ 2 ชนด คอ รปแบบการเปลยนแปลงของอณหภมในชวงจดเดอด (boiling) และชวงกลนตว (Condensation) โดยทสารท างานทเปน Binary Fluid อยในทงสองชวงดงกลาวจะไมคงท จะมการเปลยนแปลงเพมขนตลอดเวลาในชวงเดอด และลดลงในชวงกลนตว ท าใหประสทธภาพตาม



Carnot Efficiency มคาเพมขน ดงแสดงไดแผนภาพอยางงายและ ไดอะแกรม T-S ในรปท 2-30 ในขณะทถาสารท างานแบบชนดเดยว อณหภมของสารท างานในทงสองชวงดงกลาวจะมคาคงท [1]

รปท 2-30 แสดงลกษณะการท างานของการน าความรอนทงกลบดวยระบบ Kalina Cycle

จากไดอะแกรม T-S จะเหนวาส าหรบวงจร Rangkine ทสารท างานคอน า เมอความรอนถายเทใหกบสารท างาน อณหภมของสารท างานทเปนน าจะคอยๆ เพมขนอยางชาๆ จนกระทงถงอณหภมจดเดอด และจะคงทจนกระทงน าระเหยหมด แตส าหรบสาร Binary Fluid ทสารผสมสองชนดมอณหภมจดเดอดทแตกตางกน อณหภมในชวงจดเดอดน จะไมคงท โดนมการเพมขนเรอยๆ ในชวงทเกดการระเหย และในชวงกลนตวอณหภมกจะลดลงเรอยๆ สงผลใหระบบมประสทธภาพทสงกวา และสามารถปรบการแลกเปลยนความรอนของแหลงความรอนทงกบตวกลางในการรบความรอนไดดกวา

ระบบ Kalina Cycle สามารถท างานทความรอนทงทชวงอณหภม 95°C ถง 550°C และใหประสทธภาพสงกวาระบบแบบ ORC ไดถง 15-25% ณ ระดบอณหภมความรอนทงเดยวกน ระบบนพบวาเปนทนยมใชงานในโรงไฟฟาพลงความรอนใตพภพทแหลงน าความรอนทงมอณหภมต ากวา 150°C ตวอยางของการใชงานทประสบผลส าเรจ เชนโรงงานเหลกทประเทศญปน ในป 1999 โดยเปนการน าความรอนทงจากเตาเผาขยะชมชน และความรอนจากกระบวนการระบายความรอนไฮโดรคารบอน สามารถน ามาผลตกระแสไฟฟาดวยระบบ Kalina Cycle จากน าระบายความรอนทอณหภม 98oC โดยใชอตราการไหลของน าระบายความรอน 1,300 ตนตอชวโมง ใหพลงงานไฟฟา 4,500 kW ใชเงนลงทน 4 ลานดอลลารสหรฐหรอคดเปน $1,100/kW



ตารางท 2-6 ตวอยางของการตดตงใชงานระบบ Kalina [17] สถานท ปทตดตง ประเทศ แหลงความรอน ไฟฟาทได แหลงความ

รอน Kashima 1999 ญปน น าระบายความรอน 3,450 kW 98 °C Husavik 2000 ไอซแลนด น ารอนใตพภพ 1,700 kW 121 °C Fuji Oil 2005 ญปน กระบวนการปโตรเคม 3,900 kW 118 °C Unterhaching 2009 เยอรมน น ารอนใตพภพ 3,400 kW 122.35 °C Bruchsal 2009 เยอรมน น ารอนใตพภพ 580 kW 118 °C Expo2010 2010 จน พลงแสงอาทตย 50 kW 92 °C

ตารางสรปเทคโนโลยการผลตไฟฟาจากความรอนทงดงแสดงในตารางท 2-7

ตารางท 2-7 แสดงสรปเทคโนโลยการผลตไฟฟาจากความรอนทง ทมาการศกษาพฒนาขน [1]

เทคโนโลย ชวงอณหภม

ชนดแหลงของความรอนทง เงนลงทน

บาท/kW

ระบบผลตไฟฟาดวยวงจรไอน าแบบปกต (Traditional steam cycle)a

ปานกลาง, สง

กาซไอเสยจากกงหนไอแกส (Exhaust Gas Turbine) เครองยนตแบบลกสบ (Reciprocating) เตาเผาขยะ (incinerator) และเตาหลอม (Furnace)

36,300 – 46,200 /kWf

ระบบผลตไฟฟา แบบ Kalina Cycleb

ต า,

ปานกลาง

กาซไอเสยจากกงหนไอแกส (Exhaust Gas Turbine) กาซไอเสยจากหมอไอน า (Boiler exhaust) ความรอนทงจากเตาเผาปนซเมนต (cement kilns)

36,300 – 49,500 /kWf

ระบบผลตไฟฟา แบบ Organic Ranine Cyclec,e

ต า,

ปานกลาง

กาซไอเสยจากกงหนไอแกส (Exhaust Gas Turbine) กาซไอเสยจากหมอไอน า (Boiler exhaust) น ารอน ความรอนทงจากเตาเผาปนซเมนต (cement kilns)

36,300 – 115,500 /kWf

a Sean Casten, 2003, Update on US Steam Turbine Technology, Presented to Canadian District Energy Association 8th Annual Conference June 20th 2003. b BSC, Inc., Engineering Scoping Study of Thermoelectric Generator Systems for Industrial Waste Heat Recovery c Daniel Duffy, “Better Cogeneration through Chemistry : the Organic Rankine Cycle d based on cement kiln waste heat recovery project economics. Mark Mirolli, “The Kalina Cycle for Cement Kiln Waste Heat Recovery Power Plants.” Cement Industry Technical Conference, 2005. 15-20 May 2005. e “Organic Rankine Cycle for Electricity Generation” http://www.stowa-selectedtechnologies.nl

http://www.stowa-selectedtechnologies.nl/



ประสทธภาพของระบบ [20]

ประสทธภาพของระบบ ORC ควรมคาสงสดเทาใด สามารถประเมนไดดวยวฎจกรคารโนต ของ Heat Engine

ηc=1-TL

TH

ตวอยางเชน แหลงความรอนอณหภม 140 °C แหลงรบความรอนอณหภม 40°C

ηc=1- (273.15+40

273.15+140)

= 24.2% แตวฎจกรคาร โนตคอนขางอดมคต และหางจากเครองจกรทท าไดจรง Novikov และ Chambada ไดเสนอการวเคราะหแบบ Endorevesible Thermodynamics ซงพจารณากระบวนการเปนแบบ irrersible ซงสอดคลองกบระบบทเปนจรง คาสมประสทธภาพทหาไดเรยกวา Chambadal-Novikov efficiency

η=1-√TL

TH

ตารางตอไปนแสดงขอมลเปรยบเทยบประสทธภาพของระบบทท านายดวยประสทธภาพคารโนต และ Chambadal-Novikov efficiency และคาจรง

ตารางท 2-8 การเปรยบเทยบประสทธภาพของระบบทประเมนจากคารโนต และ แบบ Endorevesible โรงไฟฟา TC (°C) TH (°C) ηcarnot ηEnd orevesible ηตรวจวด

West thurrpck Coal-fire Plant

25 565 0.64 0.40 0.36

Candu Nuclear Power Plant

25 300 0.48 0.28 0.30

Larderello Geothermal Plant

80 250 0.33 0.178 0.16

จากตวอยางขางตนคาประสทธภาพ ηEnd orevesible จะเทากบ 12.9% จะเหนไดวาสมการขางตนท านายประสทธภาพระบบ ORC ไดเบองตน ถาทราบอณหภมแหลงความรอนและตวรบความรอน ในการวเคราะหทวไปอาจอางองขอมลทวไปดงน



ตารางท 2-9 คาพารามเตอรทวไปของระบบ ORC [6]

พารามเตอร วฏจกรกงหน ORC (อณหภมต า)

วฏจกรกงหน ORC (อณหภมสง)

อณหภมความรอนทงทม (Tin) 90 – 150 °C 300 – 500 °C อณหภมปลอยท (TC) 40 °C 150 °C ประสทธภาพการผลตไฟฟา (eff) โดยรวม 10% โดยรวม 18 – 20% สทธ 10% สทธ 16 – 17 ตวกลางของความรอนทง ไอเสย ไอน า ไอเสย ไอน า น ารอน น ารอน น ามนรอน น ามนรอน ราคาระบบ (I) 200,000 บาท/kW 250,000 บาท/kW


ระบบ ORC เรมแพรหลายมากขน และในบางการประยกตใชงาน เชน ความรอนใตพภพคอนขางเปนทยอมรบและอยตวแลว ขณะทระบบ Kalina ซงปรบปรงตอยอดจากระบบ ORC ยงอยในขนทดลอง แมจะมการตดตงเชงพาณชยแลว ทงสองระบบตองมการศกษาวจยตอไป สวนใหญจะมงเพมประสทธภาพของระบบใหสงขน ทงในดานการออกแบบวฎจกร การเลอกสารท างาน

นอกจากนยงมการวจยทจะใหสารท างาน ท างานในสภาวะวกฤต (Supercritical หรอ Trans-critical) ซงจากประสทธภาพคารโนต จะมคาสงขนจากสภาวะอมตวทวไป วฏจกรชนดนเรยกวา Super Critical Rankine Cycle (SRC) หรอTrans- Critical Rankine Cycle (TSRC) สารท างานทใชเปน CO2 และน าหรอสารไฮโดรคารบอนด เปนการเปลยนสถานะสารท างานของเหลวเปนสถานะวกฤต (Supercritical) ซงประสทธภาพของระบบสงขน ขอดของระบบ SCR คอ

- ใชความดนระดบปานกลาง (73.8 บาร) - คณสมบตทางเทอรไมไดนามกสแนนอน - CO2 มในธรรมชาต และตนทนไมสง - ไมกดกรอน ไมระเบด บรษท Echogen ไดผลตระบบ SRC โดยใช CO2 เปนสารท างานขนาด 250 kW - 50 kW และ

ประสทธภาพทท าไดถงรอยละ 30 [17]



รปท 2-31 การท างานในสภาวะ Supercritrical และ Trans-critrical state [18]

เทคโนโลยการผลตไฟฟาจากความรอนทงอณหภมต า ทนาสนใจนอกเหนอจากเทคโนโลย ORC ทไดกลาวถงแลวและอยในความสนใจ ไดแกเทคโนโลยเทอรโมอเลคทรค เทคโนโลย Magentocaloric เทคโนโลยเทอรโมอคสตค เทคโนโลย ORC แบบ Binary กราฟในรปท 2-32 แสดงเปรยบเทยบถงประสทธภาพทท าไดของเทคโนโลยเหลาน

รปท 2-32 กราฟเปรยบเทยบเทคโนโลยการผลตไฟฟา [17]

ในหวขอนจะไดกลาวถงเทคโนโลยขางตนโดยสงเขป

1. เทอรโมอเลคทรค [18]

เทคโนโลยเทอรโมอเลคทรค เปนทรจกกนมานานมาก มการใชงานในเครองมอวด เชน เทอรมสเตอร เปนตน และใชระบายความรอนในแผงวงจรรวมทมนาดเลก ไมสามารถใชเทคโนโลยอนได แตในดานการผลตพลงงานไฟฟาในอดตไมไดรบความสนใจนก เนองจากประสทธภาพต า คาประสทธภาพเช งความรอนต ากวารอยละ 4



ประสทธภาพเชงความรอนของเทอรโมอเลคทรคขนกบ 2 ปจจย คอ ประสทธภาพในการผลตไฟฟาจากความรอนทปอนเขา (ηTE) และความสามารถในการถายเทความรอน (ε ) ดงสมการ

ηth= ηTEε คาประสทธภาพการผลตไฟฟา ηTE ขนกบคณสมบตของวสดทใชท าเทอรโมอเลคทรค ตามคา Figure of Merit หรอ ZT ของสาร และคา ε ขนกบการออกแบบการถายเทความรอน ปจจบนมการผลตสารประเภท Supper lattic ทมคา ZT สงขนถง 3 และคา ηTE สงขนถงรอยละ 20

โครงสรางของเทอรโมอเลคทรคประกอบดวยสารกงตวน าเทอรโมอเลคทรค และถกขนาบดวยเครองแลกเปลยนความรอน 2 ดานคอ ดานกระแสรอนและดานกระแสเยน เมอมอณหภมแตกตางเกดระหวางรอยตอของสารกงตวน า ทมคา Work function ตางกนท าใหอเลคตรอนทมพลงงานสงหลดออกมาเกดความตางศกยขนทรอยตอท าใหเกดกระแสไฟฟาไหล

รปท 2-33 โครงสรางของเทอรโมอเลคทรค

2. การใชอปกรณแปลงผนพลงงานทใชสนามแมเหลก (Magnetocaloric Energy Conversion)[19]

นอกจากเทคโนโลยเทอรโมอเลคทรกแลว การผลตไฟฟาโดยใชอปกรณทใชสนามแมเหลก หรอ Magnetocaloric Energy Conversion (MEC) เทคโนโลย MEC (ซงปจจบนมการใชงานเฉพาะในตเยนทใชสนามแมเหลก) เรมไดรบความสนใจในวงวชาการ ส านกงานพลงงานของประเทศสวสเซอรแลนด (Swiss Federal Office of Energy – SFOE) ไดตพมพรายงานทสรปถงความกาวหนาของ MEC

MEC เปนวสดทมคณสมบตทางแมเหลกแปรตามอณหภม ดงนนเมออณหภมแตกตางเกดขน จะเกดแรงทกระท าแตละดานของแกนหมนไมเทากนและเกดแรงบด และไดมการคนพบสาร MEC ประเภทอลลอยดทใหคา Magnetocaloric effect สง มอณหภมท างานทสงกวาอณหภมหองซงมความคาดหวงวาจะสามารถเพมประสทธภาพการผลตไฟฟาโดยใช MEC ไดสงขน



ประสทธภาพทางเทอรโมไดนามกสของ MEC เพมขน เมออณหภมแวดลอมลดลง ทอณหภม 30°C ประสทธภาพประมาณรอยละ 14

รปท 2-34 ปรากฏการณ Magneto carloric

3. เทคโนโลยเทอรโมอคสตก (Thermoacoustic Heat Engine : THE) [17]

เทคโนโลยเทอรโมอคสตกเปนการเปลยนแปลงความรอนเปนพลงงานเสยง ซงอาจจะน าไปใชในระบบท าความเยน หรอ ไปขบลกสบ และผลตกระแสไฟฟา ในระบบ stiring cycle กได

ปรากฏการณเทอรโมอคสตกทเปลยนแปลงความรอนเปนพลงงานเสยงเกดในวสดทมรพรนเรยกวา Regenerator หรอ Stack ซงถกประกอบดวยเครองแลกเปลยนความรอนทงสองดาน ซงเชอมตอกบแหลงความรอน เครองแลกเปลยนความรอนอณหภมต า หรอ sink ตอกบแหลงความรอนอณหภมต า TC และเครองแลกเปลยนความรอนอณหภมสง หรอ Source ตอกบแหลงความรอนอณหภมสง Th ซงรกษาอณหภมแตกตาง ∆T ดวยอณหภมแตกตาง จะเหนยวน าใหเกดคลนเสยงในตวกลาง เกดการอดและขยายตวของของไหลทเปนตวกลาง เทอรโมอคสตก มโครงสรางทงายๆ ไมมชนสวนเคลอนทและใชตวกลางทเปนมตรกบสงแวดลอม เชน อากาศ อารกอน ฮเลยม มขนาดเลก และมความเปนไปไดทประสทธภาพเชงความรอนจะสงถงรอยละ 30 บรษท ASTER THERMOACOUSTICS ไดผลตเครอง เทอรโมอคสตก โดยใชสวนขยายสญญาณ 3 ชด สามารถเพมประสทธภาพของเครองยนตสนดาปภายในไดถงรอยละ 10 และบรษท HEYCOM ไดสรางเครองตนแบบขนาด 70 kW มประสทธภาพใกลเคยงกบวฎจกร Rankine



รปท 2-35 โครงสรางของเทอรโมอะคสตค

2.3.6 การน าความรอนทงมาใชในการปรบอากาศ (Waste heat Recovery for Air

Conditioning)


เทคโนโลยในการน าความรอนทงมาใชเปนแหลงพลงงานในการปรบอากาศมหลายเทคโนโลย อาท ระบบดดซม ระบบดดซบ การใชสารดดความชนและการใชอเจคเตอร เปนตน

รปท 2-36 ผงแสดงการใชงานความรอนทงเพอการปรบอากาศ

ระบบดดซม Absorption

ระบบดดซบ Adsorption

การดดความชน Desiccant

อเจคเตอร Ejector

ระบบผสม Hybrid

แหลงความรอนทง Heat Source

ระบบปรบอากาศ Air Conditioning



1. ระบบดดซม [20] ระบบปรบอากาศแบบดดซมคลายคลงกบฮตปมแบบดดซมทไดกลาวถงแลวและมจ าหนายแพรหลายแลว มตงแตขนาดเลกจนถงเปนพนตน ความรอนทงจะถกปอนใหกบ Generator ความรอนทใชอาจมอณหภมต ากวา 100 °C กไดขนกบคสารท างานทเลอก ภาระความรอนทปรบอากาศจะเขามาทางอเวปเปอรเรเตอร ท าใหสารท างานกลายเปนไอและมาจบตวกบสารละลายเขมขนใน Absorber ใหสารละลายเจอจางลงและถกปมไปรบความรอนใหมท Generator ระบบดดซมจะมสมรรถนะสงกวาระบบทใชความรอนอนๆ ทง 5 ประเภท ส าหรบวฏจกรแบบชนเดยว คา COP เทากบ 0.6-0.8 และแบบ Double effect 2 stage จะเพมเปน 1.2 – 1.3

รปท 2-37 เครองท าน าเยนแบบดดซม

ตารางท 2-10 คาสมรรถนะของระบบดดซม

ประเภท แหลงความรอน อณหภม (C)

คา COP ทวไป

Sink effect Double effect Triple effect

85 130 220

0.7 1.2 1.7



ระบบทเปนแบบ Double หรอ Mult-effect ความรอนจะถกใชหลายขนตอนระดบอณหภมตามตวอยางในรปท 2-38 ซงหมายถงตองใชเครองแลกเปลยนความรอนหลายชด ความซบซอนมากขน และราคาสงขน

รปท 2-38 ระบบ Single และ Double Effects

2. ระบบดดซบ (Adsorption) [20] ระบบดดซบมทงแบบทเปนสารดดซบ (Solid Adsorption) และเปนแบบทใชปฏกรยาเคม แต

การท างานใกลเคยงกน ระบบจะม 2 กระบวนการคอการดดซบ (adsorption) และคาย (desorption หรอ Regeneration) ในการท าความเยน สารท างานจะระเหยกลายเปนไอในอเวปเปอรเตอร และจะถกดดซบดวยสารดดซบของแขงทมลกษณะมรพรน ในขนตอนการคาย สารดดซบจะรบความรอนในทนคอ แหลงความรอนทง สารท างานหลดออกมาในรปของเหลวและกลบไประเหยใหมในอเวปเอรเรเตอร สารท างานทใชมหลายชนด เชน น า – Zeolite หรอ Methanol – activated carbon ระบบดดซบม 2ประเภท คอ ระบบดดซบทใชสารดดซบ และระบบทใชปฏกรยาเคม ทงสองระบบตางกนทแรงดดซบในสารดดซบจะใชแรงทางกายภาพ ขณะทแบบปฏกรยาเคมใชแรงดงดดจากพนธะทางเคม

รปท 2-39 การท างานของระบบดดซบ

ก.Single Effect ข. Double



3. ระบบทใชสารดดความชน [20] ระบบทใชสารดดความชนม 2 แบบ คอ แบบทใชสารดดความชนของแขง (Solid desiccant) และแบบทใชสารดดความชนของเหลว ระบบทใชสารดดความชนของแขง สารดดความชนประเภทซลกา เจล หรอ Activated Alumina หรอ สารทโครงสรางโมเลกลเปนโครงขายจะตดตงบนวงลอทหมนได (Desiccant Wheel) และบนจานหมนมรเลกๆ ใหลมผานได ทอลมทผานจานหมนจะถกแบงเปน 2 สวน คอ สวนลดความชน อากาศดจะไหลเขาและสวนไลความชนลมรอนจะไหลผาน เมออากาศผานสวนทลมเขา สารดดความชนจะจบไอน าในอากาศและท าใหอากาศแหง เมอจานหมนหมนเขาไปในสวนทไลความชน ลมรอนทผลตจากแหลงความรอนทงจะไหลผานจานหมนท าใหความชนทสะสมอยระเหยออกมา หรอ Regeneration สารดดความชนเพอน ากลบไปใชใหมในสวนลมเขา การน าสารดดความชนของแขงมาใชในงานปรบอากาศจ าเปนจะตองท างานรวมกบระบบระเหยน า (Evaporative Cooling) เนองจากการดดความชนไมท าใหอณหภมลดลง แตกลบมผลใหอณหภมอากาศสงขน ระบบทใชงานจะเปนดงรปท 2-40 ซงมการน าลมกลบภายในอาคารมาแลกเปลยนกบอากาศภายนอก กอนน ามาผลตลมรอนอกดวย ระบบทใชสารดดความชนของแขงนคอนขางแพรหลายในประเทศไทย โดยเฉพาะอยางยงอาคารขนาดใหญทมการออกแบบใหมการลดความชนอากาศภายนอกกอนน าเขามาปรบอากาศ จดออนของระบบสารดดความชนกคอมสวนเคลอนไหว และอาจมการปนเปอนของอากาศทงสองฝง

รปท 2-40 ระบบทใชสารดดความชนของแขง



ระบบทใชสารดดความชนของเหลว (Liquid Desiccant) ใชคณสมบตของสารละลายประเภทเกลอ เชน Lithium bromide หรอ Lithium Chloride หรอ Calcium chloride ซงสามารถจบไอน า หรอความชนในอากาศได โดยทความเขมขนจะลดลง และคายความรอนออกมา ดงนน ระบบทใชสารดดความชนเหลวจะมการสเปรยสารดดความชนในอากาศทไหลผาน ท าใหอากาศแหง และสารดดความชนทเจอจางจะถกดดกลบมาใหความรอนดวยความรอนทงอณหภมต า ใหมความเขมขนและน ากลบมาสเปรยใหม อยางไรกตามอากาศทผานการดดความชนจะมอณหภมสงจ าเปนจะตองน ามาผานชดระเหยน า (Evaporative Cooling) ใหอากาศแหงอณหภมต าลงกอนน าเขาปรบอากาศ ระบบทใชสารดดความชนเหลวมสมรรถนะคอนขางสง สามารถท าคา COP ไดสงกวา 0.8 ปจจบนมจ าหนายเชงพาณชยแลว แตยงมจ ากดทจะตองไมใหไอระเหยของสารดดความชนตดไปกบอากาศและสารดดความชนเหลานไมเปนพษ แตมคณสมบตกดกรอนคอนขางสง

รปท 2-41 ระบบทใชสารดดความชนของเหลว 4. ระบบทใชอเจคเตอร (Ejector Refrigeration) [20]

ระบบท าความเยนดวยอเจคเตอรมขอดทมชนสวนนอยชนไมมสวนทเคลอนไหว ทนทาน สารท างานทใชเปนมตรกบสงแวดลอม เชน น า หรอสารท าความเยนอน แตยงไมไดรบความนยมเนองจากสมรรถนะต า ปจจบนมการออกแบบอเจเตอรไดดขน ท าใหสมรรถนะของระบบสงขน การท างานของระบบทใชอเจคเตอร สารท างานในหมอตม ซงอาจจะเปนน าไดรบความรอนจากความรอนทงท าใหกลายเปนไอ และมความดนสง วงผานอเจคเตอรในรป Nozzle ดวยความเรวสงท าใหบรเวณรทกาซจะอเวปเปอรเรเตอรเขามาผสมในอเจคเตอรมความดนต าลง สงผลใหการระเหยใน อเวปเปอรเรเตอรเกดขนทความดนต าลง สารท างานทระเหยจากอเวปเปอรเรเตอรผสมกบกาซความดนสงทวงผานอเจคเตอรเขาควบแนนในคอนเดนเซอร ดวยความดนทสงขน จะเหนวาในระบบไมมสวนทใชพลงงานอน ยกเวนปมหมนเวยนสารท างานไปยงหมอตม การท างานของระบบอเจคเตอร แสดง ดงรปท 2-42



รปท 2-42 ระบบทใชอเจคเตอร

จากขอมลการวจยพบวา สมรรถนะของระบบทใชอเจคเตอรปจจบนอยท 0.2-0.3

5. ระบบผสม เปนการผสมระหวางระบบขางตน เชน การใชระบบดดซบรวมกบสารดดความชนของแขง ระบบดดซบรวมกบอเจคเตอร เปนตน

ประสทธภาพของระบบ

โดยสรปเทคโนโลยการน าความรอนมาใชในการปรบอากาศมคาสมรรถนะและระดบอณหภมทใชงานได เปรยบเทยบได ดงน

ตารางท 2-11 การเปรยบเทยบสมรรถนะของระบบท าความเยน

ระบบ ระดบอณหภมทตองการ (C) สมรรถนะ (COP)

1 ระบบอดไอ (ใชไฟฟา) 3-5

2 ระบบเทอรโมอเลคตรก (ใชไฟฟา) 0.5

3 ระบบดดซม 80-300 0.6-0.8

4 ระบบดดซบ

- ทางกายภาพ

- ทางเคม

80-300

80-300

0.3-0.8

0.1.02

5 ระบบใชสารดดความชน 40-80 0.5-1.5

6 ระบบทใช Efecter 80-150 0.3-0.8




ระบบดดซมการศกษาสวนใหญมงไปทการเพมสมรรถนะ การเลอกคสารพลงงานเทคโนโลยเกยวกบระบบดดซมทนาสนใจระบบหนงไดแกระบบ Thermochemical generator หรอ TCA ซงมการใช LiCl และน าเปนสารท างาน ขอแตกตางจากระบบดดซมทวไป คอ มสะสมพลงงานในรปผลกเกลอของ LiCl ซงเปนการเปลยนเฟส และเมอผลกเปลยนเฟสกลบมาเปนสารละลายกจะดดความรอน จงสามารถสะสมพลงงานได และดานบนของชดแลกเปลยนความรอนมสวนทกระจายสารละลายใหทวเค รองแลกเปลยนความรอน มผลใหการถายเทความรอนดขน ซงสามารถท าคา COP ไดถง 0.7 [20]

รปท 2-43 ระบบ TCA

ในระบบดดซบงานศกษาคนควาสวนใหญมงไปทการออกแบบระบบ การออกแบบวฎจกรใหม และการเพมขน การเพมการถายเทความรอนของสารท างาน และการเกบพลงงานความรอน เชน จากแสงอาทตย ดวยสมรรถนะทต าและขนาดเครองแลกเปลยนความรอนทใหญท า ใหอปกรณมขนาดใหญ ระบบดดซบจงตองมงไปในดานการพฒนาระบบใหประสทธภาพสงขน และราคาไมสง

ระบบทใชสารดดความชนของแขง มการศกษาพบวาสมรรถนะทต าลงของระบบ Rotary Desiccant Wheel เนองมาจากความรอนในการดดซมทเกดระหวางการหมนของลงลอ (Ge และคณะ) จงมการพฒนาระบบ Inter-Cooling Two stage Desiccant Wheel Cooling System หรอ TSDCS ซงมผลใหอณหภมทไลความชนต าลง และคา COP สงขน จากการศกษาเปรยบเทยบระบบดงกลาวทใชในภมอากาศของเมองเบอรลน เยอรมนน ตองการอณหภมไลความชนเพยง 55°C และ อณหภม85°C ส าหรบอณหภมเซยงไฮเทานน ซงท าใหมความคมคาสงมากขน [25]



รปท 2-44 ระบบทใชสารดดความชนของงแขงแบบสองขน [21]

ระบบทใชสารดดความชนของเหลว การศกษาสวนใหญมงไปทการเพมสมรรถนะระบบดวยการออกแบบสวนแลกเปลยนความรอน การสรางแบบจ าลองการถายเทความรอนและมวล การท างานรวมกบระบบระเหยน า แบบ Direct และ Indirect ซงสามารถท าคา COP ไดถง 1.3 การเลอกสารท างานทเหมาะสม

