การศึกษาเปรียบเทียบและทดสอบคุณลักษณะการเผาไหม้ของเอทานอลในหัวเผาเชื้อเพลิงดีเซลสำหรับหม้อไอน้ำอุตสาหกรรม

รายงานจากกระทรวงอุตสาหกรรมของไทยในประเทศมีการใช้งานหม้อน้ำผลิตไอน้ำเพื่อเป็นแหล่งพลังงานความร้อนสำหรับใช้ในกระบวนการผลิตรวมกว่า 8,800 ลูก ผลิตไอน้ำรวมกว่า 109,000 ตันต่อชั่วโมง เชื้อเพลิงที่ใช้ส่วนใหญ่เป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ส่งผลกระทบต่อสภาวะโลกร้อนจากการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกในปริมาณมาก ในปี 2564 ภาคอุตสาหกรรมมีสัดส่วนการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) กว่า 76.5 ล้านตัน คิดเป็นร้อยละ 31 ของการปล่อยก๊าซ CO₂ ทั้งหมดในประเทศ การมุ่งหาพลังงานทดแทนหรือพลังงานหมุนเวียนที่ช่วยลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกและมีความยั่งยืนจึงเป็นอีกหนึ่งปัจจัยสำคัญที่จะสามารถนำพาประเทศไปสู่เป้าหมายที่มีความเป็นกลางทางคาร์บอนได้ภายในปี 2050 ปัจจุบัน เชื้อเพลิงเหลว ได้แก่ น้ำมันเตาและน้ำมันดีเซล เป็นเชื้อเพลิงที่มีสัดส่วนการใช้สูงที่สุดในระบบหม้อไอน้ำเนื่องจากราคาไม่สูงและให้ประสิทธิภาพการเผาไหม้ค่อนข้างสูงกว่าเชื้อเพลิงแข็ง เอทานอลเป็นเชื้อเพลิงเหลวที่ผลิตจากพืชผลทางการเกษตร ปริมาณการผลิตในประเทศปัจจุบัน 1.58 พันล้านลิตรต่อปี ยังต่ำกว่ากำลังการผลิตที่ทำได้ 3.12 พันล้านลิตรต่อปี เนื่องจากความต้องการใช้ในประเทศยังไม่สูงนัก เอทานอลจึงเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกที่มีศักยภาพสูงที่จะนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับระบบหม้อไอน้ำทดแทนเชื้อเพลิงจากฟอสซิลที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม เอทานอลมีคุณสมบัติที่ค่อนข้างแตกต่างจากเชื้อเพลิงเหลวดั้งเดิมที่ใช้ การนำเอทานอลมาเป็นเชื้อเพลิงทดแทนในระบบหม้อไอน้ำจึงมีความจำเป็นต้องทำการศึกษาคุณสมบัติด้านต่างๆรวมถึงด้านการเผาไหม้ที่จะส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำเพื่อให้สามารถประยุกต์ใช้งานได้จริงในระดับอุตสาหกรรมต่อไป จากการประเมินเบื้องต้นถ้าสามารถทดแทนหม้อไอน้ำขนาดเล็กที่ใช้น้ำมันดีเซลหรือน้ำมันเตาด้วยเชื้อเพลิงเอทานอลเพียงร้อยละ 1 ของจำนวนหม้อไอน้ำอุตสาหกรรมที่มีปัจจุบันในประเทศ จะสามารถลดปริมาณ CO₂ ที่ปล่อยสู่สิ่งแวดล้อมได้ถึง 18.6 พันตันต่อปี ซึ่งถ้าสัดส่วนการใช้เอทานอลทดแทนมากขึ้นในหม้อไอน้ำขนาดใหญ่จะส่งผลต่อการลดปริมาณ CO₂ อย่างมีนัยสำคัญยิ่งขึ้น นอกจากนั้นยังช่วยส่งเสริมและเพิ่มทางเลือกการใช้พลังงานสะอาดจากเอทานอลที่ในอนาคตอาจมีความต้องการใช้เป็นเชื้อเพลิงในภาคขนส่งลดลงจากการเปลี่ยนไปใช้ยานยนต์ไฟฟ้าที่มีความต้องการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ตัวแปรที่ต้องการศึกษาในงานวิจัยนี้ประกอบด้วย ความดันป้อนเชื้อเพลิง ปริมาณอากาศส่วนเกิน ขนาดของหัวฉีด เปรียบเทียบระหว่างเชื้อเพลิงดั้งเดิม คือ น้ำมันดีเซล และเชื้อเพลิงทางเลือกเอทานอล และเชื้อเพลิงผสมเอทานอลที่อัตราส่วนผสมต่างๆ ที่ส่งผลกระทบต่อโครงสร้างอุณหภูมิภายในห้องเผาไหม้และอุณหภูมิก๊าซไอเสียที่ทางออก รูปร่างของเปลวไฟ รวมถึงปริมาณก๊าซไอเสียจากการเผาไหม้ ได้แก่ CO CO₂ O₂ HC