pplant

12.5. ฟชชนั่ 24312.5 ฟชช่ัน ปฏิกริ ยิ านิวเคลียรที่สำคัญตอการผลติ ไฟฟาเกิดจากการที่นิวตรอนพงุ ชนนิวเคลียสของธาตุหนักเชน U-235, U-238, Pu-239 และ Th-232 เปนตน นิวเคลียสจะแตกตวั เปน นวิ เคลียสขนาดกลางสองตัวพรอ มกับปลอ ยนิวตรอนออกมา 2-3 ตวั ปฏกิ ริ ิยาลกั ษณะนี้เรยี กวา ฟช ชัน่ (fission) สมการฟชช่นัอาจเขยี นไดด งั นี้ X n F F nA 1 A1 A2 0 Z1 Z2 Z + −→ 1+ 2 + m10จโดำยนทว่ีนAZขXองคนอื วิ ตนริวอเนคลยี สของธาตุหนกั FA11 และ FA22 คือ นวิ เคลียสของธาตุขนาดกลาง และ m คือ Z1 Z2ธาตุหนักท่ีใชเปน เชือ้ เพลิงของโรงไฟฟา นวิ เคลยี รคอื U235 หรือ U-235 สมการฟชช่ันที่เกดิ กบั U- 92235 ไมไดมีเพยี งหนงึ่ หรอื สองสมการ แตมีจำนวนมากเพราะความหลากหลายของธาตุขนาดกลางท่ีเปนผลผลิตจากฟชชนั่ ตัวอยา งสมการฟชชนั่ ของ U-235 ไดแก U235 + 01n −→ 14504Xe + 9384Sr + 20n1 92นิวเคลยี สของธาตขุ นาดกลางทีไ่ ดจากฟชชัน่ ของ U-235 มนี ้ำหนักมวลอยูระหวา ง 75 ถงึ 160 นวิ เคลยี สเหลาน้ีไมม ีเสถยี รภาพและจะแผกัมมนั ตภาพรังสีออกมาจนกระทัง่ มนั กลายเปนนวิ เคลียสที่มีเสถียรภาพในทส่ี ดุ นอกจากน้ีนิวเคลียสบางตัวยงั อาจปลดปลอ ยนวิ ตรอนออกมา กระบวนการแผกัมมนั ตภาพรังสีของนิวเคลยี สท่ีไดจากฟช ชน่ั เรียกโดยรวมวา กระบวนการประวงิ (delay process) การพงุ ชน U-235 ของนิวตรอนไมไดทำใหเกิดฟช ชน่ั ทกุ ครง้ั ในบางครั้งนวิ ตรอนจะถูกดดู กลืนโดยU-236 และกลายเปน U-236 ซงึ่ อยูในสภาวะถูกกระตนุ U n U235 1 236 92 0 92 + −→นิวเคลียสทีเ่ กดิ ขนึ้ นี้อาจปลอยรงั สีแกมมา ออกมา แต U-236 เปน นวิ เคลยี สทมี่ เี สถยี รภาพมากโดยมคี รึ่งชวี ติ มากถึง 2.34 × 107 ป U-236 จงึ สลายตวั อยา งชา ๆ ไมแตกตัวเปนนิวเคลียสขนาดกลาง ปฏิกริ ิยาลักษณะน้ีเกิดข้นึ ประมาณ 14% สว นอีก 86% ของการชนทำใหเ กิดฟชช่นั ฟช ชัน่ เปน ปฏิกิริยาทีใ่ หพลังงานเนอ่ื งจากมวลของผลผลติ นอยกวา มวลของตวั ทำปฏิกิริยา เชน U235 + 10n −→ 15367Ba + 97 Kr + 210n 92 36มีมวลของตัวทำปฏิกิริยาเทากบั 235.0439 + 1.00867 = 236.0526 amu และมวลของผลผลติ เทากบั138.9061 + 96.9212 + 2(1.00867) = 235.8446 amu มวลของผลผลติ จึงนอ ยกวามวลของตัวทำปฏิกริ ยิ า 0.208 amu ซ่งึ เทียบเทากับพลงั งาน 193.6 MeV แตก็มพี ลงั งานเพม่ิ เติมทไ่ี ดจากกระบวนการประวิง พลงั งานเพ่ิมเติมหลงั จากฟช ชน่ั รวมกับพลังงานที่เกิดขน้ึ ทนั ทีจากฟชชน่ั มีคา ประมาณ 200MeV พลงั งานน้ีกระจายในนิวเคลยี สกัมมันตรงั สีและอนภุ าคตา ง ๆ ดังแสดงในตารางท่ี 12.2 พลังงานประมาณ 190 MeV จะกลายเปนความรอนในเตาปฏิกรณนวิ เคลียรใ นที่สดุ สว นพลงั งาน 10 MeV ของนิวตริโนจะสญู เสยี ออกจากเตาปฏกิ รณ นิวตริโนเปนอนภุ าคขนาดเลก็ มากที่มีความสามารถทะลุทะลวงสงู มาก นวิ ตรโิ นทั้งหมดจงึ ออกเตาปฏกิ รณน วิ เคลียรโ ดยไมถายเทพลังงานใหวัตถใุ ด

244 บทท่ี 12. โรงไฟฟานวิ เคลียรตารางที่ 12.2: การกระจายพลงั งานท่ไี ดจ ากฟชช่นั ของ U-235 พลงั งาน (MeV)นวิ เคลียส 166รงั สแี กมมา 14นวิ ตรโิ น 10รังสีเบตา 5นวิ ตรอน 5รวม 200 ตัวอยาง จงหาปริมาณ U-235 ทต่ี องใชใ นหนึง่ วันเพ่ือผลิตความรอ น 1 MW วิธีทำ โดยเฉลย่ี นิวเคลยี ส 1 ตัวของ U-235 จะเกดิ ฟชชั่น 0.86 ตัวเพราะ 0.14 ตัวท่ีเหลือถูกดูดกลนื หายไป ดังน้ันพลงั งานที่ไดจ ากนวิ เคลียส 1 ตัวของ U-235 จงึ คำนวณไดดังนี้ E′ = 0.86 × 190 × 1.60 × 10−13 = 2.61 × 10−11 JU-235 ปริมาณ 235 g ประกอบดวยนวิ เคลียส 6.02 × 1023 ตัว ดังนั้นพลงั งานท่ีไดจาก 1 g ของ U-235จึงมคี าดงั น้ี E = 1 × 6.02 × 1023 × E′ 235 = 6.69 × 1010 Jหนงึ่ วนั มี 86400 วนิ าทถี าใช U-235 1 g ภายในหน่งึ วัน กำลังงานทีไ่ ดจะเทา กับ P = 6.69 × 1010 = 0.774 MW 86400ดงั นั้นความรอน 1 MW จะไดจ าก U-235 1.3 g ตอวนั12.6 ปฏิกิรยิ าลูกโซ เตาปฏกิ รณนวิ เคลียรบรรจุเชอ้ื เพลิงนิวเคลยี รซง่ึ ก็คอื U-235 และวสั ดุอืน่ ๆ เตาปฏกิ รณนวิ เคลียรจะไดรบั การออกแบบใหสามารถผลติ พลงั งานความรอนดว ยฟช ชน่ั อยา งตอ เนอื่ ง ปฏกิ ริ ยิ านิวเคลยี รที่

12.6. ปฏกิ ริ ิยาลูกโซ 245เกิดข้ึนอยา งตอเนอ่ื งในเตาปฏิกรณนวิ เคลยี รเรยี กวา ปฏิกริ ิยาลูกโซ (chain reaction) สมการฟช ชน่ัแสดงใหเหน็ วา ฟช ชัน่ เกิดจากนวิ ตรอนเพยี งหนงึ่ ตัว แตผลิตนิวตรอน 2-3 ตัว ดงั นัน้ ดูเหมอื นวาจะมีนวิ ตรอนที่ทำใหเกิดฟชชน่ั ตอ เน่อื งอยางไมส้ินสุดได แตฟช ชน่ั จะเกิดขึน้ ก็ตอเมือ่ มีเงื่อนไขที่เหมาะสมเทา นน้ั นิวตรอนท่ีเกิดจากฟช ชนั่ มีพลังงานมากดังแสดงในตารางที่ 12.2 พลงั งานน้ีทำใหนิวตรอนมีความเร็วสูง มีความเปน ไปไดท ีจ่ ะเกดิ เหตุการณต อ ไปน้ี• มกี ารชนกันระหวางนวิ ตรอนกบั U-235 หรอื นิวเคลียสอนื่ หลายครง้ั แตไมม กี ารดดู กลนื นวิ ตรอน และในทีส่ ดุ นวิ ตรอนกจ็ ะรั่วออกจากเตาปฏกิ รณนวิ เคลียร• มีการชนกนั ระหวา งนวิ ตรอนกับนวิ เคลยี สอ่นื หนึง่ ครั้งหรือหลายคร้งั ในทส่ี ดุ นวิ ตรอนจะถูกดูด กลืนโดยนิวเคลยี ส และนวิ เคลียสนนั้ จะกลายเปนไอโซโทปใหม• มีการชนกนั ระหวางนิวตรอนกับ U-235 หนงึ่ คร้ังหรือหลายคร้งั ในท่ีสดุ นวิ ตรอนจะถูกดดู กลืน โดย U-235 จะกลายเปน U-236• มีการชนกันระหวางนวิ ตรอนกับนิวเคลยี สของ U-235 หน่ึงครัง้ หรอื หลายครั้ง ในทส่ี ดุ นิวตรอน จะถูกดดู กลืนโดย U-235 และเกดิ ฟช ชั่นจะเห็นวา มีโอกาสไมมากที่จะเกิดฟชชนั่ ถา เตาปฏิกรณนิวเคลียรออกแบบไมดีพอ ปฏกิ ิรยิ าลกู โซก็จะไมเกดิ ข้ึน เงือ่ นไขท่ีจะเกิดฟชช่ันคอื การดดู กลืนนิวตรอนโดยนวิ เคลียสของ U-235 หลังจากการดูดกลืนแลวมีโอกาสเกดิ ฟช ช่นั ถึง 86% อยา งไรกต็ าม นวิ ตรอนที่จะถกู ดดู กลนื โดย U-235 ตองเปนนวิ ตรอนที่มีความเรว็ ตำ่ นวิ ตรอนท่ีมีลกั ษณะเชน น้ีเรยี กวา นิวตรอนชา (slow neutron) หรอื นวิ ตรอนสมดุลความรอ น (thermal neutron) เนื่องจากความเรว็ เฉลย่ี ของนวิ ตรอนเทา กับความเรว็ เฉลี่ยของกา ซที่มีอุณหภมู ิเดยี วกนั แตนวิ ตรอนท่ีผลติ โดยฟชชัน่ ซง่ึ เรยี กวา นวิ ตรอนเร็ว (fast neutron) หรือนวิ ตรอนพรอม (prompt neutron) มีความเร็วสูงกวานิวตรอนสมดุลความรอนมาก นวิ ตรอนพรอมจึงจะไมถูกดูดกลืนโดย U-235 แตจะตองชนกับนิวเคลยี สอ่นื หลายครง้ั กอ นท่ีความเรว็ ของมันจะลดลงมาใกลเคียงกับนวิ ตรอนสมดุลความรอน การชนกนั ของนิวตรอนกับนิวเคลยี สหรืออนภุ าคขนาดใหญจะทำใหนิวตรอนจะมีความเรว็ ลดลง นวิ ตรอนสว นใหญมีความเร็วสงู หลังจากฟช ช่นั ดงั นัน้ จึงมีความนาจะเปน นอ ยมากท่ีนิวตรอนเหลานี้จะทำใหเกดิ ฟช ชัน่ ตอ เนื่อง การเพิ่มความนา จะเปน ของการเกิดปฏิกริ ิยาลกู โซคอื การลดความเร็วของนวิ ตรอน การชนกันของนวิ ตรอนกบั นวิ เคลยี สหรอื อนุภาคขนาดใหญท่ีมีความเร็วตำ่ กวาจะทำใหเกดิ การแลกเปลย่ี นพลังงานจลนและโมเมนตัม ทำใหความเร็วของนิวตรอนลดลง ความเรว็ จะลดลงมากท่ีสุดถา เปนการชนตรง ๆ อตั ราสว นระหวา งพลงั งานจลนนิวตรอนหลงั การชน (En2) และกอนการชน(En1) กบั นวิ เคลียสท่มี เี ลขมวล A คำนวณไดจ ากหลักการอนรุ กั ษพ ลงั งานและโมเมนตมั ผลท่ไี ดค อื En2 = ( A − 1 )2 (12.6) En1 A + 1สมการนี้บอกวาความเรว็ ของนิวตรอนจะลดลงเพยี งเล็กนอ ยในการชนกับนวิ เคลียสหนัก แตจะลดลงมากในการชนกับนิวเคลียสเบา นิวตรอนจะเสยี พลงั งานไมเกิน 2% ในการชนกับนวิ เคลยี สของ U-238

246 บทท่ี 12. โรงไฟฟานวิ เคลียรแตจะเสยี พลังงานไมเกนิ 28% ในการชนกับนิวเคลียสของ C-12 ดงั นนั้ วสั ดุที่ทำหนา ที่ลดความเร็วของนิวตรอนในเตาปฏิกรณนิวเคลยี รจ งึ ควรทำจากธาตุเบา อยา งไรกต็ ามยงั มปี จจยั อืน่ ท่ตี องพจิ ารณาในการวัสดุท่ีเหมาะสม ปจจัยที่สำคญั คือ การดูดกลืนนวิ ตรอนโดยวสั ดุนน้ั ซง่ึ ควรมีคา ต่ำเน่อื งจากถา วสั ดุนนั้ ดูดกลืนนวิ ตรอนไปมากก็จะมีนวิ ตรอนเหลือนอยลงท่จี ะทำใหเ กดิ ฟช ชั่นและปฏกิ ิริยาลกู โซก็จะเกดิ ยากขนึ้12.7 สว นประกอบของเตาปฏกิ รณนวิ เคลยี ร สวนประกอบสำคัญสี่อยางของเตาปฏกิ รณน วิ เคลียรค ือ (1) แกนเชื้อเพลงิ (fuel core) (2) สารหลอเยน็ (coolant) (3) โมเดอเรเตอร (moderator) (4) แทงควบคมุ (control rod) และ (5) เปลอื กเตาปฏิกรณ (reactor vessel) • แกนเชอ้ื เพลิงมีเช้ือเพลงิ นิวเคลยี รเปนองคประกอบหลกั เช้ือเพลงิ อาจเปน ยูเรเนียมธรรมชาติ หรอื ยเู รเนียมเสริมสมรรถนะซึง่ อยูในรูปของสารประกอบเชน ยเู รเนียมไดออกไซด (UO2) หรอื ยเู รเนยี มคารไ บด (UC) เช้ือเพลิงนิวเคลยี รมกั ทำเปน แทง หอหุมดวยวัสดุเคลอื บ (cladding ma- terial) ซ่ึงอาจทำจาก Al, Mg, Zr, เหล็กกลา หรอื กราไฟต วสั ดุเคลอื บตอ งทำใหเชอ้ื เพลิงคงรปู อยไู ดภายใตทุกสถานการณ แทงเชอ้ื เพลงิ มีอายุใชง านประมาณ 3 ป แตก ารเปลี่ยนแทง เช้ือเพลงิ มักกระทำทกุ ปโดยนำแทง เชื้อเพลิงจำนวนหน่ึงในสามออกไป และแทนท่ีดวยแทงเชื้อเพลงิ ใหม เตาปฏิกรณบางแบบอาจออกแบบใหเปล่ยี นแทง เชื้อเพลิงไดในขณะที่เตาปฏิกรณกำลงั ทำงาน แตใ นเตาปฏิกรณสว นใหญก ารเปล่ียนแทง เชือ้ เพลิงตองกระทำเมอ่ื เตาปฏกิ รณหยดุ ทำงานแลว • สารหลอ เยน็ ทำหนา ท่ีระบายความรอนท่ีเกิดจากฟช ชั่นและกระบวนการประวงิ ในแกนเชอ้ื เพลิง คุณสมบัติของสารหลอเย็นคือ มีความจุความรอนสงู นำความรอ นดี มคี วามหนืดต่ำ ราคาไมแพง และมีเสถียรภาพภายใตสภาวะแวดลอมในเตาปฏิกรณ ตวั อยางของสารหลอเยน็ ท่ีนิยมใชคอื น้ำ น้ำมวลหนกั อากาศ กาซคารบอนไดออกไซด และกา ซฮเี ลียม • โมเดอเรเตอรทำหนา ที่ลดความเร็วของนวิ ตรอนที่ไดจากฟชชั่น โมเดอเรเตอรควรมีเลขมวลต่ำ เพื่อลดความเรว็ ของนิวตรอนอยา งรวดเร็ว นอกจากนโ้ี มเดอเรเตอรควรมคี วามสามารถในการดูด กลืนนวิ ตรอนตำ่ ตัวอยางของโมเดอเรเตอรไดแ ก น้ำ นำ้ มวลหนัก และกราไฟต เปน ท่ีนาสังเกต วา นำ้ และน้ำมวลหนกั เปน ไดท ั้งสารหลอ เย็นและโมเดอเรเตอร • แทง ควบคมุ มีลกั ษณะเปน แทงยาวที่ทำดว ยสารประกอบของโบรอนหรือแคดเมยี ม ธาตุเหลา นี้ ดูดกลืนนิวตรอนไดดี แทง ควบคุมทำหนา ที่ควบคมุ จำนวนนิวตรอนในเตาปฏิกรณไมใหมีมาก จนมีฟชช่นั เกดิ ข้ึนมากเกนิ ไป และอุณหภูมิของเตาปฏกิ รณสูงกวาคาท่ีออกแบบไว แทงควบคุม ตอ เขากับกลไกท่ีทำหนา ท่ีเหมอื นลิฟต กลไกน้ีจะสอดแทง ควบคมุ เขาไปแทรกระหวางแทง เชอ้ื เพลิงเพ่ือลดฟช ชนั่ หรือดงึ แทงควบคุมออกเพ่ือเพิ่มฟช ชัน่ แทง ควบคมุ มีสามแบบคือ แทง จีม (shim rod) ใชควบคมุ ความหนาแนน นิวตรอนอยา งหยาบ ๆ แทง บังคับ (regulating rod) ใช ควบคมุ อยา งละเอียด และแทง นิรภัย (safety rod) ใชในกรณีฉุกเฉนิ ท่ีตองการหยดุ การทำงาน ของเตาปฏกิ รณ แทงนริ ภัยทำจากเหลก็ โบรอน (boron steel) ซง่ึ สามารถเคลอื่ นทเ่ี ขา สแู กนเตา ปฏิกรณอยางรวดเรว็