การศกษาเทคโนโลยดานอเจคเตอรประกอบดวยการพฒนาแบบจ าลองของอเจคเตอร ทง เฟสเดยว สองเฟส และในสภาวะไมอยตว การออกแบบมตและขนาดทเหมาะสม ซงจากการทดสอบสามารถท าคา COP ไดถง 0.4 การเพมประสทธภาพโดยการไมใชปมหมนเวยน การใชแรงโนมถวงแทนปมหมนเวยน การใชอเจคเตอรค (Bi-ejector system) การใชฮทไปปรวมกบกบอเจคเตอรซงมรายงานวาสามารถท า COP ไดถง 0.3 ทอณหภมแหลงความรอน 100°C และทนาสนใจทสดนาจะเปนการท างานในภาวะวกฤต หรอ Transcritical ejector refrigeation system : TERS ซงการถายเทความรอนเกดในสถานะ Supercritical ซงตางจากการควบแนนทความดนคงท Yu และคณะ ไดท าการวเคราะหระบบ TERS ทใช R 134a อณหภมคอนเดนเซอร 60-100°C ความดน 6-10 MPa ผลการวเคราะหพบวาคาสมรรถนะอยในชวง 0.35 ถง 0.75 ซงสงกวาระบบอเจคเตอรทวไปเกอบเทาตว และมการศกษาทใช CO2 เปนสารท างาน Yari และ Sirousazar ไดออกแบบระบบทใช CO2 เปนสารท างาน Internal Heat Exchanger และ Inter cooler ซงพบวาคา COP สงกวาระบบอเจคเตอรทวไปถงรอยละ 26 [22]



บทท 3

การน าความรอนกลบมาใชในอตสาหกรรมตางประเทศ

ปจจบนทวโลกมความตระหนกในเรองพลงงาน และการปลอยกาซเรอนกระจกท าใหมการน าความรอนทงกลบมาใชในหลายๆอตสาหกรรม ในหวขอนจะกลาวถงการน าความรอนทงกลบมาใชในหลายๆอตสาหกรรม ในสหรฐอเมรกา ซงมการศกษาไวคอนขางสมบรณ ไดแก อตสาหกรรม ดงตอไปน

1. อตสาหกรรมซเมนต 2. อตสาหกรรมแกวและกระจก 3. อตสาหกรรมเหลกและโลหะ 4. อตสาหกรรมหลอโลหะ 5. อตสาหกรรมอาหาร 6. อตสาหกรรมอนๆทใชหมอไอน า 7. อตสาหกรรมผลตไฟฟา

ในแตละอตสาหกรรมจะอธบายถงแหลงความรอนทงทมอยและเทคโนโลยมการน ากลบมาใชแลว และจะประเมนการใชพลงงานความรอนรวมของอตสาหกรรมนนระดบอณหภมทปลอยทง กรณมการน ากลบมาใชและไมมการน ากลบมาใช ปรมาณความรอนทงทมอยเทยบกบ 2 ระดบ อณหภม คอ 150 oC ซงเปนการน ากลบมาใชโดยไมมปญหาการกดกรอน และทระดบ 25 oC ซงเปนอณหภมแวดลอม จากนนมการประเมนรอยละการน ากลบมาใชไดสงสดทางทฤษฏดวยคาประสทธภาพคารโนต และศกยภาพการน ากลบมาใชสงสดทางทฤษฏ

การศกษาในบทน จะท าใหทานทราบเทคโนโลยทมการใชงานแลวในตางประเทศ จดทมการน ากลบมาใชและมศกยภาพสงในอตสาหกรรมของทาน

3.1 อตสาหกรรมซเมนต (Cement Manufacturing) [1]

อตสาหกรรมซเมนตใชพลงงานประมาณ 550 TBtu/ป ในการผลตปนซเมนตประมาณ 110 ลานตนตอป กระบวนการผลตหลกของอตสาหกรรมซเมนต ประกอบดวยขนตอนการขดและท าเหมองวตถดบหลกคอหนปนและชอลก การโมและการบดละเอยดวตถดบ เพอเตรยมน าเขาสกระบวนการเผา ขนตอนการผลตปนเมด (clinker production หรอทเรยกวา pyroprocessing) และการบดปนเมดเพอผสมท าเปนปนซเมนต ซงปนเมด (Clinker) เปนวตถของแขงกอนกลมทออกมาจากเตาเผาปนและใชในกระบวนการผลตปนซเมนตตอไป การท าปนเมดในเตาเผาปนเปนกระบวนการทใชพลงงานมากทสดในอตสาหกรรมซเมนต คดเปนสดสวนการใชพลงงานถง 74% ของพลงงานทใชทงหมด

เตาเผาปนแบบหมน (Rotary cement kilns) มลกษณะเปนทอเหลกทฉาบเคลอบดวยวสดทนไฟ (refactory-line) มความยาวตงแต 200 – 1000 ฟต เชอเพลงทนยมใชคอถานหน ในบางเตาเผาอาจใชกาซธรรมชาตหรอน ามน หรอใชเชอเพลงเหลอทงอนๆ โดยวตถดบคอหนปนและวตถดบอนเชน ดนดาน (Shale) และวตถดบปรบแตงคณสมบต (Corrective Materials) จะถกน าเขาทางดานบนของเตาเผาและ



คอยๆ ผานลงมาในโซนพนทใหความรอนทไดรบความรอนจากเปลวไฟทดานลางของเตาเผา เตาเผาปนแบบหมนสามารถแบงออกไดเปน 2 ประเภทคอ กระบวนการแบบเปยก (wet process) และกระบวนการแบบแหง ในกระบวนการแบบเปยก วตถดบจะมความชนประมาณ 30-40% ซงจะตองการใชพลงงานจ านวนมากในการระเหยน าออกจากวตถดบ เตาแบบเปยกนมกไมเปนทนยมใชงานแลวอาจพบการใชงานไดไมเกน 20% ของก าลงการผลตเมดปนในสหรฐอเมรกา กระบวนการแบบทสองคอ กระบวนการแบบแหง (Dry process) ซงวตถดบแหงทผานการบดยอยใหมขนาดเลกๆ ทเหมาะสมแลว โดยปกตเตาเผาปนจะมลกษณะเปนขนตอนลกโซแบบตอเนอง “Chain section” ซงความรอนจากกาซไอเสยจะถกดดซบถายเทไปสวตถดบ ทงนหากปราศจากการน าความรอนทงกลบมาใช กาซไอเสยทปลอยจะมอณหภมประมาณ 450oC

ทางเลอกส าหรบการน าความรอนทงจากกาซไอเสย จะมทงการน าความรอนทงไปอนวตถดบและการน าไปผลตไฟฟา การอนวตถดบจะกระท าในลกษณะทไหลสวนทางกนของวตถดบและกาซไอเสยในไซโคลน ดงแสดงในรปท 3-1 ระบบการอนวตถดบทพบใชงานกนทวไปจะประกอบดวยชดอน preheat แบบอนกรม 4 ชด ซงกาซไอเสยทปลอยออกทอณหภมประมาณ 340oC กาซไอเสยมอณหภมอยในชวงอณหภมระดบปานกลาง ซงยงมโอกาสในการน าความรอนทงกลบมาใชประโยชน ขนตอนการอน preheat เพมเตมสามารถกระท าไดอกในชวงอณหภมต า ถาใชชดอนแบบ 5-6 สเตท อณหภมของกาซ ไอเสยจะสามารถลดลงไดทประมาณ 204-300oC ทงน จ านวนสเตทขนตอนการอนมกจะถกจ ากดดวยความยงยากซบซอนของการควบคมกระบวนการและขอจ ากดของโครงสราง กาซไอเสยยงสามารถใชส าหรบการอบแหง (drying) และการอนเตาเผาทจะปอนวตถดบทใชในขนตอนการโมบดวตถดบไดดวย

รปท 3-1 แสดงการอนใหความรอนเตาปนซเมนต



ทางเลอกอนๆ นอกเหนอจากการอนวตถดบแลว ระบบโคเจนเนอเรชนกเปนทางเลอกหนงในการน าความรอนทงกลบมาใช ในปจจบนในสหรฐอเมรกา พบวาม 4 โรงงานทใชระบบโคเจนเนอเรชน ท าการผลตไฟฟาไดประมาณ 486 ลาน kWh ตอป (1.66 TBtu/ป) ระบบทพบเปนการผลตไฟฟาแบบทใชไอน า อยางไรกตาม มเทคโนโลยทางเลอกอนในการผลตไฟฟาไดอก รวมทง Organic Rankine cycle และ Kalina Cycle ทก าลงไดรบความสนใจในปจจบนตอประสทธภาพการผลตไฟฟาจากกาซไอเสยอณหภมต า ซงสามารถน ามาใชในการน าความรอนทงกลบมาใชจากกาซไอเสยจากการเผาไหม (เชน หลงจากผานขนตอนการอนวตถดบ) หรอจากขนตอนการท าใหเมดปนเยนตว (clinker cooler)

ในขณะทการน าความรอนทงจากเตาเผาซเมนตเปนสงทมการปฏบตกนเปนปกต แตยงคงมความรอนทงในชวงระดบปานกลาง ประมาณ 83 TBtu/ป ทยงไมไดมการน ามาใชงานจากเตาเผาปนแบบ off-gases ในสหรฐอมรกา (ดงแสดงในตารางท 3-1) ซงความรอนทงทสญเสยนสามารถลดลงไดดวยการตดตงชดอนอากาศเพมเตม หรอการใชเทคโนโลยระบบโคเจนเนอเรชน

ทางเลอกอนๆ ทมโอกาสส าหรบการเพมประสทธภาพของเตาเผาปน คอการท า optimizing ความรอนทงในการท าใหเมดปนเยนตว ปนเมดจะถกปลอยออกมาจากเตาในลกษณะเมดปนทรอนแดง เพอน าไปท าใหเยนในขนตอนการท าใหเมดปนเยนตว (clinker cooler) ซงขนตอนนจะท าหนาท 2 อยางคอระบายความรอนในระหวางกระบวนการทเมดปนเคลอนตวลงมา ในขณะเดยวกนกท าการน าพลงงานความรอนสวนทเหลอในเมดปนกลบไป ชดระบายความรอนเมดปนโดยปกตมกออกแบบใหมลกษณะเปนตะแกรง (grate-type) การหมนเวยนอากาศในการระบายความรอนในเมดปน จะท าการลดอณหภมจากประมาณ 1200oC ไปเปน 100oC ซงอากาศรอนทปลอยออกจากชดระบายความรอนเมดปนจะถกน าไปใชในการอนอากาศขนทสองทจะเขาส หองเผาไหมของเตาเผา หรออากาศทตยภมส าหรบการท า precalciner โดยปกตระบบจะสามารถน าความรอนกลบไดประมาณ 1-1.3 ลาน Btu/ตนเมดปน ประสทธภาพของการน าความรอนกลบของชด ท าใหเมดปนเยนตวสามารถเพมไดดวยการลดปรมาตรอากาศสวนเกน การควบคมความลกของชนเมดปนใหเหมาะสม การออกแบบตะแกรงใหเหมาะสมทสด (optimizing grate design) การควบคมอากาศทกระจายตวเหนอตะแกรง มาตรการนสามารถประหยดพลงงานไดเพมเตม 0.1 ลาน Btu/ตนเมดปน ในขณะเดยวกน Organic Rankine Cycles และ Kalina Cycle กเปนโอกาสทางเลอกใหมทเกดขนส าหรบขนตอนการน าความรอนทงกลบจากการระบายความรอนใหกบเมดปนดวย



ตารางท 3-1 ศกยภาพของงานและความรอนทงทยงไมไดน ากลบจากกาซไอเสยอตสาหกรรมปนซเมนต ในสหรฐ อเมรกา

แหลงความรอนทง การใช

พลงงาน

TBtu/ป

อณหภมกาซไอเสยทปลอยโดยประมาณ

oC

ความรอนทง (TBtu/ป) ท

25 oC

ความรอนทง (TBtu/ป) ท 300

150 oC

Carnot

Efficiency

ศกยภาพ

(TBtu/ป)

เตาเผาเมดปนแบบเปยก 98.0 338 18.8 9.4 0.5 9.6

เตาเผาเมดปนแบบแหง

ไมมการอนอากาศหรอม precalciner

80.2 449 20.6 12.8 0.6 12.1

มเฉพาะการอนอากาศ 67.8 338 13.9 7.0 0.5 7.1

มเฉพาะ precalciner 143.4 338 29.7 15.1 0.5 15.2

รวม 125.8 82.0 44.3 44.0

3.2 อตสาหกรรมแกวและกระจก (Glass Manufacturing) [1]

อตสาหกรรมแกวในสหรฐอเมรกาใชพลงงานประมาณ 300 TBtu/ป และบางแหง ประมาณกวา 70% ของพลงงานทใชทงหมด ถกใชไปในกระบวนการหลอมแกว และกระบวนการท าบรสทธแกวใหมในเตาหลอมอณหภมสง แตในการหลอมแกว 1 ตน เตาเผาหลอมแกวแตละประเภทจะมการใชพลงงานทตางกน โดยตามทฤษฏการหลอมแกว จะตองการใชพลงงานอยางนอย 2.2 ลาน Btu ตอตนแกว อยางไรกตาม พบวาในเตาหลอมบางประเภทตองการใชพลงงานถง 20 ลาน Btu ตอตนแกว

ประเภทของเตาหลอมทมการใชงานในกระบวนการหลอมแกวในอตสาหกรรมขนาดใหญ จะประกอบไปดวย เตาแบบเผาตรง (direct-fired furnace) เตาแบบอนอากาศ (Recuperative furnace) เตาแบบรเจนเนอเรทฟ (Regenerative furnace) เตาหลอม (Unit Melting) เตาแบบใชเชอเพลงออกซเจน (Oxy-fuel furnace) และเตาแบบใชเชอเพลงผสม (mixed-fuel furnace) ส าหรบในสหรฐเมรกา พบวาจ านวนเกนกวา 50%ของเตาในอตสาหกรรม ใชเตาเผาประเภทรเจนเนอเรทฟทใชเชอเพลงกาซธรรมชาตมาเผาเปนเชอเพลง คดเปนจ านวนตนของผลตภณฑแกวกวา 90% โดยเตาทมประสทธภาพการใชงานทดทสด จะมประสทธภาพสงกวา 40% และมความรอนสญเสยไปกบกาซไอเสยออกปลองประมาณ 30% และมการสญเสยความรอน ตามผนงของอปกรณและอนๆประมาณ 30%

เตาแบบอนอากาศ (Recuperator) และเตาแบบรเจนเนอเรทฟ (Regenerative) มกพบมการใชงานบอยส าหรบการน าความรอนทงกลบมาใชประโยชนในอตสาหกรรมแกว การหลอมแกวจะด าเนนกระบวนการผลตทอณหภมสง มโอกาสส าหรบการน าความรอนทงกลบมาในระดบเกรดอณหภมสง หากปราศจากการน าความรอนทงกลบมาใช อตสาหกรรมแกวจะมอณหภมกาซไอเสยประมาณ 1315oC ซงวธการน าความรอนทงกลบมาดวยเตาแบบอนอากาศและเตาแบบรเจนเนอเรทฟ เปนวธทมกพบใชงานทวไป



เตาหลอมแบบรเจนเนอเรทฟจะประกอบไปดวยหองทเปนอฐ 2 หอง ซงหองทงสองสวนนจะใชสลบกนในการดดซบความรอนจากกาซไอเสยรอนและถายเทความรอนใหกบอากาศทจะน าเขาไปเผาไหม ทศทางการไหลของอากาศจะมการเปลยนสลบทศกนในทกๆ 20 นาท ดงนนในชวงเวลาเดยวกน อฐในหองหนงจะใชท าหนาทในการรบความรอนจากกาซไอเสยรอน ในขณะทอกหองหนงจะท าหนาทในการถายเทความรอนใหกบอากาศ โดยสดทาย กาซไอเสยทปลอยออกจากเตาหลอมแบบรเจนเนอเรทฟจะมอณหภมในชวงประมาณ 316 –538oC ส าหรบเตาหลอมแบบอนอากาศ ซงเปนเตาแบบทมประสทธภาพต ากวาแบบรเจนเนอเรทฟ แตมตนทนเงนลงทนต ากวา มกนยมใชในโรงงานขนาดเลก เตาอนอากาศแบบโลหะมกจะถกน าใชในการอนอากาศเขาเผาไหมแบบทางออม อณหภมอากาศทอนปกตมกไมเกน 800oC โดยกาซไอเสยทปลอยออกจะถกลดอณหภมลงไปทประมาณ 982oC

นอกจากการอนอากาศทเขาเผาไหมแลว วธการน าความรอนทงกลบในอตสาหกรรมแกว จะรวมการอนวสดและเศษแกวทจะเขาผลตแบบเปน batch และการใชหมอไอน าความรอนทงส าหรบในการผลตกระแสไฟฟา อยางไรกตามระบบแบบน นยมใชในเตาเผาแบบใชเชอเพลงออกซเจน ซง ไมจ าเปนตองมการอนอากาศทจะเขาเผาไหม ทงน เตาเผาแบบใชเชอเพลงออกซเจน จะใชอากาศทมปรมาณออกซเจนเขมขนสงหรอกาซออกซเจนบรสทธใชในการเผาไหม ซงเตาเผาแบบนจะชวยประหยดพลงงานทจะตองใชในการเพมอณหภมใหกบไนโตรเจนในอากาศ และเมอใชเชอเพลงออกซเจน สวนรเจนเนอเรเตอรกไมจ าเปนตองมและกาซไอเสยจะมอณหภมสงกวาประมาณ 1460oC แมวาเตาแบบนจะใหความรอนทงทมอณหภมสง แตปรมาณมวลของกาซไอเสยจะมปรมาณนอยกวา ท าใหมปรมาณความรอนทงทสญเสยทต ากวาตามสดสวนของเชอเพลงทใช

การอนใหความรอนแกวสดแบบ batch พบวามการใชในโรงงานหนงในสหรฐ แตพบใชเปนเรองปกตในยโรปซงจะมคาใชจายดานพลงงานทสงกวา พบวามประมาณ 13 แหง เฉพาะในเยอรมนพบ 9 แหง สงททาทายส าหรบการอนใหความรอนแกวสด คอจะตองท างานกบวตถดบทมประมาณมากและจะตองท าใหอณหภมการอนมคาสม าเสมอทวถง ฟลอดไดซเบดและไซโลแบบพเศษถกน ามาใชในการใหความรอนถายเทสม าเสมอทวทงกอน การปรบปรงเพอลดตนทนและท าใหการใชงานสะดวกงายขน อาจจะเพมโอกาสส าหรบการเพมการใชงานของเครองอนวสดแบบ batch

การวเคราะหเตาหลอมแกวในสหรฐอเมรกา แสดงใหเหนวาการน าความรอนทงกลบมาใชสงทปฏบตกนโดยปกต ทมการใชพลงงาน 43 TBtu ซงพลงงานความรอนทงแบบปานกลางและแบบสง เปนโอกาสส าหรบการน าความรอนทงกลบ โดยความรอนสญเสยจากเตาแบบรเจนเนอเรทฟ มคาประมาณ 15 TBtu/ป ความรอนสญเสยจากเตาแบบอนอากาศมคาประมาณ 7 TBtu/ป เตาหลอมแบบใชกระแสไฟฟามคาการสญเสย 9 TBtu/ป และเตาเผาแบบใชออกซเจน มคาประมาณ 3 TBtu/ป ดงแสดงในตารางท 3-2



ตารางท 3-2 ศกยภาพของงานและความรอนทงทยงไมไดน ากลบจากกาซไอเสยอตสาหกรรมหลอมแกว ในสหรฐอเมรกา

แหลงความรอนทง การใช

พลงงาน

TBtu/ป

อณหภมกาซไอเสยทปลอย

โดยประมาณ oC

ความรอนทง (TBtu/ป) ท

25 oC

ความรอนทง (TBtu/ป) ท 150 oC

Carnot

Efficiency

ศกยภาพ

(TBtu/ป)

เตารเจนเนอเรทฟ 54.4 427 15.1 6.5 0.6 8.7

เตาอนอากาศ 13.6 982 7.6 5.4 0.8 5.8

เตาแบบใชเชอเพลงออกซเจน 12.8 1,427 4.2 2.7 0.8 3.4

เตาแบบใชไฟฟา 34.9 427 8.6 3.7 0.6 4.9

เตาแบบหลอมโดยตรง 10.1 1,316 7.5 5.8 0.8 6.1

รวม 125.8 43.0 24.1 28.9

3.3 อตสาหกรรมเหลกและโลหะ (Iron and Steel Manufacturing) [1]

อตสาหกรรมเหลกและโลหะในสหรฐอเมรกา ใชพลงงานประมาณ 1900 TBtu/ป และมคาเฉลย Energy Intensity ท 17.4 ลาน Btu/ตน อตสาหกรรมนจะใชเตาทมอณหภมสงหลากหลายชนด เชน เตาเผา (sinter) เตาเผาถานโคก (Coke furnace) เตาหลอมผลตเหลกและโลหะ ซงขนตอนการใชพลงงานของเตาเผาคดเปนการใชพลงงานประมาณ 58% ของพลงงานทใชในอตสาหกรรมทงหมด ในขณะทการน าความรอนกลบจากกาซไอเสยจะมการปนเปอนของสงสกปรกพบไดในเตาเผาแบบถานโคก เตาเผาแบบจดระเบด (Blast furnace) เตาเผาแบบใชออกซเจน (Basic oxygen furnaces) และเตาเผาอารคไฟฟา (electric arc furnaces) พบวามความทาทายในเชงเศรษฐศาสตรส าหรบการน าความรอนทงกลบ ซงเทคโนโลยการน าความรอนทงกลบจากกาซทสกปรกมความเปนไปได แตการน าไปปฏบตใชงานยงมขอจ ากดเนองจากตองการเงนลงทนทสง

การศกษาความรอนสญเสยในสวนโรงงานขนาดใหญและโรงงานขนาดเลก พบวา ในโรงงานขนาดใหญ ความรอนสญเสยคดเปนประมาณ 54% ของการผลตวตถดบของสหรฐอมรกาในป 1999 การวเคราะหกระบวนการกระท าในสวนทงการผลตแบบใชถานโคก การท าเหลกดวยเตาแบบจดระเบด การท าเหลกกลาแบบใชเตาเผาแบบใชออกซเจน ส าหรบในโรงงานขนาดเลก ท าการวเคราะหกาซไอเสยจากเตาเผาแบบอารคไฟฟา พบวาความรอนทงจากกระบวนการนมคาประมาณ 79 TBtu/ป ค านวณ ณ ระดบอณหภมอางองท 25oC



ตารางท 3-3 ศกยภาพของงานและความรอนทงทยงไมไดน ากลบจากกาซไอเสยอตสาหกรรมเหลกและโลหะ ในสหรฐอเมรกา

แหลงความรอนทง

การใชพลงงาน

TBtu/ป



ความรอนทง

(TBtu/ป) ท 25 oC


(TBtu/ป) ท 150 oC

Carnot

Efficiency

ศกยภาพ

(TBtu/ป)

เตาเผาแบบโคก (Coke Oven)

65.5

เตาโคกแบบใชแกส 980 15.8 13.0 0.8 12.1

เตาโคกแบบใชกาซทง 200 11.2 10.0 0.4 4.1

เตาเผาแบบ Blast furnace

642.3

Blast furnace ใชแกส 430 5.3 - 0.19 1.0

Blast Stove Exhaust

ไมน าความรอนทงกลบ 36.2 250 10.6 1.9 0.4 4.6

น าความรอนทงกลบ 34.1 130 3.2 - 0.3 0.8

เตาเผาแบบใชออกซเจน (Basic Oxygen Furnace)

49.7 1,700 27.1 26.0 0.8 23.0

เ ต า เ ผ า Electric Arc Furnace

ไมน าความรอนทงกลบ 57.7 1,200 5.8 5.4 0.8 4.6

น าความรอนทงกลบ 13.3 204 0.2 0.1 0.4 0.1

รวม 828.6 79.1 57.3 49.2



3.3.1 เตาเผาทใชผลตเหลกกลา (Integrated Steel Mills)

3.3.1.1 เตาถานโคก (Coke Oven)

การผลตถานโคก ซงเปนเชอเพลงทส าคญส าหรบเตาเผาแบบ blast furnace เปนกระบวนการหลกของการผลตเหลก ถานโคกจะถกผลตในเตาถานโคก เมอถานหนถกท าใหรอนในสภาพแวดลอมทมปรมาณออกซเจนทจ ากด กระบวนการผลตถานโคก สามารถจะท าได 2 วธการคอ กระบวนการแบบผลพลอยได (by product process) และแบบทไมมการน ากลบ (non-recovery process) ในกระบวนการแบบผลพลอยได สารเคมทเปนผลพลอยได (เชน ทาร แอมโมเนย และน ามน light oil) จะถกน ากลบในเตาถานโคก ในขณะทกาซทเหลอในเตาถานโคก จะเปนกาซทสะอาดและหมนเวยนน ากลบมาใชในโรงงานเหลก ส าหรบกระบวนการแบบไมมการน ากลบ กาซทกชนดทเกดในเตาถานโคกจะถกเผาในกระบวนการจนหมด ซงกระบวนการผลตทเปนทใชงานกนทวไปคอกระบวนการแบบผลพลอยได ซงจะไดกลาวถงตอไป

กระบวนการผลตแบบผลพลอยได ดงแสดงในรปท 3-2 จะมความรอนสมผสทสญเสยใน 2 ต าแหนง คอ (1) กาซจากเตาถานโคกทถกท าใหเยนในกระบวนการท าความสะอาดกาซไอเสย และ (2) กาซไอเสยทงทปลอยออกจากเตาถานโคก กระบวนการผลตจะประกอบไปดวยหองหลายๆ หอง แยกโดยกาซไอเสยรอน กาซจากเตาถานโคกทหมนเวยนกลบ (Recycled coke oven gas: COG) และบางครงกาซอนๆ เชนกาซจากเตาแบบจดระเบด blast furnace gas จะถกใชเปนแหลงเชอเพลงใหกบกาซไอเสย และใหความรอนไปทผนงเตา ทซงกระบวนการไพโรไลซสถานหนจะเกดขน เนองจากถานหนจะถก ไพโรไลซสในหองเตาเผา กาซตางๆ และไอน า ซงคดเปนประมาณ 8-11% โดยมวลของถานหนทปอนเขาไป จะถกดงและปลอยออกทางทอทพงขนดานบน องคประกอบของกาซจากเตาถานโคกทหมนเวยนกลบ (COG) ดงแสดงในตารางท 3-4 โดยกาซ COG นจะมคาความจความรอนอยในชวงประมาณ 500-700 Btu/scf ซงสามารถน ามาหมนเวยนส าหรบใชเปนเชอเพลง หลงจากกระบวนการท าความสะอาดกาซอยางเขมงวดแลว



รปท 3-2 เตาเผาแบบโคก (Coke Oven)

อณหภมของกาซ COG ดบทออกจากเตามชวงอณหภมจาก 649oC ไปจนถง 982oC ทจดน กาซ COG จะเปนแหลงของพลงงานความรอนสมผส (sensible heat) อยางไรกตามความรอนน เปนความรอนทมกสญเสยเนองจากการมสาร tars และสารอนๆ ในองคประกอบในปรมาณสง ซงจะเกาะสะสมอยบนพนผวแลกเปลยนความรอน เมอออกจากเตา กาซ COG จะถกท าใหเยนลงโดยการสเปรยแอมโมเนยเหลว กอนตามดวยการท าใหเยนในขนแรก (primary cooler) และมเทคโนโลยหลายๆ วธการทน ามาใชในการก าจดสาร tars และองคประกอบซลเฟอร แอมโมเนย และน ามน light oil หลงจากการท าความสะอาด กาซ COG จะถกน าไปใชเปนเชอเพลงในโรงงาน ในการจดการแบบน มเพยงพลงงานของสารเคมใน COG ทถกน ากลบมาและหมนเวยน ในขณะทพลงงานความรอนสมผสจะถกปลอยทงไป พลงงานความรอนทงทสญเสยจากกาซ COG ทงหมดในสหรฐอเมรกา คดเปนประมาณ 16 TBtu/ป



ตารางท 3-4 แสดงองคประกอบของกาซของเตาเผาถานโคก

องคประกอบ % โดยปรมาตร H2 39-65 CH4 32-42 CxHy 3.0-8.5 CO 4.0-6.5 H2S 3-4 BTX 23-30 PAH nd NH3 6-8 CO2 2-3

