การพัฒนาหัวเผาวัสดุพรุนขนาดเล็ก

วิทยานิพนธ์นี้เป็นการศึกษาตัวแปรด้านสภาวะทำงานและคุณลักษณะการเผาไหม้ ได้แก่ อุณหภูมิลักษณะทางกายภาพของเจ็ทเปลวไฟอิสระและเจ็ทเปลวไฟพุ่งชน การถ่ายเทร้อนบนพื้นผิวรวมทั้งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของหัวเผาดั้งเดิม (Model A) ที่ใช้ในกระบวนการขึ้นรูปถังน้ำพลาสติก PE และหัวเผาวัสดุพรุนขนาดเล็กที่ปรับปรุงจากหัวเผาดั้งเดิม โดยประยุกต์ใช้เม็ดเซรามิกกลมกับหัวเผาดั้งเดิมชนิดเปลวแพร่ที่ใช้ก๊าซ LPG เป็นเชื้อเพลิงการทดลองกรณีเปลวไฟอิสระได้ปรับเปลี่ยนค่าความพรุนของหัวเผาวัสดุพรุนต่างกัน 4 รูปแบบ คือ Model B, C, D และ E (ε = 0.4398, 0.4776, 0.4907 และ 0.5790 ตามลำดับ) และทดลองที่ความดันปลดปล่อย LPG ในช่วง 0.2-2.2 bar วัดอุณหภูมิตามความยาวเปลวไฟด้วย thermocouple N-type บันทึกข้อมูลด้วย data logger พบว่าความยาวเปลวไฟมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น เมื่อความดัน LPG สูงขึ้น โดยทุกค่าความดัน หัวเผาวัสดุพรุนมีความยาวเปลวไฟที่มากกว่าหัวเผาดั้งเดิม ที่ความดัน 1 บาร์ อุณหภูมิเปลวไฟสูงสุดของ Model A เกิดที่ตำแหน่ง 50 mm จากปากทางออกของหัวเผา มีค่าเท่ากับ 929.3 °C ในขณะที่หัวเผาวัสดุพรุน Model E ให้อุณหภูมิสูงสุดเท่ากับ 917.9 °C ที่ตำแหน่ง 200 mm จากปากทางออกของหัวเผา ทั้งนี้พบว่าค่าความพรุนและความดันมีผลอย่างยิ่งต่อการเพิ่มขึ้นและการกระจายอุณหภูมิเปลวไฟ เมื่อค่าความพรุนและความดันสูงขึ้น อุณหภูมิและการกระจายอุณหภูมิเปลวไฟจะเพิ่มขึ้น สำหรับกรณีเปลวไฟอิสระ สามารถสรุปได้ว่า Model E เป็นหัวเผาวัสดุพรุนที่มีการกระจายอุณหภูมิได้ดีที่สุด ในกรณีเปลวไฟพุ่งชนได้ทำการเปรียบเทียบลักษณะเปลวไฟ พฤติกรรมการกระจายอุณหภูมิ และการถ่ายเทความร้อนบนพื้นผิวพุ่งชนของหัวเผา Model A และ Model E โดยทดลองเปลวไฟพุ่งชนบนแผ่นเหล็กแม่พิมพ์ที่ช่วงความดัน 0.6–2.2 bar และปรับระยะห่างจากปากทางออกของหัวเผากับแผ่นเหล็ก (L) 3 ระยะ คือ 7, 10 และ 13 cm วัดอุณหภูมิที่ด้านหน้าและด้านหลังของแผ่นเหล็ก 5 ตำแหน่ง ด้วย thermocouple N-type บันทึกข้อมูลของอุณหภูมิด้วย Data logger ตั้งแต่เริ่มการเผาไหม้จนกระทั่งอุณหภูมิเปลวไฟเข้าสู่สภาวะคงที่เป็นระยะเวลา 7 นาที และวัดก๊าซไอเสียที่ได้จากการเผาไหม้ ได้แก่ CO, NOx ด้วย flue gas analyzer พบว่าอุณหภูมิที่กึ่งกลางแผ่นเหล็กของ Model A มีแนวโน้มที่ลดลงเมื่อระยะพุ่งชน L เพิ่มมากขึ้น สำหรับ Model E อุณหภูมิที่กึ่งกลางแผ่นเหล็กของ Model E จะสูงขึ้นเมื่อระยะพุ่งชน L มากขึ้น และเมื่อความดันสูงขึ้นการกระจายอุณหภูมิบนแผ่นเหล็กดีขึ้น หัวเผา Model E สามารถการกระจายอุณหภูมิบนแผ่นเหล็กได้ดีกว่า Model A ในทุก ๆ ความดัน ที่ความดัน 1 bar และระยะ L เท่ากับ 7 cm หัวเผา Model A และ E มีค่าฟลักซ์ความร้อนเฉลี่ยเท่ากับ 457.0 และ 558.3 kW/m2 ตามลำดับ เมื่อน าหัวเผาไปใช้ในกระบวนการจริง (P=1 bar) พบว่าเมื่อติดตั้ง Model E ที่ระยะ L 10 cm สามารถลดจำนวนหัวเผาที่ใช้งานลงได้ มีเปอร์เซ็น ผลประหยัดเชื้อเพลิงต่อชิ้นงานเท่ากับ 14.68% และเมื่อทำการปรับปรุงหัวเผาวัสดุพรุนให้มีขนาดทางออกของเปลวไฟใหญ่ขึ้น (Model F) พบว่าอุณหภูมิที่จุดกึ่งกลางของแผ่นเหล็กสูงกว่า Model A และ E โดยอุณหภูมิจุดกึ่งกลางแผ่นเหล็กที่ความดัน 1 bar และระยะ L เท่ากับ 7 cm ของ Model A, E และ F มีค่า 338.8, 246.2 และ 419.0 °C ตามลำดับ และการปลดปล่อยมลพิษที่ความดัน 1 barซึ่งเป็นความดันที่ใช้งานจริงในกระบวนการ พบว่า หัวเผาวัสดุพรุนปลดปล่อยมลพิษต่ำกว่าหัวเผาดั้งเดิม