บทที 3 พืนฐานการเผาไหม้ · 2019-08-19 · พืนฐานการเผาไหม้ 5 ค่าความร้อนสูง วัตถุประสงค์

พ�นฐานการเผาไหม 1

บทท� 3 พ�นฐานการเผาไหม

ผบรรยาย


เน�อหา

3.1 เช�อเพลงและวธการทดสอบเช�อเพลง

3.2 ทฤษฎการเผาไหมและการคานวณการเผาไหม

3.3 ปฏกรยาและกระบวนการเผาไหมและคาความรอนเช�อเพลง

3.4 ปรมาณอากาศท�ตองการในทางทฤษฎและในการเผาไหมจรง

3.5 การวเคราะหกาซท�เกดจากการเผาไหม

3.6 การคานวณสมดลพลงงานความรอนกอนและหลงการเผาไหม

3.7 กรณศกษาของการอนรกษพลงงาน

3.8 วธการเผาไหมและอปกรณการเผาไหม

3.9 หลกการทางานและการปรบปรงประสทธภาพของเคร�องยนตสนดาปภายใน

3.10 ระบบเตาเผา

3.11 วธการอนรกษพลงงานของเตาเผา

3.12 ประเภทและคณสมบตของวสดทนไฟและฉนวนชนดตางๆ


3.1 เช�อเพลงและการเผาไหม

3.1.1 เช�อเพลงกาซ3.1.1.1 สมบตของเช�อเพลงกาซ

3.1.2 เช�อเพลงเหลว3.1.2.1 คณสมบตของเช�อเพลงเหลว

3.1.3 เช�อเพลงแขง3.1.3.1 ถานหน

3.1.1.2 ลกษณะของเช�อเพลงกาซ

3.1.1.3 ประเภทของเช�อเพลงกาซ

3.1.2.2 ประเภทและลกษณะของเช�อเพลงเหลว

3.1.3.2 ลกไนต

3.1.3.3 ถานโคก


หมายถง สารท�สามารถเผาไหมไดโดยงายเม�อทาปฏกรยากบอากาศหรอออกซเจน และความรอนท�เกดข�นจากการเผาไหมน�นสามารถนามาใชงานอยางไดคมคาทางเศรษฐกจ

3.1.1 เช�อเพลงกาซ

เช�อเพลงกาซเปนเช�อเพลงท�อยในสถานะกาซภายใตอณหภมปกตและความดนปกต

3.1 เช�อเพลงและการเผาไหม


ค าความรอนสง วตถ ประสงค

CO2 CmHa O2 CO H2 CaH 2a+2 N2 [MJ/m3N] การใชงานหลก

กาซแยกสลายดวยความรอน *1 4.3 30.6 1.2 5.9 17.8 34.5 5.7 39.7 กาซหงตม (town gas)

กาซแยกสลายดวย catalyst *1 8.9 7.1 0.2 14.6 56.2 12.0 1.0 19.3 เหมอนขางต น

กาซผานไอน� าอ ณหภมสง *2 10.5 0.1 21 33.6 1.3 0.8 11.5

กาซสา หรบเปนวตถ ด บในการผล ต

กาซหงตม (town gas)

กาซผานไอน� าอ ณหภมต �า *2 21.7 - - 1.5 21.6 55.2 - 24.9 กาซหงตม (town gas)

กาซแหง 3.4 - 0.1 - - 94.6 0.9 37.7

กาซสา หรบเปนวตถ ด บในการผล ต

กาซหงตม (town gas) กา เนดไฟฟ า

กาซช �น 0.7 - - - - 99.3 - 51.1 เหมอนขางต น

- 6.3 - - - 93.7 - 132.8 อ ตสาหกรรม กาซหงต ม (town gas)

- 20.6 - - - 79.4 - 107.2 สา หรบครวเรอน

2.5 3.0 0.7 9.9 52.1 27.3 4.5 20.9 กาซหงตม (town gas) และ kiln

17.7 - - 23.9 2.9 - 55.5 3.7 kiln และหมอไอน� า

*1 น� ามนท �เปนวตถ ด บ น� ามนด บจากทางใต วธไซคล ก

*2 น� ามนท �เปนวตถ ด บ แนฟทา อ ดความด น catalyst ต อเนอง

กาซ blast furnace

องค ประกอบ [%]เช �อ เพล งกาซ

พวก

ถ านหน

พวก

น� ามนด บ

กาซท �ได

จากการ

แยกสลาย

น� ามนดบ

กาซ

ธรรมชาต

กาซ LPG (ประเภท 2 หมายเลข 4)

เหมอนข างตน (ประเภท 1 หมายเลข 2)

กาซถ านหน (กาซเตาถ านโค ก)


3.1.1.1 สมบตของเช�อเพลงกาซ

ขอด

(1) เทยบกบเช�อเพลงแขงและเช�อเพลงเหลวแลว สามารถเผาไหมสมบรณไดงายกวา (2) นอกจากการอน (Preheat) อากาศท�ใชในการเผาไหม (Combustion air) แลว ยงสามารถอนตวเช�อเพลงเองไดอกดวย

(3) สามารถปรบระดบการเผาไหมไดสะดวกดวยวาลวปรบ

(4) ไมมข� เถาเปนสวนประกอบในเช�อเพลง

(5) มสวนผสมของกามะถนนอยมาก จงไมทาใหเกดอากาศปนเป� อนดวยกาซซลเฟอรไดออกไซด


ขอเสย

(1) เทยบกบความรอนท�ไดหน�งหนวย ปรมาตรเช�อเพลงจะใหญกวาเช�อเพลงอ�นๆ จงไมสะดวกในการขนสงลาเลยง

(2) การเกบกกกาซตองใชถงกาซ จงมคาใชจายดานครภณฑสง

(3) ราคาคาเช�อเพลงแพงกวาเช�อเพลงเหลว

(4) ตองควบคมความปลอดภยอยางเขมงวดเน�องจากมอนตรายจากการร�วไหลและระเบด


3.1.1.2 ลกษณะของเช�อเพลงกาซ

องคประกอบ สตรโมเลกลคาความรอนสง

[MJ/m3N]

ความถวงจา เพาะ

(อากาศ = 1)

ความหนาแนน

[kg/m3N]

มเทน CH4 39.9 *1 0.544 *2 0.7168

อเทน C2H6 70.5 *1 1.049 *2 1.356

โพรเพน C3H8 101 *1 1.550 *2 2.004

บวเทน n-C4H10 132 *1 2.067 *2 2.672

ไอโซบวเทน i-C4H10 133 *1 2.074 *2 2.682

เอทลน C2H4 63.4 *3 0.9750 *3 1.2604

โพรพลน C3H6 93.6 *3 1.481 *3 1.9370

บวทลน n-C4H8 125 *3 1.937 *5 2.558

ไอโซบวทลน i-C4H8 123 *4

คารบอนมอนอกไซด CO 12.6 *4 0.9669 *3 1.2500

คารบอนไดออกไซด CO2 - 1.5291 *3 1.9769

ไฮโดรเจน H2 12.8 *3 0.0695 *3 0.0899

ออกซเจน O2 - 1.1053 1.4290

ไนโตรเจน N2 - 0.9673 *3 1.2505

*1 JIS M 8012 *2 JIS M 8013 *3 Koppers Handbuch der Brennstoff-technik

*4 DIN 51850 *5 I.G.U.

ลกษณะขององคประกอบของเช�อเพลงกาซ


3.1.1.3 ประเภทของเช�อเพลงกาซ

กาซธรรมชาต

กาซ LPG

กาซหงตม (Town gas)

กาซท�ไดจากการแยกสลายน�ามน

กาซเช�อเพลงชนดอ�นๆ

- กาซท�งจากโรงกล�นน�ามน (Off gas)

- กาซจากเตาหลอมเหลก

- กาซถานหน (กาซจากเตาถานโคก)


เช �อเพลง องคประกอบหลกชวงจดเดอด

[°C]

คาความรอนสง

[MJ/kg]

วตถประสงค

การใชงานหลก

น �า ม นเบนซน C, H 30-210 46.1 เคร�องยนตเบนซน

น �า ม นกาด C, H 160-300 46.0 เคร�องยนตขนาดเลกสา หรบการเกษตร

ใชในครวเรอน

น �า ม นเบา C, H 160-360 41.9 เคร�องยนตดเซลขนาดเลก

น �า ม นหนก C, H (O, S) 250-360 42.8-46.5 หมอไอน �า เตาอตสาหกรรม

เคร�องยนตดเซลขนาดใหญ

3.1.2 เช�อเพลงเหลว

หมายถง เช�อเพลงท�อยในสถานะของเหลวภายใตอณหภมและความดนปกต

ลกษณะท�วไปของผลตภณฑปโตรเลยม


3.1.2.1 คณสมบตของเช�อเพลงเหลว

ขอด

ขอเสย

(1) มคาความรอนสง

(2) ราคาถกเทยบตอคาความรอนหน�งหนวย

(3) จดเกบและขนสงสะดวก ไมคอยเส�อมสภาพระหวางการจดเกบ

(4) ประสทธภาพในการเผาไหมสง

(5) มข� เถานอย

(6) เผาไหมงาย ใชระบบควบคมอตโนมตไดงาย

(1) อณหภมในการเผาไหมสง ความรอนเฉพาะท�อาจสงเกนไปไดงาย

(2) น�ามนหนกจะมองคประกอบของกามะถนมาก เปนสาเหตของมลพษทางอากาศไดงาย(3) หวเผา (Burner) บางชนดจะทาใหเกดเสยงดงไดงาย


3.1.2.2 ประเภทและลกษณะของเช�อเพลงเหลว

1.น�ามนดบ ขดไดจากบอน�ามนใตดนท�เกดข�นเองตามธรรมชาต

2.น�ามนเบนซน เปนผลตภณฑปโตรเลยม

3.น�ามนกาด เปนน�ามนท�มชวงจดเดอด 160-300°C ในการกล�นลาดบสวนจะไดออกมา

4.น�ามนเบา เปนน�ามนเช�อเพลงท�ไดออกมาระหวางน�ามนกาดกบน�ามนหนก

5.น�ามนหนก ไดจากการนาน�ามนท�เหลอจากการกล�นลาดบสวนน�ามนดบ


หวข อ

ประเภท

ล กไนตและ brown coal 0.8-1.5 0.26-0.28 250-300 23020-31400

บทม นส 1.2-1.7 0.24-0.28 300-400 31400-36840

แอนทราไซต 1.5-1.8 0.22-0.24 400-450 34330-35580

ความหนาแนน

[g /cm3]ความรอนจา เพาะ

อ ณหภมต ดไฟ

[°C]

ค าความรอน

[kJ/ถ านหนบรสทธ� kg]

3.1.3 เช�อเพลงแขง

ลกษณะของถานหน

3.1.3.1 ถานหน

3.1.3.2 ลกไนต

3.1.3.3 ถานโคก


3.2.3.1 เช�อเพลงกาซ

3.2 ประเภทของเช�อเพลงและวธการทดสอบเช�อเพลง

3.2.1 การวดคาความรอน


3.2.2 การวเคราะหองคประกอบ

3.2.3 การวดสมบตของเช�อเพลง

3.2.2.2 เช�อเพลงเหลว

3.2.2.3 เช�อเพลงแขง




1. เช�อเพลงกาซ จะใช Junker’s flow type gas calorimeter

ตาช�ง

น� าสาหรบวด

น� าไหลลน

น� าควบแนน

มเตอรกาซ

กาซเคร�องปรบความดน

เคร�องเพ�มความช�น

วาลวปรบปรมาณน� า

3.2.1 การวดคาความรอน

3.2 ประเภทของเช�อเพลงและวธการทดสอบเช�อเพลง


8.เทอรโมมเตอรกระบอกนอก

2. เช�อเพลงเหลว การวดคาความรอนของน�ามนดบและน�ามนเช�อเพลง จะใช Automatic bomb calorimeter ท�มสมรรถนะไมต�ากวา Bombcalorimeter แบบ B

