พลงงานชวมวล

กลมพลงงานชวมวล

ส านกวจย คนควาพลงงาน

กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน

1

พลงงานชวมวล ชวมวล หมายถง สงทไดจากสงมชวตหรอสารอนทรยทสามารถเปลยนเปนพลงงานได โดยรวมถง

วสดเหลอทงทางการเกษตรตางๆ เชน ฟางขาว แกลบ กากออย ทะลายปาลม เศษไม มลสตว ของเสยจากโรงงานอตสาหกรรมแปรรปผลตผลทางการเกษตร และของเสยจากชมชน ในทนจะกลาวเฉพาะวสดเหลอทงทางการเกษตรเทานน

กากใยปาลม

ไมฟน

ซงขาวโพด

เหงามนส าปะหลง

กะลามะพราว

แกลบ

รปท 1 ชวมวลในประเทศไทย

ศกยภาพชวมวล จากการวเคราะหขอมลผลผลต และการใชชวมวล พบวา ชวมวลบางประเภททมการใชอยางกวางขวาง และมปรมาณคงเหลอไมมาก หรอบางชนดขาดแคลน อาทเชน แกลบ กากออย ซงชวมวลเหลานเปนประเภททเกดขนทโรงงานอตสาหกรรม ผประกอบการไดหาแนวทางในการใชก าจดและลดตนทนในการผลตของตน ดวยการใชแทนเชอเพลงเชงพาณชย จนปจจบนเชอเพลงเหลานมการซอ – ขาย และมกลไกดานการตลาดจนครบวงจรแลวหรออาจกลาวไดวาเปนชวมวลประเภททเปน เชอเพลงชวมวลเชงพาณชย สวนชวมวลอกหลายประเภทพบวามปรมาณคงเหลออยเปนจ านวนมาก เนองจากมการใชอยในวงจ ากด หรอบางประเภทยงไมไดมการน าไปใชอยางเปนรปธรรม อาทเชน ยอดและใบออย ฟางขาว เหงามนส าปะหลง ทะลายปาลมเปลา ทางใบและกานปาลม เปนตน

2 ชวมวลจากขาว 1. แกลบ

จากขอมลผลผลตทางการเกษตรของส านกงานเศรษฐกจการเกษตร ในปเพาะปลก 2549 – 2550 มปรมาณการผลตขาวทงประเทศเทากบ 28.61 ลานตน และคดเปนปรมาณแกลบเทากบ 3.95 ลานตน โดยมการน าแกลบเหลานมาใชงาน คดเปนปรมาณรวม 0.86 ลานตน หากน าปรมาณแกลบคงเหลอดงกลาวมาหกดวยปรมาณการสญเสยของแกลบ ทเกดจากการขดส และการฟงกระจายทงในระหวางกระบวนการตางๆ และการขนสง ดงนนปรมาณแกลบคงเหลอทสามารถน ามาใชงานไดจะมคาสทธเทากบ 3.09 ลานตน และคดเปนคาพลงงานความรอนเทยบเทา 843 Ktoe มประสทธภาพในการผลตไฟฟาเทากบ 320 MW 2. ฟางขาว

จากขอมลผลผลตทางการเกษตรของกรมสงเสรมการเกษตรปเพาะปลก 2549 – 2550สามารถประเมนปรมาณฟางขาว เทากบ 34.04 ลานตน เมอน ามาคดปรมาณทเกบรวบรวมได (ฟางขาวมประสทธภาพในการเกบรวบรวม 10%) ปรมาณฟางขาวคงเหลอทสามารถน ามาใชงานไดจะมคาสทธเทากบ 3.40 ลานตน และคดเปนคาพลงงานความรอนเทากบ 926.10 Ktoe คดเปนประสทธภาพในการผลตไฟฟาเทากบ 352 MW

ชวมวลจากขาวโพด

ซงขาวโพด

จากขอมลผลผลตทางการเกษตรของกรมสงเสรมการเกษตร ในปเพาะปลก 2549 – 2550 มปรมาณการผลตขาวโพดทงประเทศเทากบ 4.40 ลานตน และคดเปนปรมาณซงขาวโพดเทากบ 0.84 ลานตน โดยมการน าชวมวลเหลานมาใชในภาคตางๆ คดเปนปรมาณรวม 74,000 ตน ท าใหปรมาณชวมวลคงเหลอมคาเทากบ 0.43 ลานตน คดเปนคาพลงงานความรอนเทากบ 124.6 Ktoe คดเปนประสทธภาพในการผลตไฟฟาเทากบ 47.31 MW

ชวมวลจากออย

1. ยอดและใบออย

จากขอมลผลผลตทางการเกษตรของกรมสงเสรมการเกษตรป 2549 – 2550 มปรมาณการผลตออยทงประเทศเทากบ 70 ลานตน คดเปนชวมวลประเภท ยอดและใบออย เทากบ 16.8 ลานตน เมอน ามาคดประสทธภาพในการเกบรวบรวม (40 %) จะมชวมวลคงเหลอสทธ 6.72 ลานตน คดเปนคาพลงงานความรอนเทากบ 1,935.7 Ktoe คดเปนประสทธภาพในการผลตไฟฟาเทากบ 735 MW

3

2. กากออย

จากขอมลผลผลตทางการเกษตรของกรมสงเสรมการเกษตรป 2549 – 2550 สามารถประเมนปรมาณของกากออย เทากบ 21 ลานตน ชวมวลประเภทนมการน าไปใชอยางกวางขวางในภาคอตสาหกรรม โดยปจจบนไดถกแปรไปเปนเชอเพลงเพอผลตพลงงานความรอนในโรงงานผลตน าตาล และบางโรงงานน าไปใชเปนเชอเพลงในการผลตไฟฟา จงท าใหชวมวลประเภทนหมดไปกบการใชในโรงงานเปนหลก แมแตมความตองการใชเปนวตถดบในอตสาหกรรมอนๆแตกไมมวตถดบมาปอน รวมทงโรงงานผลตน าตาลหรอโรงผลตไฟฟาจากกากออยหลายโรงไดเรมเสาะหาเชอเพลงประเภทอนๆมาใชรวมกบกากออยเนองจากภาวะขาดแคลนของกากออย

ชวมวลจากมนส าปะหลง

1. ล าตนมนส าปะหลง

จากขอมลผลผลตทางการเกษตรของกรมสงเสรมการเกษตรป 2549 – 2550 มปรมาณการผลตมนส าปะหลงทงประเทศเทากบ 17.6 ลานตน และคดเปนปรมาณล าตนมนส าปะหลง 2.11 ลานตน เมอน าปรมาณชวมวลคงเหลอดงกลาวมาคดประสทธภาพในการเกบรวบรวม (40%) จะมปรมาณชวมวลสทธเทากบ 0.84 ลานตน และคดเปนคาพลงงานความรอนเทยบเทา 198 Ktoe และคดเปนประสทธภาพในการผลตไฟฟาเทากบ 75 MW

2. เหงามนส าปะหลง

จากขอมลผลผลตเหงามนส าปะหลง สามารถประเมนปรมาณเหงามนไดเทากบ 1.76 ลานตน เมอน าปรมาณชวมวลคงเหลอดงกลาวมาคดประสทธภาพในการเกบรวบรวม (40%) จะมปรมาณชวมวลสทธเทากบ 0.7 ลานตน และคดเปนคาพลงงานความรอนเทยบเทา 131 Ktoe และคดเปนประสทธภาพในการผลตไฟฟาเทากบ 50 MW

ในปจจบนแทบไมมการน าเอาเหงามนส าปะหลงมาใชผลตพลงงาน เนองจากการเกบรวบรวมมความยากล าบาก และตนทนการขนสงสง

ชวมวลจากปาลมน ามน 1. ทางใบและกานปาลม

จากขอมลผลผลตของกรมสงเสรมการเกษตรในปเพาะปลก 2549 – 2550 มปรมาณการผลตปาลมน ามนทงประเทศเทากบ 8.75 ลานตน และคดเปนปรมาณทางใบ และกานเทากบ 2.36 ลานตน เมอคดประสทธภาพในการเกบรวบรวม (65%) และการน าไปใชประโยชน จะมปรมาณชวมวลคงเหลอสทธ 1.54 ลานตน คดเปนคาพลงงานความรอนเทยบเทา 481 Ktoe และคดเปนประสทธภาพในการผลตไฟฟาเทากบ 183 MW

4 2. กากใยปาลม

จากขอมลผลผลตปาลมน ามน มปรมาณของกากใยปาลมทได เทากบ 1.31 ลานตน โดยชวมวลประเภทนจะถกใชเปนเชอเพลงในโรงงานอตสาหกรรมสกดน ามนปาลม เมอหกปรมาณทถกใชงานออกจะมชวมวลคงเหลอสทธ 0.23 ลานตน คดเปนคาพลงงานความรอน 81.3 Ktoe และคดเปนประสทธภาพในการผลตไฟฟาเทากบ 31 MW

