Seminar on Renewable Energy Technology implementation in Thailand Experience
transfer from EuropeCo-organised by
the Delegation of the European Union to Thailand and the Department of Alternative Energy Development and p gy p
Efficiency, Ministry of Energy
Gasification Technology for Ceramic IndustryGasification Technology for Ceramic Industry
Assoc.Professor.Dr. Kulachate Pianthong(Research and Service on Energy Center Ubon Ratchathani University)(Research and Service on Energy Center, Ubon Ratchathani University)
4 October 2012 @ Dusitthani, Bangkok
Presentation Outline
∗ Introduction∗ Gasification technology∗ Gasification technology∗ Ceramic industry
∗ R i t d I t∗ Requirement and Improvement∗ Gasification technology @ Imperial Pottery Ltd.∗ Applications∗ Recommendation & Concluding Remarks Recommendation & Concluding Remarks
โครงการโครงการนารองเพอผลตพลงงานทดแทนนารองเพอผลตพลงงานทดแทน
ใ ใ ผประกอบการ
จากจากชวมวลในระดบชมชนชวมวลในระดบชมชน บรษท อมพเรยลพอทเทอร จากด
3
Ceramic Industry @ Imperial Pottery Ltd, Lumpang, Thailand
4
กาซชวมวล คอ อะไรกาซชวมวล (Biomass gas) คอ กาซทไดจากกระบวนการแกสซฟเคชน กาซชวมวล (Biomass gas) คอ กาซทไดจากกระบวนการแกสซฟเคชน
(Gasification) โดยมชวมวลเปนเชอเพลง (บางครง เรยก producer gas หรอ
syngas)syngas)
Fuel
ชวมวล กาซชวมวลDryingชวมวล กาซชวมวลng
AirAir
วตถดบผลตภณฑ
AirAir
Gasifier
5
วตถดบ
Ash
สวนประกอบของกาซชวมวลน ล
โดยประมาณ สดสวนของกาซตางๆ ในกาซชวมวล ประกอบดวย
คารบอนมอนอกไซด (CO) ประมาณ 22.0%
มเทน (CH ) ประมาณ 2 5%มเทน (CH4 ) ประมาณ 2.5%
ไฮโดรเจน (H2) ประมาณ 11%
คารบอนไดออกไซด (CO ) ประมาณ 12 0%คารบอนไดออกไซด (CO2) ประมาณ 12.0%
ไนโตรเจน (N2) ประมาณ 50%
ออกซเจน (O ) ประมาณ 2%ออกซเจน (O2) ประมาณ 2%
มคาความรอน ประมาณ 5.0- 6.0 MJ/Nm3
6
Applications of producer gas
Fuel in Engine
Heat source
Synthesis gas for
biomass to liquid (BTL)
7
q ( )
Current requirement
ในกระบวนการผลตเซรามก ของ อมพเรยลพอทเทอร สามารถนากาซชวมวลมาใชไดหลายจด เชน
∗ เครองจกรขนรปอตโนมต ใชแกส 6 4 กก /เครอง จานวน 4 เครอง = 25 6 กก∗ เครองจกรขนรปอตโนมต ใชแกส 6.4 กก./เครอง จานวน 4 เครอง = 25.6 กก.
∗ ตอบผลตภณฑขนรปแบบ L ใชแกส 48 กก./ต จานวน 2 ต เครอง = 96 กก.
∗ ตอบผลตภณฑขนรปแบบ กระเชา ใชแกส 8 กก /ต จานวน 4 ต เครอง = 32 กก∗ ตอบผลตภณฑขนรปแบบ กระเชา ใชแกส 8 กก./ต จานวน 4 ต เครอง = 32 กก.
∗ ตอบผลตภณฑขนรปแบบสายพาน ใชแกส 80 กก./ต จานวน 1 ต เครอง = 80 กก.
∗ ตอบพมพปนปลาสเตอร ใชแกส 56 กก /ต จานวน 1 ต เครอง = 56 กก∗ ตอบพมพปนปลาสเตอร ใชแกส 56 กก./ต จานวน 1 ต เครอง = 56 กก.
∗ เตา Shuttle ขนาด 6 ลบ.ม. ใชแกส 83 กก./เตา จานวน 4 เตา = 249 กก.
