1. การบาน
• โรงไฟฟาวัฏจักรแรงคิน โดยมีไอน้ําออกจากกังหันที่ความ
ดัน 15 kPa จงคํานวณหาประสิทธิภาพเชิงความรอน โดยที่
ไอน้ําเขาสูกังหันที่ P = 1.4 MPa และ T = 350 °C
• สงในหองเรียนอาทิตยหนา

2. บทที่ 3 เชื้อเพลิงและการสันดาป

3. • การสันดาป คือ ปฏิกิริยาเคมีระหวางเชื้อเพลิงกับออกซิเจนซึ่งให
ความรอนออกมา
• เชื้อเพลิงและการสันดาปในโรงไฟฟามีความสําคัญมาก เพราะ
การสันดาปของเชื้อเพลิงมีผลตอความปลอดภัยและ
ประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานไฟฟา

4. สิ่งที่จําเปนสําหรับการสันดาป
สิ่งที่เหลือจากการสันดาป ไดแก เถา และ ควัน

5. ประเภทของเชื้อเพลิงที่นํามาใชประโยชน แบงได 3 ประเภท
• เชื้อเพลิงแข็ง
• เชื้อเพลิงเหลว
• เชื้อเพลิงกาซ

6. เชื้อเพลิงแข็ง
• คือ เชื้อเพลิงที่มีสถานะเปนของแข็งที่อุณหภูมิปกติ
• ประกอบดวย คารบอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน กํามะถัน
และเถา
• เชื้อเพลิงแข็งที่ไดจากธรรมชาติ ไดแก ไม ถานหิน หินน้ํามัน และแกลบ
• เชื้อเพลิงแข็งที่ไดจากการผลิต ไดแก ถานไม ถานโคก และกาซอัดแทง
• โรงไฟฟานิยมใช ถานหิน

7. เชื้อเพลิงเหลว
• คือ เชื้อเพลิงที่มีสถานะเปนของเหลวที่อุณหภูมิปกติ
• ตัวอยางเชื้อเพลิง ไดแก น้ํามันที่ไดจากการกลั่นปโตรเลียม น้ํามันจากพืช
และน้ํามันจากสัตว
• ที่นิยมใชในโรงไฟฟาและโรงงานอุตสาหกรรม ไดแก น้ํามันดีเซล
น้ํามันเตา

8. เชื้อเพลิงกาซ
• คือ เชื้อเพลิงที่มีสถานะเปนกาซที่อุณหภูมิปกติ
• หรืออาจหมายถึงกาซทุกชนิดที่สามารถนํามาทําปฏิกิริยากับออกซิเจน
แลวเกิดการสันดาป เกิดพลังงานความรอนออกมา
• สวนใหญจะมีสารประกอบไฮโดรคารบอนเปนองคประกอบหลัก

9. เชื้อเพลิงแข็ง
• สําหรับโรงไฟฟา จะกลาวถึงเฉพาะ ถานหิน
• เกิดตามธรรมชาติ
• ธาตุที่เปนองคประกอบสําคัญ คือ คารบอน ไฮโดรเจน
• และธาตุอื่นปน เชน ออกซิเจน ไนโตรเจน

10. ประเภทของถานหิน
• ถานพีท (peat)
• ถานลิกไนต (lignite)
• ถานซับบิทูมินัส (sub-bituminous)
• ถานบิทูมินัส (bituminous)
• ถานแอนทราไซต (anthracite)

11. • ถานหินจะประกอบดวยธาตุตางๆตอไปนี้คือ คารบอน ออกซิเจน
ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ซิลิกอน อะลูมิเนียม เหล็ก แคลเซียม และ
แมกนีเซียม

12. ถานพีท (peat)
• เกิดจากเศษพืชที่เนาเปอยผุพัง
• จัดเปนถานหินที่มีคุณภาพต่ําที่สุด
• ใหควันมาก ใหความรอนต่ํา
• มีปริมาณคารบอนนอยที่สุด

13. ถานลิกไนต (lignite)
• มีวิวัฒนาการมาจากถานพีท
• เปนถานหินคุณภาพต่ํา
• ถาเปนถานลิกไนตคุณภาพสูงจะเปนสีดํา คือ ลิกไนตดํา (black lignite)
• ควันนอยกวา และ ใหความรอนสูงกวา ถานพีท

14. ประโยชนของถานลิกไนต
• เชื้อเพลิงหุงตม
• เชื้อเพลิงในโรงงานอุตสาหกรรม
• เชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟา
• วัตถุดิบในการผลิตน้ํามันเชื้อเพลิงสังเคราะห
• ......

