เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียน ( CFB ) เป็นเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบด ชนิดหนึ่ง ที่ใช้ระบบหมุนเวียนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเผาไหม้ให้มากยิ่งขึ้น^{[ 1 ]}ในขณะเดียวกันก็ลดการปล่อยมลพิษ ลง รายงานระบุว่ามลพิษมากถึง 95% ^{[ 2 ]}สามารถถูกดูดซับได้ก่อนที่จะปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้มีข้อจำกัดในด้านขนาด เนื่องจากมีการใช้หินปูน เป็นจำนวนมาก และยังก่อให้เกิดของเสียเป็นผลพลอยได้

การทำให้เป็นของเหลว (Fluidization)คือปรากฏการณ์ที่อนุภาคของแข็งถูกเคลื่อนย้ายไปยังสถานะคล้ายของเหลวโดยการแขวนลอยอยู่ในก๊าซหรือของเหลว การผสมกันของก๊าซและของแข็งที่เกิดขึ้นจะส่งเสริมการถ่ายเทความร้อน อย่างรวดเร็ว และปฏิกิริยาเคมีภายในชั้นของวัสดุ โรงไฟฟ้าที่ใช้เทคโนโลยีนี้สามารถเผาไหม้เชื้อเพลิงคุณภาพต่ำได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงและไม่ต้องเตรียมเชื้อเพลิงที่มีราคาแพง นอกจากนี้ยังมีขนาดเล็กกว่าเตาเผาแบบดั้งเดิมที่มีขนาดเท่ากัน จึงอาจมีข้อได้เปรียบอย่างมากในแง่ของต้นทุนและความยืดหยุ่น

เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์หมุนเวียนเป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่ซึ่งมีความสามารถในการลดการปล่อยมลพิษได้ มีการวิจัยอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้ในช่วง 15 ปีที่ผ่านมาเนื่องจากความกังวลที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับมลพิษที่เกิดจากวิธีการเผาไหม้ถ่านหิน แบบดั้งเดิม และความยั่งยืน ความสำคัญของเทคโนโลยีนี้เพิ่มขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้เนื่องจากกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดมากขึ้นเกี่ยวกับการปล่อยมลพิษ^{[ 3 ]}

มาตรฐานปรอทและสารพิษในอากาศ (MATS) ที่ประกาศใช้ในเดือนธันวาคม 2011 ในสหรัฐอเมริกาโดยสำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมได้บังคับให้ทุกประเทศในยุโรปและอเมริกาต้องปฏิบัติตามนโยบายนี้อย่างเคร่งครัด ซึ่งหมายความว่าการปล่อยมลพิษ เช่น โลหะก๊าซกรดสารประกอบอินทรีย์กรดในก๊าซไอเสีย และมลพิษอื่นๆ จากโรงไฟฟ้าหรือโรงงานอุตสาหกรรมต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่กำหนดโดย EPA ^{[ 4 ]}และต้องมีการปรับปรุงสำหรับโรงงานที่ไม่เป็นไปตามมาตรฐาน ส่งผลให้คาดการณ์ว่าความต้องการเทคโนโลยีเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียนจะเพิ่มสูงขึ้น

ในปี พ.ศ. 2466 เครื่องผลิตก๊าซถ่านหินของ Winkler ถือเป็นการประยุกต์ใช้เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดในระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ครั้งแรกที่มีนัยสำคัญ^{[ 5 ]} (Kunii และ Levenspiel, 1991) เทคโนโลยีการเผาไหม้ CFB ยังคงเติบโตอย่างแข็งแกร่งในโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ เนื่องจากเทคโนโลยีหม้อไอน้ำ CFB ได้พัฒนาจากการใช้งานในระดับอุตสาหกรรมขนาดเล็กไปสู่โรงไฟฟ้าอัลตร้าซูเปอร์คริติคอลขนาดใหญ่ในเวลาไม่ถึง 20 ปี ตัวอย่างที่สำคัญ ซึ่งจัดทำโดยSumitomo SHI FW ทั้งสองแห่ง ได้แก่ โรงไฟฟ้า CFB ซูเปอร์คริติคอลขนาด 460 เมกะวัตต์ที่ดำเนินการมาตั้งแต่ปี 2552 ในเมือง Lagiszaประเทศโปแลนด์^{[ 6 ]} และโรงไฟฟ้าสีเขียว Samcheok (เกาหลี) อัลตร้าซูเปอร์คริติคอลขนาด 2200 เมกะวัตต์ ที่ดำเนินการสำเร็จมาตั้งแต่ปี 2559 ^{[ 7 ]}

