Combustion Requirements

ก๊าซธรรมชาติประกอบไปด้วยส่วนที่เผาไหม้ได้ (Combustible) และอีกส่วนที่ไม่เผาไหม้ (Non-combustible หรือ Inert) ซึ่งองค์ประกอบของก๊าซธรรมชาติของ ปตท. เป็นดังนี้

Combustible

Component ( of dry gas )
Methane (CH₄)

Chemical Structure

Mole%
90.60630

Component ( of dry gas )
Ethane (C₂H₆)

Chemical Structure

Mole%
3.030400

Component ( of dry gas )
Propane (C₃H₈)

Chemical Structure

Mole%
0.174900

Component ( of dry gas )
Butane (C₄H₁₀)

Chemical Structure

Mole%
0.174900

Component ( of dry gas )
Iso-Pentane (iC₅H₁₂)

Chemical Structure

Mole%
0.056300

Component ( of dry gas )
Normal-Pentane (nC₅H₁₂)

Chemical Structure

Mole%
0.030900

Component ( of dry gas )
Hexen+ (C₆+)

Chemical Structure
many

Mole%
0.026100

Non-combustible

Component ( of dry gas )
Carbon dioxide (CO₂)

Chemical Structure

Mole%
3.65680

Component ( of dry gas )
Nitrogen (N₂)

Chemical Structure

Mole%
1.37870

Stoichiometry

คำว่า Stoichiometry (อ่านว่า สตอยชิโอเมทรี) เป็นสาขาวิชาหนึ่งในวิชาเคมี ที่ว่าด้วยเรื่องการรวมตัวสารต่างๆ เข้าด้วยกันตามสัดส่วนคงที่ ก๊าซธรรมชาติประกอบด้วยก๊าซหลายชนิดรวมกันอยู่ มีคุณสมบัติเบากว่าอากาศ ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่เป็นอันตรายต่อพืชและสัตว์ และมีสถานะเป็นก๊าซที่ความดันบรรยากาศ ก๊าซธรรมชาติส่วนใหญ่จะประกอบด้วยก๊าซมีเทน (CH₄) ประมาณ 70-80% ส่วนที่เหลือประกอบด้วยก๊าซอีเทน (C₂H₆) ก๊าซโพรเพน (C₃H₈) ก๊าซบิวเทน (C₄H₁₀) ก๊าซเพนเทน (C₅H₁₂) ก๊าซเฮกเซน (C₆H₁₄) ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ก๊าซไนโตรเจน (N₂) น้ำ (H₂O) นอกจากนี้ในบางครั้งอาจพบส่วนประกอบอื่น ๆ อีกเช่น ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S)

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของก๊าซธรรมชาตินั้นคือ เมื่อเกิดการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ ผลที่ได้จะประกอบด้วย ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) และน้ำ (H₂O) ซึ่งในอากาศ (AIR) ประกอบด้วย ก๊าซออกซิเจน (O₂) ประมาณ 21% และก๊าซไนโตรเจน (N₂) ประมาณ 79% หรือสัดส่วนของ O₂ : N₂ = 1 : 3.76 โดยปริมาตร ดังนั้นในกรณีของก๊าซมีเทน 100% (ง่ายแก่ความเข้าใจ) สมการการเผาไหม้สามารถเขียนได้ดังนี้