3. กะลาปาลม

จากขอมลผลผลตปาลมน ามน สามารถประเมนปรมาณกะลาปาลมไดเทากบ 0.53 ลานตน โดยมการใชชวมวลประเภทนในภาคอตสาหกรรมเพอเปนเชอเพลง คดเปนปรมาณรวม 18,000 ตน และใชในประเภทอนๆ 147,000 ตน ดงนนจะมชวมวลคงเหลอสทธ 0.31 ลานตน คดเปนคาพลงงานความรอน 114 Ktoe และและคดเปนประสทธภาพในการผลตไฟฟาเทากบ 43 MW 4. ทะลายปาลม

จากขอมลผลผลตปาลมน ามน สามารถประเมนปรมาณของทะลายปาลมไดเทากบ 2.01 ลานตน โดยมการน าชวมวลประเภทนถกน ามาใชในการผลตไฟฟา คดเปนปรมาณรวม 80,000 ตน และใชในประเภทอนๆ เชน ท าปยและเพาะเหด คดเปนปรมาณ 160,000 ตน ดงนนจะมชวมวลคงเหลอสทธ 1.13 ลานตน คดเปนคาพลงงานความรอน 385 Ktoe และและคดเปนประสทธภาพในการผลตไฟฟาเทากบ 146 MW

ชวมวลจากไมยางพารา

ข เลอยและเศษไมยางพารา

จากรายงานของสถาบนวจยยางพารา ท าใหทราบวาในแตละปจะตนยางพาราทมอายเกน 25 ป ซงครบรอบทจะตองท าการตดฟน คดเปนพนทยางพาราทถกตดฟน 500,000 ไรตอป จะไดปรมาณของไมยางพารา 200 ลานตน ซงไมยางพาราทถกตดจะน าไปเขากระบวนการแปรรปไมเพผลตเฟอรนเจอร ดงนนจะมชวมวลทไดภายหลงกระบวนการผลต คดเปนเศษไม 3.6 ลานตน และขเลอย 8 ลานตน เมอหกปรมาณทถกน าไปใชประโยชน จะมเศษไมคงเหลอ 3.55 ลานตน คดเปนพลงงานความรอน 1,862 ktoe และพลงงานไฟฟา 707 MW ในสวนของขเลอยจะมปรมาณคงเหลอ 1,037 ktoe และพลงงานไฟฟา 394 MW

ชวมวลทไดจากไมยคาลปตส

ไมยคาลปตสจะถกน าไปใชในอตสาหกรรมกระดาษเปนสวนใหญ โดยผลผลตของไมยคาลปตสทงประเทศ มปรมาณรวม 6.8 ลานตนตอป มชวมวลเกดขน คอ ไมฟนและเปลอกไม โดยไมฟนจะถกน าไปใชในการผลตไฟฟา ส าหรบเปลอกไมจะน าไปใชเปนเชอเพลงในการใหความรอน แตยงมปรมาณการใชงานนอย เมอประเมนจ านวนของชวมวลคงเหลอ พบวาจะมไมฟนคงเหลอเทากบ 0.57 ลานตน คด

5 เปนพลงงานความรอน 167 ktoe และพลงงานไฟฟา 63.5 MW ส าหรบเปลอกไมยคาลปตสมปรมาณคงเหลอ 0.61 ลานตน คดเปนพลงงานความรอน 186 ktoe และพลงงานไฟฟา 70.5 MW

ชวมวลทไดจากไมขององคการอตสาหกรรมปาไม (อ.อ.ป.) อ .อ.ป. มพนททอยในความดแลรบผดชอบ จ านวน 1,200,000 ไร ทวประเทศ ซงในแตละปจะมเศษไมซงไดจากการตดสาง และกงไมทรวงหลน คดเปนปรมาณ 0.6 ลานตน เมอน ามาคดประสทธภาพในการเกบรวบรวม (10%) จะไดชวมวลรวม 60,600 ตน คดเปนคาพลงงานความรอน 17.9 ktoe และพลงงานไฟฟา 6.8 MW

เทคโนโลยการผลตพลงงานจากชวมวล เทคโนโลยการผลตพลงงานจากชวมวล ( Biomass Energy Technology) เปนเทคโนโลยทใชชวมวลเพอผลตพลงงานในรปของพลงงานความรอน พลงงานไฟฟา หรอ น ามนเชอเพลง ซงในปจจบนเทคโนโลยทใชกนโดยทวไป ไดแก การเผาไหมตรง ( Direct Combustion) การผลตกาชชวมวล (Gasification) และเทคโนโลยทอยระหวางการวจยและพฒนา ไดแก การผลตน ามนจากชวมวล ( Bio-Oil) การผลตพลงงานจากชวมวลดวยระบบ Integrated Gasification Combine Cycle (BIGCC) และการสกดไฮโดรเจนจากชวมวล การเผาไหมตรง (Direct Combustion)

การเผาไหมตรงเปนปฏกรยาเคมการรวมตวกนระหวางเชอเพลงกบออกซเจนอยางรวดเรว ท าใหเกดการลกไหมและการคายความรอนออกมา โดยใชกาซออกซเจนรอยละ 23 และกาซไนโตรเจนรอยละ 77 โดยน าหนก ซงแบงออกเปน 4 ขนตอน คอ ขนตอนทกาซออกซเจนสมผสกบพนผวเชอเพลง การเกดปฏกรยาเผาไหมไดกาซคารบอนมอนอกไซด ( CO) การปลอยกาซคารบอนมอนอกไซดออกมาทพนผว และการเกดปฏกรยาระหวางคารบอนมอนอกไซดกบออกซเจนเกดเปนคารบอนไดออกไซด ( CO2) และเทคโนโลยทใชส าหรบปอนเชอเพลงเขาสระบบการเผาไหม แบงไดดงน

1. ระบบใชแรงงานคนปอนเช อเพลง ระบบนอาศยคนงานทมความช านาญในการกระจายเชอเพลงใหทวสม าเสมอบนตะกรนเตาไฟ ทท าจากเหลกหลอเปนตอน ๆ อากาศทใชส าหรบเผาไหมจะถกสงจากใตเตาเหนอตะกรบเตาไฟ ประสทธภาพการเผาไหมของระบบนคอนขางต า

2. ระบบสโตกเกอร (Stoker) เปนระบบแรกทมการปอนเชอเพลงเขาสเตาโดยอาศยเครองกลแทนแรงงานคน ขอดของระบบนคอ มราคาถก และสามารถออกแบบใหใชไดกบเชอเพลงแขงหลายชนดแตระบบสโตกเกอรมขดความสามารถในการผลตไอน ารอนในระดบต า ระบบสโตกเกอรสามารถแบงตามลกษณะการปอนเชอเพลงไดเปน 2 ชนด คอ ระบบสโตกเกอรทเชอเพลงถกปอนเขาสเตาทางดานบน (Overfeed Stoker) และระบบสโตกเกอรทเชอเพลงถกปอนเขาสเตาทางดานลาง (Underfeed Stoker)

6

ระบบสโตกเกอรทเช อเพลงถกปอนเขาสเตาทางดานบน เชอเพลงจะถกปอนเขาสเตาทางดานบน หรอสงกวาต าแหนงทางเขาของอากาศสวนแรกทถกสงไปชวยในการเผาไหม โดยปอนเชอเพลงใหอยบนตะแกรง จากนนอากาศสวนแรกถกปอนเขาทางดานลางของตะแกรงผานขนมาเผาไหมเชอเพลงบนตะแกรง อากาศอกสวนหนงจะถกปอนเขาทางสวนบนของตะแกรงเพอชวยใหการเผาไหมสมบรณ ขอเสยของการเผาไหมระบบน คอการควบคมปรมาณของอากาศทปอนเขาใตตะแกรงนนท าไดยาก เพราะจะขนอยกบความสงและความหนาแนนของเชอเพลงทกองอยบนตะแกรง และนอกจากนตองเสยคาใชจายในการกอสรางคอนขางสง เพราะตองปองกนการสญเสยความรอนออกจากผนงเตาเพอท าใหการเผาไหมเกดขนไดอยางคงท เตาทใชกบการปอนเชอเพลงเขาสเตาทางดานบนทนยมใชในอตสาหกรรมทวไปมอยดวยกน คอ แบบท 1 ระบบสโตกเกอรแบบตะกรบเลอน (Traveling Grate Stoker) เชอเพลงจะถกปอนออกจากถงเกบ (Hopper) โดยสายพานตนตะขาบ ซงจะเคลอนทพาเชอเพลงผานเขาไปในเตาเพอเผาไหม การลกไหมจะลกคบจากดานบนของชนเชอเพลงลงสดานลาง ในขณะทเชอเพลงถกพาใหเคลอนทไปยงอกดานหนงของเตา เมอสายพานเลอนไปจนสดทางอกดานหนงเชอเพลงจะถกเผาไหมหมดพอด เถาทเหลออยจะตกลงสทรองรบทางดานลาง ดงรปท ก.2 ขอดของสโตกเกอรแบบตะกรบเลอน คอ ระบบการท างานไมยงยาก เพราะมอปกรณนอยและสามารถเผาไหมเชอเพลงไดหมด เนองจากสามารถควบคมความเรวของสายพานได และปรมาณควนและเขมาทปลอยออกมามนอย