1.Bomb

2.กระบอกใน

3.กระบอกกลาง

4.กระบอกนอก

5.เคร�องกวนกระบอกใน

6.เคร�องกวนกระบอกนอก

7.เทอรโมมเตอรกระนอกใน


3.2.2 การวเคราะหองคประกอบ


2.วธวเคราะหองคประกอบพเศษ องคประกอบท�ตองวเคราะหดวยวธพเศษและวธวเคราะห แสดงไวในตาราง

1.วธวเคราะหองคประกอบท�วไป วธ Gas chromatography จะวเคราะหดวย Gas chromatography ท�มเคร�องตรวจจบการนาความรอนหรอม Hydrogen flame ionization detector


องคประกอบท�จะวเคราะห

วธวเคราะห

กามะถนรวม วธ Barium per chlorate gravimetric วธ Dimethyl sulfonazo-III absorption spectrometric

ไฮโดรเจนซลไฟด วธ Iodometric titrationวธ Methylene blue absorption spectrometricวธใชกระดาษทดสอบ Lead acetate

องคประกอบท�จะวเคราะหและประเภทของวธวเคราะห


องคประกอบท�จะวเคราะห วธวเคราะห

แอมโมเนย วธไตรเตรตใหเปนกลางวธ Indophenol absorption spectrometricวธใชกระดาษทดสอบ Silver nitrate - manganese nitrate

แนฟทาลน วธ Gas chromatography

ความช�น วธ Adsorption weighingวธ Dew point

องคประกอบท�จะวเคราะหและประเภทของวธวเคราะห


วธทดสอบแสดงไวในตาราง


1. วธวเคราะหองคประกอบ (JIS K 2536)

- ใชวธ Fluorescent indicator adsorption วดปรมาณองคประกอบไฮโดรคารบอนในผลตภณฑปโตรเลยม

- ใชวธ Gas chromatography ในการวดเบนซน โทลอน ไซลน เมทานอล เมทลเทอเชยรบวทลอเทอร (MTBE) ฯลฯ


ประเภท

ประเภทของไฮโดรคารบอน

และองคประกอบท�ทดสอบ

ขอบเขตการใชงานหนวยของผลการทดสอบ

ตวอยางของน�ามนท�ทดสอบได

Fluorescent indicator adsorption method

อ�มตว,โอลฟน,อะโรมาตก

ใชกบผลตภณฑโตรเลยมท�มจดส�นสด

ไมเกน 315oC *1

[% โดยปรมาตร] น�ามนเบนซนรถยนตน�ามนแกสโซลนเคร�องบน

น�ามนเช�อเพลงเทอรไบนเคร�องบนน�ามนกาด

วธทดสอบสารอะโรมาตกดวย Gas chromatography

อะโรมาตก,เบนซน,โทลอน

ไซลน

ใชกบผลตภณฑปโตรเลยมท�ม

จดส�นสดไมเกน 220oC *1

[% โดยมวล]หรอ[% โดยปรมาตร]

น�ามนเบนซนปรบสภาพน�ามนเบนซนรถยนต

น�ามนแกสโซลนเคร�องบน

วธทดสอบองคประกอบรวมดวย Gas chromatography

องคประกอบรวมเบนซน,โทลอน,ไซ

ลน,เมทานอล,MTBE,

น�ามนกาด

ใชกบผลตภณฑปโตรเลยมท�ม

จดส�นสดไมเกน250oC*1

น�ามนเบนซนปรบสภาพน�ามนเบนซนรถยนต

วธทดสอบสารประกอบของออกซเจนดวย Gas chromatography

เมทานอล,MTBE [% โดยปรมาตร] น�ามนเบนซนรถยนต

*1 จดส�นสด ใหยดตามวธทดสอบการล�นดวยวธความดนปกตท�กาหนดไวใน JIS K 2254


2. วธทดสอบกามะถน ประเภทของวธทดสอบ ตวอยางน�ามนท�ทดสอบได ขอบเขตการวด หมายเหต

Sulfonazo-III titration method after oxyhydrogen flame combustion

น�ามนเบนซนรถยนต น�ามนกาดน�ามนเบา

1-300 ppm โดยมวล

Precise coulometric titration method

1-1000 ppm โดยมวล

Air combustion tube method น�ามนดบ น�ามนเบา น�ามนหนก ต�งแต 0.01% โดยมวลข�นไป

Excitation method using radiation ต�งแต 0.010% โดยมวลข�นไป

Oxygen combustion tube method ต�งแต 0.01% โดยมวลข�นไป

Bomb method น�ามนดบ น�ามนหนก น�ามนหลอล�น ต�งแต 0.10% โดยมวลข�นไป

Lamp volume method น�ามนเบนซนรถยนต น�ามนกาด ต�งแต 0.002% โดยมวลข�นไป หมายเหต 1

Wavelength dispersive X-ray fluorescence spectrometry

น�ามนเบนซนรถยนต น�ามนกาดน�ามนเบา น�ามนหนก น�ามนดบน�ามนหลอล�น

0.0010-2.50% โดยมวลข�นไป หมายเหต 2


3. วธทดสอบไนโตรเจน (JIS K 2609) วดไดดวย Macro Kjeldahl method และ Instrumental method ไดแก Precise coulometric titration method และ Chemiluminescent method

4. วธทดสอบปรมาณคารบอนคงเหลอ (JIS K 2270)นา Crucible ท�มบรรจตวอยางอยใสใน Crucible สองช�น ปดไมใหอากาศเขาแลวใหความรอน เพ�อแยกสลายและทาปฏกรยา Coking หลงจากนา Crucible ไปท�งไวในท�เยนใน Desiccator ช�งหามวล แลวคานวณปรมาณคารบอนคงเหลอ

5. วธทดสอบปรมาณข�เถา (JIS K 2272) เผาตวอยางใน Crucible เพ�อทา Carbonization หลงจากน�นทาใหเปนข� เถาโดยสมบรณท� 775°C วดปรมาณสารท�เลอกแลวคานวณปรมาณข� เถา

6. วธทดสอบความช�น (JIS K 2275)

เตมตวทาละลายท�ไมละลายน� า (ไซลน) ลงในตวอยาง คอยๆ ใหความรอนและกล�น ตวทาละลายและน�าท�ควบแนนจะแยกตวใน Water measuring tube



1. วธ Ultimate analysis (JIS M 8813) กาหนดไวในมาตรฐานน� หมายถงการวดปรมาณคารบอน ไนโตรเจน กามะถนรวม กามะถนในข� เถา ฟอสฟอรส รวมท�งคานวณปรมาณออกซเจน

2. Proximate analysis หมายถงการวเคราะหปรมาณความช�น ข� เถา และ Volatile matter ในตวอยาง รวมท�งคานวณปรมาณ Fixed carbon ผลลพธท�ไดในกรณของถานหนจะระบเปนองคประกอบ 4 ตวท� Air dried basis




กาหนดไวในมาตรฐาน JIS K 2301 ความถวงจาเพาะในท�น� หมายถง อตราสวนระหวางมวลของกาซตอมวลของอากาศท�มปรมาตรเทากนท�อณหภมและความดนเดยวกน โดยBunsen-Schilling method (Effusion method)


5. วธทดสอบคาออกเทนและ Cetane number (JIS K 2280)

1. วธทดสอบความหนาแนน (JIS K 2249)

2. วธทดสอบความหนดจลน (JIS K 2283)

3. วธทดสอบ Flash point (JIS K 2265)

4. วธทดสอบ Pour point (JIS K 2269




1. ขนาดอนภาคของถานหน (JIS M 8801)

2. การขยายตวของถานหน (JIS M 8801)

3. Grindability ของถานหน (JIS M 8801)

4. Fluidity ของถานหน (JIS M 8801)

5. Coking test

6. Ash fusion properties

7. Reflectance ของถานหน


3.3 ทฤษฎการเผาไหมและการคานวณการเผาไหม

I

C1 kmol12 kg

c kg

+ O2

1 kmol32 kg

22.4 m3

(c / 12) × 22.4mN3

= CO2

1 kmol44 kg

22.4 m3

(c / 12) × 22.4 m3

II

C1 kmol12 kg

c kg

+ (1 / 2) O2

1/2 kmol32/2 kg

22.4/2 m3

(c / 12)/2 × 22.4 m3

= CO1 kmol28 kg

22.4m 3

(c / 12) × 22.4 m3

III

H1 kmol

1 kg

h kg

+ (1 / 4) O2

1/4 kmol32/4 kg

22.4/4 m3

(h / 4) × 22.4 m3

= (1 / 2) H2O1/2 kmol18/2 kg

22.4/2 m3

(h / 2) × 22.4 m3

สมการปฏกรยาในการเผาไหมเช�อเพลงแขงและเช�อเพลงเหลว


IV

S1 kmol32 kg

s kg

+ O2

1 kmol32 kg

22.4 m3

(s / 32) × 22.4 m3

= SO2

1 kmol64 kg

22.4 m3

(s / 32) × 22.4 m3

V

N1 kmol14 kg

n kg

= (1 / 2) N2

1 kmol28/2 kg

22.4/2 m3

(n / 28) × 22.4 m3

VI

H2O1 kmol18 kg

w kg

= H2O1 kmol18 kg

22.4 m3

(w / 18) × 22.4 m3


สมการปฏกรยาในการเผาไหมเช�อเพลงกาซ

I

CO

1 kmol

22.4 mN

3

co mN 3

+ (1 / 2) O2

1/2 kmol

22.4/2 mN

3

(1 / 2) co mN 3

= CO2

1 kmol

22.4 mN

3

co mN 3

II

H2

1 kmol

22.4 mN 3

h2 mN 3

+ (1 / 2) O2

1/2 kmol

22.4/2 mN 3

(1 / 2) h2 mN 3

= H2O

1 kmol

22.4 mN 3

h2 mN 3

CmHn + (m + n

4) O2 = m CO2 + n

2 H2O

1 kmol (m + n

4) kmol m kmol n

2 kmol

22.4 mN

3 (m +

n

4) × 22.4 mN

3 m × 22.4 m

N

3 (

n

2 ) × 22.4 mN

3

III

cmhn mN 3 (m +

n

4) cmhn mN 3 m cmhn mN

3 (

n

2 ) cmhn mN 3


อยางไรกตาม ดานซายของสมการน�จะแสดงเพยงสภาวะกอนทาปฏกรยา และดานขวากแสดงเพยงสภาวะหลงทาปฏกรยาเทาน�น

OH2OH2 222

3.4 ปฏกรยาและกระบวนการเผาไหม

3.4.1 ปฏกรยาการเผาไหม

เช�อเพลงไมวาจะเปนกาซ ของเหลว หรอของแขง จะประกอบดวยอะตอมของ C, H, O ฯลฯ สดทายแลวเช�อเพลงจะกลายเปน CO2, H2O

ปฏกรยาระหวางไฮโดรเจนและออกซเจนท�ไดสดสวนตามทฤษฎมดงตอไปน�


ในทางปฏบตเน�องจากเปลวไฟจะมอณหภมสง ดงน�น H2O จงสลายตว (Dissociation) มท�ง H2, O2, OH, H, O อยดวย เม�อหลดพนเปลวไฟออกมาปฏกรยาหลกท�งหมดจะส�นสดลง และไดสมดลทางเคมตามสมการ

HOHHOH 22

OOHOH 2

HOHHO 2

MHOMOH 22

เสถยรโมเลกลท�OHOH ,,

ท� งน� M หมายถงโมเลกลใดๆ ซ� งมการแลกเปล�ยนพลงงานกบ Chemical species ระหวางการทาปฏกรยาเทาน�น แตตวมนเองจะไมมการเปล�ยนแปลง ปฏกรยา