แหลงทมา: IPCC

แตในขณะทในสหรฐไมมการน าความรอนทงจากกาซ COG กลบมาใช แตมความเปนไปไดในการน าความรอนทงจากกาซ COG มาใช ดงตวอยางในประเทศญปน ซงโรงงานในประเทศญปนประสบความส าเรจในการน าความรอนกลบดวยการใชสารตวกลางถายเทความรอนทมความดนต า โดยทวไป อณหภมทยอมรบไดของกาซ COG ในอปกรณแลกเปลยนความรอน จะอยทประมาณ 450oC แตทอณหภมทต ากวาอณหภมทยอมรบไดน สาร tars จะเกดการกลนตวและเกดเปนเขมาเกาะอยทพนทผวแลกเปลยนความรอน การท าใหเยนลงไปทอณหภม 450oC น สามารถน าความรอนสมผสกลบมาไดเพยง 1 ใน 3 เทานน และนาจะไมพบวาจะมการพฒนาเทคโนโลยส าหรบการน าความรอนกลบจากกาซดบจากเตาถานโคก สาเหตไมเฉพาะจากการทการน าความรอนทงกลบจากกาซทมความสกปรกตองใชการลงทนสงเทานน แตกาซผลพลอยไดจากกระบวนการอาจไมเปนทตองการในอนาคตเนองจากผลของสภาพปญหาสงแวดลอม มแนวโนมทกระบวนการผลตจะเปลยนจากเตาแบบผลพลอยไดไปเปนเตาแบบกระบวนการไมน ากลบ ซงกระบวนการแบบไมน ากลบนน กาซ COG ทเกดจะถกเผาไหมหมดภายในกระบวนการ และใชรวมกบหมอไอน าความรอนทง (waste heat boiler) ในการน าความรอนสมผสททงไปในกาซไอเสยกลบมาใชประโยชน

แหลงความรอนสมผสทสญเสยอนๆ ในเตาแบบถานโคก คอกาซเสยจากการเผาไหมกาซ COG ทสะอาดทน ากลบมาใช ซงกาซ COG จะถกน ามาใชเปนเชอเพลงในการใหความรอนกบปลองซงอยตดกบผนงเตา การเผาไหมกาซ COG จะเกดกาซไอเสยรอนซงจะปลอยออกจากเตา และผานชดรเจนเนอเรเตอรเพอถายเทความรอนใหกบอากาศทจะเขาเผาไหม หรอน าไปอนเชอเพลงตอไป กาซไอเสยทปลอยออกจากชดรเจนเนอเรเตอร ณ จดน จะมอณหภมประมาณ 200oC ในบางกรณ ปรมาณความรอนในกาซไอเสยจะถกน ากลบมาดวยการใชเทคโนโลยฮทไปท หรอน าไปอนใหความรอนกบถานหนทจะปอนเขาเพอลดความชนในถานหน ในกรณเชนน อณหภมของกาซไอเสยจะลดลงไปทประมาณ 60oC ทงน ปรมาณความรอนสญเสยในกาซไอเสยของเตาถานโคกในสหรฐอเมรกามคาประมาณ 11 TBtu/ป



3.3.1.2 เตาเผาแบบ blast furnace

เตาเผาแบบ blast furnace เปนทนยมใชงานในโรงงานหลอมถลงเหลก ซงจะเปลยนแรเหลก (เหลกออกไซด FeO) เปนเหลกดบ Fe (pig iron) วตถดบจะถกปอนเขาจากดานบนของเตา รวมถงวตถทมสวนประกอบของเหลก (Lump iron ore, sinter, หรอ pellet) รวมทงสารเตมแตง flux และ ถานหน ขณะทอากาศรอนและเชอเพลงเสรมจะถกปอนเขาทางดานลางของเตา กอนวตถดบจะเคลอนทจากบนลงลางในเตาเผาแบบ blast furnace และจะพบกบกระแสของกาซรอนทไหลสวนขนมา อากาศรอนทเขาเตาเผาจะไดจากการจดระเบดของ hot blast stoves หรอทเรยกวา furnace cowper ใน blast stove เชอเพลงทงทเปน blast furnace gas (BFG) และ COG จะถกเผาไหม ความรอนทไดจากการเผาไหมกาซไอเสย จะถกถายเทใหกบกอนอฐ checkerwork regenerator เมอรเจนเนอรเรเตอรมอณหภมทเหมาะสม อากาศจะถกท าใหไหลกลบทศ และอากาศเยนจะถกดงผานชดรเจนเนอรเรเตอร เพอใหอากาศเยนมารบความรอนเพอเพมอณหภม อากาศทถกอนใหรอนแลวจะถกน าไปเขาเตาเผาเพอเผาไหมตอไป การท างานของระบบเตาเผาแบบน จะมหลกการท างานเหมอนอปกรณรเจนเนอเรเตอรทใชในการน าความรอนทงกลบมาใชประโยชน อยางไรกตาม ในกรณเตาแบบน รเจนเนอรเรเตอรไมใชอปกรณทท าหนาทน าความรอนทงกลบ แตเปนกลไกหนงส าหรบการถายเทความรอนจาก stove ใหกบ hot blast โดยแหลงของความรอนทง off-gas ใน blast furnace นจะรวมทงกาซทงจาก hot blast sotve และ BFG ทออกมาจาก blast furnace

ความรอนสมผสจาก BFG ในสหรฐอเมรกามประมาณ 5 TBtu/ป BFG ประกอบดวยองคประกอบเปนกาซคารบอนมอนนอกไซด CO ประมาณ 20-28% กาซไฮโดรเจน H2 ประมาณ 1-5% และท เ หล อ เป นส ารประกอบ เฉ อ ย (50-55% เ ป นก า ซ ไน โตร เ จน และ 17-25% เ ป นก า ซคารบอนไดออกไซด) และมอกเลกนอยเปน ฝน สารประกอบซลเฟอรไซยาไนด และสารปนเปอนอนๆ ส าหรบเตาเผา blast furnace แบบเกาๆ จะใหกาซไอเสยทปลอยออกทอณหภมสงประมาณ 400oC แตในขณะทเตาเผารนใหมจะถกออกแบบใหมประสทธภาพการถายเทความรอนดกวา ท าใหกาซรอนทปลอยออกมามอณหภมอยในชวงทต า ในหลายๆ โรงงานทมการน ากาซ BFG กลบมาใชส าหรบเปนเชอเพลงในการใหความรอนอากาศในเตา หรอมาใชในการอนเตาใหรอน การใหความรอนเตาเผาถานโคก น ามาผลตไฟฟา และผลตไอน า เนองจากความรอนในกาซมประมาณ 80 -90 Btu/scf จงมกถกน าไปผสมกบเชอเพลงอน เชนกาซธรรมชาต หรอ COG กอนน าไปใชงาน โดยกาซ COG, BFG จะตองผานการท าความสะอาดใหไดกาซทสะอาดกอนน าไปใชเปนเชอเพลง และความรอนสมผสทมอยในกาซจะมปรมาณนอยทสามารถน ากลบมาได

ในบางกรณ blast furnace ทท างานทความดนสงเพยงพอ (2.5 ความดนบรรยากาศหรอสงกวา) สามารถน าไปใชกบ top pressure recovery turbine (TRT) ในการน าพลงงานทอยในรปความดนใน BFG กลบมาใชได แตกาซจะตองถกท าความสะอาดกอนสงเขาไปใน TRT ซงปกตจะใชวธการท าความสะอาดกาซแบบเปยก (wet cleaning) อนสงใหความรอนสมผสในกาซจะตองสญเสยไป ทางเลอกในการท าความสะอาดกาซแบบอนคอการท าความสะอาดแบบแหง (dry-cleaning) ซงจะท าใหอณหภมของกาซทไปเขา TRT สามารถเพมขนไดถงประมาณ 120oC เทคโนโลย Dry-type TRT เปนเทคโนโลยทมการผลตในเชงพาณชยแลว อยางไรกตามยงมราคาทสงมาก (ตองการเงนลงทนเพม $28/ตน จากระบบเดมทใช $20/ตน) สงผลใหเทคโนโลยน ยงไมเปนทแพรหลายใชงานในสหรฐ



ทางเลอกอนส าหรบการน าความรอนกลบมาใชจากกาซเผาไหมทปลอยออกจาก hot blast stoves ซงมอณหภมประมาณ 250oC และเปนกาซทคอนขางสะอาดและเหมาะสมส าหรบอปกรณการน าความรอนทงกลบ ท าใหในทางปฏบตมกพบวามการใชงานกนเปนปกต ความรอนทน ากลบสามารถน าไปใชอนอากาศทจะใชเผาไหม หรอน าไปอนเชอเพลง อปกรณแลกเปลยนความรอนทใช มตงแตรเจนเนอเรเตอรแบบหมน (rotary regenerator) ชดแลกเปลยนความรอนแบบเพลท และระบบทใชการหมนเวยนสารตวกลางเชงความรอน ทงนการน าความรอนกลบมาจากเตาเผาแบบน โดยทวไปจะใหความรอน 73,000 Btu/ตนเหลกดบ (pig iron) หรอ 69,000 Btu/ตนเหลกกลา

3.3.1.3 เตาเผาแบบใชออกซเจน Basic Oxygen furnace

เตาเผาแบบใชออกซเจน (BOF) ใชออกซเจนในการออกซไดซสารปนเปอนในเหลกดบ เชนธาตคารบอน ซลกอน ฟอสฟอรส ซลเฟอร และแมงกานส กระบวนการท างานเปนแบบกงอตโนมต (semi-continuous) โดยโลหะรอนและเศษเหลกจะถกน าเขาไปในเตาเผา และฉดออกซเจนเขาไป รวมทงสารเตมแตงทเพมเขาไปเพอควบคมการกดกรอน และท าใหโลหะบรสทธและเกาะตว ซงอณหภมทตองการในการหลอมโลหะจะเพมดวยปฏกรยาการออกซเดชนคายความรอน (exothermic oxidation) ดงนน จงไมตองการแหลงพลงงานภายนอก พลงงานทใชไนเตาแบบ BOF จะใชเฉพาะส าหรบใหพลงงานกบอปกรณประกอบระบบเทานน

กาซทไดจากเตา BOF จะปลอยออกมาทอณหภมสง คดเปนปรมาณพลงงานความรอนทง 27 TBtu/ป ในประเทศสหรฐอเมรกา กาซ BOF จะมความเขมขนของกาซคารบอนมอนนอกไซดสง และเหมอนกาซจากเตาเผาถานโคก และ blast furnace gas ทกาซ BOF มโอกาสทจะน าเอากลบพลงงานเคมและพลงงานความรอนสมผสได ความทาทายของเทคโนโลยนในการน าความรอนทงกลบมาใชคอ ตนทนสงและปญหาในการบ ารงรกษาอปกรณ อนเกดจากปญหาความสกปรกของกาซไอเสย ซงการปนเปอน จะรวมถงปญหาการก าจดเหลกออกไซด โลหะหนก SOx, NOx และฟลออไรด โดยองคประกอบของกาซไอเสยจากเตาเผาแบบใชออกซเจน BOF ดงแสดงในตารางท 3-5

ตารางท 3-5 แสดงองคประกอบของกาซของเตาเผา BOF

องคประกอบ % โดยปรมาตร

ชวง เฉลย CO 55-80 72.5 H2 2-10 3.3

CO2 10-18 16.2 N2+Ar 8-26 8

แหลงทมา: IPCC, 233



โดยทวไปในทางปฏบตในสหรฐอเมรกา จะใชวธการเผาทง (Flare) กาซ BOF อยางไรกตามในประเทศยโรปและญปน มการใชงานเทคโนโลยการน าความรอนกลบเชงพาณชย วธการทใชในการน าความรอนทงกลบม 2 วธการหลกคอ การเผาไหมแบบเปด (Open combustion) และการเผาไหมแบบจ ากด (suppresd combustion) ในการเผาไหมแบบ “Open combustion system” อากาศจะถกน าเขาไปในทอกาซ BOF เพอเผาไหมกาซคารบอนมอนนอกไซด ความรอนทเกดขนจะถกน ากลบดวยหมอไอน าความรอนทง ส าหรบการเผาไหมแบบ “Suppressed combustion” จะมการตดตงแผนสเกรตกนทปากทางเขาเพอลดอากาศทกรองผานเขาไปเผาไหม และลดการเผาไหมกาซคารบอนมอนนอกไซด เมอกาซทไดถกท าความสะอาดจะถกรวบรวมและน าไปใชเปนเชอเพลงตอไป นอกจากน มความเปนไปไดทจะน ากลบทงกาซและความรอนสมผสในกาซ ดวยการรวมเอาระบบหมอไอน ากบระบบการเผาไหมแบบจ ากดรวมกน ซงจะสามารถน าความรอนกลบไดประมาณ 169,000 Btu/ตนเหลกกลาดบ โดยมตนทนคาใชจายส าหรบระบบนประมาณ $22ตอตนเหลกกลาดบ

3.3.2 เตาเผาแบบอารคไฟฟา (Electric Arc Furnaces)

อตสาหกรรมผลตเหลกกลามการพฒนาการผลตในแบบทมการหมนเวยนเศษเหลกมาท าการหลอมดวยเตาหลอมไฟฟา ซงคดเปนประมาณ 46% ของการผลตเหลกกลาในสหรฐอเมรกา เตาเผาแบบอารคไฟฟา (Electric Arc Furnace: EAF) ถกใชในการหลอมเหลวเศษเหลกฝอยชนเลกๆ ซงถกตดออกจากโรงงานผลตชนงานเหลกหรอโรงงานผลตผลตภณฑเหลก และเศษเหลกทผานการใชงานแลว เตาเผาแบบนจะถกเคลอบดวยสารทนความรอน (refractory line) และครอบดวยหลงคา retractable roof ซงจะมขวคารบอนอเลคโทรดอยดานลาง วตถดบจะถกน าเขา (ทงเศษเหลกทถลงดวยการลดออกซเจนโดยตรง direct reduce iron, เศษเหลกรอนในรป hot briquetted iron และเศษเหลกดบเยน cold pig iron) จะถกปอนเขาใตหลงคา สารเตมแตงFluxes และ สารอลลอยดจะถกเตมเพอชวยในการควบคมคณภาพผลตภณฑ หลงจากนน ขวอเลกโทรดจะถกจมลงไปเหนอเศษวสดประมาณ 1 นว และใหความรอนส าหรบการหลอมเหลวเศษเหลก ระหวางกระบวนการหลอมเหลวในเตาหลอม กาซหลากหลายชนดและเศษอนภาคโลหะจะถกปลอยออกมา รวมทงกาซคารบอนมอนนอกไซด (CO), ซลเฟอรออกไซด (SOx), ไนโตรเจนออกไซด (NOx) ออกไซดของโลหะอนๆ และสารประกอบอนทรยทระเหยไดอนๆ (Volatile organic compound: VOCs) และมลภาวะอนๆ โดยอณหภมของกาซ Off-gas ทจดภาระโหลดสงสดอยในชวงประมาณ 1,370 – 1,925oC ความรอนสญเสยในกาซไอเสย คดเปนประมาณ 20% ของพลงงานทใช ซงพลงงานทสญเสยน ครงหนงจะสญเสยเนองจากพลงงานเคมในกาซ ในขณะทอกครงจะสญเสยในรปความรอนสมผสในกาซไอเสย ความรอนสมผสทสญเสยผานกาซไอเสย มประมาณ 6 TBtu/ป นอกจากน ประมาณ 8-10% ของพลงงานอกประมาณ 6 TBtu/ป เปนการสญเสยไปทน าระบายความรอน หรอ “jacket cooling water” ของ EAF ดวย

วธการน าความรอนทงกลบมาใช ทเปนทนยมใชงานทวไปในยโรปและญปน ในชวง 30 ปทผานมา คอการน ามาอนเศษเหลก และพบวามการน าไปใชเพมขนในสหรฐอเมรกา การใชกาซ Off-gas เพออนใหความรอนเศษเหลกสามารถประหยดพลงงานทใชทงหมดของเตา EAF ไดประมาณ 5-10% การออกแบบเรมแรกส าหรบการอนเศษเหลก จะตองตดตงระบบทอในการดง Off-gas ไปยงถงทปอนเศษเหลก ดงแสดงในรปท 3-3 ความทาทายหนงของระบบน คอการขนสงเศษเหลกทอนแลวทมลกษณะของเศษทไมใชโลหะเหลกทเกดการเผาไหมบางสวน (semi-burned non-scrap material) เชน พลาสตก



รวมถงการเกดไอระเหยของสารระเหยทจะกอใหเกดกลนและปญหาสงแวดลอม ทางเลอกทใชส าหรบระบบการอนถงปอนเศษวตถดบรวมถงกระบวนการ Consteel เตา Fuchs shaft และ Twin sheel furnace จะมคาใชจายทงสนในชวงระหวาง $4.4 - $6/ตน กระบวนการทกลาวมาน ไดมการตดตงแลวในหลายๆ โรงงานในสหรฐอเมรกา ส าหรบกระบวนการ Consteel เปนการปอนเศษเหลกอยางตอเนองโดยใชสายพานล าเลยงเศษเหลก ระบบปอนเศษเหลก และชดอนใหความรอน ส าหรบชดอนใหความรอนเศษเหลกจะเปนชองอโมงคทมการฉาบดวยสารทนไฟ กาซ Off-gas จะไหลในทศทางทสวนทางกบการไหลของเศษเหลก อากาศจะถกน าเขาไปทชดอนใหความรอน เพอเผาไหมกาซคารบอนมอนอกไซด (CO) และกาซคารบอนไดออกไซด (CO2) เปนผลใหทงความรอนในสารเคมและความรอนสมผสในกาซไอเสยจะถกใชไป หลงจากหวเผา ในบางครงอาจจะมการตดตงหวเผาเพอเผาไหมกาซคารบอนมอนนอกไซดและองคประกอบกาซอนทหลงเหลออย ส าหรบ Fuch shaft furnace จะเปนเพลาทตออยเหนอหลงคาเตาอารค วตถดบเศษเหลกจะถกโหลดผานถงใน 3 ขนตอน ถงจะถกฉาบดวยสารเคลอบทนไฟ และออกแบบใหมการปด seal ทปองกนการรวไหลของไอระเหย เศษเหลกจะถกท าใหรอนเพมดวยการใชหวเผาทใชออกซเจนเปนเชอเพลง นอกเหนอจากน หวเผาในขนหลง (afterburner) จะถกตดตงเพอท าใหการเผาไหมกาซคารบอนมอนนอกไซดทงหมดสามารถเผาไหมไดสมบรณ ประโยชนของระบบน คอ ระบบปอนท าหนาทเหมอนตวกรองฝน ทจะจบฝนไดประมาณ 40% และน ากลบไปยงเตาเผา ท าใหสามารถเพมปรมาณผลผลตไดเพมขนเลกนอย

รปท 3-3 ระบบการเตรยมเศษเหลกแบบใชถงปอนเศษเหลก

ประโยชนและขอเสยเปรยบของระบบการอนใหความรอนเศษเหลกขนอยกบการท างานเฉพาะ ในบางกรณสามารถลดการใชพลงงานไฟฟาและเพมผลผลตได แตในบางกรณกเปนการยากทจะดแลรกษาระบบได เตาแบบ EAF มการเพมประสทธภาพขนเรอยๆ และชวยลดเวลาการท างาน ระบบการเตรยมเศษเหลกอาจลดผลผลตและอาจเปนไปไดทจะเพมภาระการดแลซอมบ ารง ในบางกรณการอนใหความรอนเศษเหลกอาจท าใหประหยดพลงงานไดถงครงหนง เมอสามารถลดเวลาการท างานไดหนงในสามของเวลาท างาน



3.3.3 ความรอนทงจากผลตภณฑของแขง (Waste Heat from Solid Streams)

นอกเหนอจากความรอนทงจากกาซ Off-gas ความรอนทงจากของแขงและน าระบายความรอนกเปนแหลงพลงงานความรอนทงเพมเตมของความรอนสมผสทสญเสยดวย ผลตภณฑของแขงและผลตภณฑผลพลอยได รวมถง ถานโคกและเชอเพลงผลพลอยได (BF), เศษตะกรน (slag), ตะกรนของผลตภณฑผลพลอยได (BOF slag) เหลกหลอ และแทงเหลกกลารอนแดง กเปนแหลงความรอนทงทส าคญ โดยde Beer, et al ไดท าการวเคราะหความรอนทงทสญเสยจากสงเหลาน ดงแสดงในตารางท 3-6 แมวาความรอนทงทสญเสยไปกบของแขงเหลาน มกจะยากตอการน ากลบมาใช แตปรมาณความรอนสญเสยกมปรมาณทสง คดเปนประมาณ 500 TBtu/ป ความรอนสมผสทสญเสยจากถานโคกสามารถน ากลบมาไดดวยการใช coke dry quenching (CDQ) แทนทจะน ากลบแบบเปยก โดยระบบ CDQ จะเอาเศษถานโคกดวยถงเกบทออกแบบมาเฉพาะ และน ามาปลอยลงในภาชนะ CDQ กาซเฉอยเชนกาซไนโตรเจนจะไหลผานเหนอถานโคกและน ากลบความรอนสมผสจากถานโคก กาซรอนนจะผานไปเขาหมอไอน าความรอนทงตอไป พลงงานทสามารถประหยดไดจากระบบแบบน ประมาณ 0.7-1.0 ลาน Btu/ตนถานโคก เนองจากคาใชจายในการปรบปรงระบบน มตนทนทสงถง $70/ตนถานโคก ดงนนท าใหระบบน มการตดตงใชงานนอย นอกจากนยงมความพยายามทจะน าความรอนกลบจากการไหลของของแขงรอนผานหมอไอน าแบบแผรงส (radiat heat boiler) ส าหรบของแขง BF และ BOF slag แตไมประสบความส าเรจ แตส าหรบการน าความรอนทงจากเหลกหลอ พบวามการใชงานเชงพาณชยในบางแหงในประเทศญปนและเยอรมนน

ทางเลอกอนส าหรบการน าความรอนกลบมาจากเหลกหลอรอนทน าออกมาจากเตา ทซงแผนเหลกถกน าออกมาจากเตาอนใหความรอน ยงมความรอนทแผนเหลกอย ความเปนไปไดของการน าความรอนกลบจากแผนเหลกรอนขนอยกบระยะทางระหวางเตาหลอกบโรงรดเหลกรอน Hot charging มการท ากนในบางโรงงานในสหรฐอเมรกา อยางไรกตาม มกพบวามการใชงานในสดสวนทไมมากนก ประมาณ 10-15% ของปรมาณการผลต เนองจากอปสรรคดานการขนสง เชน ขนาดก าลงการผลตและความตองการทไมสอดคลองกนระหวางโรงหลอกบโรงรดเหลกรอน Hot charging สามารถประหยดพลงงานไดประมาณ 0.5 ลาน Btu/ตนเหลก นอกจากน ส าหรบความรอนสมผสทสญเสยจากแทงเหลกรอนสามารถน ากลบมาไดบางสวนโดยการใชน าระบายความรอน ทงน อณหภมสดทายของน าระบายความรอนทอยในชวงอณหภมต า คออณหภมประมาณ 80oC สามารถน ามาใชประโยชนโดยการเพมระดบ upgraded ดวยฮตปมส าหรบน าไปใชงานในกระบวนการอนๆ ได



ตารางท 3-6 ความรอนสมผสทสญเสยจากผลตภณฑของแขงในกระบวนการผลตเหลก/เหลกกลา


อณหภม สงสดa

ความรอนสมผส

(Btu/ton)a

การผลตเหลกทมการบงคบ

ใชงาน

เทคโนโลยการน าความรอนกลบ

ขนตอนของการพฒนาเทคโนโลย


(TBtu/ป)

ถานโคกรอน 1,100 oC 0.21 56.47b Dry coke quenching

เชงพาณชย แตไมเปนทใชงานกวางขวางใน US

12

เศษตะกรน BF slag

1,300 oC 0.34 56.47b หมอไอน าแบบแผรงส (RHB)

พฒนาตนแบบ, แตวจย R&D หยดตงแต 1980s

19

เศษตะกรน BOF slag

1,500 oC 0.02 56.47b หมอไอน าแบบแผรงส (RHB)

พฒนาตนแบบ, แตวจย R&D หยดตงแต 1980s

1

เหลกหลอ 1,600 oC 1.20 104.58b RHB ใชรวมกบฮตไปท, slab cooler

boiler, hot charging

RHB มการใชเชงพาณชย แตไมใชใน US, Hot charging ม%การใชงานนอยในการผลต

125

แทงเหลกรอน

900 oC 4.76 104.58b สเปรยน าและใชฮตปม

เชงพาณชย แตไมเปนทใชงานกวางขวางใน US

497

รวม - 654 หมายเหต : a พฒนาจาก de Beer, p.189

b ขอมลอางองจากปรมาณการผลตเหลกทโรงงานเหลกขนาดใหญในสหรฐอเมรกา (USGS mineral Yearbook, 2005)

c ขอมลอางองจากปรมาณการผลตเหลกทงหมดในสหรฐอเมรกา



3.4 อตสาหกรรมการหลอโลหะ (Metal Casting) [1]

กระบวนการหลอโลหะจะเกยวของกบการเทโลหะหลอมเหลวลงไปทแมพมพเพอผลตผลตภณฑโลหะ เชน ชนสวนเครองยนต ชนสวนมอเตอร ยานยนต โครงสรางและโลหะทใชส าหรบอปกรณเครองใชไฟฟาตางๆ ทอและวาลวตางๆ กระบวนการหลอโลหะเปนการผลตทใชอณหภมสงค อนขางมาก และมกพบวาเตาเผาทใชใหความรอนและหลอมเหลวทใชไมมประสทธภาพ ในป 2002 อตสาหกรรมนใชพลงงานประมาณ 257 TBtu/ป และกระบวนการหลอมเหลว เปนขนตอนทมคาใชจายประมาณ 55% ของตนทนคาพลงงานทงหมด เตาหลอมทใชในอตสาหกรรมมหลากหลายชนด ต งแต reverberatory furnace, เตาหลอมควโปลา (Cupola furnace) เตาอนดกชนไฟฟา (Electric induction furnace) และเตาอารคไฟฟา (electric arc furnace) นอกจากน ยงมเตาทใชอนรกษาอณหภมและเตาอบใหความรอน (holding and heat treating furnace) เมอพจารณาถงประเภทการผลตทมมากและมศกยภาพสง จะวเคราะหกระบวนการหลอโลหะเฉพาะอตสาหกรรมการหลออะลมเนยมและการหลอเหลก เนองจากปรมาณผลตภณฑทงสองประเภทน คดเปนสดสวนมากกวา 80% ของพลงงานทงหมดทใชในอตสาหกรรมหลอโลหะ ความรอนทงของกาซไอเสยจากกระบวนการหลอมโดยการเผาไหมเชอเพลง โดยประมาณ ณ จดอางองทอณหภม 25oC คดเปนประมาณ 33 TBtu/ป ดงแสดงในตารางท 3-7

ตารางท 3-7 ศกยภาพของงานและความรอนทงทยงไมไดน ากลบจากกาซไอเสยในอตสาหกรรมการหลอโลหะ ในสหรฐอเมรกา

แหลงความรอนทง ก า ร ใ ชพลงงาน TBtu/ป



ความร อนทง (TBtu/ป) ท 25 oC

ความรอนทง (TBtu/ป ) ท 150 oC

Carnot Efficiency

ศกยภาพ (TBtu/ป)

การหลออะลมเนยม เตาหลอโลหะ Reverberatory

19.0 1,150 12.5 8.5 0.8 9.9

เตาหลอโลหะ Stack Melter

1.1 121 0.2 - 0.2 0.0

เตาหลอเหลกควโปลา ไมน าความรอนทงกลบ 46.7 900 19.3 15.3 0.7 4.8 น าความรอนทงกลบ 7.8 204 0.8 0.2 0.4 0.5

รวม 74.6 32.8 24.0 2.2 7.1



รปท 3-4 แสดงตวอยางรปแบบโหลดรายเดอนส าหรบการใชเชอเพลงกาซธรรมชาตทโรงงานหลอ

แหงหนงใน Midwest

ความเปนไปไดในเชงเศรษฐศาสตร เปนอปสรรคหลกของการน าความรอนทงกลบในอตสาหกรรมหลอโลหะ มากกวาความเปนไปไดเชงเทคนค ปญหาอปสรรคในการน าความรอนทงมตงแตความไมมประสทธภาพของเตาหลอม สภาพการท างานแบบเดม “status quo” โรงงานทมขนาดเตาเลกๆ มจ านวนมาก และความถดถอยของก าไรของธรกจอตสาหกรรมหลอโลหะทลดลงเรอยๆ เนองจากอตสาหกรรมหลอโลหะสวนใหญเปนอตสาหกรรมขนาดเลก ขอจ ากดดานเศรษฐศาสตรของการปรบปรงเทคโนโลยอยทความตองการระยะเวลาคนทนสนๆ ในระยะเวลา 1-3 ป ดงนน การลงทนในสวนของการน าความรอนทงกลบมาใชประโยชน บอยครงจงไมเปนทสนใจในการปฏบต

แนวทางการน าความรอนทงทมการปฏบตกนโดยสวนใหญ จงเปนการน าความรอนทงมาอนชนงานวตถดบทจะเขากระบวนการและการน ามาอนอากาศทจะเขาเผาไหม หรอน าไปเพมอณหภมใหพนทใชงาน หรอตวอยางทางเลอกอนทนาสนใจทมการปฏบตในโรงงานแหงหนง คอ การใชความรอนทงไประเหยน าทง เพอลดคาใชจายในการบ าบดน าเสย ซงเบองตนโรงงานมคาใชจายในการก าจดน าเสยทประมาณ $22,000 ตอป ส าหรบการก าจดน าเสย 48,000 แกลลอนน าเสยซงประกอบไปดวยน า 90% และน ามน 10% โดยพบวาการน าความรอนทงจากกาซไอเสยจากเตาแบบ reverberatory furnace ไปใชในการระเหยน าออกจากน าเสย ท าใหสามารถชวยประหยดตนทนคาก าจดน าเสยได

