Research & Academic Services
หมวดหมู่
โครงการให้คำปรึกษาการออกแบเตาเผาขยะเคลื่อนที่ประสิทธิิภาพสูงร่วมกับระบบกักเก็บความร้อน
รายละเอียด :

ปัญหาและข้อมูลเบื้องต้น

          บริษัท โซดิแอคท์ คอร์ปอเรชั่น จำกัด มีความต้องการที่จะออกแบบเตาเผาขยะเคลื่อนที่และระบบกักเก็บความร้อน ดังแสดงในรูปที่ 1 จึงมีความต้องการให้ทางศูนย์วิศวกรรมอุณหภาพทำการศึกษาและออกแบบ ซึ่งประกอบไปด้วย 4 ส่วน ดังนี้

  1. โครงสร้างของห้องเผาไหม้
  2. ระบบกักเก็บความร้อน โดยเกลือเหลว (Molten Salt)
  3. ฉนวนกันความร้อน
  4. การวางตำแหน่งหัวเผา (Burner) ภายในห้องเผาไหม้ และการเผาไหม้

          หลักการทำงานของเตาเผาขยะเคลื่อนที่ และระบบกักเก็บความร้อน จะเป็นเทคโนโลยีที่สามารถช่วยในการประหยัดพลังงาน และสามารถเผาไหม้ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง เนื่องจากการเผาไหม้เป็นแบบห้องเผาไหม้ขนาดเล็ก และเคลื่อนที่ได้ ภายในห้องเผาไหม้จะถูกรักษาอุณหภูมิไว้ด้วยฉนวนกันความร้อน ดังนั้นในการเริ่มต้นการเผาไหม้ของเตาจะเร็วกว่าเตาเผาขยะทั่วไป เมื่อเปรียบเทียบกับการเผาไหม้ของห้องเผาไหม้ทั่วไป ด้วยอุณหภูมิเริ่มต้นของห้องเผาไหม้ที่สูงกว่า ทำให้เกิดการเผาไหม้ได้ดีกว่า ส่งผลให้มลพิษที่ได้จากการเผาไหม้น้อยกว่า และพลังงานความร้อนที่ได้จากการเผาไหม้จะถูกกักเก็บไว้ภายในเกลือเหลวที่อยู่ภายในพาชนะบรรจุอยู่บริเวณห้องเผาไหม้ที่สอง ที่สามารถเคลื่อนย้ายไปพร้อมกับเตาเผาขยะเคลื่อนที่ และเมื่อเกลือเหลวได้รับพลังงานความร้อนที่สะสมภายในตัวมันเองจนเพียงพอ จะสามารถนำเกลือเหลวไปถ่ายเทพลังงานความร้อนให้แหล่งรับความร้อนอื่นได้ เช่น นำพลังงานความร้อนไปต้มน้ำเพื่อให้ได้ไอน้ำสำหรับป้อนเข้าสู่กังหันไอน้ำ หรือใช้ในการผลิตน้ำร้อน หรือกระบวนการผลิตที่จำเป็นต้องใช้งานพลังงานความร้อน เป็นต้น

