by finite volume method...

การศกษาการวางมมเหมาะสมของหวเผาทมผล

ตอการกระจายอณหภมในเตาเผาปนขาวโดยวธไฟไนตวอลลมThe Study of the Burner Angle Optimization that Affect

on the Temperature Distribution Lime Kiln

by Finite Volume Method

เกยรตฟา ตงใจจต (Kaittfa tangchaichit)1*

อญชสา ยสนแซม (Unchisa Yeesoonzam)2

บทคดยอ

งานวจยนเปนการสรางแบบจำาลอง 3 มตของเตาเผาปนขาวทใชในบรษทฟนคซ พลพ แอนด เพเพอร จำากด

(มหาชน) เปนเตาเผาทใชสำาหรบการเปลยนแคลเซยมคารบอเนตใหเปนแคลเซยมออกไซดหรอปนขาว เพอนำากลบมา

ใชในกระบวนการผลตอกครง โดยลกษณะเตาเผาเปนทรงกระบอกกลมวางในแนวนอนและหมนรอบแกนดวยมอเตอร

โดยในงานวจยนไดศกษาถงลกษณะการวางมมของหวเผาในลกษณะตางๆ โดยแบบจำาลองจะใชวธทางไฟไนตวอลลม

ในการวเคราะหเพอศกษาวาในการวางมมหวเผามมใดจะกอใหเกดการกระจายอณหภมทดทสดสำาหรบเตาเผา

ปนขาว ซงจะใชโปรแกรมพลศาสตรของไหลเชงคำานวณสำาเรจรป ในการศกษาครงน โดยจะเปรยบเทยบผลของการ

กระจายตวของอณหภมทไดจากการสรางแบบจำาลอง ซงทำาการกำาหนดเงอนไขขอบเขตจากคาทวดไดจรงกบผลของ

การกระจายตวของอณหภมทวดคาไดจรงจากโรงงาน เมอเปรยบเทยบคาเพอยนยนความถกตองของแบบจำาลองแลว

จะนำาแบบจำาลองทไดมาปรบมมหวเผาในลกษณะทมพกดแตกตางกนและเปรยบเทยบมมทใหคาการกระจายอณหภม

ดทสด โดยพจารณาจากคาการกระจายตวของอณหภมททางเขาของเตาเผาปนขาว จากผลการทดลองทไดจากแบบ

จำาลองพบวาทมมหวเผาวางในพกด (0,-2) เปนตำาแหนงททำาใหการกระจายตวของอณหภมดทสด ซงจะเปนแนวทาง

ในการนำาไปพฒนาการทำางานของเตาเผาปนขาวใหมการกระจายอณหภมภายในเตาดกวาเดม

ABSTRACT

This research is the three dimensional modeling of a lime kiln, which is used in Phoenix Pulp

& Paper Public Co. Ltd. for reforming calcium carbonate to calcium oxide (or lime) in order to reuse

in the process. The kiln is the horizontal cylinder driven by motor to rotate around axis. This research

studied the characteristics of the angle of the burners placed in different ways. In the analysis, the

finite volume technique, in Computational Fluid Dynamics (CFD) program, was used to evaluate the

angle of burner that gives the best temperature distribution. The CFD model is compared with the

measured temperature to verify boundary condition and mesh quality. The burner’s angle is then

1 นกศกษาปรญญาโท ภาควชาวศวกรรมเครองกล คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน 2 ผชวยศาสตราจารย ภาควชาวศวกรรมเครองกล คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน

* Corresponding author, e-mail: [email protected]

The Study of the Burner Angle Optimization that Affect



225 KKU Research Journal | 16 (3) | March 2011

การพฒนาทรวดเรวของคอมพวเตอรทงดาน

ฮารดแวรและซอฟแวร ทำาใหการแกสมการทซบซอน

ของวศวกรและนกวทยาศาสตรมความสะดวก ความ

รวดเรว และ ความถกตองมากกวาในอดตในการหาคำา

ตอบของสมการเชงอนพนธยอย (Partial Differential

Equations) ทเกยวของกบงานดานวศวกรรม เชน สมการ

ทใชอธบายการไหลของของไหล (Navier - stokes

equations) คาของตวแปรตางๆ ในสมการหาไดหลายวธ

ดวยคอมพวเตอร และวธทนยมในปจจบนคอ พลศาสตร

ของไหลเชงคำานวณ (Computational Fluid Dynamics

(CFD)) ทสามารถนำาเสนอคาของตวแปรตางๆ ดวย

รปภาพเสมอนจรง มความสวยงาม งายตอการเรยนการ

สอนและการทำาความเขาใจลกษณะการไหล การเลอก

ใชโปรแกรม Ansys Fluent เปนโปรแกรมคำานวณเชง

พลศาสตรของไหลสำาเรจรป (Fluent, 1996) โดยอาศย

หลกการของวธไฟไนตวอลลม เพองานทางดานวศวกรรม

เปนไปอยางมประสทธภาพ (Peter, 2002) เตาเผาปน

ขาว (Rotary lime kiln) เปนอปกรณทใชสำาหรบการ

เกดปฏกรยาในการเปลยนแคลเซยมคารบอเนตใหเปน

ปนขาว หรอแคลเซยมออกไซดนนคอการผลตปนขาว

ซงเปนสวนหนงของกระบวนการทใชในการผลตเยอ

กระดาษในโรงงานอตสาหกรรมกระดาษ ซงในสวนของ

กระบวนการนเรยกวาการทำาดาง จะผลตของเหลวขาว

(White liquor) จากของเหลวเขยว (Green liquor) โดย

การเตมปนขาว และผลตปนขาวเพอนำากลบใชใหมการ

ศกษาเกยวกบเตาเผาปนขาว (Pulp and Paper, 2001)

