การศึกษาและพัฒนาอุปกรณ์อุ่นอากาศด้วยไอเสียสำหรับเตาเผาอุตสาหกรรม

Abstract

ศึกษาการออกแบบอุปกรณ์อุ่นอากาศ (Recuperator) สำหรับเตาเผาสปริงแผ่น (Leaf Spring) เพื่อนำก๊าซไอเสียที่บริเวณปล่องไอเสียของเตาเผามาอุ่นอากาศก่อนเข้าเตาเผา โดยออกแบบและสร้างติดตั้งใช้งานจริงที่บริษัทบางกอก สปริง อินดัสเทรียล จำกัด ในการออกแบบ Recuperator นั้นได้ใช้วิธี Effectiveness-NTU Method เนื่องจากไม่รู้อุณหภูมิของอากาศและก๊าซเสียที่ออกจากอุปกรณ์อุ่นอากาศ โดยศึกษาแบบ Cross-Flow Two-Pass Heat Exchanger ซึ่งจากการคำนวณเป็นอุปกรณ์ที่มีค่า NTU มากที่สุดเมื่อเทียบกับชนิดอื่นๆ โดยกำหนดความยาวของท่อแลกเปลี่ยนความร้อนที่เหมาะสม กับพื้นที่ติดตั้งบนเตาเผาเป็นค่าคงที่เท่ากับ 1.2 เมตร แล้วเลือกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดต่างๆ กัน แล้วพิจารณาผลของการแลกเปลี่ยนความร้อน ความดันสูญเสียที่เกิดขึ้น ขนาดของอุปกรณ์อุ่นอากาศ และราคาที่ใช้ในการสร้างพบว่า อุปกรณ์อุ่นอากาศที่เหมาะสมในการนำไปสร้างใช้งานจริง คือ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.0318 เมตร ความยาว 1.2 เมตร ความหนาของผนังท่อ 2 มม. จำนวน 78 ท่อ ลักษณะการจัดเรียงท่อแบบแนวเยื้องกัน (Staggered) ซึ่งผลการทดลองหลังติดตั้งกับปล่องไอเสียของเตาเผาแล้ว พบว่า สามารถอุ่นอากาศก่อนเข้าเผาไหม้จากเฉลี่ย 48 ํC เป็น 200 ํC สามารถประหยัดน้ำมันเตาได้เฉลี่ยประมาณ 9% ของการใช้น้ำมันเตาของเตาเผา (คิดเป็นการประหยัดค่าใช้จ่ายประมาณ 416,000 บาทต่อปี) มีประสิทธิผล 26% และเมื่อติดตั้งกับเตาเผาแล้วสามารถเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเตาเผาจาก 21% เป็น 26% โดยเกิดความดันสูญเสียประมาณ 0.343 kPa ระยะเวลาการคืนทุนประมาณ 8 เดือน และอัตราผลตอบแทนการลงทุนประมาณ 151% ซึ่งประโยชน์ที่ได้จากการวิจัย สามารถนำการออกแบบไปประยุกต์ใช้กับเตาในอุตสาหกรรมประเภทอื่นๆ ที่มีอุณหภูมิของก๊าซไอเสียสูงและมีปริมาณมากเพียงพอ ที่จะนำมาอุ่นอากาศเข้าเผาไหม้ให้มีอุณหภูมิสูงขึ้น เพื่อเป็นการประหยัดพลังงานของโรงงานอุตสาหกรรม