การเผาไหม้ของก๊าซมีเทนโดยใช้ก๊าซออกซิเจนจากอากาศ จะเขียนได้ดังนี้

อัตราส่วนของอากาศที่ใช้ในการสันดาปหรือการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ เทียบกับปริมาณของก๊าซ จะเรียกว่า Stoichiometric ratio จากการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ของก๊าซมีเทน (CH₄) 1 ส่วน จะใช้ก๊าซออกซิเจน 2 ส่วน ซึ่งก๊าซออกซิเจนนี้จะถูกดึงจากอากาศ 9.52 ส่วน (Oxygen 2 ส่วนและ Nitrogen 7.52 ส่วน) ดังนั้น Stoichiometric ratio ของก๊าซมีเทนจะเท่ากับ 9.52 Vol air / Vol Fuel แต่ในทางปฏิบัติเป็นการยากที่จะควบคุมปริมาณอากาศที่ใช้ในการเผาไหม้ให้พอดี โดยทั่วๆ ไปจะพยายามควบคุมให้ปริมาณอากาศต่อปริมาณก๊าซเชื้อเพลิงมากกว่า Stoichiometric ratio เล็กน้อยเพื่อให้มั่นใจว่าการเผาไหม้สมบูรณ์จากตัวอย่างการเผาไหม้ของหม้อต้มน้ำ (Boiler ) กราฟเปรียบเทียบระหว่างประสิทธิภาพและปริมาณอากาศ ปริมาณออกซิเจน จะพบว่าที่ค่าประสิทธิภาพสูงสุดในการเผาไหม้จะพบปริมาณอากาศที่ 15% และออกซิเจนที่ 3%

ปัจจัยในการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ (Factors of complete combustion)

ในการการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์นั้นจะมีผลทำให้เกิดการก่อตัวขึ้นของคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ซึ่งการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ที่เกิดขึ้นนั้นจะทำให้ระดับประสิทธิภาพการให้พลังงานความร้อน (thermal efficiency)
ลดลง เนื่องจากสาเหตุของ

การนำพาความร้อนออกทิ้งไปโดยไอเสียของการเผาไหม้ (Fuel gases)
เชื้อเพลิงที่ถูกเผาไหม้ไม่หมดที่ถูกปล่อยทิ้งไปทางปล่องไอเสีย

ดังนั้นการปรับแต่งเครื่องจักรเพื่อให้การเผาไหม้ภายในเครื่องจักรเป็นการเผาไหม้แบบสมบรูณ์ โดยเบื้องต้นสามารถพิจารณาการปรับแต่งค่าดังนี้

1. อัตราส่วน อากาศต่อก๊าซ (Air/Gas ratio) ซึ่งโดยทฤษฎีแล้ว การเผาไหม้สมบรูณ์แบบ Stoichiometric จะมีอัตราส่วน Air/Gas ratio เท่ากับ 1 ต่อ 9.52 หรือประมาณ 10 ดังนั้นหากถ้าสัดส่วนของก๊าซ มากกว่า อากาศ จะมีปริมาณก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) เกิดใน Product of Combustion ซึ่ง CO ยังมีพลังงานอยู่ ต้องใช้ก๊าซมากขึ้นจึงจะได้พลังงานเท่าเดิม และมีผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม และในทางตรงกันข้ามหากสัดส่วนของก๊าซ น้อยกว่า อากาศ จะมีปริมาณก๊าซออกซิเจน (O₂) เกิดขึ้นใน Product of Combustion ปริมาณ O₂ และอากาศที่ถูกปล่อยทิ้ง ทำให้ความร้อนสูญเสียไป ต้องใช้ก๊าซมากขึ้นจึงจะได้พลังงานเท่าเดิม

นอกจากการตั้งอัตราส่วนที่ถูกต้องบริเวณอุปกรณ์ตั้ง Air/Gas ratio แล้วนั้น การตรวจวัดประสิทธิภาพจากอากาศเสียจากปล่องด้วยเครื่องมือ Flue Gas Analyzer เพื่อตรวจวัดค่าที่เหลือออกมาหลังจากการเผาไหม้ จะเป็นอีกทางหนึ่งในการตรวจสอบการเผาไหม้ โดยมาตรฐานอากาศเสียที่ระบายออกจากโรงงานทั่วไป (ประกาศกระทรวงอุตสาหกรรม พ.ศ. 2549) CO ไม่เกิน 690 ppm

NOx ไม่เกิน 200 ppm โดย
ระบบปิดให้คำนวณผลที่สถานะ 1 atm , 25 องศาเซลเซียส , 7% Excess O₂
ระบบเปิดให้คำนวณผลที่สถานะ 1 atm , 25 องศาเซลเซียส โดยมีปริมาตร Excess O2สภาวะจริงขณะตรวจวัด มาตรฐาน IGU (International Gas Union) กำหนด CO/CO₂ ไม่เกิน 0.02