3.4.1 การหลออะลมเนยม

โรงงานหลออะลมเนยม มการใชพลงงานคดเปนสดสวนประมาณ 34% ของพลงงานทใชในอตสาหกรรมหลอโลหะทงหมด คดเปนการใชพลงงาน 60-100 ลาน Btu ตอตนชนงานหลอ เตาหลอมทใช มตงแต reverberatory furnace, ชดหลอมแบบปลอง stack melters, เตาแบบเบาหลอม (crucible furnace) และเตาแบบอนดกชน (Induction furnace)

ส าหรบเตาหลอมแบบ reverberatory เปนเตาหลอมทมการใชงานกนทวไปส าหรบโรงหลออะลมเนยมทมก าลงการผลตขนาดใหญ คดเปนปรมาณ 90% ของผลตภณฑอะลมเนยมในสหรฐอเมรกา เตาแบบ reverberatory furnace มอณหภมกาซไอเสยประมาณ 1,090oC-1,316oC และมประสทธภาพ



เชงความรอนประมาณ 30-35% ส าหรบทางเลอกทมประสทธภาพมากกวา คอเตาแบบ stack melter ซงมการปด seal ไดดกวา และใชกาซไอเสยรอนในการอนชนงานวตถดบโลหะทจะปอน ท าใหมประสทธภาพท 40-45% อณหภมของกาซไอเสยทปลอยออกปลอง stack melter จะอยในชวงประมาณ 120-204oC

แมวา stack melter จะมประสทธภาพทสงกวา แตพบวามการใชงานเพยง 5-15% ของกระบวนการผลตอะลมเนยมเทานน ปญหาอปสรรค คอ (1) มตนทนคาดแลซอมบ ารงทสงกวา เนองจากการปอนวตถดบจะปอนเขาจากทางดานบนของ stack melter ใหไหลตกลงมายงดานลาง ซงเปนสาเหตทท าใหเกดการเสยดสเกดการสกหรอของวสดทนไฟทเคลอบผนงเตาไดมากกวา นอกจากน ยงตองการใชแรงงานและคาใชจายวสดทนไฟทเพมมากกวาทตองใชท าใหเปนขอจ ากดทางดานการเงนและลดผลประหยดทไดจากการมประสทธภาพทสงกวาไป (2) ความตองการใชวตถดบคณภาพด โรงงานมกไมสามารถใชวตถดบทดอยคณภาพราคาถกได อยางไรกตาม ราคาเชอเพลงกาซธรรมชาตทเพมสงขนและการออกแบบปรบปรงประสทธภาพของ stack melter อาจชวยเพมประสทธผลดานตนทนใหลดลงได

ทางเลอกอนส าหรบการน าความรอนทงกลบมาใชคอเครองอนอากาศ ซงมศกยภาพในการประหยดการใชพลงงานไดมากกวา 30% เครองอนอากาศสวนใหญเหมาะสมส าหรบเตาแบบ reverberatory furnace มากกวาแบบ stack melter ซ งม อณหภมก าซไอเสยท ต า ถ า เตาแบบ reverberatory furnace ทงหมดตดตงเครองอนอากาศ จะท าใหสามารถประหยดพลงงานทสามารถเทยบเคยงไดกบการตดตง stack melter โดยเตาหลออะลมเนยมแบบ reverberatory furnace จะมการสญเสยพลงงานความรอนไปกบกาซไอเสยประมาณ 13 TBtu/ป

3.4.2 การหลอเหลก

การหลอเหลก มการใชพลงงานคดเปนสดสวนประมาณ 50% ของพลงงานทใชในอตสาหกรรมหลอโลหะทงหมด เตาหลอมทใช มตงแต เตาอนดกชน (Induction furnace) เตาอารคไฟฟา (electric arc furnace) และเตาควโปลา (Cupola furnace) ซงในสหรฐอเมรกามการใชเตาแบบควโปลาประมาณ 70 เตา คดเปนสดสวนประมาณ 60% ของก าลงการหลอมโลหะทงหมดของอตสาหกรรม ประสทธภาพของเตาแบบควโปลาไดมการพฒนาปรบปรงเมอเรวๆ น เตาควโปลาแบบเกา ทมประสทธภาพต าจะมอตราการใชพลงงานจ าเพาะทประมาณ 5 ลาน Btu/ตน ในขณะทเตารนใหมทมการออกแบบใหมประสทธภาพ จะสามารถท าไดท 3.4 ลาน Btu/ตน อางองจากการวเคราะหประสทธภาพพลงงานของเตาควโปลา โดย Kuttner, LLC ของ Port Washington พบวาโดยปกตเตาควโปลาแบบทมประสทธภาพต า จะมการสญเสยความรอนไปในกาซไอเสยประมาณ 50% แตส าหรบเตาควโปลารนใหมทมประสทธภาพสง ทมการออกแบบใชชดอนอากาศส าหรบการอนใหความรอนอากาศ จะสามารถลดความรอนสญเสยทปลอยออกไปกบกาซไอเสยไดเหลอท37% อณหภมของกาซไอเสยจากเตาควโปลา จะอยในชวงประมาณ 816-982oC ในขณะทอณหภมทออกจากชดอนอากาศจะประมาณ 204oC ทงน เตาหลอมเหลกควโปลาในอตสาหกรรมโรงหลอเหลกจะมความรอนสญเสยไปกบกาซไอเสยทงสนประมาณ 20 TBtu/ป



3.5 อตสาหกรรมอาหาร [23]

3.5.1 แหลงความรอนในอตสาหกรรมอาหารและเครองดม

แหลงความรอนทงในอตสาหกรรมอาหารมทงทมาจากหนวยการผลตทวไปของอตสาหกรรมและหนวยการผลตทเฉพาะ หนวยการผลตทวไปของอตสาหกรรมเชน หมอไอน า เครองอดอากาศ แหลงผลตไฟฟา ทงหมดนปลอยความรอนทงสสงแวดลอมในรปของกาซรอน ซงไมควรจะมองขามการน าความรอนเหลานกลบมาใช วธการทวไปในการน าความรอนกลบมาใช เชน การอนน าปอนดวยกาซไอเสย เปนตน

ส าหรบหนวยการผลตเฉพาะ นนหมายความรวมถงอปกรณรวมอนๆ ทใชในการผลตอาหารและเครองดม เชน เตาอบ เครองท าความเยน เครอง pasteuriser เครองอบแหง เปนตน ซงอปกรณเหลานจะปลอยความรอนใหกบสงแวดลอม เชน กาซไอเสยจากการอบและทอดอาหาร

รปท 3-5 รายละเอยดการใชพลงงานในแตละระบบ

Low temperature processes, 64%

Other uses, 15%

Refrigeration, 7%

Electric motors, 7%

Drying/separation, 7%

Low temperatureprocesses

Other uses

Refrigeration

Electric motors

Drying/separation



1. หนวยการผลตทวไป

เครองอดอากาศเปนสวนประกอบทส าคญของระบบอตสาหกรรมทมการใชพลงงานไฟฟาสง พลงงานทปอนเขาคอมเพรสเซอรจะสญเสยในรปแบบของความรอนทปลอยออกจากมอเตอรคอมเพรสเซอรและระบบระบายความรอน ความรอนทระบายทงออกทอณหภม 600C ส าหรบระบบระบายความรอนดวยน า และ 30-400C ส าหรบระบบระบายความรอนดวยอากาศ ความรอนทงเหลานสามารถกลบมาใชงานส าหรบระบบความรอนภายในอาคาร (Space Heating) (ถาม)

หมอไอน าในโรงงานอตสาหกรรมเปนอปกรณทมการใชพลงงานความรอนคอนขางมาก โดยท าหนาทในการผลตไอน าสงไปยงระบบตางๆ ในพนททตองการ กาซไอเสยจากหมอน าเปนแหลงความรอนทง โดยปกตมาตรฐานอณหภมไอเสยอยท 2000 C เครองอโคโนไมเซอร (Economizer) เครองอนอากาศ(Air pre-heater) และ เครองอโคโนไมเซอรแบบควบแนน (Condensing economizer) เปนอปกรณทน าความรอนทงในกาซกลบมาใชประโยชนทใชกนอยางแพรหลาย แตอยางไรกตามในโรงงานอตสาหกรรมขนาดเลกยงพบวามการปลอยกาซไอเสยจากหมอไอน าทงโดยตรง

หนวยการผลตความรอนอนๆ ทพบมากในอตสาหกรรมรวมถงระบบน าคอนเดนเสท (Condensate Return System) และระบบน าหลอเยนซงอณหภมทปลอยทงอยในชวง 60-900C

2. หนวยการผลตเฉพาะ

หนวยการผลตเฉพาะนปลอยความรอนทงออกมาไดหลายรปแบบ เชน กาซ ไอน า ของเหลว ในอตสาหกรรมการท าอาหาร เตาอบหรอเครองทอดเปนอปกรณส าคญทปลอยความรอนทงออกสสงแวดลอม เตาอบผลตกาซไอเสยทอณหภม 150-2500C ส าหรบหมอทอดโดยทวไปปลอยกาซไอเสยทอณหภมประมาณ 2000C การน าความรอนทงกลบมาใชเปนประโยชนอยางมาก เชน ใชท าความรอนภายในพนท หรอการอนอากาศเขาเผาไหม แตยงพบวาโดยทวไปมการปลอยความรอนทงออกสสงแวดลอมทางปลองไอเสย

ส าหรบอตสาหกรรมอบแหงอาหารมหนวยการผลตทหลากหลาย เชน เครองอบแหงแบบพนกระจาย (spray dryer) ใชผลตผลตภณฑประเภทผง เชน กาแฟ หรอเครองอบแหงแบบถาด (Tray Drying) ทใชในการอบผลไม โดยปกตเครองอบแหงจะปลอยไอเสย/ไอน าทงทอณหภมสงกวา 160 0C ขนไป ส าหรบเครองอบแหงแบบพนจ าเปนตองพจารณาอปกรณการน าไอเสยทงกลบมาใชเปนพเศษ เนองจาก ไอเสยทปลอยออกมาจากเครองจะมสงปนเปอนออกมาดวย

ในอตสาหกรรมเครองดม กระบวนการระเหยเปนกระบวนการพบมากทสดในการผลตเครองดมไมวาจะเปนเครองดมแอลกอฮอล เครองดมทไมมแอลกอฮอลผสม (Soft Drinks) หรอประเภทน าผลไม แหลงความรอนทเหนไดชดเจนจากกระบวนการดงกลาวคอ ไอน าจากกระบวนการระเหยจะถกสงออกทางปลอง ซงการน าความรอนจากกระบวนการนไปใชประโยชนเปนเรองยากเนองจากมอปสรรคในความดนไอน าทปลอยทงสงกวาบรรยากาศเพยงเลกนอยเทานน ในกรณนระบบปมความรอนสามารถน าความรอนทงในสวนนและความรอนแฝงทมอยไปใชงาน

ในเครองท าความเยนใชทใชเกบรกษาอาหารระหวางการผลตและการขนสง ความรอนจะถกปลอยออกมาจากสวนคอนเดนเซอร โดยน าระบายความรอนทอณหภมประมาณ 600C จะถกสงไปยงหอผงน า การน าความรอนทงทไดจากกระบวนการนไปใชประโยชนจะชวยลดตนทนในโรงงาน แตอยางไรก



ตามหากคอนเดนเซอรมอณหภมสงแสดงวา ระบบท าความเยนมประสทธภาพต าดงนนตองมการดแลรกษาอยางสม าเสมอ

กระบวนการพลาสเจอรไรเซชน (Pasteurisations) เปนขนตอนหนงการผลตนม(และในการผลตเบยร) ซงกระบวนการนใชพลงงานมาก กระบวนการน าความรอนกลบมาใชเปนการแลกเปลยนความรอนปกตโดยใหความรอนกบนมจนมอณหภมประมาณ 700C กอนจะระบายความรอนเพอลดอณหภมลง

โดยทวไปความรอนทงจากอตสาหกรรมอาหารและเครองดมจะอยรปของไอน า กาซรอนและของเหลวทง ดงแสดงในตารางท 3-8

ตารางท 3-8 สรปแหลงความรอนและรปแบบการปลอยความรอนทง

แหลงความรอน ประเภท

กาซรอน ของเหลว ไอน า Air Compressor x x Boiler x x x Distillation x x Drying x Evaporation x x x Kilns x x Ovens x x Pasteurisers x Process Cooling x x Process Heating x x x Refrigeration x x Sterilisation x x Ventilation x Washing x



3.5.2 ศกยภาพการใชความรอนทง

วธการน าความรอนทงกลบมาใชมตงแตแบบงายๆ เชน แลกเปลยนและใชตรงนน จนถงขน การน ามาผลตไฟฟาหรอผลตความเยน โดยทวไปการน าความรอนกลบมาใชจะเกดผลประหยดไดมาก ดงนนควรมการส ารวจความรอนทงทงโรงงานเพอใหทราบความตองการใชและปรมาณทมการปลอยทง การแลกเปลยนความรอนโดยน าความรอนนกลบไปใชในกระบวนการทปลอยความรอนนนออกมาหรอในระบบทอยบรเวณใกลเคยงจะชวยประหยดคาใชจายของการสงผานทางทอหรออปกรณเสรมตางๆ ในระบบ การน าความรอนกลบมาใชโดยวธการใชอปกรณเสรมตางๆ เชน ฮตปม หรอระบบท าความเยน จ าเปนตองใชเงนลงทนในสวนทเปนคาใชจายอปกรณสงขน แตแหลงรบความรอนทอยภายนอกโรงานกเปนอกทางเลอกหนงในการน าความรอนทงจากแหลงอนๆ มาใช แตอยางไรกตามการด าเนนการดงกลาวจ าเปนตองพจารณาคาใชจายในการลงทน

รปท 3-6 แผนผงแสดงคาใชจายการลงทนในแตละประเภทโครงการ

การใชโดยตรง ณ จดทปลอย Direct re-use into heat sink

การแลกเปลยนผานเครองแลกเปลยนความรอน

Heat Transfer via Heat Exchanger to Heat Sink

ฮตปม Heat Pump, การผลตไฟฟา ORC Electricity

Generation by ORC, ระบบดดซม Absorption

Refrigeration

ใชในกระบวนการผลตเดยวกน Heat sink in same process

ใชในบรเวณใกลเคยง Nearby heat sink

ใช ณ จดหางจากจดก าเนดมาก Heat sink significant

distance from source

การสงใหบรษทอนนอกรวโรงงาน Secondary Enterprise, Over

the fence heat sink

Low

High

การลงทน

Low

High

การลงทน



1. แหลงรบความรอนในอตสาหกรรมอาหาร เครองดม

แหลงรบความรอน (Heat Sink) เปนแหลงทตองการใชความรอน ซงสามารถน าความรอนจากแหลงความรอนมาใชได ตวอยางของแหลงรบความรอน เชน

เครองอบและเตาอบมการน าความรอนกลบมาใชประโยชนโดยตรงหรอผานเครองแลกเปลยนความรอน

ระบบท าความเยนแบบดดซมใชพลงงานความรอนในการท างาน ซงสามารถน าความรอนทงมาใชในประโยชนไดเปนการประหยดพลงงาน

ความรอนจากการระเหยของน า (Evaporative system) นอกจากจะเปนการชวยระบายความรอนแลว ความรอนดงกลาวยงสามารถน าไปใชประโยชนโดยผานแหลงรบความรอนทวไป เชน เครองท าความรอนในอาคาร ระบบจายน ารอน ระบบอนอากาศ/น ากอนเขาหมอไอน า เปนตน

2. การท างานเปนรอบ (Batch processing)

การพจารณาการน าความรอนทงของกระบวนการทท างานเปนรอบในการผลตอาหาร เครองดม ปญหาหนงพบ คอ ตารางเวลาการผลตความรอนและความตองการใชความรอนไมตรงกน ซงบอยครงพบวามการเปลยนแปลงเพอใหสามารถใชประโยชนจากความรอนทงในการด าเนนงานของหนวยอนๆ การกระท าดงกลาวอาจกอใหเกดผลเสยตอกระบวนการผลตโดยรวม ระบบเกบสะสมพลงงานเปนทางเลอกหนงในการจดการปญหาน ระบบนชวยเกบความรอนทงในชวงเวลาทแตกตางกน แตมขอเสยคอ คาใชจายสงและมกจะมการสญเสยความรอนออกไปภายนอก ท าใหอณหภมความรอนทงลดลง

การน าความรอนทงในระบบกระบวนทท างานเปนรอบกลบมาใชมความเปนไปไดทจะประสบความส าเรจหากเปนการด าเนนการภายในกระบวนการผลตเดยวกน

3.5.3 เทคโนโลยระบบความรอนทง

ระบบการน าความรอนทงกลบมาใช พารามเตอรทส าคญคอ ระบบการแลกเปลยนความรอน รวมไปถง คาความจความรอน ความหนด ความหนาแนนของของไหล และ ชวงระยะเวลาการเปลยนแปลง (fluid phase) และความดน การกดกรอน การรวไหล การปนเปอน และความดนตกครอม

3.5.3.1 อปกรณแลกเปลยนความรอน (Heat Exchanger)

คอ เครองมอทใชส าหรบถายเทความรอนจากของไหลชนดหนงไปยงของไหลอกชนดหนง โดยทของไหลไมจ าเปนตองผสมกน ในอตสาหกรรมใชเครองแลกเปลยนความรอนส าหรบเพมอณหภม ลดอณหภม หรอหมนเวยนความรอนกลบมาใชใหม เครองแลกเปลยนความรอนมดวยกนหลายแบบ จ าแนกตามสารทใชในการแลกเปลยนความรอนแบงไดเปน 3 แบบ

แบบ Gas-Gas heat exchanger แบบ Gas-liquid heat exchanger แบบ Liquid-liquid heat exchanger



3.5.3.2 ฮตปม (Heat Pump)

คอ อปกรณทใชในการถายเทความรอนอณหภมต าจากแหลงหนง (Heat Source) มาท าใหรอนขนแลวสงไปยงแหลงรบความรอน (Heat Sink) โดยใชอปกรณเดยวกบเครองปรบอากาศ

หลกการท างาน 1) Evaporator ดงความรอนจากภายนอกเขาสวงจรปมความรอน โดยสารท าความเยนทความดนต าและอณหภมต ากวาอณหภมภายนอกจะดงความรอนจากภายนอกและเปลยนสถานะเปนไอ 2) Compressor เพมความดนใหสารท าความเยนในสถานะไดทอณหภมต าใหมความดนและอณหภมสงกวาภายนอกและสงตอไปทคอนเดนเซอร 3) Condenser ระบายความรอนจากสารท าความเยนทความดนและอณหภมสงกวาภายนอก ท าใหสารท าความเยนเปลยนสถานะเปนของเหลวทความดนสงไหลตอไปยง expansion valve 4) Expansion valve ลดความดนของสารท าความเยนเพอปอนใหกบ evaporator

รปท 3-7 วฏจกรการท างานของฮตปม



3.5.3.3 การผลตกระแสไฟฟา (Electricity Generation) 1. Thermoelectric unit หลกการท างานเหมอนกน Thermocouple ทใชความวดความแตกตางของอณหภมดานรอนกบดานเยนบนสารกงตวน าทผลตกระแสไฟฟา เมอมความแตกตางของอณหภม

รปท 3-8 โครงสรางของ Thermoelectric

2. วฏจกรแรนคน (Rankine cycle)

ท างานบนหลกการของการใหความรอนกบของเหลวจนกลายเปนไอน า ทมอณหภมและความดนสงไอน า ทมอณหภม และความดนสงจะเขาเครองกงหนไอนา ใชในการผลกใบกงหนใหหมนขบเพลาของเครองก าเนดไฟฟาผลตไฟฟาออกมา

3. Kalina cycle

พฒนามาจาก Rankine cycle เหมาะส าหรบการใชในระบบทใชความรอนต า โดยใชแอมโมเนยผสมกบน าเปนสารท างาน ท าใหมจดเดอดต า องคประกอบพนฐานของระบบเหมอน Rankine cycle

4. ระบบท าความเยนแบบดดซม (Absorption refrigeration System)

เปนระบบท าความเยนทอาศยพลงงานความรอนในการขบเครองท าความเยนใหท างานโดยความรอนทปอนใหมกจะอยในรปของไอน ารอน หรอกาซรอนซงเปนพลงงานคณภาพต า ท างานบนหลกการเดยวกบ absorption heat pump แตในสวนของเครองอด (Compressor) ในระบบดดซมจะเปนเครองอดชนดความรอน (Thermal Compressor) ซงใชพลงงานความรอนในการขบเคลอนระบบ ซงมองคประกอบเปนเครองดดซมความรอน (Absorber) และอปกรณใหความรอน (Generator)



บทท 4

แหลงความรอนในภาคอตสาหกรรมและธรกจของไทย

4.1 แหลงความรอนทงในภาคอตสาหกรรมและธรกจ

จากการเขาสมภาษณเกยวกบกระบวนการผลตในแตละอตสาหกรรม เครองจกรอปกรณทมความรอนทง จากการส ารวจของคณะผวจยพบวามแหลงความรอนทงทมความส าคญทพบในอตสาหกรรมตางๆ ไดแก

1. อตสาหกรรมหลอโลหะ 2. อตสาหกรรมปโตรเคม 3. อตสาหกรรมซเมนต 4. อตสาหกรรมเหลก 5. อตสาหกรรมแกวและกระจก 6. อตสาหกรรมเซรามก 7. อตสาหกรรมสงทอ 8. อตสาหกรรมผลตไฟฟา 9. อตสาหกรรมกระดาษ 10. อตสาหกรรมอาหาร 11. อตสาหกรรมน าตาล 12. อาคารธรกจ



4.1.1 อตสาหกรรมหลอโลหะ

รปท 4-1 การใชพลงงานในอตสาหกรรมหลอโลหะ

ลกษณะการใชพลงงาน

อตสาหกรรมหลอโลหะ สวนใหญจะเปนประเภทการหลอมอลมเนยมซงจะใหเตาหลอมประเภทหวเผาไหมทใชเชอเพลงเปน NG หรอ LPG ซงอณหภมในเตาอยทประมาณ 800-900°C ซงสวนใหญจะปลอยทงออกทางปลองระบายความรอน แตมบางแหงมการใชหวเผาไหมแบบ Regenerative Burner แตยงไมแพรหลายเนองจากยงมราคาสงกวาแบบปกตอยประมาณ 3 เทา


กาซไอเสยจากเตาหลอม และกระบวนการทมความรอนทงอกจดหนงคอ กระบวนการอบชนงานกอนเขาเครองฉดอลมเนยม (Extruder) ซงอณหภมทใชอยทประมาณ 400-500°C ดงนนส าหรบอตสาหกรรมหลออลมเนยมมความรอนทงทนาสนใจอย 2 จดคอ ทเตาหลอมและเตาอบกอนเขาเครองฉดอลมเนยมซงเทคโนโลยทนาสนใจคอ เตาหลอมแบบ Regenerative Burner ในสวนของอตสาหกรรมหลอโลหะทเปนเหลกสวนใหญจะใชเตาหลอมไฟฟาเปนแบบ IF (Induction Furnace) ซงจะไมมความรอนทงจากการเผาไหม และมจดปลอยความรอนทงอยทเตาปรบคณภาพชนงานซงมอณหภมอยทประมาณ 400 °C ขนไป สวนใหญปลอยทงออกทางปลองระบายความรอน ดงนนจงจดทมความรอนทงทนาสนใจ และควรน าความรอนทงมาใชในการอนวตถดบตอไป และในอตสาหกรรมหลอทองเหลองจะใชเตาหลอมไฟฟาเปนแบบ IF (Induction Furnace) เชนเดยวกนกบเหลก โดยความรอนทงทนาสนใจอยทการอบชนงานกอนฉดใหเปนเสนเพอน าไปปมขนรป

ศกยภาพการน ากลบมาใช

- อตสาหกรรมหลอโลหะ

แหลงความรอน ระดบอณหภม แหลงรบความรอน เทคโนโลยทใช

1.กาซไอเสยจากเตาหลอม 2.น าระบายความรอน 3.กาซไอเสยจากเตาอบ

ต า ต า

กลาง

1.อากาศเตาเผาไหม 2.วตถดบทใช 3.ผลตไฟฟา

Regenerator Heat Exchanger Direct Contact ORC



4.1.2 อตสาหกรรมเหลก

รปท 4-2 การใชพลงงานในอตสาหกรรมเหลก

ลกษณะการใชพลงงาน อตสาหกรรมเหลก และเหลกกลาในประเปนไทยมกระบวนการผลตทคลายคลงกน โดยแบงเปน

การหลอม การรดรอน รดเยน และการชบ ส าหรบการหลอมนนจะไดผลตภณฑเปนเหลกแผนหรอ เหลกแทง โดยในประเทศไทยใชเตาหลอมแบบ เตาอารคไฟฟา (Electric Arc Furnace) หรอเตาเหนยวน าไฟฟา (Induction Furnace) วตถดบหลกทน ามาหลอมเปนเศษเหลกรไซเคล อณหภมทใชงานในเตาหลอมอยทประมาณ 1,500-1,750°C

แหลงความรอนทง มไอเสยทปลอยทงจากการหลอมตรงจดปลายปลองทอณหภมสงถง 700-1,000°C โดยโรงงาน

บางแหงมการกอสรางอฐรงผงไวสะสมพลงงานความรอนเพอแลกเปลยนกบอากาศดกอนทจะเขา หวเผาไหม ซงสามารถเพมอณหภมอากาศกอนเขาหวเผาไหมไดประมาณ 300-400 °C หรอท าการปลอยทงโดยผานเครองดกจบฝนกอนจะปลอยทงโดยไมไดน ากลบมาใชประโยชน ทจดปลายปลองยงคงมอณหภมปลอยทงประมาณ 200-300°C ถอวายงมศกยภาพในการน ากลบมาใช อาจน ามาอนน าเพอใหไดน ารอนใชงานในกระบวนการผลต

ในสวนของโรงงานรดรอนความรอนทมการปลอยทงจะอยทจด เตาอนชนงาน (Reheating Furnace) อณหภมทใชในการอนเหลกแทงอยทประมาณ 1,200-1,400°C โดยอณหภมทปลอยทงจากเตาอนชนงานมคาสงถง 700-900°C ซงถอวามศกยภาพในการน าความรอนทงกลบมาใช

ในสวนของโรงงานรดเยนความรอนทมศกยภาพในการน ากลบมาใชคอจดทเตาอบอาน (Annealing) โดยกาซไอเสยมอณหภมสงถง 600-850°C สามารถตดตงเครองแลกเปลยนความรอนแบบ Recuperator ใหกบหวเผาในเตาอบออน สามารถแลกเปลยนความรอนกบอากาศกลบมาใชในหวเผาไหมไดทอณหภมประมาณ 250-300°C

เครองหลอแบบตอเนอง

≈ 1,000-1,450 C

NG

1

เศษเหลก

EAFเหลกแทงเหลกแบน

อนชนงานกอนร

ร รอน

ลตภ ร รอน

ร เยน ลตภ

ร เยน

2

≈ 1,000-1,100 C

3

Flash ≈ 98-102 CCondensate ≈ 100 CAir Pre Heat ≈ 100-250 CAir Annealing ≈ 800 C

เชอเพลง

อตสาหกรรมเหลกขนปลายร เยนอตสาหกรรมเหลกขนปลายร รอนอตสาหกรรมเหลกขนกลาง




- อตสาหกรรมเหลก (หลอมเหลก)


1.เตาหลอม - กาซไอเสย - น าระบายความรอนเตา 2.เตาปรงน าเหลก - กาซไอเสย

สง ต า

สง

1.เตาหลอม - วตถดบ - อากาศเขาเผาไหม 2.เตาปรงน าเหลก - อากาศเขาเผาไหม 3.ผลตไฟฟา

ECO ARC Regenerator Regenerator OXY – burner ORC

- อตสาหกรรมเหลก (รดรอน)

แหลงความรอน ระดบ

อณหภม แหลงรบความรอน เทคโนโลยทใช

1.เตาเผาอน (Reheating Furnace) - กาซไอเสยทปลอยทง - น าระบายความรอนเตา

สง ต า

1.เตาเผาอน - อากาศเขาเผาไหม - วตถดบ 2.ผลตไฟฟา

Regenerator OXY - burner ORC

- อตสาหกรรมเหลก (รดเยนและชบ)


1.บอชบ - น าชบทลางทง 2.เตาอบออน - กาซไอเสย 3.ลมรอนทเปาแหง 4.คอนเดนเสทททง 5.หมอไอน า - กาซไอเสย - น าระบายหมอไอน า