ฟลูอิไดเซชัน (Fluidization) คือปรากฏการณ์ที่อนุภาคของแข็งถูกเคลื่อนย้ายไปยังสถานะคล้ายของเหลวผ่านการแขวนลอยในก๊าซหรือของเหลว ในความเป็นจริง มีวิธีการที่ง่ายและแม่นยำในการจำแนกประเภทของเตาปฏิกรณ์แบบฟลูอิไดเซชัน (CFB) ต่างๆ (Winaya et al., 2003; Souza-Santos, 2004; Basu, 2006) ลักษณะการทำงานและสภาพแวดล้อมส่วนใหญ่ของ CFB เป็นผลโดยตรงจาก พฤติกรรม ทางอุทกพลศาสตร์นักวิจัยจำนวนมากได้ศึกษาอุทกพลศาสตร์ของ CFB (Yang, 1998; Basu, 2006; Rhodes, 2008; Scala, 2013) ฟลูอิไดเซชันเป็นฟังก์ชันของพารามิเตอร์หลายอย่าง เช่น รูปร่าง ขนาด และความหนาแน่นของอนุภาค ความเร็วของก๊าซ รูปทรงเรขาคณิตของเตาปฏิกรณ์ เป็นต้น Kunii และ Levenspiel (1991), Oka และ Dekker (2004) และ Souza-Santos (2004) ได้กำหนดระบอบของฟลูอิไดเซชันดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง:

(ก) เตียงคงที่ : เมื่อของเหลวไหลผ่านด้านล่างของเตียงด้วยอัตราการไหลต่ำ ของเหลวจะซึมผ่านช่องว่างระหว่างอนุภาคที่อยู่กับที่ เท่านั้น

(b) สภาวะฟลูอิไดเซชันขั้นต่ำ : เมื่อความเร็ว ของแก๊ส ถึงความเร็วฟลูอิไดเซชันขั้นต่ำ ( U ) อนุภาคทั้งหมดจะลอยอยู่ในของเหลวที่ไหลขึ้นด้านบนพอดี

(c) เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์ที่มีฟองอากาศ : เมื่ออัตราการไหลเพิ่มขึ้นเกินความเร็วฟลูอิไดซ์ขั้นต่ำ เตาเผาจะเริ่มเกิดฟองอากาศ ระบบแก๊ส-ของแข็งแสดงความไม่เสถียรอย่างมากพร้อมกับการเกิดฟองอากาศและการไหลของแก๊สเป็นช่องๆ เมื่ออัตราการไหลเพิ่มขึ้นเกินความเร็วฟลูอิไดซ์ขั้นต่ำ เตาเผาแบบนี้เรียกว่าเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์แบบรวมกลุ่ม แบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน หรือแบบมีฟองอากาศ

(d) เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดที่มีการไหลปั่นป่วนเมื่ออัตราการไหลของแก๊สเพิ่มขึ้นมากพอความเร็วปลายทาง ( Utr ) ของของแข็งจะเกินขีดจำกัด พื้นผิวบนของเตาเผาจะหายไปการดึงอนุภาคจะเกิดขึ้นอย่างเห็นได้ชัดแทนที่จะเกิดฟอง

(e) เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์ความเร็วสูง : เมื่อความเร็วของแก๊สเพิ่มขึ้นอีก ของแข็งจะถูกพัดออกจากเตาเผาพร้อมกับแก๊ส ทำให้เกิดเฟสที่เจือจางและเกิดการฟลูอิไดซ์ สภาวะนี้ใช้สำหรับการทำงานของเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์ต่อเนื่อง (CFB) ในงานวิจัยนี้ เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์ความเร็วสูงถูกใช้ในการทำงานของ CFB ซึ่งทำให้ความดันลดลงอย่างมากในสภาวะนี้

(f) การขนส่งด้วยลม : นอกเหนือจากระบอบการทำงานของเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์หมุนเวียนแล้ว ยังมี บริเวณการขนส่ง ด้วยลมซึ่งความดันลดลงจะเพิ่มขึ้นในระบอบนี้

