seminar on renewable energy technology implementation in...

Seminar on Renewable Energy Technology implementation in Thailand Experience

transfer from EuropeCo-organised by

the Delegation of the European Union to Thailand and the Department of Alternative Energy Development and p gy p

Efficiency, Ministry of Energy

Gasification Technology for Ceramic IndustryGasification Technology for Ceramic Industry

Assoc.Professor.Dr. Kulachate Pianthong(Research and Service on Energy Center Ubon Ratchathani University)(Research and Service on Energy Center, Ubon Ratchathani University)

4 October 2012 @ Dusitthani, Bangkok

Presentation Outline

∗ Introduction∗ Gasification technology∗ Gasification technology∗ Ceramic industry

∗ R i t d I t∗ Requirement and Improvement∗ Gasification technology @ Imperial Pottery Ltd.∗ Applications∗ Recommendation & Concluding Remarks Recommendation & Concluding Remarks

โครงการโครงการนารองเพอผลตพลงงานทดแทนนารองเพอผลตพลงงานทดแทน

ใ ใ ผประกอบการ

จากจากชวมวลในระดบชมชนชวมวลในระดบชมชน บรษท อมพเรยลพอทเทอร จากด

3

Ceramic Industry @ Imperial Pottery Ltd, Lumpang, Thailand

4

กาซชวมวล คอ อะไรกาซชวมวล (Biomass gas) คอ กาซทไดจากกระบวนการแกสซฟเคชน กาซชวมวล (Biomass gas) คอ กาซทไดจากกระบวนการแกสซฟเคชน

(Gasification) โดยมชวมวลเปนเชอเพลง (บางครง เรยก producer gas หรอ

syngas)syngas)

Fuel

ชวมวล กาซชวมวลDryingชวมวล กาซชวมวลng

AirAir

วตถดบผลตภณฑ

AirAir

Gasifier

5

วตถดบ

Ash

สวนประกอบของกาซชวมวลน ล

โดยประมาณ สดสวนของกาซตางๆ ในกาซชวมวล ประกอบดวย

คารบอนมอนอกไซด (CO) ประมาณ 22.0%

มเทน (CH ) ประมาณ 2 5%มเทน (CH4 ) ประมาณ 2.5%

ไฮโดรเจน (H2) ประมาณ 11%

คารบอนไดออกไซด (CO ) ประมาณ 12 0%คารบอนไดออกไซด (CO2) ประมาณ 12.0%

ไนโตรเจน (N2) ประมาณ 50%

ออกซเจน (O ) ประมาณ 2%ออกซเจน (O2) ประมาณ 2%

มคาความรอน ประมาณ 5.0- 6.0 MJ/Nm3

6

Applications of producer gas

Fuel in Engine

Heat source

Synthesis gas for

biomass to liquid (BTL)

7

q ( )

Current requirement

ในกระบวนการผลตเซรามก ของ อมพเรยลพอทเทอร สามารถนากาซชวมวลมาใชไดหลายจด เชน

∗ เครองจกรขนรปอตโนมต ใชแกส 6 4 กก /เครอง จานวน 4 เครอง = 25 6 กก∗ เครองจกรขนรปอตโนมต ใชแกส 6.4 กก./เครอง จานวน 4 เครอง = 25.6 กก.

∗ ตอบผลตภณฑขนรปแบบ L ใชแกส 48 กก./ต จานวน 2 ต เครอง = 96 กก.

∗ ตอบผลตภณฑขนรปแบบ กระเชา ใชแกส 8 กก /ต จานวน 4 ต เครอง = 32 กก∗ ตอบผลตภณฑขนรปแบบ กระเชา ใชแกส 8 กก./ต จานวน 4 ต เครอง = 32 กก.

∗ ตอบผลตภณฑขนรปแบบสายพาน ใชแกส 80 กก./ต จานวน 1 ต เครอง = 80 กก.

∗ ตอบพมพปนปลาสเตอร ใชแกส 56 กก /ต จานวน 1 ต เครอง = 56 กก∗ ตอบพมพปนปลาสเตอร ใชแกส 56 กก./ต จานวน 1 ต เครอง = 56 กก.

∗ เตา Shuttle ขนาด 6 ลบ.ม. ใชแกส 83 กก./เตา จานวน 4 เตา = 249 กก.