เปนการศกษาเกยวกบสาเหตทเกดขนของ Sludge ท

เกาะบรเวณผนงเตาเผาปนขาวโดยเตาเผาปนขาวเมอ

มการเผาปนจะกอใหเกดการกอตวของปนเปนกอนตด

บรเวณผนงทำาให ปนทปอนเขามาไมสามารถซมซบความ

รอนไดอยางมประสทธภาพเปนผลเนองมาจากปนทเกาะ

อยผนงมการซมซบความรอน และยงกนปนทถกปอนเขา

มาไหลเขามายากขน จงมการศกษาปจจยทกอใหเกด

sludge และศกษาหาแนวทางการแกไขทงหมด 4 ปจจย

คอปจจยแรก เปนการศกษาผลจากปรมาณปนขาวตอวน

คอ 125, 150, 200, 250, 300, 350 และ 400 ตน/วน

ตามลำาดบ โดยใหจำานวนปนทถกปอน, เปอรเซนตอากาศ

เกน และปรมาณคารบอเนตทเตมทงหมดมคาคงท โดย

ยงปรมาณปนทตองการแตละวนมมาก ปนทเกาะบรเวณ

ผนงกมการเกาะตดบรเวณผนงมากขนดวย จากนนจง

ทำาการศกษาปรมาณอากาศเกนทคาตางๆ คอ 5 %,

10 %, 20 %, 30 % และ 40 % อากาศเกน โดยให

ปรมาณปนทตองการตอวนมคาคงทเทากบ 300 ตน/วน

พบวาเมออากาศเกนมคา 10 % ทำาใหมการกอตวของ

เตาปนขาวนอยลง และเมอเพมอากาศเกนมากขน การกอ

ตวของปนบรเวณผนงมคาคงท จงเลอกใชปรมาณอากาศ

เกน 10 % และปจจยตอมาคอการเลอกปรมาณรอยละ

ของปนทถกปอนเขามา คอรอยละ 60, 70, 80 และ 90

ของปนทถกปอนเขามา โดยปรมาณปนทปอนเขามาไม

วาจะรอยละเทาไหรกตามแตปนทเกาะบรเวณผนงจะม

คาคงทตลอดความยาวเตาเผา จงเลอกรอยละ 90 ของ

ปนทปอนเขามา เพราะวามคามากแตการเกาะผนงมคา

adjusted in different position in CFD model. The optimum angle can be obtained by observing the

temperature at the entrance of kiln , the maximum temperature at the entrance represents the

best temperature distribution. The obtained optimum angle is in the coordinate (0,-2). This position

provides the best temperature distribution. It leads to better temperature distribution in Lime kiln

and further development

คำาหลก: เตาเผาปนขาว วธไฟไนตวอลลมการกระจายอณหภม

Keyword: Lime kien, Finite volume method, Tomperature distribution

บทนำา

การศกษาการวางมมเหมาะสมของหวเผาทมผลตอ

การกระจายอณหภมในเตาเผาปนขาวโดยวธไฟไนตวอลลม226 วารสารวจย มข. | 16 (3) | มนาคม 2554