รปท ก.2 ลกษณะเตาเผาเชอเพลงระบบสโตกเกอรแบบตะกรบเลอน

แบบท 2 ระบบสโตกเกอรแบบกระจาย (Spaeder Fired Stoker) เชอเพลงถกสงเขาเตาในลกษณะกระจายไปทวหองเผาไหมดวยเครองปอนซงมลกษณะคลายใบพดเปนตวหมนวกเอาเชอเพลงเขาสเตา เชอเพลงทมขนาดเลกหรอเปนผงจะเกดการเผาไหมขนอยางรวดเรวในขณะลอยตวอยภายในเตา สวนเชอเพลงทมขนาดใหญกจะตกลงมาบนตะแกรง และเกดการเผาไหมบนตะแกรง ตะแกรงอาจมการสนเปนจงหวะเพอใหเถารวงลงสดานลางดงรปท ก.3 (ตะแกรงนอาจแทนไดดวยสายพานตนตะขาบ) ระบบการเผาไหมแบบนจ าเปนตองใชอากาศเหนอไฟทดานหลงและ

7 ดานขางเตา เพอเพมปรมาณออกซเจนใหพอเพยงตอการเผาไหมอยางสมบรณ บางครงจ าเปนตองตดตงหวพนอากาศใกลเครองกระจายเชอเพลงเพอชวยเปาเชอเพลงละเอยดใหกระจายออกไป ขอไดเปรยบของการเผาไหมระบบน คอ การทเชอเพลงกองอยบาง ๆ บนตะแกรงท าใหความดนอากาศไหลผานเชอเพลงมคานอยกวาสโตกเกอรแบบตะกรบเลอน ดงนนการควบคมอากาศทปอนใตตะแกรงสามารถท าไดงายกวา ขอเสยของระบบสโตกเกอรแบบกระจาย คอ มปรมาณเขมาและควนออกจากปลองมากจงตองมอปกรณส าหรบดกขเถาทออกจากปลองสบรรยากาศภายนอก

รปท ก.3 ลกษณะเตาเผาเชอเพลงระบบสโตกเกอรแบบกระจาย

ระบบสโตกเกอรทเช อเพลงถกปอนเขาสเตาทางดานลางระบบสโตกเกอรทเช อเพลงถกปอนเขาสเตาทางดานลาง เชอเพลงจะถกปอนเขาสเตาทางดานลาง สงผลใหเชอเพลงไปตามรางใหเคลอนตวลกเขาไปในเตาตลอดเวลา ท าใหเกดความดนขนในเชอเพลงสวนลาง สงผลใหเชอเพลงสวนบนขยบขนดานบนได วธนจะท าใหสารระเหยทมอยในเชอเพลงระเหยขนสสวนบนจงท าใหตดไฟไดงายขนและเกดการเผาไหมขนไดอยางสมบรณ เชอเพลงทลกไหมหมดแลวเปนเถาซงอยสวนบนสดจะถกเชอเพลงตอนลางดนกระจายลงสทรองรบเถา ดงรปท ก.4 การควบคมการเผาไหมของระบบนสามารถท าไดโดยการเปลยนแปลงระยะชกหรออตราเรวของตวดนเชอเพลง สวนปรมาณอากาศทสงเขาเตากสามารถปรบใหพอเหมาะกนไดทชองอากาศเขาเตา อากาศทสงเขาเตาเพอชวยการเผาไหมเชอเพลงนจะผานเขาไปในเตาไดทางชองหรอพวยรบลม (Tuyeres) ขอดของระบบสโตกเกอรทเชอเพลงถกปอนเขาสเตาทางดานลาง คอ การปอนเชอเพลงทางดานลางจะชวยลดควนได เพราะสารระเหยทปลอยออกจากเชอเพลงจะไหลผานชนเชอเพลงทรอนท าใหเผาไหมหมด

8

รปท ก.4 ลกษณะเตาเผาเชอเพลงระบบสโตกเกอรทเชอเพลงถกปอนเขาสเตาทางดานลาง

ระบบพลเวอรไรซ (ระบบพลเวอรไรซ (PPuullvveerriisseedd))

การเผาไหมของเชอเพลงในเตาระบบพลเวอรไรซจะเกดขนในลกษณะทเชอเพลงแขวนลอยอย ดงนนเชอเพลงทใชในเตาเผาแบบนจะตองมขนาดเลกเพยงพอทจะแขวนลอยอยในอากาศภายในเตา อากาศสวนแรกจะถกอนกอนสงเขาเตา เพอใชในการอบแหงเชอเพลงในขณะทอากาศสวนทสองถกสงเขาเตาโดยตรง เพอชวยใหการเผาไหมเกดขนอยางสมบรณ ขเถาทไดจากการเผาไหมจะถกพดพาออกจากเตาเผาตดมากบแกสรอนทไดจากการเผาไหม ขอไดเปรยบของการเผาระบบน คอ ไมจ าเปนตองมระบบตะแกรงทจะตองใหความรอนในการเผาไหมสง เพราะระบบสโตกเกอรทกลาวมาแลวนน เชอเพลงจะเผาไหมไดจะตองไดรบความรอนทสงเพยงพอจากเชอเพลงเกาบนตะแกรง จากเหตดงกลาวขางตนจงตองใหเตาเผาระบบสโตกเกอรมขนาดเลกเพยงพอทจะท าใหความรอนภายในเตาเผามคาสงพอแกเชอเพลงทจะเผาไหมตอไป ดงนนเตาเผาระบบพลเวอรไรซนจงใหความรอนในการเผาไหมไดสงกวา ขอเสยของระบบพลเวอรไรซน คอ การควบคมเถาท าไดยาก ดงนนจงตองมระบบก าจดเถาทดซงตองเสยคาใชจายสง เชอเพลงทใชจะตองมขนาดเลกเพยงพอ ท าใหตองเสยคาใชจายในการบดเชอเพลงใหมขนาดเลกลง นอกจากนการควบคมอณหภมภายในเตาเผาท าไดยาก เพราะถาอณหภมของการเผาไหมสงเกนไปจะท าใหเกดการหลอมตวของเถาเกาะกนเปนกอนใหญ ซงจะท าใหเตาเผาเสยหายได เชอเพลงทใชจะตองแหงเพยงพอจงตองมการอบแหง ซงทงหมดนเปนการเพมราคาตนทนและพลงงานทใช

รปท ก.5 ลกษณะเตาเผาเชอเพลงระบบพลเวอรไรซ

9

ระบบไซโคลนระบบไซโคลน ((CCyycclloonnee)) เตาเผาระบบไซโคลน เชอเพลงถกปอนเขาเตาเผาโดยอาศยแรงโนมถวงเชนเดยวกบระบบพลเวอรไรซ แตไมจ าเปนตองบดเชอเพลงใหมขนาดเลก ท าใหสามารถลดคาใชจายในการบดเชอเพลงลงได การเผาไหมในระบบไซโคลนจะใชหวเผาแบบ Horizontal water-cooled ขนาดเลก ท าใหเตาเผาระบบไซโคลนมขนาดเลกกวาเตาเผาระบบพลเวอรไรซเมอคดตอหนวยปรมาตร อากาศจะเขาสเตาเผาในแนวสมผสกบผนงของหองเผาไหม ซงจะท าใหเชอเพลงเกดการเคลอนทแบบปนปวน (Turbulence) ในหองเผาไหม ท าใหการเผาไหมดยงขน อณหภมของการเผาไหมภายในเตาระบบไซโคลนสงถง 1,650 C ซงจะท าใหขเถาถกเผาไหมกลายเปนขโลหะเหลว (Liquid Slag) ไดประมาณ 30 -50 % และเหลอขเถาทปนออกมากบแกสรอนเพยง 70-50% ขโลหะเหลวทเกดขนภายในเตาเผาระบบไซโคลนนสามารถปลอยออกทางดานลางของเตาเผาได