ผลงานที่ได้รับการยกย่องของ Geldart (1973) ได้จำแนกอนุภาคตามขนาดและความหนาแน่นออกเป็นสี่กลุ่ม ได้แก่ C, A, B และ D โดยกลุ่ม B (ที่มีขนาดอนุภาคd ระหว่าง 40–500 μmและความหนาแน่นρ <~1400  kg/m ³ ) มักใช้ใน CFB Yang ได้ปรับปรุงการจำแนกประเภทของ Geldart โดยใช้เลขอาร์คิมีดีสAr ภายใต้ความดัน อุณหภูมิ และ ความหนาแน่นแบบไร้มิติที่สูงขึ้น(Yang, 2007)

ความดันและการลดลงของความดัน การไหลใน CFB เป็นแบบหลายเฟส การลดลงของความดันที่ไม่สามารถกู้คืนได้ตามความสูงของท่อลำเลียงเป็นค่าพื้นฐานสำหรับการออกแบบ และสิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการกระจายตัวของอนุภาคของแข็ง ช่องว่างความ หนืดของก๊าซ ความเร็วของก๊าซ ความหนาแน่นของก๊าซและความหนาแน่นของของแข็ง^{[ 8 ] [ 9 ]}

เทคโนโลยีเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียนสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ในหลากหลายสาขา ตั้งแต่อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซไปจนถึงโรงไฟฟ้า เทคโนโลยีนี้เป็นที่ต้องการอย่างมากเนื่องจากมีข้อดีมากมาย ตัวอย่างการใช้งานที่ได้รับความนิยม ได้แก่ เครื่องขัดล้างแบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียน และระบบการผลิตก๊าซแบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียน

ระบบการผลิตก๊าซแบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียน

การทำให้เป็นแก๊สคือกระบวนการแปลงวัสดุเหลือทิ้งที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ให้เป็น แก๊สสังเคราะห์โดยไม่ต้องเผาไหม้ กระบวนการนี้ถูกนำมาใช้ครั้งแรกที่โรงไฟฟ้า Gussing ในออสเตรีย^{[ 12 ]}โดยอาศัยการทำให้ชีวมวล เป็นแก๊สด้วยไอน้ำ ในเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดที่มีการหมุนเวียนภายใน

ในกระบวนการแก๊สซิฟิเคชัน เชื้อเพลิงจะถูกทำให้เป็นแก๊สที่อุณหภูมิ 850  °C ^{[ 12 ]}โดยมีไอน้ำเป็นตัวกลาง เพื่อผลิต แก๊สสังเคราะห์ที่ปราศจาก ไนโตรเจนและสะอาดถ่านจะถูกเผาด้วยอากาศใน

ห้องเผาไหม้ทำหน้าที่ให้ความร้อนสำหรับกระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊ส เนื่องจากเป็น กระบวนการ ดูดความร้อนการถ่ายเทความร้อนจะเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊สและห้องเผาไหม้ กระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊สที่แสดงในภาพแสดงอยู่ในรูปที่ 2

ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในกระบวนการแก๊สซิฟิเคชันดังแสดงในสมการ [1] และ [2] ในขณะที่ปฏิกิริยาในห้องเผาไหม้แสดงในสมการ [3]

การทำให้เป็นแก๊ส;

C + H  O = CO + H  [1]

C + CO  = 2CO [2]

การเผาไหม้;

C + O  = CO  [3]

นอกจากนี้ ยังสามารถใช้หินปูนโดโลไมต์หรือหินปูนเพื่อเพิ่ม ความเข้มข้น ของไฮโดรเจน ได้ โดยการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อเร่งกระบวนการเผาไหม้

โดยทั่วไปแล้ว การกำจัดซัลเฟอร์ออกจากก๊าซไอเสียแบบเปียก(Wet FGD) ถูกนำมาใช้เพื่อดักจับก๊าซมลพิษ อย่างไรก็ตาม เครื่องจักรนี้มีราคาแพง บำรุงรักษายาก และใช้พื้นที่มากในโรงไฟฟ้า Wet FGD ใช้ปริมาณน้ำมาก แต่สามารถดักจับได้เฉพาะโลหะที่มีปริมาณน้อย เช่นปรอทและก๊าซกรด เช่น HCl, HF, SO2 และ SO3 เท่านั้น ^{[ 13 ]}

