แบบจำลองสมดุลทางความร้อนเคมีของเตาผลิตแก๊สเชื้อเพลิงจากถ่านหินสำหรับเตาอุตสาหกรรม

Abstract

งานวิจัยนี้เป็นการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์สำหรับระบบการผลิตแก๊สเชื้อเพลิงจากถ่านหินเพื่อใช้ในเตาอุตสาหกรรม โดยอาศัยหลักการของสมดุลเคมี และสมดุลความร้อนในการจำลององค์ประกอบและค่าความร้อนของแก๊สเชื้อเพลิงที่ได้ อุณหภูมิในการทำปฏิกิริยา ประสิทธิภาพตามกฎข้อที่หนึ่งและข้อที่สองทางเทอร์โมไดนามิกส์ ถ่านหินที่ใช้ในการศึกษาให้แทนด้วยสูตรทางเคมีในรูป CHαOβNγSθ ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับอากาศและไอน้ำ ได้แก๊สเชื้อเพลิงประกอบด้วยแก๊ส CO, CO₂, H₂, CH₄, H₂O, N₂, SO₂ และ C(s) แบบจำลองนี้จะช่วยในการวิเคราะห์เตาผลิตแก๊สเชื้อเพลิง เงื่อนไขในการควบคุมการทำงาน และความคุ้มค่าตามหลักเศรษฐศาสตร์เมื่อมีการเปลี่ยนเชื้อเพลิงมาเป็นแก๊สเชื้อเพลิง ผลจากแบบจำลองสำหรับถ่านหินอินโดมินโคที่ใช้ศึกษาพบว่า หลักของสมดุลทางความร้อนเคมีสามารถอธิบายระบบการผลิตแก๊สเชื้อเพลิงได้เป็นอย่างดีโดยให้ค่า รากที่สองของค่าเฉลี่ยความคลาดเคลื่อนกำลังสอง ที่ไม่เกิน 2.5 ค่าความร้อนของแก๊สเชื้อเพลิงมีค่าสูงที่สุดที่ปริมาณอากาศที่ทำให้คาร์บอนของแข็งในระบบหมดลงพอดี อัตราส่วนอากาศต่อถ่านหินที่เหมาะสมควรอยู่ระหว่าง 2.6 ถึง 3.3 ซึ่งจะให้ประสิทธิภาพทางความร้อนมากกว่าร้อยละ 70 และให้ค่าความร้อนของแก๊สเชื้อเพลิงระหว่าง 17.5 ถึง 20 เมกะจูลต่อกิโลกรัมถ่านหิน หากมีการใช้ถ่านหินชนิดนี้ในเตาเผาเหล็กขนาด 50 ตันต่อชั่วโมง จะสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายทางด้านเชื้อเพลิงได้มูลค่า 20,957 ถึง 22,551 บาทต่อชั่วโมง (ราคาถ่านหินและราคาน้ำมันเตาเท่ากับ 3.56 บาทต่อกิโลกรัม และ 22.47 บาทต่อลิตรตามลำดับ) มีระยะเวลาคืนทุนไม่เกิน 13 เดือน