8.มาตรการติดตั้งปั๊มความร้อนแบบดูดซึม (Absorption Heat Pump)

1) หลักการทำงานของเทคโนโลยี

ปั๊มความร้อนแบบดูดซึม ทำงานโดยการดึงความร้อนจากแหล่งความร้อนอุณหภูมิต่ำ (ต่ำกว่า 100 องศาเซลเซียส) ร่วมกับแหล่งความร้อนอุณหภูมิสูง เพื่อผลิตน้ำร้อนอุณหภูมิประมาณ 80-90 องศาเซลเซียส ทำให้สามารถลดการใช้พลังงานในการผลิตน้ำร้อนจากแหล่งความร้อนอุณหภูมิสูงเพียงอย่างเดียวลงได้

การทำงานของปั๊มความร้อนแบบดูดซึม ประกอบด้วย 4 ส่วนหลัก คือ Evaporator, Absorber, Generator และ Condenser โดยปั๊มความร้อนแบบดูดซึมจะรับความร้อนจากแหล่งความร้อนอุณหภูมิต่ำที่ Evaporator และถ่ายเทความร้อนให้กับน้ำเพื่อผลิตเป็นน้ำร้อนที่ Absorber ในขณะที่ความร้อนจากแหล่งความร้อนอุณหภูมิสูงจะเข้าสู่ปั๊มความร้อนแบบดูดซึมที่ Generator และถ่ายเทความร้อนให้กับน้ำเพื่อผลิตเป็นน้ำร้อนที่ Condenser และ Absorber ดังแสดงในรูป ต่อไปนี้

0011

ไดอะแกรมแสดงหลักการทำงานของปั๊มความร้อนแบบดูดซึม

สำหรับรายละเอียดการแลกเปลี่ยนความร้อนและความเย็นของสารทำงาน (ลิเทียมโบรไมด์กับน้ำ) ในส่วนประกอบทั้ง 4 ส่วนที่กล่าวมา สามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้

  1. Generator จะทำหน้าที่แยกสารละลายลิเทียมโบรไมด์ (LiBr) ออกจากน้ำโดยแหล่งความร้อนอุณหภูมิสูง ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้ไอน้ำ หลังจากที่ได้รับความร้อน สารทำความเย็น (น้ำ) ก็จะเปลี่ยนสถานะกลายเป็นไอที่แรงดันสูง ไหลไปคายความร้อนที่เครื่องควบแน่น (Condenser)
  1. Condenser จะทำหน้าที่ควบแน่นสารทำความเย็น (น้ำ) โดยสารทำความเย็นจะคายความร้อนให้แก่น้ำที่เข้ามาแลกเปลี่ยนความร้อนและระบายทิ้งผ่านทางหอระบายความร้อน (Cooling Tower) หลังจากนั้นสารทำความเย็นก็จะเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวไหลไปรับความร้อนจากแหล่งความร้อนอุณหภูมิต่ำ ที่ชุด Evaporator โดยน้ำร้อนที่ได้จะมีอุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ 80 ถึง 95 0C
  1. Evaporator จะทำหน้าที่ดูดความร้อนจากแหล่งความร้อนที่มีอุณหภูมิต่ำ โดยอุณหภูมิของแหล่งความร้อนจะอยู่ในช่วงอุณหภูมิ 30 ถึง 50 0C ซึ่งแหล่งความร้อนที่ใช้อาจจะเป็นน้ำที่ระบายความร้อนจากระบบหรือเป็นความร้อนทิ้งที่อุณหภูมิต่ำ ความร้อนทั้งหมดจะไปถ่ายเทความร้อนที่ Absorber
  1. Absorber จะทำหน้าที่ดูดซึมน้ำและความร้อนที่อยู่ในสารทำงาน ทำให้สารละลายลิเทียมโบรไมด์ (LiBr) มีความเข้มข้นสูงขึ้นก่อนที่จะถูกปั๊มไปที่ Generator และการทำงานของระบบก็จะเริ่มต้นหมุนเวียนขึ้นใหม่

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในสภาวะต่างๆ ที่กล่าวมา สามารถแสดงได้ดังไดอะแกรมในรูปดังต่อไปนี้