12.8. ประเภทของเตาปฏิกรณน วิ เคลียร 247• เปลือกเตาปฏกิ รณทำหนา ที่บรรจุแกนเตาและอปุ กรณเสริมตวั อืน่ ๆ ผนังเตาไดรบั การออกแบบ ใหทนความดันสูงและทนสภาวะการแผรงั สีได ผนงั เตาตองมีความหนาพอสมควรเพอื่ ลดการแผ รังสอี อกสภู ายนอก นอกจากนรี้ อบ ๆ เตาตองมคี อนกรีตหุมเพือ่ ปอ งกันไมใหอนุภาคและรังสีเล็ด รอดออกมาได ความหนาของเปลอื กคอนกรตี ประมาณ 1.8 m12.8 ประเภทของเตาปฏกิ รณน วิ เคลียร เตาปฏิกรณที่ใชในโรงไฟฟานิวเคลียรท่วั โลกมีความแตกตางกันท่ีเชอ้ื เพลงิ โมเดอเรเตอร สารหลอเย็นและคุณสมบตั ิอ่นื ๆ เตาปฏกิ รณสวนใหญแบง ออกเปน หาแบบไดแ ก (1) เตาปฏกิ รณแบบนำ้ ความดนั สงู (pressurized water reactor, PWR) (2) เตาปฏกิ รณแบบน้ำเดือด (boiling water reactor,BWR) (3) เตาปฏิกรณแ บบหลอเย็นดวยกา ซ (advanced gas-cooled reactor, AGR) (4) เตาปฏิกรณแบบน้ำมวลหนกั ความดนั สูง (pressurized heavy water reactor, PHWR) (5) เตาปฏิกรณแบบ RBMK(ยอ มาจากภาษารัสเซยี Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalniy ซ่งึ แปลเปน ภาษาองั กฤษวา HighPower Channel Reactor)12.8.1 เตาปฏกิ รณแบบน้ำความดนั สงู เตาปฏกิ รณแบบนำ้ ความดนั สูงใชแทงเชือ้ เพลิงประมาณ 200-300 แทงตอ หน่ึงมัด จดั เรยี งในแนวต้ังอยูภายในแกนเช้ือเพลงิ เตาปฏิกรณขนาดใหญอาจมีเชอื้ เพลิง 150-250 มัดวางตวั ในแนวตงั้ มีโลหะทรงครึง่ ทรงกลมครอบตอนบนซ่งึ เปดไดเพือ่ เปล่ียนแทงเช้อื เพลงิ โมเดอเรเตอรและสารหลอเย็นคอืนำ้ เชือ้ เพลิงท่ีใชคือยูเรเนยี มเสริมสมรรถนะ เปลือกเคลอื บเตาทำจากเหลก็ กลาไรสนิมหรือเซอรคาลอย(zircaloy) เปลือกเตามีความหนามากเน่ืองจากนำ้ มีความดันสูง รูปท่ี 12.2 แสดงแผนภาพของเตาปฏกิ รณแบบนี้ ระบบผลติ ไฟฟา โดยใช PWR ประกอบดว ยสองวงจรนำ้ ทำงานควบคูกนั ดังแสดงในรปู ท่ี 12.2 ในวงจรปฐมภูมิ (primary loop) นำ้ เย็นที่มีความดันสูงจะไหลผา นเตาปฏิกรณเพือ่ ระบายความรอนจากเตา น้ำรอนที่ไหลออกจากวงจรน้ีจะแลกเปล่ยี นความรอนกับนำ้ ในวงจรทตุ ยิ ภูมิ (secondary loop) ในอุปกรณแลกเปลีย่ นความรอ น น้ำในวงจรทตุ ิยภมู ิมีความดันต่ำและจะกลายเปน ไอนำ้ กอ นไหลเขาเครอ่ื งกงั หนั เพือ่ ผลติ ไฟฟาตอไป นำ้ ในวงจรปฐมภูมิมีอุณหภูมิประมาณ 325◦C จงึ ตองทำใหอยูภายใตความดนั 150 เทาของความดนั บรรยากาศจงึ จะไมเดือด เคร่อื งใหความดนั (pressurizer) ถกู ตดิ ตั้งในวงจรปฐมภมู ิเพ่ือโดยรกั ษาความดัน ในกรณีท่ีมีความผิดพลาดจนทำใหน้ำในวงจรปฐมภูมิกลายเปนไอจะทำใหเกดิ ฟช ชั่นลดลงเนือ่ งจากความสามารถในการเปนโมเดอเรเตอรของไอนำ้ ดอยกวาน้ำ ดังนั้น PWRจึงมีระบบควบคุมความปลอดภยั ในตวั มนั เอง ขอเสียเปรยี บของ PWR คอื อณุ หภมู สิ ูงสุดของนำ้ ไมเ กนิ อณุ หภมู ิของจดุ วิกฤตคิ ือ ประมาณ 374◦Cซึ่งหมายความวา ไอนำ้ ในวงจรทตุ ิยภูมิกไ็ มเ กิน 374◦C เชนกนั ประสิทธภิ าพของวัฏจกั รไอนำ้ จึงถูกจำกดัดวยอณุ หภูมิท่ีคอนขา งต่ำเมือ่ เทียบกบั วัฏจกั รไอนำ้ ในโรงไฟฟาพลังความรอ น อยางไรกต็ ามเตาปฏิกรณแบบนม้ี ีการใชงานมากทส่ี ดุ โดยใชใ นการผลติ ไฟฟา มากกวา 230 เครือ่ งและใชใ นการขับเคลอื่ นเรือดำนำ้

248 บทที่ 12. โรงไฟฟานวิ เคลยี ร รปู ที่ 12.2: เตาปฏิกรณแ บบนำ้ ความดันสงูนิวเคลยี รอกี หลายรอ ยเครอ่ื ง12.8.2 เตาปฏิกรณแ บบนำ้ เดอื ด เช้อื เพลิงท่ีใชในเตาปฏกิ รณแบบน้ำเดอื ดคอื ยเู รเนียมเสริมสมรรถนะซ่ึงประกอบดว ย U-235 ประ-มาณ 1.9-2.6 % ภายในแกนเช้ือเพลิงบรรจุเช้ือเพลงิ ได 750 มดั แตล ะมดั มีแทง เช้อื เพลงิ 90-100 แทงมีโลหะทรงครง่ึ ทรงกลมครอบตอนบนซง่ึ เปดไดเพ่อื เปลย่ี นแทงเชอื้ เพลิงรูปท่ี 12.3 แสดงแผนภาพของเตาปฏกิ รณแบบน้ี นำ้ ใชเปนท้ังโมเดอเรเตอรและสารหลอเย็นหมอื น PWR แตวงจรการทำงานของระบบผลิตไฟฟามีเพยี งวงจรเดยี ว น้ำที่ไหลผา นเตาปฏิกรณมีความดนั ประมาณ 75 เทาของความดันบรรยากาศ บางสว นของนำ้ จะกลายเปน ไอน้ำโดยมีอุณหภูมิประมาณ 285◦C ไอน้ำแหง จะถูกแยกออกจากน้ำดวยอปุ กรณที่ตดิ ต้ังอยูท่ีตอนบนของเตากอ นไหลเขาสูเครอื่ งกงั หัน นำ้ ปอนจากเครอ่ื งควบแนนจะผสมกับน้ำที่แยกออกจากไอนำ้ และไหลเขาเตาปฏิกรณ รปู ที่ 12.3 แสดงแผนภาพการทำงานของเตาปฏกิ รณแบบนี้ เนื่องจากไอนำ้ ที่อยูรอบแกนเชิอ้ เพลงิ ของเตาปฏกิ รณมีการปนเปอ นสารกัมมนั ตรงั สี ดงั นนั้ อุปกรณตาง ๆ รวมทง้ั เครอ่ื งกงั หันไอนำ้ จึงตอ งออกแบบเพ่อื ใหสามารถทำงานในสภาวะท่ีมีกัมมนั ตภาพรงั สีนอกจากนี้จะตองมีการรกั ษาความปลอดภัยจากการแผรงั สีขณะทำการบำรงุ รกั ษา อยา งไรกต็ าม BWRมีการออกแบบท่ีซบั ซอ นนอยกวา จงึ มีตนทุนที่ตำ่ กวา PWR ดวยเหตุผลนี้ทำให BWR ไดรับความนิยมมากเปน อันดบั สองรองจาก PWR

12.8. ประเภทของเตาปฏิกรณนวิ เคลยี ร 249 รปู ที่ 12.3: เตาปฏกิ รณแบบน้ำเดือด12.8.3 เตาปฏิกรณแ บบน้ำมวลหนกั ความดนั สงู PHWR มีชอ่ื เรยี กอกี ช่ือวา CANDU (Canadian Deuterium) เนือ่ งจากเตาปฏิกรณแบบน้อี อกแบบที่ประเทศแคนาดา CANDU มีหลักการทำงานคลา ยกับ PWR แตใชน้ำมวลหนักเปนโมเดอเรเตอรและสารหลอ เยน็ แทนนำ้ ในวงจรปฐมภูมิ สวนวงจรทตุ ิยภูมิใชนำ้ ธรรมดาเหมอื นกัน นำ้ มวลหนกั มีสมบตั ิทางกายภาพและเคมีใกลเคยี งกบั นำ้ ธรรมดา แตสมบัติทางนวิ เคลยี รตางกันมาก กลา วคือนำ้ มวลหนักมีความสามารถดูดกลืนนวิ ตรอนท่ีตำ่ กวา นำ้ ธรรมดา ดว ยเหตุนี้เช้ือเพลิงที่ใชในเตาปฏิกรณแบบนี้เปนยเู รเนียมธรรมดาก็ได ไมจ ำเปน ตองเปน ยูเรเนยี มเสรมิ สมรรถนะเหมอื นท่ีใชใ น PWR รปู ท่ี 12.4 แสดงลักษณะของเตาปฏิกรณแบบนำ้ มวลหนกั ความดนั สงู โมเดอเรเตอรบรรจอุ ยูภายในถงั ขนาดใหญเรียกวาคาแลนเดรีย (Calandria) ซง่ึ มีชอ งวางอยูในแนวนอนหลายรอ ยชองสำหรบั บรรจุเช้อื เพลิง แตละชองมีแทงเชอ้ื เพลงิ 12-13 แทง แทง เชอ้ื เพลิงแตล ะแทงของ CANDU มีความยาวประมาณครง่ึ เมตรบรรจุในทอเซอรคาลอย (zircaloy) แทงควบคมุ จะถูกสง เขา ไปในคาแลนเดรียทางแนวดิง่ นำ้ มวลหนักความดนั สงู จะไหลผานชอ งในคาแลนเดรียเพื่อระบายความรอ นออกจากฟช ช่ันจนมีอุณหภมู มิ ากกวา 300◦C จากนนั้ จงึ ไหลไปแลกเปลีย่ นความรอนกบั นำ้ ในวงจรทุตยิ ภมู ิตอ ไป CANDU มีขอ ไดเปรยี บจากการใชยเู รเนยี มธรรมดาเปนเชิ้อเพลงิ ซึง่ มีราคาถกู กวายูเรเนยี มปรงุ แตงมากเพราะกระบวนการเสรมิ สมรรถนะมีราคาแพง นอกจากน้ีขอไดเปรยี บอีกหนึ่งประการท่ีสำคัญของCANDU คือ ความสามารถเปลี่ยนแทง เช้อื เพลิงไดโดยไมต องหยุดการทำงานของเตาปฏกิ รณ การเปลย่ี นแทง เชอื้ เพลงิ ใชระบบอัตโนมัติที่ควบคมุ จากระยะไกล อยา งไรกต็ าม CANDU มีขอ เสียตรงที่มันตองมีขนาดใหญเ พอื่ ลดการรัว่ ออกของนิวตรอน และตอ งใชน ้ำมวลหนกั ซึง่ มีสดั สว นเพียง 1 ใน 3200 สวนของนำ้ ที่พบตามธรรมชาติ การแยกน้ำมวลหนกั ออกมาจงึ มีข้ันตอนท่ียงุ ยากและมีคา ใชจายสงู

250 บทที่ 12. โรงไฟฟานวิ เคลียร รูปที่ 12.4: เตาปฏกิ รณแบบ CANDU12.8.4 เตาปฏิกรณแ บบหลอ เย็นดว ยกา ซ รปู ท่ี 12.5 แสดงแผนภาพของเตาปฏิกรณแบบหลอ เยน็ ดว ยกาซ เตาปฏกิ รณแบบน้ีใชยูเรเนยี มออกไซดที่เสริมสมรรถนะจนมี U-235 2.5-3.5% เปนเชื้อเพลิงบรรจุอยูภายในทอเหลก็ ไรสนมิ การหลอเยน็ เตาปฏกิ รณใช CO2 สว นโมเดอเรเตอรคือ กราไฟตซ่ึงมีจุดหลอมเหลวสูงมาก ดงั นนั้ เตาปฏิกรณจงึสามารถทำงานที่อณุ หภมู ิสงู ๆ ไดและไอนำ้ ท่ีไดจากการแลกเปล่ียนความรอ นกบั CO2 ซ่ึงมีอณุ หภูมิสงู ถึง 650◦C ก็อาจมีอณุ หภมู ิสงู พอ ๆ กบั ไอนำ้ ในโรงไฟฟาพลังความรอน ประสทิ ธภิ าพของวฏั จกั รไอน้ำของ AGR จงึ สงู กวา PWR และ BWR นอกจากนี้ AGR ยงั มีความปลอดภัยสงู กวา PWR และ BWRเนื่องจากไมไดใชน้ำในเตาปฏิกรณจึงไมม ีความเสยี่ งที่จะเกดิ การระเบดิ ของไอน้ำ เตาปฏกิ รณแบบน้ีใชอยางแพรห ลายในสหราชอาณาจักร12.8.5 เตาปฏกิ รณแ บบ RBMK เตาปฏิกรณแบบ RBMK มีลักษณะดังแสดงในรูปที่ 12.6 เตาปฏกิ รณแบบนี้ใชในประเทศรสั เซียและประเทศที่เคยเปน ดินแดนในสหภาพโซเวยี ต เชอ้ื เพลิงทำจากยเู รเนียมเสริมสมรรถนะเพยี งเล็กนอยกราไฟตทำหนาที่เปนโมเดอเรเตอร สวนนำ้ ใชเปนสารหลอเย็นและจะกลายเปน ไอน้ำท่ีมีอณุ หภมู ิประมาณ 290◦C เมอื่ ไหลผา นแกนเตาปฏิกรณคลา ย BWR ปญหาจากการใชกราไฟตเปนโมเดอ-เรเตอรแตใชนำ้ เปนสารหลอ เย็นคอื ถาน้ำกลายเปนไอมากข้ึนความสามารถในการหลอ เยน็ จะลดลงแตปรมิ าณนิวตรอนท่ีทำใหเกดิ ฟชชั่นไมไดลดลงตามซึ่งอาจทำใหเกิดอบุ ตั เิ หตุไดดงั เชน อุบตั เิ หตุท่ีโรงไฟฟา นิวเคลียรในเมอื งเชอรโนบิล ประเทศยูเครนเม่อื ป พ.ศ. 2529 ขอ ไดเปรยี บของ RBMK คือ ความสามารถในการเปล่ียนเชอ้ื เพลิงโดยไมตองหยดุ การทำงานของเตาปฏิกรณ

12.9. เชอื้ เพลิงนิวเคลยี ร 251 รปู ที่ 12.5: เตาปฏิกรณแ บบหลอเยน็ ดวยกา ซ รูปท่ี 12.6: เตาปฏกิ รณแ บบ RBMK12.9 เชอ้ื เพลิงนิวเคลยี ร ถงึ แมว าพลูโตเนียมหรอื ยูเรเนยี มธรรมชาติอาจใชเปน เช้ือเพลิงสำหรบั เตาปฏกิ รณนวิ เคลียรท่ีไดรับการออกแบบเปนพิเศษได แตในที่นี้จะกลาวถึงเพียงยเู รเนยี มเสริมสมรรถนะซ่ึงเปนเช้ือเพลงิ เกอื บทง้ั หมดของโรงไฟฟา นวิ เคลยี ร ข้ันตอนการผลิตเชือ้ เพลิงนิวเคลยี รจากแรยเู รเนยี มประกอบดวย การสกดั แรย เู รเนยี ม การเสรมิ สมรรถนะ และการประกอบแทงเชอื้ เพลงิ

252 บทที่ 12. โรงไฟฟานวิ เคลียรยเู รเนียมในธรรมชาติอยูในรปู ของสารประกอบยเู รเนยี มออกไซด (U3O8) แรยูเรเนยี มท่ีมีความเขมขนมากพอท่ีจะนำมาใชเปน เช้ือเพลิงไดมีจำนวนประมาณ 3.3 ลา นตนั กระจายอยูในหลายประเทศซึ่งเรยี งลำดับจากประเทศท่ีมีสดั สวนแหลง แรยูเรเนียมมากไปหานอยดังน้ี ออสเตรเลยี (27%) คาซคั สถาน(17%) แคนาดา (15%) อาฟริกาใต (11%) นามิเบยี (8%) บราซลิ (7%) รัสเซีย (5%) สหรฐั อเมริกา(4%) และอซุ เบกิสถาน (4%) แรยูเรเนยี มจะผา นกระบวนการละลาย (leaching) ดวยสารละลายกรดผลผลิตสดุ ทายท่ีไดเ ปน ตะกอนยูเรเนียมออกไซดซง่ึ มลี ักษณะเปน กอนสีเหลอื ง (yellow cake) โรงไฟฟานิวเคลียรข นาด 1000 MW ตองใชยเู รเนียมออกไซดประมาณ 200 ตันตอ ป U3O8 จะถกู แปลงสภาพเปน ยูเรเนยี มเฮกซาฟลูออไรด (UF6) ซง่ึ จะไดรับความรอนจนกลายเปนของเหลวและกา ซกอ นผา นกระบวนการเสริมสมรรถนะ เตาปฎิกรณนวิ เคลยี รท่ีเดนิ เคร่ืองอยูในปจจุบันนี้ใชยูเรเนยี มเสรมิ สมรรถนะที่มี U-235 ตง้ั แต 1% ถงึ 4% ในกระบวนการเสรมิ สมรรถนะ U-238 อาจจะถกู สกดั ออกไปถงึ 85% ผลผลิตท่ีไดจากกระบวนการนี้คือยูเรเนยี มเสรมิ สมรรถนะและยเู รเนยี มดอยสมรรถนะ (depleted uranium) ซ่ึงหมายถึงยเู รเนียมท่ีมีสดั สว น U-235 นอยกวา ท่ีมีในธรรมชาติ(0.7%) วิธีการเสริมสมรรถนะยูเรเนยี มที่สำคัญมีสองวิธีคือ วิธีแรงหนีศนู ยกลาง (gas centrifuge) และวธิ กี ารแพรข องกา ซ (gas diffusion)รูปที่ 12.7 แสดงหน่งึ ขั้นทำงานของเครื่องเสริมสมรรถนะดวยวิธีแรงหนีศูนยกลางซึ่งประกอบดว ยถงั ทรงกระบอกซง่ึ หมนุ ดว ยความเรว็ สงู UF6 จะไหลเขาถังทางดา นบน UF2386 ซ่ึงหนักกวา UF2356 จะ 92 92ถูกเหวีย่ งออกจากศนู ยกลางมากกวา ดงั นัน้ สดั สว นของ UF235 ใน UF6 ท่ีตำแหนง กลางถงั จะมากกวา 92 6สัดสวนของ UF235 ใน UF6 ที่ไหลเขา กาซท่ีสบู ออกจากกลางถังก็จะไดกาซ UF6 ที่ความเขมขนของ 92 6U-235 มากกวาสดั สวนของ U-235 ในกา ซท่ีไหลเขา เลก็ นอ ย UF6 จะไหลผา นถงั หลายใบที่ตอ อนกุ รมกนั หลายสบิ ข้นั เพอ่ื ใหไดกา ซ UF6 ที่มีสัดสวนของ U-235 ตามที่ตอ งการ เครื่องเสริมสมรรถนะดว ยวธิ ีแรงหนีศนู ยกลางใชพลังงานนอยกวา เครอ่ื งเสริมสมรรถนะดวยวิธีการแพรของกาซ และสามารถเพม่ิสัดสวนของ U-235 ในแตละขนั้ ทำงานมากกวา ดังน้นั จำนวนขัน้ ทำงานที่ตองใชเ สรมิ สมรรถนะยูเรเนยี มจึงนอ ยกวา เครือ่ งเสรมิ สมรรถนะดวยวธิ ีแรงหนีศูนยกลางไดรับความนิยม และใชงานในหลายประเทศเชน สหราชอาณาจกั ร รสั เซยี ญ่ปี นุ เปนตน อยางไรกต็ าม เครื่องเสรมิ สมรรถนะดวยวธิ ีแรงหนศี นู ยกลางมีอัตราการไหลของ UF6 ท่ีต่ำ ขน้ั ทำงานของเคร่อื งจึงตองตอ แบบขนานกนั เพอื่ เพ่มิ อัตราการไหล รูปท่ี 12.8 แสดงขัน้ ทำงาน (stage) หน่งึ ของเครอื่ งเสรมิ สมรรถนะดว ยวิธีการแพรของกาซ แผนเมมเบรน (membrane) แบง ขั้นทำงานเปน สองสว น สวนลางมีความดนั สูงกวาสว นบน UF6 ที่มีความดนั สูงจะไหลเขา ทางสว นลาง UF238 6 มีขนาดโมเลกุลใหญกวาและไหลชา กวา UF235 6 ดงั นั้นจึงมี 92 92UF235 ไหลผา นเมมเบรนมากกวา สัดสวนของ UF235 ใน UF6 ท่ีสวนบนจงึ มากกวา สดั สว นของ 92 6 UF6 92 6UF235 ใน ท่ีไหลเขา อยางไรกต็ าม มีการเปลยี่ นแปลงของสัดสวนของ UF235 ใน UF6 เพยี ง 92 6 92 6เลก็ นอยเทา นัน้ ในการไหลผา นหนึ่งขน้ั ทำงาน เครื่องเสริมสมรรถนะจะตองประกอบดวยหลายรอยขน้ัทำงาน ความเขม ขน ของ U-235 จงึ จะเพ่ิมขึ้นถึงระดับท่ีตองการ ขอ ดีของเครื่องเสริมสมรรถนะดวยวธิ ีการแพรของกา ซคือ อตั ราการไหลของ UF6 สูง แตขอเสยี ท่ีสำคัญคอื เครอื่ งใชพลงั งานมาก ในปจ จบุ นัมเี พียงสหรัฐอเมริกาและฝรัง่ เศสเทาน้ันทีใ่ ชเครือ่ งเสรมิ สมรรถนะดวยวิธีการแพรข องกาซหลงั จากการเสริมสมรรถนะกา ซ UF6 จะผานการควบแนน กลายเปนของเหลวและถกู ปลอยใหเยน็ลงจนกลายเปน ของแขง็ หลังจากนนั้ UF6 จะถูกนำมาแปลงสภาพเปน ผงยเู รเนยี มไดออกไซด (UO2)แลว จึงอดั เปน เม็ดทรงกระบอกท่ีมีขนาดเสน ผาศนู ยก ลางประมาณ 1 cm และยาวประมาณ 2 cm