15. ขอเสียของการใชลิกไนต
• ราคาคาขนสง
• การเก็บรักษาและการเตรียมเพื่อนํามาใช
• ขี้เถาและฝุน
• ......

16. ถานซับบิทูมินัส (sub-bituminous)
• อยูระหวางชั้นถานลิกไนตกับชั้นของถานบิทูมินัส
• คุณสมบัติ ตามตาราง 3.4

17. ถานบิทูมินัส (bitumunous)
• นิยมใชมากในตางประเทศ
• ไมมีในประเทศไทย
• ใหคาความรอนสูงกวาถานลิกไนต
• เถาถานต่ํา เกิดควันนอย
• เปนวัตถุดิบในการผลิตถานโคก
• คุณสมบัติ ตามตาราง 3.5

18. ถานแอนทราไซต (anthracite)
• เปนถานหินคุณภาพดีที่สุด
• เกิดควันนอยมาก
• ใหคาความรอนทางเชื้อเพลิงสูง
• มีความแข็งมาก จนเรียกวา ถานหินแข็ง (hard coal)
• ติดไฟยาก แตถาติดแลวดับยาก
• ไมมีในประเทศไทย

19. ประโยชนของถานหิน
• เปนเชื้อเพลิงผลิตพลังงานไอน้ํา เพื่อนําไปผลิตกระแสไฟฟา
• นิยมใช ลิกไนต
• แปรเปนถานโคกเพื่อใชในงานอุตสาหกรรมถลุงเหล็ก
• ถานโคก คือ กากที่เหลือหลังจากนําถานหินไปกลั่นทําลายแลว คือ นําเอาถาน
หินไปบรรจุในที่จํากัดไมใหอากาศเขาได แลวใหความรอนจนถานรอนแดง
สารไฮโดรคารบอนที่อยูในถานหินจะระเหยออกไปเปนแกส ประกอบดวย
คารบอนประมาณรอยละ 80-90
• เปนเชื้อเพลิงสําหรับรถไฟหรือเรือเดินทะเล
• เปนเชื้อเพลิงในอุตสาหกรรมการผลิตแกว ปูนซีเมนต ฯลฯ
• เปนเชื้อเพลิงหุงตมและใหความรอน (heater)

20. เชื้อเพลิงเหลว
• สําหรับโรงไฟฟา จะกลาวถึงเฉพาะน้ํามันเตา
• น้ํามันเตาเปนผลิตภัณฑจากการกลั่นน้ํามันดิบ
• น้ํามันเตาเปนสวนที่หนักที่สุดของการกลั่นน้ํามันดิบเพื่อแยกเปน
เชื้อเพลิง สวนนี้จะไมระเหยเปนไอและเหลืออยูกนหอกลั่น

21. แผนที่แสดงแหลง
พัฒนากาซธรรมชาติ
ในประเทศไทย
(http://www.pttplc.com/image/Map-of-Natural-Gas-Transmission-Pipeline-System.jpg)

22. มาตรฐานการวัด
F - 32
• อุณหภูมิ C=
1.8

23. น้ําหนักจําเพาะ (specific weight)
æmö
g = rg = ç ÷ g
èV ø
• g = น้ําหนักจําเพาะของสสาร มีหนวยเปน kN/m3
• m = มวลของสสาร มีหนวยเปน kg
• V = ปริมาตรของสสารมีหนวยเปน m3

24. ความถวงจําเพาะ (specific gravity)
• อัตราสวนที่แสดงใหเห็นวา ที่ปริมาตรและอุณหภูมิเดียวกัน สสารนั้น
หนักกวาน้ําบริสุทธฺกี่เทา
SG = (gสสาร / gน้ํา ) = ( rสสาร / rน้ํา )
• gน้ํา คือ น้ําหนักจําเพาะของน้ําบริสุทธฺ เทากับ 9.81 kN/m3
• r คือ ความหนาแนน

