เชื้อเพลิงแบบ CWM ถือเป็นเทคโนโลยีใหม่ อยู่ระหว่างการพัฒนาโดยนำถ่านหินบด 70% ผสมน้ำ 30% และเติมสาร Additive 1% เพื่อเปลี่ยนสภาพเป็นถ่านหินเหลว
เทคโนโลยีถ่านหินเหลวใช้แทนน้ำมันเตา
(Coal Water Mixture: CWM)
ธนกร ณ พัทลุง
เนื่องจากในสภาพปัจจุบันราคาน้ำมันเพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้โรงงานอุตสาหกรรมที่ใช้หม้อไอน้ำได้รับผลกระทบจากต้นทุนที่สูงขึ้น เพื่อลดต้นทุนเชื้อเพลิงนั้นก็สามารถหันมาใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงแทนน้ำมันเตาเพราะถ่านหินมีราคาต่ำกว่าน้ำมันเตาที่ราคาสูงตามราคาน้ำมันดิบโดยการนำถ่านหินมาผลิตเป็นถ่านหินเหลว หรือ Coal Water Mixture: CWM โดยสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงทดแทนน้ำมันเตาได้ทางเลือกหนึ่ง
สำหรับเชื้อเพลิงแบบ CWM ถือเป็นเทคโนโลยีใหม่ อยู่ระหว่างการพัฒนาโดยนำถ่านหินบด 70% ผสมน้ำ 30% และเติมสาร Additive 1% เพื่อเปลี่ยนสภาพเป็นถ่านหินเหลว ซึ่งสามารถใช้ทดแทนน้ำมันเตาในโรงงานอุตสาหกรรมที่ใช้หม้อไอน้ำและต้องใช้น้ำมันเตาเป็นเชื้อเพลิงเท่านั้นได้โดยเมื่อใช้เทคโนโลยีนี้จะช่วยให้โรงงานประเภทนี้มีพลังงานทางเลือกแทนน้ำมันเตาได้
มีการศึกษาวิจัย CWM ในหลายประเทศ เช่น จีน อิตาลี รัสเซีย ออสเตรเลีย และญี่ปุ่น รวมทั้งมีการผลิต การก่อสร้างระบบขนส่งทางท่อ และการใช้ประโยชน์เช่นการผลิตกระแสไฟฟ้าและใช้เป็นเชื้อเพลิงในระบบหม้อไอน้ำ ในช่วงเกิดวิกฤตการณ์น้ำมัน และลดปริมาณการใช้ลงเมื่อน้ำมันถูกลงและมีราคาคงที่
CWM คืออะไร
เชื้อเพลิงที่เกิดจากการนำผงถ่านหินบดละเอียดมาผสมกับน้ำและ Additive เพื่อให้กลายเป็นเชื้อเพลิงเหลว (CWM: Coal Water Mixture) และเชื้อเพลิงที่ใช้น้ำมันผสมกับผงถ่านหินแทนน้ำ (COM: Coal Oil Mixture) เป็นเชื้อเพลิงเหลวที่ใช้ถ่านหินผสม
เหมาะสำหรับหม้อไอน้ำที่ใช้กับเครื่องปั่นไฟขนาดใหญ่และในระยะหลังได้มีการนำมาใช้กับหม้อไอน้ำขนาดกลางและเล็กที่ใช้สำหรับอุตสาหกรรมการผลิตด้วย การเผาไหม้แบบ COM ถูกนำมาใช้ก่อน ต่อมาการเผาไหม้แบบ CWM จึงได้ถูกนำมาใช้ โดยปัจจุบันการเผาไหม้แบบ CWM กำลังได้รับความสนใจมากกว่า ดังนั้นจึงมีการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องในประเทศญี่ปุ่น
ในการนำไปใช้ สามารถทำได้เช่นเดียวกับน้ำมันเตาซึ่งเป็นของเหลวเหมือนกัน ดังนั้นจึงสามารถเก็บไว้ในถังเก็บและส่งผ่านไปทางท่อได้ ทำให้อุปกรณ์ไม่ซับซ้อน นอกจากนี้ การที่สามารถสลับใช้กับน้ำมันเตาได้ง่ายจึงทำให้สามารถเผาไหม้ผสมกับน้ำมันเตาได้ด้วยจึงมีความสะดวกและง่ายต่อการจัดการและขนส่ง CWM และโดยอาจจะมีการดัดแปลงอุปกรณ์การเผาไหม้เล็กน้อย หรือใช้ทดแทนน้ำมันเตาในการผลิตไฟฟ้า Boiler Steam อุตสาหกรรมที่ใช้หม้อไอน้ำ
CWM เป็นเชื้อเพลิงผสมที่นำผงถ่านละเอียดที่มีขนาดเล็กกว่า 74 ไมครอน (200 Mesh) ประมาณ 80 % ใส่ลงในน้ำประมาณ 30–35% โดยมวล ทั้งนี้เพื่อให้มีความเป็นเนื้อเดียว ต้องเติมน้ำให้ผงถ่านหินแขวนลอยในสภาพของสเลอรี โดยที่มีปริมาตรเกือบเท่ากับผงถ่านหินเดิม ปริมาณการใช้น้ำจึงลดลงอย่างมากและเพื่อป้องกันการแยกตัวของอนุภาคถ่านหินกับน้ำ ในทางปฏิบัติจึงต้องเติม Surface Active Agent ลงไปด้วยประมาณ 0.5%