12.10. การกำจัดกากนวิ เคลียร 253 รูปที่ 12.7: วธิ ีการเสริมสมรรถนะยเู รเนียมดว ยแรงหนีศูนยก ลาง รปู ท่ี 12.8: วิธีการเสริมสมรรถนะยเู รเนียมดวยการแพรของกา ซเรยี กวา เม็ดเชื้อเพลงิ (fuel pellet) เม็ดเชือ้ เพลิงท่ีไดแตงผิวใหเรยี บแลว จึงบรรจุลงในทอ โลหะผสมเซอรโคเนียมยาวตั้งแต 60 cm ถงึ 4 m ทอนเี้ รียกวา แทงเชื้อเพลงิ แทงเชือ้ เพลิงหลายแทง จะมดั รวมกันเปน ขนาดตาง ๆ ขึน้ กับความตอ งการของเตาปฏิกรณนิวเคลียร12.10 การกำจัดกากนิวเคลยี ร กากนวิ เคลียรหมายถึง ของเสยี จากการเดินเคร่ืองเตาปฏกิ รณนิวเคลยี ร กากนวิ เคลยี รมีสว นประ-กอบเปนไอโซโทปหลายไอโซโทปท่ีมีสามารถแผรังสีในระดับนอยไปถงึ มาก ไอโซโทปเหลา น้ีมีครงึ่ ชิวิตตัง้ แตไมกี่วนิ าทีไปจนถึงหลายรอยป กากนิวเคลียรเปน อนั ตรายตอส่งิ มีชีวิตและสงิ่ แวดลอ ม การกำจดักากนวิ เคลียรจงึ นบั เปนปญหาที่สำคัญปญ หาหน่งึ ของโรงไฟฟา นิวเคลยี ร กากนวิ เคลียรจากโรงไฟฟานวิ เคลียรแบง ตามระดบั ความแรงของรงั สีไดเปน (1) กากนวิ เคลยี รระดับตำ่ (low-level waste) ไดแกวัสดุปนเปอ นสารกมั มนั ตรงั สีเชน ชดุ ปฏบิ ตั ิงาน อปุ กรณ เคร่ืองมอื รวมทงั้ น้ำท่ีระบายทิง้ จากโรงไฟฟา(2) กากนิวเคลยี รระดับกลาง (intermediate-level waste) ไดแ กวัสดุและอปุ กรณในโรงไฟฟา ท่ีเลิกใชงานแลว (3) กากนวิ เคลยี รร ะดับสงู (high-level waste) ไดแกแทงเชอื้ เพลงิ ทีห่ มดอายุการใชง านแลว น้ำท้ิงจากโรงไฟฟา จะผสมกบั นำ้ สะอาดเพอ่ื ทำใหสารกัมมันตรังสีเจอื จางลงกอ นปลอ ยสูแหลงน้ำ

254 บทที่ 12. โรงไฟฟานวิ เคลียรสว นกากนิวเคลยี รระดับตำ่ และระดบั กลางท่ีเปนของเหลวและของแขง็ จะถูกนำมาผานกระบวนลดขนาดกากนิวเคลียรและลดความเขมขนของสารกัมมนั ตรังสีท่ีปนเปอ นในกากนิวเคลยี ร จากนนั้ จงึ นำไปบรรจุในถงั คอนกรตี แลว จึงนำไปฝง ลกึ จากพน้ื ดินประมาณ 5-10 เมตร ขึ้นกบั ระดับของกากนวิ เคลยี ร กากนิวเคลียรระดับสูงมีปรมิ าณนอ ยแตมีความสามารถในการแผรงั สีสงู มาก การกำจัดจงึ ยุงยากกวากากนวิ เคลียรระดับต่ำและระดบั กลาง กากนิวเคลียรระดบั สูงซ่ึงสว นใหญเปน แทง เชือ้ เพลิงที่หมดอายุการใชงานแลว จะถกู นำออกจากเตาปฎิกรณนวิ เคลียรมาเกบ็ ไวในบอน้ำเพอื่ ระบายความรอ นจากปฏิกริ ยิ าประวิงที่ยังคงดำเนนิ อยู หลงั จากนน้ั กากนิวเคลียรระดบั สูงจะถกู อบใหแหง แลวนำไปหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูงกับแกวบอโรซิลิเกต (borosilicate glass) กอนบรรจุลงถงั คอนกรตี และนำไปจัดเก็บในสถานท่ที ่ีเหมาะสม การเก็บกากนิวเคลยี รระดบั สูงที่มีปลอดภยั สงู คอื การฝง ลงในช้นั หนิ แข็งทม่ี ีความลกึ จากระดบั ผวิ ดนิ ลงไปมากกวา 500 เมตร แทงเชื้อเพลงิ ท่ีหมดอายุการใชงานแลว ประกอบดวย U-235 ประมาณ 1% U-238 ประมาณ 93%Pu-239 ประมาณ 0.5% และไอโซโทปอนื่ ๆ ประมาณ 5.5% วธิ ีกำจัดกากนิวเคลียรระดับสงู ที่เปน แทงเช้ือเพลงิ ท่ีหมดอายุการใชงานแลวอกี วิธีหน่ึงคือ การนำแทงเช้อื เพลิงไปผานกระบวนการแยก U-235,U-238 และ Pu-239 ออกมาเพ่อื นำมาผลติ เปน แทงเชือ้ เพลงิ ใหม ความเขม ขน ของ U-235 อาจต่ำเกนิไปแตก ช็ ดเชยดวย Pu-239 ซ่งึ เปนเชอ้ื เพลิงนวิ เคลียรไ ดเ หมือน U-235 อยางไรก็ตามอาจตอ งมกี ารเสรมิสมรรถนะยูเรเนียม การนำเช้ือเพลงิ กลบั มาใชใหมชว ยลดปริมาณกากนิวเคลียรท่ีตอ งกำจัดดวยการฝงไดมากจึงไดรับความนยิ มจากหลายประเทศเชน สหราชอาณาจกั ร ฝร่งั เศสและญป่ี นุ แตขอ เสยี ท่ีสำคัญของการนำเชือ้ เพลิงกลบั มาใชใหมคือ Pu-239 สามารถนำไปผลิตอาวธุ นวิ เคลยี รไดงา ยกวา U-235กระบวนการนี้จงึ เพิม่ ความเส่ียงท่ีจะมกี ารลกั ลอบขโมย Pu-239 จากโรงงานผลติ เช้ือเพลิงนิวเคลียร จากโรงไฟฟา นิวเคลยี ร หรอื ระหวา งการขนสง เช้อื เพลงิ จากโรงงานผลติ เชื้อเพลิงไปโรงไฟฟา บางประเทศเชนสหรัฐอเมริกา แคนาดาและสวเี ดนจึงไมนำเช้อื เพลงิ กลับมาใชใหมและกำจดั กากนิวเคลยี รระดบั สูงดวยวิธอี น่ื12.11 อนั ตรายของกัมมันตภาพรงั สีตอมนุษย กัมมันตภาพรังสีท่ีเขาสูรา งกายมนษุ ยจะทำใหโมเลกุลแตกตวั เปน ไอออน โมเลกุลสว นใหญในรา งกายเปน โมเลกุลนำ้ กัมมนั ตภาพรังสีท่ีมีพลังงานสูงพอจะทำใหน้ำแตกตัวเปนอนุมูลอสิ ระ H+ และOH− ซึง่ จะไปทำปฏิกริ ิยากับโมเลกลุ อ่นื ๆ ตอ ไป นอกจากนี้กมั มันตภาพรังสียงั อาจทำลายเซลลบางเซลลโดยตรง ผลกระทบของกัมมันตภาพรงั สีตอ สขุ ภาพอาจแบง เปน ผลกระทบตอสุขภาพ (somaticeffect) และผลกระทบตอกรรมพันธุ (genetic effect) ผลกระทบตอสุขภาพหมายถึง การที่อวัยวะในเกดิ ความเสียหายจากกมั มันตภาพรงั สี และโรคมะเรง็ ที่เกิดจากกมั มนั ตภาพรงั สี อวยั วะท่ีมีความเส่ยี งสงู ตอ โรคมะเรง็ ไดแก ตอ มไทรอยด ไขสนั หลงั และปอด ผลกระทบตอ กรรมพันธุหมายถึง ความผิดปกติกับพันธุกรรมท่ีถา ยทอดจากผูไดรบั กมั มันตภาพรังสีไปยงั ลูกหลานซงึ่ ทำใหลกู หลานมีความผดิ ปกติในรางกาย มนษุ ยไดรับกมั มนั ตภาพรงั สีตลอดเวลา แหลง กัมมันตภาพรังสีมาจากแหลงธรรมชาติเชน แสงอา-ทิตย รังสีคอสมกิ (cosmic ray) สารกมั มนั ตรังสีใตพน้ื ดนิ และกาซกมั มันตรงั สีในอากาศ เทา ที่ผานมา มนษุ ยมีววิ ฒั นาการในการปรบั ตวั ใหเขา กบั กัมมนั ตภาพรังสีมาจากแหลง ธรรมชาติ ดงั นั้นการไดรบั

12.11. อันตรายของกมั มนั ตภาพรงั สตี อ มนุษย 255กัมมนั ตภาพรงั สีเพยี งเลก็ นอ ยจงึ ไมสง ผลเสียตอสุขภาพ อยา งไรก็ตาม มนษุ ยอาจไดรบั กมั มนั ตภาพรังสีจากแหลงอ่นื เชน ผูปวยบางคนยงั ตอ งไดรับกัมมันตภาพรังสีจากการทำรงั สีบำบัด ผูปฏิบตั ิการอาจไดรับกัมมนั ตภาพรังสีจากการใชรังสีเอ็กซตรวจสอบความเสยี หายของวัสดุ และวิศวกรอาจไดรับกมั มนั ตภาพรังสีจากการปฏบิ ตั ิงานในโรงไฟฟานิวเคลียร ถา กัมมันตภาพรังสีจากแหลงอ่นื เหลานี้มีคานอ ยเม่ือเทยี บกบั กัมมนั ตภาพรงั สที ่มี นุษยไดรบั จากแหลงธรรมชาตกิ ็ไมนา จะสงผลเสียตอ สุขภาพมากนัก กัมมนั ตภาพรงั สีที่ทำอนั ตรายตอ มนุษยคอื กมั มันตภาพรังสีท่ีถูกดดู กลนื โดยเนอ้ื เยอ่ื ในรา งกาย ในการดดู กลืนแตละครง้ั จะมีพลงั งานถา ยเทจากรังสีสูเน้อื เยื่อซ่งึ จะสง ผลใหเนอื้ เยื่อถูกทำลาย ปริมาณรงั สี (radiation dose) ขน้ึ กับพลงั งานท่ีถา ยเทตอมวลของเนอ้ื เย่อื หนวยวัดปริมาณรงั สีในระบบ SI คอืเกรย (Gy) 1 Gy เทากบั พลังงานจากกมั มนั ตภาพรงั สี 1 J ท่ีดูดกลืนโดยเนอื้ เยอื่ 1 kg อยางไรกต็ ามกัมมันตภาพรังสีมีหลายชนดิ ซึ่งมีรนุ แรงตางกนั รังสีจากอนภุ าคท่ีมีมวลนอ ยหรือความเร็วต่ำมีความรุนแรงนอยกวารังสีจากอนภุ าคท่ีมีมวลมากหรือความเร็วสูง ดงั น้ันจงึ มีการกำหนดคาปริมาณรงั สีเทยี บเทา (equivalent radiation dose) ซ่ึงมีคาเทา กบั ผลคณู ระหวางแฟกเตอรคณุ ภาพ (quality factor)กับปริมาณรงั สี หนวยของปริมาณรังสีเทียบเทาคอื ซีเวริ ตส (Sv) ตารางท่ี 12.3 แสดงแฟกเตอรคุณภาพของกมั มันตภาพรงั สแี ละอนุภาคหลายชนดิตารางที่ 12.3: แฟกเตอรคณุ ภาพของกัมมันตภาพรงั สีและอนภุ าครังสแี ละอนภุ าค แฟกเตอรค ุณภาพรงั สเี อ็กซ, รังสแี กมมา , รังสีเบตา 1นิวตรอนชา 2นวิ ตรอนเร็ว 10โปรตรอน 10รงั สีอลั ฟา 20ไอออนหนกั อ่นื ๆ 20 ถึงแมว ารางกายมนษุ ยมีกลไกแกไขความเสยี หายที่เกิดจากกมั มันตภาพรงั สี แตการไดรับกมั มนั ต-ภาพรงั สีปริมาณนอยสะสมในรางกายเปนเวลานานก็จะสง ผลเสยี ตอ สุขภาพได ดงั นัน้ ในการประเมินผลกระทบตอสขุ ภาพ จงึ ตองพิจารณาปรมิ าณรงั สีเทยี บเทาที่รา งกายไดรบั สะสมในชวงเวลา 1 ปปรมิ าณรังสีเทียบเทาเปนอันตรายตอ เน้ือเยอื่ คือ 4 Sv ตอ ป แตปริมาณรงั สีเทยี บเทา ท่ีมนษุ ยไดรบั จากธรรมชาติขึน้ กับสถานที่และมีคาระหวา ง 2-6 mSv ตอปเทานน้ั ผูที่มีความเสีย่ งที่จะไดรบั กัมมันตภาพรังสใี นระดับทเี่ ปนอันตรายจึงเปน ผูทอ่ี ยใู กลโรงไฟฟา นิวเคลยี รเ ม่อื เกดิ อบุ ัติเหตุขน้ั รายแรงที่โรงไฟฟา ตวั อยาง คนงานในโรงไฟฟา นวิ เคลยี รแหงหน่ึงสดู อากาศที่มีทริเทยี มซึง่ แผรังสีเบตา รังสีถกู ดูดกลนื ในปอดทมี่ นี ้ำหนัก 1 kg ถาพลังงานของรงั สที ่ถี ูกดูดกลนื เทากับ 4 × 10−3 J จงคำนวณปริมาณรงั สีเทียบเทา วธิ ีทำ

256 บทที่ 12. โรงไฟฟานวิ เคลียร ปรมิ าณรงั สีเทา กับ 4 × 10−3 J/1 kg = 4 × 10−3 Gy แฟกเตอรค ณุ ภาพของรังสีเบตาคือ 1 ดังนัน้ปรมิ าณรงั สเี ทยี บเทา คอื 1 × 4 × 10−3 = 4 mSv12.12 ความปลอดภัยของโรงไฟฟานิวเคลียร ทบวงการพลงั งานปรมาณูระหวา งประเทศ (International Atomic Energy Agency) หรอื IAEAเปน หนว ยงานในสังกดั ของสหประชาชาติท่ีควบคุมโรงไฟฟานวิ เคลียรใหปฏิบตั ิตามกฎเกณฑดานความปลอดภัยอยางเครงครัด กฎเกณฑด ังกลา วเกีย่ วของกับสถานท่ีตัง้ การออกแบบ การกอสราง การทดสอบการเดนิ เคร่อื ง การตรวจสอบและการบำรุงรักษา บคุ ลากรท่ีทำหนา ที่เดินเครอ่ื งโรงไฟฟานิวเคลียรจะตองผา นการทดสอบตามมาตรฐานของ IAEA และตองผานทดสอบใหมท กุ 3 ป โรงไฟฟานิวเคลียรทุกโรงไดรับการออกแบบโดยคำนงึ ถงึ ความปลอดภัยจากรัว่ ไหลของกัมมนั ตรงั สีขณะเดนิ เครอ่ื ง มีการปอ งกันการรัว่ ไหลอยางนอ ยสามชน้ั คอื แทงเชื้อเพลงิ นวิ เคลยี รทกุ แทง ซง่ึ เปนแหลงผลติ สารกมั มันตรงั สีมีแผนโลหะหุมมิดชดิ แทงเชือ้ เพลิงหลายแทงท่ีอยูในแกนของเตามีเปลอื กเตาปฏกิ รณนวิ เคลยี รลอมรอบ และเตาปฏิกรณบรรจุอยูภายในโครงสรางคอนกรีตหนา ปริมาณสารกมั มันตรงั สีท่ีอยูในแทงเช้ือเพลิงจงึ ตองผานดานสามดานกอ นที่จะเล็ดลอดออกมาได ดวยเหตุน้ีการร่วัไหลจงึ เกดิ ขน้ึ นอ ยมาก นอกจากน้ีการออกแบบโรงไฟฟา นิวเคลยี รยงั คำนงึ ถงึ การปองกนั อุบตั ิเหตุรายแรงซ่งึ จะทำใหมีการปลอ ยสารกมั มตั รังสีปริมาณมากสูส่ิงแวดลอ ม ตวั อยางเชน เตาปฏกิ รณมีคณุ สมบัติในการลดฟช ชน่ั ถา อณุ หภมู ิของเตาสงู ขน้ึ การหยุดการทำงานของเตาโดยการหยอนแทง ควบคุมเขา ไปในเตาเปน ระบบอัตโนมตั ิ มีความเขา ใจผดิ วา อุบัตเิ หตุที่รา ยแรงท่ีสดุ ของโรงไฟฟา นิวเคลียรคอื การระเบดิ อยางรนุ แรงพอ ๆกับระเบดิ นวิ เคลียร ในความเปน จริงมีความแตกตา งอยางมากระหวา งเชื้อเพลงิ ของโรงไฟฟา นิวเคลียรกับเชื้อเพลงิ ของระเบิดนิวเคลียร ความเขมขน ของ U-235 ในระเบิดนวิ เคลียรตองมากกวา 95% ในขณะที่เช้อื เพลงิ ของโรงไฟฟานิวเคลยี รมีความเขมขนของ U-235 เพียง 2-3% อบุ ัตเิ หตุที่รา ยแรงทส่ี ุดของโรงไฟฟา นวิ เคลยี รคอื การหลอมเหลวของเตาปฏิกรณนิวเคลียร (reactor meltdown) ซ่ึงมีสาเหตุจากการขาดการหลอเย็นของเตาและความรอ นทเี่ กดิ ขน้ึ ในเตาทำใหอุณหภูมิของเตาสงู ถงึ จดุ หลอมเหลว ในกรณีท่ีการหลอมเหลวเกิดขึ้นอยางตอ เนื่องยาวนานและปราศจากการควบคุมอาจทำใหวัสดุท่ีหลอมเหลวทะลุฐานของเตาไปช้ันหนิ และชัน้ นำ้ บาดาล เมอ่ื วสั ดุหลอมเหลวไหลถงึ นำ้ ก็จะทำใหน้ำกลายเปนไออยา งรวดเร็วและทำใหเกดิ การระเบิดอยางรุนแรงซ่ึงจะทำใหสารกมั มนั ตรงั สีกระจายไปในวงกวางเตาปฏกิ รณนิวเคลียรสมยั ใหมไดรับการออกแบบใหเกือบไมมีโอกาสที่จะเกิดการหลอมเหลวของเตาปฏกิ รณไดเลยโดยมีการหลอ เย็นเตาปฏิกรณตลอดเวลาและมีระบบระบายความรอ นฉกุ เฉินหลายระบบถึงแมวาเตาปฏกิ รณจะหยุดทำงานแลว กต็ าม เทาทีผ่ า นมามีอุบตั เิ หตุรายแรงทีส่ ำคญั ท่ีเกดิ ข้ึนในโรงไฟฟานิวเคลียรสามครั้งคือ • เมอ่ื วันที่ 28 มีนาคม พ.ศ. 2522 เกิดอบุ ัตเิ หตุที่โรงไฟฟาทรีไมลไอสแลนด (Three Mile Is- land) ในมลรัฐเพนซิลวาเนีย ประเทศสหรฐั อเมรกิ า โรงไฟฟา แหง น้ีใชเตาปฏกิ รณแบบ PWR อุบัตเิ หตุเริ่มตน จากเหตุขดั ขอ งที่เคร่ืองกำเนิดไอนำ้ ซึ่งทำใหระบบควบคุมสงั่ หยดุ การทำงาน