โ โดยเมอรวมกนแลวเทยบเทากาลงความรอน 1.0 MW หรอเทยบเทา
กาซชวมวลปรมาณ 900 Nm3/hr.8
The Design
Conditions and requirements
g
∗ ระบบผลตกาซตองสามารถผลตกาซเชอเพลงสงเคราะห ทเทยบเทากาลงความรอน
1.0 MW
∗ มระบบนาความรอนทงกลบมาใช (Waste heat recovery)
∗ มระบบดกฝน และ tar ทมประสทธภาพมระบบดกฝน และ tar ทมประสทธภาพ
∗ การเผาไหมสะอาด เสมอนการใช LPG (ไมกระทบตอคณภาพผลตภณฑ)
ใ ∗ สามารถผลตกาซทมแรงดนสงพรอมจายใหกบหวเผาแบบ Automatic burner และ
หวเผาแบบ Ventury burner ได
∗ ทาอณหภมในเตาเผา ได > 900 °C และ เรงกาลงความรอนไดเหมอน LPG
∗ มระบบดงขเถาออกและระบบตองสามารถทางานไดอยางตอเนอง
9
C t l d i d fl Conceptual design and flow process
ระบบเตรยมและปอนเชอเพลง
ระบบผลตกาซเชอเพลงสงเคราะห
ระบบทาความสะอาดกาซ และนาความรอนทงมากลบมาใช
ระบบอดและเกบกาซเชอเพลงสงเคราะห
ชดปรบแรงดนกาซชดปรบแรงดนกาซ
10
Some specificationsSome specifications
∗ แนวคดในการออกแบบระบบผลตกาซชวมวล
∗ เลอกใชระบบผลตกาซชวมวลแบบ Downdraft gasification เนองจากมปรมาณ tar ตา และเลอกใชระบบผลตกาซชวมวลแบบ Downdraft gasification เนองจากมปรมาณ tar ตา และ
และ เตาตองมระบบดงเถาออกอยางตอเนองดวยนา
∗ ใช Cyclone ในการดกฝนและนาฝนออกดวยนาใช Cyclone ในการดกฝนและนาฝนออกดวยนา
∗ ใช Shell and tube heat exchanger ในการนาความรอนทงกลบมาอบแหง
เชอเพลงเชอเพลง
∗ ใช Tower wet scrubber และ Ventury wet scrubber ในการดกอนภาคและ
ทาร
∗ ใช Gas dryer ในการลดความชนกาซเชอเพลงสงเคราะห กอนอดเขาสถงเกบกาซ
11
Flow diagram ของระบบผลตกาซเชอเพลงสงเคราะหg
12
ระบบผลตกาซสงเคราะห สาหรบ
อตสาหกรรมเซรามกอตสาหกรรมเซรามก
ท อมพเรยล พอทเทอร ลาปาง
13
Flow diagram of the systemcyclone Wet scrubbercyclone Wet scrubber
Wood chip
GasifierGas pre-cooler
Shutter kiln & burners
Gas dryer
14
Blower & bag filterCompressed gas unit
ขอมลทางเทคนค (Technical Specifications)ขอมลทางเทคนค (Technical Specifications)
รน UBU-DDTG-002
กาลงการผลตพลงงานความรอน 1.0 MWth
ชนดของระบบผลตกาซชวมวล Downdraft gasifier
อตราการไหลของกาซชวมวล 900 Nm3/hr.
คาความรอนเฉลยของกาซชวมวล 5.0 MJ/Nm3
ความดนใชงาน 0.5 MPa
อณหภมของการเกดปฏกรยาในเตา 900 – 1,300 C
ปรมาณความจของเชอเพลง 4.75 m3
การกาจดขเถา ใบกวาด และ ระบบนาหมนเวยน
ชนดและขนาดของเชอเพลง ไมสบขนาดไมเกน 3”x3”x3”
ความชนของเชอเพลง ไมเกน 15 %15
S ifi ti f tSpecification of component
1.ตอบแหงเชอเพลง
ใ ไ ∗ ทาหนาทในการอบไลความชนของเชอเพลงกอนปอนเขาเตาผลตกาซเชอเพลง
สงเคราะห โดยใชความรอนจากกาซรอนทออกจากเตา
∗ มปรมาตรปร มาณ 2 0 3 ∗ มปรมาตรประมาณ 2.0 m3
∗ สามารถรองรบลมรอนทมอตราการไหล 66.67 m3/min.