3.4.2 การตดไฟกบการเคล�อนของเปลวไฟ

1. การตดไฟกบการจดไฟ

2. ความเรวในการเผาไหมกบความเรวของเปลวไฟ

3. Flammability limit

4.ปรากฏการณ Quenching


1. วธการเผาไหมประเภทตางๆ

วธแบงประเภท เกณฑ A เกณฑ B เกณฑ C

การเผาไหมดวย Burner

Premix combustion การเผาไหมกระแสราบเรยบ

ช�อ การเผาไหมในภาชนะ Partial premix combustion การเผาไหมกระแสป�นปวน

Diffuse combustion

3.4.3 กระบวนการเผาไหมในทางปฏบต

4. การรกษาเสถยรภาพของเปลวไฟ

2. ความจ (Capacity) ของอปกรณเผาไหม3. Diffuse combustion


ผวหนาเปลวไฟอากาศน�ง

เช�อเพลง




อากาศ

อากาศ

(a) Free jet diffusion flame

(b) Coaxial flow diffusion โFlame

(c) Counterflow diffusion flame

(d) Countercurrent jet diffusion flame

อากาศ

อากาศเปลวไฟ

ผวหนาเปลวไฟ

ผวหนาเปลวไฟ

Diffusion flame ลกษณะตางๆ


3.4.4 การเผาไหมของเช�อเพลงเหลว

1. วธเผาไหมประเภทตางๆ แบงไดเปน

1.1 Liquid surface combustion

1.2 Wick combustion

1.3 Evaporating combustion

1.4 Spray combustion


2. การระเหยและเผาไหมของละออง

ละอองท�ถกพนออกไปสมผสอยางกระทนหนกบบรรยากาศอณหภมสงท�มคณสมบตออกซเดช�นน�น หากบรรยากาศดงกลาวมเง�อนไขเหมาะสม และเสนผานศนยกลางของละอองมคาสงกวาคาวกฤตคาหน�งแลว เม�อเวลาผานไปคาหน�งละอองจะตดไฟดวยตวเอง


วธการเผาไหมเช�อเพลงแขง(1) Grate firing (fixed bed combustion) (2) Fluidized bed combustion (3) Pulverized coal firing

3.4.5 การเผาไหมของเช�อเพลงแขง

รปแบบการเผาไหมของเช�อเพลงแขง (1) Evaporating combustion (2) Decomposing combustion (3) Surface combustion(4) Smoldering


3.5 คาความรอนเช�อเพลง

3.5.1 คาความรอนสงกบคาความรอนต�า

คาความรอนสงของเช�อเพลง หมายถงปรมาณความรอนจากการเผาไหมเช�อเพลงท�สามารถนามาใชงานไดสงสดจากการเผาไหมน�น องคประกอบของกาซเผาไหมทกชนดจะมสถานะเปนกาซ ยกเวน H2O เ ม� อจะใหค าจากดความประสทธภาพความรอน สวนมากแลวมกจะใชคาความรอนต�าเปนคาความรอนของเช�อเพลง


3.5.2 คาความรอนของเช�อเพลงแขงและเช�อเพลงเหลว

3.5.3 คาความรอนของเช�อเพลงกาซ

โดยท�วไปจะวดดวย Junker’s flow type calorimeter ซ� งคาท�วดไดจะเปนคาความรอนสง (Hh) สวนคาความรอนต�า จะคานวณไดโดยใหความรอนแฝงของการควบแนนของไอน�า

คาความรอนของเช�อเพลงแขงจะใช Bomb calorimeter ในการวด โดย Calorimeter เปนอปกรณท�ถายเทความรอนจากการเผาไหมเช�อเพลงใหแกน� าใน Calorimeter วดคาความรอนของเช�อเพลงจากปรมาณความรอนท�มอยในน� าท�เพ�มข�น


คาความรอนสงของกาซองคประกอบแตละชนดของเช�อเพลงกาซกาซ คาความรอนสง Hh [MJ / N-f3]

H2 12.8

CO 12.6

CH4 39.8

C2H6 69.9

C2H4 63.0

C2H2 58.0

C3H8 99.1

C3H6 91.9

n-C4H10 128.5

iso-C4H10 128.1


3.6 ปรมาณอากาศท�ตองการในทางทฤษฎและในการเผาไหมจรง

อตราสวนของออกซเจนในอากาศเปนคาท�มความสาคญ โดยอตราสวนโดยปรมาตรของออกซเจนในอากาศเทากบ 0.210 (อตราสวนโดยมวลเทากบ 0.232) และองคประกอบท�เหลอจะถอวาเปนไนโตรเจนท�งหมด

3.6.1 ปรมาณอากาศตามทฤษฎกบอตราสวนอากาศ


อณหภมสงท� เกดข� นจากการเผาไหมเช� อเพลง เรยกวา กาซเผาไหม

(Combustion gas) เม�อกาซน�ถายเทความรอนใหวตถท�ตองการใหความรอน และไหลออกไปทางทอไอเสยหรออ�นๆ แลว จะเรยกวา กาซไอเสยจากการเผาไหม กรณท�เช�อเพลงเกดการเผาไหมสมบรณดวยอากาศท�มปรมาณเทากบหรอมากกวาปรมาณอากาศตามทฤษฎ องคประกอบของกาซเผาไหมจะประกอบดวย CO2, H2, SO2

+C O2 CO2

+2H2 O2 2H2O

+ O2S SO2

3.6.2 ปรมาณกาซเผาไหม


]m[m]kg[mA)(GG fNNfN333

00 /,/1

]m[m]kg[mA)(GG fNNfN333

00 /,/1

]kg[m)s()o(h)c(A fN}{ /3284

11221.0

4.22 30

(ปรมาณกาซเผาไหม) = (ปรมาณกาซเผาไหมตามทฤษฏ) + (ปรมาณอากาศสวนเกน)

3.6.3 ปรมาณกาซเผาไหมแหง ปรมาณกาซเผาไหมตามทฤษฎ

G0 เรยกวา ปรมาณกาซเผาไหมตามทฤษฎ

G’0 เรยกวา ปรมาณกาซเผาไหมแหงตามทฤษฎ

α = 1

A0 เรยกวา ปรมาณอากาศตามทฤษฎ


]m[mG

422)12(c)(CO 3

N3N2 /

./

]m[m

G

A)1(210)(O 3

N3N

02 /

.

]m[mG

}422)28(nA790{)(N 3

N3N

02 /

./.

]m[m

G

422)32(s)(SO 3

N3N2 /

./

]m[mG

cohcmco)(CO 3

N3N

22

nm /

]m[m

G

A)1(210)(O 3

N3N

02 /

.

]m[mG

nA790)(N 3

N3N

202 /

.

3.6.4 สดสวนองคประกอบของกาซเผาไหม

กรณของการเผาไหมสมบรณของเช�อเพลงแขงและเช�อเพลงเหลว

กรณของการเผาไหมสมบรณของเช�อเพลงกาซ


3.6.4 สดสวนองคประกอบของกาซเผาไหม

]m[mG

422)12(c(CO))(CO 3

N3N2 /

./

]m[mG

cohcmco(CO))(CO 3

N3N

22

nm /

กรณท�เกด CO เปนสารลพธของการเผาไหมไมสมบรณ


G(CO)}50){(O)210790(}422)28(nG){(N

}422)28(nG){(N

22

2

../../

./

3.6.5 การคานวณอตราสวนอากาศ

อตราสวนอากาศ α หมายถง อตราสวนระหวางปรมาณอากาศท�ปอนใหจรง A กบปรมาณอากาศตามทฤษฏ A0

3.6.5.1 สมการคานวณอตราสวนอากาศดวยสมดลไนโตรเจน

α = (ปรมาตรของ N2 ในอากาศท�งหมดท�ปอนให) / {(ปรมาตรของ N2 ในอากาศท�งหมดท�ปอนให) – (ปรมาตรของ N2 ในอากาศสวนเกน)}


(CO)}50){(O)210790()(N

)(N

22

2

../.

)(O210

210

2.

.

3.6.5.1 สมการคานวณอตราสวนอากาศดวยสมดลไนโตรเจน

กาซไนโตรเจนท�เกดจากเช�อเพลงมนอยมากสามารถตดท�งได และองคประกอบท�ไมเผาไหมมแต CO เทาน�น

นอกจากน� กรณท�เกดการเผาไหมสมบรณ ((CO) = 0) และให (N2) = 0.79 โดยประมาณแลว จะไดสมการอยางงายดงตอไปน�

สมการอยางงายในกรณท�เกดการเผาไหมสมบรณ และให (N2) = 0.79 โดยประมาณ


]m[mG

422)12(c)(CO 3

N3N

0

2 max /./

]m[m

G

cohcmco)(CO 3

N3N

0

22

nmmax /

]m[m

210

)(O1

)(CO)(CO 3

N3N

2

22 max /

.

]m[m

210

(CO)50)(O(CO)501

(CO))(CO)(CO 3

N3N

2

22 max /

.

..

3.6.5.2 การคานวณอตราสวนอากาศดวย (CO2)maxความเขมขนของ CO2 ในกาซเผาไหมแหงจะเรยกวา ความเขมขน

คารบอนไดออกไซดสงสด มสญลกษณ (CO2)max

เน�องจากปรมาตรของกาซเผาไหมแหงตามทฤษฎในกาซเผาไหมแหงจรงจานวน 1 N3 จะเทากบ1 – (O2) / 0.21 [N3] ดงน�น

ถาผลลพธของการเผาไหมไมสมบรณมแต CO เทาน�นแลว


]m[m210

)(CO

(CO))(CO

790

)(CO1

(CO)51)(CO1 3N

3N

2

22

2

max

max/.

.

.

)(CO

)(CO

2

2 max

3.6.5.2 การคานวณอตราสวนอากาศดวย (CO2)max

α > 1 และถอวาองคประกอบท�ไมเผาไหมมแต CO เทาน�น

สมการอยางงายในกรณท�เผาไหมสมบรณ


3.7 การวเคราะหกาซท�เกดจากการเผาไหม

3.7.4 อปกรณวเคราะหกาซทางฟสกส

3.7.1 ประเภทและคณสมบตของวธวเคราะหกาซ

3.7.2 วธเกบตวอยางกาซไอเสย (JIS K 0095)

3.7.3 เคร�องวเคราะหกาซทางเคม


3.7.1 ประเภทและคณสมบตของวธวเคราะหกาซ

วธวเคราะห ช�อเคร�องวเคราะห องคประกอบท�วด

เคร�องวเคราะหกาซทางเคม

การดดกลนของสารละลาย Hempel gas analyzerOrsat gas analyzer

CO2, O2, CO, N2

CO2, O2, CO, N2

เคร�องวเคราะหกาซทางฟสกส

วธสมประสทธ� การนาความรอน เคร�องวด CO2 แบบไฟฟา CO2

วธความถวงจาเพาะ เคร�องวด CO2 แบบความถวงจาเพาะ CO2

วธการดดกลนรงสอลตราไวโอเลต

เคร�องวเคราะหกาซแบบรงสอลตราไวโอเลต

CO2, CO, CH4, SO2, NO

วธการดดกลนรงสอนฟราเรด เคร�องวเคราะหกาซแบบรงสอนฟราเรด NO, NO2, SO2

วธการเปลงแสงทางเคม เคร�องวเคราะหแบบการเปลงแสงทางเคม NO, NOx

วธการนาไฟฟา เคร�องบนทก SO2 อตโนมต SO2

วธไฟฟาเคม เคร�องวเคราะห O2 แบบเซอรโคเนยเคร�องวเคราะห O2 แบบแบตเตอร�กลวาน

O2

O2

วธแมเหลก เคร�องวด O2 แบบแมเหลก O2

วธกาซโครมาโตกราฟฟ กาซโครมาโตกราฟฟ CO2, N2, H2, O2, COCH4, SO2, NO2

ประเภทของเคร�องวเคราะหกาซ


3.7.2 วธเกบตวอยางกาซไอเสย (JIS K 0095)