การใช้เตาเผาแบบฟลูอิดไดซ์เบด (CFB) และระบบดักจับก๊าซแบบแห้งในศูนย์พลังงานไฮบริดเวอร์จิเนียซิตีช่วยให้สามารถดักจับก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ที่ปล่อยออกมาได้มากถึง 99.6%

เทคโนโลยีใหม่ของเครื่องขัดแบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียน (CFBS) ได้รับการแนะนำประมาณปี 1984 การออกแบบผนังเทอร์ บิวเลเตอร์จะช่วยให้เกิดการผสมที่สมบูรณ์แบบและมีความสามารถในการดักจับมลพิษต่างๆ การใช้โลหะผสม ได้ ถูกแทนที่ด้วย การออกแบบ เหล็กกล้าคาร์บอน ซึ่งช่วย ลดต้นทุนการติดตั้ง นอกจากนี้ยังมีขนาดกะทัดรัด จึง สามารถลด ต้นทุนการลงทุนได้ การใช้น้ำยังสามารถลดลงได้ด้วยการออกแบบหัวฉีดสเปรย์น้ำที่ไม่อุดตัน^{[ 14 ]} CFBS สามารถดำเนินการทำความสะอาดตัวเองได้ ซึ่งช่วยลดต้นทุนการบำรุงรักษา อุณหภูมิในการทำงานต่ำกว่า ดังนั้นการผลิตไนโตรเจนออกไซด์ ซึ่งเป็นสาเหตุของหมอกควัน จึงต่ำกว่า^{[ 15 ]}

ถึงแม้จะมีข้อดีมากมาย แต่ CFBS ก็มีข้อจำกัดอยู่ที่ 400 เมกะวัตต์ต่อหน่วย หินปูนที่ใช้ใน CFBS มีราคาแพงและต้องเก็บไว้ในไซโลคอนกรีตหรือเหล็กแทนที่จะเป็นกอง[8] นอกจากนี้ เครื่องจักรนี้ยังก่อให้เกิดผลพลอยได้ เช่นCaClซึ่งไม่มีประโยชน์มากนักเนื่องจากคุณสมบัติของมัน^{[ 15 ]}

อีกประเภทหนึ่งของ CFB คือ การทำให้เป็นแก๊สแบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียน (CFBG) ซึ่งเป็นที่นิยมมากกว่าเครื่องทำให้เป็นแก๊สประเภทอื่น CFBG มีอัตราการถ่ายเทมวลและความร้อนสูง รวมถึงการสัมผัสระหว่างแก๊สและของแข็งที่มีประสิทธิภาพสูง ที่อุณหภูมิการทำงานต่ำของ CFBG สามารถเพิ่มระยะเวลาการคงอยู่ของของแข็งได้นานขึ้น ส่งผลให้ได้ผลผลิตการทำให้เป็นแก๊สที่สูงขึ้น^{[ 16 ]}กระบวนการ CFBG มีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากกว่า เนื่องจากเป็นกระบวนการดูดความร้อน จะมีการสร้างความร้อนเฉพาะที่จำเป็นเพื่อรักษากระบวนการให้อยู่ในอุณหภูมิที่เหมาะสม^{[ 16 ]} ในทางปฏิบัติ ความร้อนทั้งหมดที่ผลิตได้จะถูกนำไปใช้ตลอดกระบวนการ เนื่องจากเป็นกระบวนการอะเดียแบติกและไอโซเทอร์มอล^{[ 16 ]}

แม้ว่ากระบวนการ CFBG จะสามารถจัดการเชื้อเพลิงได้หลากหลายชนิดมาก แต่ก็ไม่สามารถบรรลุผลผลิตการแปรสภาพเป็นแก๊สสูงได้สำหรับเชื้อเพลิงที่มีปฏิกิริยาน้อย เช่นแอนทราไซต์และปิโตรเลียมโค้กเนื่องจากอุณหภูมิการทำงานต่ำ นอกจากนี้ การไหลยังมีความซับซ้อนหลายเฟส และอนุภาคแต่ละชนิดจะต้องได้รับการปรับขนาดในลักษณะที่แตกต่างกัน^{[ 17 ]}