โ โดยเมอรวมกนแลวเทยบเทากาลงความรอน 1.0 MW หรอเทยบเทา

กาซชวมวลปรมาณ 900 Nm3/hr.8

The Design

Conditions and requirements

g

∗ ระบบผลตกาซตองสามารถผลตกาซเชอเพลงสงเคราะห ทเทยบเทากาลงความรอน

1.0 MW

∗ มระบบนาความรอนทงกลบมาใช (Waste heat recovery)

∗ มระบบดกฝน และ tar ทมประสทธภาพมระบบดกฝน และ tar ทมประสทธภาพ

∗ การเผาไหมสะอาด เสมอนการใช LPG (ไมกระทบตอคณภาพผลตภณฑ)

ใ ∗ สามารถผลตกาซทมแรงดนสงพรอมจายใหกบหวเผาแบบ Automatic burner และ

หวเผาแบบ Ventury burner ได

∗ ทาอณหภมในเตาเผา ได > 900 °C และ เรงกาลงความรอนไดเหมอน LPG

∗ มระบบดงขเถาออกและระบบตองสามารถทางานไดอยางตอเนอง

9

C t l d i d fl Conceptual design and flow process

ระบบเตรยมและปอนเชอเพลง

ระบบผลตกาซเชอเพลงสงเคราะห

ระบบทาความสะอาดกาซ และนาความรอนทงมากลบมาใช

ระบบอดและเกบกาซเชอเพลงสงเคราะห

ชดปรบแรงดนกาซชดปรบแรงดนกาซ

10

Some specificationsSome specifications

∗ แนวคดในการออกแบบระบบผลตกาซชวมวล

∗ เลอกใชระบบผลตกาซชวมวลแบบ Downdraft gasification เนองจากมปรมาณ tar ตา และเลอกใชระบบผลตกาซชวมวลแบบ Downdraft gasification เนองจากมปรมาณ tar ตา และ

และ เตาตองมระบบดงเถาออกอยางตอเนองดวยนา

∗ ใช Cyclone ในการดกฝนและนาฝนออกดวยนาใช Cyclone ในการดกฝนและนาฝนออกดวยนา

∗ ใช Shell and tube heat exchanger ในการนาความรอนทงกลบมาอบแหง

เชอเพลงเชอเพลง

∗ ใช Tower wet scrubber และ Ventury wet scrubber ในการดกอนภาคและ

ทาร

∗ ใช Gas dryer ในการลดความชนกาซเชอเพลงสงเคราะห กอนอดเขาสถงเกบกาซ

11

Flow diagram ของระบบผลตกาซเชอเพลงสงเคราะหg

12

ระบบผลตกาซสงเคราะห สาหรบ

อตสาหกรรมเซรามกอตสาหกรรมเซรามก

ท อมพเรยล พอทเทอร ลาปาง

13

Flow diagram of the systemcyclone Wet scrubbercyclone Wet scrubber

Wood chip

GasifierGas pre-cooler

Shutter kiln & burners

Gas dryer

14

Blower & bag filterCompressed gas unit

ขอมลทางเทคนค (Technical Specifications)ขอมลทางเทคนค (Technical Specifications)

รน UBU-DDTG-002

กาลงการผลตพลงงานความรอน 1.0 MWth

ชนดของระบบผลตกาซชวมวล Downdraft gasifier

อตราการไหลของกาซชวมวล 900 Nm3/hr.

คาความรอนเฉลยของกาซชวมวล 5.0 MJ/Nm3

ความดนใชงาน 0.5 MPa

อณหภมของการเกดปฏกรยาในเตา 900 – 1,300 C

ปรมาณความจของเชอเพลง 4.75 m3

การกาจดขเถา ใบกวาด และ ระบบนาหมนเวยน

ชนดและขนาดของเชอเพลง ไมสบขนาดไมเกน 3”x3”x3”

ความชนของเชอเพลง ไมเกน 15 %15

S ifi ti f tSpecification of component

1.ตอบแหงเชอเพลง

ใ ไ ∗ ทาหนาทในการอบไลความชนของเชอเพลงกอนปอนเขาเตาผลตกาซเชอเพลง

สงเคราะห โดยใชความรอนจากกาซรอนทออกจากเตา

∗ มปรมาตรปร มาณ 2 0 3 ∗ มปรมาตรประมาณ 2.0 m3

∗ สามารถรองรบลมรอนทมอตราการไหล 66.67 m3/min.