ต า

สง ต า ต า

ต า ต า

1.บอชบ - น าปอนหมอไอน า - น ารอนอณหภมต า 2.เตาอบออน - อากาศเขาเผาไหม 3.หมอไอน า - น าปอนหมอไอน า - อากาศเขาเผาไหม 4.ผลตไฟฟา

Heat Exchanger ORC



4.1.3 อตสาหกรรม ลตไฟฟา

รปท 4-3 การใชพลงงานในอตสาหกรรมผลตไฟฟา

ลกษณะการใชพลงงาน ในโรงไฟฟากงหนไอน า จะใชเชอเพลงปอนใหหมอไอน า เพอผลตไอน า ในกรณกงหนกาซจะเขาเผาไหมในหองเผาไหม

แหลงความรอนทง อตสาหกรรมผลตไฟฟา ความรอนทงทปลอยออกมานนมจ านวนนอย เนองจากโรงไฟฟาไดถก

ออกแบบใหสามารถผลตพลงไฟฟาไดสงทสดเทาทจะท าได รวมถงการน าความรอนทปลอยทงกลบมาใชงานอยางตอเนอง ตวอยางเชน อตสาหกรรมผลตไฟฟาแบบ Combined Cycle จะมกาซไอเสยจาก Gas Turbine อณหภมประมาณ 550-590°C และถกน ากลบมาใชงานตมน าหมอไอน าแบบ (Heat Recovery Steam Generator) จากอณหภม 40-100°C เปน 470-570°C เพอน าไปผลตไฟฟาแบบ Steam Turbine โดยกาซไอเสยหลงจากอนหมอไอน าปลอยทงทอณหภมประมาณ 100-140°C ซงกาซไอเสยทปลอยทงนไมสามารถจะน ากลบมาใชงานในกระบวนการผลตได เนองจากในกระบวนการผลตตองการอณหภมทสงกวาทกาซไอเสยปลอยทง จงถอวาไมมศกยภาพในการน ากลบมาใชในอตสาหกรรมผลตไฟฟา สวนน า คอนเดนเสทไดมการน ากลบมาใชงานในการอนน าปอนหมอไอน ารวมถงการน าความรอนจาก น าโบลวดาวนกลบมาใชงานดวยเชนกน ปจจบนผผลตไฟฟารายหนงไดมแผนในการน าน าร อนทงจาก คอนเดนเสท ทอณหภม 39°C มาผลตไฟฟาโดยใชเทคโนโลย Micro Hydro Turbine


- อตสาหกรรมผลตไฟฟา

แหลงความรอน ระดบอณหภม แหลงรบความรอน เทคโนโลย 1.กาซไอเสยทปลอยทง กลาง 1.อนน าปอนหมอไอน า Heat Exchanger 2.น าระบายความรอน ต า 2.อนอากาศหมอไอน า Heat Exchanger 3.ผลตความเยน Absorption chiller 4.ผลตไฟฟา ORC



4.1.4 อตสาหกรรมปโตรเคม

รปท 4-4 การใชพลงงานในอตสาหกรรมปโตรเคม

ลกษณะการใชพลงงาน อตสาหกรรมปโตรเคมจะมกระบวนผลตทซบซอนมาก ท าใหยากตอการปรบปรงระบบ และ

โรงงานปโตรเคมขนาดใหญจะมการปรบปรงทกๆ 3-4 ป โดยมอปกรณหลกในการผลตคอ Heater เพอใชเพมอณหภม และหอกลน ใชส าหรบแยกสารเคมตางๆ ซงแหลงความรอนหลกเปนไอน า

แหลงความรอนทง อณหภมความรอนทงสวนใหญจะอยในชวง 100-200°C โดยมจดปลอยความรอนทงทนาสนใจอย

3 จด ไดแก

1. ปลอยออกทางปลองระบายความรอน

2. ปลอยออกทางชองระบายความรอนดานบนของกระบวนการผลต (Fin Fan)

3. ตวผลตภณฑ เพราะผลตภณฑหรอสารเคมทเพงออกจากกระบวนการผลตจะมอณหภมอย ทประมาณ 100°C ขนไป

ซงเทคโนโลยในการน าความรอนทงทนาสนใจไดแก การน าความรอนทงจากแหลงดงกลาวมาอนวตถดบ การใชระบบ Recuperator แลกเปลยนความรอนใหอากาศทจะเขาเผาไหม การใช Waste Heat Boiler และการผลตไฟฟา




- อตสาหกรรมปโตรเคมและการกลน


1.เตา 2.คอนเดนเสทน าทง 3.น ารอนทปลอยทง 4.อากาศทปลอยทง 5.กาซไอเสยหมอไอน า 6.น าระบายหมอไอน า

ต า ต า ต า ต า ต า ต า

1.ท าความรอนวตถ 2.อนน าปอนหมอไอน า 3.ผลตไฟฟา

Heat Exchanger ORC



4.1.5 อตสาหกรรมปนซเมนต

รปท 4-5 การใชพลงงานในอตสาหกรรมปนซเมนต

ลกษณะการใชพลงงาน อตสาหกรรมปนซเมนตมกระบวนการผลตคลายคลงกน มการใชเชอเพลงประเภทถานหน

บดละเอยด ปอนเขาไปทเตาเผา และ Precalciner เพอเผาวตถดบใหเกดปฏกรยาเคม แคลเซยมออกไซดแตกตวและคารบอนไดออกไซดหลดออกมา

แหลงความรอนทง ความรอนทงทนาสนใจม 2 จดไดแก ความรอนทงบรเวณปลองความรอนทงหลงจากอนวตถดบ

แลว (Precalciner) โดยมอณหภมความรอนทงประมาณ 300-400°C สวนใหญจะน าความรอนทงจากจดนไปผลตไฟฟา และกาซรอนทเหลอจากการผลตไฟฟาจะน าไปอนวตถดบกบถานหนไดอก สวนความรอนทงอกจดทนาสนใจคอกระบวนการลดความรอนของเมดปน ( Clinker Cooler) ซงเปนการลดอณหภมของเมดปนหลงจากผานเตาเผา (Rolling Kiln) แลว โดยใชพดลมขนาดใหญเปาลมเขาโดยตรง โดยอณหภมเฉลยของอากาศรอนทไดประมาณ 400°C หลงจากนนน าอากาศรอนทไดไปเขา Waste Heat Boiler เพอผลตกระแสไฟฟาตอไป และคาดวาในอนาคตจะมการผลตไฟฟาจากความรอนทงกระจายเพมเตม ไปยงโรงงานขนาดเลกอยางรวดเรว


- อตสาหกรรมซเมนต


1.กาซไอเสยจาก Precalciner 2.กาซไอเสยจาก Clinker - cooler

กลาง กลาง

1.วตถดบ 2.ผลตไฟฟา

Direct contact ORC



4.1.6 อตสาหกรรมแกวและกระจก

รปท 4-6 การใชพลงงานในอตสาหกรรมแกวและกระจก

ลกษณะการใชพลงงาน โรงงานทเขาส ารวจม 2 ประเภท คอ อตสาหกรรมแกวและกระจก กระบวนการผลตแกวและ

กระจก มความคลายคลงกน โดยเครองจกรอปกรณหลกทมความรอนทงทนาสนใจไดแก เตาหลอม โดยจะใชเชอเพลงเปนหลก และมอณหภมท างานภายในเตาประมาณ 1,500°C

แหลงความรอนทง โรงงานสวนใหญจะใชเตาหลอมประเภท Regenerative Burner และกาซเสยทไดจะปลอยทง

ทางปลองระบายความรอน โดยมอณหภมประมาณ 500-600°C และมหวเผาทจดเลยงใหความรอนรางน าแกวอกจด แตการรวบรวมท าไดยาก


- อตสาหกรรมแกวและกระจก


1.กาซไอเสยจากเตาหลอม 2.กาซไอเสยจากเตาอบแกว 3.ลมรอนจากการระบายความรอน

สง สง ต า

1.อนอากาศเผาไหม 2.อนวตถดบ 3.ผลตไฟฟา

Regenerator Heat Exchanger Heat Exchanger ORC



4.1.7 อตสาหกรรมเซรามก

รปท 4-7 การใชพลงงานในอตสาหกรรมเซรามก


อตสาหกรรมเซรามก เครองจกรอปกรณทมความรอนทงทนาสนใจไดแก เตาเผาตางๆ ไดแกเตาเผาเคลอบ อณหภมในเตาประมาณ 1,200°C เตาพนฝอยอบแหงอณหภมในเตาประมาณ 570°C


ไดแก กาซไอเสยจากเตาอบ ซงสามารถน าไปผาน Heat Exchanger แลวน าความรอนทงกลบไปอนวตถดบไดซงอณหภมทใชในการอนวตถดบอยทประมาณ 120 °C แตตองระวงเรองการกดกรอนของสารเคมทปนเปอน หรอน าความรอนทงจากเตามาอบชนงานโดยสรางหองหรอเตาเพมขนมาแตอาจตองพจารณาเรองเงนลงทนตางๆดวย เชนการเดนระบบทอตางๆ


- อตสาหกรรมเซรามก


1.กาซรอนจากเตาพนฝอยอบแหง 2.กาซรอนจากเตาอบ 3.กาซไอเสยจากเตาอบ 4.อากาศระบายความรอนชนงาน

ต า

ต า ต า-กลาง

ต า

1.อนวตถดบ 2.อนอากาศเขาเผาใหม 3. อนตวกลางในการผลตไฟฟา

Heat Exchanger OXY-burner Regenerative Burners ORC



4.1.8 อตสาหกรรมสงทอ

รปท 4-8 การใชพลงงานในอตสาหกรรมสงทอ


อตสาหกรรมสงทอมกระบวนการผลตทใชไอน าจากหมอไอน าเปนหลก ซงมบางแหงมการใชหมอน ามนรอนควบคกนดวย ไอน าทผลตใชในการตมน ายอม ใหมอณหภมตามโปรแกรมการยอม


เครองจกรอปกรณทมความรอนทงทนาสนใจไดแก หมอไอน า อณหภมไอเสยปลอยทงทปลอง ไอเสยประมาณ 200°C ส าหรบโรงงานทใชหมอน ามนรอน จะมอณหภมไอเสยปลอยทงทปลองไอเสยประมาณ 300°C โดยความรอนทงสวนนสามารถน ากลบมาอนอากาศกอนเขาเผาไหมได เตาอบผา ซงอณหภมใชงานภายในเตาประมาณ 120-140°C และอณหภมกาซรอนทปลอยทงประมาณ 70-80°C โดยประมาณ เครองยอมผา อณหภมน ายอม ขณะใชงานอยทประมาณ 130-140°C และน าระบาย ความรอน อณหภม 60-70°C ซงอาจใช Heat Exchanger ในการแลกเปลยนความรอนไปใชงานตอไปได


- อตสาหกรรมสงทอ


1.น ารอนททงจากเครองยอม 2.น าระบายความรอน 3.คอนเดนเสททง 4.อากาศรอนจากเครองอบ 5.กาซไอเสยหมอไอน า 6.น าระบายหมอไอน า

ต า ต า ต า ต า

ต า-กลาง ต า

1.น าทใชยอม 2.อากาศเขาอบ 3.น าปอนหมอไอน า 4.ผลตไฟฟา

Heat Exchanger Heat Exchanger Heat Exchanger ORC



4.1.9 อตสาหกรรมน าตาล

รปท 4-9 การใชพลงงานในอตสาหกรรมน าตาล

ลกษณะการใชพลงงาน อตสาหกรรมน าตาลมกระบวนการผลตทใชไอน าจากหมอไอน าเปนหลก ใชไอน าในขนตอนการ

เคยว และระเหย และมกมการผลตไฟฟาใชในโรงงาน และ/หรอจายเขาระบบ เชอเพลง คอ ชานออย

แหลงความรอนทง ความรอนทงในอตสาหกรรมน าตาลเกอบถอไดวาไมม เนองจากมกระบวนการผลตหลายขนตอน

และในแตละขนตอนมการน าความรอนทงจากขนตอนกอนหนามาใชอยางตอเนองอยแลว โดยเครองจกรอปกรณสวนใหญเปนหมอตมและหมอเคยวซงจะใช Heat Exchanger ในการแลกเปลยนความรอน และโรงงงานน าตาลจะผลตกระแสไฟฟาใชเองภายในโรงงาน และไฟฟาสวนทเหลอมการจ าหนายใหการไฟฟาหรอบรษทใกลเคยง


- อตสาหกรรมน าตาล


1.กาซไอเสยหมอตม 2.กาซไอเสยหมอเขยว 3.กาซไอเสยหมออบ 4.กาซไอเสยหมอไอน า


1.อนน าในกระบวนการผลต 2.น าปอนหมอไอน า 3.ผลตไฟฟา

Heat Exchanger Heat Exchanger ORC



4.1.10 อตสาหกรรมอาหาร

รปท 4-10 การใชพลงงานในอตสาหกรรมอาหาร


อตสาหกรรมอาหารมกระบวนการผลตท ใชไอน าจากหมอไอน าเปนหลก ทส าคญไดแก อตสาหกรรมอาหารกระปอง และอาหารแชแขงทมการท าสก เครองดม และไอศครม โรงงานทเขาส ารวจเปนโรงงานอาหารกระปอง


เครองจกรอปกรณทมความรอนทงทนาสนใจไดแก หมอไอน า อตสาหกรรมอาหารมกระบวนการผลตทใชไอน าจากหมอไอน าเปนหลก ซงมอณหภมไอเสยปลอยทงทปลองไอเสยประมาณ 200 °C โดยความรอนทงสวนนสามารถน ากลบมาอนอากาศกอนเขาเผาไหมได รวมถง หมอนง และเครองอบ ฆาเชอ ซงไอรอนทงอณหภมประมาณ 80-90°C กลบมาอนวตถดบได เนองจากอตสาหกรรมอาหารสามารถผลต Bio gas เองได จงสนใจทจะผลตกระแสไฟฟาใชเองดวย


- อตสาหกรรมอาหาร


1.หมอนง, หมอฆาเชอ 2.กาซไอเสยหมอไอน า

ต า ต า

1.น าปอนหมอไอน า 2.ผลตไฟฟา

Heat Exchanger ORC



4.1.11 อตสาหกรรมกระ าษ

รปท 4-11 การใชพลงงานในอตสาหกรรมกระดาษ


อตสาหกรรมกระดาษแบงออกเปน 2 สวนหลก คอ การผลตเยอกระดาษ และการผลตกระดาษ มกระบวนการผลตทใชไอน าจากหมอไอน าเปนหลก โรงเยอจะใชไอน าในขบวนการยอย และสกดเยอ ขณะทโรงงานผลตกระดาษจะใชไอน าในการอบแหงน าเยอ และขนรปกระดาษ การใหความรอนผานลกกลงทจายไอน าเขาภายใน


เครองจกรอปกรณทมความรอนทงทนาสนใจไดแก หมอไอน า ซงมอณหภมไอเสยปลอยทงทปลองไอเสยประมาณ 200°C โดยความรอนทงสวนนสามารถน ากลบมาอนอากาศกอนเขาเผาไหมได และสวนใหญระบบการผลตไดออกแบบใหมการน าความรอนทงไปใชยงกระบวนการผลตอยางตอเนองอยแลวท าใหไมมการรอนทงจากไอน าไปทจดอน เชนมการตด Economizer เพอแลกเปลยนความรอนกบน าปอนหมอไอน า มการน าความรอนทงจากน า Blowdown กลบมาใช รวมถงการผลตไฟฟาจากไอน าดวย และความรอนทงทนาสนใจอกจดคอน าระบายความรอนซงใชระบายความรอนของเครองจกร โดยมอณหภมไประบายความรอนยง Cooling อยท 60-65°C




- อตสาหกรรมกระดาษ


1.การผลตเยอ - ไอน าทปลอยทง - น ารอน - อากาศรอน 2.น าระบายความรอน 3.การผลตกระดาษ - อากาศรอนจาก Hood - คอนเดนเสททปลอยทง


ต า ต า

1.อนน าปอนหมอไอน า 2.ผลตน ารอน 3.อากาศเขาอบใน Hood 4.ผลตไฟฟา

Heat Exchanger Heat Exchanger Heat Exchanger ORC Steam Turbine



4.1.12 อาคารธรกจ

รปท 4-12 การใชพลงงานความรอนในอาคาร


อาคารสวนใหญ ไมมการใชเชอเพลง หรอใชนอยมาก เพอ การหงตม มอาคารธรกจ ประเภท โรงแรม และ โรงพยาบาลเทานนทมการใชเชอเพลง เพอผลตไอน า ส าหรบการซกรด และอบผา และการปรงอาหาร ในโรงแรมยงมการใชผลตน ารอนส าหรบอณหภม 50-60°C หองพกอกดวย อาคารตวอยาง ทเกบขอมล เปนโรงพยาบาลประจ าจงหวด ใชเชอเพลงกบหมอไอน า


ความรอนทงม 2 จดหลก คอ กาซไอเสยจากหมอไอน า อณหภม 230-250°C และคอนเดนเสทหลายจดทยงไมไดน ากลบมา เชน เครองอบผา หองนง โรงครว และทหองเภสช ทมการกลน และความรอนทงอณหภมต าอกจด คอ อากาศระบายความรอนของเครองปรบอากาศ

นอกจากความรอนทงในลกษณะดงกลาวอาคารธรกจจะมความเยนทง ไดแก อากาศเยนทระบายออกเพอคณภาพของการปรบอากาศ อากาศทระบายทงจะมอณหภมต าและความชนต า จงสามารถน ามาใชประโยชนได




- อาคารธรกจ


1.ก า ซ ไ อ เ ส ย จ ากหม อ ไอน า 2.น ารอน/คอนเดนเสท 3.น า หรออากาศระบายความรอนจาก คอนเดนเสท 4.อากาศเยนทระบายทง


1.น าปอนหมอไอน า 2.น ารอนในการซกรด/ปรบอากาศ/หองพก 3 . อ า ก า ศ ท เ ข า ป ร บอากาศ

Economizer Heat Pump Heat reclaim condenser ORC Heat Wheel

4.2 มาตรการน าความรอนทงท าเนนการในประเทศไทย

จากขอมลมาตรการการปรบปรงเปลยนแปลงภายในโรงงานควบคม โรงงานควบคมทมการใชพลงงานความรอนไดด าเนนมาตรการเกยวกบการน าความรอนทปลอยทงกลบมาใชในรปแบบตางๆ ภายในโรงงานเพอประหยดพลงงานโดยการน าความรอนทงกลบมาใชอยางมประสทธภาพ โดยสามารถแบ งเปนการปรบปรงในรปแบบของการใชอปกรณไดคราวๆ ดงตอไปน

1. การใชอปกรณ Economizer 2. การใชอปกรณ Heat Exchanger 3. การใชอปกรณ Heat Pump และ Heat Pipe 4. การใช Waste Heat Boiler, Condensate และ Flash Steam 5. การใชพลงงานความรอนทเหลอทงโดยตรง และวธการอนๆ

ในการรวบรวมขอมลสามารถนบจ านวนมาตรการทเกยวกบการน าความรอนทงกลบมาใชในป พ.ศ. 2553 ได 70 มาตรการ ในป พ.ศ. 2554 ได 119 มาตรการ และในป พ.ศ. 2555 ได 120 มาตรการ ประเมนเปนเปอรเซนตการด าเนนมาตรการทเกยวกบการน าความรอนทงกลบมาใชในรปแบบตางๆ โดยเทคโนโลยทแตกตางกนในโรงงานไดดงตอไปน

ตารางท 4-1 ตารางเปอรเซนตสดสวนการใชอปกรณเทคโนโลยความรอนทงกลบมาใชททางโรงงานเคยท า มาตรการ ป 2553 ป 2554 ป 2555 รวม 3 ป

Economizer 4.29% 9.24% 12.50% 9.29% Heat exchanger 21.43% 21.85% 18.33% 20.19% Heat Pump+Heat pipe 7.14% 5.88% 5.83% 6.09% Waste Heat Boiler + Condensate + Flash Steam 38.57% 40.34% 39.17% 40.06% การใชโดยตรงและวธการอนๆ 28.57% 22.69% 24.17% 24.36%

รวม 100% 100% 100% 100%



โดยผลการด าเนนมาตรการทไดท าเกยวกบการน าความรอนทงกลบมาใชสามารถสรปตามล าดบมากนอยไดดงน

1. การใช Waste Heat Boiler, Condensate และ Flash Steam 40.06% 2. การใชพลงงานความรอนทเหลอทงโดยตรง และวธการอนๆ 24.36% 3. การใชอปกรณ Heat Exchanger 20.19% 4. การใชอปกรณ Economizer 9.29% 5. การใชอปกรณ Heat Pump และ Heat Pipe 6.09%

กรณตวอยางโรงงานทไดด าเนนการในการน าความรอนทงกลบมาใชโดยเทคโนโลยตางๆ ดงตอไปน

- Economizer ตวอยางท 1 บรษท กรนสปอต (ประเทศไทย) จ ากด จากกรณศกษา 19[24] การน าความรอนทง

กลบมาใชโดยอปกรณแลกเปลยนความรอนระหวางกาซกบของเหลว (Economizer) กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน ทางโรงงานไดด าเนนการตดตง Economizer เพอดงความรอนจากกาซไอเสยทปลอยทงจากหมอไอน าทใชกาซธรรมชาตเปนเชอเพลง ทอณหภมปลอยทงประมาณ 240°C กลบมาอนน าปอนของหมอไอน า โดยตดตง Economizer ส าหรบหมอไอน าขนาด 14 ตนตอชวโมง และขนาด 12 ตนตอชวโมง อยางละ 1 ชด การประเมนผลหลงจากการตดตง Economizer ผลทไดคอโรงงานสามารถเพมอณหภมน าปอนเขาหมอไอน าจาก 88°C เปน 130°C สามารถลดการใชกาซธรรมชาตในหมอไอน าลงไดประมาณรอยละ 5 เงนลงทน 1,700,000 บาท ผลประหยดสามารถประหยดพลงงานในหมอไอน าเดมไดถง 12,207.18 ลานบทยตอป คดเปนมลคาทประหยดได 2,213,283 บาทตอป ระยะเวลาคนทน 0.77 ป แผนผงแสดงการตดตงระบบดงรปท 4-13

รปท 4-13 ไดอะแกรมระบบการน ากาซทงมาใชอนน าปอนเขาหมอไอน า บรษท กรนสปอต (ประเทศไทย) จ ากด [24]



ตวอยางท 2 บรษท วนไทยอตสาหกรรมการอาหาร จ ากด จากกรณศกษา 19 [24] การน าความรอนทงกลบมาใชโดยอปกรณแลกเปลยนความรอนระหวางกาซกบของเหลว (Economizer) กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน ทางโรงงานไดด าเนนการตดตง Economizer เพอดงความรอนจากกาซไอเสยทปลอยทงจากหมอไอน าทใชกาซธรรมชาตเปนเชอเพลง ทอณหภมปลอยทงประมาณ 220°C กลบมาอนน าปอนของหมอไอน า โดยตดตง Economizer ส าหรบหมอไอน าขนาด 14 ตนตอชวโมง จ านวน 1 ชด การประเมนผลหลงจากการตดตง Economizer ผลทไดคอโรงงานสามารถเพมอณหภมน าปอนเขาหมอไอน าจาก 85°C เปน 114°C สามารถลดการใชกาซธรรมชาตในหมอไอน าลงไดประมาณรอยละ 4 เงนลงทน 1,500,000 บาท ผลประหยดสามารถประหยดพลงงานในหมอไอน าเดมไดถง 7,462.82 ลานบทยตอป คดเปนมลคาทประหยดได 1 ,268,679 บาทตอป ระยะเวลาคนทน 1.18 ป แผนผงแสดงการตดตงระบบดงรปท 4-14

รปท 4-14 ไดอะแกรมระบบการน ากาซทงมาใชอนน าปอนเขาหมอไอน า

บรษท วนไทยอตสาหกรรมการอาหาร จ ากด[24] - Heat Exchanger

ตวอยางท 3 บรษท ยเนยนอตสาหกรรมสงทอ จ ากด (มหาชน) จากกรณศกษา 18[25] การใชอปกรณแลกเปลยนความรอนแบบแผน กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน ทางโรงงานไดมน ารอนเหลอทงจากกระบวนการยอมส ทอณหภมประมาณ 92.55 °C จงไดน าเครองแลกเปลยนความรอนแบบแผนมาตดตง ผลทไดคอสามารถเพมอณหภมน าจาก 38.67 °C เปน 63.33°C คดเปนประสทธภาพในการถายเทความรอนไดประมาณรอยละ 74 โดยใชเงนลงทนในการตดตงระบบ 90,000 บาท สามารถประหยดกาซธรรมชาตคดเปนเงนได 2,372,985 บาทตอป ระยะเวลาคนทน 0.04 ป แผนผงแสดงการตดตงระบบดงรปท 4-15



รปท 4-15 ไดอะแกรมระบบการน าน ารอนกลบมาใชใหม บรษท ยเนยนอตสาหกรรมสงทอ จ ากด (มหาชน)[25]

ตวอยางท 4 บรษท ไทยโมเดอรนแพคเกจจง แอรด อนซเลชน จ ากด จากกรณศกษา 18 [25]

การใชอปกรณแลกเปลยนความรอนแบบแผน กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน ทางโรงงานไดมน าทงจากกระบวนการหลอเยนมอณหภมประมาณ 68°C ผานเครองแลกเปลยนความรอนแบบแผน เพอใชอนน าปอนเขาหมอไอน า จากผลการตดตงอปกรณและตรวจวด พบวาสามารถเพมอณหภมน าจาก 31.90°C เปน 45.50°C คดเปนประสทธภาพในการถายเทความรอนไดประมาณ รอยละ 80 โดยใชเงนลงทนในการตดตงระบบ 233,000 บาท สามารถประหยดเชอเพลงน ามนเตาคดเปนเงนได 181,056 บาทตอป ระยะเวลาคนทน 1.29 ป แผนผงแสดงการตดตงระบบดงรปท 4-16

รปท 4-16 ไดอะแกรมระบบการน าน ารอนกลบมาใชใหม

บรษท ไทยโมเดอรนแพคเกจจง แอรด อนซเลชน จ ากด[25]



ตวอยางท 5 บรษท กรนสปอต จ ากด กรณศกษา การน าน าหลอเยนอปกรณใช อนน าในกระบวนการผลต กรณทประสบผลส าเรจดานการอนรกษพลงงาน [26] กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน จากเดมทางโรงงานมการใชน ารอนอณหภม 70°C ในการลางขวดของโรงงาน ซงไดจากหองกรองน าทอณหภมปกต ผานเครองแลกเปลยนความรอนแบบแผนเพอแลกเปลยนความรอนกบน าคอนเดนเสทจากเตาอบ และใหความรอนกบน าเพมโดยการใชไอน าผสมเพอใหไดอณหภมน าไปใชงานท 70°C ในการส ารวจพบวาน าหลอเยนอปกรณเครองจกรมอณหภม 45°C กอนน าไประบายทงท Cooling Tower โดยการปรบปรงจะท าการตดตงเครองแลกเปลยนความรอนแบบแผน เพมเพอและเปลยนความรอนระหวางน าหลอเยนเครองจกรกบน าจากหองกรองน า เพมอณหภมจากน าปกตเปน 45°C แลวน าน านไปเขาเครองแลกเปลยนความรอนแบบแผนทแลกอณหภมกบน าคอนเดนเสทจากเตาอบ ดงรปท 4-17 โดยทเงนลงทน 650,000 บาท สามารถประหยดคาเชอเพลงได 3,178,730 บาทตอป ระยะเวลาคนทน 3 เดอน

รปท 4-17 ไดอะแกรมระบบการน าน ารอนกลบมาใชใหม

บรษท กรนสปอต จ ากด[26] - Heat pump

ตวอยางท 6 โรงแรม The Royal City จากกรณศกษา 17[27] การใชปมความรอน (Heat Pump) กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน โรงแรม The Royal City มจ านวนหองพก 400 หอง ใชหมอไอน าขนาด 1.5 ตนตอชวโมง เพอผลตน ารอนในการซกรด โดยมการใชน ามนเตาเปนเชอเพลงถงรอยละ 44.06 ของปรมาณน ามนเตาทงหมด ทางโรงแรมจงไดตดตงระบบปมความรอนเพอลดคาใชจายส าหรบน ามนเตาและแทนการใชหมอไอน าเดมทประสทธภาพต า โดยการด าเนนการไดท าการตดตงระบบปมความรอนขนาดพกด 5.25 kW อตราการผลตน ารอนท 861 ลตรตอชวโมง รองรบการใชน ารอนได 20,000 ลตรตอวน รวมกบถงเกบน ารอนขนาด 13,000 ลตร จ านวน 2 ถง โดยยงคงระบบก าเนดน ารอนเดมไวเพอใชตอนเรมเดนเครอง หรอเมอมปรมาณการใชน ามากเกนกวาทระบบปมความรอนทออกแบบไวจะรกษาอณหภมไดตามทก าหนด แผนผงไดอะแกรมดงรปท 4-18 เงนลงทน 1,120,000 บาท โดยการประเมนผลระบบปมความรอนท าอณหภมน ารอนใชงานไดท 55 °C โดยใชพลงงานไฟฟาเฉลย 4.27 kW ผลประหยดสามารถประหยดพลงงานในหมอไอน าเดมไดถง 2,660 กกะจลตอป คดเปนมลคาทประหยดได 517,412 บาทตอป ระยะเวลาคนทน 2.16 ป