2. ความยาวของเปลวเป็นอีกปัจจัยหนึ่ง (Air/Gas ratio) โดยความยาวของเปลวนั้นจะมีความแตกต่างตามการออกแบบของอุปกรณ์หรือหัวเผา แต่โดยทฤษฎีแล้วความยาวเปลวนั้นเกิดจากความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วในการเผาไหม้ (Burning Velocity: Su) และความเร็วเชื้อเพลิง (Effux velocity Ug)

อัตราเร็วการป้อนเชื้อเพลิงเข้าสู่หัวเผาเร็วกว่า Flame Speed เปลวไฟจะยาว อัตราการเผาไหม้ช้า เปลวไฟจะถูกอากาศเป่าลอยไป (Flame Lift) จนอาจทำให้เปลวดับได้
อัตราเร็วการป้อนเชื้อเพลิงเข้าสู่หัวเผาช้ากว่า Flame Speed เปลวไฟจะสั้น อัตราการเผาไหม้เร็ว เปลวไฟจะเผาย้อนเข้า Nozzle (Flame Light- Back) และเกิดความเสียหายที่ Nozzle ได้

3. ค่าความคงที่ของเปลวไฟ (Flame stability) ซึ่งการปรับปริมาณส่วนผสมระหว่างก๊าซฯและอากาศอย่างพอดีจะทำให้เปลวไฟเสถียร เปลวไฟนิ่ง และมีรูปทรงที่แน่นอน จึงไม่ควรปรับมากเกินความสามารถของหัวเผา Wobbe Index คืออีกปัจจัยหนึ่งที่ทำให้ความคงที่ของเปลวเปลี่ยนไป โดยหากค่า Wobbe Index สูงหรือต่ำกว่าที่อุปกรณ์หัวเผาออกแบบไว้ จะเกิดการเผาไหม้ที่ไม่เสถียร หรืออาจรุนแรงถึงขั้นเปลวดับ(จุดไม่ติด)

1. Non-aerated Flames

เป็นเปลวไฟที่เกิดจากการเผาไหม้โดยได้รับอากาศจากบรรยากาศ โดยรอบของเปลวไฟ โดยกระบวนการแทรกซึมและแพร่กระจายของอากาศเข้าไปในเปลวไฟ จึงมีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า "Diffusion Flames"

2. Partially Aerated Flames

เป็นเปลวไฟที่เกิดจากการเผาไหม้ โดยกำหนดปริมาณ ของอากาศประมาณครึ่งหนึ่งของปริมาณอากาศที่จำเป็นในการเผาไหม้ ทั้งนี้ อากาศปริมาณครึ่งหนึ่ง จะถูกผสมกับเชื้อเพลิงก่อนการสันดาป (เรียกอากาศชุดนี้ว่า "Primary Air") เปลวไฟลักษณะนี้ จะมีโครงสร้างเป็น 2 ชั้น คือ ชั้นรูปกรวยภายใน (Inner cone) และชั้นนอก (Outer cone) ในช่วง Preheat ส่วนผสมของก๊าซ และอากาศจะถูกเผาไหม้ได้อุณหภูมิสูงถึง 700 K ถึง 1000 K ช่วง Primary เป็นส่วนของปฏิกิริยาทางเคมีของส่วนผสม (ก๊าซและอากาศ) ซึ่งอุณหภูมิจะสูงได้ถึงกว่า 2000 K

3. Fully Aerated Flames

เปลวไฟชนิดนี้จะไม่มีส่วนของ Outer Mantle ของเปลวไฟ (Secondary Combustion Zone) เนื่องจากปริมาณอากาศที่จำเป็นต้องใช้ในการเผาไหม้ ทั้งหมดได้ถูกผสมเข้ากับเชื้อเพลิงก่อนสันดาปแล้ว และไม่จำเป็นต้องอาศัยอากาศโดยรอบเปลวไฟ

วิธีการจ่ายก๊าซและอากาศเข้าสู่ Burner

ค่าความร้อน (Calorific Value, CV)