เทาเดม ปจจยสดทายทศกษาคออตราการเผาไหมทม

คาตางๆ กนดงน 1,461, 1,436, 1,419, 1,344, 1,147

และ 1,059 ft3/min โดยอตราการเผาไหมท 1,059 ft3/

min มการกอตวบรเวณผนงมากทสด และโดยอตราการ

เผาไหมท 1,461 ft3/min มการกอตวของปนบรเวณผนง

นอยทสด จากผลทไดปจจยทมผลตอการกอตวของปน

มากทสดคอความตองการของผลตภณฑปนขาวทได ยงม

ความตองการมาก การกอตวกจะยงมากขน รองลงมาคอ

อตราการเผาไหม ถามอตราการเผาไหมนอยกจะทำาใหม

การกอตวของปนขาวมากขน และเปอรเซนตอากาศเกน

มผลนอย และมคาใกลเคยงกบปรมาณปนทมการปอน

เขามา ฉะนนในการศกษางานวจยยงไมไดศกษาถงปจจย

ทมผลตอรปรางของเปลวไฟ (Georgallis, 2006) มการ

ทำาการศกษาเกยวกบการใชเชอเพลงทมหลายชนดในเตา

เผาปนขาว และจากการใชวธ CFD หาตำาแหนงหวเผาและ

การวางมมของทอทปลอยกาซซงไมสามารถควบแนนได

ทำาใหไดมองเหนรปรางเปลวไฟเปนไปตามทคาดหวง นน

คอเปลวไฟทสามารถนำาความรอนจากเชอเพลงมาใชให

เกดประสทธภาพสงสด และไดปนทมคณภาพโดยจะใช

นำามนเตาและนำามนสนเปนพนฐาน และมการนำากาซท

ควบแนนไมหมดกลบมาใชใหมซงนำามนเตาจะถกใชดวย

อตรา 3 MBtu/hr และรวมเชอเพลงทงหมดทใชในเตาโดย

รวมทงนำามนสน SOG และ NCG จะมอตราทงหมด 65

MBtu/hr ซงการเผาไหมของเชอเพลงจะอยประมาณ

77 - 100 % (Kenneth, 2007) นอกนนจะเพมอตราสวน

อากาศทใชในการเผาไหมประมาณ 15 % ไหลผานตลอด

หวเผานนคอเปนอากาศสวนแรก สวนอากาศสวนทสอง

จะเปนอากาศเกนทผานตลอด บรเวณททำาใหปนเยนตว

ลง (Planetary cooler) โดยอากาศทไดจะถกถายเท

ความรอนจากปนทำาใหอากาศถกอนจนอณหภมโดย

ประมาณเทากบ 600 องศาฟาเรนไฮด โดยโมเดลทใชจะ

มการถายเทรงสความรอน และเลอกใชโมเดลความปน

ปวนเปนแบบ standard k -e เปนการจำาลองเตาเผาปน

ทใชในบรษท Eastern Québec ซงจากการจำาลองแบบ

มการยนระยะของหวเผาเปน 3 ระยะ คอ

1. หวเผาอยบรเวณวงแหวน (Dam) โดยเปลวไฟท

ไดจะเผาไหมบรเวณวงแหวนและอากาศทถกปลอยเขามา

จะถกบงดวยวงแหวนทำาใหอากาศทจะใชเผาไหมไมเพยง

พอและยงเกดการลอยตวของเปลวไฟ ทำาใหปลายเปลวไฟ

ลอยตวไมมการสมผสกบปนทถกปอนเขามาทำาให การเผา

ไหมไมไดประสทธภาพเทาทควร

2. หวเผาอยหลงวงแหวน (Dam) 3 ฟต การวางหว

เผาทระยะนถอวาเปนระยะทดทสดเนองจากวา เปลวไฟ

ทไดมความกวางเหมาะสม ไมมการเขาใกลกบผนงของเตา

มากจนเกนไป และมระยะเปลวทเหมาะสมกบปนขาวท

ถกปอนเขามาเพอมาเผาไหม

3. หวเผาอยหลงวงแหวน 6 ฟต (Dam) เปลวไฟท

ไดสวนใหญจะเปนการเผาไหมบรเวณหลงวงแหวนซงจะ

ทำาใหมการสญเสยของผวชนในเตาเผาปนขาวกอใหเกด

ความเสยหาย และคณภาพปนทไดคอ มการไดรบความ

รอนมากเกนไปทำาใหคณภาพปนไมเหมาะสม และหลง

จากทำาการศกษาระยะการวางหวเผาแลว จากนนกจะ

ศกษามมทเหมาะสมของทอทใชปลอยกาซซงไมสามารถ

ควบแนนได (Non condensable gas, NCG) โดยนำา

ทอทปลอยกาซ NCG วางทมมปกตกบระยะเหมาะสม

ของหวเผาทจากการทำาการทดลองกอนหนาน โดยวาง

เหนอจากหวเผาขนไป 2 ฟต เปลวไฟจะมการลอยตวสง

ขนมากจนชนผนงเตา ความรอนสวนใหญจงอยบรเวณ

ผนงเตาดานบนกอใหเกดความเสยหายมาก นนคออฐท

กอตวภายในเกดการหลดเสยหาย ดงนนจงมการทดลอง

โดยลดมมของทอกาซซงไมสามารถควบแนนได 1.8 องศา

จากแนวแกนราบ และสงเกตการกระจายตวของอณหภม

และปรมาณคารบอนมอนนอกไซด ทเกดขน พบวาการ

ลอยตวของเปลวไฟมการชนผนงดานบนนอยลง และม

การกระจายตวของเปลวไฟอยางทวถง แตในงานวจย

ไมมการลองปรบมมของหวเผามแตการปรบมมของทอ

กาซซงไมสามารถควบแนนไดซงถามการปรบมมของหว

เผาดวยอาจจะสงผลใหเกดการถายเทความรอนในเตาได

ดขนจากเดม (ปกรณวศ, 2551) ศกษาการใชแบบจำาลอง

ในการนำามาปรบปรง และพฒนากระบวนการตางๆ ของ





เตาเผาปนขาวโดยการสรางแบบจำาลองเตาเผาปนขาวโดย

ใชวธทางพลศาสตรของไหล เพอจำาลองการเผาไหม การ

ถายเทความรอนในเตาเผาโดยสรางแบบเปน 3 มต โดย

ศกษาการกระจายตวของความเรว อณหภม และการกระ

จายตวของกาซ รวมทงปรมาณกาซทเกดขนในเตาเผาปน

ขาว และมการยนระยะทอของกาซซงไมสามารถควบแนน

ไดเขาไปในแนวคขนานกบระยะ Dam อกดวย รวมทงม

การศกษาการวางมมของหวเผาทมการเอยงลง 5 องศา

พบวาชวยลดความเสยงทจะเกดความเสยหายตอเตา

เผาปนขาวได แตยงไมไดศกษาวามการกระจายอณหภม

อยางไรเมอมการเปลยนมมองศาหวเผา จงเปนแนวคดวา

ถามการเปลยนลกษณะการวางมมหวเผาทตำาแหนงพกด

ตางๆ นาจะมผลตอการกระจายอณหภมภายในเตาเผาจง

ไดนำาปจจยนมาศกษาในงานวจยครงน

วตถประสงคของงานวจย

1. เพอศกษาการวางมมของหวเผาเพอหามมท

เหมาะสมทสดทกอใหเกดการถายเทความรอนทดทสด

ในเตาเผาปนขาวในโรงงานกระดาษ

2. เพอใชเปนแนวทางในการศกษาและพฒนาการ

ทำางานของเตาเผาโดยการใชแบบจำาลอง ทสรางขนโดย

โปรแกรมสำาเรจรปทางพลศาสตรของไหลเชงคำานวณ

อปกรณและวธการ

1. การสรางแบบจำาลองเตาเผาปนขาว

1.1 ลกษณะทางกายภาพของเตาเผา

เตาเผาปนขาว มลกษณะเปน Cylindrical brick-

lined steel drum นนคอ มลกษณะเปนทรงกระบอก

วางแนวขนานทำามมเอยง 1.8 องศา มเสนผานศนยกลาง

2.8 เมตร และยาว 74 เมตร ฐานรองดวยวงแหวน 3 วง

บนสวนทเปน Roller และหมนโดยมอเตอรทควบคม

ความเรวรอบได (Inverter speed controlled motor)