12.12. ความปลอดภัยของโรงไฟฟา นิวเคลยี ร 257 ของเตาปฏิกรณและสง่ั ใหระบบหลอ เย็นสบู น้ำเขา เตาปฏิกรณเพื่อระบายความรอนท่ีเกดิ จาก กระบวนการประวงิ แตผูปฏิบตั ิการปด เครอ่ื งสบู น้ำหลอ เยน็ ใหเตาปฏกิ รณโดยรูเทาไมถึงการณ ผลก็คอื แทง เช้ือเพลงิ บางสว นหลอมละลายและมีกัมมันตภาพรังสีรั่วไหลจากเตาปฏิกรณ แต อาคารคอนกรตี ที่คลมุ เตาปฏิกรณปอ งกนั ไมใหกมั มนั ตภาพรงั สีรั่วไหลออกไปได จึงไมมีผูเสยี ชวี ิตหรอื ไดรับบาดเจ็บ อยางไรกต็ ามอบุ ัตเิ หตุครัง้ น้ีสน่ั คลอนความเชือ่ ม่ันของชาวอมเรกิ นั ท่ีมีตอ ระบบความปลอดภัยของโรงไฟฟา นิวเคลียร• เม่อื วันท่ี 26 เมษายน พ.ศ. 2529 เกิดอบุ ัตเิ หตุท่ีโรงไฟฟา เชอรโนบิล (Chernobyl) ในสหภาพ โซเวยี ตรัสเซีย (ปจจุบนั อยูใ นประเทศยเู ครน) โรงไฟฟา แหง น้ใี ชเตาปฏกิ รณแ บบ RBMK อบุ ัติเหตุ เกดิ จากความผดิ พลาดในการทดลองเดนิ เครอื่ งเตาปฏิกรณท่ีภาระต่ำ โดยผูปฏิบตั ิการสั่งให ระบบหลอเย็นหยุดทำงานและหยดุ การทำงานของระบบควบคมุ อตั โนมตั ิที่สอดแทงควบคมุ เขา เตาปฏกิ รณ ผลท่ีตามมาคอื ฟช ชั่นเกิดขึน้ อยางรวดเร็วและไมสามารถควบคมุ ได อุณหภมู ิท่ีเพมิ่ ขนึ้ อยา งรวดเรว็ ทำใหน้ำหลอ เยน็ ในเตาปฏกิ รณกลายเปน ไอน้ำความดันสงู และสงแรงระเบิดขึ้น ขา งบนซ่งึ ไมม ีอาคารคอนกรีตคลมุ กมั มนั ตภาพรงั สีปรมิ าณมากแพรกระจายออกสูภายนอกใน วงกวา ง ในเบื้องตน มผี เู สยี ชวี ติ 31 คนและบาดเจ็บ 203 คน นอกจากนย้ี ังมีผปู ว ยจากการสัมผัส สารกมั มันตรังสีจำนวนมากท่เี สยี ชีวติ จากโรคมะเรง็ ในภายหลัง• เมื่อวนั ที่ 11 มีนาคม พ.ศ. 2554 เกดิ แผนดินไหวขนาด 8.9 ริกเตอรสเกลนอกชายฝงภาค ตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศญีป่ นุ และมีคลนื่ สึนามิสูงกวา 10 เมตรถลม เมืองฟูกุชิมา (Fukushima) ซ่ึงเปนท่ีต้ังของโรงไฟฟาฟูกุชิมาไดอิชิ (Fukushima Daiichi) โรงไฟฟาแหง นี้ใช เตาปฏกิ รณแบบ BWR จำนวน 6 เตา ถึงแมว า เตาปฏิกรณทกุ เครอ่ื งสามารถหยดุ ทำงานไดทนั ที หลงั จากเกิดแผนดินไหว แตคลนื่ สึนามิซ่ึงสูงถงึ 14 เมตรทำใหนำ้ ทะเลทวมเคร่อื งสบู นำ้ และ ระบบหลอ เยน็ ของเตาปฏิกรณลมเหลว ความรอ นจากกระบวนการประวิงทำใหเกิดการระเบดิ ที่ เตาปฏกิ รณจำนวน 4 เตา ซ่ึงสง ผลใหมสี ารกัมมนั ตรงั สีร่ัวไหลออกจากโรงไฟฟา ในปรมิ าณมาก

258 บทท่ี 12. โรงไฟฟา นวิ เคลยี รคำถามทา ยบท1. ระบุขอ ไดเ ปรยี บของโรงไฟฟานวิ เคลยี รเ มอื่ เทยี บกบั โรงไฟฟาพลงั ความรอ น2. ธาตุทมี่ ีสัญลักษณ 23994Pu มโี ปรตอนกต่ี วั และนวิ ตรอนกต่ี วั3. นำ้ มวลหนกั มีน้ำหนกั โมเลกุลเทาไร4. ทำไมรงั สีเบตา จึงเปนอันตรายตอมนุษยมากกวา รงั สอี ัลฟา5. รงั สีใดมคี วามสามารถในการทะลทุ ะลวงตำ่ ทส่ี ุด6. 9308Sr เปนนวิ เคลียสท่ีไมมีเสถียรภาพและจะสลายตัวเปน Y90 พรอมกบั ปลอยอนภุ าคออกมา อนุภาคนน้ั คอื อะไร 397. นิวเคลยี สของธาตุหนึ่งมีจำนวนเร่ิมตน 360 นิวเคลยี ส ครึ่งชวี ิตของนิวเคลยี สน้ีเทา กบั 2 ชวั่ โมง อยากทราบวา จะเหลอื นิวเคลยี สของธาตนุ ีเ้ ทา ไรหลงั จากเวลาผา นไป 6 ชว่ั โมง8. ฟช ชน่ั แตกตา งกบั ฟว ชนั่ อยางไร9. กระบวนการประวงิ หมายถึงอะไร10. โมเดอเรเตอรทำหนา ทอี่ ะไรในเตาปฏกิ รณน วิ เคลียร11. สารท่ใี ชทำแทงควบคุมควรมีคุณสมบตั ิอยา งไร12. อธบิ ายการทำงานของระบบผลิตไฟฟา ทใี่ ชเ ตาปฏกิ รณแ บบนำ้ ความดนั สูง13. ทำไมเตาปฏิกรณแ บบนำ้ เดอื ดจงึ มีตน ทนุ ท่ตี ่ำกวาเตาปฏกิ รณแบบนำ้ ความดันสูง14. ทำไมเช้ือเพลิงของเตาปฏิกรณแบบน้ำหนกั ความดันสงู จงึ เปน ยเู รเนียมธรรมชาติแทนท่ีจะเปน ยเู รเนียมเสรมิ สมรรถนะ15. กา ซอะไรทใ่ี ชเปนสารหลอ เยน็ ในเตาปฏิกรณแบบหลอ เย็นดวยกาซ16. โมเดอเรเตอรของเตาปฏกิ รณแ บบ RBMK ทำดวยวัสดุใด17. ยูเรเนียมเสรมิ สมรรถนะมีไอโซโทปใดในปริมาณมากกวาท่พี บในธรรมชาติ18. ยูเรเนยี มออกไซด (U3O8) ทไ่ี ดจากกระบวนการถลุงแรย เู รเนยี มมีสีอะไร19. อธบิ ายวธิ ีการเสรมิ สมรรถนะยูเรเนียมดวยแรงหนศี นู ยก ลาง20. กระบวนการเสริมสมรรถนะแรยูเรเนยี มดว ยวิธีการแพรข องกา ซนยิ มใชในประเทศใด

12.12. ความปลอดภยั ของโรงไฟฟา นิวเคลียร 25921. หนวยงานใดของสหประชาชาตทิ ำหนาทีค่ วบคุมโรงไฟฟา นิวเคลยี รท ว่ั โลก22. ทำไมจงึ ไมมโี อกาสที่โรงไฟฟานิวเคลียรจะระเบดิ เหมอื นระเบิดนิวเคลียร23. เตาปฏิกรณของโรงไฟฟา ทรไี มลไ อสแลนดเปน แบบใด24. กำหนดใหม วลของโปรตอนคอื 1.007277 amu มวลของนิวตรอนคอื 1.008665 amu และมวล1ขอeงV168=O1.ค6ือ×1150.9−91499J1 amu จงหาพลงั งงานยดึ เหนีย่ วของ O16 (1 amu = kg, และ c = 3.0 × 108 m/s) 8 1.66 × 10−2725. นวิ เคลยี สของ U-235 ใหพ ลงั งาน 200 MeV ในขณะที่ถา นหิน 1 กโิ ลกรัมใหพลงั งาน 20000 kJ อยากทราบวา 1 g ของ U-235 ใหพลังงานเทียบเทากบั ถานหนิ ปรมิ าณเทา ไร (1 eV = 1.6 × 10−19 J และมี 6.022 × 1023 นวิ เคลยี สใน 1 mol ของ U-235)

260 บทที่ 12. โรงไฟฟา นวิ เคลยี ร

บทที่ 13มลภาวะที่เกิดจากโรงไฟฟา และการควบคมุ13.1 มลภาวะทเี่ กิดจากโรงไฟฟา โรงไฟฟามีลักษณะประการหนึง่ ทเี่ หมือนกบั โรงงานอตุ สาหกรรมท่วั ไปคอื ตองใชว ตั ถุดิบในกระบวนการผลติ วตั ถดุ บิ หลกั ของโรงไฟฟา ไดแก เชือ้ เพลงิ น้ำ และอากาศ วตั ถุดิบเหลานี้ไมไดถกู ใชจนหมดส้นิในกระบวนการผลิตไฟฟา แตมีบางสว นที่ถกู ปลอยทงิ้ เปน ของเสียสูสงิ่ แวดลอ ม ของเสียท่ีปลอยออกมามีสามสถานะคือ กา ซเสีย น้ำเสีย และขยะ ของเสยี เหลา น้ีอาจมีคณุ สมบัติทางกายภาพและเคมีท่ีสง ผลกระทบทางลบตอสิ่งแวดลอ มและสขุ ภาพได จึงไดมีการกำหนดมาตรฐานการปลอ ยของเสยี จากโรงไฟฟาเพ่อื ควบคมุ ไมใ หข องเสียจากโรงไฟฟา มผี ลกระทบตอ สง่ิ แวดลอ มและสุขภาพมากเกินไป13.1.1 กาซเสีย อากาศมีสวนประกอบหลกั คือ N2 ประมาณ 79% และ O2 ประมาณ 21% ถงึ แมวาจะมีกา ซอน่ืปะปนอยูดวยตามธรรมชาติก็มีปริมาณนอ ยเกนิ กวาท่ีจะสงผลเสยี ตอมนษุ ย สง่ิ ปะปนเหลาน้ีจงึ ไมนบัเปนมลภาวะทางอากาศ กา ซเสยี เกิดจากการท่ีมีกา ซอ่นื หรอื สารอ่นื ท่ีปะปนเพมิ่ เตมิ ในอากาศในปรมิ าณท่ีมากพอจนนับเปนมลภาวะทางอากาศ สาเหตุของการเกดิ กา ซเสยี ในโรงไฟฟาคอื การเผาไหมเชื้อเพลิงฟอสซลิ และเชื้อเพลิงชีวมวล สารปนเปอนที่สำคญั สามตวั ในกาซเสยี ไดแ ก ฝุน (particulate) ออกไซดของไนโตรเจน (NOx) และซลั เฟอรไดออกไซด (SO2) สารปนเปอ นเหลาน้ีเปน อันตรายตอมนุษยและสิง่แวดลอมตามรายละเอียดตอ ไปนี้ • ฝุนเกิดจากการเผาไหมเชือ้ เพลงิ ที่มีเถาเปน สว นประกอบ ขี้เถา ที่เหลือจากการเผาไหมบางสว นมี สภาพเปน ขี้เถาลอยปะปนไปกบั กาซเสยี ผลเสียของฝนุ คือ เปน อันตรายตอ ระบบทางเดินหายใจ โดยเฉพาะอยา งย่ิงฝุน ขนาดเล็กซงึ่ สามารถผา นเขา ไประบบทางเดนิ หายใจสวนในได นอกจากน้ี ฝนุ ยังเปนผลเสียตอสภาพแวดลอ มเนอ่ื งจากฝนุ ปริมาณมากบดบังทัศนวสิ ัย และอาจทำใหเกิด อุปสรรคในการคมนาคม • ออกไซดของไนโตรเจนหมายถงึ กาซไนตริกออกไซด (NO) และกา ซไนโตรเจนไดออกไซด (NO2) เกิดจากการเผาไหมเชือ้ เพลงิ ในอากาศทอี่ ุณหภูมสิ ูง NO เปน กา ซไมม สี ีและกล่ิน เมือ่ ทำปฏิกิริยา

262 บทที่ 13. มลภาวะท่ีเกดิ จากโรงไฟฟาและการควบคุม ทางเคมีกับออกซิเจนในอากาศจะเปล่ยี นเปน NO2 ซึง่ มีกลนิ่ ฉุนและเปนอันตรายตอ ระบบ ทางเดินหายใจโดยสามารถทำใหเกดิ โรคหลอดลมอักเสบและปอดบวมได นอกจากน้ี NOx ยงั ทำปฏิกิริยากับสารระเหยไฮโดรคารบอนกลายเปน โอโซนที่อยูระดบั พ้ืนดนิ ซง่ึ เปน อนั ตรายตอ สุขภาพ • ซัลเฟอรไดออกไซดเกิดจากการเผาไหมกำมะถันในเช้อื เพลิง กำมะถนั จะทำปฏิกริ ิยากบั ออกซ-ิ เจนในอากาศและกลายเปน SO2 เมอ่ื SO2 ทำปฏกิ ิริยากับนำ้ กลายเปน กรดกำมะถัน (sulfuric acid) ซึ่งมีฤทธ์ิกัดกรอ นสงู จงึ เปนอนั ตรายตอ ระบบทางเดินหายใจ นอกจากน้ีอากาศที่มี SO2 ยงั ทำใหฝ นกลายเปนฝนกรดซ่งึ เปนอันตรายตอระบบนเิ วศน เพอื่ ควบคมุ ผลกระทบจากการปลอ ยกา ซเสีย กระทรวงอุตสาหกรรมไดกำหนดมาตรฐานการปลอยกา ซเสียจากโรงไฟฟาท่ีใชเช้ือเพลงิ ฟอสซลิ และเชอื้ เพลิงชวี มวลดังแสดงในตารางท่ี 13.1ตารางที่ 13.1: กำหนดมาตรฐานการปลอ ยกา ซเสียจากโรงไฟฟาประเภทของโรงไฟฟา SO2 NOx ฝุน ละออง (ppm) (ppm) (mg/m3)1. โรงไฟฟาเกา ทใ่ี ชเช้อื เพลงิ ตอ ไปน้ี 700 400 3201.1 ถานหิน1.2 นำ้ มัน 950 200 2401.3 กาซธรรมชาติ 60 200 601.4 เชอ้ื เพลิงชวี มวล 60 200 3202. โรงไฟฟาใหมท่ใี ชเ ชอ้ื เพลงิ ตอไปนี้2.1 ถานหินท่มี ีกำลงั การผลิต(1) นอยกวา 300 MW 640 350 120(2) 300 - 500 MW 450 350 120(3) มากกวา 500 MW 320 350 1202.2 น้ำมนั ท่มี ีกำลงั การผลติ 640 180 120(1) นอ ยกวา 300 MW(2) 300 - 500 MW 450 180 120(3) มากกวา 500 MW 320 180 1202.3 กา ซธรรมชาติ 20 120 602.4 เชื้อเพลิงชวี มวล 60 200 120 ในกรณีทโี่ รงไฟฟาใชเ ชอื้ เพลงิ หลายชนิด มาตรฐานการปลอยกาซเสยี จะคำนวณจาก AW + BX + CY + DZโดยท่ี

13.1. มลภาวะท่เี กดิ จากโรงไฟฟา 263 A คือ มาตรฐานการปลอยกา ซเสียสำหรับโรงไฟฟา ทใ่ี ชถ า นหิน B คอื มาตรฐานการปลอยกาซเสียสำหรับโรงไฟฟาทใี่ ชน ำ้ มนั C คอื มาตรฐานการปลอยกาซเสียสำหรบั โรงไฟฟา ท่ีใชก าซธรรมชาติ D คอื มาตรฐานการปลอยกา ซเสยี สำหรบั โรงไฟฟา ท่ใี ชเ ช้ือเพลงิ ชวี มวล W คือ สดั สวนการใชถ า นหินในการผลิตไฟฟา X คือ สัดสวนการใชน ำ้ มนั ในการผลิตไฟฟา Y คอื สดั สว นการใชก าซธรรมชาติในการผลิตไฟฟา Z คอื สัดสว นการใชเ ชอ้ื เพลงิ ชีวมวลในการผลิตไฟฟา ถงึ แมว ามลภาวะทางอากาศจะมีทม่ี าจากหลายแหลง กำเนิดแตโรงไฟฟา เปนแหลง กำเนดิ มลภาวะทางอากาศท่ีมักมีกระแสตอ ตา นอยางมากเน่ืองจากโรงไฟฟาจำนวนมากมีขนาดใหญและการดำเนินงานของโรงไฟฟาในประเทศไทยบางโรงในอดีตมีประวัติท่ีไมดีนกั ดว ยเหตผุ ลน้ีทำใหมีกฏหมายส่งิ แวดลอมควบคมุ การทำงานของโรงไฟฟา ในปจจบุ ัน โรงไฟฟา จึงตองมีระบบควบคุมกาซเสียไมใหมีสารปนเปอ นสูงกวาเกณฑท่ีกำหนดน้ี และมีการตรวจวดั ความเขม ขนการของสารปนเปอ นในกาซเสยี กอ นปลอยสูสงิ่ แวดลอ ม วิศวกรรมโรงไฟฟา จะตองมีความรูและความเขาใจเก่ียวกบั มลภาวะทางอากาศจากโรงไฟฟา และการควบคมุ มลภาวะทางอากาศ ระบบควบคุมมลภาวะทางอากาศแบง เปน สามระบบไดแกระบบควบคุมออกไซดของไนโตรเจน ระบบควบคุมฝุนละออง และระบบควบคมุ ซลั เฟอรไดออกไซด รูปท่ี 13.1 แสดงตำแหนงการติดตง้ั ระบบเหลา นี้ รปู ที่ 13.1: ระบบกำจดั มลภาวะของโรงไฟฟาพลังความรอน13.1.2 นำ้ เสยี โรง ไฟฟา นอกจาก จะ ใช น้ำ เปน วตั ถุดิบ ใน กระบวนการ ผลิต ไฟฟา แลว ยัง ใช นำ้ ใน กระบวนการตา ง ๆ ท่ีจำเปนการการผลิตไฟฟา บางสวนของน้ำจะถกู ปลอยท้ิงในรูปของน้ำท่ีมีอณุ หภูมิสูงขน้ึ และมีสารเจอื ปนท่เี ปน ท้ังสารละลายและสารแขวนลอย กระบวนทท่ี ำใหเ กิดน้ำเสยี ไดแ ก