ก๊าซที่เป็นเชื้อเพลิงนั้นจะมีพลังงานอยู่ภายใน ซึ่งเราทำการเผาเพื่อนำพลังงานออกมาใช้ ค่าความร้อนของเชื้อเพลิงต่างๆ (ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ) นั้นจะกำหนดโดยปริมาณความร้อนที่ถูกปลดปล่อยออกมา โดยการเผาไหม้เชื้อเพลิง (ก๊าซ) ปริมาตร 1 ลูกบาศก์เมตรอย่างสมบูรณ์ เมื่อผลิตภัณฑ์อยู่ที่อุณหภูมิเริ่มต้นของเชื้อเพลิง และตัว Oxidant โดยสามารถแสดงได้ดังรูป

หน่วยของค่าความร้อนสำหรับของแข็งและของเหลว คือ Megajoules ต่อกิโลกรัม (MJ/kg)

สำหรับเชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซ จะใช้หน่วย Megajoules ต่อลูกบาศก์เมตร (MJ/m3) หน่วยของค่าความร้อนสำหรับ British Gas Industry (British thermal units per cubic foot, Btu/ft3) ที่ใช้เป็นหน่วยความร้อนสากลหรือ Btu นั้นจะอ้างอิง 1 ลูกบาศก์ฟุตมาตรฐานที่อุณหภูมิ 60℉ และความดัน 30 นิ้วปรอท สำหรับระบบ Metric นั้น หน่วยที่ใช้คือ MJ/m3 ซึ่งวัด 1 ลูกบาศก์เมตรที่สภาวะมาตรฐานของ Metric ที่อุณหภูมิ 15℃ และ 1.01325 bar นอกจากนี้ อาจมีการใช้หน่วยของพลังงานในลักษณะอื่น อาทิ Therm ซึ่ง 1 Therm จะเท่ากับ 105 Btu

น้ำ (ในสถานะก๊าซ) เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นจากการเผาไหม้ (Products of Combustion) ถ้าไอน้ำถูกควบแน่นให้กลายเป็นของเหลว ค่า CV จะที่ได้นั้นจะหมายถึง Gross CV และในทางกลับกัน ถ้าน้ำอยู่ในสถานะก๊าซ (ซึ่งเกิดขึ้นเสมอในทางปฏิบัติ) ค่า CV ที่ได้นั้นจะหมายถึง Net CV

ดังนั้น จึงมีความสำคัญที่จะต้องรู้และเข้าใจว่าการวัดปริมาตรนั้นอ้างอิงที่อุณหภูมิและความดันใด รวมทั้งเชื้อเพลิงก๊าซนั้นอยู่ในสภาวะที่แห้ง หรืออิ่มตัวด้วยไอน้ำ

Reference conditions	Calorific value
Metric Standard Conditions	37.71 MJ/m³ (gross) 34.00 MJ/m³ (net)
NTP 0° C 760mm Hg	39.78MJ/m³ (gross)
Imperial 60° F 30° Hg	1010Btu/ft³ (gross)

ความหมายของ Gross CV และ Net CV

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของก๊าซธรรมชาตินั้นคือ เมื่อเกิดการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ ผลที่ได้ จะประกอบด้วย ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) และน้ำ (H₂O) (หากเป็นการเผาไหม้ที่สมบูรณ์)

Net CV คือ คือ ค่าความร้อน ที่ได้จากการเผาไหม้โดยตรง ไม่รวมความร้อนที่น้ำใช้การเปลี่ยนสถานะจาก ของเหลว เป็นไอ (ความร้อนแฝง, Latent heat) หากนับรวมความร้อนแฝงที่ จะเรียกค่าความร้อนนี้ว่า Gross CV สามารถเขียนตามสมการได้ดังนี้

Gross CV = Net CV + ความร้อนที่คายออกมาจากการควบแน่นมาเป็น H₂O ที่ 15℃

ควรจำไว้ว่า เมื่อน้ำจะเป็นสถานะไอน้ำจะดูดซับความร้อน แต่เมื่อไอน้ำจะควบแน่นเป็นน้ำจะคายความร้อน ค่าความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ (Latent Heat หรือ Enthalpy of Vaporization) ของน้ำคือ 2.466 MJ/kg หมายความว่าน้ำที่มีสถานะเป็นของเหลวหนัก 1 kg ดูดซับพลังงานเข้าไป 2.466 MJ จะเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นไอน้ำ ดังสมการ