1.0 - 1.5 รอบ/นาท เพอปองกนการเกด power failure

ของเตา จะหมนอยางชาๆ โดยใชเครองยนตดเซลชวย

(Aux diesel engine) ทเดนเครองดวย starter โดยใช

ระบบไฟฟา ลกษณะการทำางานคอ ปนขาวและฟลกาซ

จะมลกษณะไหลสวนทางกน (Counter currently) ดง

รปท 1 นนคอหวฉดใหความรอนจะอยสวนปลายสดจะม

การปลอยฟลกาซขณะท lime mud ถกปอนเขามา จะได

รบความรอนจากฟลกาซเพอเพมอณหภมใหถงอณหภมท

จะเกดปฏกรยา

รปท1. ลกษณะของเตาเผาปนขาวทวไป



1.2 ลกษณะทางกายภาพของแบบจำาลองเตาเผา

ในการสรางแบบจำาลองของเตาเผา จะสรางจาก

ลกษณะทางกายภาพของจรงแตจะสรางเฉพาะสวนของ

หองเผาไหมซงเปนชองวางของปรมาตรทมของไหลไหล

ภายในเตาเผา โดยในงานวจยนจะพจารณาในสวนทไมม

ผลตภณฑอยในเตาเผา ซงจะไดแบบจำาลองดงรปท 2

และรปท 3 จากนนสรางหวเผาทมลกษณะการวางมมท

แตกตางกน โดยจะทำาการประมวลผลในสภาวะสมำาเสมอ

ของอณหภมและความดนเพอใหเหนถงลกษณะการ

กระจายความเรวและอณหภมและความดนทเกดขน

โดยจะทำาการประมวลผลโดยใหคาตวแปรเรมตนไดแก

อณหภมและความดนเขาทหวเผา โดยในการสรางแบบ

จำาลองจะสรางจากโปรแกรม Gambit แลวนำาเขาไป

วเคราะหผลในโปรแกรม Ansys Fluent

รปท 2. แบบจำาลองเตาเผาปนขาวตลอดความยาว

รปท 2 แสดงถงแบบจำาลองเตาเผาปนขาวทถก

สรางขนจากโปรแกรม Gambit โดยจำาลองมาจากเตา

เผาปนขาวทใชในโรงงานโดยแสดงทงโครงรางและแบบ

3 มต โดยมขนาด และความยาวเหมอนเตาเผาปนขาว

ทกสดสวน เพอตองการใหผลการศกษามความแมนยำา

มากทสด

รปท 3 แสดงใหเหนถงแบบจำาลองทเหนหวเผาได

เดนชดขน เนองจากเตามความยาวมาก จงขยายเฉพาะ

สวนใหเหนถงบรเวณหวเผา ในแบบโครงสราง และมม

มองแบบทรงตน

รปท 3. แบบจำาลองเตาเผาปนขาวแสดงแบบขยายใน

ชวงของการเผาไหม





2. แบบจำาลองเตาเผาปนขาวทมลกษณะการ

วางมมหวเผาทมมตางๆ สำาหรบการสรางแบบจำาลองทมลกษณะการวาง

มมหวเผาทแตกตางกนโดยการสรางจะเหมอนกบการ

สรางแบบจำาลองเตาเผาทมการใชงานจรงตามปกตนนจะ

เปลยนแคลกษณะการวางมมดงรปท 4

รปท 5 แสดงถงแบบจำาลองทวางหวเผาตามพกด

มมทไดนำามาศกษาในงานวจยทงหมด 19 กรณศกษาใน

พกดแนวแกน Y 10 กรณศกษาคอ เอยงขน 1, 2, 3, 4,

5 และเอยงลง -1, -2, -3, -4 และ -5 องศาตามลำาดบ

และแนวแกน X 4 กรณศกษาคอ เอยงไปทางซาย 3, 5

และ -3, -5 องศาตามลำาดบ และ 5 กรณสดทายคอมทง

ในพกดแกน (X,Y) และมมปกตทใชในโรงงาน

3. การวเคราะหทางไฟไนตวอลลมดวยโปรแกรม

ANSYS FLUENT

3.1 คาตวแปรทใชในโปรแกรม ANSYS FLUENT

เนองจากงานวจยในครงนจำาลองจากสภาวะจรง

ของเตาเผาแตเปนการจำาลองจากสภาวะทไมไดใสปน

เขามาเผาเพราะตองการศกษาเพยงวาลกษณะการ

วางมมของหวเผามมใดทจะมผลทำาใหเกดการกระจาย

อณหภมทสงกวามมเดมตามแนวความยาวของเตาเผา

เพราะฉะนนในการกำาหนดคาตวแปรทใชจะใชคาเดยวกน

กบคาทใชในสภาวะการทำางานทมการวางมมหวเผาท

มมปกต

3.2 กระบวนวธทใชวเคราะห

(Analysis Criteria)

สำาหรบการแบงเอลเมนตของเตาเผาปนขาวจะ

ใชเอลเมนตแบบสามเหลยม (Tet/Hybrid) ชนดทกรด

รปท 5. ลกษณะการวางมมของหวเผาทพกดตางๆ

รปท 4. ลกษณะการวางมมหวเผาทได

ทำาการศกษา

รปท 4 จะสรางแบบจำาลองเตาเผาปนขาวทมการ

วางมมของหวเผาทมการเปลยนมมทงแกน X แกน Y

และในระนาบ XY ซงในการเปลยนพกดมมในแนวแกน

X, Y และในระนาบ X,Y นจะอธบายโดยการยกตวอยาง

เชน มมทใชในการศกษาในแกน Y ทพกด (0, 1) คอ การ

ปรบการวางมมใหหวเผาเอยงขนในแนวแกน +Y 1 องศา

และถาเปนพกดในแนวแกน X เชน (1, 0) นนคอการวาง

มมหวเผาทเอยงไปทางแกน +X เปนมม 1 องศา เปนตน

โดยแบบจำาลองทสรางและใชในการศกษางานวจยนยก

ตวอยางดงรปท 5 (a) และรปท 5 (b)

(a) พกด (0,0)

(b) พกด (0,4)