264 บทท่ี 13. มลภาวะทเี่ กดิ จากโรงไฟฟา และการควบคุม • กระบวนการหลอเยน็ โดยหอหลอเย็น (cooling tower) นำ้ ที่ใชในกระบวนการน้ีจะมีการระเหย ออกไปอยางตอ เนอ่ื ง ซงึ่ สง ผลใหความเขมขน ของเกลอื แรในนำ้ เพิม่ ขนึ้ เม่ือเกลอื แรมีความเขม ขน ถึงระดบั หน่ึงคราบตะกรนั จะกอตัวขึ้นในภายในหอหลอ เยน็ ซึ่งจะทำใหประสิทธภิ าพของ กระบวนการหลอ เย็นลดลง การถายนำ้ หลอ เย็นท้งิ และแทนที่ดวยน้ำใหมจึงเปน สิ่งจำเปน นำ้ หลอเยน็ ท่ีถกู ระบายทงิ้ จัดเปนนำ้ เสียเพราะอาจมสี ารละลายเกินเกณฑทกี่ ฎหมายกำหนด • กระบวนการลำเลียงขี้เถาออกจากเตาเผา ขี้เถา เปนสิง่ ตกคางจากการเผาไหมถา นหินและเชื้อ เพลงิ ชีวมวล โรงไฟฟา ท่ีผลติ ไฟฟา ดวยเชอ้ื เพลงิ แขง็ เหลานี้จะตองไดรบั การออกแบบใหมีกระ- บวนการลำเลียงข้ีเถา ออกจากเตาเผาเพ่อื ปองกนั การสะสมของข้ีเถา ซง่ึ จะเปนอปุ สรรคตอ การทำงานของเตาเผา วธิ ีลำเลียงข้ีเถา ท่ีนยิ มใชวิธีหนงึ่ คือ การใชนำ้ เปนตัวกลาง นำ้ ที่ใชเพอื่ วตั ถปุ ระสงคน้ีนอกจากจะมีขี้เถา เปน สารแขวนลอยแลว ยงั มีสภาพเปนดา งเพราะสารบางอยา ง ในขี้เถาสามารถละลายน้ำได ความเขมขน ของสารแขวนลอยและสภาพความเปน ดา งที่เกนิ เกณฑท ี่กฎหมายทำใหน ำ้ ในกระบวนการน้ีจัดเปนน้ำเสีย • กระบวนการกำจัดกา ซซลั เฟอรไดออกไซด นำ้ ท่ีใชในกระบวนการบางสว นสามารถนำไปใชใหม ได แตมีบางสว นที่ตอ งถกู ระบายท้งิ ซ่ึงเปน นำ้ ท่ีมีท้ังสารแขวนลอยและสารละลาย นอกจากน้ี อาจมีโลหะหนกั ปะปนในน้ำข้ึนอยูก ับเชอ้ื เพลงิ ท่ใี ชใ นการเผาไหม • กระบวนการทำความสะอาดอปุ กรณแลกเปลย่ี นความรอ น การชะลางทำความสะอาดอปุ กรณ เหลาน้ีเปน ขั้นตอนหนึ่งของการบำรงุ รักษาโรงไฟฟา การทำความสะอาดตอ งใชสารเคมี ดังนัน้ นำ้ ท่ีผา นกระบวนการนี้จงึ มีทง้ั สารเคมีเหลาน้ีละลายปะปนอยู นากจากน้ียงั มีสารแขวนลอย ปะปนในนำ้ ซึง่ มาจากคราบตะกรันบนผวิ ของอุปกรณแลกเปลีย่ นความรอนที่ถกู ชะลา งดว ยสาร เคมี น้ำเปน ปจ จยั ท่ีสำคัญของโรงไฟฟา ดังน้นั โรงไฟฟาจึงพยายามท่ีจะบำบัดนำ้ เสยี เพอ่ื นำกลบั มาใชใหม น้ำเสียจึงมกั ถูกกกั ไวในบอบำบัดนำ้ เสียแทนที่จะท้ิงไป อยา งไรก็ตาม ในกรณีท่ีโรงไฟฟา ตองการนำ้เสียสแู หลงน้ำธรรมชาติ นำ้ เสียจะตองมคี ุณสมบตั ิตามเกณฑทกี่ ำหนดโดยกระทรวงอุตสาหกรรม ดังนี้ 1. คา ความเปนกรดดาง (pH) ไมตำ่ กวา 5 และไมม ากกวา 9 2. อณุ หภูมไิ มเกนิ 40◦C 3. สารละลายไมเ กนิ 3000 mg/L 4. สารแขวนลอยไมเ กนิ 50 mg/L 5. คา BOD ไมเกนิ 20 mg/L 6. คา COD ไมเ กนิ 120 mg/L 7. ความเขมขนของโลหะหนักและสารเคมีอยูในเกณฑท ีก่ ำหนด

13.2. การควบคุมออกไซดข องไนโตรเจน 26513.1.3 ขยะ ขยะคือ สิง่ ตกคา งในสภาพของแขง็ ที่เกิดจากกระบวนการผลิตไฟฟา ขยะในโรงไฟฟาสวนใหญเปนขี้เถา มีเพยี งสวนนอ ยทม่ี าจากกระบวนการกำจัดกาซซัลเฟอรไดออกไซด มาตรฐานการกำจดั ขยะในประเทศไทยมีวตั ถุประสงคเพ่ือควบคมุ การท้งิ ขยะท่ีเปนพษิ และขยะติดเชื้อ ดงั นน้ั ขยะจากโรงไฟฟา จึงไมเขาขา ยดังกลาว และปจ จัยสำคญั ที่ใชในการเลือกวธิ ีกำจดั ขยะจงึ เปนปจ จัยทางเศรษฐศาสตร ขยะที่สามารถนำไปใชประโยชนไดจ ะมผี ูมาตดิ ตอ รบั ซ้ือและขนถา ยออกจากโรงไฟฟา สว นขยะท่ไี มส ามารถนำไปใชประโยชนไ ดจ ะตองผานกระบวนการกำจัดขยะภายในโรงไฟฟา วธิ ีกำจดั ขยะข้นึ กับสภาพของขยะซ่ึงอาจเปนขยะแหง หรือขยะเปย ก การกำจัดขยะแหงคอ นขางงาย วธิ ีที่นยิ มใชคอื การฝงกลบ วิธีกำจดั ขยะเปยกจะมีความซบั ซอนขนึ้ ขยะเปยกตอ งผา นกระบวนการแยกน้ำออกจากขยะ นำ้ ท่ีไดจะนำกลบั ไปใชในกระบวนการผลิตไฟฟา ถงึ แมว า ขยะเปย กท่ีผานกระบวนการนี้จะมีสัดสวนของน้ำนอ ยมาก แตการนำขยะไปฝง กลบอาจกอ ใหเกดิ ปญหาการร่วั ซึมของน้ำท่ีมีสารปนเปอ นสูแหลง นำ้ ธรรมชาติได ดังนัน้ จงึ ตองมีกระบวนการเพิม่ เสถยี รภาพ (stabilization) ใหขยะโดยการผสมขยะเปยกกบั ดนิ ทรายหรอื ขี้เถา ผลลัพธที่ไดจะเปน ขยะท่ีมีสดั สวนของแขง็ มากพอที่จะทำใหขยะมสี ภาพเปน ของแขง็ และสามารนำไปฝง กลบไดต อ ไป13.2 การควบคุมออกไซดของไนโตรเจน NOx เกดิ จากการเผาไหมที่อุณหภมู ิสูงกับอากาศปริมาณมาก การควบคมุ NOx จงึ อาจกระทำไดโดยการควบคุมการเผาไหม (combustion control) ซึ่งจะลดปรมิ าณการเกดิ NOx หรอื การควบคมุNOx ในกาซเสยี หลงั จากการเผาไหม (post-combustion control) ซึ่งหมายถงึ การกำจดั NOx ที่เกดิข้ึนแลวในกา ซเสยี การกำจดั NOx ออกจากกาซเสียตองใชปฏิกริ ิยาเคมีระหวางแอมโมเนยี (NH3) กบัNOx ซ่ึงจะเปลี่ยน NOx เปนกา ซไนโตรเจน ระบบกำจดั NOx หลังการเผาไหมแบง สองแบบคือ ระบบกำจดั NOx ทใี่ ชสารเรงปฏิกริ ิยาหรือ SCR (selective catalytic reduction) และ ระบบกำจัด NOx ที่ไมใ ชสารเรง ปฏิกริ ิยาหรอื SCNR (selective non-catalytic reduction)13.2.1 การควบคุมการเผาไหม NOx เกดิ จากปฏกิ ิริยาเคมีระหวางไนโตรเจนกับออกซเิ จนที่อณุ หภูมิสูง ดังนัน้ หลักการควบคมุปรมิ าณการเกดิ NOx คือ การลดอณุ หภมู ิในการเผาไหม ปริมาณไนโตรเจนหรอื ออกซิเจน การลดไนโตรเจนกระทำไดยากเนื่องจากไนโตรเจนเปนสว นประกอบหลกั ของอากาศ และการเผาไหมโดยใชออกซเิ จนบรสิ ุทธ์ิมีคาใชจา ยสูงเกินไป นอกจากน้ีเชือ้ เพลงิ บางชนดิ มีไนโตรเจนเปนองคประกอบซ่ึงเปนส่ิงที่อยูเหนอื การควบคมุ วิธีลดอุณหภมู ิการเผาไหมวธิ ีหนงึ่ คอื การนำกาซเสียท่ีถายเทความรอนใหแกเครอ่ื งกำเนิดไอนำ้ จนมีอุณหภมู ิต่ำลงกลบั เขาเตาเผาใหม (flue gas recirculation) กาซเสยี จะชวยลดอณุ หภมู ิในเตาเผาได อยางไรก็ตาม วิธีน้ีสามารถลดปริมาณ NOx ไดเพียงเลก็ นอ ยเทานั้น การลดออกซิเจนคือการลดปริมาณอากาศในการเผาไหมซึง่ อาจนำไปสูการเผาไหมที่ไมสมบูรณอยางไรก็ตามขอ มลู จากผลงานวจิ ยั แสดงใหเหน็ วา การใหอากาศอยา งไมเทา กันทว่ั เตาเผาสามารถลดการเกดิ NOx ไดเมอื่ เทียบกบั การใหอากาศเทา ๆ กนั ทวั่ เตาเผาแมว า ปรมิ าณอากาศสวนเกนิ ในสอง

266 บทที่ 13. มลภาวะทเ่ี กดิ จากโรงไฟฟาและการควบคุมกรณีจะเทา กัน การลดปรมิ าณอากาศในบริเวณเปลวไฟแตเพิม่ อากาศในบรเิ วณที่หางออกไปลดการเกดิNOx และหลกั การนี้นำไปสูการออกแบบและสรา งหัวเผา NOx ตำ่ (low NOx burner) ซ่งึ เปน หัวเผาแบบพเิ ศษท่ีพนเชอื้ เพลงิ ออกมาพรอมกับอากาศในปริมาณนอ ยแตก็พนอากาศออกมาเพม่ิ ในทิศทางอ่นื รอบหัวฉีด การใชหลักการนี้กบั หัวเผาปกติสามารถกระทำไดโดยตดิ ตั้งชองเปา อากาศเพม่ิ เตมิ การเผาไหมแบง เปนสองชวง ชว งแรกมีอากาศปรมิ าณนอ ยกวาปริมาณอากาศเชิงทฤษฎี ชว งที่สองมีการใหอากาศสวนเกนิ วธิ ีนี้เรยี กวา การใหอากาศเปน ขน้ั (air staging) นอกจากน้ีการใหเช้ือเพลิงเปนข้นั (fuelstaging) ก็เขา ขายการลด NOx ดว ยหลกั การนี้ เตาเผาถูกแบง เปน สามสว น สว นลางสดุ เปนสวนที่มีการเผาไหมหลักโดยมีอากาศสวนเกินเพยี งเล็กนอย สว นท่ีสองเปน สว นท่ีมีการเผาไหมซ้ำโดยใชปรมิ าณอากาศนอยกวาปรมิ าณอากาศเชงิ ทฤษฎี สว นท่ีสามดา นบนสดุ การเผาไหมโดยใชอากาศมากพอที่จะใหการเผาไหมสมบรู ณกอ นกา ซเสียจะออกจากเตาเผา รปู ท่ี 13.2 เปรยี บเทยี บการใหอากาศเปนขนั้ กบัการใหเ ช้ือเพลงิ เปนข้ัน รปู ที่ 13.2: การควบคมุ NOx โดยการใหอ ากาศเปนข้ันและการใหเชื้อเพลิงเปนข้ัน13.2.2 ระบบกำจัด NOx แบบ SCR ในระบบน้ีแอมโมเนยี (NH3) จะถกู ทำใหระเหยเปนไอแลว จงึ พน เขา ไปผสมกบั กา ซเสียและไหลผานสารเรง ปฏกิ ิริยา (catalyst) ดงั แสดงในรปู ที่ 13.3 ปฏิกริ ิยาเคมรี ะหวาง NH3 กับ NOx เปน ดงั น้ี 4NO + 4NH3 + O2 −→ 4N2 + 6H2O 2NO2 + 4NH3 + 2O2 −→ 3N2 + 6H2Oทงั้ สองปฏกิ ริ ยิ าเปนปฏิกริ ิยาท่ีใหความรอ นออกมา (exothermic) และเกดิ ขน้ึ ชา ที่อุณหภูมิตำ่ สารเรงปฏกิ ริ ิยาจะทำใหปฏิกริ ิยาทง้ั สองเกดิ เรว็ ขึน้ โดยไมตองใชอุณหภูมิที่สูงมากนัก (160 – 350◦C) ความสามารถในการลด NOx ของ SCR มากถึง 95% แอมโมเนยี ท่ีใชใน SCR อาจเปนแอมโมเนยี บริสุทธ์ิหรือแอมโมเนยี ผสมน้ำ แอมโมเนยี บรสิ ทุ ธ์ิตองเก็บในถงั อดั ความดนั แอมโมเนยี เปน สารมีพิษ จงึ ตองมีระบบควบคุมการร่ัวไหลของแอมโมเนีย การ

13.2. การควบคมุ ออกไซดของไนโตรเจน 267รปู ที่ 13.3: การลด NOx ทีใ่ ชสารเรงปฏิกิรยิ าหรือ SCRเกบ็ แอมโมเนยี ผสมน้ำกระทำไดงายกวาแตถังเกบ็ แอมโมเนยี ผสมนำ้ จะตอ งมีขนาดใหญกวา ถังเกบ็แอมโมเนยี บรสิ ทุ ธ์ิ 3 – 4 เทาและการขนสงแอมโมเนยี ผสมน้ำมีคาใชจายสูงกวา แอมโมเนยี บรสิ ุทธ์ิดังนนั้ SCR สว นใหญจ ึงใชแอมโมเนียบริสทุ ธ์ิ แอมโมเนยี ท่ีใชใน SCR ตองมีปริมาณพอเหมาะ ถานอยเกนิ ไปการลด NOx จะต่ำกวา ที่ควรจะเปนถามากเกนิ ไปจะเกิดการร่ัวของแอมโมเนีย (ammonia slip) ซ่งึ ทำใหกา ซเสยี มีแอมโมเนียเปนสวนผสมและเปนอันตรายตอสุขภาพ การรัว่ ของแอมโมเนยี จะกอใหเกิดปญหามากข้ึนในกรณีท่ีเชอ้ื เพลงิ ท่ีใชในโรงไฟฟามีกำมะถนั และกา ซเสยี มี SO2 ตัวเรงปฏกิ ริ ิยาจะทำให SO2 กลายเปน SO3 ซ่งึ จะทำปฏิกิริยากบั แอมโมเนยี ดังน้ี SO + 1 O2 −→ SO3 2 NH3 + SO3 + H2O −→ NH4HSO22NH3 + 2SO3 + H2O + 1 O2 −→ 2NH4SO4 2แอมโมเนียมไบซลั เฟต (ammonium bisulfate, NH4HSO2) และ แอมโมเนียมซัลเฟต (ammoniumsulfate, NH4SO4) ที่ไดจากปฏกิ ิริยาขางตน มีสถานะเปน ของแขง็ ขนาดเล็กโดยมีขนาดประมาณ 1 – 3ไมครอน ดงั นัน้ กา ซเสยี ที่ผา น SCR จะมีอนภุ าคฝนุ เพ่ิมขึน้ ดว ยสาเหตุนี้การรั่วของแอมโมเนียจงึ ไมควรเกิน 5 ppm สารเรงปฏกิ ิรยิ าใน SCR ทำจากไททาเนียมไดออกไซด (titanium dioxide, TiO2) ซง่ึ ทำหนาท่ีเปนโครงสรา งและวาเนเดียมเพนทอกไซด (vanadium pentoxide, V2O5) หรือ ทังสเตนออกไซด (tung-sten oxide, WO3) ซึง่ ทำหนาที่เรง ปฏกิ ิริยา สารเรง ปฏิกริ ยิ ามีลกั ษณะเปนถาดสเ่ี หลย่ี มเจาะรูจำนวนมากเพื่อใหก า ซเสยี ไหลผานได ขนาดของรขู น้ึ กับปรมิ าณฝุน ละอองในกาซเสยี ถา SCR ตดิ ตงั้ กอ นเคร่ืองกำจดั ฝุนในรปู ท่ี 13.1 รูจะมีขนาด 6 – 7.5 mm ถา SCR ติดต้ังหลงั เคร่ืองกำจัดฝุนและโรงไฟฟา ใชถานหนิ เปน เชื้อเพลงิ รูจะมีขนาด 3.3 – 5 mm และถา โรงไฟฟาใชนำ้ มันเตาหรอื กาซธรรมชาติเปนเชื้อเพลงิ รูจะมีขนาด 2 – 3 mm แตล ะถาด สารเรง ปฏกิ ริ ิยามีอายุใชงานจำกัด การเปลย่ี นสารเรง ปฏกิ ิรยิ าจะเกิดขนึ้ หลงั จากใชงานไป 2 – 4 ปและความเขม ขน ของ NOx ในกาซเสยี เกนิ คา ที่กฎหมายกำหนดคา ใชจายของสารเรง ปฏกิ ริ ยิ าสูงถงึ 20 – 30% ของคา ใชจายในระบบกำจัด NOx แบบ SCR ดังนน้ั จงึ

268 บทที่ 13. มลภาวะทเี่ กิดจากโรงไฟฟา และการควบคุมตอ งมีระบบจัดการสารเรงปฏิกริ ยิ าที่ดี สารเรงปฏิกิรยิ าหลายถาดจะติดตง้ั ใน SCR และการเปล่ยี นสารเรงปฏกิ ริ ยิ าจะกระทำทีละถาดเพ่ือใหสามารถใชงานสารเรง ปฏิกริ ยิ าแตละถาดไดเตม็ ที่และควบคุมคาใชจา ยของสารเรงปฏกิ ริ ิยา13.2.3 ระบบกำจดั NOx แบบ SNCR SNCR ใชแอมโมเนยี หรอื ยูเรยี (urea, CO(NH2)2) ทำปฏิกิรยิ ากับ NO ยูเรียมีอันตรายนอยกวาแอมโมเนยี จึงไดร บั ความนิยมมากกวา ปฏกิ ิริยาเคมที เ่ี กิดขึ้นเปนดังน้ี 4NO + 4NH3 + O2 −→ 4N2 + 6H2O 4NO + 2CO(NH2)2 + O2 −→ 4N2 + 2CO2 + 4H2Oอณุ หภูมิของปฏิกิริยาอยูระหวาง 900 – 1050◦C และเวลาทำปฏิกริ ยิ าตองนานพอเพื่อทดแทนการใชสารเรงปฏกิ ริ ยิ า เปนที่นา สังเกตวา SNCR ไมไดกำจดั NO2 แตเนือ่ งจาก NOx ที่ออกจากโรงไฟฟา อาจประกอบดวย NO ถงึ 95% โดยมี NO2 เพียง 5% ประสทิ ธิภาพของ SNCR ในการกำจัด NOx จงึ อาจสงู ถงึ 70 – 80% ซง่ึ ก็ยงั ต่ำกวา SCR อยา งไรก็ตามการที่ไมม ีสารเรงปฏกิ ิรยิ าทำใหคา ใชจายของ SNCRถกู กวา SCR นอกจากนีค้ วามดันสญู เสียใน SNCR ก็นอ ยกวา SCR นอกเหนอื จากปฏกิ ิรยิ าขา งตน แอมโมเนยี ยงั ทำปฏกิ ิรยิ ากบั อากาศดังนี้ 4NH3 + 5O2 −→ 4NO + 6H2O 4NH3 + 3O2 −→ 2N2 + 6H2O 2NH3 + 2O2 −→ N2O + 3H2Oซ่ึงจะสง ผลให NO เพ่มิ ขึ้น อยางไรกต็ ามไนตรัสออกไซด (nitrous oxide, N2O) ไมใชก าซทีเ่ ปน อนั ตรายตอ สขุ ภาพถึงแมว า กาซน้ีจะทำใหเกิดสภาวะโลกรอ น แตการเกิด N2O ก็ทำใหแอมโมเนียสญู เสยี ไปโดยเปลา ประโยชน ระบบกำจัด NOx แบบ SNCR จะตดิ ต้งั ตรงทางออกจากเตาเผาในเครอ่ื งกำเนิดไอนำ้ แอมโมเนียหรอื ยูเรยี จะถูกพนเขา ไปผสมกบั กาซเสียดว ยหัวฉีดท่ีติดตงั้ ภายในเครอื่ งกำเนดิ ไอนำ้ หรอื หัวฉดี ท่ีย่ืนเขาไปเครือ่ งกำเนิดไอน้ำและหดกบั ได ตำแหนง การพน แอมโมเนียหรอื ยูเรยี เปน ตำแหนงที่กาซเสียมีอุณหภมู ิในชว งท่ีเหมาะสม ถา อุณหภมู ิตำ่ เกินไป ปฏกิ ิริยาจะเกดิ ข้ึนชาลงและการรัว่ ของแอมโมเนียจะเกิดข้นึ แตถาอณุ หภูมิสงู เกินไปยูเรยี จะสลายตัวกลายเปนแอมโมเนยี ซึ่งจะทำปฏกิ ริ ยิ ากบั ออกซิเจนกลายเปน NOx เนือ่ งจาก SNCR ไมม ีสารเรงปฏกิ ริ ยิ า การลด NOx อยางมีประสิทธผิ ลจงึ ตองอาศยั การควบคมุปจ จัย ตาง ๆ นอกเหนือจากอุณหภูมิ เชน การผสมกันอยางทวั่ ถงึ ระหวางแอมโมเนียหรือยเู รียกับกา ซเสียชวงเวลาการทำปฏิกิริยา ปรมิ าณของแอมโมเนียหรือยเู รีย และปรมิ าณอากาศ ปจ จยั เหลาน้ีเปลย่ี นแปลงตามตำแหนงและเวลา การใชพลศาสตรเ ชิงคำนวณ (computational fluid dynamics) ในการกำหนดตำแหนงท่ีเหมาะสมสำหรบั การพน แอมโมเนยี หรือยูเรียจึงมีความจำเปน เพอ่ื ให SNCR มีประสิทธภิ าพสูงสุด

