STUDY OF A PRODUCER GAS PRODUCTION SYSTEM WITH FLUIDIZED BED TECHNOLOGY FROM AGRICULTURAL WATSE

Abstract

Thailand had the biomass potential. Therefore, improving equipment that could change biomass fuel into energy is an important issue for the country. Biomass gasification system, one of the technologies used for transforming biomass fuel into energy, needs to be developed. The purpose of this research was to study fuel production that was produced by agricultural waste using fluidized bed gasification technology. Sand was used as bed material and corncobs was used as agricultural waste. The process of this research was from designing the initial system to analyzing specific cost consumption that included studying biomass chemical properties, parameters affected to floating behavior, designing and constructing combustion chamber and testing performance of the system. Three levels of fuel consumption, 2.56, 4.44 and 5.89 kg/h and three equivalence ratios, 0.3, 0.6 and 0.9 were used for testing. The performance of system was evaluated by analysis of specific energy consumption, specific fuel consumption, thermal efficiency, cold gas efficiency, gas compositions under conditions, and specific cost consumption.

The results indicated that chemical properties of corncobs, moisture content, volatile content, fixed carbon and ash content were 11.82%, 70.81%, 14.76% and 5.62%, respectively. The contents of carbon, oxygen, hydrogen, nitrogen and sulfur in corncobs were 42.12%, 45.11%, 6.52%, 0.45% and 0.01%, respectively. The average heating value was 14260 kJ/kg. Floating was higher when Reynold number increased. Adjusting air flow rate also affected to floating behavior. The proper biomass size was 3 mm. The diameter of consumption chamber was 25 cm and height was 102 cm. The height of bed filled with sand was 4.2 cm. Fuel consumption was 4.44 kg/h. The system performed at it bests with equivalent ratio being 0.6. The specific energy consumption was 7.56 kJ/kWh. The average thermal efficiency was 26.40% and adjustment equivalence ratios were affected by the efficiency. The gas compositions under this condition consisted of carbon monoxide, hydrogen, methane, oxygen carbon dioxide and nitrogen that equaled to 19.1%, 8.38%, 1.95%, 5.5%, 11%, and 54.0%, respectively. The high heating value of produced gas was 3899.23 kJ/m3. The cold gas efficiency of the system was 77.29%. Furthermore, the specific cost consumption was 0.62 baht/kWh, it being cheaper than LPG.

ประเทศไทยมีศักยภาพทางด้านชีวมวลสูง การพัฒนาเครื่องมืออุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนเชื้อเพลิงชีวมวลเป็นพลังงานจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับประเทศไทย ซึ่งการพัฒนาระบบผลิตแก๊สชีวมวลเป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีที่แปรรูปเชื้อเพลิงชีวมวลให้เป็นพลังงานได้ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการนำชีวมวลจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรมาผลิตเป็นแก๊สเชื้อเพลิง โดยใช้เทคโนโลยีแก๊สซิฟิเคชันแบบฟลูอิไดซ์เบด โดยใช้ทรายเป็นวัสดุเบดและเลือกใช้ซังข้าวโพดเป็นเชื้อเพลิงชีวมวลในการทดลอง โดยมีการศึกษาตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบจนถึงการวิเคราะห์ต้นทุนการผลิตความร้อน ประกอบด้วยการศึกษาคุณสมบัติทางเคมีของชีวมวล ตัวแปรที่มีผลต่อการการลอยตัว การออกแบบห้องเผาไหม้ การสร้างห้องเผาไหม้ การทดสอบสมรรถนะเตาผลิตแก๊สชีวมวลโดยมีการปรับอัตราการป้อนเชื้อเพลิงทั้งหมด 3 ค่า ได้แก่ 2.56 4.44 และ 5.89 kg/h และอัตราส่วนสมมูลในการทดสอบทั้งหมด 3 ค่า ได้แก่ 0.3 0.6 และ 0.9 การวิเคราะห์ข้อมูลประกอบด้วยการวิเคราะห์อัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะ อัตราการสิ้นเปลืองพลังงานจำเพาะ ประสิทธิภาพระบบผลิตแก๊สชีวมวล ประสิทธิภาพความร้อนระบบผลิตแก๊ส องค์ประกอบแก๊สชีวมวลภายใต้เงื่อนไขการทดสอบประสิทธิภาพความร้อนรวมและต้นทุนการผลิตพลังงานความร้อน ผลการศึกษาพบว่าคุณสมบัติเคมีของซังข้าวโพดมี ความชื้น สารระเหย คาร์บอนคงที่และปริมาณเถ้า 11.82% 70.81% 14.76% และ 5.62% ตามลำดับ ในขณะที่ปริมาณคาร์บอน ออกซิเจน ไฮโดรเจน ไนโตรเจนและกำมะถันในซังข้าวโพดมีค่าเฉลี่ย 42.12% 45.11% 6.52% 0.45% และ 0.01% ตามลำดับ ค่าความร้อนเฉลี่ย 14260 kJ/kg การปรับเพิ่มตัวเลขเรย์โนลนัมเบอร์ส่งผลให้การลอยตัวชีวมวลเพิ่มสูงขึ้นและการปรับวาล์วควบคุมอัตราการไหลอากาศส่งผลต่อพฤติกรรมการลอยตัวของชีวมวล ขนาดชีวมวลทดสอบที่เหมาะสมเฉลี่ยมีขนาด 3 mm ห้องเผาไหม้ที่ออกแบบได้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 25 cm ความสูงห้องเผาไหม้ 102 cm ความสูงของชั้นเบดที่ใช้ทรายสูง 4.2 cm การปรับอัตราการป้อนซังข้าวโพดเฉลี่ย 4.44 kg/h ที่การปรับอัตราส่วนสมมูลที่ 0.6 ให้สมรรถนะการทำงานสูงสุด โดยมีอัตราความสิ้นเปลืองพลังงานจำเพาะ 7.56 kJ/kWh และประสิทธิภาพความร้อนของระบบผลิตแก๊สชีวมวลเฉลี่ย 26.40% การปรับเพิ่มอัตราส่วนสมมูลส่งผลต่อประสิทธิภาพระบบผลิตแก๊สชีวมวล องค์ประกอบแก๊สที่วัดได้ในสภาวะสมรรถนะสูงสุดประกอบด้วย แก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ 19.1% ไฮโดรเจน 8.38% มีเทน 1.95% ออกซิเจน 5.5% คาร์บอนไดออกไซด์ 11% และ ไนโตรเจน 54.07% แก๊สชีวมวลมีค่าความร้อนเฉลี่ย 3899.23 kJ/Nm3 และประสิทธิภาพการผลิตแก๊สของระบบผลิตแก๊ส 77.29% เมื่อนำมาวิเคราะห์ต้นทุนการผลิตความร้อนและนำไปเปรียบเทียบผลกับการใช้แก๊สหุงต้มส่งผลให้มีต้นทุนที่ต่ำกว่ากับแก๊สหุงต้มนั้นคือ 0.62 baht/kWh