H₂O (liquid) = H₂O (gas) + 2.466 MJ/kg

สามารถเขียนอธิบายความหมายของ Net CV และ Gross CV ในรูปของค่าเอนทัลปีของการกลายเป็นไอของน้ำ ได้ดังสมการ

& Net CV = Gross CV - (มวลของน้ำ x 2.466 MJ/kg)

เมื่อค่าเอนทัลปีของการเป็นไอของน้ำ = 2.466 MJ/kg ณ 15℃

หัวเผา (Burner)

หัวเผาเป็นอุปกรณ์ซึ่งทำหน้าป้อนเชื้อเพลิงของเหลว หรือก๊าซ มาผสมกับอากาศ จากนั้นจึงจุดติดไฟก่อให้เกิดการเผาไหม้ ให้พลังงานความร้อนออกมา ในกรณีหม้อน้ำที่ใช้เชื้อเพลิงแข็งทั่วไปจะไม่มีการใช้หัวเผา แต่เนห้องเผาไหม้แทน ส่วนกรณีใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง สามารถใช้หัวเผาถ่านหิน (Coal burner) ได้ เนื่องจากมีเชื้อเพลิงที่หลากหลาย จึงมีการแบ่งชนิดของหัวเผาตามชนิดของเชื้อเพลิงได้ 2 กลุ่มหลักได้แก่ หัวเผาเชื้อเพลิงเหลว และหัวเผาเชื้อเพลิงก๊าซ

1. หัวเผาไหม้เชื้อเพลิงเหลว
หัวเผาเป็นอุปกรณ์ซึ่งทำหน้าป้อนเชื้อเพลิงของเหลว หรือก๊าซ มาผสมกับอากาศ จากนั้นจึงจุดติดไฟก่อให้เกิดการเผาไหม้ ให้พลังงานความร้อนออกมา ในกรณีหม้อน้ำที่ใช้เชื้อเพลิงแข็งทั่วไปจะไม่มีการใช้หัวเผา แต่เนห้องเผาไหม้แทน ส่วนกรณีใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง สามารถใช้หัวเผาถ่านหิน (Coal burner) ได้ เนื่องจากมีเชื้อเพลิงที่หลากหลาย จึงมีการแบ่งชนิดของหัวเผาตามชนิดของเชื้อเพลิงได้ 2 กลุ่มหลักได้แก่ หัวเผาเชื้อเพลิงเหลว และหัวเผาเชื้อเพลิงก๊าซ

1.1 หัวเผาแบบพ่นฝอยโดยใช้ความดันน้ำมัน (Pressure atomized burner)
หัวเผาแบบพ่นฝอยโดยใช้ความดันน้ำมัน อาศัยความดันของน้ำมันเพื่อฉีดเป็นฝอย หัวเผาแบบนี้เหมาะสำหรับหม้อน้ำขนาดใหญ่ เช่น ในเรือเดินสมุทรและเครื่องจักรผลิตไฟฟ้า

หัวเผาแบบพ่นฝอยโดยใช้ความดันน้ำมัน สามารถแบ่งตามลักษณะการไหลของน้ำมันผ่านหัวฉีดได้เป็น 2 แบบ คือ หัวฉีดแบบไม่มีน้ำมันไหลกลับ (Non-Oil return or non-recirculation nozzle) และ หัวฉีดแบบมีน้ำมันไหลกลับ (Oil return or recirculation nozzle)

ข้อดีและข้อเสียของหัวเผาแบบใช้ความดันน้ำมัน เป็นดังนี้

ข้อดี

โครงสร้างเรียบง่ายและราคาถูก
มีหลายขนาดให้เลือกเพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งาน
สามารถปรับรูปร่างของเปลวไฟได้