รปท 4-18 ไดอะแกรมระบบการตดตงปมความรอน โรงแรม The Royal City [27]

ตวอยางท 7 โรงแรม Mike จากกรณศกษา 17[27] การใชปมความรอน (Heat Pump) กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน โรงแรม Mile มจ านวนหองพก 110 หอง มการใชหมอตมน าแบบใชเชอเพลงกาซปโตรเลยมเหลว (LPG) เพอผลตน ารอนอยางเดยว มปรมาณการใช LPG เพอท าน ารอนเฉลยอยท 48 กโลกรมตอวน คดเปนรอยละ 90 ของปรมาณการใช LPG ของทงโรงแรม โดยทางโรงแรมไดท าการตดตงระบบปมความรอน ขนาด 11 kW อตราการผลตน ารอนท 1,200 ลตรตอชวโมง รวมกบถงเกบน าขนาด 3 ลกบาศกเมตร เงนลงทน 557,000 บาท โดยการประเมนผลระบบปมความรอนท าอณหภมน ารอนใชงานไดท 53°C โดยใชพลงงานไฟฟาเฉลย 11 kW ผลประหยดสามารถประหยดพลงงานในหมอไอน าเดมไดถง 685 GJ/ป คดเปนมลคาทประหยดได 131,351 บาทตอป ระยะเวลาคนทน 4.24 ป

ตวอยางท 8 บรษท ออโตอลลายแอนซ (ประเทศไทย) จ ากด จากหนงสออบรม หลกสตรกาวทนเทคโนโลยการอนรกษพลงงาน (โรงงานอตสาหกรรม)[28] ภายใตโครงการพฒนาบคลากรในเทคโนโลยเชงลกเพอการอนรกษพลงงาน กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน โดยทางโรงงานมการตดตงระบบปมความรอนแทนระบบเดมทผลตน ารอนท อณหภม 60 -70°C ไดด าเนนการตดตงระบบปมความรอน ขนาด 45 kW จ านวน 1 ชด แทนการใชความรอนจากไอน าซงผลตจากหมอไอน าทใชกาซปโตรเลยมเหลว (LPG) และขนาด 75 kW จ านวน 1 ชด แทนการใชความรอนจากการใชขดลวดไฟฟาในการท าความรอน เงนลงทนในการปรบปรง 1 ,729,000 บาท ผลประหยดสามารถประหยดพลงงานในหมอไอน าคดเปนมลคาทประหยดได 616,616.98 บาทตอป ระยะเวลาคนทน 2.8 ป

ตวอยางท 9 บรษท ฮตาช โกลบอล สตอเรจ เทคโนโลย (ประเทศไทย) จ ากด จากหนงสออบรม หลกสตรกาวทนเทคโนโลยการอนรกษพลงงาน (โรงงานอตสาหกรรม)[28] ภายใตโครงการพฒนาบคลากรในเทคโนโลยเชงลกเพอการอนรกษพลงงาน กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน โดยทางโรงงานมการใชน ารอนในกระบวนการซกผาในฝายผลต จากเดมทใชแหลงความรอนจากไอน าทไดมาจากหมอไอน าเพอแลกเปลยนความรอนกบน าในกระบวนการซกผา ทอณหภม 50°C ซงหมอ



ไอน าใชน ามนดเซล โดยท าการตดตงปมความรอนขนาด 16 กโลวตตความรอน จ านวน 6 ชด เงนลงท น 4,570,000 บาท โดยผลสามารถประหยดคาใชจายได 3,391,781.94 บาทตอป ระยะเวลาคนทน 1.35 ป

- Heat Pipe ตวอยางท 10 บรษท กลธร เคอรบ จ ากด (มหาชน) กรณศกษา 13[29] การใชฮตไปปเพอ

ประหยดพลงงานในระบบปรบอากาศ กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน ทางโรงงานใชระบบปรบอากาศท าความเยนจากสวนกลางในหองประกอบคอมเพรสเซอรทมเครองลดความชน Desiccant โดยม steam Coil ขนาด 500,000 บทยตอชวโมง ส าหรบไลความชนออกจากสารดดความชน โดยกอนการปรบปรงความดบภายในหองเปนลบท าใหเครองปรบอากาศตองท างานหนก ทางโรงงานจงไดตดตงเครองเตมอากาศเพอใหหองมความดนเปนบวก และตดตงฮตไปปขนาด 27.5” FH × 55” FH ซงมอตราถายเทความรอน 84,000 บทยตอชวโมง ไดอะแกรมการตดตงระบบดงรปท 4-19 โดยผลพบวาเครองเตมอากาศทตดตงฮตไปปสามารถปรบอากาศจาก 35°C ความชนสมพทธ 60 % โดยเมอผานฮตไปปจะไดอากาศอณหภมท 21°C ความชนสมพทธ 50% เพอจายเขาสพนทปรบอากาศ เมอรวมกบอากาศทไดจากระบบปรบอากาศท าใหไดสภาวะหองทอณหภม 22 °C ความชนสมพทธ 48% โดยผลประหยดสามารถประหยดพลงงานลงไดจากเดมรอยละ 20

รปท 4-19 ไดอะแกรมระบบการตดตงฮทไปป

บรษท กลธร เคอรบ จ ากด (มหาชน)[29]

ตวอยางท 11 โรงงานบรษท ไทยเพรสซเดนทฟดส จ ากด (มหาชน) กรณศกษา 13[29] การใชฮทไปปเพอประหยดพลงงานในระบบปรบอากาศ กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน โดยจากเดมทางโรงงานใชระบบปรบอากาศเยนแบบสวนกลางในหองผสมเครองปรงบะหมกงส าเรจรปใสซอง ทางโรงงานตองควบคมความชนใหต าโดยการลดอณหภมของอากาศใหต ามากเพอใหอากาศแหง แลวใชขดลวดไฟฟาเพอปรบอณหภมของอากาศใหอณหภมอากาศสงขนกอนจายลมเขาสพนทการผลตซงใชพลงงานไฟฟาสง ทางโรงงานจงไดท าการตดตงฮทไปปจ านวน 4 ชด ซงมอตราการถายเทความรอน 28,500 บทยตอชวโมงตอชด เพอใชงานรวมกบเครองปรบอากาศเครองใหมทดแทนระบบการควบคมความชนแบบเดม ภายหลงการตดตงฮทไปปพบวาเครองปรบอากาศทตดตงสามารถปรบอากาศหองใหมอณหภม 22°C ความชนสมพทธ 50% และสามารถลดการใชพลงงานจากการใชระบบ



ควบคมความชนแบบเดมทตองใชขดลวดความรอน โดยเงนลงทน 1 ,140,000 บาท คดมลคาผลประหยดทางดานพลงงานได 1,683,360 บาทตอป ระยะเวลาคนทน 0.68 ป

- หวเ าแบบรเจนเนอเทฟ (Regenerative Burner) ตวอยางท 12 บรษท เกษมศกด เทรดดง จ ากด จากหนงสออบรม หลกสตรกาวทนเทคโนโลยการ

อนรกษพลงงาน (โรงงานอตสาหกรรม)[28] ภายใตโครงการพฒนาบคลากรในเทคโนโลยเชงลกเพอการอนรกษพลงงาน กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน โดยการเผาไหมในเตาอนเหลกเดมใชหวเผาน ามนเตาความดนสง จ านวน 5 ชด โดยมการอนอากาศเผาไหมดวยชดรคเพอเรเตอร ไดท าการเปลยนใหมเปนหวเผารเจนเนอเรทฟจ านวน 3 ชด ท Heating zone และหวเผาอากาศอนโดย รคเพอเรเตอร จ านวน 4 หว ท Soaking Zone โดยหวเผาทงหมดทตดตงใชเชอเพลงกาซธรรมชาต โดยใชงบในการลงทน 30,907,397 บาท ไดผลตอบแทนเปนคาใชจายทสามารถประหยดจากเชอเพลงเทากบ 12,407,553 บาทตอป ระยะเวลาคนทน 2.49 ป

- ระบบท าความเยนแบบ ซม (Absorption Chiller) ตวอยางท 13 บรษท ไทยแทฟฟตา จ ากด กรณศกษา 09[30] ระบบท าความเยนแบบดดซม

(Absorption Chiller) กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน เนองจากทางโรงงานมความตองการในการใชพลงงานมากขน จงหวเคราะหถงการซอพลงงานกบการตดตงระบบผลตพลงงานรวม โดยผลสรปถงความคมคาไดท าการตดตงระบบผลตพลงงานรวม แตไอน าทผลตไดนนมากเกนความตองการส าหรบกระบวนการผลต ทางโรงงานจงไดท าการตดตงระบบท าความเยนแบบดดซมเพอผลตน าเยนใหแกระบบปรบอากาศส าหรบผลตความรอนรวม หองควบคมภายในโรงผลตไฟฟา และภายในโรงงานในสวนของกระบวนการผลต โดยไดท าการตดตงระบบท าความเยนแบบดดซม 2 ชน (Double Effect Absorption Chiller) จ านวนทงสน 4 เครอง โดยขนาด 400 ตนความเยน จ านวน 1 เครอง และ 900 ตนความเยน จ านวน 3 เครอง ใชเงนลงทน 21,500,000 บาท โดยระยะเวลาคนทนภายใน 3 ป



บทท 5

การวเคราะหความคมคาของมาตรการความรอนทง

ในหวขอนจะกลาวถงความคมคาของการด าเนนมาตรการน าความรอนทงกลบมาใชซงเครองมอทใชวดความคมคาทนยมม 2 เครองมอ คอ ระยะเวลาคนทนอยางงาย (Payback period) และอตราผลตอบแทนภายใน (Internal Rate of Return) เครองมอทสองแตกตางจากอยางแรกตรงทพจารณาผลทไดตลอดอายโครงการเปนเปอรเซนต คลายกบอตราดอกเบยทไดจากเงนตน (ซงกคอเงนทลงทนไป) ถาอายโครงการนานผลตอบแทนกจะสงดวย เนองจากเสมอนไดดอกเบยยาวขนขณะทเครองมอแรก ระยะเวลาคนทนดเฉพาะจ านวนปทผลตอบแทนสะสมเทากบเงนลงทนเทานน

โดยทวไปเมอพจารณาความคมคาระยะเวลาคนทนจะขนกบดลพนจของผประกอบการแตโดยทวไปมกมองทระยะเวลาไมเกน 3 ป ขณะทถามอง IRR กจะพจารณาโครงการทม IRR เกนกวา 9% ขนไป

อยางไรกตามตวชวดทงสองสมพนธกนในกราฟตอไปน หากทราบระยะเวลาคนทนและอายโครงการกจะหาคา % IRR ไดจากเสนกราฟในรป

รปท 5-1 Payback และ IRR

ในบทนจะเนนการวเคราะหผลตอบแทนการลงทนในการน าความรอนทงกลบมาใชแตละมาตรการ ทงนเนองจากความคมคาจะขนกบ ราคาเชอเพลง เงนลงทน ชวโมงการใชงาน เพอความสะดวกไดแสดงการค านวณ และแทนคาตวแปรขางตนในรปแบบตาราง ซงทานจะมองเหนความคมคาเบองตน

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

IRR

PB

IRR VS PB

life time 5 yrs

life time 10 yrs.

life time 15 yrs.

life time 20 yrs.

life time 2 yrs.



ซงหากสนใจกควรศกษาโดยละเอยดตอไป ดงนนเครองมอในบทนจะเปนเครองกรองมาตรการใหทานเบองตนวามความคมคาในการด าเนนการหรอไม

มาตรการทการศกษาประกอบดวย

1. มาตรการตดตงเครองอนอากาศดวยกาซไอเสย 2. มาตรการตดตงเครองอนน าปอนหมอไอน า (ECONOMIZER) 3. มาตรการตดตงเครองแลกเปลยนความรอนจากน ารอนกบน าเยน 4. มาตรการตดตงเครองแลกเปลยนความรอนอากาศรอนทงใหกบน า 5. มาตรการตดตงอปกรณแลกเปลยนความรอนอากาศรอนทงใหกบอากาศเขากระบวนการ

ผลต 6. มาตรการน าความรอนทงจากน าระบายกลบมาใช 7. มาตรการตดตงปมความรอน 8. มาตรการผลตไฟฟาดวยระบบ Organic Rankine Cycle 9. มาตรการตดตง Heat Wheel

ความคมคาจะพจารณาทระยะเวลาคนทนสนกวา 3 ป



5.1 มาตรการตดตงเครองอนอากาศดวยกาซไอเสย

อปกรณเปาหมาย หมอไอน า หรอ เตาเผาทมกาซไอเสย

การใชงาน กรณทจะน าไอเสยจากหมอไอน า หรอเตาเผามาใชอนอากาศเขาเผาไหม

การวเคราะห

อณหภมกาซไอเสย T °C

ราคาเครองแลกเปลยนความรอน CA บาท/ตรม. พนทแลกเปลยนความรอน A ตรม.

คาสมประสทธการถายเทความรอน u W/m2/°C

อณหภมแตกตางลอกมน ∆TLM = ∆T1-∆T2

ln(∆T1/∆T2)) °C

ชวโมงการท างานตอป h ชม./ป คาความรอนเชอเพลง LHV MJ/ป

ราคาเชอเพลง CF บาท/หนวย

เงนลงทน I = CAA บาท

ปรมาณความรอนทน ากลบมาได Q = ∪A∆TLMh Wh/ป

คดเปนปรมาณเชอเพลง F = 3.6∪A∆TLMh

1,000 LHV หนวย/ป

ปละผลประหยด S = 3.6∪A∆TLMh

1,000 LHV CF บาท/ป

ระยะเวลาคนทน PB = I

S

= 1,000CA

3.6U∆TLMho ป ….………(5-1)

Tho

Tci

Th

T2

T1

Tc

Thi

Tco

Heat Exchanger สายรอน

สายเยน



สมมตฐานทใช

กาซไอเสยหลงจากน าความรอนมาอนอากาศแลวอณหภม ถาเปนเชอเพลงทมซลเฟอร 150°C ถาเปนเชอเพลงทมซลเฟอรต า 100°C

อากาศเขาระบายความรอน 30°C คาประสทธผลการแลกเปลยนความรอน u เทากบ 20 W/m2°C คาสมประสทธผลการแลกเปลยนความรอน (effectiveness) ไมเกน 0.5 ชวโมงการท างาน 7,200 ชวโมง/ป อตราการไหลดานกาซไอเสยตอดานอากาศ (mfl/mair) 1.1 ราคาคาความรอน

ประเภทเชอเพลง คาความรอน (MJ/หนวย)

ราคา (บาท)

ราคา/MJ

เชอเพลงน ามน 39.77 MJ/ลตร 20.68 บาท/ลตร 0.52 กาซธรรมชาต 1,055 MT/Mbtu 316.5 บาท/Mbtu 0.30 ถานหน 15 MT/lg 1.65 บาท/kg 0.11

ผลการวเคราะห

โดยการค านวณคาอณหภมลอกมนจากอณหภมเขาออกเครองแลกเปลยนความรอนจากสมมตฐานขางตน และในกรณทคาประสทธผลสงกวา 0.5 ใชคา 0.5 และเนองจากราคาเครองแลกเปลยนความรอนขนกบวสดทใช และการออกแบบจงไมสามารถก าหนดไดตายตวในทนไดแปรคาราคาเครองแลกเปลยนความรอนตอตารางเมตร จาก 20,000 ถง 50,000 บาทตอตารางเมตร ผลการวเคราะหแสดงไดดงตารางตอไปน



ตารางท 5-1 มาตรการตดตงเครองอนอากาศ

เชอเพลงน ามน

อณหภมกาซไอเสย (°C)

TLM CA = 20,000 (บาท/ตรม.)

CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)

PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%)

160 119.50 0.62 175.80% 0.93 113.66% 1.24 83.63% 1.55 64.46% 180 118.49 0.63 174.75% 0.94 112.07% 1.25 82.93% 1.57 64.01% 200 117.48 0.63 173.67% 0.95 110.45% 1.26 82.20% 1.58 63.55%

250 114.93 0.65 170.86% 0.97 106.24% 1.29 80.31% 1.61 62.34% 300 141.05 0.53 194.79% 0.79 142.14% 1.05 96.40% 1.32 78.70%

350 167.17 0.44 - 0.67 166.82% 0.89 122.39% 1.11 92.53% 400 193.29 0.38 - 0.58 200.00% 0.77 200.00% 0.96 200.00%

450 219.41 0.34 - 0.51 200.00% 0.68 200.00% 0.85 200.00% 500 245.53 0.30 - 0.45 - 0.60 200.00% 0.76 200.00% 550 271.65 0.27 - 0.41 - 0.55 200.00% 0.68 200.00%

600 297.77 0.25 - 0.37 - 0.50 - 0.62 200.00% 650 323.89 0.23 - 0.34 - 0.46 - 0.57 200.00%

700 350.01 0.21 - 0.32 - 0.42 - 0.53 200.00% 800 402.25 0.18 - 0.28 - 0.37 - 0.46 -

เชอเพลงกาซธรรมชาต



CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)


160 67.91 1.89 52.73% 2.84 33.46% 3.79 23.22% 4.73 16.62% 180 78.36 1.64 61.40% 2.46 39.27% 3.28 28.03% 4.10 20.70%

200 88.81 1.45 69.75% 2.17 45.42% 2.90 32.64% 3.62 24.64% 250 114.93 1.12 91.90% 1.68 60.12% 2.24 44.02% 2.80 34.09% 300 141.05 0.91 117.57% 1.37 75.16% 1.82 55.14% 2.28 43.14%

350 167.17 0.77 146.09% 1.15 89.54% 1.54 64.93% 1.92 51.71% 400 193.29 0.67 200.00% 1.00 200.00% 1.33 99.90% 1.66 66.25%

450 219.41 0.59 200.00% 0.88 200.00% 1.17 99.90% 1.47 99.90% 500 245.53 0.52 200.00% 0.79 200.00% 1.05 99.90% 1.31 99.90% 550 271.65 0.47 - 0.71 200.00% 0.95 200.00% 1.18 99.90%

600 297.77 0.43 - 0.65 200.00% 0.86 200.00% 1.08 99.90%






CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)

PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) 650 323.89 0.40 - 0.60 200.00% 0.79 200.00% 0.99 200.00% 700 350.01 0.37 - 0.55 200.00% 0.73 200.00% 0.92 200.00%

800 402.25 0.32 - 0.48 - 0.64 200.00% 0.80 200.00%

เชอเพลงถานหน



CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)


160 119.50 2.93 32.07% 4.40 18.63% 5.87 11.11% 7.34 6.08% 180 118.49 2.96 31.70% 4.44 18.38% 5.92 10.90% 7.40 5.90% 200 117.48 2.99 31.33% 4.48 18.11% 5.97 10.68% 7.46 5.71%

250 114.93 3.05 30.55% 4.58 17.52% 6.10 10.18% 7.63 5.26% 300 141.05 2.49 38.74% 3.73 23.70% 4.97 15.25% 6.22 9.76%

350 167.17 2.10 46.99% 3.15 29.51% 4.20 20.06% 5.25 13.90% 400 193.29 1.81 66.25% 2.72 38.45% 3.63 25.66% 4.54 17.96% 450 219.41 1.60 66.25% 2.40 49.08% 3.20 31.11% 4.00 25.66%

500 245.53 1.43 99.90% 2.14 49.08% 2.86 38.45% 3.57 25.66% 550 271.65 1.29 99.90% 1.94 66.25% 2.58 38.45% 3.23 31.11%

600 297.77 1.18 99.90% 1.77 66.25% 2.36 49.08% 2.94 38.45% 650 323.89 1.08 99.90% 1.62 66.25% 2.17 49.08% 2.71 38.45%

700 350.01 1.00 99.90% 1.50 66.25% 2.00 49.08% 2.51 38.45% 800 402.25 0.87 200.00% 1.31 99.90% 1.74 66.25% 2.18 49.08%

หมายเหต

การใชตารางขางตน

1) หากสามารถค านวณคา TLM ของการแลกเปลยนความรอนไดตามสมาการในหนาท 5-2 ใหใชคานนเปดตารางดคาความคมคา แตหากไมมขอมล ใหใชอณหภมกาซไอเสยเปดตารางดคาความคมคา

2) หากตวแปรทใชงานตางจากสมมตฐานขางตนอยางมนยส าคญ เชน ชวโมงการใชงาน ราคาเครองแลกเปลยนความรอน u ใหปรบแกผลการวเคราะห ระยะเวลาคนทนดวยสดสวนของตวแปรนน



เทยบกบคาทใชในสมมตฐาน ถาตวแปรดงกลาวเปนตวตงในสมการ 5-1 ใหคณผลลพธดวยคาสดสวน และหากเปนตวหารกใหหารผลลพธดวยคาสดสวน

สรป

โดยสรปจะเหนวา มาตรการน ากาซไอเสยมาอนอากาศนนมความคมคา เมออณหภมกาซไอเสยตงแต 160 °C ขนไป และขนกบราคาอปกรณแลกเปลยนความรอนตอตารางเมตร ซงขนกบวสด สเปค โดยทวไปอาจพจารณาทชวง 30,000-40,000 บาทตอตารางเมตร และเชอเพลงน ามนจะมความคมคาสงขณะทเชอเพลงทราคาถก กาซไอเสยจะตองมอณหภมสงขน



5.2 มาตรการตดตงเครองอนน าปอนหมอไอน า (ECONOMIZER)

อปกรณเปาหมาย หมอไอน า

การใชงาน ส าหรบการตดตงเครองแลกเปลยนความรอน เพออนน าปอนหมอไอน าดวยกาซไอเสย


สมการทใชเชนเดยวกบการอนอากาศ

ระยะเวลาคนทน = 1,000CA

3.6U∆TLMho

สมมตฐาน

ไอเสยหลงจากการอนน า ถาเปนเชอเพลงกาซธรรมชาต หรอ ซลเฟอรต า 100°C ถาเปนเชอเพลงอน 150°C อณหภมน าเขาความรอน 30°C ชวโมงการท างาน 7,200 ชวโมง/ป อายโครงการ 10 ป คาประสทธผลการถายเทความรอน (effectiveness) 0.6 ผลคณอตราการไหลและคาความจความรอนฝงน าปอนตอฝงกาซไอเสย ประมาณเทากบ 3 ราคาคาความรอน



ราคา/MJ


คา u ของเครองแลกเปลยนความรอนแบบอากาศกบน า ปกตมคา 15 ถง 70 W/m2°C ในทนเลอก 40 W/m2°C


ความคมคาของการตดตงอปกรณน าความรอนทงกลบมาใช จะขนกบเชอเพลงทใช อณหภมกาซไอเสย และราคาเครองแลกเปลยนความรอนตอตารางเมตร ในทนไดแปรคาราคาเครองแลกเปลยน ความรอนตงแต 20,000-50,000 บาทตอตารางเมตร ผลการวเคราะหแสดงไดดงตารางตอไปน



ตารางท 5-2 มาตรการตดตงเครองอนน าปอน




CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)


160 123.30 0.30 - 0.45 - 0.60 179.64% 0.75 149.52% 180 129.74 0.29 - 0.43 - 0.57 185.61% 0.71 157.00% 200 135.99 0.27 - 0.41 - 0.55 190.87% 0.68 163.56%

250 150.89 0.25 - 0.37 - 0.49 - 0.61 177.05% 300 176.19 0.21 - 0.32 - 0.42 - 0.53 194.72%

350 208.81 0.18 - 0.27 - 0.36 - 0.44 - 400 241.44 0.15 - 0.23 - 0.31 - 0.38 -

450 274.07 0.14 - 0.20 - 0.27 - 0.34 - 500 306.69 0.12 - 0.18 - 0.24 - 0.30 - 550 339.32 0.11 - 0.16 - 0.22 - 0.27 -

600 371.95 0.10 - 0.15 - 0.20 - 0.25 - 650 404.57 0.09 - 0.14 - 0.18 - 0.23 -

700 437.20 0.08 - 0.13 - 0.17 - 0.21 - 800 502.45 0.07 - 0.11 - 0.15 - 0.18 -




CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)


160 88.50 0.73 154.64% 1.09 93.85% 1.45 69.41% 1.82 55.38% 180 97.88 0.66 168.58% 0.99 102.83% 1.31 78.78% 1.64 61.36%

200 97.88 0.66 168.58% 0.99 102.83% 1.31 78.78% 1.64 61.36% 250 143.56 0.45 - 0.67 165.59% 0.90 120.76% 1.12 91.84% 300 176.19 0.36 - 0.55 190.50% 0.73 153.97% 0.91 117.44%

350 208.81 0.31 - 0.46 - 0.62 176.80% 0.77 145.98% 400 241.44 0.27 - 0.40 - 0.53 200.00% 0.67 200.00%

450 274.07 0.23 - 0.35 - 0.47 - 0.59 200.00% 500 306.69 0.21 - 0.31 - 0.42 - 0.52 200.00% 550 339.32 0.19 - 0.28 - 0.38 - 0.47 -

600 371.95 0.17 - 0.26 - 0.35 - 0.43 -






CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)

PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) 650 404.57 0.16 - 0.24 - 0.32 - 0.40 - 700 437.20 0.15 - 0.22 - 0.29 - 0.37 -

800 502.45 0.13 - 0.19 - 0.26 - 0.32 -




CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)


160 123.30 1.42 71.49% 2.13 46.24% 2.84 33.40% 3.56 25.19% 180 129.74 1.35 76.24% 2.03 48.49% 2.70 35.47% 3.38 26.98% 200 135.99 1.29 80.41% 1.93 51.33% 2.58 37.29% 3.22 28.67%

250 150.89 1.16 88.98% 1.74 57.89% 2.32 42.18% 2.91 32.50% 300 176.19 1.00 100.83% 1.49 66.72% 1.99 49.40% 2.49 38.70%

350 208.81 0.84 131.97% 1.26 82.42% 1.68 60.08% 2.10 46.96% 400 241.44 0.73 200.00% 1.09 99.90% 1.45 99.90% 1.82 66.25% 450 274.07 0.64 200.00% 0.96 200.00% 1.28 99.90% 1.60 66.25%

500 306.69 0.57 200.00% 0.86 200.00% 1.14 99.90% 1.43 99.90% 550 339.32 0.52 200.00% 0.78 200.00% 1.03 99.90% 1.29 99.90%

600 371.95 0.47 - 0.71 200.00% 0.94 200.00% 1.18 99.90% 650 404.57 0.43 - 0.65 200.00% 0.87 200.00% 1.08 99.90%

700 437.20 0.40 - 0.60 200.00% 0.80 200.00% 1.00 99.90% 800 502.45 0.35 - 0.52 200.00% 0.70 200.00% 0.87 200.00%



1) หากสามารถค านวณคา TLM ของการแลกเปลยนความรอนไดตามสมการหนา 5-2 ใหใชคานนเปดตารางดคาความคมคา แตหากไมมขอมล ใหใชอณหภมกาซไอเสย เปดตารางดคาความคมคา

2) หากตวแปรทใชงานตางจากสมมตฐานขางตนอยางมนยส าคญ เชน ชวโมงการใชงาน ราคาเครองแลกเปลยนความรอน u ใหปรบแกผลการวเคราะห ระยะเวลาคนทนดวยสดสวนของตวแปรนนเทยบกบคาทใชในสมมตฐาน ถาตวแปรดงกลาวเปนตวตงในสมการ 5-1 ใหคณผลลพธดวยคาสดสวน และหากเปนตวหารกใหหารผลลพธดวยคาสดสวน



สรป

โดยสรปจะเหนวา มาตรการน ากาซไอเสยมาอนน าปอนมความคมคาในทกเงอนไข โดยเฉพาะอยางยงเชอเพลงซลเฟอรต า ทสามารถควบคมใหไอเสยออกท 100 °C



5.3 มาตรการตดตงเครองแลกเปลยนความรอนจากน ารอนกบน า

อปกรณเปาหมาย อปกรณใหความรอนทมน ารอน หรอคอนเดนเสททปลอยทง การใชงาน ในกรณทโรงงานมน ารอนหรอคอนเดนเสทเหลอจากกระบวนการและตองการ

น ามาใชอนน าปกต 30°C เพอใชทดแทนการใชไอน าหรอแหลงความรอนอน ผลตน ารอน

การวเคราะห ระยะเวลาคนทนของการด าเนนมาตรการ


3.6U∆TLMho

อณหภมแตกตางลอกมน ∆TLM = ∆T1-∆T2

ln(∆T1/∆T2)) °C

ถาใหอตราการไหลและคาความจความรอนของทงสองกระแสมอตราสวน

r = mhcph

mccpc

และคาประสทธผลของเครองแลกเปลยนความรอน ε อณหภมความรอนแตกตางของแหลงความรอน Thi และอณหภมตวรบ Tci เปน T จะไดวา

กรณท r > 1 กรณท r < 1

ε= ∆Tc

∆T ε =

∆Th

∆T

∆Tc = ε∆T ∆Th = ε∆T

∆Th = εr∆T ∆Tc = εr∆T

∆T1 = (1 − ε)∆T ∆T1 = (1 − εr)∆T

∆T2 = (2 − εr)∆T ∆T2 = (2 − ε)∆T

Tho

Tci

Th

T2

T1

Tc

Thi

Tco

Heat Exchanger สายรอน

สายเยน



กรณท r > 1 กรณท r < 1

∆TLW = (r − 1)ε∆T

ln (1 − ε1 − εr)

∆TLW = (1 − r)ε∆T

ln (1 − εr1 − ε )

จะเหนวาหากทราบคา ε อณหภมแตกตางของ ns แลกเปลยนความรอน T และอตราสวน r กจะหาความสมพนธของ T และ TLM เพอน าไปค านวณความคมคาในสมการท 4-1 ได


เพอใหเหนภาพของความคมคาในการปรบปรงก าหนดคาตวแปรตางๆ ดงน คาประสทธผลของเครองแลกเปลยนความรอน (ε) 0.7 อตราการไหลของกระแสรอนตอกระแสเยน (r) 1.2 อณหภมตวกลางสายเยนทรบความรอน 30°C คาสมประสทธการถายเทความรอน 2,000 W/m2°C ชวโมงการท างาน 7,200 ชวโมง/ป ราคาคาความรอน



ราคา/MJ



เมอแปรราคาเครองแลกเปลยนความรอน 20,000 – 50,000 บาท/ตารางเมตร มความคมคาของการด าเนนมาตรการแบงเปน สองกรณ คอเครองแลกเปลยนความรอนแบบเพลต และแบบ (เปลอกและทอ) ดงน



ตารางท 5-3 มาตาการตดตงเครองแลกเปลยนความรอนน า-น า แบบเพลต


อณหภม น ารอนทง

(°C) TLM

CA = 20,000 (บาท/ตรม.)

CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)


40 3.31 0.22 >100% 0.34 >100% 0.45 >100% 0.56 187.84% 50 6.62 0.11 >100% 0.17 >100% 0.22 >100% 0.28 >100% 60 9.92 0.07 >100% 0.11 >100% 0.15 >100% 0.19 >100%

70 13.23 0.06 >100% 0.08 >100% 0.11 >100% 0.14 >100% 80 16.54 0.04 >100% 0.07 >100% 0.09 >100% 0.11 >100%

90 19.85 0.04 >100% 0.06 >100% 0.07 >100% 0.09 >100% 100 23.16 0.03 >100% 0.05 >100% 0.06 >100% 0.08 >100%

110 26.46 0.03 >100% 0.04 >100% 0.06 >100% 0.07 >100% 120 29.77 0.02 >100% 0.04 >100% 0.05 >100% 0.06 >100% 130 33.08 0.02 >100% 0.03 >100% 0.04 >100% 0.06 >100%

140 36.39 0.02 >100% 0.03 >100% 0.04 >100% 0.05 >100% 150 39.70 0.02 >100% 0.03 >100% 0.04 >100% 0.05 >100%



(°C) TLM

CA = 20,000 (บาท/ตรม.)

CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)


40 3.31 0.39 >100% 0.58 183.35% 0.78 144.44% 0.97 105.53% 50 6.62 0.19 >100% 0.29 >100% 0.39 >100% 0.49 >100%

60 9.92 0.13 >100% 0.19 >100% 0.26 >100% 0.32 >100% 70 13.23 0.10 >100% 0.15 >100% 0.19 >100% 0.24 >100%

80 16.54 0.08 >100% 0.12 >100% 0.16 >100% 0.19 >100% 90 19.85 0.06 >100% 0.10 >100% 0.13 >100% 0.16 >100% 100 23.16 0.06 >100% 0.08 >100% 0.11 >100% 0.14 >100%

110 26.46 0.05 >100% 0.07 >100% 0.10 >100% 0.12 >100% 120 29.77 0.04 >100% 0.06 >100% 0.09 >100% 0.11 >100%

130 33.08 0.04 >100% 0.06 >100% 0.08 >100% 0.10 >100% 140 36.39 0.04 >100% 0.05 >100% 0.07 >100% 0.09 >100% 150 39.70 0.03 >100% 0.05 >100% 0.06 >100% 0.08 >100%





(°C) TLM

CA = 20,000 (บาท/ตรม.)

CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)

PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) 40 3.31 1.06 95.85% 1.59 63.15% 2.12 46.52% 2.65 36.24% 50 6.62 0.53 193.97% 0.80 140.90% 1.06 95.85% 1.33 78.01%

60 9.92 0.35 >100% 0.53 193.97% 0.71 158.59% 0.88 123.22% 70 13.23 0.27 >100% 0.40 >100% 0.53 193.97% 0.66 167.43%

80 16.54 0.21 >100% 0.32 >100% 0.42 >100% 0.53 193.97% 90 19.85 0.18 >100% 0.27 >100% 0.35 >100% 0.44 >100%

100 23.16 0.15 >100% 0.23 >100% 0.30 >100% 0.38 >100% 110 26.46 0.13 >100% 0.20 >100% 0.27 >100% 0.33 >100% 120 29.77 0.12 >100% 0.18 >100% 0.24 >100% 0.29 >100%

130 33.08 0.11 >100% 0.16 >100% 0.21 >100% 0.27 >100% 140 36.39 0.10 >100% 0.14 >100% 0.19 >100% 0.24 >100%

150 39.70 0.09 >100% 0.13 >100% 0.18 >100% 0.22 >100%



ตารางท 5-4 มาตรการตดตงเครองแลกเปลยนความรอนน า-น า แบบ Shell &Tube


อณหภมกาซไอเสย (°C) TLM

CA = 20,000 (บาท/ตรม.)

CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)

PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) RR (%)

40 3.31 0.45 >100% 0.67 165.39% 0.90 120.49% 1.12 91.73% 50 6.62 0.22 >100% 0.34 >100% 0.45 >100% 0.56 187.84% 60 9.92 0.15 >100% 0.22 >100% 0.30 >100% 0.37 >100%

70 13.23 0.11 >100% 0.17 >100% 0.22 >100% 0.28 >100% 80 16.54 0.09 >100% 0.13 >100% 0.18 >100% 0.22 >100%

90 19.85 0.07 >100% 0.11 >100% 0.15 >100% 0.19 >100% 100 23.16 0.06 >100% 0.10 >100% 0.13 >100% 0.16 >100%

110 26.46 0.06 >100% 0.08 >100% 0.11 >100% 0.14 >100% 120 29.77 0.05 >100% 0.07 >100% 0.10 >100% 0.12 >100% 130 33.08 0.04 >100% 0.07 >100% 0.09 >100% 0.11 >100%

140 36.39 0.04 >100% 0.06 >100% 0.08 >100% 0.10 >100% 150 39.70 0.04 >100% 0.06 >100% 0.07 >100% 0.09 >100%



CA = 20,000 (บาท/ตรม.)

CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)


40 3.31 0.78 144.44% 1.17 88.71% 1.56 64.36% 1.94 51.01% 50 6.62 0.39 >100% 0.58 183.35% 0.78 144.44% 0.97 105.53%

60 9.92 0.26 >100% 0.39 >100% 0.52 196.32% 0.65 170.38% 70 13.23 0.19 >100% 0.29 >100% 0.39 >100% 0.49 >100%

80 16.54 0.16 >100% 0.23 >100% 0.31 >100% 0.39 >100% 90 19.85 0.13 >100% 0.19 >100% 0.26 >100% 0.32 >100% 100 23.16 0.11 >100% 0.17 >100% 0.22 >100% 0.28 >100%

110 26.46 0.10 >100% 0.15 >100% 0.19 >100% 0.24 >100% 120 29.77 0.09 >100% 0.13 >100% 0.17 >100% 0.22 >100%

130 33.08 0.08 >100% 0.12 >100% 0.16 >100% 0.19 >100% 140 36.39 0.07 >100% 0.11 >100% 0.14 >100% 0.18 >100% 150 39.70 0.06 >100% 0.10 >100% 0.13 >100% 0.16 >100%





CA = 20,000 (บาท/ตรม.)

CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)


60 9.92 0.71 158.59% 1.06 95.85% 1.41 72.06% 1.77 57.08% 70 13.23 0.53 193.97% 0.80 140.90% 1.06 95.85% 1.33 78.01%

80 16.54 0.42 >100% 0.64 172.74% 0.85 130.29% 1.06 95.85% 90 19.85 0.35 >100% 0.53 193.97% 0.71 158.59% 0.88 123.22%

100 23.16 0.30 >100% 0.45 >100% 0.61 200.00% 0.76 200.00% 110 26.46 0.27 >100% 0.40 >100% 0.53 200.00% 0.66 200.00% 120 29.77 0.24 >100% 0.35 >100% 0.47 >100% 0.59 200.00%

130 33.08 0.21 >100% 0.32 >100% 0.42 >100% 0.53 200.00% 140 36.39 0.19 >100% 0.29 >100% 0.39 >100% 0.48 >100%

150 39.70 0.18 >100% 0.27 >100% 0.35 >100% 0.44 >100%



1) หากสามารถค านวณคา TLM ของการแลกเปลยนความรอนไดตามสมาการหนา 5-2 ใหใชคานนเปดตารางดคาความคมคา แตหากไมมขอมล ใหใชอณหภมน ารอน เปดตารางดคาความคมคา


สรป

โดยสรปจะเหนวา มาตรการน าความรอนจากน ารอนกลบมาใช มความคมคาเกอบทกกรณทน ารอนอณหภมสงกวา 40°C ขนไปในกรณทใชเชอเพลงถานหนควรมอณหภมสงกวา 50°C



5.4 มาตรการการตดตงเครองแลกเปลยนความรอนอากาศรอนทงใหกบน า

อปกรณเปาหมาย เตาอบ หรออปกรณทมอากาศรอนทง

การใชงาน กรณทมอากาศรอนทไมใชไอเสย และตองการน ามาผลตน ารอน


ระยะเวลาคนทนของการด าเนนมาตรการ


3.6u∆TLMho

r = mhcph

mccpc

และ TLM = (r−1)ε∆T

ln(1−ε

1−εr)

กรณ r > 1

= (1−r)ε∆T

ln(1−εr

1−ε)

กรณ r < 1


น าเขารบความรอนอณหภม 30°C คาประสทธผลการถายเทความรอน 0.6 คาสมประสทธภาพถายเทความรอน 40 W/m2°C ชวโมงการท างาน 7,200 ชวโมง/ป คา r 0.125

ราคาคาความรอน



ราคา/MJ






เมอแปรคาราคาเครองแลกเปลยนความรอน 20,000 – 50,000 บาท/ตารางเมตร มความคมคาของการด าเนนมาตรการ ดงน

ตารางท 5-5 มาตรการตดตงเครองแลกเปลยนความรอนอากาศ-น า



CA = 20,000 (บาท/ตรม.)

CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)


60 18.79 1.97 49.95% 2.96 31.67% 3.95 21.84% 4.94 15.46% 70 25.05 1.48 67.54% 2.22 44.37% 2.96 31.67% 3.70 23.94%

80 31.31 1.18 87.47% 1.78 56.74% 2.37 41.23% 2.96 31.67% 90 37.57 0.99 102.45% 1.48 67.54% 1.97 49.95% 2.47 39.13%

100 43.84 0.85 200.00% 1.27 99.90% 1.69 66.25% 2.12 49.08% 110 50.10 0.74 200.00% 1.11 99.90% 1.48 99.90% 1.85 66.25% 120 56.36 0.66 200.00% 0.99 200.00% 1.32 99.90% 1.65 66.25%

130 62.62 0.59 200.00% 0.89 200.00% 1.18 99.90% 1.48 99.90% 140 68.89 0.54 200.00% 0.81 200.00% 1.08 99.90% 1.35 99.90%

150 75.15 0.49 - 0.74 200.00% 0.99 200.00% 1.23 99.90% 200 106.46 0.35 - 0.52 200.00% 0.70 200.00% 0.87 200.00% 250 137.77 0.27 - 0.40 - 0.54 200.00% 0.67 200.00%

300 169.09 0.22 - 0.33 - 0.44 - 0.55 200.00%



CA = 20,000 (บาท/ตรม.)

CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)


40 6.26 10.27 0.00% 15.40 0.00% 20.54 0.00% 25.67 0.00% 50 12.52 5.13 14.45% 7.70 5.07% 10.27 0.00% 12.83 0.00% 60 18.79 3.42 26.51% 5.13 14.45% 6.85 7.58% 8.56 2.94%

70 25.05 2.57 37.47% 3.85 22.68% 5.13 14.45% 6.42 9.02% 80 31.31 2.05 47.94% 3.08 30.24% 4.11 20.67% 5.13 14.45%





CA = 20,000 (บาท/ตรม.)

CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)


110 50.10 1.28 99.90% 1.93 66.25% 2.57 38.45% 3.21 31.11% 120 56.36 1.14 99.90% 1.71 66.25% 2.28 49.08% 2.85 38.45%

130 62.62 1.03 99.90% 1.54 66.25% 2.05 49.08% 2.57 38.45% 140 68.89 0.93 200.00% 1.40 99.90% 1.87 66.25% 2.33 49.08%

150 75.15 0.86 200.00% 1.28 99.90% 1.71 66.25% 2.14 49.08% 200 106.46 0.60 200.00% 0.91 200.00% 1.21 99.90% 1.51 66.25% 250 137.77 0.47 - 0.70 200.00% 0.93 200.00% 1.17 99.90%

300 169.09 0.38 - 0.57 200.00% 0.76 200.00% 0.95 200.00%



CA = 20,000 (บาท/ตรม.)

CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)

PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) 40 6.26 28.00 0.00% 42.00 0.00% 56.01 0.00% 70.01 0.00%

50 12.52 14.00 0.00% 21.00 0.00% 28.00 0.00% 35.00 0.00% 60 18.79 9.33 1.28% 14.00 0.00% 18.67 0.00% 23.34 0.00%

70 25.05 7.00 7.07% 10.50 0.00% 14.00 0.00% 17.50 0.00% 80 31.31 5.60 12.24% 8.40 3.31% 11.20 0.00% 14.00 0.00%

90 37.57 4.67 17.01% 7.00 7.07% 9.33 1.28% 11.67 0.00% 100 43.84 4.00 21.41% 6.00 10.56% 8.00 4.28% 10.00 0.00% 110 50.10 3.50 25.66% 5.25 15.10% 7.00 7.07% 8.75 3.07%

120 56.36 3.11 31.11% 4.67 17.96% 6.22 10.56% 7.78 5.60% 130 62.62 2.80 38.45% 4.20 21.41% 5.60 12.66% 7.00 7.07%

140 68.89 2.55 38.45% 3.82 25.66% 5.09 15.10% 6.36 10.56% 150 75.15 2.33 49.08% 3.50 25.66% 4.67 17.96% 5.83 12.66% 200 106.46 1.65 66.25% 2.47 49.08% 3.29 31.11% 4.12 21.41%

250 137.77 1.27 99.90% 1.91 66.25% 2.55 38.45% 3.18 31.11% 300 169.09 1.04 99.90% 1.56 66.25% 2.07 49.08% 2.59 38.45%





1) หากสามารถค านวณคา TLM ของการแลกเปลยนความรอนไดตามสมการในหนา 5-2 ใหใชคานนเปดตารางดคาความคมคา แตหากไมมขอมล ใหใชอณหภมอากาศรอน เปดตารางดคาความคมคา


สรป

โดยสรปจะเหนวา มาตรการน าอากาศรอนกลบมาใช มความคมคาทอณหภม 70-80 °C ส าหรบเชอเพลงราคาสง แตถาเชอเพลงราคาต าควรมอณหภมสงเกน 120 °C



5.5 มาตรการตดตงอปกรณแลกเปลยนความรอนอากาศรอนทงใหกบอากาศเขากระบวนการผลต

อปกรณเปาหมาย อปกรณทมอากาศรอนทง

การใชงาน ส าหรบกรณทมอากาศรอนและตองการอนอากาศอกสาย เชน เตาอบ


ระยะเวลาคนทนของการด าเนนมาตรการ


3.6u∆TLMho

r = mhcph

mccpc

และ TLM = (r−1)ε∆T

ln(1−ε

1−εr)

กรณ r > 1

= (1−r)ε∆T

ln(1−εr

1−ε)

กรณ r < 1


น าเขารบความรอนอณหภม 30°C คาประสทธผลการถายเทความรอน 0.5 คาสมประสทธภาพถายเทความรอน 40 W/m2°C ชวโมงการท างาน 7,200 ชวโมง/ป คา r 0.9

ราคาคาความรอน



ราคา/MJ






เมอใหราคาเครองแลกเปลยนความรอน 20,000 – 50,000 บาท/ตารางเมตร มความคมคาของการด าเนนมาตรการ ดงน

ตารางท 5-6 มาตรการตดตงเครองแลกเปลยนความรอนอากาศ-อากาศ



CA = 20,000 (บาท/ตรม.)

CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)


40 5.25 9.43 1.09% 14.14 0.00% 18.86 0.00% 23.57 0.00% 50 10.49 4.71 16.74% 7.07 6.86% 9.43 1.09% 11.79 0.00%

60 15.74 3.14 29.56% 4.71 16.74% 6.29 9.50% 7.86 4.66% 70 20.98 2.36 41.49% 3.54 25.36% 4.71 16.74% 5.89 11.01% 80 26.23 1.89 53.00% 2.83 33.63% 3.77 23.35% 4.71 16.74%

90 31.48 1.57 63.80% 2.36 41.49% 3.14 29.56% 3.93 22.01% 100 36.72 1.35 99.90% 2.02 49.08% 2.69 38.45% 3.37 31.11%

110 41.97 1.18 99.90% 1.77 66.25% 2.36 49.08% 2.95 38.45% 120 47.21 1.05 99.90% 1.57 66.25% 2.10 49.08% 2.62 38.45% 130 52.46 0.94 200.00% 1.41 99.90% 1.89 66.25% 2.36 49.08%

140 57.71 0.86 200.00% 1.29 99.90% 1.71 66.25% 2.14 49.08% 150 62.95 0.79 200.00% 1.18 99.90% 1.57 66.25% 1.96 66.25%

200 89.18 0.55 200.00% 0.83 200.00% 1.11 99.90% 1.39 99.90% 250 115.41 0.43 - 0.64 200.00% 0.86 200.00% 1.07 99.90%

300 141.64 0.35 - 0.52 200.00% 0.70 200.00% 0.87 200.00%



CA = 20,000 (บาท/ตรม.)

CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)

PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) 40 5.25 16.34 0.00% 24.51 0.00% 32.69 0.00% 40.86 0.00%

50 10.49 8.17 3.86% 12.26 0.00% 16.34 0.00% 20.43 0.00% 60 15.74 5.45 12.92% 8.17 3.86% 10.90 0.00% 13.62 0.00% 70 20.98 4.09 20.82% 6.13 10.08% 8.17 3.86% 10.21 0.00%

80 26.23 3.27 28.19% 4.90 15.66% 6.54 8.59% 8.17 3.86% 90 31.48 2.72 35.17% 4.09 20.82% 5.45 12.92% 6.81 7.70%





CA = 20,000 (บาท/ตรม.)

CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)


120 47.21 1.82 66.25% 2.72 38.45% 3.63 25.66% 4.54 17.96% 130 52.46 1.63 66.25% 2.45 49.08% 3.27 31.11% 4.09 21.41%

140 57.71 1.49 99.90% 2.23 49.08% 2.97 38.45% 3.71 25.66% 150 62.95 1.36 99.90% 2.04 49.08% 2.72 38.45% 3.40 31.11%

200 89.18 0.96 200.00% 1.44 99.90% 1.92 66.25% 2.40 49.08% 250 115.41 0.74 200.00% 1.11 99.90% 1.49 99.90% 1.86 66.25% 300 141.64 0.61 200.00% 0.91 200.00% 1.21 99.90% 1.51 66.25%



CA = 20,000 (บาท/ตรม.)

CA = 30,000 (บาท/ตรม.)

CA = 40,000 (บาท/ตรม.)

CA = 50,000 (บาท/ตรม.)


60 15.74 14.86 0.00% 22.29 0.00% 29.71 0.00% 37.14 0.00% 70 20.98 11.14 0.00% 16.71 0.00% 22.29 0.00% 27.86 0.00%

80 26.23 8.91 2.15% 13.37 0.00% 17.83 0.00% 22.29 0.00% 90 31.48 7.43 5.81% 11.14 0.00% 14.86 0.00% 18.57 0.00%

100 36.72 6.37 10.56% 9.55 0.94% 12.73 0.00% 15.92 0.00% 110 41.97 5.57 12.66% 8.36 4.28% 11.14 0.00% 13.93 0.00% 120 47.21 4.95 17.96% 7.43 7.07% 9.90 0.94% 12.38 0.00%

130 52.46 4.46 21.41% 6.69 8.71% 8.91 3.07% 11.14 0.00% 140 57.71 4.05 21.41% 6.08 10.56% 8.10 4.28% 10.13 0.00%

150 62.95 3.71 25.66% 5.57 12.66% 7.43 7.07% 9.29 1.96% 200 89.18 2.62 38.45% 3.93 25.66% 5.24 15.10% 6.55 8.71% 250 115.41 2.03 49.08% 3.04 31.11% 4.05 21.41% 5.06 15.10%

300 141.64 1.65 66.25% 2.48 49.08% 3.30 31.11% 4.13 21.41%





1) หากสามารถค านวณคา TLM ของการแลกเปลยนความรอนไดตามสมการหนา 5-2 ใหใชคานนเปดตารางดคาความคมคา แตหากไมมขอมล ใหใชอณหภมอากาศรอน เปดตารางดคาความคมคา


สรป

มาตรการน าความรอนทงจากอากาศรอนมาใชจะมความคมคาขนกบชนดเชอเพลงทใช ถาเปนน ามนควรจะมอณหภมสงกวา 70°C และกาซธรรมชาตควรมอณหภม 120°C ส าหรบเชอเพลงถานหนทราคาต าสดอากาศรอนควรมอณหภม 250°C ขนไป



5.6 มาตรการน าความรอนทงจากน าระบายกลบมาใช

อปกรณเปาหมาย หมอไอน า

การใชงาน ตดตงถงเกบน าระบายจากหมอไอน าและเดนทอน าปอนผานเพออนน า

การวเคราะห อณหภมน าในหมอไอน าทความดน P เทากบ T°C อณหภมน าปอน 30°C

คาประสทธผลการแลกเปลยนความรอน อตราการระบายน า % BD ขนาดพกดหมอน า Ton คาความจความรอนจ าเพาะของน า Cp ชวโมงการใชงานตอป h

ความรอนทน ากลบมาได Q = %BD× Ton ×CP(T-30) x h MJ คาความรอนเชอเพลง LHV MJ/ป

ราคาเชอเพลง CF บาท/หนวย

คดเปนเชอเพลงทประหยดได Fsave = %BD× Ton×CP(T-30)hCF

LHV บาท

ถาเงนลงทน/ตนหมอไอน า เทากบ i บาท/ตน PB =

i LHV

%BD× CPCFh(T-30) ป


คาประสทธผลการแลกเปลยนความรอนเทากบ 0.4 อตราการระบายน า 3 % ชวโมงการใชงานตอป 7,200 ชวโมง/ป ราคาคาความรอน



ราคา/MJ





เมอแปรคา ราคาลงทน 20,000 – 100,000 บาท/ตนหมอไอน า มความคมคาของการด าเนนมาตรการ ดงน

ตารางท 5-7 มาตรการการน าความรอนทงจากน าระบายกลบมาใช

เชอเพลงน ามน INVESTMENT/TON 20,000 บาท/ตน 50,000 บาท/ตน 100,000 บาท/ตน

Pressure (BARg) temp PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) 5 159.57 0.82 135.55% 2.05 47.91% 4.11 20.65% 6 165.79 0.78 143.08% 1.96 50.43% 3.92 22.07% 7 171.23 0.75 149.14% 1.89 53.02% 3.77 23.36% 8 176.10 0.73 154.16% 1.82 55.18% 3.64 24.43% 9 180.50 0.71 158.43% 1.77 57.01% 3.54 25.34% 10 184.53 0.69 162.13% 1.72 58.60% 3.45 26.25% 11 188.26 0.67 165.38% 1.68 59.99% 3.36 27.14% 12 191.72 0.66 168.26% 1.65 61.23% 3.29 27.92% 13 194.97 0.65 170.86% 1.61 62.34% 3.23 28.63%

เชอเพลงกาซธรรมชาต INVESTMENT/TON 20,000 บาท/ตน 50,000 บาท/ตน 100,000 บาท/ตน




เชอเพลงถานหน INVESTMENT/TON 20,000 บาท/ตน 50,000 บาท/ตน 100,000 บาท/ตน






สรป

ความคมคาของมาตรการน าน าระบายกลบมาใช จะขนกบราคาเครองแลกเปลยนความรอนและราคาเชอเพลงเปนหลก



5.7 มาตรการตดตงปมความรอน

อปกรณเปาหมาย อปกรณทมความรอนทงในรปน า หรออากาศรอนอณหภมต า

การใชงาน ความรอนทตองการมอณหภมสงกวาแลงความรอนทง และใชปมความรอนเพมอณหภม เพอใหน ามาใชได


ระบบเดมผลตน ารอนดวยฮตเตอร หรอหวเผาอณหภม T2 °C

แหลงความรอนทงอณหภม T1 °C ปรมาณความรอนตองการใช Q MJ/ป

ประสทธภาพระบบผลตความรอนเดม

คาใชจายเชอเพลงเดม Q

LHVCF บาท/ป

ฮตปมมสมรรถนะ (COP) COP

พลงไฟฟาทใช Q

COP MJ Q

3.6 COP kWh

คาไฟฟาเฉลย CE บาท/kWh

คาไฟฟาทฮตปมใช Q

3.6 COPC𝐸 บาท/ป

คาใชจายทประหยด Q

LHVCF -

Q

3.6 COPCE บาท/ป

ชวโมงการใชงานตอป h อตราภาระการใชงานเฉลยตอพกดฮตปม r

ขนาดฮตปม Q

3.6 r h COP kW

ราคาระบบ i บาท/kW

เปนเงนลงทน Q i

3.6 r h COP บาท

ใหคา c = CF/LHV

ระยะเวลาคนทน i

r h (3.6 COP c - CE) ป



สมมตฐาน คาประสทธภาพระบบความรอนเทากบ 0.8

อตราภาระการใชงานเฉลยตอพกดฮตปม ( r) 0.8 คาไฟฟาเฉลย (CE) 3.5 บาท/kWh ชวโมงการใชงานตอป 7,200 ชวโมง/ตอป


เมอแปรคา สมรรถนะของฮตปมทเลอก ซงปกตมคา 3.5-4 และราคาฮตปมตอกโลวตต โดยทวไป ประมาณ 30,000 บาทตอกโลวตต จะมความคมคาของการด าเนนมาตรการ ดงน

INVESTMENT/Kw 20,000 บาท/kW 25,000 บาท/kW 30,000 บาท/kW 35,000 บาท/kW เชอเพลง COP PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%)

กาซธรรมชาต 3.00 6.31 9.40% 7.89 4.57% 9.47 1.01% 11.05 0.00% กาซธรรมชาต 3.50 2.83 33.54% 3.54 25.29% 4.25 19.67% 4.96 15.33% กาซธรรมชาต 4.00 1.83 55.00% 2.28 43.04% 2.74 34.91% 3.20 28.95% กาซธรรมชาต 4.50 1.35 76.45% 1.69 59.88% 2.02 48.60% 2.36 41.43% น ามน 3.00 0.99 102.62% 1.23 84.22% 1.48 67.62% 1.73 58.48% น ามน 3.50 0.74 151.88% 0.93 114.83% 1.11 92.46% 1.30 80.01% น ามน 4.00 0.59 181.47% 0.74 151.82% 0.89 122.16% 1.04 97.42% น ามน 4.50 0.49 - 0.62 176.50% 0.74 151.78% 0.86 127.06% ถานหน 3.00 -1.72 - -2.15 - -2.58 - -3.02 - ถานหน 3.50 -1.96 - -2.46 - -2.95 - -3.44 - ถานหน 4.00 -2.28 - -2.86 - -3.43 - -4.00 - ถานหน 4.50 -2.73 - -3.41 - -4.09 - -4.78 -