25. ความถวงจําเพาะแบบ API (API gravity)
ใชวัดความถวงจําเพาะของน้ํามัน บางครั้งเรียกวา องศาเอพีไอ (degree of API)
วัตถุประสงคเพื่อ
• ใหอานคางาย
• เปนมาตรฐานในการซื้อขายน้ํามันทั่วโลก
141.5
° API = - 131.5
( SG.15.6 /15.6°C )
• โดยที่ (SG.15.6/15.6°C) = ( rสสารนั้นที่ 15.6°C / rน้ําที่ 15.6°C ) = ความถวงจําเพาะ
• น้ํามันที่มีความถวง API สูง จะมีคาความถวงจําเพาะต่ํา
• น้ํามันที่มีความถวง API ต่ํา จะมีคาความถวงจําเพาะสูง

26. • หาคาองศา API เพื่อบอกคาความหนืดของน้ํามันอยางงาย
• ใชแบงประเภทของน้ํามัน
• ตัวอยาง ถาความถวงจําเพาะมีคา 0.611
องศา API = 141.5 - 131.5 = 100
0.611

27. เชื้อเพลิงกาซ
• สําหรับโรงไฟฟาจะกลาวถึงเฉพาะกาซธรรมชาติ (natural gas)
• ไดจากธรรมชาติ จากการผลิตหรือผลพลอยไดจากเชื้อเพลิงเหลวและ
เชื้อเพลิงแข็ง
• เชน กาซหุงตมที่ไดจากการกลั่นน้ํามันปโตรเลียม
• จะประกอบดวยสารไฮโดรคารบอนชนิดหนัก เชน มีเทน CH4
• องคประกอบอื่นจะขึ้นอยูกับชนิดของกาซธรรมชาติ

28. กาซธรรมชาติชนิดแหง
• ประกอบดวย มีเทน (CH4) และ อีเทน (C2H6)
กาซธรรมชาติชนิดชื้น
• ประกอบดวย สารประกอบไฮโดรคารบอนเหลว
• เชน โพรเพน (C3H8) บิวเทน (C4H10)

29. คาความรอนเชื้อเพลิง (Heating Value)
• คาความรอน คือ ปริมาณความรอนที่ไดจากการสันดาปของเชื้อเพลิง
• แบงเปน คาความรอนสูง HHV และ คาความรอนต่ํา LHV
• ผลจากการสันดาปคือ ความรอน อากาศ น้ํา คารบอนไดออกไซด
• HHV (higher heating value) คือ คาความรอนที่ไดจากการเผาไหมรวมกับ
คาความรอนแฝงที่ไดจากการกลั่นตัวของไอ (ความรอนแฝง คือ คาความ
รอนเมื่อไอน้ํากลั่นตัวเปนน้ํา (คายความรอน))
• LHV (lower heating value) คือ คาความรอนที่ไดจากการเผาไหมที่ไมรวม
คาความรอนแฝงที่ไดจากการกลั่นตัวของไอ

30. สมการของดูลอง
• ใชหา HHV หนวย MJ/kg
æ Oö
HHV = 33.7C + 144 ç H - ÷ + 9.4 S
è 8ø

31. LHV = HHV - mw h fg
LHV = HHV - 9mH 2 h fg
• โดยที่ mw คือ มวลของไอน้ําในสารที่ไดจากการสันดาปตอ 1 หนวยของ
เชื้อเพลิงเนื่องจากการสันดาปของ H ในเชื้อเพลิง
• mH2 คือ มวลของไฮโดรเจนในเชื้อเพลิง 1 kg ซึ่งวิเคราะหจาก ultimate
analysis
• hfg คือ ความรอนที่ตองใหกับน้ําเพื่อทําใหน้ํากลายเปนไอ (hg – hf)

