การพัฒนาหัวเตาแก๊สชีวมวลประสิทธิภาพสูง

Abstract

พลังงานเป็นสิ่งสำคัญและมีความจำเป็นต่อการดำรงชีวิตมนุษย์ ประชากรส่วนใหญ่ของประเทศไทยมีอาชีพเกษตรกรรมซึ่งหลังจากฤดูกาลเก็บเกี่ยวจะมีวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรในปริมาณสูง ไม้ลำไยเป็นชีวมวลอีกชนิดหนึ่งที่มีปริมาณค่อนข้างสูงในแถบพื้นที่ทางเหนือของประเทศไทย การนำเอาชีวมวลประเภทนี้มาผลิตเป็นแก๊สชีวมวลและนำไปใช้งานในระดับจึงมีความน่าสนใจเป็นอย่างยิ่ง ดังนั้นงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ ออกแบบ พัฒนา ทดสอบและวิเคราะห์สมรรถนะและเศรษฐศาสตร์ของเตาผลิตแก๊สชีวมวลเมื่อใช้หัวเตาแก๊สประสิทธิภาพสูง การทดสอบเปรียบเทียบสมรรถนะกับการใช้หัวเตาแก๊สแบบดั้งเดิมและเตาแก๊สหุงต้ม โดยใช้ถ่านไม้ลำไยและไม้ลำไยเป็นเชื้อเพลิง ถ่านไม้ลำไยที่ใช้ทดสอบมีขนาด 25-30 mm ความหนาแน่นเฉลี่ยอยู่ในช่วง 250-300 kg/m3 ค่าความร้อน 28,000 kJ/kg ส่วนไม้ลำไยมีขนาด 25-30 mm ความหนาแน่นเฉลี่ย 384.57 kg/m3 ค่าความร้อน 14,500 kJ/kg เตาแก๊สชีวมวลที่นำมาปรับปรุง ใช้งานเป็นเตาแก๊สชีวมวลแบบชนิดไหลลง เติมเชื้อเพลิงชีวมวลได้ต่อเนื่อง ส่วนประกอบของเตาแก๊สชีวมวลมี 3 ส่วน คือ ตัวเตา ชุดทำความสะอาดและลดอุณหภูมิและชุดหัวเตาแก๊ส การทดสอบศึกษาผลการปรับอัตราผสมอากาศต่อแก๊สชีวมวลที่ 1:0.8 1:1.2 และ 1:1.5 วิเคราะห์สมรรถนะด้วยวิธีการต้มน้ำ เตาแก๊สชีวมวลที่ใช้ทดลองได้ปรับปรุงวัสดุของห้องเผาไหม้ ชุดป้อนเชื้อเพลิง ชุดปลอกเสื้อห้องเผาไหม้ ชุดรองขี้เถ้าและเครื่องมือวัดอุณหภูมิ ผลการวิจัยพบว่าหัวเตาแก๊สประสิทธิภาพสูงที่ใช้มีการออกแบบพัฒนา 2 ส่วน คือชุดปรับอัตราส่วนผสมอากาศและแก๊สชีวมวลและหัวเตาแก๊สแบบใช้วัสดุเซรามิคช่วยในการส่งถ่ายความร้อน โดยใช้หลักการชักนำอากาศผ่านท่อเวนทูรี ท่อส่งแก๊สชีวมวลใช้งานมีขนาด 5.08 cm คอคอดมีขนาด 3 cm เจาะรูจำนวน 4 รู ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 mm ปริมาตรของหัวเตาแก๊สมีปริมาตรรวม 1.693 L เตาแก๊สชีวมวลเมื่อใช้หัวเตาแก๊สชีวมวลประสิทธิภาพสูง มีความสามารถในการใช้งานที่เสถียรและจุดติดไฟได้อย่างต่อเนื่อง การใช้หัวเตาแก๊สชีวมวลประสิทธิภาพสูงกับเตาแก๊สชีวมวลให้สมรรถนะที่สูงกว่าการใช้งานหัวเตาแก๊สแบบดั้งเดิม ได้แก่ อัตราความสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง พลังงาน ประสิทธิภาพความร้อนและอุณหภูมิที่เกิดขึ้นระหว่างการใช้งาน การใช้เชื้อเพลิงถ่านไม้ลำไยให้สมรรถนะการทำงานที่สูงกว่าการใช้ไม้ลำไย สุดท้ายการปรับอัตราส่วนผสมของแก๊สชีวมวลกับอากาศที่ 1:1.2 ให้ประสิทธิภาพสูงสุดทั้งในกรณีของการใช้ถ่านไม้ลำไยและการใช้ไม้ลำไยเป็นเชื้อเพลิง เตาแก๊สชีวมลเมื่อใช้หัวเตาแก๊สประสิทธิภาพสูงให้ประสิทธิภาพความร้อนสูงสุด 26.49% และ 22.05 % ในกรณีใช้ถ่านและไม้ลำไย ตามลำดับ การใช้ชุดปรับอัตราส่วนผสมให้ประสิทธิภาพความร้อนเพิ่มสูงขึ้น 66.95% และ 71.15% ในกรณีของการใช้ถ่านและไม้ลำไย ในขณะที่การใช้หัวเตาแก๊สแบบใช้เซรามิคให้ ประสิทธิภาพความร้อนเพิ่มขึ้น 33.05% ในกรณีของการใช้ถ่านไม้ลำไยและ 28.85% ในกรณีของการใช้ไม้ลำไย การใช้หัวเตาแก๊สชีวมวลประสิทธิภาพสูงกับเตาแก๊สชีวมวลให้ต้นทุนการผลิตความร้อนต่ำกว่าการใช้หัวเตาแก๊สแบบดั้งเดิมและแก๊สหุงต้ม โดยต้นทุนการผลิตความร้อนเมื่อใช้หัวเตาแก๊สชีวมวลประสิทธิภาพสูงเมื่อใช้ถ่านลำไยและไม้ลำไย 7.65 Baht/kWh และ 0.88 Baht/kWh ในขณะที่การใช้หัวเตาแก๊สแบบดั้งเดิมให้ต้นทุนเฉลี่ย 8.99 Baht/kWh และ 1.02 Baht/kWh และการใช้แก๊สหุงต้มมีค่าต้นทุนเฉลี่ย 1.77 Baht/kWh การใช้ถ่านไม้ลำไยสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายด้านเชื้อเพลิงได้ 20,160 Baht/year ขณะที่การใช้ไม้ลำไยสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายได้ 2,136 Baht/year และการใช้หัวเตาแก๊สชีวมวลประสิทธิภาพสูงให้ระยะเวลาคืนทุนเฉลี่ย 3 เดือน ในกรณีและถ้าใช้ไม้ลำไยจะมีระยะเวลาคืนทุนเฉลี่ย 2 ปี 4 เดือน คำสำคัญ : หัวเตาแก๊สประสิทธิภาพสูง เตาแก๊สชีวมวล ชุดผสมแก๊สชีวมวล-อากาศ ถ่านไม้ลำไย ไม้ลำไย