รปท ก.6 ลกษณะเตาเผาเชอเพลงระบบไซโคลน

ระบบฟลอดไดซเบดระบบฟลอดไดซเบด ((FFlluuiiddiizzeedd BBeedd)) อากาศจะไหลผานชนของเชอเพลง และเมอเพมคาความเรวของอากาศถงคาหนงเชอเพลงทวางอยจะลอยตวขนมลกษณะคลายของไหล ในตอนเรมตดเตานนเบดจะไดรบความรอนจากภายนอกจนอณหภมถงจดตดไฟของเชอเพลง หลงจากนนเชอเพลงจะถกปอนเขาไปอยางสม าเสมอ การเผาไหมจะเกดขนทว ๆ บรเวณเตา โดยปกตจะใสสารเฉอย (Inert Material) เชน ทราย หรอ สารทท าปฏกรยา (Reaction Material) เชน หนปน (Limestone) หรอตวเรงปฏกรยา (Catalyst) ซงจะชวยในดานการถายเทความรอนและชวยท าความสะอาดภายในเตาระบบฟลอดไดซเบดนแสดงดงรปท ก.7 ระบบฟลอดไดซเบดนไดรบความสนใจมากในปจจบน เนองจากสามารถใชกบเชอเพลงแขงไดทกชนด เพราะอณหภมภายในเตาจะมคาใกลเคยงตลอดทวเตาเผา ท าใหอตราการเผาไหมของเชอเพลงสม าเสมอ สามารถเผาเชอเพลงทมปรมาณความชนสงไดด นอกจากนยงท าใหอณหภมของเปลวไฟคงท

10

รปท ก.7 ลกษณะเตาเผาเชอเพลงระบบฟลอดไดซเบด

ขอดของระบบฟลอดไดซเบด คอมสารเฉอย เชน ทราย เปนเบด จงท าใหเกดการผสมของเชอเพลงกบออกซเจนไดด เกดการเผาไหมไดอยางสมบรณและรวดเรว นอกจากนตวเบดยงชวยอมความรอนท าใหเตามความเสถยร ไมดบงาย และเกดการเผาไหมในตวเตาเผาไดอยางทวถง จงท าใหอณหภมภายในเตาเผามคาเทากนและสม าเสมอ สามารถใชเผาไหมเชอเพลงในชวงอณหภมการเผาไหมทต า (ประมาณ 850 C) จงชวยแกปญหาดานมลพษของอากาศเนองจากการเกดสารประกอบไนโตรเจนออกไซด (NOx) ได เปนระบบเกยวกบลมเกอบทงหมด (Pneumatic System) ไมคอยมระบบเครองกล (Mechanical System) ท าใหการควบคมระบบท าไดงาย เชอเพลงทเผาไหมในเตาระบบฟลอดไดซเบด ใชเวลาในการท าปฏกรยาการเผาไหมหมดสมบรณไมเกน 5 วนาท ซงนอยกวาเวลาทเชอเพลงใชอยในเตาเผา จงท าใหการเผาไหมสมบรณ ชนดของเตา ซงเปนองคประกอบส าคญของระบบผลตไฟฟาขนอยกบชนดของชวมวลทใชเปนเชอเพลงส าหรบชวมวลทมขนาดเปนชนคอนขางใหญ เตาเผาระบบสโตกเกอรมความเหมาะสมมาก ในขณะทชวมวลทเปนชนเลกหรอเปนเมลด เชน ขเลอย แกลบ มความเหมาะสมกบเตาเผาระบบฟลอดไดซเบดหรอไซโคลน เตาเผาระบบ สโตกเกอรนนสามารถใชกบเชอเพลงไดหลายชนด /ขนาด แตตอบสนองตอการเปลยนแปลงภาระต า เตาเผาระบบไซโคลนตอบสนองตอการเปลยนแปลงภาระสงกวาเตาเผาระบบสโตกเกอร แตตองการเชอเพลงทมความแหงมากเตาเผาระบบ ฟลอดไดซเปนระบบคอนขางใหมมความยดหยนตอการเปลยนแปลงคณภาพของเชอเพลง และตอบสนองตอการเปลยนแปลงภาระไดเรว

11 หมอไอน า (Boiler)

หมอไอน าเปนอปกรณทใชในการผลตไอน า ส าหรบใหความรอนในกระบวนการผลตในโรงงานอตสาหกรรม หรอเพอใชขบกงหนไอน า (Steam Turbine) หรอเครองจกรไอน า (Steam Engine) เพอผลตพลงงานไฟฟาหรอพลงงานกล หนาทหลกของหมอไอน าคอการผลตไอน าทมความดน อณหภม และอตราการไหลทก าหนดไว

ชนดของหมอไอน า ชนดของหมอไอน า สามารถจ าแนกชนดของหมอไอน าออกเปนหลายประเภทตามลกษณะโครงสรางการท างานและ

วตถประสงคการใชงาน ในการจ าแนกประเภทของหมอไอน าจะพจารณาจากโครงสรางการท างาน ดงน 1. หมอไอน าทอไฟ (Fire Tube Boiler) เปนหมอไอน าทมความสามารถในการผลตไอน าไดไมมาก เนองจากผลตไอน าไดทความดนและ

อตราการไหลจ ากด เนองจากมลกษณะโครงสรางทเปนถง (shell) ทรงกระบอกใหญในแนวนอนหรอแนวตง โดยมหองเผาไหมเปนรปทรงกระบอกอยภายในตวถง สวนผนงของทอจะท าเปนรองเพอรองรบการขยายตวขณะรอน และเพอเพมความแขงแรงของโครงสรางเมอรบความดนสง หองเผาไหมจะอยดานหนาของหมอไอน า ซงสามารถใชไดทงเชอเพลงแขง เชอเพลงเหลว และกาซความรอนทไดจากการเผาไหมเชอเพลงจะถายเทความรอนใหกบน ารอบตว โดยกลไกการถายเทสวนใหญจะเปนแบบการแผรงส หลงจากนนไอเสยรอยจะเคลอนทยอนกลบในทอหลายๆ ทอทวางเรยงตวขนานกบหมอไอน า ซงจะชวยเพมอตราการถายเทความรอนใหกบหมอไอน า (เนองจากปรมาณพนผวถายเทความรอนมคามากขน) การมไฟหรอไอเสยรอนเดนในทอ จงเรยกหมอไอน าชนดวาทอไฟ หลงจากทไอเสยรอนเคลอนทมาถงดานหนาของหมอ ถาปลอยออกทต าแหนงน โดยปกตหมอไอน าชนดนจะเรยกวา ทอไฟแบบ 2 กลบ (2 passes) แตสามารถออกแบบใหไอเสยเคลอนทยอนกลบไดอกครงหนงกอนออกสปลอง กจะเรยกวาเปนทอไฟ 3 กลบ โดยทวไปมกใชมาเกน 4 กลบ เนองจากเพมความยงยากในการออกแบบต าแหนงของกลมทอไฟในแตละกลบ (pass) อาจก าหนดใหอยขางใต หรอเหนอชองเตากได วตถประสงคของการเพมจ านวนกลบเพอเพมเนอทผวถายเทความรอน ซงจะท าใหการถายเทความรอนออกจากต าแหนงไอเสยจากน าใหไดมากทสดกอนไหลออกปลอง

เนองจากขอจ ากดในเรองของรปรางโครงสรางท าใหหมอไอน าชนดนมความสามารถในการผลตไอน าไดไมเกน 25 บาร ทอตราการไหลไมเกน 29 ตน/ชวโมง สวนใหญจะใชในการผลตไอน าอมตวเพอใชในกระบวนการผลตและใชสอยอยางอน

12

รปท ก.8 หมอไอน าชนดทอไฟ 2. หมอไอน าทอน า (Water Tube Boiler)

ในระบบหมอไอน าชนดน น าจะไหลเวยนอยในทอ ในขณะทไอเสยจากการเผาไหมจะไหลผานทอตางๆ เหลาน ท าใหไดการถายเทความรอนจากไอเสยมาใหน าในทอ ซงมการไหลเวยนโดยอาศยความแตกตางในคาความหนาแนนของน าทต าแหนงแตกตางกน น าในทอสวนทรบความรอนกจะลอยตวสงขนและน าทเยนกวากจะไหลมาแทนท ท าใหเกดการไหลเวยนตามธรรมชาต ในกรณทตองการไอน าทมความดนสง อตราการไหลสง ลกษณะการเวยนตามธรรมชาตนอาจไมเพยงพอ จงจะเปนตองใชปมชวย ไอน าทเกดขนจะถกเกบสะสมไวในถงไอน าดานบนส าหรบน าออกไปใชงาน ระบบทอน าทใชอาจออกแบบใหมรปรางหลายลกษณะ เชน ออกแบบใหมรปรางตามอกษร A D และ O เปนตน หรอออกแบบใหระบบทอบางสวนใหเปนสวนหนงของผนงหมอไอน า จะไดชวยหลอเยนผนงท าใหสามารถรบอณหภมไดสงขนเปนการชวยเพมประสทธภาพของระบบอยางหนงหมอไอน าทใชระบบผลตก าลงมกจะเปนแบบทอน าผลตไอดง โดยทน าจะอยภายในทอและไอเสยรอนไหลผานดานนอกของทอ จากลกษณะโครงสรางทแสดงดงรป ท าใหสามารถผลตไดไอน าปรมาณมากๆ ทความดนสงอาจมคาถง 1,800 ตน/ชวโมง ทความดนสงกวาคาความดนวกฤตของน า (>221 บาร) ดงรปท ก.9

