5. มาตรการติดตั้งหัวเผาแบบเซลฟ์-รีคูเพอเรทีฟ (Self Recuperative Burner)

1) หลักการทำงานของเทคโนโลยี

หัวเผาเซลฟ์-รีคูเพอเรทีฟ คือ หัวเผาที่มีลักษณะเป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อแผ่รังสี โดยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนดังกล่าวจะถูกสร้างขึ้นมาติดกับหัวเผาเป็นชุดเดียวกัน มีวัตถุประสงค์เพื่อต้องการอุ่นอากาศที่ใช้ในการเผาไหม้ให้มีอุณหภูมิสูงขึ้น โดยการนำก๊าซไอเสียทิ้งมาแลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศเย็นที่จะใช้เผาไหม้ ซึ่งการแลกเปลี่ยนความร้อนจะเกิดขึ้นภายในตัวหัวเผาที่ออกแบบให้เป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนในตัวเอง เมื่ออากาศเย็นที่จะใช้ในการเผาไหม้มีอุณหภูมิสูงขึ้นจะทำให้ประสิทธิภาพการเผาไหม้ดีขึ้นและประหยัดเชื้อเพลิง

00001

โครงสร้างของหัวเผาเซลฟ์-รีคูเพอเรทีฟ

การแลกเปลี่ยนความร้อนในหัวเผาเซลฟ์-รีคูเพอเรทีฟ

หลักการสำคัญที่ทำให้หัวเผาแบบเซลฟ์-รีคูเพอเรทีฟประหยัดเชื้อเพลิงได้ นั่นคือการเพิ่มอุณหภูมิให้กับอากาศเย็นที่จะใช้เผาไหม้ ซึ่งก๊าซไอเสียจะไหลผ่านหัวเผาที่ติดตั้งอุปกรณ์ดึงก๊าซไอเสีย (Flue Gas Eductor) โดยเหนี่ยวนำให้ก๊าซไอเสียไหลผ่านหัวเผาในส่วนที่เป็นชุดอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่ติดตั้งภายในหัวเผา ก๊าซไอเสียจะแลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศเย็นที่ใช้ในการเผาไหม้ที่ไหลสวนทางผ่านช่องรอบนอกตัวหัวเผาหรืออุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่ติดกับหัวเผา

00002

หลักการทำงานของหัวเผาเซลล์-รีคัฟเปอร์เรทีฟ

2) การใช้ทดแทนเทคโนโลยีเดิม

  • เตาอุตสาหกรรมทั่วไป หัวเผาที่ใช้เป็นแบบหัวเผาอากาศเย็น ซึ่งอุณหภูมิอากาศที่ป้อนเข้าห้องเผาไหม้มีอุณหภูมิใกล้เคียงกับบรรยากาศ (ประมาณ 30-35 oC) ซึ่งหากสามารถเพิ่มอุณหภูมิอากาศที่ใช้เผาไหม้ได้จะทำให้ลดการใช้เชื้อเพลิงลงได้
  • การติดตั้งหัวเผาแบบเซลฟ์-รีคูเพอเรทีฟ สามารถติดตั้งเพื่อทดแทนหัวเผาอากาศเย็นได้ ซึ่งจะต้องมีการดัดแปลงเพื่อให้เข้ากับเตาเผา เหมาะสำหรับเตาเผาขนาดเล็กและใหญ่ที่มีอุณหภูมิใช้งานสูง (มากกว่า 750 oC) และต้องเป็นก๊าซไอเสียที่มีการปนเปื้อนต่ำและเชื้อเพลิงที่ใช้ควรจะมีกำมะถันในระดับต่ำเพื่อลดปัญหาเรื่องการบำรุงรักษาหัวเผา
  • หัวเผาแบบเซลฟ์-รีคัฟเปอร์เรเตอร์มีประโยชน์อย่างมากในงานที่ต้องการอุณหภูมิสม่ำเสมอโดยใช้กับเตาหลอมที่มีปริมาตรขนาดเล็ก เช่น เตาเผาเครื่องปั้นดินเผา
  • หัวเผาแบบหัวเผาแบบเซลฟ์-รีคูเพอเรทีฟอาจนำมาใช้เสริมกับหัวเผาแบบเซรามิคชนิดรีเจนเนอเรทีฟ (Regenerative Ceramic Burner) สำหรับการใช้งานขนาดใหญ่เพื่อจะทำให้การกระจายความร้อนสม่ำเสมอมากยิ่งขึ้น