16
Specification of component
2. Bucket elevator
∗ ทาหนาทในการลาเลยงเชอเพลงขนส Hopper ดานบนสดทาหนาทในการลาเลยงเชอเพลงขนส Hopper ดานบนสด
∗ มความสงรวม 8.6 เมตร
∗ ไฟฟ k∗ ทางานรอกไฟฟาขนาด 500 kg.
∗ ควบคมตาแหนงดวย Limit switch
∗ ปรมาตรประมาณ 150 ลตร
17
Specification of componentSpecification of component
3. เตาผลตกาซชวมวล หรอ กาซเชอเพลงสงเคราะห
∗ ทาหนาทในการเปลยนเชอเพลงแขง (Solid fuel) ใหเปนกาซเชอเพลงสงเคราะห (Synthesis -gas)
∗ ชนดเตาเปนแบบ Downdraft double throat gasifier (Imbert type) + Hot gas pyrolysis system
∗ Max test capacity =1.2 MW
∗ Working capacity = 900 kW - 1.0 MW
∗ Turndown ratio = 13:1
∗ Operating pressure = -20 mbar – -50 mbar
∗ ควบคมอากาศดวย Pneumatic actuator powered valve
∗ วสด สวน Shell ทาจาก Stainless SUS-304 สวน Combustion Zone เปนปนทนไฟ C40A หลอ
∗ หวฉดทาจาก Stainless SUS-304 หมดวย Tungsten carbide + Fiber glass
18
19
Specification of componentp p
4.Cyclone separator
∗ ทาหนาทในการดกฝน เถาทปนมากบกาซทออกจากเตา
∗ ชนด High efficiency type∗ ชนด High efficiency type
∗ รองรบกาซทมอณหภมสง
∗ ดงเถาออกดวยนา ทาง Collecting hopper
20
Specification of componentSpecification of component
5 Waste heat recovery unit5.Waste heat recovery unit
∗ ทาหนาทในการแลกเปลยนความรอนจากกาซทรอนทออกจาก Cyclone separator กบ
ใ อากาศเพอสรางลมรอนในการอบเชอพลง
∗ ออกแบบตามมาตรฐาน Tema Class B (ASME VIII-1 2010)
∗ ขนาดภายนอก Ø 615 mm. x L 3,530 mm.
∗ จานวนทอแลกเปลยนความรอนทอ SUS 304 – 25A x Sch20s จานวน 101 ทอจานวนทอแลกเปลยนความรอนทอ SUS 304 25A x Sch20s จานวน 101 ทอ
∗ ใชอากาศในการแลกเปลยนความรอนทอตราการไหล 4,000 Nm3/hr.
21
Specification of component
6.Tower wet scrubber
Specification of component
∗ ทาหนาทในการดกฝน และ tar ทปนมากบกาซทออกจากเตา
∗ ใ ∗ ใชหวฉด FSPN-001 จานวน 2 ฉด
∗ ประสทธภาพการดกท 60 %
∗ ใชนาทอตราการไหล 250 l/min.
∗ นาความดน 0.2 MPa
22
Specification of component
7.Ventury wet scrubber
∗ ทาหนาทในการดกฝน และ tar ทปนมากบกาซทออกจากเตา
∗ ใชหวฉด FSPN-001 จานวน 1 ฉด
∗ ใชหลกการเรงความเรวของกาซขณะเกดการสมผสกบหยดนา
∗ ใ β ∗ ใชคา β = 0.44
∗ ประสทธภาพการดกท 95 % Up
∗ ใชนาทอตราการไหล 120 l/min.
∗ ความดน 0 2 MPa∗ ความดน 0.2 MPa
23
Specification of componentSpecification of component8. Gas dryer
∗ หนาทในการแลกเปลยนลดความชนของกาซทผานการทาความสะอาดดวย Wet scrubber
∗ ใช Coil นาเยนขนาด 180,000 Btu/hr.
∗ ออกแบบ ใหกาซขาออก T = 25 ˚C, Humidity = 40 % RH
∗ หมฉนวนกนความรอนหนา 25 mm.