การเลอกตาแหนงท�เกบตวอยาง

ใหเลอกตาแหนงทอไอเสยท�สอดคลองกบมาตรฐาน JIS

โครงสรางของอปกรณเกบตวอยางกาซ

วสดท�ใชทาหลอดเกบตวอยางและหลอดนากาซ จะตองเลอกใชวสดท�ไมมผลกระทบตอผลการวเคราะหกาซไอเสยเน�องจากปฏกรยาเคม การดดเกาะ ฯลฯ และตองทนทานตอการกดกรอน และเพ�อหลกเล�ยงปญหาท�เกดจากความช�นหรอกาซท�ม Dew point สง


3.7.3 เคร�องวเคราะหกาซทางเคมOrsat gas analyzer เปนเคร�องวเคราะหคารบอนไดออกไซด

ออกซเจน คารบอนมอนอกไซดในกาซไอเสยดวยวธ Absorption methodอปกรณน� มขนาดเลก น� าหนกเบา พกพาสะดวก และใชงานงายแตตองมความเช�ยวชาญ


3.7.4 อปกรณวเคราะหกาซทางฟสกส

1. การวเคราะหคารบอนไดออกไซด

วธสมประสทธ� การนาความรอน

2. การวเคราะหออกซเจน (JIS B 7983)

เคร�องวด O2 แบบแมเหลก

3. การวเคราะหคารบอนมอนอกไซด (JIS K 0098)วธกาซโครมาโตกราฟฟ

วธความถวงจาเพาะ

วธวเคราะหกาซดวยรงสอนฟราเรด

เคร�องวด O2 แบบไฟฟาเคม

วธวเคราะหกาซดวยรงสอนฟราเรด

วธหลอดตรวจจบ


4. การวเคราะหไฮโดรคารบอนรวม

ใช Flame Ionization Detector (FID)


5. การวเคราะห NOx (JIS B 7982)

6. การวเคราะหสารประกอบกามะถน (JIS B 7981)

7. วธกาซโครมาโตกราฟฟ

วธการเปลงแสงทางเคม

วธการนาไฟฟาของสารละลาย

ใชได เม�อเทยบกบเคร�องวเคราะหกาซแบบรงสอนฟราเรดแลว

วธดดกลนรงสอนฟราเรด

วธดดกลนรงสอลตราไวโอเลต

วธดดกลนรงสอนฟราเรด

วธดดกลนรงสอลตราไวโอเลต


3.8 การคานวณสมดลพลงงานความรอนกอนและหลงการเผาไหม

3.8.1 สมดลความรอนกอนและหลงการเผาไหมกบอณหภมของกาซเผาไหมตามทฤษฎ

อณหภมของกาซเผาไหมสามารถคานวณไดจากกฎการอนรกษเอนทลปกอนและหลงการเผาไหม กลาวคอ ต�งสมการใหปรมาณความรอนท�มอยในเช�อเพลงและในอากาศกอนการเผาไหม เทากบปรมาณท�มอยในกาซเผาไหมหลงการเผาไหมบวกกบปรมาณความรอนท�ปลดปลอยออกมาจากกาซเผาไหม


CO2 →← CO + (1 / 2) O2

H2O →← H2 + (1 / 2) O2

H2O →← (1 / 2) H2 + OH(1 / 2) H2 →← H(1 / 2) O2 →← O(1 / 2) N2 →← N(1 / 2) O2 + (1 / 2) N2 →← NO

3.8.2 อณหภมของกาซเผาไหมสมดล

ในกาซเผาไหมอณหภมสงในทางปฏบต องคประกอบของกาซเผาไหมจะเกดการสลายตวดวยความรอน แมในกรณท�อตราสวนอากาศมเทากบ 1 หรอมากกวากตาม จะเกดองคประกอบทางเคมท�ไวตอปฏกรยาจานวนเลกนอย เชน CO หรอ H2 หรอ O, H, OH, N เปนตน ในกาซเผาไหมอณหภมสงในปฏกรยาพ�นฐานตอไปน�


อณหภมของกาซเผาไหมตามทฤษฎสงสดของเช�อเพลงชนดตางๆ

ชนดของเช�อเพลง คาความรอนต�า Hℓ อณหภมของกาซเผาไหมตามทฤษฎสงสด Tth

H2 10.80 MJ /N-f3 2252°C

CO 12.64 2390

CH4 35.83 2054

C2H2 56.26 2635

C3H8 91.30 2121

น�ามนหนก 40.19 MJ/kg-f 2027

เช�อเพลง 25°C กบอากาศแหงปรมาณตามทฤษฎ (สดสวน O2 โดยปรมาตร 21%) เผาไหมสมบรณภายใตความ

ดน 0.1 MPa (ความดนบรรยากาศ) และพจารณาวากาซท�เกดจากการเผาไหมมแค CO2, H2O และ N2 เทาน�น


3.9กรณศกษาของการอนรกษพลงงาน

3.9.1 รเจนเนอเรทฟเบรนเนอร

Regenerative burner


อณหภมภายในเตา สามารถจดการกาซอณหภมสงประมาณ 1400 [°C] ได ทาใหไดกาซอนแลวอณหภมสง 800-1300 [°C] จงสามารถทาใหภายในเตามอณหภมสงได และเพ�มปรมาณการถายเทความรอนในบรเวณเผาไหมอณหภมสง เช�อเพลงจะมการตดไฟด จงสามารถเกล�ยการแจกแจงอณหภมภายในเตาใหสม�าเสมอมากข�นไดดวยการแยกเผาไหมเช�อเพลงแบบกระจายและการบงคบหมนเวยนกาซเผาไหม

ปรมาณการแลกเปล�ยนความรอน

เทยบกบ Recuperator ท� จะมการถ าย เทความรอนทางออมแลวRegenerative burner จะใหความรอน Regenerator โดยตรง ดงน�นจงมปรมาณการแลกเปล�ยนความรอนตอปรมาตรหน�งหนวยสงกวา

ประสทธภาพอณหภม

เทยบกบ Recuperator ท�มประสทธภาพอณหภม 70-85 [%] แลวRegenerative burner จะมคาสงต�งแต90 [%] ข�นไป จงสามารถลดความสญเสยในกาซไอเสยได

คณสมบตของ Regenerative burner


หลกการทางานของ Regenerative burner

สลบทก 30-90 วนาท

เปดหมด

ปดหมดอากาศสาหรบเผาไหม

กาซไอเสย

กาซเช�อเพลง

อากาศสาหรบเผาไหม




หลกการทางานของ Regenerative burner แบบหมน

หมนอากาศสาหรบเผาไหม

อากาศอณหภมสง

(regenerator)

กาซไอเสยอณหภมสง

(ทอลม) การระบายความรอน



จานวนพนกงาน : 720 คนปรมาณการใชพลงงานตอป : กาลงไฟฟา 11,892 [MWh/y]

กาซหงตม (Town gas) 169,237 [m3/y] น�ามนหนก 512 [kL/y]

กรณศกษา การเพ�มประสทธภาพของเตา Heat treating furnace ดวยRegenerative burnerผลตภณฑ : ช�นสวนรถยนต


เปล�ยนแหลงความรอนของเตา Heat treating furnace จากไฟฟาซ�งมราคาตอความรอนหน�งหนวยสงเปนกาซหงตม (Town gas)

1. เคาโครง

โดยใช Regenerative burner เพ�อลดความสญเสยในกาซไอเสย พรอมกบเปล�ยนวสดทาผนงเตาเพ�อลดการแผความรอน


2. มาตรการ

- ใช Regenerative burner

Radiant tube



เคร�องแลกเปล�ยนความรอน


Radiant tube

Regenerator



Regenerator

Regenerative burner

กาซไ

อเสย


- เสรมฉนวนความรอนผนงเตา

อณหภมผนงเตาของเตากาซเดมจะมคาเฉล�ย 90 [°C] เหตผลคออฐทนไฟมการแตกราวและความตานทานความรอนของบอรดฉนวนความรอนมคาต�า ดงน�นจง

(a) เปล�ยนอฐทนไฟจาก TB5 เปน FLB(b) เปล�ยนบอรดฉนวนความรอนจาก Silica #650 เปน Microtherm

มาตรการน�ทาใหอณหภมเฉล�ยของผนงเตาลดเหลอ 76 [°C]ประสทธภาพความรอนเพ�มข�น 22 [%] เทยบกบเตากาซเดมดงรป


ประสทธภาพ Effective

เตากาซหมายเลข 2 (Radiant tube burner)

ประสทธภาพ Effective

เตากาซหมายเลข 1 (Regenerative burner)

ความรอนเขา 100 [%] ความรอนเขา 100 [%]

ความ

รอนท

�แผจา

กผนง

เตา ฯ

ลฯ

ความ

รอนส

ญเส

ยในก

าซไอ

เสย

ความ

รอนท

�แผจา

กผนง

เตา ฯ

ลฯ

ความ

รอนส

ญเส

ยในก

าซไอ

เสย

ประสทธภาพความรอน


ความส�นเปลองพลงงานตอหนวย ลดลง 36 [%]การเกด CO2 ตอหนวย ลดลง 48 [%]ตนทนพลงงาน ลดลง 33 [%] 11 [ลานเยน/y]

3. ประสทธผล


3.10 วธการเผาไหมและอปกรณการเผาไหม

3.10.1 อปกรณเผาไหมเช�อเพลงกาซ

3.10.2 อปกรณเผาไหมเช�อเพลงเหลว

3.10.3 อปกรณเผาไหมเช�อเพลงแขง

3.10.4 การเผาไหม NOx ต�า

3.10.5 การเผาไหมแบบสะสมความรอน


3.10.1 อปกรณเผาไหมเช�อเพลงกาซ

เม�อแบงประเภทของ Gas burner ตามวธการผสมกาซกบอากาศสาหรบเผาไหม จะแบงไดเปน

(1) Diffusion burner

(2) Partially premixed burner

(3) Fully premixed burner โดย diffusion burner


(1) Diffusion burnerอากาศ

อากาศ

อากาศ

กาซ

กาซ

กาซ

1 รปรางของ Port

(a) เปน Port ท� ใชเม�อจะ Preheat ท�งอากาศและกาซ

(b) จะใชในกรณท�จะพนกาซท�มความถวงจาเพาะต�าออกมาทางดานลางของอากาศ แลวใหแรงลอยตวของกาซพาตวเองข�นไปผสมใหเขากบอากาศ


อากาศ

อากาศ

กาซ


Burner แบบ Center fire (สาหรบความดนต�า) Burner รป Multi-lance

อากาศ

น� ามนหนก


(2) รปรางของ Nozzle


(2) Partially premixed burner

หมายถง Burner แบบ Semi-premixed ซ� งจะผสมอากาศสาหรบเผาไหมสวนหน�งกบเช�อเพลงกอน แลวจงพนออกจาก Burner สวนอากาศท�เหลอจะปอนใหเปนอากาศทตยภม ตวอยางเชน Bunsen burner เปนตน

Bunsen burner


บางคร� งกเรยกวา Internal mixing burner เปนการเผาไหมโดยใชอากาศสาหรบเผาไหม 100% เปนอากาศปฐมภม ทาการ Premix ภายในตว Burner แลวจงนาไปเผาไหม จงไมตองใชอากาศทตยภม และสามารถเผาไหมไดดวยความเรวสง การ Premix กาซกบอากาศสามารถแบงไดเหมอนกบ Partially Premixed burner ดงตอไปน�

(3) Fully premixed burner

กาซผสม

กาซผ

สมกา

ซผสม

(a) แบบ Stabilizing block (b) แบบ Tunnel block (c) แบบฉากทนไฟ

1. Burner แบบใชกาซความดนสงดดอากาศเขามา 2. Burner แบบใชอากาศดดกาซเขามา

3. Burner แบบอดความดนท�งกาซและอากาศ


3.10.2 อปกรณเผาไหมเช�อเพลงเหลว

ประเภทของ burnerชวงการใชงานเช �อ เพล ง

[L/h]มมฉดเช �อ เพล ง turndown ratio ล กษณะของเปลวไฟ วตถ ประสงคการใชงาน

hydraulic burner 30-3000 ระหวาง 40-90แบบ non-return type 1 : 2.0

แบบ return type 1 : 3.0

เปนเปลวไฟมมกวาง มความยาวข �นอยกบ

อากาศท �ปอนเข าไป แต ยงค อนขางส�น

สา หรบกา เนดไฟฟ า สา หรบเรอ หมอไอน� า

ขนาดใหญอ �นๆ ท �ภาระมการเปล �ยนแปลงนอย

rotary burner 5-1000 ระหวาง 40-80 1 : 5มมมคอนกวางกวาง ปรบความยาวได ด วย

อากาศท �ปอนเข าไป

หมอไอน� าขนาดกลางและเล กท �ภาระมการ

เปล�ยนแปลง

high pressure atomizing burner 2-2000 ประมาณ 30 1 : 10มเปลวไฟมมแคบท �สด แบบ internal

mixing type จะมเปลวไฟนมนวลกวา

เตาเผาต อเน�อง เตาหลอมแกว cement kiln

ฯลฯ ท �ต องใหความรอนอยางสม�า เสมอ

low pressure atomizing burner 2-500 ระหวาง 30-60 1 : 8มมมคอนขางแคบ ความยาวนอย แต สามารถ

ปรบได ด วยอากาศปฐมภมและทต ยภม

อ ปกรณใหความรอนขนาดค อนข างเล ก

เชน เตาขนาดเล ก heat treatment ฯลฯ

คณสมบตและวตถประสงคการใชงานของ Burner แบบตางๆ


(d) แบบ Plunger type(a) แบบ Direct injection (b) แบบ Return type (c) แบบ Return type

หลกการทางานของ Hydraulic burner


น�ามน

น�ามนกาซ

กาซ

น�ามน

กาซ

หลกการทางานของ Atomizing burner


อากาศ

น�ามน

A (Nozzle น�ามน)

B (Nozzle)

C (Nozzle อากาศ)

หวฉดแบบ High pressure atomizing type


หลกการทางานของ Rotary burner

น�ามน

แกนหมน

Fanอากาศปฐมภม


3.10.3 อปกรณเผาไหมเช�อเพลงแขง

(1) การเผาไหมบน Grate

การเผาไหมบน Grate แบงเปนวธ Hand fired กบวธ Automatic fired แตวธการเผาไหมจะแบงเปนวธหวานถานหนบน Grate ตายตวกบวธท� Grate จะเปน Chain stoker ซ� งสามารถเล�อนได อน�ง Step grate ท�ใชในการเผาขยะกเปนตวอยางหน�งของ Grate เคล�อนท�ไดน�


(2) อปกรณเผาไหม Pulverized coal แบงเปนแบบสะสมกบแบบโดยตรง

แบบสะสมจะปนเช�อเพลงเกบไวในถงเกบ แลวใชเคร�องปอนคอยนาออกมาจากถงเกบในปรมาณท�ตองใช นามาผสมกบอากาศแลวเผาไหมดวย Burner

แบบโดยตรงจะคอยๆ ปนเช�อเพลงไปพลางดวยเคร�องปน แลวปอนอากาศนา Pulverized coal ท�เกดข�นปอนเขาไปท� Burner โดยตรง


(3) Fluidized bed combustion

ภาพหลกการทางานของการเผาไหมแบบ Fluidized bed combustion

กาซอากาศทตยภม

อากาศปฐมภม

หนปน

เช�อเพลงแผนพรน


หนปน

อากาศทตยภม


กาซ

อากาศแผนพรน

ไซโคลน


(1) Low NOx burner

หลกการทางานของการเผาไหมสองข�น หลกการทางานของ Bias combustion

อากาศทตยภม


อากาศ

กาซ

rich flame

กาซ

lean flame

3.10.4 การเผาไหม NOx ต�า

แสดงหลกการทางานของ Low NOx burner ในการเผาไหมกาซ ซ� งเราสามารถพจารณาวา Bias combustion ท�จรงแลวกคอการเผาไหมสองข�นขนานกนน�นเอง


circumferential secondary air swirler (tornado)

tertiary air

Denitration zone

protection ring

circumferentialsecondary airguide sleeve

Pulverized coal fired low NOx burner

high temperature reduction flame

(2) การเผาไหมรดกช�นอณหภมสง


3.10.5 การเผาไหมแบบสะสมความรอน

ปดอากาศ

ไอเสย

ระบายไอเสย

first half cycleเผาไหม

ปดไอเสย

regenerator กาลงpreheat อากาศ

regenerator กาลงสะสมความรอน

second half cycleระบายไอเสย

ไอเสย

ปดอากาศregenerator กาลงสะสมความรอน

regenerator กาลงpreheat อากาศ

หลกการทางานของการเผาไหมแบบสะสมความรอน


3.11 เคร�องยนตสนดาปภายในหลกการทางานของเคร�องยนตสนดาปภายใน

3.11.1 ประเภทและลกษณะสมบต

3.11.2 สมรรถนะ

3.11.3 เช�อเพลงกบการเผาไหม


สวนตวอยางของเคร�องยนตแบบความเรวไดแก กาซเทอรไบน

3.11.1 ประเภทและลกษณะสมบต

เคร�องยนตจดระเบดดวยหวเทยน (เคร�องยนตเบนซน เคร�องยนตแกส) ซ� งเปนเคร�องยนตแบบ Otto cycle

เคร�องยนตจดระเบดดวยตวเอง (เคร�องยนตดเซล) ซ� งเปนเคร�องยนตแบบ Diesel cycle


3.11.2 สมรรถนะ

1

11

ประสทธภาพความรอนตามทฤษฎของ Otto cycle ซ� งเปนไซเคลตามทฤษฎของเคร�องยนตเบนซนและเคร�องยนตแกส และมการเปล�ยนแปลงแบบ Adiabatic จานวน 2 คร� งกบการเปล�ยนแปลงปรมาตร 2 คร� ง ถาใหอตราสวนของความรอนจาเพาะเทากบ แลว ประสทธภาพความรอนจะเทากบ

ดงน�น หากอตราสวนกาลงอด มคาสง ประสทธภาพความรอนจะเพ�มข�น อยางไรกตาม ถาอตราสวนกาลงอดมคาสงเกนไป จะเกดเสยงระเบด (Detonation) ข�นทาใหไมสามารถเดนเคร�องได


ประเภทของกาซ

จานวนโมเลกลคาความรอน

ต�า[kcal / m3

N]

อตราสวนผสมตามทฤษฎ[m3

N / m3N]

คาความรอนของกาซ

ผสมท�อตราสวนสมมล

[kcal / m3N]

explosion limit อตราสวนกาลงอดสงสด

(เคร�องทดสอบมาตรฐาน)

C.C.R.

คามเทนM.N.

คาออกเทน

(MON)lower upper

ไฮโดรเจน H2 2570 2.38 760 4.0 74.2 8.5 0 66

คารบอนมอนอกไซด

CO 3020 2.38 893 12.5 74 13.0 73 100

มเทน CH4 8550 9.52 813 5.0 15 15.4 100 103

อเทน C2H6 15370 16.7 868 3.0 12.5 12.4 43.5 101

โพรเพน C3H8 22100 23.8 901 2.2 9.5 12.2 35 97

i-บวเทน i-C4H10 28240 31.0 908 1.9 8.5 5.5 98

n-บวเทน n-C4H10 28330 31.0 922 1.9 8.8 8.0 10.5 89

Town gas 6C H2 : 45% CH4, CO ฯลฯ

4050 4.2 779 33

Town gas 13A CH4 : 88% CnHm 9940 10.95 832 66

Digestion gas CH4, CO2, N2 ฯลฯ 4700-6500 5.2-7.2 750-790 90-130

ตารางคณลกษณะของกาซเช�อเพลง


(1) เช�อเพลง

3.11.3 เช�อเพลงกบการเผาไหม

(2) วธ Supercharge

(3) การนอก

เช�อเพลงสาหรบเคร�องยนตสนดาปภายใน จะมคาความรอนของกาซผสมสตรดงตารางท�ผานมารวมท�งมอตราสวนกาลงอดสงสดสง กลาวคอ เช�อเพลงท�มคาออกเทนสงจะใหกาลงขาออกสงและประสทธภาพสงจงเปนเช�อเพลงท�ด

- แบงไดเปนวธเชงกลโดยขบ Supercharger ดวยเพลาขอเหว�ยง- วธขบใบพด (เทอรไบน)

เม�อเคร�องยนตมภาระสงจะเกดการเผาไหมอยางรวดเรวกวาปกตภายในกระบอกสบท�อตราสวนกาลงอดต�ากวาคาในอดมคตมาก เกดเปนเสยงนอก (หรอนอค)


3.12 การปรบปรงประสทธภาพของเคร�องยนตสนดาปภายในการบารงรกษา

3.12.1 การเดนเคร�องและบารงรกษา

- ตองพยายามใหมากท�สดเทาท�จะทาไดในการเดนเคร�องตอเน�องดวยภาระคงท�โดยไมมการเปล�ยนแปลงทางความรอน

- การเปล�ยนแปลงภาระและการตดเคร� อง-ดบเคร� องซ� าๆ กนจะมอทธพลอยางมากตออายการใชงาน

- การเดนเคร�องดวยภาระต�าหรอเดนเบาเปนระยะเวลานาน โดยเฉพาะอยางย�งในเคร�องยนตดเซลจะเกดปญหาในกระบอกสบ เชน จะเกดโคลนหรอเลน (Sludge) เพ�มข�น การผกรอน ฯลฯ


3.12.2 ปญหาส�งแวดลอม

เสยงดง

การส�นสะเทอน

มลพษทางอากาศ

คณลกษณะการบาบดกาซไอเสยของ Three-way catalytic converter

อตราอากาศสวนเกน

window

อตรา

บาบด

[%]


[กาลงขาออก %]

ตวอยางสภาพกาซไอเสยของเคร�องยนตดเซล


3.13 ระบบเตาเผา โครงสรางพ�นฐานของเตาเผา ประเภทของเตาเผา

3.13.1 โครงสรางพ�นฐานของเตาอตสาหกรรม

3.13.2 ประเภทของเตาอตสาหกรรม

3.13.2.1 แหลงความรอนและวธใหความรอน3.13.2.2 วธเดนเคร�องกบวธลาเลยงวตถดบ3.13.2.3 เตาอตสาหกรรมชนดตางๆ


เตาอตสาหกรรมหลกๆ ท�ใชในอตสาหกรรม

กจการ ชนดของเตา

ถลงเหลก blast furnace, hot blast stove, sintering furnace, pelletizing furnace, coke oven

เหลกกลา รดเหลก revolving furnace, arc furnace, heating furnace, forging furnace

รถยนต เคร�องจกร annealing furnace, brazing furnace, carburizing furnace, nitrogenation oven, sintering furnace, plating furnace,เคร�องกาเนดบรรยากาศควบคม

เหลกหลอ cupola, เตาหลอมเหน�ยวนา, heat treating furnace

โลหะอ�นนอกจากเหลก

smelting furnace, melting furnace, soaking pit, heating furnace, heat treating furnace (annealing, brazing, sintering), calciner

เซรามก melting furnace (แกว วสดทนไฟ glaze), calciner (วตถดบสาหรบเซรามก)baking furnace (ซเมนต วสดทนไฟ ปนขาว คารบอน เคร�องป�นดนเผา กระเบ�อง หนลบมด enamel)heat treating furnace (กระจกแผน หลอดภาพโทรทศน ขวด เปนตน)graphitizing furnace (คารบอน)

อตสาหกรรมเคม coke oven, gas generator, เตาใหความรอนน�ามนปโตรเลยม, cracking furnace, reformer