13.3. การควบคุมฝนุ ละออง 26913.3 การควบคุมฝนุ ละออง การเผาไหมที่ไมสมบรู ณอาจทำใหมีคารบอนเหลือจากการเผาไหมและลอยออกไปพรอมกับกาซเสยี ในรปู ของเขมา และควนั นอกจากน้ีระบบการเผาไหมที่ใชถานหินหรอื น้ำมนั เตาคุณภาพไมดีจะไดข้ีเถา เปนผลผลิต บางสวนของขี้เถาจะตกลงสูกนเตาเผากลายเปน ข้ีเถา จม (bottom ash) บางสว นจะถกูดกั ในเคร่ืองประหยดั เช้อื เพลิง สวนที่เหลือจะเปนข้ีเถาลอย (fly ash) ปะปนไปกับกาซเสียที่จะไหลเขา สูปลอ ง สัดสวนของขี้เถาเหลานี้ข้นึ กบั ระบบการเผาไหมด งั แสดงในตารางที่ 13.2ตารางที่ 13.2: สดั สวนขีเ้ ถาจากการเผาไหมในระบบตาง ๆระบบการเผาไหม ขเี้ ถา จม ข้เี ถา ถกู ดกั เครือ่ งประหยัดเชื้อเพลงิ ข้ีเถาลอยระบบเครอื่ งปอนเชิงกล (%) (%) (%)ระบบถานหนิ ผง 60-80 0-5 20-40ระบบฐานไหล 10-30 0-10 70-90 5-90 0-5 10-95 อนุภาคฝุน มีหลายขนาด อนภุ าคฝุนท่ีมีขนาดใหญสามารถแยกออกจากกา ซไดโดยงายดวยอุปกรณแยกฝุนแบบไซโคลน (cyclone separator) ซงึ่ อาศัยความเฉอ่ื ยท่ีแตกตา งกนั ของฝนุ และกา ซที่กำลังเคล่อื นที่พรอมกนั อยา งไรกต็ ามความแตกตางทางกายภาพระหวางฝนุ กบั กา ซจะลดลงเมอื่ อนุภาคฝุนมีขนาดเล็กลง ดวยเหตุนี้อุปกรณแยกฝนุ แบบไซโคลนจงึ ไมสามารถแยกฝุนท่ีมีขนาดเล็กมากออกจากกา ซได และอปุ กรณนี้จงึ ไมสามารถทำใหปริมาณฝุนในกาซเสยี ลดลงจนถึงเกณฑท่ีกฎหมายกำหนดโรงไฟฟา จึงตอ งใชอุปกรณแยกฝนุ ที่ทำงานดว ยหลักการอน่ื ซึ่งไดแ ก อปุ กรณแยกฝนุ ดวยไฟฟาสถติ(electrostatic precipitator) และอุปกรณแ ยกฝุน ดว ยถุงกรอง (fabric filter)13.3.1 อปุ กรณแยกฝนุ ดวยไฟฟา สถติ อุปกรณแยกฝนุ แบบนี้ประกอบดวยเสน ลวดอิเล็กโทรดเปลงแสง (emitting electrode) และแผนสะสมฝนุ ทต่ี อ กับสายดิน (grounded collecting plate) เสน ลวดอิเล็กโทรดเปลง หลายเสน วางระหวางแผน สะสมฝนุ เสน ลวดไดรับศกั ยไฟฟาข้วั ลบขนาด 30 ถึง 80 kV จากแหลงกระแสไฟฟา ตรงซึ่งมากพอทจี่ ะทำใหเสนลวดเปลงแสงสวา งสนี ำ้ เงิน รปู ที่ 13.4 แสดงการทำงานของเครื่องนี้ สนามไฟฟา รอบ ๆเสน ลวดจะทำใหโมเลกลุ กา ซเสียท่ีไหลระหวางแผน สะสมแตกตัวเปน ไอออนบวกและอิเล็กตรอน ไอออนบวกจะวง่ิ เขาหาอิเลก็ โทรดเปลงในขณะท่ีอเิ ล็กตรอนจะวิ่งเขาหาแผน สะสม อเิ ลก็ ตรอนจะถูกดักจับโดยโมเลกลุ ของกาซเสยี ทำใหโมเลกุลมีประจุลบ ซ่ึงโมเลกลุ เหลา นี้จะชนและถายประจุลบใหอนภุ าคฝุนสนามไฟฟา จะทำใหเกดิ แรงดูดฝนุ สแู ผน สะสมฝุนในที่สดุ อปุ กรณแยกฝุน ดว ยไฟฟาสถติ ประกอบแผน สะสมฝุน หลายแผนวางขนานกนั ตรงก่ึงกลางระหวางแผนสะสมฝุนสองแผนมีเสนลวดอิเล็กโทรดหลายเสนเรียงแถว จำนวนแผนสะสมฝุน จำนวนเสน ลวด

270 บทท่ี 13. มลภาวะท่เี กดิ จากโรงไฟฟาและการควบคุม รูปท่ี 13.4: การทำงานของเครื่องดักฝุน ดวยไฟฟา สถิตอิเล็กโทรด และระยะหา งระหวา งแผนสะสมฝนุ กับเสนลวดอิเลก็ โทรด ไดรบั การออกแบบใหอปุ กรณแยกฝุนดว ยไฟฟาสถติ มีสมรรถนะสงู สุด กาซเสยี ท่ีมีฝุนจะไหลเขา อปุ กรณขนานกบั แผน สะสมฝุน ฝนุ ที่ถูกแยกจะไปตดิ อยูก ับแผนสะสมฝุนและสญู เสียประจุบางสว นแกแ ผนสะสมฝนุ แตก็ยังมปี ระจหุ ลงเหลือและมีแรงยึดฝนุ กบั แผน สะสมฝุน อยา งไรก็ตามสมรรถนะของอปุ กรณแยกฝุนจะลดลงถามีฝนุ เกาะแผนสะสมมากเกนิ ไป ดังน้ันจงึ ตอ งใชการสัน่ ของแผนสะสมฝุนทำใหฝุนตกสูถังพกั ขี้เถา (ash hopper) เพอ่ืรอการกำจดั ในขนั้ ตอนตอ ไป รูปท่ี 13.5 แสดงรปู ดา นบนและดานขางของอปุ กรณแยกฝุนดวยไฟฟาสถิต รปู ท่ี 13.5: ภาพดานบนและดา นขางของเครือ่ งดกั ฝุนดวยไฟฟา สถติ สมรรถนะของอุปกรณแยกฝุนดว ยไฟฟาสถติ ข้นึ กับลักษณะของขี้เถา สภาพตานทานไฟฟา (elec-

13.3. การควบคมุ ฝุน ละออง 271trical resistivity) ของอนุภาคข้ีเถาของเชอื้ เพลงิ แตละชนดิ อาจไมเทา กนั โดยมีคา ตง้ั แต 1 × 108 ถึง1 × 1014 Ω.cm อนภุ าคที่มีสภาพตา นทานไฟฟา สูงจะรับประจไุ ฟฟาไดยากและมีความนา จะเปน สงูที่อาจไหลผา นเครอ่ื งโดยไมถูกดกั จับดังนั้นอุปกรณแยกฝุนดวยไฟฟา สถิตจงึ ตอ งมีขนาดใหญเพื่อเพิม่เวลาที่อนภุ าคฝุนอยูในเคร่อื งและเพ่มิ โอกาสท่ีอนภุ าคฝุน จะโดนแยกออกจากกา ซเสีย ในทางตรงขามอนุภาคที่มีสภาพตานทานไฟฟา ต่ำจะเสยี ประจุใหแผนสะสมงายและอาจไหลยอ นกลบั เขาเคร่ืองใหมสภาพตา นทานไฟฟา ท่เี หมาะสมมีคาประมาณ 5 × 109 ถงึ 5 × 1010 Ω.cm ปจจยั อ่นื ทสี่ ง ผลตอ สภาพตา นทานไฟฟาของฝนุ ในกาซเสียไดแก ความชน้ื อุณหภูมิและ SO3 การปรบั สภาพข้ีเถา เพ่อื ลดสภาพตา นทานไฟฟาอาจใช SO313.3.2 อปุ กรณแยกฝุนดวยถุงกรอง ในปจ จบุ นั เทคโนโลยีส่ิงทอไดรับการพัฒนาจนทำใหผา บางชนดิ มีคุณสมบัติในการกรองอนุภาคฝนุท่ีมีขนาดเล็กมากไดอยางมีประสิทธภิ าพ อปุ กรณแยกฝุนดว ยถุงกรองจงึ ไดรับการออกแบบและพัฒนาใหมีสมรรถนะเทียบเทาอุปกรณแยกฝุนดว ยไฟฟาสถติ และทำใหอุปกรณแยกฝนุ แบบน้ีไดรับความนิยมมากในโรงไฟฟา อปุ กรณแยกฝนุ ดว ยถงุ กรองประกอบดว ยถุงกรอง (filter bag) รูปทรงกระบอกกลวงหลายถุงเรียงตวั เปนกลุม แตละถงุ มีความยาวเสน ผา ศนู ยกลาง 125 ถงึ 300 mm และอาจมีความสงู ถงึ12.5 m ปลายลางของถุงเปด แตปลายบนของถงุ ปด กลุมถุงกรองจะมีถงุ กรองหลายพันถุงท่ีวางอยูบนแผน เซล (cell plate) ซึ่งมีกา ซเสียสกปรกไหลเขา ทางดานลา ง กา ซเสียสะอาดจะไหลออกจากถงุ กรองทางดานบน ฝุนท่ีถกู กรองจะเกาะติดกบั ผวิ ของถงุ กรองจะสะสมตัวเพ่มิ ข้นึ เรอ่ื ย ๆ และจะลดทอนสมรรถนะของอุปกรณ ดังนนั้ จงึ ตองมีกลไกในการกำจัดฝนุ ออกจากผิวของถุงกรอง อุปกรณแยกฝนุ ดว ยถงุ กรองแบงออกเปน สองแบบตามวิธีการกำจดั ฝุนออกจากผวิ ของถุงกรอง แบบแรกคอื อุปกรณแยกฝุน ดวยถงุ กรองแบบไหลกลบั ได (reverse gas fabric filter) ดงั แสดงในรปู ที่ 13.6 กา ซเสียสกปรกไหลเขาถงุ กรองจากดานลา งและกา ซเสยี สะอาดไหลออกทางดา นขาง ฝนุ จะถูกดักติดอยูกบั ผิวดา นในของถุงกรอง เม่อื ถึงเวลาทำความสะอาด พดั ลมจะเปา อากาศเขา เคร่ืองและอากาศจะไหลเขา ถงุ กรองจากดา นขางซ่งึ ทำใหฝุนทเี่ กาะอยูทผ่ี ิวในของถุงกรองหลุดออกและไหลลงสถู งั เกบ็ พรอ มกับอากาศ แบบทสี่ องคือ อุปกรณแยกฝุน ดว ยถุงกรองแบบพัลสเจต็ (pulse jet fabric filter) รปู ท่ี 13.7 แสดงการทำงานของอปุ กรณแบบนี้ กาซเสยี สกปรกไหลเขา ถงุ กรองจากดา นขา งซ่งึ ทำใหฝนุ ถกู ดักภายนอกถงุกรองและกาซเสียสะอาดจะไหลออกทางดานบน เมอื่ ถึงเวลาทำความสะอาดอากาศจะถกู เปาเขา ไปในถุงกรองอยา งรวดเร็วทำใหถุงกรองโปง ข้นึ อยา งกะทนั หันเปน ลกู คลื่นท่ีว่ิงจากบนลงลา งและฝุนที่เกาะผิวนอกของถงุ กรองจะกระเดน็ ตกลงสถู ังเก็บ อุปกรณแยกฝนุ ดว ยถงุ กรองแบบพลั สเจ็ตมีขนาดเล็กกวาและมีราคาถูกกวาอปุ กรณแยกฝุนดวยถงุกรองแบบไหลกลับได อยางไรก็ตามถุงกรองของอปุ กรณแยกฝนุ ดว ยถงุ กรองแบบพัลสเจ็ตมีราคาแพงกวา แบบไหลกลับไดแตทนอุณหภมู ไิ ดต่ำกวาและมีอายกุ ารใชง านนอยกวา ดังนั้นการบำรุงรกั ษาอุปกรณแยกฝนุ ดว ยถุงกรองแบบพัลสเ จต็ จึงมีคา ใชจ ายท่ีแพงกวาแบบไหลกลับได อุปกรณแยกฝนุ ดวยถงุ กรองมขี อไดเ ปรยี บเมอื่ เทยี บกับอปุ กรณแ ยกฝุน ดวยไฟฟา สถติ คอื สมรรถนะของเครอ่ื งไมขน้ึ กบั ลักษณะของข้ีเถาและปรมิ าณฝนุ ในกา ซเสยี อยา งไรกต็ ามขอเสยี เปรียบท่ีสำคญั

272 บทท่ี 13. มลภาวะทเี่ กดิ จากโรงไฟฟา และการควบคุม รูปท่ี 13.6: เคร่อื งกรองดวยถงุ ผาแบบไหลกลบั ได รูปท่ี 13.7: เครอ่ื งกรองดว ยถงุ ผาแบบพัลสเจ็ตของอุปกรณแยกฝนุ ดวยถุงกรองคอื คาบำรงุ รกั ษาที่สงู กวา และความตองการพัดลมในการเปา กา ซเสียพดั ลมจะตองออกแบบใหมีกำลังมากพอท่ีจะเอาชนะความดนั สญู เสยี ในเคร่ืองท่ีเกดิ จากการสะสมฝนุบนผิวของถงุ กรอง ในทางตรงขา มความดนั สญู เสยี ในอุปกรณแยกฝุน ดว ยไฟฟา สถิตคอ นขา งคงท่ี

13.4. ระบบจัดการขเ้ี ถา 27313.3.3 เครื่องดักฝนุ ดว ยไซโคลน เครือ่ งดกั ฝนุ ดวยไซโคลนอาศยั หลกั การที่วา อนภุ าคฝนุ มีมวลมากกวา โมเลกลุ ของกา ซเสยี แรงหนีศูนยก ลางที่กระทำตอ อนภุ าคจงึ มากกวา รูปท่ี 13.8 แสดงใหเหน็ วา กาซเสียท่ีมีฝุนปะปนจะไหลเขาไซโคลนทางดา นบนในแนวเฉียงซึง่ ทำใหเกดิ การไหลวนของกา ซเสยี รอบ ๆ ผนงั ของไซโคลน อนุภาคฝนุก็จะแยกออกจากกา ซเสียโดยตกลงสูถังเกบ็ ฝนุ ขา งลางในขณะที่กา ซเสยี ท่ีสะอาดขึน้ จะไหลยอนกลบัข้นึ ขา งบนออกจากไซโคลนไปได เครือ่ งดกั ฝนุ ชนดิ น้ีแยกอนภุ าคฝุนขนาดใหญออกไปไดดีแตไมสามารถแยกอนุภาคฝนุ ที่มีขนาดเลก็ ได เคร่อื งนี้จงึ ตอ งใชรว มกับเครื่องดักฝนุ ดวยถงุ กรองหรอื เคร่ืองดกั ฝนุ ดวยไฟฟา สถติ เพ่อื ปองกันไมใหอ นภุ าคฝนุ ขนาดเลก็ เลด็ ลอดออกไปได รูปที่ 13.8: เครื่องดกั ฝนุ ดว ยไซโคลน13.4 ระบบจัดการข้เี ถา เถาเปนสวนประกอบของถานหนิ และเชอ้ื เพลิงชวี มวล เถา เปน ชือ่ เรียกรวมของสารในสถานะของแขง็ ที่ไมเผาไหมในอากาศ เถา สามารถจำแนกเปนเถาจากภายนอก (extrinsic ash) และเถาจากภายใน(intrinsic ash) เถา จากภายนอกหมายถึงเศษกรวด หิน ดนิ และทรายที่ปะปนมากบั เชื้อเพลิง เถาประเภทนี้สามารถแยกออกจากเชอื้ เพลงิ ดวยวิธีทางกายภาพได เถา จากภายในหมายถึงออกไซดของซลิ กิ อน (silicon) อะลมู นิ มั (aluminum) และโลหะอลั คาไล (alkali) ทีเ่ ปน สวนประกอบของเชื้อเพลงิ ที่ไมสามารถแยกออกมาดวยวธิ ีทางกายภาพได เถา ที่ตกคางในเตาเผาหลงั จากเช้ือเพลิงเผาไหมไปจนหมดสน้ิ แลว เรยี กวา ข้เี ถา ข้เี ถาอาจรวมถงึ เชอื้ เพลงิ และคารบอนทตี่ กคางหลงั จากการเผาไหมท ี่ไมสมบูรณ ข้ีเถา มีสว นประกอบท่ีหลากหลาย บางอยา งมีจดุ หลอมเหลวต่ำ บางอยา งมีจุดหลอมเหลวสงู ข้ีเถาท่ีมีจุดหลอมเหลวต่ำจะมีสภาพเปน ของเหลวตกลงสูกนเตาเผาและกลายเปนขี้เถาจม (bottom ash)

274 บทท่ี 13. มลภาวะที่เกดิ จากโรงไฟฟา และการควบคมุและถกู ลำเลียงออกจากเตาเผาทางดา นลางของเตา ขี้เถาท่ีมีจุดหลอมเหลวสูงจะมีสภาพเปน ละอองของเหลวขณะท่ีเช้ือเพลงิ กำลงั เผาไหมที่อุณหภมู ิสูงในเตาเผา ละอองข้ีเถา หลอมเหลวจะฟงุ กระจายตวัในกาซเสยี ที่เกดิ จากการเผาไหม เม่อื กา ซเสียมีอุณหภูมิตำ่ ลงกวาจุดหลอมเหลว ข้ีเถาจะแขง็ ตัวและกลายเปน อนภุ าคฝนุ ขนาดเล็กท่ีลอยปะปนกับกา ซเสียเรียกวา ขี้เถาลอย (fly ash) สัดสว นของข้ีเถาจมและขี้เถา ลอยขึ้นกับระบบเผาไหมเช้อื เพลงิ ของโรงไฟฟา โรงไฟฟา ที่ใชระบบเผาไหมแบบเคร่ืองปอนเชงิ กล (mechanical stoker) จะมขี ีเ้ ถา จมประมาณ 60 – 80% และข้ีเถาลอยประมาณ 20 – 40% โรงไฟฟาทีใ่ ชระบบเผาไหมถ านหินบดละเอยี ด (pulverized coal) จะมีขเ้ี ถา จมประมาณ 10 – 30% และขี้เถา ลอยประมาณ 70 – 90% ขี้เถาจมและขี้เถา ลอยจะตอ งถูกกำจดั ออกจากโรงไฟฟาอยา งตอเน่อื งเพอ่ืปอ งกนั การสะสมของข้ีเถา ซง่ึ จะเปนอปุ สรรคตอ การทำงานของระบบเผาไหมในโรงไฟฟา13.4.1 ข้เี ถาลอย ระบบจดั การข้ีเถาลอยเริ่มตนจากการพักเกบ็ ข้ีเถา ลอยชวั่ คราวในถงั พักข้ีเถา (hopper) หลงั จากขี้เถาลอยถูกแยกออกจากกาซเสยี ดว ยคร่ืองกรองดว ยถุงผา หรืออุปกรณแยกฝุน ดว ยไฟฟาสถิตแลวอุปกรณแยกฝนุ ท้ังสองชนิดจะมีกลไกในการเคาะข้ีเถา ท่ีถกู แยกใหตกลงสูถงั พักข้ีเถา ท่ีตดิ ตั้งอยูดา นลางของอุปกรณ ถังพักข้ีเถามีความจุท่ีจำกัด จึงตองมีระบบกำจดั ข้ีเถาลอยออกจากถงั พกั ข้ีเถา ระบบน้ีดังแสดงในรปู ท่ี 13.9 จะลำเลยี งขี้เถานี้ออกจากถงั พกั ข้ีเถาไปเก็บที่ไซโล (silo) ซงึ่ เปนถังเกบ็ ข้ีเถาขนาดใหญ กอนท่จี ะถกู ระบายออกจากไซโลเพ่ือไปกำจดั ทง้ิ หรือใชประโยชนต อ ไป รปู ท่ี 13.9: ระบบลำเลยี ง เกบ็ และกำจัดขเ้ี ถา ลอย การลำเลยี งขี้เถาลอยออกจากถังพักขี้เถานิยมใชระบบนวิ แมติก (pneumatic) ซ่ึงมีอากาศเปนตัวกลาง อากาศจะไหลพรอ มกับข้ีเถา ไปตามทอทตี่ อ จากถงั พกั ขเ้ี ถาไปไซโล การสรา งความดนั ขบั เคลอื่ น