16

Specification of component

2. Bucket elevator

∗ ทาหนาทในการลาเลยงเชอเพลงขนส Hopper ดานบนสดทาหนาทในการลาเลยงเชอเพลงขนส Hopper ดานบนสด

∗ มความสงรวม 8.6 เมตร

∗ ไฟฟ k∗ ทางานรอกไฟฟาขนาด 500 kg.

∗ ควบคมตาแหนงดวย Limit switch

∗ ปรมาตรประมาณ 150 ลตร

17

Specification of componentSpecification of component

3. เตาผลตกาซชวมวล หรอ กาซเชอเพลงสงเคราะห

∗ ทาหนาทในการเปลยนเชอเพลงแขง (Solid fuel) ใหเปนกาซเชอเพลงสงเคราะห (Synthesis -gas)

∗ ชนดเตาเปนแบบ Downdraft double throat gasifier (Imbert type) + Hot gas pyrolysis system

∗ Max test capacity =1.2 MW

∗ Working capacity = 900 kW - 1.0 MW

∗ Turndown ratio = 13:1

∗ Operating pressure = -20 mbar – -50 mbar

∗ ควบคมอากาศดวย Pneumatic actuator powered valve

∗ วสด สวน Shell ทาจาก Stainless SUS-304 สวน Combustion Zone เปนปนทนไฟ C40A หลอ

∗ หวฉดทาจาก Stainless SUS-304 หมดวย Tungsten carbide + Fiber glass

18

Specification of componentp p

4.Cyclone separator

∗ ทาหนาทในการดกฝน เถาทปนมากบกาซทออกจากเตา

∗ ชนด High efficiency type∗ ชนด High efficiency type

∗ รองรบกาซทมอณหภมสง

∗ ดงเถาออกดวยนา ทาง Collecting hopper

20


5 Waste heat recovery unit5.Waste heat recovery unit

∗ ทาหนาทในการแลกเปลยนความรอนจากกาซทรอนทออกจาก Cyclone separator กบ

ใ อากาศเพอสรางลมรอนในการอบเชอพลง

∗ ออกแบบตามมาตรฐาน Tema Class B (ASME VIII-1 2010)

∗ ขนาดภายนอก Ø 615 mm. x L 3,530 mm.

∗ จานวนทอแลกเปลยนความรอนทอ SUS 304 – 25A x Sch20s จานวน 101 ทอจานวนทอแลกเปลยนความรอนทอ SUS 304 25A x Sch20s จานวน 101 ทอ

∗ ใชอากาศในการแลกเปลยนความรอนทอตราการไหล 4,000 Nm3/hr.

21


6.Tower wet scrubber


∗ ทาหนาทในการดกฝน และ tar ทปนมากบกาซทออกจากเตา

∗ ใ ∗ ใชหวฉด FSPN-001 จานวน 2 ฉด

∗ ประสทธภาพการดกท 60 %

∗ ใชนาทอตราการไหล 250 l/min.

∗ นาความดน 0.2 MPa

22


7.Ventury wet scrubber

∗ ทาหนาทในการดกฝน และ tar ทปนมากบกาซทออกจากเตา

∗ ใชหวฉด FSPN-001 จานวน 1 ฉด

∗ ใชหลกการเรงความเรวของกาซขณะเกดการสมผสกบหยดนา

∗ ใ β ∗ ใชคา β = 0.44

∗ ประสทธภาพการดกท 95 % Up

∗ ใชนาทอตราการไหล 120 l/min.

∗ ความดน 0 2 MPa∗ ความดน 0.2 MPa

23

Specification of componentSpecification of component8. Gas dryer

∗ หนาทในการแลกเปลยนลดความชนของกาซทผานการทาความสะอาดดวย Wet scrubber

∗ ใช Coil นาเยนขนาด 180,000 Btu/hr.

∗ ออกแบบ ใหกาซขาออก T = 25 ˚C, Humidity = 40 % RH

∗ หมฉนวนกนความรอนหนา 25 mm.