ปัจจุบันมีการคิดค้นการออกแบบ CFBS หลายแบบ เช่น CFBS ที่พัฒนาโดย Clyde Bergemann Power Group ซึ่งก็คือเครื่องดักจับฝุ่นแห้งแบบหมุนเวียน (CDS) CFBS ประเภทนี้ประกอบด้วยวงจรควบคุมป้อนกลับที่แตกต่างกันสามวง ได้แก่ อุณหภูมิ การลดลงของความดัน และการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์^{[ 18 ]}เพื่อลดการกัดกร่อน การฉีดจึงถูกออกแบบให้อยู่เหนือเวนทูรี ไม่เพียงเท่านั้น CDS ยังมีชิ้นส่วนเคลื่อนที่น้อยกว่าเมื่อเทียบกับ CFBS ประเภทอื่น การออกแบบนี้จะนำไปสู่ต้นทุนการบำรุงรักษาที่ต่ำลง ส่วนประกอบหลักของ CDS แสดงในรูปที่ 3

เช่นเดียวกับ CFBS มีการออกแบบหลายแบบที่มีคุณสมบัติเฉพาะเพื่อตอบสนองความต้องการทางอุตสาหกรรมต่างๆ หนึ่งในประเภทนั้นคือ CFBG ซึ่งพัฒนาโดย Phoenix BioEnergy CFBG ประเภทนี้ผสมผสานเทคโนโลยีหลายอย่างและนำเครื่องผลิตก๊าซแบบเกลียวลำเลียงมาใช้ในการออกแบบเดียว เกลียวลำเลียงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่จะถูกวางในแนวนอนบนเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์ การกำหนดค่านี้จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตก๊าซ ซึ่งจะช่วยในการถ่ายเทความร้อนผ่านมวลรวมที่แขวนลอยไปยังเชื้อเพลิงชีวภาพ^{[ 19 ]}การออกแบบ CFBG แบบเต็มนี้แสดงในรูปที่ 4

เครื่องปฏิกรณ์แบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการทางอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การทำให้เป็นแก๊สและการเผาไหม้ถ่านหิน^{[ 20 ]}แม้ว่าฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียนจะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่ CFD ซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยรูปแบบการไหลที่ไม่สม่ำเสมอและการผสมย้อนกลับอย่างทั่วถึง ยังคงมีระดับความหนาแน่นของอนุภาคตามแนวรัศมีที่สำคัญ และมีการกักเก็บของแข็งภายในท่อไรเซอร์ที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับผนังของเครื่องปฏิกรณ์ เหตุการณ์เหล่านี้จะส่งผลให้ประสิทธิภาพการสัมผัสต่ำ^{[ 21 ]}

สำหรับกรณีของกระบวนการปฏิกิริยาเฟสแก๊สแบบเร่งปฏิกิริยา ควรหลีกเลี่ยงการผสมย้อนกลับของแก๊ส ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาจึงอยู่ในเฟสแก๊ส ลักษณะเฉพาะอีกประการหนึ่งของเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์หมุนเวียนคือ เนื่องจากจำเป็นต้องส่งเสริมเวลาสัมผัสที่สั้นของแก๊สและตัวเร่งปฏิกิริยา ของแข็ง และการไหลแบบปลั๊กจึงจำเป็นต้องมีความเร็วของแก๊สสูงอย่างมีนัยสำคัญในท่อลำเลียง^{[ 21 ]}ความเร็วของแก๊สสูงอย่างมีนัยสำคัญในท่อลำเลียงยังเป็นที่ต้องการเพื่อตอบสนองความจำเป็นในปฏิกิริยาเฟสแก๊สแบบเร่งปฏิกิริยา

เตียงฟลูอิไดซ์หมุนเวียน (CFB) ใช้ความเร็วของของเหลวสูงเพื่อให้เกิดการสัมผัสระหว่างแก๊สและของแข็งที่ดีขึ้น โดยการผสมของเหลวอย่างเข้มข้นมากขึ้นเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพดีขึ้น อย่างไรก็ตาม ความเร็วของแก๊สสูงและการหมุนเวียนของของแข็งอาจทำให้ระบบ CFB มีราคาแพงกว่ามากในแง่ของความต้องการพลังงานและการลงทุนเมื่อเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์แบบเตียงฟลูอิไดซ์ทั่วไป^{[ 23 ]} CFB ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านปฏิกิริยาเฟสแก๊สที่เร่งปฏิกิริยาด้วยของแข็งในสองสถานการณ์ดังต่อไปนี้^{[ 24 ]}