(TGrid) เพราะเหมาะสำาหรบรปรางทรงกลมทมความ

โคงมน ดงรปท 6 โดยมขนาดเอลเมนตโดยเฉลยประมาณ

490,000 เอลเมนต ถามการแบงเอลเมนตมากกวานจะ

ไมสามารถประมวลผลไดเนองจากวาความสามารถของ

เครองคอมพวเตอรทใชในการประมวลผลมหนวยความจำา

สำาหรบการประมวลผลไมเพยงพอและจากการประมวล

ผลดวยการแบงเอลเมนตดงทกลาวมาขางตนเมอนำาไปใช

วเคราะหผลในโปรแกรม Ansys Fluent ไดผลวเคราะห

ออกมาใหคาการกระจายอณหภมตลอดความยาวเตา

เผาตรงกบคาการกระจายอณหภมของเตาเผาทมการ

ทำางานทสภาวะจรง จงไดมใชวธการแบงเอลเมนตสำาหรบ

รปท 6. ลกษณะของการแบงเอลเมนตแบบสามเหลยม

รปท 7. การกำาหนดคาทสภาวะอางอง

เมอ 1 คอ หวฉดนำามน, 2 คอ หวฉด NCG, 3 คอ STEAM, 4 คอ WALL และ 5 คอ เตาหมน

ทกแบบจำาลองเชนเดยวกนกบแบบจำาลองทางกายภาพ

ของเตาเผาทมสภาวะการทำางานเชนเดยวกบเตาเผาทใช

ปฎบตงานจรงในโรงงานอตสาหกรรม

3.3 การกำาหนดคาในโปรแกรม

3.3.1 การกำาหนดคาทสภาวะอางอง

งานวจยนมการกำาหนดคาตวแปรอางอง เพอ

ใชเปนคาเบองตน ในงานวจยนจะกำาหนดคาในโปรแกรม

ดวยวธกราฟก (Graphical User Interface, GUI) โดย

สภาวะอางองจะกำาหนดอางองจากรปท 7 ดงตารางท 1

จากรปท 7 แสดงตำาแหนงตางๆ บนเตาเผาปนขาว

ทจะนำามากำาหนดคาสภาวะอางอง

ตำาแนงท 1. หวฉดนำามน ตำาแนงท 2. หวฉด NCG

ตำาแนงท 3. STEAM ตำาแนงท 4. WALL

ตำาแนงท 5. เตาหมน





โดยจากตารางท 1 เปนคาทจะกำาหนดเปนคาเรม

ตนของแบบจำาลองโดยคานจะไดจากการเกบขอมลใน

โรงงาน แตในการกำาหนดคาไมไดกำาหนดคาคณสมบต

ของผนงเตาเผาปนขาวเพราะในการกำาหนดคณสมบต

ของผนงเตาจะทำาใหการประมวลผลในโปรแกรมทำางาน

มากกวาปกตและสำาหรบขอจำากดของแบบจำาลองคอ ไม

คดการสญเสยความรอนโดยผลตภณฑปนขาวทนำามาเผา

เนองจากในการสรางและวเคราะหแบบจำาลองมรปแบบท

ซบซอนและยงยากเพราะสำาหรบงานวจยนสนใจเฉพาะ

ลกษณะของการวางมมหวเผาทจะมผลตอการกระจาย

อณหภมทจะทำาใหอณหภมภายในเตามคามากทสดและ

พจารณาจากลกษณะของเปลวไฟทมผลตอผลตภณฑปน

ขาวในเตาเผาปนขาว

4. คาการกระจายอณหภมของเตาเผาปนขาว สำาหรบคาการกระจายอณหภมของเตาเผาปนขาว

ทใชในโรงงานนน จะวดจากอปกรณวดอณหภมระยะ

ไกลดวยอนฟาเรดและอปกรณทใชวดภายในเตาคอ

เทอรโมคปเปลทตดตงไวทงหมด 2 จดโดยจดแรกจะตด

ตงทบรเวณหวเผาและอกดานหนงจะตดตงทบรเวณทาง

ออกของฟลกาซโดยอปกรณวดอณหภมระยะไกลจะใช

สำาหรบวดการกระจายอณหภมภายในเตาเผาปนขาว

เฉพาะบรเวณ Burning zone ซงเปนชวงของการเผาไหม

เพอพจารณาในกรณทอณหภมมความสงมากกวาปกตจะ

ทราบวาเกดการสญเสยของอฐทนไฟภายในเตา ดงนน

เราจะทราบคาการกระจายอณหภมเฉพาะชวง Burning

zone รวมทงทางเขาและทางออกของเตาเผาปนขาว ดง

นนในการหาคาการกระจายอณหภมภายในเตาเผาปน

ขาวตลอดทงแนวความยาวเตาเผาจงไดมการใชอปกรณ

วดระยะไกลแบบมอถอวดบรเวณผวของเตาโดยจะแบง

เปนชวงละ 3 เมตร และเตามความยาวทงหมด70 เมตร

ดงนนจงมทงหมด 25 ชวง จากนนนำาไปเปรยบเทยบ

อณหภมภายในเตาเผากบบรเวณ Burning zone เพอ

ตรวจสอบอปกรณวดอณหภมทตดตงในโรงงานกบการ

อปกรณวดอณหภมแบบมอถอจะพบวามคาอณหภมผว

เตาใกลเคยงกนดงรปท 8

Boundary condition Value

1. หวฉดนำามน ความดน 380 MPa

อณหภม 300 ำc

2. หวฉด NCG ความดน 6.7 MPa


3. STEAM ความดน 380 MPa


4.WALL อณหภม 26 ำc

5.เตาหมน ความเรวรอบ 1.05 rpm

ตารางท 1. ตำาแหนงและคาอางองทใชกำาหนด

ในการวเคราะห

รปท 8. เปรยบเทยบอปกรณวดอณหภมในโรงงานกบอปกรณวดอณหภมแบบมอถอ



จากนนจะใชวธการหาคาการกระจายอณหภม

ภายในเตาดวยวธการถายเทความรอน โดยเราทราบ

เฉพาะสมประสทธการนำาความรอนเทานน ดงนนจง

พจารณาจากการนำาความรอนบรเวณผวเตาดงรปท 9

ผลการทดลองและวจารณ

ผลการศกษาทสนใจสำาหรบงานวจยนคอคาการ

กระจายอณหภมตลอดความยาวเตาเผาปนขาวของแบบ

จำาลองเตาเผาปนขาวทมการวางมมในลกษณะตางๆ โดย