∗ ทางานรวมกบ Air cooled water chiller ขนาด Capacity 15 ton

24


9 Gas blower9. Gas blower

∗ หนาทในการดดอากาศเขาไปทาปฏกรยาในเตา และดงกาซผานอปกรณตางๆในระบบ

∗ ขนาดอตราการไหลสงสด 1,500 Nm3/hr.

∗ ควบคม Capacity ดวย Invertor

∗ เปนชนด Three lob blower

25


10. Gas compressor

ใ ∗ หนาทในการอดกาซทผานการทาความสะอาดลดอณหภมแลว เขาสถงเกบกาซเพอ

จายเขาสจดใชงาน

∗ เปนแบบลกสบ V 4 สบ จานวน 2 เครอง

∗ ขนาดอตราการไหลทางดดสงสด 530 Nm3/hr.

∗ ความดนทางสงใชงาน 0.5 Mpa (5 bar)

∗ ทางานตามการสงงานของ Pressure switch∗ ทางานตามการสงงานของ Pressure switch

26

2 S ifi i f 2.Specification of component

11. Pressurized producer gas storage tankp g g

∗ หนาทในการเกบกาซเพอจายเขาสจดใชงาน

∗ ป ป 2 5 3 4 ∗ เปนถงปรมาตร 2.5 m3 จานวน 4 ถง

∗Max. Test pressure = 1.0 MPa

∗Working pressure = 0.5 Mpa

∗ Pressure relief = 0.6 Mpap

∗ ตดตง Pressure switch และ ระบบ Auto drain

27

ระบบควบคม∗ สามารถควบคมได 2 แบบ คอ

∗ สงการทางานดวยมอ (Manual control)

∗ สงการทางานแบบอตโนมต (Automatic control) โดยสงงานผาน PLC ใหสงการทางานแบบอตโนมต (Automatic control) โดยสงงานผาน PLC ให

อปกรณในระบบทางานไดโดย ไมตองม Operator คอยสงการ

∗ ใ ∗ มระบบตรวจสอบคณภาพกาซกอนใช

28

ป ( )ระบบความปลอดภย (Safety)

∗ วาลวทกตวในระบบฯ เปนชนด NC (Normally close) เมอกรณเกดเหตขดของ

หรอกร แสไฟฟาดบ ร บบจ หยดแล ปดทางกาซแล อากาศทงหมดทนทหรอกระแสไฟฟาดบ ระบบจะหยดและปดทางกาซและอากาศทงหมดทนท

∗ เครองจกรทใชกระแสไฟฟาทกชน ใชมอเตอรทมระดบการปองกน IP 44 ขนไป

∗ ถงเกบกาซเชอเพลงสงเคราะหมการตดตง Pressure relief valve ในกรณทถง

เกด Over pressureเกด Over pressure

29

ไปใ การนาไปใชงาน

∗ เตาผลตกาซเชอเพลงสงเคราะหตดและสามารถผลตกาซจด

ไ ใ เชอเพลงสงเคราะหไดภายใน 10 นาทนบตงแตจดเตา

∗และสามารถจายกาซเขาสระบบอดกาซไดภายใน 15 นาท ∗และสามารถจายกาซเขาสระบบอดกาซไดภายใน 15 นาท

นบตงแตเรมจดเตา

∗สามารถทางานไดอยางตอเนองอยางนอย 24 ชวโมง

∗ ∗ม Turndown ratio สงถง 13:1

30

ผลการทางาน

วดโอแสดงการจดตดของกาซเชอเพลง 31

ใ Application: ผลการใชงานกาซชวมวลสาหรบอตสาหกรรมเซรามก 32

Burner Test in Laboratory

เพอหา Temp Profile ของ Producer gas เทยบกบ LPG

Gasifier Burner & test benchbench

Regulator & pressure gagepressure gage

CompreCompressor

Burner Test in Laboratory

Thermocouple

หา Temp Profile ของ LPGThermocouple

Regulator & pressure gage

Data loggerlogger

BurneLPG tank

Burner

Comparison of Temp Profile between LPG and Producer gas

ผลการทดสอบพบวา Profile ของอณหภมจากการใช

กาซชวมวลมลกษณะคลายกบการเผาดวย LPG ท

700

800

900

ส)