         เกลือเหลวที่ใช้ในศึกษาและออกแบบจะมีคุณสมบัติเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้องเช่นเดียวกับเกลือทั่วไป แต่เมื่อได้รับพลังงานความร้อนจนถึงค่าหนึ่ง จะเปลี่ยนสถานะไปอยู่ในรูปของของเหลว โดยองค์ประกอบหลักของเกลือเหลวที่ใช้ในเตาเผา คือ โพแทสเซียม และฟอสฟอรัส ซึ่งเป็นสารที่ไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ยังสามารถปรับเปลี่ยนอัตราส่วนที่ใช้ในการผสมเพื่อให้ได้อุณหภูมิที่ต้องการ อุณหภูมิของเกลือเหลวที่สามารถปรับเปลี่ยนได้จะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 180 °C – 500 °C ที่ความดันบรรยากาศ จะเห็นได้ว่าช่วงอุณหภูมิที่สามารถปรับเปลี่ยนได้ที่ความดันบรรยากาศของเกลือเหลวจึงเป็นข้อได้เปรียบเมื่อเทียบกับระบบกักเก็บความร้อนแบบอื่น คุณสมบัติทางความร้อนของเกลือเหลวมีค่าความจุความร้อนจำเพาะอยู่ที่ประมาณ 1.4 kJ/kg·K พลังงานความร้อนที่เกลือเหลวใช้ในการเปลี่ยนสภานะจากของแข็งไปเป็นของเหลว 117 kJ/kg (ที่มา บริษัท DYNALENE เกลือเหลว Dynalene MS-1) ตัวอย่างการจำลองการถ่ายเทความร้อนในแบบ 2 มิติ ภาพตัดขวางผนังของเตาเผาขยะเป็นไปดังรูปที่ 2 เปรียบเทียบระหว่างผนังเตาแบบดั้งเดิมเทียบกับผนังเตาเผาที่มีการใส่ท่อบรรจุเกลือเหลว พบว่าผนังเตาที่ใส่ท่อบรรจุเกลือเหลวนั้นสามารถลดการสูญเสียพลังงานความร้อนได้ถึง 10%

รูปที่ 1 เตาเผาขยะและระบบกักเก็บความร้อน

รูปที่ 2 ตัวอย่างการจำลองการถ่ายเทความร้อนของผนังห้องเผาไหม้แบบ 2 มิติ

                                               ก.) การจำลองการถ่ายเทความร้อนของผนังเตาดังเดิม

                                               ข.) การจำลองการถ่ายเทความร้อนของผนังเตาเมื่อใส่ท่อที่บรรจุเกลือเหลว

          นอกจากระบบกักเก็บความร้อนและฉนวนที่ดีแล้ว การวางตำแหน่งของหัวเผาก็จะส่งผลต่อการเผาไหม้ด้วยเช่นกัน ดังนั้นการเลือกตำแหน่งติดตั้งหัวเผาจึงสำคัญต่อการเผาไหม้ภายในห้องเผาไหม้ เพื่อให้การเผาไหม้ภายในเตาเผาขยะสามารถเผาไหม้ได้อย่างสมบูรณ์และมีประสิทธิภาพ และสุดท้ายเพื่อให้อุปกรณ์ต่าง ๆ สามารถเคลื่อนย้ายได้ จึงจะต้องมีการคำนวณทางโครงสร้างเมื่อเตาเผาขยะมีการเคลื่อนที่ เพื่อศึกษาออกแบบการวางตำแหน่งของอุปกรณ์ต่าง ๆ เมื่อถูกติดตั้งไปยังรถบรรทุก โดยมีการคำนวณเพื่อศึกษาตำแหน่งในการติดตั้งหัวเผา ดังแสดงในรูปที่ 3 และการคำนวณโครงสร้างของเตาเผาขยะได้ใช้โปรแกรมจำลองทางคณิตศาสตร์

รูปที่ 3 ตัวอย่างการใช้โปรแกรมจำลองเพื่อใช้ในการวางตำแหน่งของหัวเผาภายในห้องเผาไหม้

