เครื่องคำนวณออกแบบเตาแก๊สซิฟิเคชัน

ตัวแปรออกแบบ

อัตราป้อนเชื้อเพลิงรวม 20kg/h

สัดส่วนถ่านไม้ 50% : ไม้อัดแท่ง 50% 50%

ถ่านไม้ให้ CH₄ น้อยกว่า (สารระเหยต่ำ) แต่ค่าความร้อนสูงกว่า

ความชื้นเชื้อเพลิง 12%wb

อัตราส่วนสมมูล (ER) 0.28

ER ต่ำ → CH₄ สูงขึ้นแต่เสี่ยงทาร์มาก · ช่วงแนะนำ 0.25–0.35

ชนิดเตา

แผนภาพตัดขวาง

ผลการคำนวณ

อัตราผลิตมีเทน (CH₄)

— Nm³/h

มวล CH₄

— kg/h

พลังงานจาก CH₄

— MJ/h

ก๊าซสังเคราะห์รวม

— Nm³/h

ค่าความร้อนก๊าซ (LHV)

— MJ/Nm³

ประสิทธิภาพก๊าซเย็น (CGE)

— %

องค์ประกอบก๊าซ (%vol)

กระบวนการ สมการ และตัวแปรที่ใช้คำนวณ

1 · กระบวนการแก๊สซิฟิเคชันโดยย่อ

แก๊สซิฟิเคชันคือการเปลี่ยนเชื้อเพลิงแข็ง (ถ่านไม้ / ไม้อัดแท่ง) เป็นก๊าซเชื้อเพลิง (producer gas) โดยเผาไหม้บางส่วนด้วยอากาศจำกัด (ER < 1) ภายในเตาเกิด 4 โซนต่อเนื่องกัน:

อบแห้ง (~100–200 °C) — ไล่ความชื้นออกจากเชื้อเพลิง
ไพโรไลซิส (~200–600 °C) — สลายสารระเหยเป็นทาร์ ก๊าซ (รวม CH₄) และถ่านชาร์ · CH₄ ส่วนใหญ่เกิดที่โซนนี้ ไม้อัดแท่งจึงให้ CH₄ มากกว่าถ่านไม้ที่สารระเหยถูกไล่ไปแล้ว
ออกซิเดชัน (~900–1,200 °C) — C + O₂ → CO₂ ให้ความร้อนแก่ทั้งระบบ
รีดักชัน (~700–900 °C) — ปฏิกิริยาหลัก: Boudouard C + CO₂ → 2CO · water–gas C + H₂O → CO + H₂ · methanation C + 2H₂ → CH₄

ก๊าซที่ได้จากอากาศเป็นตัวออกซิไดซ์มี N₂ เจือจางมาก จึงมี CH₄ เพียง ~1–5 %vol และ LHV ก๊าซ ~4–6 MJ/Nm³

2 · สมการที่ใช้คำนวณ

(1) ṁ_dry = ṁ_f (1 − MC)

อัตราป้อนแห้ง จากอัตราป้อนรวมหักความชื้น

(2) X_mix = X_char·f_c + X_briq·(1 − f_c)

สมบัติเชื้อเพลิงผสม (LHV, Y₀, องค์ประกอบฐาน) เฉลี่ยถ่วงน้ำหนักตามสัดส่วนถ่านไม้ f_c

(3) Y_gas = Y₀ (0.7 + ER)(1 − 0.5·MC)

ผลผลิตก๊าซต่อ kg เชื้อเพลิงแห้ง — ER สูงให้ก๊าซมากขึ้น ความชื้นสูงลดผลผลิต

(4) y_CH₄ = y₀_,CH₄ · k_g (1.45 − 1.5·ER)

สัดส่วน CH₄ (%vol) — ลดลงเมื่อ ER สูง (ถูกเผา/เจือจาง N₂) · k_g = ตัวคูณชนิดเตา

(5) V̇_gas = ṁ_dry · Y_gas

อัตราไหลก๊าซสังเคราะห์รวม (Nm³/h)

(6) V̇_CH₄ = V̇_gas · y_CH₄/100

อัตราผลิตมีเทน (Nm³/h) — ผลลัพธ์หลักของเครื่องคำนวณ

(7) ṁ_CH₄ = V̇_CH₄ · ρ_CH₄ · Q̇_CH₄ = V̇_CH₄ · LHV_CH₄

แปลงเป็นมวล (kg/h) และพลังงาน (MJ/h)

(8) LHV_gas = (y_CO·12.6 + y_H₂·10.8 + y_CH₄·35.8) / 100

ค่าความร้อนก๊าซจากองค์ประกอบที่เผาไหม้ได้ (MJ/Nm³)

(9) η_CG = (V̇_gas · LHV_gas) / (ṁ_dry · LHV_fuel)

ประสิทธิภาพก๊าซเย็น (Cold Gas Efficiency)

(10) D = √( 4·ṁ_dry / (π·SGR) )

เส้นผ่านศูนย์กลางเตาขั้นต่ำ จาก Specific Gasification Rate ของเตาแต่ละชนิด

3 · ตัวแปรและค่าคงที่

สัญลักษณ์	ความหมาย	หน่วย / ค่า
ṁ_f	อัตราป้อนเชื้อเพลิงรวม (input)	kg/h
f_c	สัดส่วนถ่านไม้ในเชื้อเพลิงผสม (input)	0–1
MC	ความชื้นเชื้อเพลิง wet basis (input)	0.03–0.40
ER	อัตราส่วนสมมูล = อากาศจริง / อากาศเผาไหม้สมบูรณ์ (input)	0.20–0.45
Y₀	ผลผลิตก๊าซฐาน — ถ่านไม้ / ไม้อัดแท่ง	3.6 / 2.3 Nm³/kg
LHV_fuel	ค่าความร้อนต่ำ — ถ่านไม้ / ไม้อัดแท่ง	29.5 / 17.5 MJ/kg
y₀_,CH₄	สัดส่วน CH₄ ฐาน — ถ่านไม้ / ไม้อัดแท่ง	1.0 / 3.0 %vol
k_g	ตัวคูณ CH₄ ตามชนิดเตา — down / up / cross / fluidized	1.0 / 1.5 / 0.8 / 1.2
SGR	อัตราแก๊สซิฟายจำเพาะ — down / up / cross / fluidized	200 / 150 / 250 / 500 kg/m²·h
ρ_CH₄	ความหนาแน่นมีเทนที่สภาวะมาตรฐาน	0.717 kg/Nm³
LHV_CH₄	ค่าความร้อนต่ำของมีเทน	35.8 MJ/Nm³
LHV_CO / LHV_H₂	ค่าความร้อนต่ำของ CO / H₂	12.6 / 10.8 MJ/Nm³

สมการ (3)–(4) และองค์ประกอบก๊าซเป็นความสัมพันธ์เชิงประจักษ์อย่างง่าย (linear correlation) ปรับจากช่วงค่าทั่วไปในวรรณกรรม air gasification — ใช้เพื่อดูแนวโน้มและขนาดเบื้องต้น ไม่ใช่แบบจำลองสมดุลเทอร์โมไดนามิกส์