กาซชวมวลมลกษณะคลายกบการเผาดวย LPG ท

ความดน 0.5 bar ซงเปนความดนทใชในการเผาบสกต

500

600

700

งศาเซลเซยส LPG 0.5 bar

LPG 1 bar

200

300

400

อณหภม

(อง

LPG 1.5 bar

Producer gas 1 bar

0

100

00อ

Producer gas 1.5 bar

0 10 20 30 40 50

ระยะหางจากหวเผาในแนวแกน (cm)

เปรยบเทยบลกษณะเปลวไฟ ของ LPG กบ Producer gas

LPG 0 5 LPG 1 LPG 1 5 LPG 0.5 bar

LPG 1bar

LPG 1.5 bar

Producer gas 1 bar

Producer gas 1.5 bar

หวเผาทไดรบการพฒนา

Modified Ventury Burnery

หวเผาทไดรบการพฒนา

Modified Automatic burner

Installation in the actual process

ใ ไตดตงหวเผา Ventury ในเตาเผาบสกต ตดตงหวพนไฟอตโนมต เตาเผาอบพมพ

การใชงานกาซการใชงานกาซชวชวมวลมวลการใชงานกาซการใชงานกาซชวชวมวลมวล

ในการกระบวนการผลตเซราในการกระบวนการผลตเซรามกมกในการกระบวนการผลตเซราในการกระบวนการผลตเซรามกมก

ขนตอนการดาเนนงานขนตอนการดาเนนงาน

คดเลอกเชอเพลง ผลตกาซคณภาพ

เผาผลตภณฑ ตรวจสอบผลตภณฑ

การใชงานกาซการใชงานกาซชวชวมวลในเตาเผามวลในเตาเผาบสกตบสกต

นาผลตภณฑเขาเตาเผา เผาดวยกาซชวมวล

ควบคมอณหภม Visual check

Kiln temperature profile in biscuit firingKiln temperature profile in biscuit firingggกราฟอณหภมควบคมการเผาผลตภณฑ

การใชงานกาซการใชงานกาซชวชวมวลในเตาเผามวลในเตาเผาบสกตบสกต

เปรยบเทยบผลตภณฑทเผาดวยกาซชวมวลและ LPGเปรยบเทยบผลตภณฑทเผาดวยกาซชวมวลและ LPG

กาซชวมวล LPG

การทดสอบพบวา สของผลตภณฑใกลเคยงกน

และความหนาของชนเคลอบอยในเกณฑมาตรฐานและความหนาของชนเคลอบอยในเกณฑมาตรฐาน

การใชงานกาซการใชงานกาซชวชวมวลในเตาเผาอบพมพมวลในเตาเผาอบพมพ

ตาแหนงตดตงหวพนไฟ ลกษณะการทางาน

• เรมทางานเมออณหภมตากวา 65 °C และตดการทางานเมออณหภมเกนกวา 68 °C• จากการทดสอบมากกวา 100 รอบ พบวาหวเผาสามารถจดตดตามเงอนไขทกครง จากการทดสอบมากกวา 100 รอบ พบวาหวเผาสามารถจดตดตามเงอนไขทกครง

• หวเผาอตโนมต สามารถตดการจายกาซเมอจดเปลวไฟไมตดภายใน 3 วนาท

Recommendation & further improvement

∗ Future challenge => single fire (1200°C) ∗ Tar contamination∗ Tar contamination∗ High efficiency Tar reduction system∗ Optimum operating condition (High Temp & high Load)∗ Optimum operating condition (High Temp & high Load)

∗ High efficiency PG gas burners∗ Need good load management to maximize plant efficiency∗ Need good load management to maximize plant efficiency∗ Require regular maintenances∗ Feed stock (biomass) quality control is important∗ Feed stock (biomass) quality control is important.

Thank you for your kind attentions

∗ F i f C t t A P f D K l h t Pi th∗ For more info. Contact Assoc.Prof.Dr. Kulachate Pianthong

∗ Mechanical Engineering, Ubon Ratchathani University

∗ il K i h il47

∗ Email: [email protected]

∗ Tel: 081 876 2506 หรอ 045 353 309

seminar on renewable energy technology implementation in...

Documents