          การจัดการขยะทางการแพทย์ในการเผาไหม้นั้น ตาม พ.ร.บ. สาธารณสุข พ.ศ. 2535 ได้มอบหมายให้ราชการส่วนท้องถิ่นเป็นผู้จัดการขยะ หรือราชการส่วนท้องถิ่นมอบหมายให้สถานบริการนั้นดำเนินการเอง หรือให้เอกชนดำเนินการ ซึ่งในปัจจุบันสถานพยาบาลส่วนใหญ่ได้ใช้วิธีการมอบหมายให้เอกชนดำเนินการ โดยใช้วิธีการส่วนใหญ่ใช้วิธีการเผาทำลาย เมื่อเตาเผาขยะเคลื่อนสามารถมีการเผาไหม้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เตาเผาขยะสามารถเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูงได้ ดังนั้นขยะที่ต้องใช้อุณหภูมิสูงในการกำจัดจึงเป็นขยะทางการแพทย์ เนื่องจากต้นทุนในการกำจัดขยะทางการแพทย์อยู่ที่ 28.15 บาท/กก. หรือคิดเป็นจำนวนขยะทางการแพทย์ที่เกิดขึ้นภายในสถานพยาบาลคิดเป็น 1.33 กก./เตียง/วัน (ที่มา Study on Infectious Waste Management Cost Analysis, Apichat Pimonpaiboon, B.P.H., วารสารสมาคมเวชศาสตร์ป้องกันแห่งประเทศไทย, ปีที่ 7, ฉบับที่ 1 มกราคม-เมษายน 2560) ซึ่งจะพบว่าสามารถลดปริมาณขยะทางการแพทย์ได้แล้วยังสามารถกักเก็บพลังงานที่ได้จากการเผาไหม้ได้อีกด้วย

 

วัตถุประสงค์ของโครงการ

  1. ให้คำปรึกษาในการเลือกฉนวนสำหรับเตาเผาขยะ รวมถึงวิธีการติดตั้ง
  2. ให้คำปรึกษาในการออกแบบด้านการใช้เกลือเหลวสำหรับการกักเก็บความร้อนของเตาเผาขยะ
  3. ให้คำปรึกษาในการออกแบบด้านโครงสร้างของเตาเผาขยะ เมื่อเตาเผาขยะเกิดการเคลื่อนที่
  4. ให้คำปรึกษาในการออกแบบการเผาไหม้ภายในเตาเผาขยะ

 

ขอบเขตของโครงการ

          ให้คำปรึกษาในการออกแบบเตาเผาขยะทางการแพทย์ที่สามารถเคลื่อนที่ได้และใช้ร่วมกับระบบกักเก็บความร้อนโดยใช้เกลือเหลว สำหรับใช้ในการสร้างจริง

 

ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ

          บริษัท โซดิแอคท์ คอร์ปอเรชั่น จำกัด จะได้แบบสำหรับสร้างเตาเผาขยะทางการแพทย์ที่สามารถเคลื่อนที่ได้ ที่มีความสามารถในการกำจัดขยะได้ 200-250 kg/hr ที่มีห้องเผาไหม้ 2 ห้อง โดยห้องเผาไหม้แรกสามารถเผาไหม้ได้ที่ 600-800oC และห้องที่สองสามารถเผาไหม้ได้ 1,000-1,200oC (ที่มา กฎกระทรวงว่าด้วยการกำจัดมูลฝอยติดเชื้อ พ.ศ. 2545 หมวดที่ 4 ข้อที่ 26 การกำจัดมูลฝอยติดเชื้อโดยการเผาในเตาเผา ให้ใช้เตาเผาที่มีห้องเผามูลฝอยติดเชื้อ (ห้องเผาไหม้ที่ 1) และห้องเผาควัน (ห้องเผาไหม้ที่ 2) การเผามูลฝอยติดเชื้อให้เผาที่อุณหภูมิไม่ต่ำกว่า 760 องศาเซลเซียส และในการเผาควันให้เผาด้วยอุณหภูมิไม่ต่ำกว่า 1,000 องศาเซลเซียส)

          บริษัทได้แบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ในการประเมินการทำงานของเตาเผาขยะ

บริษัทสามารถช่วยลดปริมาณขยะทางการแพทย์ และสามารถนำความร้อนที่ใช้ในการเผาไหม้ขยะมากักเก็บไว้ในเกลือเหลวเพื่อทำให้เตาเผาขยะเกิดการประหยัดพลังงาน และนำความร้อนมาใช้ประโยชน์ต่อไปได้