รปท ก.9 หมอไอน าชนดทอน า นอกจากนหมอไอน ายงมทอไอน าแบบอนๆ อก 2 แบบ ซงเปนหมอไอน าเฉพาะอยางและมใชอยในวงแคบ ไดแก

13 3. หมอไอน าแบบไหลผานคร งเดยวตลอด (Once-Through Boiler) หมอไอน าชนดนไมมถงไอน า (Steam Drum) ส าหรบบรรจน าและไอน าขณะกลายเปนไอ เหมอนกบหมอไอน าแบบทอไฟหรอทอน า แตจะประกอบดวยหลายๆทอ ทอเดนขนานกนไปอยในเตาหมอไอน า ความดนทใชมกสงกวาความดนวกฤตของน า เนองจากทคาความดนสงนปรมาณความรอนทใชจะมคานอยมาก อณหภมไอน าทไดจะมคาประมาณ 600 oC โดยไดรบความรอนจากเตาโดยวธการแผรงสเปนส าคญ ขนาดทใชกนทวไปมขนาดตงแตขนาดเลกถงขนาดทใชกนในโรงไฟฟาขนาดใหญ โดยสวนรวมขอดของหมอไอน าชนดนเปนผลจากการใชทอเชอมตลอดท าใหสามารถหลกเลยงปญหาการขยายตวเนองจากการเปด-ปดเครอง ดงนนการเปด-ปดเครองจงสามารถกระท าไดรวดเรว

รปท ก.10 หมอไอน าแบบไหลผานครงเดยวตลอด

4. หมอไอน าความรอนท ง (Waste-Heat Boiler) ความรอนทใชผลตไอน าในหมอไอน าชนดน ไดจากความรอนทงจากระบวนการผลต หรอเครองจกรบางอยางเชน ไอเสยจากเตาเผาปนซเมนต เตาอบเหลก เตาเผาเซรามกส เครองยนตเผาไหมภายใน และเครองกงหนกาซ เปนตน ความรอนในไอเสยทไดมกจะมอณหภมสงทไดมกมอณหภมอยระหวาง 500 -1,000 oC ซงยงจดวายงมอะเวเลบลตคอนขางสง สามารถน ามาใชในการผลตไอน าหรอน ารอยเพอใชประโยชนได โดยท าใหไอเสยดงกลาวไหลผานเขาไปในหมอไอน าความรอนทง ซงโดยลกษณะโครงสรางของมนสามารถกลาวไดวาเปนอปกรณแลกเปลยนความรอนแบบเปลอกและทอ (Shell-and-Tube Heat Exchanger) แบบหนงนนเอง ทงนโดยจดใหไอเสยรอนไหลในถงและน าไหลในทอ ในกรณทตองการเพมพกดความสามารถของหมอเชน เพมอตราการไหล หรอความดน อาจจะใชเตาเผาไหมเชอเพลงเสรมเขาไปในระบบได

14

รปท ก.11 หมอไอน าความรอนทง การผลตพลงงานรวม หรอพลงงานความรอนรวม (Co-generation)

หมายถง การใชพลงงานจากแหลงพลงงาน หรอเชอเพลงเพยงแหลงเดยว เพอการผลตพลงงานทแตกตางกน 2 ชนด พลงงานทมกถกผลตรวมกนโดยมากจะอยในรปการผลตไฟฟา หรอพลงงานกลกบความรอน โดยความรอนทไดจากการผลตพลงงานรวมน อาจอยในรปของไอน า ของเหลวรอน หรอแกสรอน ซงการผลตพลงงานความรอนรวม สามารถจ าแนกตามล าดบกอนหลงของการผลตไฟฟา และความรอนออกไดเปน 2 แบบ คอ การผลตก าลงไฟฟาน าหนา (Topping Cycle) และ การผลตไฟฟาตามหลง (Bottoming Cycle) ดงน

การผลตพลงงานรวมแบบผลตก าลงไฟฟาน าหนา (Topping Cycle) มลกษณะทวไปดงแสดงในรปท ก.12 เชอเพลงจะถกใชในการผลตพลงงานกลหรอ ไฟฟากอน ดวยกงหนแกสหรอกงหนไอน า จากนนจงน าความรอนทถกปลอยทงจากการผลตพลงงานกลหรอไฟฟาไปใชในกระบวนการผลต ถาเปนกงหนแกสไอเสยจากชดกงหนแกส จะถกน าไปใชผลตไอน าดวย Waste Heat Boiler เพอสงไปใชในกระบวนการผลต แตถาเปนกงหนไอน า ไอน าทออกจากกงหนจะถกควบคมใหมอณหภมพอเหมาะส าหรบใชในกระบวนการผลตโดยตรง ซงโดยทวไปมกจะน าไปใชในขนตอนการอบแหง การอน หรอการหลอเยน เนองจากความรอนทไดจากกระบวนการผลตไฟฟามกจะมความดนหรออณหภมไมสงมากนก

รปท ก.12 การผลตพลงงานรวมแบบผลตก าลงไฟฟาน าหนา (Topping Cycle) การผลตพลงงานรวมแบบผลตก าลงไฟฟาตามหลง (Bottoming Cycle)

15

ตามแผนภาพในรปท ก.13 เชอเพลงจะถกเผาไหมเพอใหความรอนแกกระบวนการผลตกอน เชน เตาเผาปนซเมนต เตาหลอมแกว เตาหลอมเหลก จากนนจงน าแกสรอนทปลอยออกจากเตาซงยงมอณหภมคอนขางสง ไปใชในการผลตไฟฟาดวยกงหนแกส หรอกงหนไอน าตอไป

รปท ก.13 การผลตพลงงานรวมแบบผลตก าลงไฟฟาตามหลง (Bottoming Cycle)

ปจจบนระบบทไดรบความนยมใชโดยทวไป คอ ระบบผลตก าลงไฟฟาน าหนา เพราะอตสาหกรรมทวไปใชความรอนทระดบอณหภมไมสงนก ประกอบกบระบบผลตพลงงานรวมชนดนมกใหผลตอบแทนทางเศรษฐศาสตรดกวา และอปกรณตาง ๆ ทใชในระบบนไดรบการพฒนามาแลวเปนอยางด รปแบบของกระบวนการผลตพลงงานรวมชนดผลตก าลงไฟฟาน าหนาประเภทตาง ๆ สามารถจ าแนกไดเปน 3 ประเภท คอ ระบบท 1 ระบบผลตพลงงานรวมโดยใชกงหนไอน า (Steam Turbine Cogeneration) ดงแสดงในรปท ก.12 ประกอบดวยหมอไอน าส าหรบผลตไอน าความดนสง และกงหนไอน าแบบ Back Pressure หรอ Condensing Extraction ดงแสดงในรปท ก.14 และ ก.15 เพอผลตงานเพลาทจะน าไปใชหมนเครองปนไฟ หลกการท างานของระบบ คอ ไอน าความดนสงจะขยายตวผานกงหนไอน าเพอผลตงานเพลา ซงจะน าไปขบเครองก าเนดไฟฟา เพอผลตไฟฟา ไอน าทออกจากกงหนไอน าเปนไอน าความดนต าพอทจะน าไปใชในกระบวนการตาง ๆ ของโรงงาน

16

รปท ก.14 ระบบผลตพลงงานรวมโดยใชกงหนไอน า BBaacckk PPrreessssuurree TTuurrbbiinnee เปนเครองตนก าลงทนยมใชกนอยางกวางขวาง หลกการของ Back

Pressure Steam Turbine คอ เชอเพลงจะถกเผาไหมในหมอน า เพอผลตไอน าทความดนสง (อาจสงถง 100 บาร) แลวปลอยไอน าขยายตวผานเครองกงหนไอน า กงหนไอน าจะหมนขบเครองก าเนดไฟฟา เพอผลตกระแสไฟฟา ไอน าทขยายตวผานกงหนไอน าจะถกปลอยออกจากตวกงหน และมความดนเหลออยประมาณ 3 ถง 20 บาร ไอน านจะถกใชใหพลงงานความรอนในกระบวนการตาง ๆ ของโรงงานตอไป