ข้อเสีย

ให้ค่าสัดส่วน Turndown ต่ำ (อัตราส่วนของการสิ้นเปลืองน้ำมันสูงสุดกับต่ำสุด) ดังนั้นถ้าจะให้ภาระการสันดาปเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงกว้าง จำเป็นต้องเพิ่มจำนวน Atomizer ให้มากขึ้น
ทำงานในลักษณะ On - off เท่านั้นและให้งานในสภาวะภาระทางความร้อนไม่เปลี่ยนแปลง
ใช้ปั้มน้ำมันความดันสูง และต้องการอุณหภูมิในการอุ่นน้ำมันที่สูง
น้ำมันที่สกปรกจะทำให้หัวเผาอุดตันจึงต้องมีการกรองน้ำมันอย่างละเอียด
เกิดความเสียหายได้ง่ายระหว่างทำความสะอาด

ข้อดีและข้อเสียของหัวเผาแบบพ่นฝอยโดยใช้น้ำหรืออากาศ เป็นดังนี้

ข้อดี

มีโครงสร้างแข็งแรง
ให้ค่าสัดส่วน Turndown สูง คือ 4:1
ใช้น้ำมันความดันต่ำ
ให้ขนาดของ Vroplet เล็กกว่า
ให้การผสม (Mixing) ระหว่าง Droplet กับอากาศดีกว่า
ตอบสนองต่อภาระทางความร้อน (Thermal load) ได้เร็วกว่า
ในกรณีซึ่งของไหลที่ทำให้เกิดการแตกตัวของน้ำมันเป็นไอน้ำจะสามารถช่วยลดการก่อตัวของคาร์บอนลงได้ โดยประสิทธิภาพของการเผาไหม้เกือบจะไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อใช้ปริมาณของไอน้ำต่ำกว่า 9% ของอากาศที่ใช้ในการเผาไหม้

ข้อเสีย

ค่าใช้จ่ายแพงเนื้องจากมีการใช้พลังงานเพื่ออัดอากาศหรือไอน้ำ

1.2) หัวเผาแบบพ่นฝอยโดยใช้น้ำหรืออากาศ (Steam or air atomized burner)
หัวเผาแบบพ่นฝอยโดยใช้น้ำหรืออากาศ หรือเรียกหัวเผาแบบไหลคู่ (Twin-fluid atomized burner) เป็นหัวเผาใช้ลมหรืออน้ำเพื่อฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงให้เป็นฝอยหลักการทำงานคือ น้ำมันไหลผ่านในท่อขนาดเล็กซึ่งวางเรียงตัวกันอยู่ด้านในของท่อใหญ่ โดนมีอากาศหรือไอน้ำภายใต้ความดันสูงไหลผ่านในท่อด้านนอก ที่ปลายท่อทั้งสอง น้ำมันและอากาศหรือไอน้ำ จะถูกเป่าให้กระทบกันจึงทำให้น้ำมันแตกตัวเป็นฝอยเล็กๆ

หัวเผาแบบพ่นฝอยโดยใช้น้ำหรืออากาศ สามารถแบ่งตามความดันลมหรือไอน้ำที่ใช้ในการเป่ากระทบน้ำมันเป็นฝอยได้เป็น 3 แบบ คือ หัวเผาแบบความดันต่ำ (Low pressure burner, ประมาณ 1.08 บาร์) หัวเผาแบบความดันปานกลาง (Medium pressure burner, ประมาณ 1.25-2.00 บาร์) และหัวเผาแบบความดันสูง (High pressure burner, ประมาณ 2.00-4.45 บาร์)

1.3 หัวเผาแบบใช้แรงเหวี่ยงของถ้วยหมุน (Rotary cup burner)
หัวเผาแบบใช้แรงเหวี่ยงของถ้วยหมุน อาศัยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางเพื่อกระจายน้ำมันให้เป็นฝอย การทำงานของหัวเผาชนิดนี้คือ น้ำมันถูกป้อนทางท่อด้านในของกรวยที่กำลังหมุนรอบแกนด้วยความเร็วรอบประมาณ 3,500-4,000 รอบต่อนาที ทำให้น้ำมันถูกเหวี่ยงแนผนังด้านในถ้วยแผ่ออกเป็นแผ่นบาง และถูกสะบัดออกจากถ้วย ทำให้เป็นฝอยละเอียด จากนั้นจึงระเหยเป็นไอ และติดไฟทันที หัวเผาแบบนี้เหมาะใช้กับน้ำมันที่มีความหนืดสูง เช่น น้ำมันเตา เป็นต้น