∗ ทางานรวมกบ Air cooled water chiller ขนาด Capacity 15 ton
24
Specification of componentSpecification of component
9 Gas blower9. Gas blower
∗ หนาทในการดดอากาศเขาไปทาปฏกรยาในเตา และดงกาซผานอปกรณตางๆในระบบ
∗ ขนาดอตราการไหลสงสด 1,500 Nm3/hr.
∗ ควบคม Capacity ดวย Invertor
∗ เปนชนด Three lob blower
25
Specification of component
10. Gas compressor
ใ ∗ หนาทในการอดกาซทผานการทาความสะอาดลดอณหภมแลว เขาสถงเกบกาซเพอ
จายเขาสจดใชงาน
∗ เปนแบบลกสบ V 4 สบ จานวน 2 เครอง
∗ ขนาดอตราการไหลทางดดสงสด 530 Nm3/hr.
∗ ความดนทางสงใชงาน 0.5 Mpa (5 bar)
∗ ทางานตามการสงงานของ Pressure switch∗ ทางานตามการสงงานของ Pressure switch
26
2 S ifi i f 2.Specification of component
11. Pressurized producer gas storage tankp g g
∗ หนาทในการเกบกาซเพอจายเขาสจดใชงาน
∗ ป ป 2 5 3 4 ∗ เปนถงปรมาตร 2.5 m3 จานวน 4 ถง
∗Max. Test pressure = 1.0 MPa
∗Working pressure = 0.5 Mpa
∗ Pressure relief = 0.6 Mpap
∗ ตดตง Pressure switch และ ระบบ Auto drain
27
ระบบควบคม∗ สามารถควบคมได 2 แบบ คอ
∗ สงการทางานดวยมอ (Manual control)
∗ สงการทางานแบบอตโนมต (Automatic control) โดยสงงานผาน PLC ใหสงการทางานแบบอตโนมต (Automatic control) โดยสงงานผาน PLC ให
อปกรณในระบบทางานไดโดย ไมตองม Operator คอยสงการ
∗ ใ ∗ มระบบตรวจสอบคณภาพกาซกอนใช
28
ป ( )ระบบความปลอดภย (Safety)
∗ วาลวทกตวในระบบฯ เปนชนด NC (Normally close) เมอกรณเกดเหตขดของ
หรอกร แสไฟฟาดบ ร บบจ หยดแล ปดทางกาซแล อากาศทงหมดทนทหรอกระแสไฟฟาดบ ระบบจะหยดและปดทางกาซและอากาศทงหมดทนท
∗ เครองจกรทใชกระแสไฟฟาทกชน ใชมอเตอรทมระดบการปองกน IP 44 ขนไป
∗ ถงเกบกาซเชอเพลงสงเคราะหมการตดตง Pressure relief valve ในกรณทถง
เกด Over pressureเกด Over pressure
29
ไปใ การนาไปใชงาน
∗ เตาผลตกาซเชอเพลงสงเคราะหตดและสามารถผลตกาซจด
ไ ใ เชอเพลงสงเคราะหไดภายใน 10 นาทนบตงแตจดเตา
∗และสามารถจายกาซเขาสระบบอดกาซไดภายใน 15 นาท ∗และสามารถจายกาซเขาสระบบอดกาซไดภายใน 15 นาท
นบตงแตเรมจดเตา
∗สามารถทางานไดอยางตอเนองอยางนอย 24 ชวโมง
∗ ∗ม Turndown ratio สงถง 13:1
30
ผลการทางาน
วดโอแสดงการจดตดของกาซเชอเพลง 31
ใ Application: ผลการใชงานกาซชวมวลสาหรบอตสาหกรรมเซรามก 32
Burner Test in Laboratory
เพอหา Temp Profile ของ Producer gas เทยบกบ LPG
Gasifier Burner & test benchbench
Regulator & pressure gagepressure gage
CompreCompressor
Burner Test in Laboratory
Thermocouple
หา Temp Profile ของ LPGThermocouple
Regulator & pressure gage
Data loggerlogger
BurneLPG tank
Burner
Comparison of Temp Profile between LPG and Producer gas
ผลการทดสอบพบวา Profile ของอณหภมจากการใช
กาซชวมวลมลกษณะคลายกบการเผาดวย LPG ท
700
800
900
ส)
กาซชวมวลมลกษณะคลายกบการเผาดวย LPG ท