ส�งแวดลอม เตาเผาขยะอตสาหกรรม เตาเผากาซไอเสย


3.13.1 โครงสรางพ�นฐานของเตาอตสาหกรรม

ฐาน : โดยท�วไปจะตองมฐานคอนกรตเพ�อรองรบน�าหนกของเตา

เปลอกเตา : จะหอหมดวยเปลอกเตาท�ทาดวยเหลกแผนเช�อมตดกบวสดเสรมความแขงแรง

โครงสรางฉนวนความรอน : ประกอบดวยฉนวนความรอนทนไฟตางๆ เชน อฐ เปนตน

อปกรณใหความรอน : ใหความรอนดวยการเผาไหมกบการใหความรอนดวยพลงงานไฟฟา

เคร�องลาเลยงวตถดบ : โดยมากจะข�นอยกบความแตกตางของประเภทของเคร�องลาเลยง

อปกรณนาความรอนกลบมาใช : เพ�อเพ�มประสทธภาพการใชประโยชนจากพลงงานความรอน ในเตาแบบเผาไหม

เคร�องควบคม : เปนอปกรณปรบอณหภม ความดน อตราไหล องคประกอบ


3.13.2 ประเภทของเตาอตสาหกรรม

ในการแบงประเภทเตาอตสาหกรรม โดยมากจะแบงประเภทเตาดวยปจจย 3 ตว ไดแก

- แหลงความรอน - วธเดนเคร�องและปรมาณผลผลต - ประเภทของเตา


การใหความรอนทางออมดวยเตาเผา

แบบ Muffle

แบบ Radiant tubeMuffle

Radiant tube

ทอรปตว I ทอรปตว U ทอรปตว T

ทอรปตว Oทอรปตว Pทอรปตว W

Radiant tube แบบตางๆ

(ลกศรหมายถง Burner)


เตาอตสาหกรรมชนดตางๆ

แบบ Pusher

ประเภทแบบ skid rail

แบบ rollerrail

แบบ roller tray

แบบroller hearth

แบบoverhead(แบบmonorail)

แบบรถเขน pusher

pusher

pusher

(เหมอนขางตน)

(เหมอนขางตน)

pusher

รปแบบเตา กลไกtray

tray

tray

hanger

รถเขน

tray

ประเภท รปแบบเตา

แบบ catenary


แบบtower strand

แบบfloat

conveyer

ใหความรอน ระบายความรอน

(ช�นเดยว)

(หลายช�น)

ใหความรอน ระบายความรอน

ใหความรอน

ระบายความรอน ชบ

(หลายช�น) (ช�นเดยว)ใหความรอนระบายความรอน

ชบ

แบบ Strand


เตาอตสาหกรรมชนดตางๆ

แบบสายพาน วธลาเลยงวตถดบของเตาแบบตอเน�อง

ประเภท รปแบบเตา กลไก

แบบสกร


แบบrotary retort

แบบshaker hearth

แบบwalking

beamแบบ

walking beam

ช�นสวน

ขบ roller chain

ขบ roller chain

roller

ช�นสวน

ช�นสวน strokepusher

แบบ belt

แบบ slat

แบบ overhead(แบบ monorail)

แบบrotary hearth

แบบเตาหลาย

ช�น

มวธขบหลายแบบ เชนroller chain,bevel gear,locker arm เปนตน

เชนchain conveyerแบบ wave

link beltchain beltmesh belt

ช�นสวน chain

hearth

กาซไอเสยชองปอนวตถดบ

(ภาพตดขวางเตา)

arm


3.14 การอนรกษพลงงานของเตาเผา

3.14.2 การอนรกษพลงงานของเตาใหความรอนเหลก billet

3.14.3 กลวธอนรกษพลงงานพเศษอ�นๆ

3.14.1 สมดลความรอนของเตาอตสาหกรรม


3.14 การอนรกษพลงงานของเตาเผา

[%] = 100 × (ความรอน Effective) / (ความรอนท�ปอนให)

ประสทธภาพย�งมคาสง แสดงวาเตาย�งมสมรรถนะสง

ความรอนท�ปอนใหจะมท�งกรณท�คดความรอนเขาท�งหมดกบกรณท�คดเฉพาะความรอนจากเช�อเพลง


3.14.1 สมดลความรอนของเตาอตสาหกรรม

ความรอนจากการเผาไหมเช�อเพลงและความรอนแฝง

ความรอนในการเกด scale

ความรอนสญเสยอ�นๆ

ความรอนสญเสยในการระบายความรอน

ความรอนท�ตวเตาแผรงสและสะสมไว

ความรอนในเหลกท�นาออกจากเตา

ความรอนสมผสในกาซไอเสย

เคร�องอนอากาศ

ความรอนท�นากลบมาใชในเคร�องอนอากาศ

14.3%

สมดลความรอนของเตาใหความรอนเหลก Billet


3.14.1 สมดลความรอนของเตาอตสาหกรรมตารางสมดลความรอนของเตาใหความรอนเหลก billet

ความรอนเขา ความรอนออก

หวขอ103 kJ[103

kcal][%] หวขอ

103 kJ[103

kcal][%]

(1) ความรอนจากการเผาไหมเช�อเพลง(2) ความรอนสมผสของเช�อเพลง(3) ความรอนในเหลกท�นาใสเตา(4) ความรอนในการเกด scale

17657.5–

43.5

97.20.4–

2.4

(6) ความรอนในเหลกท�นาออกจากเตา(7) ความรอนสมผสของกาซไอเสย(8) ความรอนท�ตวเตาแผรงสและสะสมไว(9) ความรอนสญเสยในการระบายความรอน(10) ความรอนสญเสยอ�นๆ

83543135810983

46.023.719.76.04.6

รวม1816(434)

100 รวม1816(434)

100

(5) ความรอนท�นากลบมาใชอนอากาศสาหรบเผาไหม

259.7 14.3

หมายเหต) ประสทธภาพความรอน = (6)-(3) × 100 = 46.0%(1)+(2)+(3)

ความส�นเปลองเช�อเพลงตอหนวย = 1765 × 103 [kJ/t] (421.6 × 103 [kcal/t])


3.14.2 การอนรกษพลงงานของเตาใหความรอนเหลก billet

ตอไปน� จะอธบายกลวธอนรกษพลงงานของเตาใหความรอนเหลก billet โดยใชตวอยางรปธรรมขางตน

การลดความรอนสมผสในเหลก

การลดความรอนสญเสยในกาซไอเสย

การลดความสญเสยจากการแผรงสจากตวเตาและความสญเสยในน�าระบายความรอน

การนาความรอนท�งกลบมาใช

การลดกาลงไฟฟา

การควบคมดวยคอมพวเตอร


(1) เปรยบเทยบอณหภมท�ผวเหลกกบปรมาณความรอนท�แผรงส

ผนงขาง

ผวเตาดานใน

เพดาน

ผวเตาดานใน

ผวเหลก

ผวเหลก

ความรอนแผรงส ผวเหลก ความรอนแผรงส ผวเหลก ความรอนแผรงส

ผนงพลาสตกเดม ผนงเดม + veneering ผนงเซรามก F ตลอดความหนา

ผวเหลก ความรอนแผรงสความรอนแผรงสผวเหลกความรอนแผรงส

ผนงพลาสตกเดม ผนงเดม + veneering ผนงเซรามก F ตลอดความหนา


(2) เปรยบเทยบความรอนท�สะสม

เพดาน

× หม�น

ผนงขาง เพดาน ผนงขาง เพดาน ผนงขางผนงเซรามค F ตลอดความหนาผนงเดม + veneeringผนงพลาสตกเดม


(3) ความรอนสญเสยท� Beam ระบายความรอนดวยน�า

post

ผวเตาดานใน Tf [oC] ความสญเสยในน�าระบายความรอนkJ/(m·s)] ความสญเสยในน�าระบายความรอน [kJ/(m·s)] ความสญเสยในน�าระบายความรอน[kJ/(m·s)]

ผนงเดม + veneering ผนงเซรามกท�งหมด 80 mmtผนงเดม 60t caster 1 ช�น

ผวเตาดานใน Tf [oC]

post

ความสญเสยในน�าระบายความรอน [kJ/(m·s)]ความสญเสยในน�าระบายความรอน [kJ/(m·s)] ความสญเสยในน�าระบายความรอน [kJ/(m·s)]

ผนงเดม + veneeringผนงเซรามกท�งหมด

castercaster

ผนงเดม 60t caster 1 ช�น


3.14.3 กลวธอนรกษพลงงานพเศษอ�นๆ

เตา Annealing furnace แบบ Batch ท�มบรรยากาศเปนไฮโดรเจน

บรเวณ Direct firing ของเตา Annealing furnace แบบตอเน�องสาหรบเหลกแผน

การทา Blacking

การนากาซไอเสยมาใชประโยชนระหวางเตาหลายตว


เปรยบเทยบสมบตทางกายภาพของ H2 กบ N2

สมบตทางกายภาพ N2 H2 H2 / N2

สมประสทธ� ความหนด [kgs/m2] ท� 300°C 2.89 × 10-6 1.39 × 10-6 0.48

สมประสทธ� ความหนดจลน [m2/s] ท� 300°C 0.491 × 10-4 3.21 × 10-4 6.54

สมประสทธ� การนาความรอน [W/(m·K)]ท�300°C 0.0442 0.295 6.67

Thermal diffusivity [m2/s] ท� 300°C 7.13 × 10-5 4.94 × 10-4 6.93

ความหนาแนน [kg/m3] ท� 300°C 0.596 0.0424 0.072

ความรอนจาเพาะ cp [kJ/(kg·K)] ท� 300°C 1.070 14.55 13.6

Pr number ท� 300°C 0.69 0.65 0.94

Mean free path [m] ท� 300°C 49 × 10-6 90 × 10-6 1.84

Self diffusion coefficient [m2/s] ท� 300°C 2.03 × 10-5 1.43 × 10-5 7.0

Interdiffusion coefficient [m2/s] H2O ท� 55°C 3.13 × 10-5 1.121 × 10-5 3.6

Interdiffusion coefficient [m2/s] อากาศ ท� 0°C 1.83 × 10-5 6.11 × 10-5 3.3


นากาซไอเสยของเตา Carburizing furnace มาใชในเตา Annealing furnace

Recuperator

Radiant tube

Hot-blast fanCarburizing furnace (920°C)

Exhaust gas duct อากาศเจอจางtile

regenerator

ไป Regenerator (120°C) ไปปลองไอเสย

อากาศเจอจาง

Annealing furnace


3.15 วสดสาหรบอปกรณความรอน

3.15.1 ทฤษฎท�วไป

3.15.2 ประเภทของวสดทนไฟ

3.15.3 คณลกษณะท�ตองมในอฐทนไฟ

3.15.4 สมบตของอฐทนไฟชนดตางๆ


3.15.1 ทฤษฎท�วไป

วสดสาหรบอปกรณความรอนแบงคราวๆ ไดเปน วสดทนไฟความหนาแนนสงท�ทนทานตอการกดกรอนท�งทางกายภาพและเคม อฐทนไฟเกบความรอนและวสดทนไฟความหนาแนนต�า เชน Castable น� าหนกเบา ฯลฯ ซ� งใชเปนวสด Backup วสดขางตน และวสดเกบความรอนท�ใชเปนฉนวนความรอนก�นระหวางดานนอกของวสดขางตนกบเปลอกเตาหรอใชเปนฉนวนความรอนของทอตางๆ


วสดสาหรบอปกรณความรอนประเภทตางๆ1. วสดทนไฟ (Refractories)

1.1วสดท�ใชวตถดบผง1.1.1 วสดทนไฟความหนาแนนสง

(1) พวกท�มรปรางแนนอน (พวกอฐ) : ผลตภณฑเผา ผลตภณฑไมเผา(2) พวกท�ไมมรปรางแนนอนCastable, Ramming material, Gunning material, Plastic, Coating material, Refractory mortar