 

3) ศักยภาพการประหยัดพลังงาน

จากเอกสารและข้อมูลเผยแพร่พบว่าเตาอุตสาหกรรมทั่วไปที่มีการติดตั้งหัวเผาอากาศเย็นจะใช้อากาศอุณหภูมิต่ำเพื่อใช้ในการเผาไหม้ ซึ่งโดยทั่วไปการเผาไหม้ของอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำจะใช้เชื้อเพลิงมากกว่าการเผาไหม้อากาศที่มีอุณหภูมิสูง

00003

แสดงกราฟความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิอากาศที่เพิ่มขึ้นและเปอร์เซ็นต์การประหยัดเชื้อเพลิง

จากรูปจะพบว่าเมื่อเราสามารถเพิ่มอุณหภูมิอากาศที่จะใช้ในการเผาไหม้ได้ จะทำให้การสูญเสียพลังงานในการทำให้อากาศมีอุณหภูมิสูงขึ้นนั้นลดลงได้ ระยะเวลาในการเผาไหม้ก็สามารถลดลงได้ ในกรณีของเตาเผาที่ทำงานแบบเป็นงวด (Batch) จะช่วยลดระยะเวลาการทำงานของเตาลงได้ ซึ่งจะสามารถเพิ่มผลผลิตในกระบวนการผลิตได้อีกด้วย ในทำนองเดียวกันกรณีของเตาเผาที่ทำงานแบบต่อเนื่อง (Continuous) จะสามารถประหยัดเชื้อเพลิงในการให้ความร้อนกับผลิตภัณฑ์

เมื่อพิจารณาจากรูปหากเพิ่มอุณหภูมิอากาศจากสภาวะปกติให้สูง 600 oC (อุณหภูมิใช้งาน 1250 oC) สามารถประหยัดเชื้อเพลิงได้ประมาณ 25-30%

จากข้อมูลกรณีศึกษาการติดตั้งในต่างประเทศการให้ความร้อนในเตาอุตสาหกรรมโดยการติดตั้งหัวเผาแบบเซลฟ์-รีคัฟเปอร์เรเตอร์ สามารถลดการใช้พลังงานได้ประมาณ 20%-30% เมื่อเทียบกับการให้ความร้อนในเตาเผาที่ใช้หัวเผาแบบอากาศเย็นทั่วไป

00004

แสดงตัวอย่างของหัวเผาแบบเซลฟ์-รีคูเพอเรทีฟ

4) สภาพที่เหมาะสมกับการใช้เทคโนโลยี

เทคโนโลยีการนำความร้อนทิ้งกลับมาใช้อุ่นอากาศในการเผาไหม้โดยการติดตั้งหัวเผาแบบเซลฟ์-รีคูเพอเรทีฟเหมาะสำหรับอุตสาหกรรมที่ใช้เตาเผาที่มีอุณหภูมิใช้งานสูงกว่า 750 oC และใช้เชื้อเพลิงที่มีกำมะถันต่ำ เช่น ก๊าซธรรมชาติ เป็นต้น

00005

แสดงการติดตั้งหัวเผาแบบเซลฟ์-รีคูเพอเรทีฟกับเตาเผา

5) กลุ่มเป้าหมายการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี

กลุ่มของโรงงานอุตสาหกรรมและอาคารที่สามารถประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้ ได้แก่

  • โรงงานผลิตโลหะ เช่น การรีดเหล็กเส้น
  • โรงงานผลิตเซรามิค
  • โรงงานผลิตแก้ว

 

6) ระยะเวลาคืนทุนของเทคโนโลยี

จากข้อมูลจากกรณีศึกษาในต่างประเทศและในประเทศไทยเทคโนโลยีการใช้หัวเผาแบบเซลฟ์-รีคูเพอเรทีฟ สามารถให้ผลประหยัดซึ่งมีระยะเวลาคืนทุนประมาณไม่เกิน 1 ปี