แบบจำาลองเตาเผาปนขาวจะสรางจากเตาเผาปนขาวจรง

ในโรงงานอตสาหกรรมและนำาผลอณหภมทไดมาเปรยบ

เทยบกบอณหภมทวดคาไดจรงจากโรงงานอตสาหกรรม

จากนนจะนำาแบบจำาลองทมการวางมมหวเผาทพกดตางๆ

และเปรยบเทยบวาทพกดใดจะใหคาการกระจายอณหภม

ทเหมาะสมทสดโดยผลการศกษามดงตอไปน

1. การตรวจสอบโปรแกรม สำาหรบการตรวจสอบโปรแกรม จะทำาโดยการสราง

แบบจำาลองทจำาลองการใชงานจรงในโรงงานอตสาหกรรม

และดแนวโนมคาการกระจายอณหภมภายในเตาเผาปน

ขาว จากนนกจะทำาการเปรยบเทยบกบคาทไดจากการ

ทดลอง เพยงแตวาอณหภมผวภายนอกเตาเผาปนขาว

ทสนใจนนทโรงงานอตสาหกรรมมการวดคาไวแลวเพอ

สะดวกตอการตรวจสอบวาเกดปญหาขนภายในเตาหรอ

ไมอยางไร จงนำาคาทไดจากการวดการกระจายอณหภม

ของทางโรงงานมาเปรยบเทยบกบแบบจำาลองเตาเผา

ปนขาวทสรางขน และเมอพบวาถามนมแนวโนมของคา

การกระจายอณหภมไปในแนวทางเดยวกน นนแสดงถง

แบบจำาลองมความเปนไปไดทใหคาไดถกตอง จงนำาแบบ

จำาลองทสรางมาปรบเปลยนการวางมมหวเผาใหอยใน

ลกษณะพกดมมตางๆ

1.1 ผลของอณหภมทวดจากโรงงานเปรยบเทยบ

กบแบบจำาลอง

สำาหรบแบบจำาลองทจำาลองพฤตกรรมการทำางาน

ของเตาเผาปนขาวในโรงงานเพอทจะใชตรวจสอบวา

แบบจำาลองทสรางขนสามารถนำาไปใชตอกบพกดมมตางๆ

ไดอกหรอไมนนคอแบบจำาลองทพกด (0, 0) โดยคาการ

กระจายอณหภมภายในเตาเผาปนขาวเปรยบเทยบกบ

แบบจำาลองนนแสดงดงรปท 10

รปท 9. แสดงวธหาคาการนำาความรอน

ของวตถทรงกระบอก

จากรปท 9 สามารถเขยนความสมพนธสมการ

การนำาความรอน ไดดงน

เมอ

qr คอ คาการนำาความรอน

l คอ ความยาวเตาเผา

Ti คอ อณหภมภายในเตา

To คอ อณหภมผวเตา

ro คอ รศมภายนอกเตา

ri คอ รศมภายในเตา

โดยนำาคาการกระจายอณหภมบรเวณผวของเตา

เผาปนขาวทไดจากการใชอปกรณวดอณหภมระยะไกล

แบบมอถอมาหาคาการกระจายอณหภมภายในเตา





จากรปท 10 เสนกราฟมแนวโนมไปในทศทาง

เดยวกน กราฟเสนทบคอเสนทแสดงถงอณหภมภายใน

ของเตาและเสนประคออณหภมผวภายนอกของเตา

จะสงเกตเหนวาแนวโนมของเสนกราฟทงสองเสนจะม

ทศทางไปในแนวเดยวกน แตจากการทกราฟเสนประม

ชวงทไมตอเนองแบงเปน 3 ชวง เนองจากวาคาการนำา

ความรอนของชวงทง 3 ชวง มสมประสทธคาการนำา

ความรอนไมเทากนจงทำาใหเกดเสนกราฟทไมตอเนอง

และจากการเปรยบเทยบอณหภมสดทายของเตาทวดจาก

เทอรโมคปเปลจะมคา 560 องศาเซลเซยส เมอเปรยบ

เทยบกบอณหภมทวดจากอปกรณวดอณหภมแบบมอ

ซงมคา 554 องศาเซลเซยส ซงถอวามความใกลเคยงกน

จงสามารถนำาคาการกระจายอณหภมภายในเตาปนขาว

ทไดจากวธการหาคาการนำาความรอนไปเปรยบเทยบกบ

อณหภมทไดจากแบบจำาลองเตาเผาปนขาวตอไปโดยด

จากเปอรเซนตความผดพลาดทเกดขนระหวางชวงตางๆ

ของเตาเผา เมอเปรยบเทยบคาเปอรเซนตความคาด

เคลอนระหวางอณหภมภายในเตาเผาและอณหภมแบบ

จำาลอง (0,0) ของชวงตางๆ ดงตารางท 2

จากตารางท 2 ความคาดเคลอนทเกดขนเนองจาก

การทไมไดคดการสญเสยความรอนจากการพาความรอน

การแผรงสความรอนและการสญเสยความรอนจากกาซ

รอนไปยงผลตภณฑปนขาวจงทำาใหอณหภมแบบจำาลอง

มคาสงกวา เมอพจารณาจากแบบจำาลองทพกด (0,0)

ซงถอวาเปนคาความคลาดเคลอนทเกดขนเปนคาท

ยอมรบได ดงนนในงานวจยนนำาแบบจำาลองนไปใชไดกบ

พกดมมอนๆ โดยทำาการเปลยนมมไปทพกดตางๆ โดยท

เงอนไขเรมตนยงกำาหนดเหมอนแบบจำาลองพกด (0,0)

รปท 10. กราฟการกระจายอณหภมของเตาเผาปนขาวกบแบบจำาลองเตาเผาปนขาว

ตารางท 2. เปรยบเทยบคาเปอรเซนตความคาดเคลอน

ระหวางอณหภมภายในเตาเผา

ชวงของเตาเผาเปอรเซนตความคาดเคลอน (%)

Maximum Minimum

1.Burning zone 10 8

2. Intermediate zone 11 5

3. Heating zone 19 2

4. Chain zone 18 14



1.2 การกระจายอณหภมทพกดมมทเหมาะทสด

(0,-2)

จากการเปรยบเทยบคาการกระจายอณหภมท

พกดตางๆ พบวา แบบจำาลอง (0,-2) จะใหคาการกระจาย

อณหภมตลอดความยาวเตาเผาปนขาวสงกวากรณของ

พกดมมอนๆ ดงรปท 11 (a)