32. การคํานวณการสันดาป
• การสันดาป หมายถึง ปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นอยางรวดเร็วระหวาง
ออกซิเจนกับสารสันดาปได ของเชื้อเพลิงชนิดหนึ่งๆ
• สารสันดาปหลัก 3 ตัวคือ คารบอน ไฮโดรเจน และกํามะถัน

33. การสันดาปอยางสมบูรณ
C + O2 ® CO2 + 32.8 MJ / kg
2 H 2 + O2 ® 2 H 2O + 142.1 MJ / kg
• เปนปฎิกิริยาคายความรอน

34. ในการสันดาปจริง
C + ( O2 + 3.76 N 2 ) ® CO2 + 3.76 N 2
ในอากาศ ประกอบดวยกาซไนโตรเจนและสารเจือปนอื่นๆ โดยสวนใหญเปน
ออกซิเจน 23.2 % โดยน้ําหนัก และ 21% โดยปริมาตร
ไนโตรเจน 76.8 % โดยน้ําหนัก และ 79 % โดยปริมาตร

35. อัตราสวนสารในการสันดาป

36. สมการของปฏิกิริยาการสันดาป
• ตาราง 14
• ตาราง 15
• น้ําหนักอะตอม

37. • ในการสันดาประหวางอากาศกับเชื้อเพลิง จะไดกาซไอเสียและน้ํา
ออกมา เขียนสมการเคมีไดดังนี้
เชื้อเพลิง + a(O2 + 3.76N2) ® กาซไอเสีย + H2O

38. การสันดาปของเชื้อเพลิงตองอาศัยปจจัย 3 ประการ คือ
• เวลาตองนานเพียงพอ
• อุณหภูมิในการสันดาปตองสูงพอ
• การผสมระหวางเชื้อเพลิงกับอากาศ ตองอยูในลักษณะของการไหล
ผสมแบบปนปวน

39. อัตราสวนอากาศกับเชื้อเพลิง (AF-ratio)
• คือ อัตราสวนระหวางมวล (หรือจํานวนโมล) ของอากาศตอมวล
(หรือจํานวนโมล) ของเชื้อเพลิง ในระหวางการสันดาป
• ทฤษฎี mair nair
AFth = =
m fuel n fuel

40. • ในการสันดาปจริง จะใชอากาศในปริมาณที่มากกวา และจะบอก
ปริมาณการใชอากาศเปนจํานวนเทาของอากาศพอดีสันดาปสมบูรณ
เรียกวา เปอรเซ็นตอากาศทฤษฎี
AFac = (เปอรเซ็นตอากาศทฤษฎี) x (AFth) / 100
โดยที่ เปอรเซ็นตอากาศทฤษฎี = 100% + %Excess Air
( AFac - AFth )
% Excess Air = x100
AFth

41. เชน
• การสันดาปสมบูรณ โดยใชอากาศ 100 % อากาศทฤษฎี
CH4 + 2(O2 + 3.76N2) ® CO2 + 2H2O + 7.52N2
• การสันดาปสมบูรณ โดยใชอากาศ 150 % อากาศทฤษฎี
CH4 + (1.5)[2(O2 + 3.76N2)] ® CO2 + 2H2O + O2 + 11.28N2

42. การเกิดการสันดาปสมบูรณเปนไปไดยาก เนื่องจาก
• การผสมกันระหวางอากาศและเชื้อเพลิงไมทั่วถึง
• ภาวะความรอนเปลี่ยนแปลงอยูเสมอ
• ในอากาศมีความชื้น
• เวลาในการสันดาปไมเพียงพอ
• ความหนาแนนหรือคุณสมบัติของเปลวไฟตองพอเพียง

43. เปอรเซ็นตอากาศสวนเกินคาที่เหมาะสมที่สุด
ถาอากาศมากเกินไป ถาอากาศนอยเกินไป
• อุณหภูมิจะลดลง • อากาศและเชื้อเพลิงผสมกันไมทั่วถึง
• มีความรอนถูกอากาศนําพา • เกิดเชื้อเพลิงที่เหลือจากการสันดาป
ออกมาก • อาจเกิดการระเบิดนอกหองสันดาป
• ทําใหความรอนสูญเสียมาก • เกิดพลังงานสูญเปลา