ความดน 0.5 bar ซงเปนความดนทใชในการเผาบสกต
500
600
700
งศาเซลเซยส LPG 0.5 bar
LPG 1 bar
200
300
400
อณหภม
(อง
LPG 1.5 bar
Producer gas 1 bar
0
100
00อ
Producer gas 1.5 bar
0 10 20 30 40 50
ระยะหางจากหวเผาในแนวแกน (cm)
เปรยบเทยบลกษณะเปลวไฟ ของ LPG กบ Producer gas
LPG 0 5 LPG 1 LPG 1 5 LPG 0.5 bar
LPG 1bar
LPG 1.5 bar
Producer gas 1 bar
Producer gas 1.5 bar
หวเผาทไดรบการพฒนา
Modified Ventury Burnery
หวเผาทไดรบการพฒนา
Modified Automatic burner
Installation in the actual process
ใ ไตดตงหวเผา Ventury ในเตาเผาบสกต ตดตงหวพนไฟอตโนมต เตาเผาอบพมพ
การใชงานกาซการใชงานกาซชวชวมวลมวลการใชงานกาซการใชงานกาซชวชวมวลมวล
ในการกระบวนการผลตเซราในการกระบวนการผลตเซรามกมกในการกระบวนการผลตเซราในการกระบวนการผลตเซรามกมก
ขนตอนการดาเนนงานขนตอนการดาเนนงาน
คดเลอกเชอเพลง ผลตกาซคณภาพ
เผาผลตภณฑ ตรวจสอบผลตภณฑ
การใชงานกาซการใชงานกาซชวชวมวลในเตาเผามวลในเตาเผาบสกตบสกต
นาผลตภณฑเขาเตาเผา เผาดวยกาซชวมวล
ควบคมอณหภม Visual check
Kiln temperature profile in biscuit firingKiln temperature profile in biscuit firingggกราฟอณหภมควบคมการเผาผลตภณฑ
การใชงานกาซการใชงานกาซชวชวมวลในเตาเผามวลในเตาเผาบสกตบสกต
เปรยบเทยบผลตภณฑทเผาดวยกาซชวมวลและ LPGเปรยบเทยบผลตภณฑทเผาดวยกาซชวมวลและ LPG
กาซชวมวล LPG
การทดสอบพบวา สของผลตภณฑใกลเคยงกน
และความหนาของชนเคลอบอยในเกณฑมาตรฐานและความหนาของชนเคลอบอยในเกณฑมาตรฐาน
การใชงานกาซการใชงานกาซชวชวมวลในเตาเผาอบพมพมวลในเตาเผาอบพมพ
ตาแหนงตดตงหวพนไฟ ลกษณะการทางาน
• เรมทางานเมออณหภมตากวา 65 °C และตดการทางานเมออณหภมเกนกวา 68 °C• จากการทดสอบมากกวา 100 รอบ พบวาหวเผาสามารถจดตดตามเงอนไขทกครง จากการทดสอบมากกวา 100 รอบ พบวาหวเผาสามารถจดตดตามเงอนไขทกครง
• หวเผาอตโนมต สามารถตดการจายกาซเมอจดเปลวไฟไมตดภายใน 3 วนาท
Recommendation & further improvement
∗ Future challenge => single fire (1200°C) ∗ Tar contamination∗ Tar contamination∗ High efficiency Tar reduction system∗ Optimum operating condition (High Temp & high Load)∗ Optimum operating condition (High Temp & high Load)
∗ High efficiency PG gas burners∗ Need good load management to maximize plant efficiency∗ Need good load management to maximize plant efficiency∗ Require regular maintenances∗ Feed stock (biomass) quality control is important∗ Feed stock (biomass) quality control is important.
Thank you for your kind attentions
∗ F i f C t t A P f D K l h t Pi th∗ For more info. Contact Assoc.Prof.Dr. Kulachate Pianthong
∗ Mechanical Engineering, Ubon Ratchathani University
∗ il K i h il47
∗ Email: [email protected]
∗ Tel: 081 876 2506 หรอ 045 353 309