1.1.2 วสดทนไฟความหนาแนนต�า(1) พวกท�มรปรางแนนอน (พวกอฐ) : ผลตภณฑเผา (Insulating fire brick, Board)(2) พวกท�ไมมรปรางแนนอนLightweight castable, Lightweight gunning material, Insulating mortar

1.2 วสดทนไฟหลอดวยไฟฟา (Electrocast refractories)1.3 วสดทนไฟไฟเบอรอนนทรย (Ceramic, Alumina, Zirconia, Graphite เปนตน)

(1) พวกท�มรปรางแนนอน (พวกอฐ) : Hard board, Hard block, Soft block(2) พวกท�ไมมรปรางแนนอน : Bulk, Felt, Blanket, Fiber castable

2. ฉนวนความรอน (วสดเกบความรอน หรอ Heat insulator)

2.1 ฉนวนความรอน (Heat insulator) : ผงสารอนนทรย บอรดไฟเบอรอนนทรย ฉนวนข�นรปแลว2.2 ฉนวนความเยน (Cold insulator) : พวกท�มรปรางแนนอนทาจากโฟมอนทรย (แกว) หรออนนทรย




วธแบงประเภทท�วไปของวสดทนไฟ

อฐทนไฟ พวกดนเหนยว มดนขาวทนไฟธรรมชาต Al2O3·2SiO2·2H2O, Agalmatolite Al2O3·4SiO2·H2O ฯลฯ

เปนหลก หลงจากเผาแลวจะกลายเปน SiO2 (Cristobalite), 2Al2O3·2SiO2 (Mullite)พวกไฮอลมนา Al2O3 50-99.9% โดยมวลซลกา SiO2 ไมนอยกวา 93% โดยมวลโดโลไมต xMgO·yCaO มอตราสวนไดหลายคาเปนเบส xMgO·yCr2O3

พวกเซอรคอน ZrO2·SiO2

อ�นๆ

รปรางไมแนนอน CastableพลาสตกGunning materialRefractory mortar


3.15.3 คณลกษณะท�ตองมในอฐทนไฟ

สมบตเชงกล (ความแขงแรง การทนการการเสยดส)

สมบตเชงความรอน (สมประสทธ� การนาความรอน Residual expansion / shrinkage, Refractoriness under load, Thermal shock resistance, Refractoriness เปนตน)

สมบตทางเคม (การทนการกดกรอนทางเคม : การกดกรอนจากไอดาง กาซท�มสมบตออกซเดช�น-รดกช�น แกวหลอมเหลว และ Slag เปนตน)

สมบตทางไฟฟา (การนาไฟฟาท�อณหภมสง การกลายเปนแบตเตอร�กบเกลอหลอมเหลว)

เสถยรภาพตอกมมนตรงส



อฐดนเหนยวทนไฟ ทาจากดนเหนยวทนไฟซ� งมดนขาวผสมอยมาก

อฐซลกา มความแขงแรงเชงกลสง และไมมการหดตวระหวางใชงาน

อฐอลมนา ม Refractoriness และ Refractoriness under load สงจงไมคอยเปล�ยนรปรางท�อณหภมสง และมการเปล�ยนนอยระหวางการใชงาน

อฐโดโลไมต ผลตข�นมาเพ�อใชกบเตา BOF (Basic oxygen furnace)

อฐเซอรคอน ทนการกดกรอนของ Slag ไดด มการนาไปใชกบเตาหลอมแกว

อฐแมกนเซย ทนทานตอการกดกรอนจาก Slag ท�เปนเบส โลหะหลอมเหลว และไอดางไดด

อฐแมกนเซย / คารบอน มสมบตท�ไมเปยกโลหะหลอมเหลว และชวยปองกนไมใหโลหะหลอมเหลวซมเขามาในตวอฐ



อฐ Chrome magnesite / Magnesite chrome มความทนทานตอการเสยดสเชงกลสงมาก จงใชกนมากในเตาถลงเหลกและ Cement kiln

อฐซลกอนคารไบด มสมประสทธ� การนาความรอนสง และมความแขงแรงเชงกลสงท�อณหภมสง รวมท�งยงไมคอยเปยกโลหะหลอมเหลว

อฐพวกซลกอนไนไตรด ทนความรอนมากกวาจะเปนวสดทนไฟ

อฐคารบอน (Carbon block) สมประสทธ� การนาความรอนสง มการขยายตวดวยความรอนนอย ไมคอยเปยกโลหะหลอมเหลว และยงไมคอยเกด Thermal spallingอฐอ�นๆ ไดแก อฐ Magnesia-spinel ซ� งใชในเตาหลอมเหลกและ Cement kiln อฐเซอรโคเนยแบบ Calcia stabilized ซ� งใชบเตาอณหภมสงและ Post เปนตน นอกจากน�ยงมอฐ Calcia ซ� งคาดหวงวาสามารถใชกบ Metallurgy ได


3.16 ประเภทและคณสมบตของวสดทนไฟชนดตางๆ วสดทนไฟท�ใชกบเตาหลอม วสดเกบความรอน โครงสรางของผนงเตา

3.16.1 ประเภทและสมบตของวสดทนไฟท�ไมมรปรางแนนอน

3.16.2 อฐทนไฟเกบความรอนและบอรด

3.16.3 Electrocast refractories

3.16.4 ไฟเบอรเซรามค

3.16.5 ฉนวนกราไฟต


3.16 ประเภทและคณสมบตของวสดทนไฟชนดตางๆวสดทนไฟท�ใชกบเตาหลอม วสดเกบความรอน โครงสรางของผนงเตา

3.16.6 วสดเกบความรอน

3.16.7 โครงสรางของผนงเตา

3.16.6.1 วสดเกบความรอนเสนใยแรสงเคราะห

3.16.6.2 วสดเกบความรอนพรนอนนทรย

3.16.7.1 โครงสรางผนงเตากออฐ

3.16.7.2 โครงสรางผนงเตาวสดทนไฟท�ไมมรปรางแนนอน

3.16.7.3 โครงสรางผนงเตาไฟเบอรเซรามค


3.16.1 ประเภทและสมบตของวสดทนไฟท�ไมมรปรางแนนอนประเภท สภาพท�จาหนาย วธใช การตดต�งและสมบต การใชงานท�สาคญ

1 castable (โดยมากเปนผนงเตาทนไฟถาวร)

เปนผง ใสถงหรอกระสอบ

ผสมของเหลว เชน น�า ฯลฯ นวดใหเขากน

เทหรอเขยาเขาไป เปนวสดทนไฟท�ไมมรปรางแนนอนท�ใชมากท�สด มสดสวน 40%

blast furnace runner, ผนง ladle, tundish, เพดานเตาอตสาหกรรม, หมอไอน�าขางผนง, burner tile, ฝาเตาไฟฟา (บางคร� งกหลอเอา), บในทอสงอากาศอณหภมสง ฯลฯ

2 gunning material(a) cold gunning mat.(b) hot gunning mat.

มท�งแบบเปยกซ�งจะผสมวตถดบกบน�าแลวจงนาไปพน กบแบบแหงซ�งจะพนวตถดบดวยอากาศใหผสมกบน�าท� nozzle มท�งแบบพนเยนกบพนรอน เคร�องพนอตโนมตมใชกนแพรหลาย ใชมากรองจาก castable

(a) ปลองไอเสย, หมอไอน�า, tundish, ladle, torpedo car

(b) ใชมากในการซอมเตาเก�ยวกบเหลกซ�งมการสกหรอมาก มแนวโนมท�จะเพ�มหนาท� coating ในขอ 3 เขาไปพรอมกนดวย

3 coating material(สารเคลอบผวหนา)

ใชแปรงหรอเกรยงทาท�ผววสดทนไฟ หลงจากใชแลวกาจดออกไดงาย และทาซ�าได มแนวโนมจะเปล�ยนเปน gunning

ใชปกปองพ�นผวของวสดทนไฟในการหลอโลหะตอเน�อง เชน ladle, tundish ฯลฯ และสามารถรองรบชนดของเหลกท�เปล�ยนไปได

4 พลาสตก(ผนงเตาทนไฟ)

เปนครม หมแผนกนน�า ใชไดเลย คอยๆ ตอกเขาไปดวย air hammer เพ�อกอผนง สามารถทาผนงขนาดใหญเปนช�นเดยว

เคยใชมากในเตาใหความรอน โดยเฉพาะอยางย�งใน soaking pit ฯลฯ แตดวยการหลอโลหะตอเน�อง ทาใหจานวนของเตาลดลง และการตดต�งยงยงยากจงไมคอยทากนแลว

5 ramming material(ผนงเตาถาวรและซอม)

เปนผงหยาบๆ มน�านอยกวาขอ 4

ใชไดเลย ใช air hammer ตอกวสดซ�งมความช�นนอยเขาไปในกรอบ ใชกนมากในเตาท�มสภาพเขมงวด เชน เตาเหน�ยวนาความถ�สง / ต �า

เดมใชกบ blast furnace runner เปนหลก ปจจบนเปล�ยนไปใช castable กนมากข�น วสดน�ยงยากเหมอนขอ 5 จงไมคอยทากน

6 patching material(สาหรบซอมแซม)

เปนครมน�มกวาขอ 4 ใชไดเลย ตอกเขาไปเหมอนกบพลาสตก ใชซอมแซมหลมบอเลกๆ ท�เกดข�นท�ผนงเตาเปนแหงๆ

7 injection refractories เปนโคลน ใชไดเลย ใชป�มฉดเขาไป ฉดเขาไปในชองวางระหวางตวเตา เชน blast furnace กบเปลอกเหลก

8 refractory mortar(สาหรบกอเตา)

เปนผงใสถง ผสมน�าและ / หรอน�ายาอ�นๆ นวดใหเขากน

โดยท�วไปจะใชเกรยง ใชเช�อมอฐเวลากอ การใช mortar มแนวโนมลดลงเน�องจากอฐมรปรางไดมาตรฐานมากข�น

ใชในการกออฐทกชนด แตไมใชกบบรเวณวสดทนไฟท�ตองการความเท�ยงตรงสง (เชน glass tank furnace, hot blast furnace burner)


3.16.2 อฐทนไฟเกบความรอนและบอรดมาตรฐาน JIS เก�ยวกบอฐทนไฟเกบความรอน

ประเภทอณหภมทาให shrinkage

on reheating ไมเกน 2%[°C]bulk specific

gravitycrushing strength

[MPa]

สมประสทธ�การนาความรอน(อณหภมเฉล�ย 350 ± 10°C)

[W/(m·K)]

A

ประเภท 1ประเภท 2ประเภท 3ประเภท 4ประเภท 5ประเภท 6ประเภท 7

900100011001200130014001500

ไมเกน 0.50ไมเกน 0.50ไมเกน 0.50ไมเกน 0.55ไมเกน 0.60ไมเกน 0.70ไมเกน 0.75

ไมนอยกวา 0.49ไมนอยกวา 0.49ไมนอยกวา 0.49ไมนอยกวา 0.78ไมนอยกวา 0.78ไมนอยกวา 0.98ไมนอยกวา 0.98


B

ประเภท 1ประเภท 2ประเภท 3ประเภท 4ประเภท 5ประเภท 6ประเภท 7

900100011001200130014001500


ไมนอยกวา 2.45ไมนอยกวา 2.45ไมนอยกวา 2.45ไมนอยกวา 2.45ไมนอยกวา 2.45ไมนอยกวา 2.94ไมนอยกวา 2.94


Cประเภท 1ประเภท 2ประเภท 3

130014001500

ไมเกน 1.10ไมเกน 1.20ไมเกน 1.25

ไมนอยกวา 4.90ไมนอยกวา 6.86ไมนอยกวา 9.81

ไมเกน 0.35ไมเกน 0.44ไมเกน 0.52


3.16.3 Electrocast refractories

Electrocast refractories ถกพฒนาข�นเพ�อใชกบ Glass tank furnace

แกวหลอมเหลวจะไหลโดยมอณหภมสงถง 1560°C ท�ผวหนา และมดางรวมอยดวยจานวนมาก วสดทนไฟจงถกกดกรอนอยางรนแรงท�งทางกายภาพและเคม นอกจากน� เตา Clinker tunnel furnace อณหภมสงมากท�ทาจากอฐทนไฟสาหรบอณหภมสง ยงมการเดนเคร�องอยางตอเน�องเพ�อเผาท�อณหภมสง