รปท ก.15 Back Pressure Turbine

CCoonnddeennssiinngg EExxttrraaccttiioonn TTuurrbbiinnee มลกษณะทแตกตางไปจาก Back Pressure คอ ใน Condensing Extraction Turbine นน จะมไอน าบางสวนถกปลอยออกมาในชวงกลางของกงหน ไอน าทปลอยออกมาระหวางกลางน จะมความดนใหเลอกหลายขนาด ซงอาจเลอกใชใหเหมาะกบจดใดจดหนงของกระบวนการผลตได สวนไอน าทเหลอจงออกจากกงหนไอน าจะถกปลอยใหขยายตวผานกงหนจนมความดนต า ไอน าทมความดนต าเหลาน ยงอาจน าไปใชกบจด ตาง ๆ ในขบวนการทตองการไอทความดนต าไดอกดวย กงหนแบบ Condensing Extraction Turbine นมราคาสงกวากงหนแบบ Back Pressure Turbine

17

รปท ก.16 Condensing Extraction Turbine

จากลกษณะการท างานของระบบดงกลาว ถาผลตางของความดนทเขา และออกของไอน าทผานกงหนมคามาก กจะใหงานเพลาออกมาไดมาก ระบบนเหมาะส าหรบอตสาหกรรมทตองการความรอนมาก ไฟฟานอย ซงมอตราสวนความตองการความรอนตอไฟฟา (Heat to Power Ratio, H/P) ประมาณ 5-20 ประสทธภาพของระบบนอาจสงถง 85% เนองจากการสญเสยพลงงานในกงหนไอน ามสวนชวยเพมคาความรอนใหกบกระบวนการ ขอไดเปรยบส าคญอกประการหนง คอ สามารถใชไดกบเชอเพลงชนดแขงตางๆ จ าพวกถานหน ลกไนต ชานออย ขยะ เสนใยปาลม กะลาปาลม แกลบ ปกไมยางพารา ขเลอย ซงขาวโพด เหงามนส าปะหลง เปนตน ขนาดของระบบโดยทวไปมตงแต 500 kWe ถง 100 MWe

ก. Back Pressure Turbine ข. Condensing Extraction Turbine

รปท ก.17 กงหนไอน าแบบตาง ๆ ของระบบผลตพลงงานรวมโดยใชกงหนไอน า ระบบท 2 ระบบผลตพลงงานรวมโดยใชกงหนแกส (Gas Turbine Cogeneration) สวนประกอบของระบบผลตพลงงานรวมโดยใชกงหนแกส แสดงในรปท 16 หลกการท างานของระบบ คอ อากาศจะถกดดเขาไปยงเครองอดอากาศ เพอเพมความดนใหสงกอนผานเขาหองเผาไหม

18 เชอเพลงจะถกฉดเขามาผสมทหองเผาไหม และเกดการเผาไหมไดแกสรอน แกสรอนนจะขยายตวผานเครองกงหนแกส ท าใหกงหนหมนไดงานเพลา ตามปกต 3/4 ของงานเพลาทกงหนแกสผลตไดจะถกสงไปขบเครองอดอากาศ สวนทเหลอจงจะเปนงานเพลาสทธทใชขบเครองก าเนดไฟฟา ไอเสยจากระบบทมอณหภมประมาณ 450 ถง 550 C จะถกผานเขาไปใน Waste Heat Boiler ใชผลตไอน าหรอน ารอนเพอใชในกระบวนการผลต โดยทวไปอตราสวนความตองการความรอนตอไฟฟาของระบบจะมคาอยระหวาง 2-5 แตถาใชอปกรณเสรมบางอยาง เชน Supplement Firing System จะชวยเพมพลงไฟฟาทผลตได หรอระบบ By-Pass Valve เพอระบายไอเสยบางสวนทงในกรณทตองการลดปรมาณไอน าทผลตได ดงนนจะท าใหสามารถเดนเครองท างานทคาอตราสวนความตองการความรอนตอไฟฟากวางขวางมากขน ซงจะเปนประโยชนมากโดยเฉพาะในชวงความตองการสงสด (Peak Load) แมวาคาประสทธภาพโดยรวมของระบบจะลดลงไปบาง ส าหรบระบบทมขนาดตงแต 3.5 MW ขนไป จะมความไดเปรยบระบบอนอยหลายประการ เชนราคาตดตงตอ kWe ถกกวา สงซอและตดตงไดเรวกวาไมตองใชน าเยนหลอเยน อกทงคาประสทธภาพโดยรวมของระบบจดไดวาทดเทยมกบระบบผลตพลงงานรวมโดยใชกงหนไอน าทกลาวมาแลว เนองจากแกสรอนทเกดจากการเผาไหมจะตองผานเขาไปในตวกงหนแกส ดงนน เชอเพลงทใชจะตองเปนเชอเพลงทสะอาด ทงนเพอแกปญหาขอจ ากดดงกลาว จงไดมการศกษาถงการใช Indirectly Fired Turbine ซงในระบบนแกสรอนทเกดจากการเผาไหมจะไมผานเขาตวกงหนโดยตรง แตจะถายเทความรอนใหกบอากาศทเขาไปในตวกงหนอกตอหนง ขนาดของระบบทผลตขายโดยทวไป มกจะเรมตงแต 1 MWe ขนไป โดยมราคาตดตงเฉลยประมาณ 1 ลาน USD ตอ 1 MWe ส าหรบเครองขนาดเลกราคาจะแพงขน และในทางตรงขามถาขนาดใหญ ๆ ราคาตอ MWe กจะถกลง

รปท ก.18 ระบบผลตพลงงานรวมโดยใชกงหนแกส (Gas Turbine Cogeneration)

ระบบนมทงชนดทเปน Spark-Ignition (S.I) และ Compression Ignition (C.I) Engines ชนดทเปน S.I มกใชแกสธรรมชาตเปนเชอเพลง ซงตางจากชนด C.I เนนการใชทน ามนเตาเปนหลกเนองจากราคาถก ความเรวรอบของการท างานมตงแต 1,000 จนถง 500 รอบตอนาทและต ากวา นอกจากตวเครองยนตแลว

19 ระบบยงประกอบดวย ระบบน าหลอเยน เสอสบ และน ามนหลอลน กบ Waste Heat Boiler ทใชแปลงพลงงานในไอเสยใหเปนไอน าหรอน ารอนไปใชในกระบวนการได ดงทแสดงเปน แผนภาพในรปท 2.19 พลงงานความรอนทปลอยออกมาจากเครองยนตสนดาปภายใน ม 2 ลกษณะ คอ

1. อยในรปของไอเสย ซงจะมอณหภมประมาณ 310-430 C ซงอาจใชในการผลตไอน า โดยใช Waste Heat Boiler ได ปรมาณความรอนทมอยในไอเสยนจะมคาประมาณ 50 % ของความรอนทเครองยนตจะปลอยออกมาทงหมด

2. ปรมาณความรอนทเหลอเปนพลงงานความรอนทมอณหภมต า อยในรปของระบบน าระบายความรอน ระบบน ามนหลอลนและระบบลมระบายความรอน พลงงานความรอนเหลานเปนพลงงานทมอณหภมต าไมอาจใชในขบวนการผลตได แตระบบน าระบายความรอนอาจจะใชในการอนน าปอนหรอใชเปนน าปอนของระบบ ซงในกรณนจะตองมระบบน าหลอเยนส ารองไวใชในกรณฉกเฉนดวย

รปท ก.19 ระบบผลตพลงงานรวมโดยใชเครองยนตสนดาปภายใน การผลตกาซเช อเพลงชวมวล (Biomass Gasification) การผลตกาซเชอเพลงเปนกระบวนการทเปลยนเชอเพลงแขงใหอยในรปของกาซเชอเพลงดวยกระบวนการทางความรอน ( Thermal Conversion) หรอ เรยกวา Producer gas ซงมองคประกอบของกาซทสามารถใชเปนเชอเพลง ไดแก กาซคารบอนมอนอกไซด ( CO) กาซไฮโดรเจน ( H2) และกาซมเทน(CH4) ซงกระบวนการเกดปฏกรยาสามารถแบงออกไดเปน 4 ขนตอน ไดแก 1. ขนตอนการอบแหง ( Drying Zone) บรเวณนไอน าทแทรกตวอยในเชอเพลงจะโดนไลออกดวยความรอนทมาจากโซนการเผาไหมของเตาปฏกรณ 2. ขนตอนการกลนสลาย ( Pyrolysis Zone) เปนขนตอนแรกของการเผาไหมเชอเพลงชวมวลโดยอาศยความรอนจากโซนการเผาไหม ท าใหสารประกอบอนทรยในเชอเพลงชวมวลจะแตกตวออกอยในรปของแขง ของเหลว และกาซ 3. ขนตอนการเผาไหม (Combustion Zone) เปนขนตอนการเผาไหมเชอเพลงชวมวลทมการเผาโดยจายอากาศเขาไปในเตาปฏกรณ ซงจะไปท าปฏกรยากบเชอเพลงแขงทมาจากขนตอนการกลนสลาย เพอใหไดคารบอนไดออกไซด (CO2) และโมเลกลของน า (H2O)