0022

ไดอะแกรมแสดงการเปลี่ยนแปลงสภาวะอุณหภูมิของเทคโนโลยีปั๊มความร้อนแบบดูดซึม

จากรูปเป็นการทำน้ำร้อนโดยปั๊มความร้อนแบบดูดซึม (Absorption Heat Pump) ซึ่งจะรับความร้อนจากแหล่งความร้อนสองส่วนด้วยกัน คือ ความร้อนอุณหภูมิต่ำจากน้ำระบายความร้อนที่อุณหภูมิ 60 0C และไอน้ำที่ระดับแรงดัน 7 บาร์ (อุณหภูมิไอน้ำประมาณ 180 0C) โดยแหล่งความร้อนทั้งสองจะคายความร้อนให้แก่สารทำงานที่ชุดแลกเปลี่ยนความร้อน  โดยอุณหภูมิของน้ำเข้า 40 0C รับความร้อนจากสารทำงานที่ชุดแลกเปลี่ยนความร้อนทำให้อุณหภูมิของน้ำเพิ่มเป็น 890C โดยความร้อนที่ได้จากไอน้ำและน้ำจากระบบระบายความร้อนจะคายความร้อนให้แก่น้ำที่เข้ามาแลกเปลี่ยนความร้อนทั้งหมด  ซึ่งจะทำให้ระบบมีค่า COP = 1.7

 

การใช้งานปั๊มความร้อนแบบดูดซึม (Absorption Heat Pump)

จากหลักการทำงานของปั๊มความร้อนแบบดูดซึม (Absorption Heat Pump) ที่เป็นระบบที่มีการใช้ความร้อนจากไอน้ำและความร้อนเหลือทิ้งจากกระบวนการผลิต  ซึ่งจะสามารถนำกลับมาใช้ในการผลิตน้ำร้อนอุณหภูมิสูงแทนการใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีการใช้ไอน้ำโดยตรง  โดยน้ำร้อนที่ได้จะมีอุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ 80 ถึง 95 องศาเซลเซียส สำหรับน้ำร้อนที่ได้อาจจะนำไปใช้เป็นน้ำป้อนสำหรับหม้อไอน้ำหรือใช้ในกระบวนการผลิตในส่วนอื่น ๆ

 

2) การใช้ทดแทนเทคโนโลยีเดิม

ปั๊มความร้อนแบบดูดซึม (Absorption Heat Pump) สามารถนำมาประยุกต์ใช้งานร่วมกับกระบวนการผลิต  ในส่วนของชุดแลกเปลี่ยนความร้อนของเดิม เช่น  Plate Heat Exchanger, Shell and Tube ที่ใช้ไอน้ำมาทำน้ำร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 80 ถึง 95oC โดยที่ระบบจะต้องมีแหล่งความร้อนอื่นเข้ามาเสริม

0033

ระบบหม้อไอน้ำเดิม

การประยุกต์การใช้งานก่อนการปรับปรุง ระบบเดิมมีการใช้น้ำระบายความร้อนออกจากระบบโดยที่อุณหภูมิน้ำเข้า 400C และน้ำออก 600C น้ำป้อนที่เข้าหม้อไอน้ำจะมีการใช้น้ำคอนเดนเสทเข้ามาผสมกับน้ำป้อนที่อุณหภูมิ 950C และอุณหภูมิของน้ำป้อนอยู่ที่ 400C หลังจากที่ผสมที่ถังน้ำป้อนจะได้น้ำป้อนที่อุณหภูมิประมาณ 50 ถึง 60 0C หลังจากนั้นจะใช้ไอน้ำที่ระดับแรงดัน 7 บาร์ มาแลกเปลี่ยนความร้อนกับน้ำป้อนผ่านชุดแลกเปลี่ยนความร้อนจนได้อุณหภูมิของน้ำที่ 95 ถึง 1000C  หลังจากนั้นน้ำป้อนจะเข้าถัง Deaerator เพื่อลดปริมาณออกซิเจนที่เจือปนอยู่ในน้ำโดยการใช้ไอน้ำในการลดปริมาณออกซิเจนที่อยู่ในน้ำป้อนโดยใช้ไอน้ำที่ระดับแรงดัน 7 บาร์ ในการลดปริมาณออกซิเจนในน้ำป้อน  น้ำป้อนหลังจากที่ผ่านระบบ Deaerator จะมีอุณหภูมิอยู่ที่ 1200C เข้าสู่หม้อไอน้ำ