ข้อดีและข้อเสียของหัวเผาแบบใช้แรงเหวี่ยงของถ้วยหมุน เป็นดังนี้

ข้อดี

มีความเชื่อถือได้สูง ใช้งานได้สะดวก
สามารถใช้ได้กับอัตราการป้อนน้ำมันซึ่งไม่คงที่ได้ โดยสามารถให้ละอองน้ำมันที่ละเอียดสม่ำเสมอกันตลอดช่วงอัตราป้อนน้ำมันที่เปลี่ยนแปลงไป
สามารถปรับอัตราการป้อนน้ำมันได้สูง หรือให้ค่าสัดส่วน Turn-down สูงคือ 10:1 โดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มจำนวนหัวเผา
ไม่มีปัญหาเรื่องอุดตันของน้ำมันเพราะท่อทางการไหลในตัวหัวเผามีขนาดใหญ่
ความดันป้อนของน้ำมันเชื้อเพลิงต่ำ ง่ายต่อการทำงาน
สามารถควบคุมขนาดของหยดเชื้อเพลิง (Oil droplet)ได้ง่าย เพียงแต่ควบคุมความเร็วรอบของถ้วยหมุน เพราะขนาดเฉลี่ยของหยดเชื้อเพลิงเป็นสัดส่วนผกผันกับความเร็วรอบของการหมุนของถ้วย

ข้อเสีย

การบำรุงรักษาซับซ้อนยุ่งยากและราคาแพง
ต้องใช้ไฟฟ้าเพื่อหมุนถ้วย
การสึกหรอมักเกิดที่ขอบถ้วย ทำให้น้ำมันแตกเป็นฝอยละเอียดไม่สม่ำเสมอ
อาจเกิดตะกอนน้ำมันสะสมภายในถ้วยจึงจำเป็นต้องถอดออกทำความสะอาดบ่อยๆ

2. หัวเผาไหม้เชื้อเพลิงก๊าซ (Gas fuel burner) หัวเผาไหม้เชื้อเพลิงก๊าซ คือหัวเผาที่ออกแบบมาสำหรับใช้ในการสันดาปเชื้อเพลิงก๊าซสามารถแบ่งหัวเผาเชื้อเพลิงก๊าซตามขั้นตอนในการผสมเชื้อเพลิงก๊าซกับอากาศได้เป็น 2 ลักษณะใหญ่ๆคือ

2.1 หัวเผาเชื้อเพลิงก๊าซแบบผสมเชื้อเพลิงกับอากาศก่อนป้อนเข้าเผาไหม้ (Pre-mix gas burner)

หัวเผาลักษณะนี้จะมีห้องผสมเชื้อเพลิงก๊าซให้เข้ากันกับอากาศก่อนที่จะป้อนเข้าสู่ห้องเผาไหม้หรือหัวเผา ลักษณะดังรูป

2.2 หัวเผาเชื้อเพลิงก๊าซแบบผสมกันภายในหัวเผา (Nozzle-mix gas burner)

หัวเผาลักษณะนี้จะไม่มีห้องผสมเชื้อเพลิงก๊าซให้เข้ากันกับอากาศ แต่จะเป็นการป้อนเชื้อเพลิงก๊าซและอากาศเข้าพร้อมกันที่บริเวณด้านหน้าหัวเผา ดังนั้นเชื้อเพลิงและอากาศจะผสมกันและเกิดการสันดาปขึ้นบริเวณหน้าหัวเผา