จากรปท 11 (a) จะแสดงการกระจายอณหภม

เปรยบเทยบกบแบบจำาลองตางๆ จะพบวาแบบจำาลอง

พกด (0,-2) ใหคาการกระจายอณหภมสงกวาแบบจำาลอง

อนๆ ดงรปท 11 (b) โดยเปอรเซนตอณหภมทเพมขน

ของแตละชวงมคาประมาณ 2 % จากแตละชวง จากนน

จงศกษาถงลกษณะของเปลวไฟของแบบจำาลองตางๆ

รปท 11. กราฟการกระจายอณหภมของแบบจำาลองเตาเผาปนขาว

(a) เปรยบเทยบการกระจายอณหภมแบบจำาลอง

(b) เปรยบเทยบอณหภมแบบจำาลอง (0,0) กบ (0,-2)





ซงจะเปรยบเทยบกบแบบจำาลอง (0,0) ดงรปท 12 โดย

จะยกตวอยางแบบจำาลอง (3,3) ดงรปท 13, แบบจำาลอง

(0,4) ดงรปท 14, แบบจำาลอง (0,-4) ดงรปท 15 และ

แบบจำาลอง (3,0) ดงรปท 16 และแบบจำาลอง (0,-2) ท

ใหคาการกระจายอณหภมสงกวาแบบจำาลองอนๆ ตาม

ลำาดบ ดงรปท 17

จากรปท 12 รปรางลกษณะเปลวไฟของแบบจำาลอง

(0,0)จะมลกษณะลอยตวขนชนกบผนงเตาดานบนและ

จากรปท 13 รปรางลกษณะเปลวไฟของแบบจำาลอง

(3,3) จะมลกษณะลอยตวขนชนกบผนงเตาดานขางและ

ดานลางของเตาเผาปนขาว จากรปท 14 รปรางลกษณะ

เปลวไฟของแบบจำาลอง (0,4) ไมมการกระจายรปราง

เปลวทแคบและชลอยขนไปทางผนงเตามากกวา และจาก

รปท 12. การกระจายอณหภมของแบบจำาลองเตาเผาปนขาวทพกดมม (0,0)





รปท 15 รปรางลกษณะเปลวไฟของแบบจำาลอง (0,-4)

กมลกษณะเชนเดยวกน แตจะกลบกนตรงทเปลวไฟจะ

อยบรเวณผนงเตาดานลางมากกวาและมากจนเกนไปซง

จะมผลตอผนงเตา และจากรปท 16 รปรางลกษณะเปลว

ไฟของแบบจำาลอง (3,0) กจะมลกษณะคลายๆ กน โดย

ผลจากการทเปลวไฟอยใกลกบผนงมากจนเกนไปหรอ

ตดกบผนงเลยนนจะมผลตออายการใชงานของผนงเตา

ทำาใหมอายการใชงานตำาลง เกดการสญเสยอฐทนไฟทใช

สำาหรบกอเตาเผาปนขาว และโดยสวนใหญแลวผลตภณฑ

ปนจะมการไหลตามการหมนของเตาเผาปนขาวรวมทง

มผลจากแรงโนมถวงของโลกทปนจะตกอยทพนลางของ

ผนงเตามากกวา และจากรปท 17 รปรางลกษณะเปลวไฟ

ของแบบจำาลอง (0,-2) ลกษณะของเปลวไฟจะใหคาการ

กระจายอณหภมสมำาเสมอตลอดพนทหนาตดและ

ลดลงตามแนวความยาวเตาเผาโดยมลกษณะสมำาเสมอ

ซงเหมาะกบผลตภณฑปนขาวทไหลภายในเตาแบบ

สมำาเสมอเตมพนทหนาตดตามแนวการหมนของเตาเผา

ปนขาว

รปท 15. การกระจายอณหภมของแบบจำาลองเตาเผาปนขาวทพกดมม (0,-4)


รปท 17. การกระจายอณหภมของแบบจำาลองเตาเผาปนขาวทพกดมม (0,-2)





การศกษาในงานวจยนไดศกษาการวางมมของหว

เผาในลกษณะตางๆ ซงการกำาหนดคาเรมตนของตวแปร

ตางๆจะเหมอนกนสำาหรบทกๆ แบบจำาลองเตาเผาโดย

แบบจำาลองเตาเผาทนำามาใชในการศกษาจะทำาการ

เปรยบเทยบคาการกระจายอณหภมกบเตาเผาปนขาว

ทมการใชงานจรงในโรงงานและจากผลการศกษาพบวา

ใหคาผลของการกระจายอณหภมจากทง 2 กรณมคา

ใกลเคยงกน จากนนจงนำาแบบจำาลองเตาเผาปนขาวน

มาศกษาดวยการเปลยนคามมหวเผาในพกดมมตางๆ ซง

สามารถสรปผลการศกษาไดดงน

1. สรปผลการศกษา อณหภมเปลวไฟทใชเรมตนในการประมวลผลนน

คอ 1060 องศาเซลเซยส และการวางมมหวเผาในพกด

ตางๆ มผลตอการกระจายอณหภมในเตาเผาปนขาว โดย

ในกรณของแบบจำาลองเตาเผาปนขาวทพกดมม (0,0)