0044

ระบบหม้อไอน้ำหลังปรับปรุง

หลังการปรับปรุงโดยการใช้ปั๊มความร้อนแบบดูดซึม (Absorption Heat Pump) เข้ามาใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ Make Up แทนชุดแลกเปลี่ยนความร้อนของเดิม  สำหรับการทำงานของระบบจะใช้ความร้อนจากระบบระบายความร้อนที่มีอุณหภูมิ 600C เข้ามาแลกเปลี่ยนความร้อนในชุด Evaporator โดยอุณหภูมิของน้ำหลังจากที่ได้มีการแลกเปลี่ยนความร้อนจะอยู่ที่ประมาณ 400C และใช้ไอน้ำที่ระดับแรงดัน 7 บาร์  ในส่วนของ Generator เพื่อให้ความร้อนแก่สารทำงาน  โดยความร้อนที่ใช้ในระบบทั้งหมดจะคายความร้อนให้แก่น้ำที่เข้ามาแลกเปลี่ยนความร้อน  โดยอุณหภูมิน้ำ Make Up ขาเข้าจะอยู่ที่ 400C หลังจากที่ได้มีการแลกเปลี่ยนความร้อนในชุด Condenser  อุณหภูมิของน้ำ Make up จะอยู่ที่ 890C และเข้าไปผสมกับน้ำคอนเดนเสทที่อุณหภูมิ 950C จะได้น้ำที่อุณหภูมิ 95 ถึง 1000C  หลังจากนั้นน้ำป้อนจะเข้าถัง Deaerator เพื่อลดปริมาณออกซิเจนที่เจือปนอยู่ในน้ำโดยการใช้ไอน้ำในการลดปริมาณออกซิเจนที่อยู่ในน้ำป้อน  โดยใช้ไอน้ำที่ระดับแรงดัน 7 บาร์ ในการลดปริมาณออกซิเจนในน้ำป้อน โดยน้ำป้อนหลังจากที่ผ่านระบบ Deaerator  จะมีอุณหภูมิอยู่ที่ 1200C เข้าสู่หม้อไอน้ำ จากหลักการทำงานจะเห็นได้ว่าระบบ Absorption Heat Pump จะช่วยในการลดการใช้พลังงานความร้อนในการทำน้ำร้อนโดยการใช้พลังงานความร้อนจากแหล่งความร้อนอุณหภูมิต่ำเข้ามาช่วยในการแลกเปลี่ยนความร้อน

3) ศักยภาพการประหยัดพลังงาน

จากผลการวิเคราะห์การใช้พลังงานของปั๊มความร้อนแบบดูดซึม (Absorption Heat Pump) เมื่อเปรียบเทียบกับค่า COP โดยความร้อนขาออกที่ได้จะมากกว่าความร้อนขาเข้าที่ป้อนเข้าสู่ระบบประมาณ 1.7 เท่า และมีศักยภาพในการประหยัดพลังงานได้ประมาณ  30-45%

 

4) สภาพที่เหมาะสมกับการใช้เทคโนโลยี

จากกระบวนการผลิตที่มีความร้อนเหลือทิ้งและมีการใช้น้ำร้อนที่อุณหภูมิสูง  การใช้ปั๊มความร้อนแบบดูดซึม (Absorption Heat Pump)  จะสามารถช่วยลดต้นทุนในการผลิตลงได้  โดยน้ำร้อนที่ผลิตได้จะมีอุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ 80 ถึง 95 oC จึงเหมาะสำหรับโรงงานที่มีความต้องการใช้น้ำร้อนที่อุณหภูมิสูง เช่น น้ำป้อนหม้อไอน้ำ การทำความสะอาดวัตถุดิบ (โรงงานที่มีหม้อไอน้ำขนาดตั้งแต่ 10 ตัน ขึ้นไป และต้องมีแหล่งความร้อนเสริม) ดังนั้นการใช้ปั๊มความร้อนแบบดูดซึม (Absorption Heat Pump) ในกระบวนการผลิตแทนชุดแลกเปลี่ยนความร้อนของเดิมจะสามารถช่วยลดการใช้พลังงานไฟฟ้าและความร้อนในภาพรวมได้

 

5) กลุ่มเป้าหมายการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี

กลุ่มของโรงงานอุตสาหกรรมที่สามารถประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้ ได้แก่

  • โรงงานผลิตไฟฟ้า
  • โรงงานผลิตอาหารและเครื่องดื่ม
  • โรงงานเคมี
  • โรงงานเหล็ก

6) ระยะเวลาคืนทุนของเทคโนโลยี                                                               

จากข้อมูลกรณีศึกษามาตรการติดตั้งปั๊มความร้อนแบบดูดซึม (Absorption Heat Pump)  สามารถให้ผลประหยัดซึ่งมีระยะเวลาคืนทุนประมาณ 2 – 4 ปี  ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับแหล่งความร้อนและความร้อนเหลือทิ้ง  ถ้ามีมากพอก็จะสามารถคืนทุนได้เร็ว