20 4. ขนตอนรดกชน ( Reduction Zone) เปนขนตอนปฏกรยาการกอเกดกาซเชอเพลงชวมวล ขนตอนนเปนขนตอนทสองของการเผาไหมแบบจ ากดอากาศ ซงจะกอใหเกดกาซคารบอนมอนนอกไซด (CO) และกาซไฮโดรเจน (H2) ระบบผลตกาซเชอเพลงทนยมใชในปจจบนสามารถแบงออกได 4 แบบ คอ 1. เตาผลตกาซเชอเพลงแบบอากาศไหลขน ( Updraft gasifier) เปนเตาผลตกาซทใชตงแตแรกเรม และเปนแบบทงายทสด เชอเพลงถกปอนเขาทางดานบนของเตาและอากาศถกสงผานตะแกรงเขามาทางดานลางเหนอตะแกรงขนไป จะมการเผาไหมเชอเพลงบรเวณนเรยกวา บรเวณเผาไหม เมอมอากาศผานเขาไปในบรเวณเผาไหม จะเกดปฏกรยาขน ไดคารบอนไดออกไซดและน า กาซทผานออกมาจากบรเวณเผาไหมจะมอณหภมสงและจะเขาไปยงบรเวณรดคชน ทบรเวณนกาซคารบอนไดออกไซดและน า จะท าปฏกรยากบคารบอนท าใหเกดคารบอนมอนอกไซดและไฮโดรเจน หลงจากนนกาซทไดจะไหลเขาสบรเวณทมอณหภมต ากวาในชนของชวมวล และกลนสลายในชวงอณหภม 200 – 500 องศาเซลเซยส ตอจากนนกาซกจะไหลเขาสชนของชวมวลทชน เนองจาก กาซยงมอณหภมสงอย จงไประเหยน าทอยในชวมวลเหลานน ท าใหกาซทออกจากเตาผลตกาซมอณหภมต าลง 2. เตาผลตกาซเชอเพลงแบบอากาศไหลลง ( Downdraft Gasifier) เตาผลตกาซเชอเพลงแบบนไดเคยใชงานตงแตสมยสงครามโลกครงท 2 และยงคงใชอยางแพรหลายในปจจบน เตาผลตกาซแบบไหลลงนออกแบบมาเพอขจดน ามนดนในเชอเพลงโดยเฉพาะ อากาศจะถกดดผานจากดานบนลงสดานลางโดยผานกลมของหวฉด ( nozzle) ทเรยกวา tuyers บรเวณหวฉดจะเปนบรเวณเผาไหมจะถกรดวซ ( reduce) ในขณะทไหลลงสดานลางผานชนของคารบอนรอนทอยเหนอตะแกรงเลกนอย ในขณะเดยวกนชนของชวมวลทอยทางดานบนบรเวณเผาไหม เนองจากมปรมาณของออกซเจนนอยมากจะเกดการกลนสลาย แตไอน ามนดนทเกดจากการกลนสลายกจะไหลผานชนคารบอนรอน จงท าใหน ามนดนเกดการแตกตวเปนกาซ กาซทผานบรเวณเผาไหมในเตาแบบน จะมสวนประกอบของน ามนดนลดลงเหลอนอยกวา 10% ของน ามนดนทไดจากเตาแบบกาซไหลขน และกาซทไดสะอาดกวา เนองจากความเรวกาซ เชอเพลงทไดมความเรวต า และเถาอยบรเวณตะแกรง ดงนนจงมปรมาณเถานอยมากทตดออกมาพรอมกบกาซเชอเพลง เตาผลตกาซแบบกาซไหลลงจะใชไดไมดกบเชอเพลงทเถาอยมาก เพราะเถาจะเกดสะสมและขวางการเผาไหม ท าใหอตราการเผาไหมชาลงและเกดการสญเสยความดนภายในเตามากขน 3. เตาผลตกาซเชอเพลงแบบอากาศไหลตามขวาง ( Crossdraft gasifier) อากาศจะถกดดผานหวฉดทอยในแนวราบ สวนบรเวณเผาไหมจะอยถดไปจากหวฉดออกไป และถดออกไปอกจะเปนบรเวณ reduction กาซทออกจากบรเวณรดคชนแลวจะเปนบรเวณสลายน ามน และน ามนดนทไดจากบรเวณการกลนสลายน จะผานบรเวณรดคชนกอนทจะออกสภายนอก ท าใหน ามนดนเกดการแตกตวเปนกาซกอนทจะออกสภายนอก ท าใหกาซเชอเพลงทไดมปรมาณน ามนดนต า เนองจากอณหภมภายในเตาแบบกาซไหลขวางสงมาก รอากาศเขาเตาและตะแกรงตองใชวสดทนความรอนไดด หรอมการหลอเยนทด เตาแบบน

21 ไดรบการออกแบบใหใชกบยานพาหนะโดยเฉพาะ เนองจากมผลตอบสนองอยางรวดเรวตอการเปลยนแปลงของภาระ (load) ทใชอย 4. เตาผลตกาซเชอเพลงแบบฟลอดไดซเบด ( Fluidized bed gasifier) จากเตาทง 3 แบบทไดกลาวมาขางตน การท างานจะขนกบคณสมบตทางเคม และทางฟสกสของเชอเพลงเปนอยางมาก และปญหาทมกพบบอย คอ การหลอมตวของเถาชวมวล ( Slag) และความดนตกมากเกนไปเมอกาซผานเตา ดงนนเพอแกปญหาดงกลาว เตาผลตกาซแบบฟลอดไดซเบดจงไดรบการออกแบบขนมา ในเตาผลตกาซแบบนอากาศจะไหลผานชนของเชอเพลงแขงเมอเพมความเรวอากาศถงขนหนง ชนเชอเพลงทวางอยจะเรมลอยตวขนมลกษณะคลายของไหลในตอนเรมตดเตา ฐาน หรอ เบด ( bed) จะไดรบความรอนจากภายนอกจนอณหภมสงขนถงจดตดไฟของเชอเพลง หลงจากนนเชอเพลงจะถกปอนเขาอยางตอเนองสม าเสมอ การเผาไหมกจะเกดขนทวบรเวณเตา

ก. เตาผลตกาซชวมวลแบบอากาศไหลขน ข. เตาผลตกาซชวมวลแบบอากาศไหลลง

ค. เตาผลตกาซชวมวลแบบอากาศไหลขวาง ง. เตาผลตกาซชวมวลแบบฟลอดไดซเบด

รปท ก.20 ระบบผลตกาซเชอเพลงชวมวลแบบตางๆ

22

ระบบผลตกาซเช อเพลงชวมวลแบบ 3 ข นตอน ดวยวธการกลนสลายโดยใชอากาศเปาผานวตถตวกลาง (Three Stages Biomass Gasifier) เนองดวยระบบผลตกาซเชอเพลงชวมวลในอดตมกประสบปญหาเกยวกบปรมาณน ามนดน (Tar) ทปะปนมากบกาซชวมวล สงผลใหเกดปญหาตอเครองยนตสนดาปภายในทใชผลตไฟฟา ดงนนกรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน จงไดวจย พฒนาเทคโนโลยการผลตกาซเชอเพลงชวมวลใหสามารถผลตกาซทมคณภาพสง และมปรมาณน ามนดนต า โดยไดพฒนาระบบ Bubbling Fluidized Bed ในขนตอน Pyrolysis เพอแยกน ามนดนออกจากชวมวล ท าใหกาซทไดมคณภาพสงขน

ก าลงผลต ระบบผลตไฟฟาจากชวมวลระดบชมชน ขนาด 80 kW กโลวตต

สถานทตง ตดตงสาธต ณ โรงสและตลาดกลางขาวเปลอกสหกรณการเกษตรล าลกกา อ.ล าลกกา จ.