คุณลักษณะของถ่านหินเหลว (CWM)
ลักษณะของถ่านหินน้ำจะเป็นสารเชิงซ้อนมากกว่าเป็นถ่านหินเพราะสภาพลักษณะทางฟิสิกส์เคมีนั้นมากกว่าถ่านหินตั้งต้น ดังแสดงในรูปที่ 1 ซึ่งพฤติกรรมระหว่างถ่านหินกับน้ำนั้นจะเป็นไปตามหลักของศาสตร์วิชา
คุณลักษณะที่สำคัญของถ่านหินเหลว คือ ความคงตัวหรือเสถียรภาพ, สมบัติการไหลและสมบัติทางการเผาไหม้สันดาป การเผาไหม้ถ่านหินเหลวในเตาเผานั้นทำโดยการฉีดพ่นหรือทำให้กระจายเป็นละอองเล็ก ๆ ก่อน ดังนั้น ความเข้มข้นของเนื้อถ่านหิน ขนาดอนุภาคและความหนืด นั้นจึงเป็น 3 ปัจจัยหลักสำหรับการเผาไหม้ดังนั้นสภาพลักษณะถ่านหินเหลวดังกล่าวเป็นสิ่งจำเป็นต่อการใช้งานเผาไหม้ในหม้อไอน้ำอุตสาหกรรม
รูปที่ 1 แสดงลักษณะและสภาพของถ่านหินเหลว
สมบัติการไหลและเสถียรภาพของถ่านหินเหลว
เพื่อการจัดเก็บและขนถ่ายลำเลียงนั้น ถ่านหินเหลวควรจะมีเสถียรภาพ (ไม่ตกตะกอน) และมีคุณสมบัติไหลตัวได้ดี การทำถ่านหินเหลวจะใช้สารเติมแต่งชนิดทำให้แตกตัว เพื่อทำให้ถ่านหินแตกกระจายตัวได้มากในปริมาณน้ำที่น้อย จากการทดลองจะได้ว่า ความเข้มข้นหรือส่วนผสมของถ่านหินในถ่านหินเหลวมีค่าประมาณ 50–60% โดยน้ำหนักขึ้นกับ Additive บางชนิดที่ใช้ในการทำถ่านหินเหลวใน UPT-LSDE คือ CMC, KOAL, CAO, Coal Master
การออกแบบการฉีดพ่นและระบบหัวเผา
ก่อนนำถ่านหินเหลวไปใช้ในการเผาไหม้นั้นจะต้องทำให้กระจายเป็นละอองเล็ก ๆ ก่อน ดังรูปที่ 2 เป็นสำคัญ ซึ่งก็รู้อยู่แล้วว่าการเผาไหม้ที่สมบูรณ์นั้นขึ้นกับความสมบูรณ์ของการทำให้กระจายเป็นละอองเล็ก ๆ ของถ่านหินเหลวเป็นอย่างมาก การเกิดละอองฝอยที่ดีนั้นสามารถทำได้โดย การออกแบบระบบหัวเผาและการฉีดพ่นที่ดีและมีความน่าเชื่อถือนั้นเอง ดังรูปที่ 3
รูปที่ 2 แสดงการทำให้กระจายเป็นละอองเล็ก ๆ ของถ่านหินเหลว
รูปที่ 3 แสดงชุดทดลองหัวเผาและฉีดพ่นถ่านหินเหลว
คุณลักษณะในการเผาไหม้ถ่านหินเหลว
สำหรับการเผาไหม้นั้น ถ่านหินเหลวที่ดีจะต้องมีความเข้มข้นของถ่านหินสูงเพราะถ้ามีปริมาณน้ำมากจะเป็นการเพิ่มความร้อนสูญเสียจากการกลายเป็นไอน้ำระเหยไปกับน้ำ อย่างไรก็ตาม เมื่อความเข้มข้นของถ่านหินมากก็จะส่งผลให้มีความหนืดสูงขึ้นซึ่งจะทำให้ยากต่อการขนถ่านลำเลียงและการทำให้กระจายเป็นละอองเล็ก ๆ (Atomizing)
การทดสอบการเผาไหม้ถ่านหินเหลวในห้องเผาไหม้หม้อไอน้ำจำลอง (ตามแบบที่ใช้เผาไหม้ถ่านหินผง) ซึ่งสามารถใช้ได้แต่ต้องทำการปรับปรุงระบบหัวเผาและการฉีดเผาใหม่ให้เหมาะสม
เทคโนโลยีถ่านหินสะอาด
เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดเป็นการใช้ประโยชน์จากถ่านหินที่คำนึงถึงการก่อผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมให้น้อยที่สุด ขบวนการกำจัดมลพิษของเทคโนโลยีถ่านหินสะอาดจะทำได้ทั้งก่อน เช่น Coal Water Mixture (CWM) ถ่ายอัดก้อนขณะเผาไหม้ เช่น Coal Gasification และภายหลังการเผาไหม้ถ่านหิน เช่น Flue Gas De-sulfurization (FGD), Electrostatic Precipitator (ESP) เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดนี้ รวมการแปรรูปถ่านหินก่อนการใช้ประโยชน์ เช่น การกลั่นน้ำมันจากถ่านหินด้วย