1. การฟื้นฟูตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็ว สารตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกหมุนเวียนอย่างต่อเนื่องเพื่อสร้างใหม่และกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์
2. ต้องมีการนำความร้อนเข้าหรือออกจากเครื่องปฏิกรณ์ การหมุนเวียนของของแข็งอย่างต่อเนื่องระหว่างภาชนะต่างๆ สามารถถ่ายเทความร้อนจากภาชนะหนึ่งไปยังอีกภาชนะหนึ่งได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากของแข็งมีความจุความร้อนค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับก๊าซ

ปัจจัยสำคัญประการหนึ่งของระบบหมุนเวียนคือความสามารถในการควบคุมอัตราการหมุนเวียนของสารป้อน อัตราการหมุนเวียนของสารป้อนถูกควบคุมโดยความเร็วของก๊าซในชั้นตัวกลาง ซึ่งเป็นตัวกำหนดรูปแบบการไหลและความหนาแน่นของชั้นตัวกลาง ระบบหมุนเวียนทั้งหมดสามารถระบุลักษณะได้ด้วยอัตราการหมุนเวียนของของแข็ง (กก./วินาที) และอัตราส่วนการถ่ายโอนของวัสดุแขวนลอยที่แลกเปลี่ยนระหว่างภาชนะ^{[ 24 ]}

สำหรับเตาเผาถ่านหินแบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียน จำเป็นต้องใช้ความเร็วในการฟลูอิไดซ์ที่มากขึ้น เพื่อให้อนุภาคคงที่ในก๊าซไอเสีย ก่อนที่จะเคลื่อนที่ผ่านห้องเผาไหม้และเข้าไปในไซโคลน ในระหว่างการเผาไหม้ จำเป็นต้องมีเบดที่หนาแน่นเพื่อผสมเชื้อเพลิง แม้ว่าของแข็งจะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งหน่วยก็ตาม อนุภาคขนาดใหญ่จะถูกแยกออกและส่งกลับไปยังห้องเผาไหม้เพื่อดำเนินการต่อไป ซึ่งต้องใช้เวลาในการคงอยู่ของอนุภาคค่อนข้างนาน หากประสิทธิภาพการแปลงคาร์บอนโดยรวมเกิน 98% แสดงว่ากระบวนการแยกที่ดี โดยเหลือถ่านที่เผาไหม้ไม่หมดเพียงเล็กน้อยในกาก^{[ 25 ]}ในระหว่างกระบวนการทั้งหมด สภาวะการทำงานของเตาเผาจะค่อนข้างสม่ำเสมอ

ในการออกแบบเตาปฏิกรณ์แบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียนที่มีการกระจายอุณหภูมิคงที่สำหรับปฏิกิริยาดูดความร้อนหรือคายความร้อน เพื่อกำหนดการออกแบบที่เหมาะสมสำหรับการระบายความร้อนหรือการให้ความร้อนของเตาปฏิกรณ์แบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียน จำเป็นต้องมีการประมาณอัตราการถ่ายเทความร้อนที่ดีเพื่อการควบคุมที่ดีขึ้น เพื่อให้เตาปฏิกรณ์สามารถเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพสำหรับสภาวะการทำงานที่แตกต่างกันได้^{[ 6 ]}สำหรับเตาปฏิกรณ์คายความร้อนสูง แนะนำให้รักษาอัตราการแปลงวัสดุให้ต่ำและนำสารตั้งต้น ที่เย็นตัวแล้วกลับมาใช้ใหม่ ได้ นอกจากนี้ยังแนะนำให้แยกส่วนประกอบตามลำดับเปอร์เซ็นต์ของวัสดุที่ป้อนเข้าที่ลดลง ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการบำรุงรักษาสำหรับกระบวนการแยกครั้งต่อไป

ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคขนาดเล็ก มีรูพรุน หรือเบา ซึ่งต้องทำให้เป็นของเหลวด้วย ของเหลว ที่มีความหนืด สูงกว่า ในขณะที่มีก๊าซอยู่ด้วยนั้น เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียนก๊าซ-ของเหลว-ของแข็ง (GLSCFB) เป็นที่นิยมมากกว่าระบบแบบดั้งเดิม เนื่องจากสามารถลดพื้นที่อับและเพิ่มประสิทธิภาพการสัมผัสระหว่างเฟสก๊าซ ของเหลว และของแข็งโดยการปรับปรุงแรงเฉือนระหว่างเฟสเหล่านั้น เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียนก๊าซ-ของเหลว-ของแข็งยังสามารถกักเก็บก๊าซได้มากขึ้น ผลิตฟองอากาศที่มีขนาดสม่ำเสมอมากขึ้น การสัมผัสระหว่างเฟสที่ดีขึ้น และความสามารถในการถ่ายเทความร้อนและมวลที่ดี ความยืดหยุ่นของการใช้ GLSCFB ช่วยให้เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดทำงานที่ความเร็วของเหลวที่สูงกว่าความเร็วฟลูอิไดซ์ขั้นต่ำมาก ซึ่งจะเพิ่มอัตราการแปลงเศษส่วนและประสิทธิภาพการผลิตต่อหน่วยพื้นที่หน้าตัดของเตาเผา นอกจากนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เสื่อมสภาพที่ใช้ใน GLSCFB สามารถสร้างใหม่ได้อย่างต่อเนื่องโดยใช้เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียน ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานสำหรับการเปลี่ยนตัวเร่งปฏิกิริยาบ่อยครั้ง^{[ 26 ]}

สำหรับเครื่องขัดแบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียน (CFBS) เป็นที่นิยมในอุตสาหกรรมมากกว่า เนื่องจากสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่าในขณะที่หลีกเลี่ยง ปัญหา การกัดกร่อน CFBS ยังเป็นที่นิยมเพราะมีต้นทุนการติดตั้งต่ำ ดักจับโลหะได้สูง ต้องการการบำรุงรักษาน้อย มีความยืดหยุ่นต่อกำมะถันในเชื้อเพลิงสูง และตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสภาวะการทำงานได้อย่างรวดเร็ว^{[ 27 ]}จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนบางอย่างที่ทางเข้าเพื่อกำจัดการสูญเสียวัสดุของแข็งที่ด้านล่างของเบดในระหว่างการทำงานที่โหลดต่ำ เพื่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ดีขึ้น แนะนำให้ทำให้กระแสป้อนบริสุทธิ์หากยากที่จะแยกสิ่งเจือปนออกจากผลิตภัณฑ์ที่ต้องการหากมีอยู่ในปริมาณมาก

สิ่งนี้จะช่วยให้เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพและมีเสถียรภาพ เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดทุกเตาจำเป็นต้องมีหม้อไอน้ำขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อกับไซโคลนหลายตัวแบบขนานเพื่อกำจัดของแข็งเพื่อนำกลับมาหมุนเวียน^{[ 25 ]}เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดจำเป็นต้องมีหน่วยกู้คืนความร้อนด้วย เนื่องจากสามารถนำความร้อนบางส่วนจากเถ้าด้านล่างกลับมาใช้ได้ ซึ่งมีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจมากกว่าในแง่ของการลดต้นทุนการดำเนินงาน เครื่องทำความเย็นเถ้ามีแนวโน้มที่จะทำให้เตาเผาสกปรก ในขณะที่ท่อถ่ายเทความร้อนในเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดมีแนวโน้มที่จะสึกกร่อน ซึ่งสามารถแก้ไขได้โดยการใช้ลมฟลูอิไดซ์บางส่วน

จำเป็นต้องนำเทคโนโลยีสะอาดใหม่ๆ มาใช้มากขึ้นเพื่อรักษาความยั่งยืนของโลก ต้องมีการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ขึ้นซึ่งปล่อยมลพิษน้อยลงเพื่อตอบสนองความต้องการทั่วโลก หนึ่งในเทคโนโลยีสะอาดที่ดีที่สุดที่จะนำมาใช้คือเทคโนโลยีเตาปฏิกรณ์แบบฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียน^{[ 17 ]}

• วิดีโอแสดงกระบวนการทำงานของหม้อไอน้ำ CFB