1750-1830°C วสดทนไฟท�เพดานและผนงของบรเวณเผาไหมของเตาน� จงเปล�ยนรปจาก Refractoriness under load ไดงาย จงใชวสด Electrocast Refractories ทาเตา



ผผลต A B C D E

เสนผานศนยกลางเสนใย [m] 2.8 2.5 2.5 2-4 2-4 2.8 2.8 2.5

ความยาวของเสนใย [mm] < 80 < 80

ความหนาแนน [g/cm3] 2.65 2.63 2.75 2.73 2.77 2.6 2.8 2.65

จดหลอมเหลว [°C] 1760 1700 1760

อณหภมใชงานสงสด [°C] 1260 1300 1500 1260 1450 1260 1400 1260 1400 1500

องคประกอบทางเคม [%]

Al2O3 46.2 49 61 48 30 48 56 47.1 35.0 40.1

SiO2 53.2 51 39 52 53 52 44 52.3 49.7 58.1

ZrO2 16 15.0

Cr2O3 1.8

สมบตของไฟเบอรเซรามคท�มจาหนายตามทองตลาด


สมบตของไฟเบอรแบบ High alumina crystallized fiber


ผผลต A B C D

เสนผานศนยกลางเสนใย [m] 4 3 2-4

ความยาวของเสนใย [mm] 50-100 < 50

ความหนาแนน [g/cm3] 3.2 3.6 3.1 3.6 2.90

จดหลอมเหลว [°C] 1600 1600 1600

อณหภมใชงานสงสด [°C] 1500 1700

องคประกอบทางเคม [%]

Al2O3 80 95 72 95 72

SiO2 20 5 28 5 28

ผลก* A, M M A, M M

* A : Alumina M : Mullite


ประเภทและวตถประสงคการใชงานของผลตภณฑไฟเบอรเซรามค


ช�อผลตภณฑ ลกษณะผลตภณฑ วตถประสงคการใชงานหลก

bulk มเสนใยส�นๆ มารวมกนเปนเสน เตมเสรมความแขงแรงในการเกบความรอนของผนงเตา ใชเปนวตถดบสาหรบผลตภณฑอ�นๆ

blanket นา bulk มาข�นรปเปน blanket (เหมอนเส�อเสนใยเปนช�นๆ) โดยไมใช binder เลย

วสดบเกบความรอนสาหรบเพดานและผนงเตา วสดทาฟลเตอร วสดกนไฟสาหรบอาคาร วสดเกบเสยง

felt นา bulk มาแปรรปดวย binder อนทรยจานวนเลกนอย ข�นรปใหเปนแผน วสดเกบความรอน backup สาหรบเพดานและผนงเตา ซลความรอน

board นา bulk มาแปรรปดวย binder อนนทรยหรออนทรย ข�นรปใหเปนแผน วสดบเกบความรอนสาหรบผนงเตา วสดซลกาซ

wet felt นา binder อนนทรยมาทาใหซมเขาไปใน blanket แลวนาไปใสถงโพลเอทลน เพ�อรกษาสภาพท�มความช�นไว

บภายในเตา (บรเวณท�ตองทนความเรวลม ทนการเสยดส) และอ�นๆ

paper นา bulk มาเตม binder ทาใหเปนแผน ใชเปนวสด gasket สาหรบหมอตมน�ารอนและ gas stove เปนตน

ผลตภณฑป�น นา bulk มาเตมเสนใยเสรมความแขงแรงใหเปน yarn แลวแปรรปใหเปน cloth หรอ rope

cover ของสายลดเทอรโมคปเปล มานเกบความรอน เปนตน

ผลตภณฑข�นรป นา bulk มาเตม binder แลวข�นรป มรปรางหลายแบบ วสดเกบความรอนของอปกรณเผาไหม ปาก tap เตาหลอมอลมเนยม และ pipe cover สาหรบอณหภมสง เปนตน

block (module) นา bulk หรอ blanket วสดบเกบความรอนสาหรบเพดานและผนงเตา

ผลตภณฑท�ไมมรปรางแนนอน

ประกอบดวย bulk, aggregate และ binder ผสมกน วสดอดเตม วสดฉาบผวหนา กาว เปนตน


3.16.5 ฉนวนกราไฟตหวขอ หนวย บรษทญ�ป น A บรษทญ�ป น B บรษทอเมรกน A บรษทอเมรกน B องกฤษ เยอรมน

bulk density g/cm3 0.13-0.16 0.13-0.16 0.20 0.17-0.23 0.18-0.23 0.13-0.18

apparent porosity % — — 87 85-90 89 86-90

specific resistance μΩ·m — — 1000 — 850-4000 800-3000

crushing strength MPa — 1.53, 1.69 0.45 0.30 0.96 0.5-3.0

bending strength MPa 0.50, 0.70 0.63, 0.99 — 0.80 1.20 —

carbon % 99.8 99.9 ไมนอยกวา 99 99.9 99.9 ไมนอยกวา 99.7

ข� เถา % ไมเกน 0.1 ไมเกน 0.1 ไมเกน 0.08 0.1 0.1 ไมเกน 0.3

การนาความรอน W/(m·K) สญญากาศ Ar N2 สญญากาศ Ar สญญากาศ Ar / N2 สญญากาศ N2

อณหภมปกต — — 0.09 0.1 — — — 0.16

500°C 0.079 0.13 0.26 0.20 0.26 0.16 0.17 0.11 0.18

1000°C 0.087 0.14 0.35 0.34 — 0.24 0.30 0.19 0.26

1500°C 0.145 0.23 0.56 0.66 — 0.31 0.44 0.29 0.53

2000°C 0.256 0.37 0.75 — — — 0.64 0.46 —

thermal expansion coefficient 10-6/°C 3.3-7.3 3.6-4.48 — 1.8-5.1 3-4 2.8-3.2

ความรอนจาเพาะ kJ/(kg·K) — — — — 0.63-2.05 —

อณหภมท�สามารถใชงาน °C 2600 2500 2750 ไมเกน 3000 ไมเกน 3000

อณหภม heat treatment °C 2000 2000 2300 2200

มตของผลตภณฑ Mm 1000 × 500 × 30-60,800ø × 1500

1000 × 1000 × 30-50,

1500ø × 1100

1400 × 600 × 150,900ø × 600

1000 × 600 ×150,

900ø × 500

1500 × 1500 × 150,1800ø × ~

500 × 400 × 140


3.16.6 วสดเกบความรอน

มาตรฐาน JIS A 9501 ฉบบปรบปรงป พ.ศ. 2538 ไดแบงไวดงตอไปน�

(1) วสดเกบความรอนเสนใยแรสงเคราะห (JIS A 9504)วสดเกบความรอน Rock wool วสดเกบความรอน Glass wool

(2) วสดเกบความรอนพรนอนนทรย (JIS A 9510)วสดเกบความรอนแคลเซยมซลเกต วสดเกบความรอน

Pearlite กนน�า

(3) วสดเกบความรอนพลาสตกโฟม (JIS A 9511)วสดเกบความรอนโฟมโพลสไตรน วสดเกบความรอนโฟมย

รเทนเน�อแขง วสดเกบความรอนโฟมฟนอล


3.16.6.1 วสดเกบความรอนเสนใยแรสงเคราะห

วสดเกบความรอน Rock wool

ทาจากวตถดบพวกซลเกต เชน Andesite, basalt เปนหลก แลวเพ�มวตถดบพวกแคลเซยมออกไซด เชน Iron slag, nickel slag, Manganese slag หรอหนปน ฯลฯ ลงไป

วสดเกบความรอน Glass wool

ผลตโดยการนาแกว Borosilicate ซ� งมออกไซดของโลหะ Alkali เชน Na2O และ K2O ผสมอย ไปหลอมเชนเดยวกบ Rock wool แลวทาใหเปนเสนใยดวยการพนหรอใชแรงเหว�ยง พรอมกนน�นจะทา Binder พวกเรซนฟนอล ฯลฯ เพ�อปองกนเสนใยเส�อมสภาพเม�อสมผสกบอากาศ แลวนาไปข�นรป เสนใยGlass wool


3.16.6.2 วสดเกบความรอนพรนอนนทรย

วสดเกบความรอนแคลเซยมซลเกต

เม�อนาผงสารซลเกตมาทาปฏกรยากบผงปนขาว จะไดเจลละเอยดของเกลอไฮเดรตแคลเซยมซลเกต ซ� งจะพองตวเปนหลายสบเทาของวตถดบ เม�อเตมเสนใยแรลงไปในสารน� นาไปป�มข�นรป แลวรดน� าออกใหพอเหมาะ นาไปทาใหแขงตวในเตาความดน แลวอบใหแหง จะไดวสดข�นรปแคลเซยมซลเกต

วสดเกบความรอน Pearlite กนน�า

เปนช�อเรยกรวมๆ ของอนภาคแกวท� มรพรนซ� งผลตจากการนาหนท�ประกอบดวยแกวธรรมชาตท�ม Volatile component เชน Obsidian, Fluolite รวมอยดวย ไปปนเปนผงทาใหมขนาดอนภาคสม�าเสมอ เม�อใหความรอนไมนอยกวา

1000°C จะหลอมเหลวทาให Volatile component ระเหยกลายเปนฟองกาซ สวนแกวท�เหลอจะแขงตวกลายเปนแกวท�มรพรน


3.16.7 โครงสรางของผนงเตา

รอยตอสาหรบขยายตวต�งฉากและแตละช�น

3.16.7.1 โครงสรางผนงเตากออฐ


3.16.7.2 โครงสรางผนงเตาวสดทนไฟท�ไมมรปรางแนนอน

casingtile anchor plastic

tile anchor

ประมาณ 300 mmฉนวนความรอน

วสดทนไฟพลาสตก

ประมาณ 450mm

insulating caster

ผนงดานขาง

ตวอยางโครงสรางของผนงพลาสตก

ไดแก ว สดทนไฟ Castable และวสดทนไฟพลาสตก ท� ง 2 ประเภทสามารถกอผนงท�มโครงสรางเปนช�นเดยวไมมรอยตอ และสามารถใชเคร�องจกรในการตดต�ง เชน การเทหลอ ฯลฯ ได จงทนแรงไดมาก เทยบกบการกออฐแลวยงมขอไดเปรยบคอมขอจากดในการออกแบบนอยกวา



วธตดต�งจะถกกาหนดไปดวย วธตดต�งท�สาคญ ไดแก Paper lining, Stack lining, Block lining และ Board lining ซ� งใชบอรดในการตดต�ง รวมท�ง Veneer lining ซ� งใชช�นไฟเบอรเซรามคปดดานในเตาท�มอยแลวอกดวย วธ Paper lining บางคร� งกเรยกวา Layer lining โดยใชวสดเกบความรอนปดดานในเตาซอนกนเปนช�นๆ เหมอนปดวอลลเปเปอร


เช�อม

casing

เช�อม

stud bolt casing

nut

washerwasher

nut

speedclip

วสดbackup

stud bolt

casing

ceramic cup

ถมดวย bulkไฟเบอรเซรามค

blanket สาหรบอณหภมสง

blanket สาหรบอณหภมปานกลาง

ตวอยางวธตดต�งแบบ Paper lining



วสด backup

ตวยดangle anchor

(SUS304)

ตวยดrod ø12

(SUS310S) blanketไฟเบอรเซรามค #8

(บบอด 25%)

ตวอยาง Stack lining


Documents

บทที 3 พืนฐานการเผาไหม้ · 2019-08-19 · พืนฐานการเผาไหม้ 5 ค่าความร้อนสูง วัตถุประสงค์