44. นําความรอนสูญเสียมารวมกัน
จุดเหมาะสม
- ความรอนสูญเสีย 13%
- เปอรเซ็นตอากาศ
สวนเกิน 20 %

45. ตัวอยาง 1
• จากการวิเคราะหถานหินในหองทดลองนั้น ในขั้นของ ultimate analysis
พบวามีองคประกอบคือ C = 73.99% H = 5.39% O = 10.02%
N = 1.38% S = 1.79% และเถา 7.43% จงคํานวณหาปริมาณอากาศที่ใช
ในการสันดาป โดยสมมติใหเปนการสันดาปอยางสมบูรณตามหลัก
ทฤษฎี
C + O 2 ® CO 2
2 H 2 + O 2 ® 2 H 2O
S + O 2 ® SO 2

46. ตัวอยาง 2 หนา
• การหาเปอรเซ็นตอากาศทฤษฎีการสันดาปเชื้อเพลิง CaHb
• เชื้อเพลิงประเภทไฮโดรเจนคารบอนสันดาปกับอากาศ ปรากฏวาเมื่อ
วิเคราะหสารที่ไดจากการสันดาปโดยปริมาตรจะได CO2 10.5%
O2 5.3% N2 84.2% จงคํานวณหาสูตรเคมีของเชื้อเพลิงและเปอรเซ็นต
อากาศทฤษฎีที่ใช

47. ตัวอยาง 3
เชื้อเพลิงที่ใชในการสันดาปมีสูตรทางเคมี คือ C14H30 หลังจากการสันดาป
แลวไดกาซไอเสียโดยปริมาตร ดังนี้ คือ
CO2 = 11.226% O2 = 4.145% CO = 0.863% N2 = 83.766%
จงคํานวณหา
• อัตราสวนอากาศตอเชื้อเพลิงโดยมวล
• เปอรเซ็นตอากาศสวนเกิน
• อัตราสวนไอน้ําจากกาซไอเสียโดยมวลตอเชื้อเพลิง

48. ระบบควบคุมมลภาวะ
• โรงไฟฟาจะมีไอเสียเปนกรดซัลเฟอร
• ฝุนผง
• อุปกรณที่ใชในการจํากัด คือ เครื่องกําจัดฝุนและสครับเบอร

49. สครับเบอร คือ เครื่องที่สามารถกําจัดไดทั้งฝุนผงของขี้เถาและกาซ

50. ถานหินสะอาด
• เทคโนโลยีถานหินสะอาด (Clean Coal Technology)
• คือ เทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทําเหมือง การ
จัดการถานหินกอนนํามาใช และการใชประโยชนถานหิน โดยมี
ผลกระทบตอสิ่งแวดลอมนอยที่สุด
• เทคโนโลยีเหลานี้เกี่ยวของกับการลดหรือกําจัดมลพิษที่เกิดขึ้นจากการนํา
ถานหินมาใชประโยชน รวมถึงการเพิ่มประสิทธิภาพในการใชถานหิน
เปนเชื้อเพลิง

51. http://en.wikipedia.org/wiki/Clean_coal_technology
• Clean coal technology is a collection of technologies being developed to
reduce the environmental impact of coal energy generation.
• clean coal technologies are being developed to remove or reduce pollutant
emissions to the atmosphere.
• Some of the techniques that would be used to
• chemically washing minerals and impurities from the coal,
• gasification
• treating the flue gases with steam to remove sulfur dioxide,
• carbon capture and storage technologies to capture the carbon dioxide from
the flue gas and
• dewatering lower rank coals (brown coals) to improve the calorific value,
and thus the efficiency of the conversion into electricity.

52. ตัวอยางโรงไฟฟาเทคโนโลยีถานหินสะอาด
http://www.consumersenergy.com/content.aspx?id=1964
• The pilot carbon capture and storage (CCS) power plant at the first coal-fired plant in
the world, Schwarze Pumpe in northern Germany, uses "oxyfuel" technology. (2008)
(http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7586569.stm)
• Oxyfuel combustion involves burning the coal in nearly pure oxygen rather than the
air/coal mix currently used in conventional power plants.