คอแบบจำาลองเตาเผาทจำาลองจากเตาเผาปนขาวทม

การใชงานจรงในโรงงาน ผลของคาการกระจายอณหภม

ตลอดแนวความยาวเตาปนขาวนนเมอนำามาเปรยบ

เทยบคาการกระจายอณหภมกบเตาเผาปนขาวทมการ

ใชงานจรงในโรงงานโดยเตาเผาปนขาวทมการใชจรงใน

โรงงานใชเครองมอวดอณหภมดวยเลเซอร เครองมอวด

อณหภมชนดอนฟราเรด ระยะไกลโดยการยงผานตลอด

แนวความยาวเตาเผาปนขาว จะพบวาแนวโนมของการ

กระจายอณหภมมแนวโนมไปทางเดยวกน จากนนจะนำา

แบบจำาลองเตาเผาปนขาวทไดมาศกษาตอดวยการศกษา

การวางมมหวเผาในพกดตางๆ โดยจะพบวาทพกดมม

(0,-2) ใหคาการกระจายอณหภมทดกวาเดมสำาหรบ

ผลตภณฑทมการไหลสมำาเสมอตลอดพนทหนาตด

ซงการทคาการกระจายอณหภมดกวาเดมนน นน

หมายความวาจะสงผลตอผลตภณฑนนคอปนทนำามา

เผาเพอใหกลายเปนปนขาวจะมการเกดปฏกรยาไดดขน

เพราะวาปนขาวตองการอณหภมทสงกวา 800 องศาใน

การเกดปฏกรยา โดยการทตลอดแนวความยาวเตาเผา

ปนขาวอณหภมสงขนจะชวยใหปนสกไวขนและยงชวย

ใหประหยดขนจากการทใชเชอเพลงเทาเดมแตสามารถให

คาการกระจายอณหภมทดกวาเดม และนอกจากอณหภม

เปลวไฟจะใหคาทเหมาะสมมากกวาพกดมมอนๆ แลว

รปรางเปลวไฟกยงเหมาะสมมความตอเนอง

2. อภปรายผลการศกษาปญหาและแนวทาง

การปรบปรงในงานวจย จากผลสรปการศกษาพบวาพกดมม (0,-2) ใหคา

การกระจายอณหภมทเหมาะสมสำาหรบผลตภณฑทมการ

ไหลสมำาเสมอตลอดพนทหนาตด แตสำาหรบการทำางาน

จรงของโรงงานนนการทผลตภณฑปนขาวไหลสมำาเสมอ

ตลอดพนทหนาตดนนอาจไมเสมอไป เพราะผลตภณฑ

อาจมการกอตวกนเปนกอนหรออาจเกาะตดกบผนงเตา

เนองจากความเรวรอบทใชในการหมนเตาเผาซงลกษณะ

ของผลตภณฑทไหลเขามาเพอถกเผา อาจจะเหมาะ

กบหวเผาตามลกษณะมมตางๆ โดยจะใหลกษณะของ

เปลวไฟและการกระจายอณหภมทแตกตางกน และใน

การประมวลผลงานศกษาวจยนวเคราะหดวยโปรแกรม

Ansys Fluent และทำาการสรางแบบจำาลองจากโปรแกรม

Gambit ซงจะสรางในสวนของโครงสรางเตาเผาปนขาว

แตไมไดสรางสวนทเปนฉนวนของผนงเตารวมทงในการ

วเคราะหจะวเคราะหเฉพาะปรมาตรทเปนอากาศภายใน

เตานนคอไมไดวเคราะหในกรณทมผลตภณฑปนขาว

(Lime mud) อยในเตาดวยและไดกำาหนดขอบเขตและ

ชนดของเงอนไขแทนเพอแสดงถงสวนตางๆของเตา เชน

กำาหนดใหในสวนนคอผนงเตา หวฉดนำามน หวฉด NCG

เปนตน เพราะเนองจากวารายละเอยดเกยวกบผนงของ

เตาทมความซบซอนมากจงกำาหนดไดเฉพาะคณสมบต

ของผนงแทนการสรางแบบในสวนของฉนวนเพราะทำา

จากอฐหลายกอนและอฐในแตละโซนมรปรางและขนาด

แตกตางกน จงไมสามารถระบสงทเกดขนกบวสดทใชทำา

ผนงเตาได สวนคาอณหภมและความดนจะไดจากการวด

ทมการบนทกของโรงงานเปนประจำาทกวนนำามาใชเปน

คากำาหนดเรมตน แตในทางปฏบตจรงนอกจากคาความ

ดนและอณหภมควรจะมคาสวนประกอบของกาซตางๆ

สรปผล



ทเกดขนในเตาเผาปนขาวเพอจะนำาไปปอนเขาโปรแกรม

ประมวลผล เพราะเปนสวนหนงทจะทำาใหผลมความ

แมนยำาและถกตองมากทสด

กตตกรรมประกาศ

ขอขอบพระคณ ผชวยศาสตราจารยเกยรตฟา

ตงใจจต อาจารยทปรกษา ซงกรณาสละเวลา ใหความร

และคำาแนะนำาตลอดการทำางานวจยและขอขอบพระคณ

อาจารยจารพล สรยวนากล ผชวยเหลอดานการสราง

แบบจำาลองและขอขอบพระคณคณธนกฤต, ชมมณเฑยร

และบรษท ฟนก พลพ แอนดเปเปอรทชวยเหลอดาน

ขอมลขอขอบพระคณ โครงการสรางขดความสามารถ

ดานการวจยและพฒนา ฯ (U-IRC) ทไดใหเงนทนสำาหรบ

สนบสนนในการทำารายงานการวจยน ทายทสด ขอกราบ

ขอบพระคณ คณพอและคณแม ผเปนทรก ผใหกำาลงใจ

และใหโอกาสการศกษาอนมคายง

เอกสารอางอง

Peter Gorog J. 2002. Lime sludge kiln opera-

tion. [online].[Cite 6 July 2008].Available

from: faculty.washington.edu/malte/

seminar/.../LimeKilnOperations.pdf

Pulp and Paper Mills. 2001. Hot flow lime kiln

modeling. [Online]. [Cite 6 July 2008].

Available from: www.psl.bc.ca

Georgallis, M. 2006. Mathematical modelling of

lime kilns. [online]. [Cite 6 July 2008].

Available from: from www.psl.bc.ca

Kenneth A. C. 2007. Case study: multiple fuel

firing in a lime kiln. [online]. [Cite 6

July 2008]. Available from: www.coen.

com/mrktlit/brochures/pdf/limekiln.pdf

ปกรณวศ ปตถา. 2551. การศกษาการกระจาย

อณหภมและความเรวลมในเตาเผาดน

ดานเกวยนทเกดจากการเจาะชองสเหลยม

ท ผน งด านข า ง . วทยานพนธปรญญา

วศวกรรมศาสตรมหาบณฑตสาขาวชา

วศวกรรมเครองกล. มหาวทยาลยขอนแกน.

Fluent Incorporated. 1996. User’s guide for

fluent/UNS & Rampant, Release 4.0,

April Fluent User Service Center.

[online]. [Cite 6 July 2008]. Available

from: www.fluentusers.com





by finite volume method...

Documents