ปทมธาน การท างานของระบบ

ระบบผลตกาซชวมวลโดยใชแกลบเปนเชอเพลง เปนลกษณะระบบผลตกาซชวมวลแบบ Three Stage Fluidized Bed Gasification โดยแบงการท างานออกเปน 3 ขนตอน คอ การอบแหงแกลบ (Drying) การกลนสลายชวมวล ( Pyrolysis) ซงเปนแบบ Fluidized Bed Pyrolysis และขนตอน Gasification ทเปนชนดกาซไหลลง (Downdraft Gasification) ทงนตองการลดปรมาณน ามนดน ( Tar) ในแกลบใหเหลอนอยทสด และเพอการขยายก าลงการผลตกระแสไฟฟาใหสงขน โดยการน ากาซเชอเพลงทเกดขนใชเปนเชอเพลงในเครองยนตดเซลในลกษณะเชอเพลงค ( Duel fuel) คอ ใชน ามนดเซลรวมกบกาซเชอเพลงจากแกลบ เพอผลตกระแสไฟฟา โดยมขนตอนการท างานดงน

23 1. การอบแหงแกลบ ( Drying) ใชการแลกเปลยนความรอนจากทอไอเสยของเครองยนต อนแกลบใหอณหภมสงขนประมาณ 100 ๐ C เพอลดความชนในแกลบใหต าลง และใชพดลม ( Blower) เปาแกลบใหลอยตวขนไปเขาสสกรปอนแกลบลงในหอง Pyrolysis 2. Pyrolysis เปนหองทมทรายรอนเพอใหความรอนกบแกลบ และใชลมรอนเปาใหแกลบลอยตวในลกษณะ Bubbling bed เพอใหสารระเหย ( Volatile) แตกตวออกจากเชอเพลง ซงในหองนม อณหภมประมาณ 450-600 ๐C (มการใชแกสเอลพจเพมอณหภมในชวงสตารทระบบฯ เทากบ 0.6 กโลกรมตอชวโมง) 3. Partial Oxidation เปนสวนทถดลงมากจาก Pyrolysis มลกษณะคอคอด ( Throat) มการเตมอากาศรอนทไดจากการแลกเปลยนความรอนใตเตาท าใหเกด Partial Oxidation กบสารประกอบทระเหยและทารบางสวนทมาจาก Pyrolysis และเกดการลกไหม โดยในชวงนจะมอณหภมสงประมาณ 850-1100 ๐C 4. Gasification เปนการเผาในเตาแบบ Downdraft Gasifier แลวท าใหเกดกาซเชอเพลงชนดตางๆ (Producer gas) เพอน าไปใชเปนเชอเพลงในเครองยนตดเซล 5. Gas Cooling and Cleaning กาซเชอเพลงทผลตไดจะมฝนละอองและความชนปะปนมากบกาซดวย ดงนนจงใช Cyclone และชดท าความสะอาดกาซแบบเปยกดวยน า ( Wet scrubber) และใชชดกรองแหงท าความสะอาดกาซอกครงหนง ( Bag house filter) และลดอณหภมกาซใหต าลงเหลอประมาณ 45 ๐ C แลวเขาสเครองยนตดเซล ผลการทดสอบ จากการทดสอบระบบผลตกาซโดยใชแกลบเปนเชอเพลงเปนระยะเวลา 140 ชวโมง พบวาระบบฯ สามารถผลตกาซเชอเพลงไดตามความตองการ เชน กาซคารบอนมอนอกไซด ( CO) เทากบ 14.45 % กาซไฮโดรเจน ( H2) เทากบ 5.75 % และกาซมเทน ( CH4) เทากบ 3.03 % มอตราการไหลของกาซเทากบ 240 m3/hr คาความรอนกาซเฉลยเทากบ 4 ,454.02 kJ/m3 มปรมาณน ามนดน ( Tar) กอนเขาเครองยนตเทากบ 21.65 mg/Nm3 หลงจากนนจงท าการทดสอบเดนเตมระบบฯ ทงระบบผลตกาซและเครองยนตผลตกระแสไฟฟาทโรงสขาวเปนระยะเวลา 360 ชวโมง พบวาระบบมอตราการใชแกลบเทากบ 85 kg/hr ประสทธภาพโดยรวมของระบบเทากบ 92 % และสามารถทดแทนน ามนดเซลไดเฉลยเทากบ 77 % (อตราทดแทนสงสดเฉลย 88 % และต าสดเฉลย 60 %)

ตารางท ก.2 สรปขอมลการทดสอบระบบผลตพลงงานจากชวมวลระดบชมชน (80 kW)

ชนด ปรมาณ 1. อตราการทดแทนน ามนดเซลเฉลย 77 % 2. แกลบทใช

24

ชนด ปรมาณ 2.1 อตราการใชแกลบ (ทความถสกร = 27 Hz) 85 kg/hr 2.2 คาความรอนแกลบ 13,729.97 kJ/kg 3. องคประกอบของกาซชวมวลทเกดขน 3.1 คารบอนมอนอกไซด (CO) 14.45 % 3.2 ไฮโดรเจน (H2) 5.75 % 3.3 มเทน (CH4) 3.03 % 3.4 คารบอนไดออกไซด (CO2) 15.98 % 3.5 ไนโตรเจน (N) 59.34 % 3.6 อตราการไหลของกาซ 240 m3/hr 3.7 คาความรอนเฉลยของกาซทเกดจากระบบ 4,454.02 kJ/m3 4. การท างานของระบบ 4.1 อณหภมเชอเพลงทถกเปาดวยลมรอน 100-120 ๐C 4.2 อณหภมทรายบรเวณ Pyrolysis 450-600 ๐C 4.3 อณหภมบรเวณ Throat 850-1100 ๐C 4.4 อณหภมแกสเขาเครองยนต 45 ๐C 4.5 ประสทธภาพโดยรวมของระบบ 92 % 5. ของเสยทเกดขน 5.1 เถาแกลบ 25 % ของปรมาณแกลบ 5.2 เถาแกลบมคาความรอน 882.54 kJ/kg 5.3 ฝน (Dust) กอนเขากรองเครองยนต 2,810.29 mg/m3 5.4 น ามนดน (Tar) กอนเขาเครองยนต 21.65 mg/m3

เทคโนโลยการผลตเช อเพลงเหลวจากชวมวล (Bio-Oil)

การผลตเชอเพลงเหลวจากชวมวล เปนเทคโนโลยรปแบบใหมทใชในการแปรสภาพชวมวลใหเปนเชอเพลงเหลวทมคณสมบตคลายกบน ามนดบ ในกระบวนการผลตเชอเพลงเหลวนนกระท าไดโดยการน าชวมวล เชน ไม มาผานกระบวนการความรอนเคมเพอแยกสลายสารประกอบอนทรยในเชอเพลงออกโดยใชเวลาสนทสด เรยกกระบวนการนวา Fast Pyrolysis จะท าใหเกดการเปลยนแปลงโครงสรางของสารประกอบอนทรยในชวมวล กลายเปนเชอเพลงทมคณสมบตใกลเคยงกบน ามนดบ อยางไรกตามน ามนทผลตไดจะตองผานกระบวนการกลนและก าจดสารพษอกครงหนง จงจะสามารถน าไปใชเปนน ามนเชอเพลงได

25 เทคโนโลยการผลตเชอเพลงเหลวจากชวมวล ( Bio-Oil) ปจจบนในตางประเทศไดมการจ าหนายเครองจกรส าหรบผลตเชอเพลงเปนการพาณชยแลว ส าหรบในประเทศไทยอยระหวางการศกษาวจย ซงจะท าควบคไปกบแผนการปลกไมโตเรวเพอใหมเชอเพลงเพยงพอในอนาคต

เทคโนโลย Biomass Integrated Gasification Combine Cycle (BIGCC) เทคโนโลย BIGCC เปนเทคโนโลยทวจยพฒนาตอยอดมาจากเทคโนโลยการผลตกาซเชอเพลงชวมวล โดยการน าชวมวลมาผานกระบวนการ Gasification ใหไดกาซเชอเพลงชวมวล แลวน ากาซทไดไปใชเปนเชอเพลงในระบบกงกนกาซ ( Gas Turbine) และสามารถน าความรอนทไดไปใชในการผลตไฟฟาดวยกงหนไอน าไดอก ระบบผลตพลงงานแบบนจะมประสทธภาพการผลตพลงงานในระดบทคอนขางสง (ประสทธภาพในปจจบน 30% และอยในการวจยพฒนาเพมประสทธภาพของระบบใหสงขนไดถง 50%) แตเนองจากตนทนของเทคโนโลยมราคาทคอนขางสง และตองน าเขาอปกรณจากตางประเทศเกอบทงหมด ในประเทศไทยจงยงไมมผลงทนระบบผลตพลงงานชนดน

เทคโนโลยการผลตกาซไฮโดรเจนจากชวมวล กาซไฮโดรเจน เปนเทคโนโลยพลงงานรปแบบใหมทไมกอใหเกดมลภาวะเนองจากไดผลผลตคอพลงงานและน า ซงในปจจบนไดมการน าไฮโดรเจนมาใชเปนเชอเพลงแลวในตางประเทศ เชน สหรฐอเมรกา ส าหรบในประเทศไทยมการวจย พฒนา และสาธตการใชไฮโดรเจนเปนเชอเพลง เชน ใชเปนเชอเพลงในรถยนต รถสามลอ เปนตน การผลตไฮโดรเจนจากชวมวล ท าไดโดยกระบวนการ Gasification แตจะออกแบบเครองปฏกรณใหเนนไฮโดรเจนเปนผลผลตหลก และน ามาผานกระบวนการสกดไฮโดรเจนออกจากกาซชวมวลอกครงหนง การผลตไฮโดรเจนจากชวมวลในปจจบนมตนทนทคอนขางสงมาก แตอยางไรกตามในอนาคตเมอมการวจยและพฒนาเพมขน อาจท าใหตนทนการผลตลดลงและมการใชงานอยางแพรหลายมากขน

26