5.8 มาตรการผลตไฟฟาจากความรอนทงดวยวฏจกร

อปกรณเปาหมาย เตา หรอกระบวนการทมความรอนทงอณหภมไมเกน 250°C

การใชงาน ในกรณทมความรอนทงอณหภมต าในชวง 100-400 °C


ปรมาณความรอนทง Q mJ/ป อณหภม T °C อณหภมรบความรอนหรอระบายทง TO °C

ประสทธภาพระบบโดยเอนโดเทอรมค = 1- √T

To

ไฟฟาทผลตได Q MJ/ป

Q

3.6 kWh/ป

คาไฟฟาทขาย CE บาท/kWh ชวโมงการผลตไฟฟาตอป h ชวโมง/ป อตราภาระการท างานเฉลยพกดระบบ r

รายรบจากการผลตไฟฟา Q

3.6CE บาท

ขนาดระบบ Q

3.6hr kW

ราคาระบบ ORC 𝑖 บาท

คดเปนเงนรอยละ Q𝑖

3.6hr บาท

ระยะเวลาคนทน 𝑖

hrCE บาท


อายโครงการ 15 ป กรณแหลงความรอนอณหภม เชน กาซทอไอเสยใชอณหภมรบ (TO) 140°C กรณแหลงความรอนอณหภมต าใชอณหภมรบ (TO) 40°C ชวโมงการผลต 8,760 ชวโมง/ป อตราภาระการท างานเฉลยเทยบกบพกด (r) 0.8




จะเปนไดวาความคมคาขนกบราคาระบบคาไฟฟาและราคาคาไฟฟาทขายได การวเคราะหไดแปรคาเงนลงทนของระบบ ซงปกตประมาณ 200,000 – 250,000 บาท/kW และอตราคาไฟฟาทจะขายได ผลเปนดงน



ก. แหลงรบความรอนเปนกาซไอเสย

ราคา คาไฟฟา

เงนลงทน/kW 200,000 บาท 180,000 บาท 160,000 บาท 140,000 บาท 120,000 บาท 100,000 บาท

3.5 8.15ป (8.82%) 7.34ป (10.65%) 6.52ป (12.82%) 5.71ป (15.54%) 4.89ป (18.96%) 4.08ป (23.54%) 4 7.13ป (11.16%) 6.42ป (13.14%) 5.71ป (15.54%) 4.99ป (18.44%) 4.28ป (22.28%) 3.57ป (27.34%)

4.5 6.34ป (13.39%) 5.71ป (15.54%) 5.07ป (18.10%) 4.44ป (21.31%) 3.81ป (25.51%) 3.17ป (31.15%) 5 5.71ป (15.54%) 5.14ป (17.83%) 4.57ป (20.60%) 4.00ป (24.04%) 3.42ป (28.61%) 2.85ป (34.87%)

5.5 5.19ป (17.61%) 4.67ป (20.08%) 4.15ป (23.08%) 3.63ป (26.84%) 3.11ป (31.73%) 2.59ป (38.44%) 6 4.76ป (19.64%) 4.28ป (22.28%) 3.81ป (25.51%) 3.33ป (29.56%) 2.85ป (34.87%) 2.38ป (42.21%)

ข. แหลงความรอนอนๆ

ราคา คาไฟฟา

เงนลงทน/kW 250,000 บาท 230,000 บาท 210,000 บาท 190,000 บาท 170,000 บาท 150,000 บาท

3.5 10.19ป (5.56%) 9.38ป (6.55%) 6.52ป (12.82%) 5.71ป (15.54%) 4.89ป (18.96%) 4.08ป (23.54%) 4 7.13ป (11.16%) 6.42ป (13.14%) 5.71ป (15.54%) 4.99ป (18.44%) 4.28ป (22.28%) 3.57ป (27.34%)

4.5 6.34ป (13.39%) 5.71ป (15.54%) 5.07ป (18.10%) 4.44ป (21.31%) 3.81ป (25.51%) 3.17ป (31.15%) 5 5.71ป (15.54%) 5.14ป (17.83%) 4.57ป (20.60%) 4.00ป (24.04%) 3.42ป (28.61%) 2.85ป (34.87%)

5.5 5.19ป (17.61%) 4.67ป (20.08%) 4.15ป (23.08%) 3.63ป (26.84%) 3.11ป (31.73%) 2.59ป (38.44%) 6 4.76ป (19.64%) 4.28ป (22.28%) 3.81ป (25.51%) 3.33ป (29.56%) 2.85ป (34.87%) 2.38ป (42.21%)







สรป

การผลตไฟฟาดวยระบบ ORC จะมความคมคาอยท 6-7 ป คา IRR ประมาณ 12-15% กรณทไมมการขายไฟฟาใหกบการไฟฟา แตหากมการสนบสนนจะคนทนใน 3 ป และคา IRR สงกวา 25%



5.9 มาตรการตดตง Heat Wheel

อปกรณเปาหมาย ระบบการระบายอากาศ

การใชงาน น าความเยนทปลอยทงแลกเปลยนกบอากาศทเตมเขาอากาศ เพอลดภาระในการปรบอากาศ


ปรมาณอากาทดดทง m kg/h

อณหภมของอากาศปลอยทง TO °C

อณหภมของอากาศภายนอก Ti °C

คาประสทธผลของการแลกเปลยนความรอน ε

คาความจความรอนของอากาศ CP kJ/kg°C

สมรรถนะของระบบปรบอากาศ COP

ดงนน ความรอนทถายเทได εmCp(Ti − To) kJ/h

พลงงานทเครองปรบอากาศตองใช εmCp(Ti−To)h

COP kJ/h

ถาชวโมงการท างาน h ชวโมง/ป

จะคดพลงงานไฟฟาทประหยด εmCp(Ti−To)h

3,600 COP kWh/y

ในกรณทคดวามอเตอรขบ Heat Wheel ใชพลงงาน 10%

พลงงานทประหยดได 0.9 εmCp(Ti−To)h

3,600 COP kWh/y

คาไฟฟาเฉลย CE บาท/kWh

คดเปนเงนทประหยดได 0.9 εmCp(Ti−To)h CE

3,600 COP

ถาราคาระบบ 𝑖 บาท/cfm

𝑖

1.699 บาท/m3/h

0.49𝑖 บาท/kg/h

เงนลงทน 0.49𝑖𝑚 บาท



ระยะเวลาคนทน 1,916.93i COP

εCp(Ti−To)h CE ป


อากาศเขาปรบอากาศอณหภม 30°C

อากาศทระบายทง 22°C

คาความจความรอน (CP) 1 kJ/kg °C

สมรรถนะระบบปรบอากาศ (COP) 3.2

ประสทธผลการแลกเปลยนความรอน 0.7

ราคาคาไฟฟาเฉลย 3.5 บาท/kWh

ชวโมงการท างาน (h) กรณส านกงาน 2,000 ชวโมง/ป

กรณโรงแรม/โรงพยาบาล 8,760 ชวโมง/ป

กรณศนยการคา 4,380 ชวโมง/ป

อายอปกรณ 10 ป


เมอทดลองแปรคาราคาของ Heat Wheel ซงปกตประมาณ 100 บาท/cfm ผลการวเคราะหความคมคาส าหรบอาคารประเภทตางๆ เปนดงน

ประเภทอาคาร ราคา Heat Wheel (บาท/cfm)

100 บาท/cfm 100 บาท/cfm 100 บาท/cfm PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%) PB (ป) IRR (%)

ส านกงาน 14.9 0 22.4 0 29.9 0 โรงแรม/โรงพยาบาล 3.4 25 5.11 15 6.8 8.8 ศนยการคา 6.8 7 10.23 0 13.6 0

สรป

ในการวเคราะหใชอณหภมอากาศออก 22°C ซงคอนขางต าและใชคาสมรรณนะระบบปรบอากาศ (COP) 3.2 ซงไดแก ระบบทระบายความรอนดวยอากาศ แมกระนนกตามความคมคายง คอนขางต า ดงนนในการพจารณาปรบปรงควรพจารณาชวโมงการใชงานทสงมาก และมอากาศทระบายทงคอนขางอณหภมต ากวาปกต หองเยน หองแชแขง หรอมการตดตงชดลดความชนอากาศภายนอกกอนเขาปรบอากาศ (PRECOOL UNIT) Heat Wheel พรอมสารดดความชนจงมความนาสนใจ



บทท 6

ความพรอมของเทคโนโลย

ทางคณะผวจยไดท าการศกษาความพรอมของเทคโนโลยตางๆ ทเกยวของกบการน าความรอนทงกลบมาใช โดยการเขาสมภาษณผผลต ผหนายเทคโนโลย และศกษาขอมลเพมเตมจากแหลงตางๆ โดยเทคโนโลยทท าการศกษาทงหมด ประกอบดวย

1. อปกรณแลกเปลยนความรอน (Heat Exchanger)

2. Heat Pump

3. Organic Rankine Cycle (ORC)

4. ระบบหวเผาไหม (Burner)

โดยมผลการศกษาความพรอมของเทคโนโลยตางๆ เปนดานตางๆดงตอไปน

6.1 Heat Exchanger

รปท 6-1 อปกรณแลกเปลยนความรอนชนด Economizer

รปท 6-2 อปกรณแลกเปลยนความรอนชนด Plate Heat Exchanger



รปท 6-3 อปกรณแลกเปลยนความรอนชนด Shell and Tube

รปท 6-4 อปกรณแลกเปลยนความรอนชนด Heat Wheel

การตลาด เปนเทคโนโลยทใชกนอยางแพรหลายในประเทศไทย รวมถงมความหลากหลายของประเภทและวสดทใช ซงผผลตเทคโนโลยนทมคณภาพและมาตรฐานสง มอยประมาณ 5 แหง เปนผผลตจากทางฝงทวปยโรป และมผผลตคณภาพระดบกลางอยในทองตลาดประมาณ 40 แหง ซงผผลตระดบกลางนสวนใหญเปนประเทศจน ลกคาสวนใหญเปนทางบรษททตองการใชงานเครองแลกเปลยนความรอน ในการซอจะท าการตดตอทางผขายโดยตรง และมบางสวนทเปนพอคาคนกลาง (ผรบเหมา) ซอไปใหทางบรษททตองการตดตงอกทางหนง

ความคมคาในการลงทน ไมสามารถระบความคมคาในการลงทนหรอระยะเวลาในการคนทนทแนชดได เนองจากความหลากหลายของประเภท Heat Exchanger และประเภทของวสดทใช รวมถงความหลากหลายของคาใชจายอนๆ เชน การตดตงตวเครอง การตดตงระบบทอสง เปนตน ในเบองตนบอกไดเพยงคราวๆ วาราคาของโครงการโดยเฉลยอยทหลกลานขนไป ซงระยะเวลาทเรวสดคอประมาณ 1 ป

ความพรอมในการผลตและการตดตงในการใชงาน ในประเทศไทยเรมมการผลตประเภท Plate Heat Exchanger แตสวนใหญตองน าเขาจากตางประเทศทงหมด สาเหตหนงท Heat Exchanger ยงไมมการผลตเองอยางแพรหลาย เนองจากบรษททมฐานการผลตในตางประเทศปองกนเรองขอมลและความรทอาจมการรวไหลท าใหเกดการลอกเลยนแบบได

กลมลกคาทมศกยภาพในการลงทน กลมลกคาสวนใหญจะเปนผผลตในอตสาหกรรมยา อาหาร นม เครองส าอาง เนองจากเปนอตสาหกรรมทมความรอนทงทเปนของไหลเปนจ านวนมาก รวมถงชวงอณหภมของความรอนทงของอตสาหกรรมดงกลาวมความเหมาะสมทจะน ามาใชกบ Heat Exchanger (ชวงอณหภมทเหมาะสม ตงแต 40-400oC และต ากวา 20oC)



6.2 Heat Pump

รปท 6-5 อปกรณผลตน ารอน Heat Pump

การตลาด ฮตปมคอนขางแพรหลายแลวในประเทศไทย เนองจากเทคโนโลยไมซบซอน ปจจบนมผจ าหนายประมาณ 20 ราย เปนผผลตรายใหญทเปนการผลตภณฑจากตางประเทศ 10 -15 ราย และผผลตในประเทศประมาณ 5 ราย ปจจบนมการจ าหนายเพอใชส าหรบระบบผลตน ารอนในอาคาร ประเภทโรงแรม โรงพยาบาล เปนสวนใหญ และโรงงานอตสาหกรรมจ านวนหนง

ตลาดแบงออกเปน 2 ประเภท ตามลกษณะของการจดซอ ดงน คอ

ตลาดงานกอสรางใหม ผขายในตลาดนสวนใหญเปนผผลตฮตปมรายใหญทเปนผลตภณฑจากตางประเทศ

ตลาดงานปรบปรงระบบเดม ทใชผลตความรอนดวยเทคโนโลยอน เปนการจ าหนายเพอทดแทนระบบเดม สวนใหญตลาดเปนของผผลตในประเทศ ซงมราคาต ากวา

ชองทางการจดจ าหนาย ผผลต จ าหนาย ตดตอกบอาคารทมศกยภาพโดยตรง และบรษททออกแบบ

ความคมคาในการลงทน ฮตปมทมจ าหนายในตลาดมคา COP ประมาณ 4 และท าอณหภม น ารอนไดสงสดประมาณ 70°C ราคาฮตปมประมาณ 30,00 – 35,000 บาทตอกโลวตตความรอนทผลตได ระยะเวลาคนทนในการปรบปรงประมาณ 3 ป

ความพรอมในการผลตและการตดตงในการใชงาน เทคโนโลยฮตปมมชนสวนใกลเคยงกบระบบปรบอากาศท าใหชนสวนตางๆ อยในตลาดแลว และผขายไมสามารถท าระบบทส าเรจรปเหมอนเครองปรบอากาศ จ าเปนตองมการออกแบบตามการใชงานแตละโครงการ จงเปนจดแขงทท าใหผผลตในประเทศสามารถอยในตลาดได และมสดสวนพอสมควร มวศวกร และชางเทคนคทมความรอยในตลาดแลว



กลมลกคาทมศกยภาพในการลงทน ตลาดฮตปมแบงออกเปน

- การผลตน ารอนเพอใชในอาคาร เชน โรงแรม โรงพยาบาล - การท าความรอนเพอใชในระบบควบคมความชน - การผลตความรอนในอตสาหกรรม

ตลาดอตปมทใชความรอนทงอณหภมต ายงนอยมาก

ปญหาและอปสรรค

- ระยะเวลาคนทนประมาณ 3-4 ป ยงท าใหผประกอบการบางรายยงไมลงทน - ระบบเดมทไมมพนททจะตดตงระบบใหม - บางอาคารหรอโรงงาน มการใชไอน า หรอน ารอนอณหภมสงกวา 70°C ท าใหยงตองใชหมอ

ไอน าในการผลตน ารอนจงไมตองการลงทน



6.3 Organic Rankine Cycle (ORC)

รปท 6-6 เครอง Organic Rankine Cycle

การตลาด เปนเทคโนโลยทยงไมแพรหลายในประเทศไทย ทงๆท เปนเทคโนโลยทเขามาในประเทศไทยครงแรกเมอ 30 ปทแลว โดยเทคโนโลย ORC เครองแรกถกตดตงอยทอ าเภอฝาง จงหวดเชยงใหม เปนแบบ ความรอนใตพภพ (Geothermal) ขนาดประมาณ 300 kW ซงเปนตนแบบหรอตวอยางในการศกษา โดยผผลตและใชงานสวนใหญจะเปนทางยโรปทไดมการพฒนาเทคโนโลยอยอยางตอเนองจนถงปจจบน

ความคมคาในการลงทน เมอเทยบกบเทคโนโลยอน ORC ถอวาเปนเทคโนโลยทมจดคมทน หรอระยะเวลาในการคนทนทคอนขางนาน ประมาณ 5-7 ป ขนอยกบรายละเอยดหรอลกษณะเฉพาะของผผลตเทคโนโลย รวมถงวสด อปกรณตางๆ เปนตน แตอายการใชงานของตวเทคโนโลยอยทประมาณ 20 ป โดยทประสทธภาพของเทคโนโลย ORC อยทประมาณ 10-15%

ความพรอมในการผลตและการตดตงในการใชงาน เนองจาก ORC เปนเทคโนโลยทยงไมแพรหลายในประเทศไทย รวมถงความเชยวชาญหรอช านาญในเทคโนโลยยงมไมมาก ดงนนจงยงไมมการผลตเองในประเทศ

กลมลกคาทมศกยภาพในการลงทน เนองจากปจจบนเทาททราบยงไมมผใชงานหรอตดตง ORC ในสถานประกอบการ แตคาดวาจะมการตดตงและใชงานจรงในเรวๆนประมาณ 3-4 แหง ซงกลมลกคาเปนบรษทขนาดใหญทมความพรอมดานเงนลงทน มการใชงานในทวปยโรปในกลมอตสาหกรรมเหลก , ผลตไฟฟา, ซเมนต และไบโอแมส กลมทมความรอนทงประเภท Low Heat (ชวงอณหภมทเหมาะสมขนอยกบเทคโนโลยแตละผผลต มตงแตชวงอณหภมทสามารถน ามาใชได 120-150°C หรอไมต ากวา 350 °C)

ปญหาและอปสรรค ระบบ ORC ยงมตนทนหรอจดคมทนทสงอย เนองจากเปนการผลตทตางประเทศทงหมด เชน ระบบขนาด 1 MW ราคาเฉพาะตวเครองอยทประมาณ 85 ลานบาท ถารวมทงระบบราคาอยทประมาณ 100 ลานบาท และการจ าหนายไฟฟาทผลตไดใหกบภาครฐยงมขอจ ากดอย เชน ถาจะจ าหนายใหรฐตองมระบบส ารองในการผลตไฟฟากรณฉกเฉนดวยท าใหมตนทนเพมสงขน



6.4 ระบบหวเผาไหม (Burner)

รปท 6-7 หวเผาไหมแบบ Regenerative Burner

รปท 6-8 หวเผาไหมแบบ Self-Recuperative Burner

การตลาด ในประเทศไทยมผน าเขาหวเผาไหมแบบ Heat recovery มาจ าหนาย อยประมาณ 3-4 ยหอ ซงสวนใหญเปนผผลตจากทวปยโรป เนองจากเปนเทคโนโลยทตองใชเงนลงทนสง ท าใหยงไมเปนทแพรหลายในประเทศไทย ดงนนสวนใหญสถานประกอบการหรอโรงงานจะใชหวเผาประสทธภาพสงหรอการปรบปรงหวเผาเดมเปนสวนใหญ กอนทจะคดเปลยนหวเผาเปนแบบ Heat recovery

ความคมคาในการลงทน ขนอยกบปรมาณการใชเชอเพลงและชวโมงการใชงานของแตละโรงงาน แตโดยรวมแลวสามารถทจะประหยดเชอเพลงไดประมาณ 3-5 %

ความพรอมในการผลตและการตดตงในการใชงาน ในประเทศไทยยงไมมผผลตเปนยหอของตนเอง เปนการน าเขามาจากตางประเทศ แตหลายบรษททจ าหนายสนคา กรบออกแบบและตดตง ระบบให โดยมทงทมงานตางประเทศ และทมงานประเทศไทย

กลมลกคาทมศกยภาพในการลงทน กลมลกคาสวนใหญจะเปนกลมอตสาหกรรมเหลก แกวและกระจก รวมถงโรงงานทมการใชหวเผาไหม เนองจากจะตองใชความรอนในการหลอมหรออนชนงาน ในชวงอณหภมสง รวมถงการใชงานทตองเดนเครองเปนเวลานานตดตอกน



ปญหาและอปสรรค ประเดนหลกคอเรองของเงนลงทน เนองจากเทคโนโลยหวเผาไหมแบบ Heat recovery ราคาเรมตนประมาณ 2 ลานบาทตอหวเผาไหม ซงในโรงงานมการใชหวเผาไหม จ านวนมากจะตองใชงบประมาณในการลงทนสง แมจะมความคมคา



บทท 7 เกณฑทเหมาะสมในอตสาหกรรมแตละประเภท

คณะผวจยไดรวบรวมอณหภมกาซไอเสย และความรอนลกษณะตางๆ เพอเปนแนวทางใหสถานประกอบการพจารณา โดยความรอนทงอยในเกณฑตอไปน โรงงานควรพจารณาแนวทางการน ากลบมาใช

กระบวนการผลต อณหภมทใชในกระบวนการ (°C)

อณหภมท ปลอยทง (°C)


1 อตสาหกรรมแกวและกระจก แบบใช Oxy burner แบบใช Electric Boost แบบใช Regenerative แบบใช Recouperator

1,300-1,500 1,300-1,500 1,300-1,500 1,300-1,500

1,427 427 427 982

2 อตสาหกรรมซเมนต แบบไมม Precalciner แบบม Precalciner แบบอนอากาศอยางเดยวไมม

Precalciner อณหภมหลงน ามาผลตไฟฟา

1,450 1,450 1,450

1,450

449 338 338

100-120

3 อตสาหกรรมเหลก เตา EAF เตา Hot Roll เตาอบออน Annealing

- ม Recouperator - ไมม Recouperator

1,370-1,650 930-1,400

700-800 700-800

1,200-1,300

300-400

250-300 600-800

4 หมอไอน าอตสาหกรรม ไมมการน ากลบมาใช มการน ากลบมาใช

- เชอเพลงซลเฟอรต า - เชอเพลงซลเฟอรต า

- -

180-200

150-160 100-120

5 น ารอนจากกระบวนการผลต < 60°C 6 อากาศจากกระบวนการผลต < 60°C

เอกสารอางอง

1. U.S. Department of Energy., “Waste Heat Recovery: Technology and Opportunities in U.S. Industry”., United States, 2008

2. http://en.wikipedia.org/wiki/Oxy-fuel_combustion_process, [accessed 10.11.14] 3. กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน , “โครงการสาธตเทคโนโลยเชงลก เพอการอนรกษ

พลงงานระยะท 2”, 2012 4. Energy design resources, “Industrial process heat recovery”. 5. http://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_looping_combustion, [accessed 10.11.14] 6. Department of Energy & Climate Change., “The potential for recovering and using surplus

heat from industry Final Report”., London, 2014 7. M. Hatami, D.D. Genji, M. Gorji-Bandpy., “A reveiw of different heat exchangers designs for

increasing the diesel exhaust waste heat recovery”., Journal of Renewable and Sustainable Energy Reviews, May 2014

8. Parinya Pongsoi , Santi Pikulkajorn , Somchai Wongwises., “Heat transfer and flow characteristics of spiral fin-and-tube heat exchangers: A review”., Journal of International

Journal of Heat and Mass Transfer, August 2014 9. W. Srimuang, P. Amatachaya., “A review of the applications of heat pipe heat exchangers

for heat recovery”., Journal of Renewable and Sustainable Energy Reviews, May 2012 10. U.S. Department of Energy., “Load Preheating Using Flue Gases from a Fuel-Fired Heating

System”., Energy Tips – Process Heating Tip Sheet#9, 2006 11. California Energy Commission (CEC)., “Preheat Loads Using Heat from Exhaust Gases for

Industrial Heating Equipment”., May 2012 12. C.W. Chan, J. Ling-Chin, A.P. Roskilly., “A review of chemical heat pumps, thermodynamic

cycles and thermal energy storage technologies for low grade heat utilisation”., Journal of Applied Thermal Engineering, July 2012

13. KiyanParham, MehrdadKhamooshi, DanielBorisKenfackTematio, MortazaYari and Uğur Atikol., “Absorption heat transformers – A comprehensive review”., Journal of Renewable and Sustainable Energy Reviews, March 2014

14. Wei Wu, Baolong Wang, Wenxing Shi, Xianting Li., “Absorption heating technologies: A review and perspective”., Journal of Applied Energy, June 2014

15. Xing-Qi Cao, Wei-Wei Yang, Fu Zhou and Ya-Ling He., “Performance analysis of different high-temperature heat pump systems for low-grade waste heat recovery.”, Journal of Applied Thermal Engineering, July 2014

16. Arif Hepbasli, Emrah Biyik, Orhan Ekren, Huseyin Gunerhan and Mustafa Araz., “A key review of wastewater source heat pump (WWSHP) systems.”, Journal of Energy Conversion and Management, August 2014

17. Cynthia Haddad, Christelle Périlhona, Amélie Danlosa, Maurice-Xavier Françoisb and Georges Descombesa., “Some efficient solutions to recover low and medium waste heat: competitiveness of the thermoacoustic technology”., Energy Procedia, 2014

18. Douglas T. Crane and Gregory S. Jackson, “Optimization of cross flow heat exchangers for thermoelectric waste heat recovery”., Journal of Energy conversion & Management, 2004

19. D. Vuarnoz, A. Kitanovski, C. Gonin, Y. Borgeaud, M. Delessert, M. Meinen and P.W. Egolf, “Quantitative feasibility study of magnetocaloric energy conversion utilizing industrial waste heat”., Journal of Applied Energy, July 2012

20. http://en.wikipedia.org/wiki/Endoreversible_thermodynamics, [accessed 15.11.14] 21. D. La, Y.J. Dai *, Y. Li, R.Z. Wang and T.S. Ge, “Technical development of rotary desiccant

dehumidification and air conditioning: A review”., Journal of Renewable and Sustainable Energy Reviews, July 2009

22. Xiangjie Chen n, SiddigOmer,MarkWorall and SaffaRiffat, “Recent developments in ejector refrigeration technologies”., Journal of Renewable and Sustainable Energy Reviews, December 2012

23. Richard Law, Adam Harvey and David Reay, “Opportunities for low-grade heat recovery in the UK food processing industry”., Journal of Applied Thermal Engineering, March 2012

24. เอกสารเผยแพร กองฝกอบรม กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน, พมพครงท 1 ม.ย. 2547, เลม 19 การน าความรอนทงกลบมาใชโดยอปกรณแลกเปลยนความรอนระหวางกาซกบของเหลว [ออนไลน], แหลงทมา http://www2.dede.go.th/bhrd/old/Newbook.htm

25. เอกสารเผยแพร กองฝกอบรม กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน, พมพครงท 1 เดอนมถนายน 2547, เลม 18 การใชเครองอปกรณแลกเปลยนความรอนแบบแผน[ออนไลน] , แหลงทมา http://www2.dede.go.th/bhrd/old/Newbook.htm

26. กรณศกษาทประสบผลส าเรจดานการอนรกษพลงงาน ส านกพฒนาทรพยากรบคคลดานพลงงาน กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน , พมพครงท 1 พ.ศ. 2551, กรณศกษา การน าน าหลอเยนอปกรณใชอนน าในกระบวนการผลต [ออนไลน], แหลงทมาhttp://www.dede.go.th

27. เอกสารเผยแพร กองฝกอบรม กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน, พมพครงท 1 เดอนมถนายน 2547 , เลม 17 การใชปมความรอน (Heat Pump) [ออนไลน], แหลงทมา http://www2.dede.go.th/bhrd/old/Newbook.htm

28. การอบรมหลกสตร กาวทนเทคโนโลยการอนรกษพลงงาน (โรงงานอตสาหกรรม) ภายใตโครงการพฒนาบคลากร ในเทคโนโลยเชงลกเพอการอนรกษพลงงาน กรมพฒนาพลงงานทดแทนและการอน รกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน, ไมปรากฏปทพมพ, บทท 3 เทคโนโลยการอนรกษพลงงานในระบบอนๆ , หนาท 3-7 ถง 3-19.

29. เอกสารเผยแพร กองฝกอบรม กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน, พมพครงท 1 เดอนมถนายน 2547 , เลม 13 การใชฮทไปปเพอประหยดพลงงานในระบบปรบอากาศ [ออนไลน], แหลงทมา http://www2.dede.go.th/bhrd/old/Newbook.htm

http://www2.dede.go.th/bhrd/old/Newbook.htm



30. เอกสารเผยแพร กองฝกอบรม กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน, พมพครงท 1 เดอนตลาคม 2545, เลม 9 ระบบท าความเยนแบบดดซม (Absorption Chiller) [ออนไลน], แหลงทมา http://www2.dede.go.th/bhrd/old/Newbook.htm

กลมวจยเพอการอนรกษพลงงาน มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร

เลขท 126 ถนนประชาอทศ แขวงบางมด เขตทงคร กรงเทพฯ 10140 โทร. 0 2470 8056-7, 0 2872 5491-4 โทรสาร. 0 2872 5495

Documents

WASTE HEAT RECOVERY GUIDE - EnConLab · 4.1.7 อุตสาหกรรมเซรามิก 4-10 4.1.8 อุตสาหกรรมสิ่งทอ 4-11 4.1.9 อุตสาหกรรมน้