Co-generation

Co-generation หรืออีกชื่อว่า Combined Heat and Power คือนำเชื้อเพลิงเช่น ก๊าซธรรมชาติมาผลิตพลังงานไฟฟ้าและความร้อนเพื่อนำไปใช้งานให้เกิดประโยชน์สูงสุด ซึ่งการผลิตไฟฟ้าและความร้อนร่วมกันจะมีประสิทธิภาพโดยรวมดีกว่าการผลิตแยกกันมาก โดยระบบ Co-generation สามรถใช้ได้ทั้ง Gas turbine, Gas Engine หรือ Steam Boiler + Steam Turbine ในการผลิตไฟฟ้า โดยในที่นี้จะขอกล่าวถึงระบบ Co-generation ที่ใช้ Gas turbine เป็นหลัก

โดยทั่วไประบบ Co-generation จะมีประสิทธิภาพในการใช้พลังงานโดยรวมสูงกว่าการผลิตไฟฟ้าและความร้อนแยกกัน จากรูป Sankey-diagram จะแสดงให้เห็นว่าระบบ Co-generation ใช้พลังงานจากเชื้อเพลิง 100 หน่วยเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า 40 หน่วย พลังงานความร้อนอีก 50 หน่วย และที่เหลือเป็นพลังงานที่สูญเปล่า 10 หน่วย ในขณะที่การผลิตพลังงานความร้อนและไฟฟ้าแยกกันต้องใช้พลังงานโดยรวมถึง 172 หน่วยเพื่อให้ได้พลังงานไฟฟ้าและความร้อนที่เท่ากัน

Typical Co-generation System
Direct Heating System
Combined Cycle System
Heating & Cooling System

Combined Cycle System

ระบบแบบ Combined Cycle system คือ ระบบที่นำก๊าซธรรมชาติมาผลิตไฟฟ้าส่วนไอเสียจาก Gas Turbine ที่มีอุณหภูมิสูงจะถูกนำไปแลกเปลี่ยนความร้อนให้กับน้ำเพื่อผลิตเป็นไอน้ำบางส่วนไปใช้ในกระบวนการผลิตได้ด้วย ระบบนี้อาจมี Thermal Efficiency สูงถึง 48%

การพิจารณาเลือกระบบ Co-generation
การพิจารณาเลือกระบบ Co-generation ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงมีหลายลักษณะ ในการเลือกใช้ระบบใดกับอุตสาหกรรม ที่ทำอยู่นั้นต้องพิจารณาจากปัจจัยต่างๆหลายชนิด เช่น

ขนาดของระบบ
อัตราส่วนระหว่างความร้อนต่อไฟฟ้าที่โรงงานต้องการ (Heat to Power Ratio)
ลักษณะการนำพลังงานความร้อนไปใช้
ลักษณะของการใช้พลังงานไฟฟ้าและความร้อนในแต่ล่ะวัน (IndDAL.Load Profile)
สามารถวางท่อก๊าซธรรมชาติไปยังสถานที่ตั้งโรงงานได้
โรงงานต้องการความแน่นอนมีเสถียรภาพของระบบไฟฟ้า (Reliability) อย่างมาก
โรงงานมีโครงการในการปรับปรุง/เปลี่ยนแปลง/ติดตั้งระบบ Boiler, Chiller, Cooling System
ความคุ้มทุนทางเศรษฐศาสตร์ ความเป็นไปได้ในการขายไฟฟ้าคืนเข้าสู่ระบบให้กับไฟฟ้า

คุณลักษณะที่เหมาะสมกับการติดตั้งระบบ Co-generation

มีความต้องการใช้ทั้งพลังงานไฟฟ้า พลังงานความร้อนหรือความเย็นอย่างต่อเนื่องและค่อนข้างแน่นอน
มีค่าต้นทุนพลังงานไฟฟ้ามากกว่าพลังงานความร้อน
มีชั่วโมงในการทำงานต่อปีมากและต่อเนื่องโดยตลอด

Combustion Requirements

ปัจจัยในการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ (Factors of complete combustion)

ชนิดของเปลวไฟ (Classification of Flames)

ค่าความร้อน (Calorific Value, CV)

ความหมายของ Gross CV และ Net CV

หัวเผา (Burner)

Co-generation

Typical Co-generation System

Direct Heating System

Combined Cycle System

Heating & Cooling System

item 5