13.4. ระบบจัดการข้เี ถา 275ใหอากาศกับขี้เถาไหลในทอ อาจกระทำไดโดยการสรา งความดันสุญญากาศทางดา นไซโลจากหลกั การที่วา เมือ่ นำ้ หรอื ไอนำ้ ไหลดว ยความเร็วสงู ความดันจะลดลงตามสมการเบอรนูลี (Bernoulli equation)วิธีน้ีตอ งใชนำ้ หรือไอนำ้ ในปริมาณมากและสามารถขนถา ยข้ีเถา ในระยะทางสน้ั ถาตองการขนถายขี้เถาในระยะไกลตอ งใชวิธีสรางความดันขบั เคล่ือนโดยการใชพดั ลมหรือคอมเพรสเซอรอดั อากาศความดันสงูเพ่ือเปา อากาศทางดา นถงั พักข้ีเถาใหไหลตามทอพรอ มกับข้ีเถาไปยงั ไซโล วธิ ีนี้มีขอ เสยี คอื อาจเกิดการรัว่ ในระบบที่ทำใหข เี้ ถา กระจายสสู งิ่ แวดลอ มได อากาศที่ไหลเขาไซโลพรอมกับขี้เถาอยางตอ เนอื่ งทำใหตองมีระบบระบายอากาศและขี้เถาออกจากไซโล อากาศจะถกู ระบายออกทางดานบนของไซโล อปุ กรณดักฝุนจะถูกติดต้งั ตรงจดุ ระบายอากาศเพ่อื ปอ งกนั การกระจายออกสูสิ่งแวดลอ มของขี้เถา สวนข้ีเถาจะถูกระบายออกทางดานลา ง ไซโลแบงเปนสองแบบตามลกั ษณะของกนไซโล ไซโลแบบแรกมีกน แบน ดานในตดิ ตั้งอุปกรณที่ทำใหขี้เถาอยูในสภาวะฐานไหล (fluidization) อุปกรณจะเปา อากาศดว ยความเรว็ ที่เหมาะสมจากดานลา งขึ้นไปยงั กองขี้เถา ซึง่ จะทำใหอนุภาคขี้เถาลอยในอากาศ การระบายข้ีเถา ออกจากไซโลสามารถกระทำไดโดยสะดวกเน่อื งจากขี้เถาในสภาวะฐานไหลมีคณุ สมบัติคลายของไหล อยา งไรก็ตามไซโลแบบน้ีไมเหมาะกบั กรณีท่ีมีเช้อื เพลงิ หรอื คารบ อนที่ไมเผาไหมปะปนกบั ข้ีเถาเนอื่ งจากสภาวะฐานไหลอาจทำใหเกดิ การเผาไหมในไซโล ในกรณีน้ีควรใชไซโลแบบที่สองที่มีกน เปน รปู โคนทำมุมอยา งนอย 60◦ ข้ีเถา จะถูกระบายออกจากไซโลดว ยแรงโนมถว งและอาจมกี ลไกสำหรบั ผลกั ดนั ข้ีเถา ใหออกจากไซโล13.4.2 ข้ีเถา จม ขี้เถา จมเกิดจากเถาที่มีจุดหลอมเหลวตำ่ การเผาไหมในเตาเผาทำใหเตาเผามีอณุ หภูมิสูงเพยี งพอที่จะทำใหเถาหลอมเหลว ข้ีเถา ในสถานะของเหลวจะไหลสูกน เตาเผาซึ่งมีลกั ษณะเปน รางบรรจุนำ้ ข้ีเถาจมท่ีอยูในสถานะขี้เถา หลอมเหลวจะแข็งตัวในน้ำและถกู ลำเลยี งออกจากเตาเผา การลำเลยี งขี้เถา จมออกจากเตาเผามีสองวธิ ีคือ วิธีเชงิ กลและวิธีไฮดรอลกิ วธิ ีเชงิ กลใชสายพานลำเลียงข้ีเถาจมบนสายพานออกจากเตาเผา วิธีไฮดรอลกิ ใชนำ้ ความดันสูงดนั ขี้เถาจมบนออกจากเตาเผา วธิ ีเชิงกลใชพลังงานนอยแตสามารถลำเลียงขี้เถาจมในปริมาณจำกัดและในระยะใกล วธิ ีไฮดรอลิกใชพลงั งานสงู แตสามารถลำเลยี งขี้เถาจมในปรมิ าณมากและในระยะไกลซึ่งข้ึนอยูกบั แรงดันขับเคลอ่ื นของนำ้ ขอ ไดเปรียบอีกประการหนึ่งของวธิ ีไฮดรอลกิ การลดการเสยี ดสีระหวางขี้เถา จมกับระบบลำเลยี งข้ีเถา จมซงึ่ ทำใหอายุการใชงานของระบบท่ีใชวิธีไฮดรอลิกสูงกวา ระบบที่ใชวธิ ีเชงิ กล ดว ยเหตุผลเหลา น้ีวธิ ีไฮดรอลิกจึงไดรบัความนยิ มมากกวาวิธีเชิงกลในการลำเลยี งขเ้ี ถา จม ระบบลำเลียงข้ีเถาจมจะนำขี้เถา จมไปเกบ็ ที่บอ พักขี้เถา ขี้เถาจมที่เพ่ิงลำเลยี งออกจากเตาเผามีสัดสวนของนำ้ มากเกนิ ไป จึงตอ งผานกระบวนการแยกนำ้ ออกมา ขี้เถา จมสามารถนำไปใชประโยชนไดจงึ ไมนยิ มนำไปฝง กลบ ข้ีเถา จมท่ีมีความชน้ื ตำ่ จะถกู นำไปเก็บในถงั เพ่อื รอการขนยา ยออกจากโรงไฟฟาตอไป

276 บทท่ี 13. มลภาวะที่เกดิ จากโรงไฟฟา และการควบคุม13.5 ระบบกำจดั กาซซัลเฟอรไดออกไซด กาซซัลเฟอรไดออกไซด (SO2) เกดิ จากปฏิกิริยาการเผาไหมระหวา งกำมะถนั ในเช้ือเพลิงกับออกซิ-เจนในอากาศดังน้ี S + O2 −→ SO2เมอ่ื SO2 ทำปฏกิ ิริยากบั นำ้ กลายเปน กรดกำมะถัน (sulfuric acid, H2SO4) ซึ่งมีฤทธิ์กัดกรอนสูง กรดกำมะถนั นอกจากจะสามารถกัดกรอ นและสรา งความเสียหายแกอปุ กรณในโรงไฟฟา แลว ยังจงึ เปนอันตรายอยา งย่ิงตอระบบทางเดนิ หายใจ นอกจากนอ้ี ากาศท่ีมี SO2 ยงั ทำใหฝ นกลายเปน ฝนกรดซ่ึงเปนอนั ตรายตอระบบนเิ วศน เช้ือเพลงิ แขง็ แทบทุกชนดิ มีกำมะถันเปน สว นประกอบซึ่งจะทำใหเกิด SO2 การปอ งกนั ไมใหเกิดSO2 คือ การใชกา ซธรรมชาติซง่ึ แทบไมมีกำมะถันเลย เหตผุ ลน้ีเปน เหตุผลหนึ่งที่ประเทศไทยใชกา ซธรรมชาติผลิตไฟฟา ในสัดสวนที่มากถงึ 70% อยา งไรก็ตามการผลิตไฟฟาทั่วโลกยังคงใชถานหนิ เปนเช้ือเพลงิ การลดปญหาการเกดิ SO2 ในโรงไฟฟาถา นหินคือ การใชถานหนิ ท่ีมีสัดสวนของกำมะถันต่ำเชนถา นหินแอนทราไซต โรงไฟฟา ถา นหนิ ในประเทศไทยที่ใหญทส่ี ดุ ซึ่งอยูท่ีอำเภอแมเ มาะ จงั หวัดลำปางใชถานหินลิกไนตเปนเชอ้ื เพลิง ลกิ ไนตมีสัดสว นกำมะถนั มากกวา ถา นหนิ ชนดิ อน่ื การแกปญหาการเกดิSO2 ในโรงไฟฟา ถา นหนิ คอื การตดิ ตงั้ ระบบกำจัด SO2 ออกจากกา ซเสยี (flue gas desulfurization) เม่อื SO2 ละลายในน้ำจะกลายเปน กรดซัลฟูรัส (sulfurous acid, H2SO3) ซึ่งจะแตกตวั เปนไฮโดรเจนไอออน (H+) และไบซัลเฟตไอออน (HSO−3 ) ไบซัลเฟตไอออนจะแตกตวั อยางตอเนื่องจนกลายเปน H+ และซลั ไฟตไ อออน (SO32−) ในทส่ี ดุ SO2 + H2O −→ H2SO3 H2SO3 −→ H+ + HSO−3 H+ + HSO3− −→ SO23− + 2H+การกำจดั SO2 ออกจากกาซเสียคือ การเพิม่ การละลาย SO2 ในนำ้ SO2 ละลายน้ำเพิม่ ขน้ึ เม่อื มปี ฏกิ ิริยาเคมีที่ลดความเขมขน ของ H+ ในนำ้ ไอออนเหลาน้ีทำปฏกิ ิริยาเคมีกับอัลคาไลนไอออน (alkaline ion)เชน ไฮดรอกไซดไอออน (OH−) คารบอเนตไอออน (CO32−) และไบคารบ อเนตไอออน (HCO−3 ) ดงั น้นัสารเคมีที่มีกับอลั คาไลนไอออนจงึ มีความสามารถกำจัด SO2 สารเคมีสองชนิดที่นยิ มใชในกระบวนการกำจัด SO2 ในกาซเสียไดแกห นิ ปูน (limestone) และนำ้ ทะเล13.5.1 การกำจัด SO2 ดว ยหนิ ปนู ระบบกำจัด SO2 ดว ยหนิ ปูน (CaCO3) เปนระบบที่ไดความนยิ มมากท่สี ุดในปจจบุ นั เพราะระบบนี้สามารถกำจดั SO2 ไดถึง 95 - 98% และยงั ไดผลผลิตเปนยิบซัมท่ีนำไปใชประโยชนได รูปที่ 13.10แสดงระบบกำจัด SO2 ดว ยหนิ ปนู หนิ ปนู ตอ งถกู บดใหละเอยี ดกอนผสมกับน้ำและพนเขาหอปฏกิ ริ ยิ าโดยมีกา ซเสียไหลสวนทางกบั น้ำผสมหนิ ปูนและทำปฏกิ ริ ยิ ากนั ดังนี้CaCO3 + SO2 + 1 H2O −→ CaSO3 . 1 H2O 2 2

13.5. ระบบกำจดั กา ซซลั เฟอรไ ดออกไซด 277CaSO3. 1 H2O + 3 H2O −→ CaSO4.2H2O 2 2หอปฏกิ ริ ิยาถูกออกแบบใหมีการผสมกันระหวางน้ำหินปนู กบั กาซเสยี อยางทั่วถึงเพื่อใหมีเศษหนิ ปูนเหลือนอ ยทส่ี ดุ และ SO2 ถูกกำจัดไปมากทส่ี ดุ ผลผลิตจากกระบวนการนี้คอื ยิบซมั (CaSO4) และแคลเซียมซัลไฟต (CaSO3) ยิบซมั แหงสามารถนำไปใชเปนวัสดุกอ สรางหรือเพ่อื การเกษตรได แตแคล-เซียมซลั ไฟตมีสภาพเปน ขยะเพราะไมม ีประโยชนเหมือนยิบซัม ขยะท่ีเกิดจากแคลเซียมซัลไฟตจะเปนสารแขวนลอยนำ้ กอ นการกำจดั ทิง้ ตองเพ่ิมสัดสวนของของแขง็ โดยเตมิ ข้ีเถา หรอื ปนู ขาวเขา ไปเพื่อใหขยะมีสภาพเปน ขยะแขง็ ท่ีคอนขางคงรปู และสามารถนำไปฝงกลบได การลดปริมาณขยะท่ีเกดิ จากแคลเซียมซัลไฟตกระทำไดโดยการพน อากาศเขาไปในหอเพ่ือเพ่มิ ปฏิกริ ิยาการเปล่ยี นแคลเซียมซัลไฟตเปนยิบซมั รปู ที่ 13.10: ระบบกำจัด SO2 ดวยหินปูน กา ซเสียท่ีถกู กำจัด SO2 แลว จะไหลออกทางดานบนของหอ กาซเสียนี้เปน กาซเสยี ในสภาวะอม่ิ ตัว(saturated) เนื่องจากมีไอน้ำผสมอยูในปรมิ าณสงู สุด นอกจากนี้ยงั มีละอองนำ้ จำนวนมากปะปนในกา ซ

278 บทท่ี 13. มลภาวะท่เี กดิ จากโรงไฟฟา และการควบคมุเสยี ละอองนำ้ เหลา นี้มีกรดซลั ฟูรกิ เปนสวนผสมและมีฤทธิ์กัดกรอ นสงู ตรงทางออกจากหอของกา ซเสียจงึ ควรตดิ ต้ังฮตี เตอรเพ่ือเพิ่มอุณหภูมิกา ซเสยี และทำใหละอองนำ้ ระเหยเปนไอ ความรอ นท่ีใหฮตี เตอรอาจไดมาจากกาซเสยี ท่ไี หลเขาหอ นอกจากนอ้ี าจมกี ารติดตง้ั เคร่อื งดกั ละอองนำ้ (mist eliminator) ซึ่งอาจทำดวยแผนก้ันเอยี งหลายแถว กา ซเสียเสียจะสามารถไหลตามแนวเอียงของแผน ก้ันได แตละอองน้ำซง่ึ มีความเฉือ่ ยสงู จะถูกดักโดยแผน ก้นั และไหลตกกลบั ลงไปในหอ สารแขวนลอยที่ไหลออกทางดานลา งของหอประกอบดวยยบิ ซมั ท่ีมีลักษณะเปนกอ นของแขง็ และเศษหนิ ปนู ท่ีไมไดทำปฏิกิรยิ า ไฮโดรไซโคลน (hydrocyclone) จะแยกยิบซมั ออกจากเศษหนิ ปนู โดยใชหลกั การของแรงหนีศนู ยกลางที่แตกตา งกันระหวา งกอนยิบซมั ขนาดใหญกบั เศษหินปนู ขนาดเลก็ ยิบซมัที่แยกออกมาจะถกู นำไปชะลางระทำใหแหง เพือ่ นำไปใชประโยชนตอ ไป ในขณะที่เศษหินปนู จะถูกนำไปใชใ นกระบวนการกำจัด SO2 ใหม13.5.2 การกำจัด SO2 ดวยน้ำทะเล น้ำทะเลมีคา pH ประมาณ 8 และมีไอออน CO23− และ HCO−3 จำนวนมาก จงึ มีคณุ สมบตั ิเหมาะสมกบั การใชในระบบกำจดั SO2 ขอไดเปรยี บสำคัญของระบบกำจดั SO2 นี้คือ นำ้ ทะเลไมม ีคา ใชจา ยและมีปรมิ าณไมจำกดั อยา งไรกต็ ามโรงไฟฟาท่ีใชระบบนี้ตอ งอยูตดิ ทะเล อุปกรณหลักของระบบนี้คือหอปฏกิ ริ ยิ า ดังแสดงในรปู ท่ี 13.11 ภายในหอมีน้ำทะเลไหลเขาทางดานบนและกา ซเสยี ไหลเขาทางดานลาง ละอองน้ำทะเลกับ SO2 ในกาซเสียจะผสมกันและทำปฏกิ ริ ิยากันดงั น้ีSO2 + CO32− −→ SO23− + CO2SO2 + HCO3− −→ HSO3− + CO2กาซเสียท่ีผา นกระบวนการนี้จะไหลผานเคร่อื งดักละอองน้ำกอ นปลอ ยสูส่งิ แวดลอมทางปลอ ง นำ้ ทะเลที่ผานกระบวนการจะประกอบดวย SO32− และ HSO3− และมีคา สภาพเปนกรด จงึ ยังไมสามารถปลอ ยกลับสูทะเลได นำ้ ทะเลนจี้ ะผสมกบั นำ้ ทะเลสดจากทะเลเพอ่ื ลดสภาพความเปนกรด แลวจงึ ไหลเขา สูบอเตมิ อากาศเพ่ือให SO32− และ HSO−3 ทำปฏิกิริยากบั O2 ในอากาศดงั น้ีSO32− + 1 O2 −→ SO42− 2HSO3− + 1 O2 −→ HSO−4 2หลงั จากนนั้ คา pH ของน้ำทะเลนี้จะเพม่ิ ขึ้นอยูระหวา ง 6 – 7 ถงึ แมวา คา pH ยงั คงตำ่ กวา คา pH ของน้ำทะเลสด แตก็ไมเ ปนอันตรายตอ สัตวน้ำและสามารถปลอ ยกลบั สูทะเลได13.6 ระบบตรวจวัดมลภาวะอยางตอเน่ือง โรงไฟฟานอกจากจะมีมาตรการควบคมุ การปลอ ยสารที่เปนมลภาวะสูบรรยากาศแลว โรงไฟฟาจะตองมีระบบตรวจวัดการปลอ ยสารท่ีเปน มลภาวะในกา ซเสียอยา งตอ เนื่อง (continuous emis-sion monitoring, CEM) เพื่อใหม่ันใจวา ความเขม ขน ของสารเจือปนในกา ซเสียอยูในเกณฑท่ีกฎหมาย

13.6. ระบบตรวจวัดมลภาวะอยางตอเนื่อง 279 รูปที่ 13.11: ระบบกำจัด SO2 ดว ยนำ้ ทะเลกำหนดกอ นปลอ ยสูบรรยากาศ CEM หมายถงึ การตรวจวัดคาความเขมขน ของฝนุ ละอองและกา ซสวนประกอบในกา ซเสยี ซึง่ ไดแก NO, NO2 และ SO2 ปรมิ าณสารเจือปนเหลานี้ในกา ซเสยี13.6.1 วิธวี เิ คราะหกา ซเสีย การวิเคราะหกาซเสียแบง ออกเปน 2 วิธี วธิ ีแรกตรวจวัดปริมาณสารเจือปนในกาซเสียท่ีปลอง (in-situ method) วิธีที่สองจะเก็บตวั อยางกา ซเสียมาวเิ คราะหในหอ งปฏบิ ตั ิการ (extractive method)ระบบการตรวจวดั ดวยวิธีแรกอาจเปนระบบตรวจวดั ความเขม ขน ของกาซสว นประกอบเฉพาะจดุ (pointanalysis) โดยใชเซนเซอร หรือ ระบบการตรวจวัดตลอดความกวา งของปลอ ง (path analysis) โดยตดิต้ังอปุ กรณสงสัญญาณคลื่นแมเหล็กไฟฟา เขา ไปในปลอง และไปสูอุปกรณรับสัญญาณที่อยูดา นตรงขา มกา ซแตละชนดิ มีสมบตั ิการดดู กลืนและหักเหคลืน่ สัญญาณที่ตา งกนั ซ่ึงนำไปสูการประมาณคาความเขมขนของกาซตลอดความกวางของปลอ ง รูปที่ 13.12 แสดงการติดตั้งอปุ กรณเพอื่ การตรวจวัดแบบนี้ซึง่เปนระบบผา นครง้ั เดยี ว (single-pass) ระบบน้ีอาจไมสามารถวดั คา ความเขมขน ของกา ซสว นประกอบ