เทคโนโลยีแต่ละชนิดอาจจะมีความเหมาะสมต่อคุณสมบัติถ่านหินแตกต่างกันไป บางเทคโนโลยีสามารถประยุกต์ใช้ได้กับถ่านหินศักดิ์ต่ำและสูง ในขณะที่บางเทคโนโลยีสามารถใช้ได้เฉพาะถ่านหินที่มีคุณภาพค่อนข้างดี การจะใช้ประโยชน์จากถ่านหินต้องคำนึงถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมด้วย ดังนั้นการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดจึงเป็นสิ่งจำเป็น และสามารถเลือกใช้เทคโนโลยีรองรับที่เหมาะสมตามคุณสมบัติของถ่านหินที่มีได้
ประเทศไทยมีปริมาณถ่านหินสำรองมากกว่า 2,000 ล้านตัน แหล่งส่วนใหญ่จะอยู่ในภาคเหนือ เป็นถ่านหินชั้นคุณภาพลิกไนต์ ซับบิทูมินัส บิทูมินัส และมีถ่านหินชั้นคุณภาพแอนทราไซด์ในปริมาณเล็กน้อย ไทยใช้ถ่านหินเป็นแหล่งพลังงานร้อยละ 13 ของการใช้พลังงานในประเทศ ในขณะที่โลกใช้ถ่านหินเป็นแหล่งพลังงานมากถึงร้อยละ 37 ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงที่มีบทบาทสำคัญในการใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าถึงร้อยละ 81 ของปริมาณการใช้ถ่านหินในประเทศ และใช้ในอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์มากถึงร้อยละ 14
ถ่านหินในประเทศส่วนใหญ่จะมีปริมาณเถ้าค่อนข้างสูง (ร้อยละ 14-50) ปริมาณกำมะถันร้อยละ 1-7 ปริมาณความชื้นร้อยละ 10-30 และค่าความร้อนในช่วง 2,500-5,500 กิโลแคลอรีต่อกิโลกรัม แตกต่างไปตามแหล่งถ่านหิน การใช้ประโยชน์จึงอาจจะอยู่ในวงแคบ หรืออาศัยเทคโนโลยีถ่านหินสะอาดเพื่อที่จะทำให้สามารถใช้ถ่านหินในประเทศได้อย่างมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด
ตัวอย่างองค์ประกอบของถ่านหินเหลว
จากการวิเคราะห์เบื้องต้น (Proximate Analysis) ตามที่ได้รับ (As Received Basis) เป็นดังนี้
* Moisture = 48.4 %
* Ash = 5.0 %
* Volatile Matter = 13.2 %
* Fixed Carbon = 33.4 %
* Total Sulfur = 0.02 %
* Gross CV = 3,776 Kcal/kg
* Net CV = 3,413 Kcal/kg
สรุป
จากข้างต้น ข้อดีของการใช้ถ่านหินเหลวคือ สามารถแทนที่หรือลดปริมาณการใช้น้ำมันเตาในหม้อผลิตไอน้ำได้ โดยถ่านหินเหลวจะมีถ่านหิน 70–80% ที่เหลือเป็นน้ำและมีตัวที่ทำให้คงสภาพประมาณ 1% จะได้ว่าเป็นทางเลือกทางด้านพลังงานที่น่าสนใจมากและมากยิ่งขึ้นเพราะสภาพปัจจุบันนี้น้ำมันมีราคาสูงขึ้น แต่จากการที่มีความต้องการใช้พลังงานมาก ประกอบกับถ่านหินมีปริมาณสำรองมาก และน้ำมันจะหมดในอนาคตอันใกล้นี้ จะเป็นปัจจัยผลักดันให้ถ่านหินเหลว (CWM) เป็นตัวแปรด้านพลังงานในอนาคตอันใกล้นี้
อ้างอิง
1. http://www.dede.go.th/dede/index.php?id=238
2. http://www.dede.go.th/dede/index.php?id=704
3. M. M. EL-Wakil, Power Plant Technology, McGraw-Hill Book Co., Singapore, 1984.
4. รศ. ดร. นพภาพร พานิชและคณะ , ตำราระบบบำบัดมลพิษอากาศ, ศูนย์บริการวิชาการแห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, กรุงเทพฯ, 2547
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
Thailandindustrycom_official