280 บทที่ 13. มลภาวะทีเ่ กิดจากโรงไฟฟาและการควบคมุไดแมน ยำพอในกรณีท่ีมีปรมิ าณกา ซนอย รปู ที่ 13.13 แสดงระบบผา นสองคร้งั (double-pass) ซ่งึประกอบดวยอุปกรณท่ีเปน ทงั้ ตัวสงสญั ญาณและตวั รับสัญญาณ อปุ กรณนี้จะสง สัญญาณเขา ไปในปลอ งสัญญาณจะถกู สะทอนกลบั ไปยังอปุ กรณโดยตัวสะทอ นสัญญาณท่ีอยูดา นตรงขาม การตรวจวดั ปรมิ าณสารเจือปนในกา ซเสยี ท่ีปลอ ง จะทำใหทราบคาปรมิ าณ NOx, SO2 และฝนุ ละอองอยา งรวดเร็ว ขอ เสียเปรยี บของวธิ ีน้ีคือ การตดิ ตงั้ อุปกรณการตรวจวดั มีความลำบาก อุปกรณจะตองทำงานในสภาวะท่ีมีอณุ หภมู สิ ูง คาทอี่ านไดอาจไมแ มน ยำ และความยงุ ยากในการบำรงุ รักษาอุปกรณ รูปที่ 13.12: ระบบตรวจวดั ความเขม ขน ของกา ซในปลอ งแบบผานครั้งเดียว รปู ท่ี 13.13: ระบบตรวจวดั ความเขมขน ของกา ซในปลองแบบผานสองครง้ั การเก็บตัวอยางกา ซเสยี มาวิเคราะหในหอ งปฏิบัติการมีขอ ไดเปรยี บคอื ใหคาตรวจวดั ท่ีแมน ยำ

13.6. ระบบตรวจวดั มลภาวะอยา งตอ เนือ่ ง 281อุปกรณทำงานภายใตสภาวะควบคมุ และการบำรุงรกั ษามีความสะดวก แตขอเสียเปรียบของวธิ ีนี้คอืตอ งใชเวลาในการวเิ คราะห และมีคา ใชจายสูงกวา การตรวจวัดความเขมขน ของกาซในปลอ ง การเกบ็ตัวอยา งกาซเสียมาวิเคราะหกระทำไดสามแบบ แบบแรกจะกำจัดไอนำ้ ออกจากกา ซเสยี เพื่อใหตัวอยา งกา ซเสียเปน กา ซเสียแหง (dry extractive) แบบที่สองจะคงสภาพกา ซเสยี เปย กไวโดยการใหความรอนแกตัวอยางกาซเสยี เพ่ือปองกันการควบแนน ของไอน้ำ (wet extractive) และแบบท่ีสามจะผสมตวั อยา งกาซเสยี กบั อากาศซง่ึ ทำใหความเขม ขน ของสารเจอื ปนในกาซเสยี เจือจางลงและไอน้ำในกาซเสียไมค วบแนน โดยไมต อ งใหค วามรอ น (dilution extractive) การเกบ็ ตวั อยา งกาซเสียมาวิเคราะหแบบแรกมีสี่ขั้นตอนคอื เกบ็ ตัวอยางกาซเสยี ขนสง ไปหองปฏบิ ัติการ ปรบั สภาพตัวอยางกา ซเสยี และวิเคราะหหาสว นประกอบของกา ซเสีย ปรบั สภาพตัวอยา งกาซเสยี หมายถึง การกำจัดฝุน ละอองโดยใชแผน กรอง (filter) และการควบแนน ไอนำ้ ในกาซเสยี ดวยการลดอณุ หภมู ิกา ซเสยี ลงมาถงึ จุดนำ้ คางแลว จึงระบายน้ำทงิ้ ไป หรือใชแผน เมมเบรน (membrane)ซึ่งมีคุณสมบัติดักไอนำ้ ไมใหผานไปได การวิเคราะหแบบน้ีใชตรวจวัดกาซสว นประกอบในกา ซเสีย การวเิ คราะหแบบน้ีอาจใหผลที่ไมแมนยำในการวเิ คราะหกา ซสว นประกอบท่ีละลายน้ำได นอกจากน้ีถาตัวอยา งกาซเสียมี SO2 ปรมิ าณมาก น้ำที่ควบแนนจะมีสภาพเปนกรดและสรางความเสียหายแกระบบปรับสภาพตวั อยา งกาซเสียได การเก็บตวั อยางกา ซเสยี มาวิเคราะหแบบท่ีสองมีขัน้ ตอนนอยกวา แบบแรก เรมิ่ ตน จากการเก็บตวั อยางกา ซเสีย หลงั จากน้ันฝุนละอองจะถกู กำจัดออกไปดวยแผน กรอง ตัวอยา งกาซเสียที่ไดจะไดรับความรอนเพ่อื ไมใหไอน้ำในกา ซเสียควบแนน ขน้ั ตอนสดุ ทา ยเปน การนำตวั อยางกา ซเสยี ไปวิเคราะหการวเิ คราะหแบบน้ีเปนการวิเคราะหกาซเสยี ในสภาพท่ีเปนจริง กลา วคือ กาซเสยี มีไอน้ำปนอยู ผลการวเิ คราะหจงึ คอ นขา งแมน ยำ แตก็มีขอเสียเปรียบคอื การที่ตองใหความรอ นตลอดข้นั ตอนการวิเคราะหและการท่ีแผนกรองอาจอดุ ตนั ไดในเวลาอันรวดเรว็ ถา กา ซเสยี มีฝุนละอองมาก นอกจากน้ีการตรวจวดัคา ความเขมขนของ NOx ในกาซเสียดวยวธิ ีน้ีอาจใหคาท่ีคลาดเคลอื่ นถากาซเสียมีความช้นื สงู เนอื่ งจากความชน้ื จะรบกวนการตรวดวัด NOx การเกบ็ ตัวอยางกาซเสยี มาวิเคราะหแบบท่ีสามจะใชการผสมอากาศแหงกับตวั อยางกาซเสยี ซ่ึงถกูกำจัดฝนุ ละอองไปแลว อากาศแหงท่ีนำมาผสมจะตอ งไมม ี NOx และ SO2 เพอ่ื ปอ งกนั ความคลาดเคลอื่ นของการวิเคราะห การวเิ คราะหแบบน้ีใชกาซเสียปรมิ าณนอยมากเนอื่ งจากอัตราสวนอากาศแหง กับกาซเสยี อยูระหวาง 50:1 ถงึ 250:1 ดังน้ันแผนกรองจึงไมตองรบั ภาระหนักและมีอายุใชงานท่ียาวนาน ขอไดเปรียบท่ีสำคัญคือ การที่ไมตองใหความรอนกบั ตัวอยา งกาซเสยี ท่ีถูกทำใหเจอื จางดวยอากาศเนื่องจากอุณหภูมิจุดน้ำคางมีคาตำ่ มากและไอนำ้ การวเิ คราะหแบบน้ียังใหคาตรวจวดั ท่ีแมน ยำเทยี บเทากบั การวเิ คราะหแบบที่สอง ดวยเหตุนี้การวิเคราะหกาซเสยี โดยการนำกาซเสียมาเจือจางดวยอากาศแหง จึงไดรับความนิยมสูงสดุ ตารางท่ี 13.3 เปรียบเทียบเปอรเ ซ็นตการตรวจวัด NOx และ SO2ดวยวธิ ตี าง ๆ13.6.2 การตรวจวัดปรมิ าณฝุนละออง ฝุน ละอองมีสมบตั ิการดูดกลืนแสงท่ีสองผา น แสงจะถูกดดู กลนื เพม่ิ ขึน้ และแสงท่ีผา นไปไดจะมีความเขมลดลงเม่ือความหนาแนน ของฝุนละอองในกา ซเสยี เพมิ่ ขึน้ ระบบตรวจวดั ฝนุ ละอองดวยหลกัการการดูดกลืนแสง (light extinction) ประกอบดว ยอปุ กรณที่ปลอยลำแสงสีแดงหรือแสงอินฟราเรด

282 บทท่ี 13. มลภาวะท่ีเกดิ จากโรงไฟฟาและการควบคมุตารางท่ี 13.3: เปรียบเทยี บการใชวธิ ีตา ง ๆ ตรวจวดั NOx และ SO2 ในโรงไฟฟาวธิ ตี รวจวดั กาซทีต่ รวจวัด NOx SO2ตรวจวัดทป่ี ลอ ง 2% 3%เกบ็ ตวั อยา งกา ซมาวเิ คราะห- กำจดั ไอนำ้ ออกจากกาซเสยี 48% 9%- ไมก ำจดั ไอน้ำออกจากกา ซเสยี 1% 1%- ผสมกาซเสยี กับอากาศแหง 49% 87%ผา นกา ซเสียในปลอ งไปยังอปุ กรณรับและวดั ความเขม ของแสง ระบบตรวจวดั ฝนุ ละอองอาจเปนแบบผานคร้งั เดยี วดังแสดงในรูปท่ี 13.12 หรือแบบผา นสองครัง้ ดังแสดงในรปู ท่ี 13.13 การวัดความหนาแนน ของฝุนละอองอาจใชสมบัติของฝนุ ละอองในการดดู กลนื รงั สีเบตา (beta rayattenuation) รังสีเบตาไดมาจากการสลายตัวของ C-14 ซึง่ เปนไอโซโทปกมั มนั ตภาพของคารบอนเปนไนโตรเจน การวดั ความหนาแนนของฝุนละอองวิธีนี้ใชแผนกรองดกั เกบ็ อนภุ าคฝนุ ในกา ซเสียซึ่งทำใหเกดิ ช้ันฝนุ บนแผนกรอง ความหนาแนนของฝุน ละอองท่ีมากขน้ึ จะทำใหชนั้ ฝุนท่ีถกู ดกั เกบ็ บนแผนกรองหนาขึน้ ตามไปดวย รงั สีเบตาจะสอ งผา นแผนกรองที่มีฝนุ ละอองไปยงั เคร่อื งวดั รังสีเบตา คาท่ีอา นไดจะนำไปเปรยี บเทยี บกับคา ที่อา นไดในกรณีท่ีใชแผน กรองสะอาด อตั ราสวนของรังสีเบตาที่วัดไดทั้งสองกรณีจะใชคำนวณหาความเขมขนของฝนุ ละอองในกาซเสียได สมบัติทางไฟฟาของอนุภาคฝุนก็สามารถนำไปออกแบบระบบตรวจวัดความหนาแนน ของฝนุ ละอองในกาซเสียไดเชนกนั ในกาซเสยี นอกจากจะประกอบดวยกาซหลายชนิดและฝุน ละอองแลว ยังประกอบดว ยอเิ ลก็ ตรอนอิสระซ่งึ เกดิ จากการแตกตวั ของโมเลกลุ กา ซและการเสียดสีระหวา งอนภุ าคฝนุ กับโลหะฝุนละอองจะมีประจุลบเม่ือวิ่งชนและดักเก็บอเิ ลก็ ตรอนอสิ ระไวได การวดั ความหนาแนนของฝนุ ละอองดว ยประจุไฟฟา (probe electrification) ประกอบดวยเซ็นเซอรวัดกระแสไฟฟาท่ีนำไปวางในกาซเสียเพอื่ วัดไฟฟา กระแสตรงเม่อื อนภุ าคฝนุ ท่ีมีประจุลบวง่ิ ชนเซน็ เซอร หรือไฟฟา กระแสสลับเมอ่ื อนุภาคฝนุทีม่ ปี ระจุลบวงิ่ ผานเซน็ เซอร กระแสไฟฟา ที่วดั ไดจ ะเพม่ิ ข้ึนตามความหนาแนน ของฝนุ ละอองในกาซเสีย13.6.3 การตรวจวดั ปริมาณ NOx และ SO2 กา ซแตล ะชนิดมีคุณสมบัติการดดู กลืนแสงที่มีความถี่ตางกัน คุณสมบัติขอนี้จึงนำไปออกแบบระบบตรวจวัดคาความเขม ขน ของ NOx และ SO2 ในกา ซเสยี ได ความถ่ีของแสงท่ีสงผลใหการตรวจวัดมีความแมนยำสงู อยูในชวงแสงอนิ ฟราเรด (infrared) และแสงอลั ตราไวโอเลต (ultraviolet) ระบบตรวจวดั คา ความเขมขน ของ NOx และ SO2 ดว ยหลกั การนี้เปน แบบไมกระจายความถี่ (non-dispersive)เนอื่ งจากความถี่แสงท่ีเลือกใชจะมีความถ่ีเดียว ในการทำงานของอปุ กรณตรวจวดั ปริมาณ NOx และSO2 แสงจากแหลง กำเนดิ แสง (light source) จะแยกเปน สองลำแสง (beam) ลำแสงแรกสอ งผานกา ซอา งองิ ท่ีทราบคา การดดู กลนื แสง ลำแสงท่ีสองสองผา นกา ซเสียที่ตองการตรวจวดั ปรมิ าณ NOx และ

13.6. ระบบตรวจวดั มลภาวะอยางตอ เน่อื ง 283SO2 อัตราสว นการดดู กลืนลำแสงทง้ั สองลำจะใชหาคาความเขมขน ของ NOx และ SO2 ในกาซเสียได การตรวจวัดคา ความเขมขนของ NOx และ SO2 ในกา ซเสียอาจใชคณุ สมบัติการเรืองแสงดวยปฏิกิริยาเคมี (chemiluminescence) ของ NOx และการเรืองแสงจากการกระตุนดวยแสงอัลตราไวโอ-เลต (UV fluorescence) ของ SO2 เมอื่ โมเลกลุ ของ SO2 ถูกกระตนุ ดว ยแสงอลั ตราไวโอเลต โมเลกลุจะอยูในสภาวะถกู กระตุน (excited state) โมเลกลุ นี้จะกลบั สูสภาวะปกติ (ground state) พรอ มกบัเปลงแสงออกมา ความเขม ของแสงเปลง ทว่ี ัดไดจ ะวัดคา ความเขมขน ของ SO2 สว นในกรณขี อง NO เม่ือทำปฏกิ ริ ยิ ากบั โอโซน (O3) จะกลายเปน NO2∗ ในสภาวะถกู กระตนุ ดงั น้ี NO + O3 −→ NO∗2 + O2โมเลกลุ นี้จะกลบั สูสภาวะปกติ (ground state) พรอ มกบั เปลง แสงออกมา ความเขมของแสงเปลงท่ีวดัไดจะวดั คาความเขม ขนของ NO ในกาซเสีย วิธีน้ียังสามารถใชวัดคา ความเขมขนของ NO2 ได แตตองมีการแปลง NO2 เปน NO โดยใชส ารเรงปฏกิ ิรยิ า

284 บทท่ี 13. มลภาวะท่ีเกิดจากโรงไฟฟาและการควบคมุคำถามทายบท 1. NOx หมายถึงกาซใด 2. ฝุนละอองในกาซเสยี ท่ปี ลอ ยออกจากโรงไฟฟา มอี ะไรเปน สวนประกอบหลกั 3. แอมโมเนยี มไบซัลเฟตและแอมโมเนียมซัลเฟตในระบบกำจดั NOx แบบ SCR เกิดจากอะไร 4. การรั่วของแอมโมเนยี ในระบบกำจดั NOx แบบ SCR สงผลกระทบอยา งไร 5. ระบบกำจัด NOx แบบ SNCR ควรติดต้ังทต่ี ำแหนงใด 6. การทำใหฝุนทีเ่ กาะบนแผน สะสมฝนุ ตกลงสูถงั พักฝนุ ในอปุ กรณแ ยกฝนุ ดวยไฟฟา สถติ ใชวธิ ใี ด 7. การทำใหฝนุ ทีเ่ กาะบนผวิ ของอุปกรณแยกฝนุ ดว ยถุงกรองตกลงสูถังพกั ฝุนใชวิธีใด 8. การลำเลียงข้ีเถา ลอยนยิ มใชอะไรเปนตวั กลาง 9. การลำเลียงขี้เถา จมนยิ มใชอ ะไรเปน ตวั กลาง 10. อะไรคือผลพลอยไดข องการกำจัดซลั เฟอรไดออกไซดดวยหนิ ปนู 11. ไฮโดรไซโคลนทำหนา ทีอ่ ะไรในระบบกำจดั SO2 ดว ยหินปนู 12. คุณสมบตั ิขอใดทำใหน ำ้ ทะเลสามารถใชการกำจดั ซลั เฟอรไ ดออกไซดอ อกจากกา ซเสยี ได 13. บอเติมอากาศในระบบกำจัดซลั เฟอรไดออกไซดออกจากกา ซเสียดว ยน้ำทะเลมีวตั ถุประสงคท่ี จะทำใหน้ำทะเลเปน อยา งไรกอ นปลอยทิ้งสทู ะเล 14. โรงไฟฟาสวนใหญใช CEM ระบบใด 15. คณุ สมบตั ิการดดู กลืนรังสีใดของฝุนละอองนำมาใชวดั คา ความหนาแนน ของฝนุ ละอองในกา ซ เสยี 16. คุณสมบัติการดดู กลืนแสงชนิดใดใชวัดคาเขม ขน ของไนโตรเจนออกไซด และซลั เฟอรไดออกไซด ในกา ซเสีย 17. ในการวดั ความเขม ขนของ SO2 ในกาซเสยี ดว ยการเรอื งแสง จะใชส่ิงใดกระตนุ SO2 18. ในการวัดความเขม ขนของ NOx ในกา ซเสียดวยการเรืองแสง จะใชก า ซใดทำปฏกิ ิริยากับ NOx 19. ขยะจากโรงไฟฟาถานหินท่ีเปนของแขง็ สวนใหญเ กิดจากอะไร 20. ระบบกำจดั ซัลเฟอรไดออกไซดด ว ยนำ้ ทะเลจะใหกาซใดเปนผลผลติ 21. ในการเกบ็ ตัวอยา งกาซเสียมาวเิ คราะหในหองปฏบิ ตั ิการที่ใชการผสมอากาศแหงกบั ตวั อยา ง กาซเสยี ซึ่งถูกกำจดั ฝนุ ละอองไปแลว อากาศแหง ท่นี ำมาผสมจะตองไมม ีกา ซใดเปนสว นประกอบ

บรรณานุกรม [1] E. A. Avallone and T. Baumeister III, Marks’ Standard Handbook for Mechanical En- gineers, McGraw-Hill, 1986. [2] D. Gunn and R. Horton, Indusrial Boilers, Longman, 1989. [3] A. F. Fraas, Heat Exchanger Design, Wiley-Interscience, 1989. [4] British Electricity International Ltd., Modern Power Station Practice, Vol. B: Boilers and Ancillary Plant (Third Edition), Pergamon Press, 1991. [5] British Electricity International Ltd., Modern Power Station Practice, Vol. C: Turbines, Generators and Associated Plant (Third Edition), Pergamon Press, 1991. [6] British Electricity International Ltd., Modern Power Station Practice, Vol. E: Chemistry and Metallurgy (Third Edition), Pergamon Press, 1991. [7] British Electricity International Ltd., Modern Power Station Practice, Vol. F: Control and Instrumentation (Third Edition), Pergamon Press, 1991. [8] British Electricity International Ltd., Modern Power Station Practice, Vol. G Station Operation and Maintenance (Third Edition), Pergamon Press, 1991. [9] British Electricity International Ltd., Modern Power Station Practice, Vol. J Nuclear Power Generation (Third Edition), Pergamon Press, 1991.[10] Black & Veatch, Power Plant Engineering, Chapman & Hall, 1996.[11] P. K. Nag, Power Plant Engineering: Steam and Nuclear, Tata McGraw-Hill, 1998.[12] T. Kuppan, Heat Exchanger Design Handbook, Marcel Dekker, 2000.[13] K. Rayaprolu, Boilers for Power and Process, CRC Press, 2009.[14] R. L. Murray, Nuclear Energy, Elsevier, 2009.[15] J. Cheng, Biomass to Renewable Energy Processes, CRC Press, 2010. 285