เตาเผาถ่าน

1. การไล่ความชื้น (Dehydration) ขั้นตอนการไล่ความชื้นนี้อยู่ในช่วงอุณหภูมิ 20° C – 270° C จำเป็นต้องใช้ความร้อนจากภายนอก เพื่อให้ไม้ฟืนเกิดปฏิกิริยาดูดความร้อน (endothermic reaction) สะสมไว้ให้ได้มากพอที่จะเกิดปฏิกิริยาคายความร้อน (exothermic reaction) โดยการไล่ความชื้นกระทำได้ 2 วิธีคือ

      1.1 การให้ความร้อนโดยตรง โดยการจุดไม้ฟืนบางส่วนในเตาเพื่อที่จะทำให้บางส่วนของไม้ที่จะทำถ่านลุกไหม้ และเกิดความร้อนเพียงพอที่จะไล่ความชื้นออกจากไม้ในส่วนที่เหลือ วิธีนี้ประสิทธิภาพจะต่ำและหากควบคุมอากาศไม่ดีจะทำให้เกิดขี้เถ้ามาก เป็นเหตุให้ผลผลิต (yield) ต่ำ

    1.2 การให้ความร้อนทางอ้อม โดยการจุดเชื้อเพลิงหน้าเตา และนำเพียงลมร้อนเข้าไปไล่ ความชื้นออกจากไม้ฟืนในเตา หากไม้ฟืนในเตามีความชื้นมากก็จะต้องใช้เชื้อเพลิงและเวลามากขึ้นด้วย ดังนั้นควรต้องผึ่งไม้ฟืนสด ซึ่งมีความชื้น (น้ำ) ประมาณ 50-60 % ให้เหลือความชื้นประมาณ 20-30 % เสียก่อน เพื่อเป็นการประหยัดเชื้อเพลิงและเวลา

2. การเปลี่ยนจากไม้เป็นถ่าน (carbonization) ขั้นตอนนี้อยู่ในช่วงอุณหภูมิ 270 °C – 400 °C โดยการเปลี่ยนจากไม้เป็นถ่านนี้ ควันที่ออกมาจะประกอบด้วยสารต่างๆ ที่เกิดใหม่มากมายหลายชนิดจากการสลายตัวของไม้ด้วยความร้อน (pyrolysis) และสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลายแบ่งออกได้เป็น 2 ช่วงคือ

            2.1 ช่วงที่ 1 อุณหภูมิ 270 °C – 300 °C ช่วงนี้ไม้ในเตาสะสมความร้อนไว้มากพอที่จะเกิดปฏิกิริยาคายความร้อน (exothermic reaction) โดยไม่ต้องเติมฟืนหน้าเตาอีก ไม้ฟืนจะลุกไหม้และสลายตัวด้วยความร้อนที่สะสมไว้ในตัวเอง เซลลูโลส(cellulose)จะเริ่มสลายตัวที่อุณหภูมิ 275°C การสลายตัวจะเป็นไปอย่างรวดเร็ว ควันที่ออกมาจากปล่องจะเป็นสีขาวอมเหลืองมีกลิ่นฉุนจัด ผู้ผลิตถ่านในประเทศไทยจะเรียกควันนี้ว่า “ควันบ้า” หลังจากควันบ้ามีปริมาณน้อยลงและเริ่มเปลี่ยนเป็นสีเทาแล้ว    จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องควบคุมอุณหภูมิไว้ให้คงที่ตลอดเป็นเวลานานพอสมควร เพื่อให้ขั้นตอนนี้เป็นไปอย่างช้าๆและสม่ำเสมอ ความร้อนจากไม้ด้านบนหน้าเตาจะค่อยๆ ถ่ายความร้อนไปยังจุดต่างๆ ทั่วทั้งเตาอย่างช้าๆ หากปล่อยให้อุณหภูมิขึ้นสูงเร็วเกินไป จะทำให้ไม้ที่สะสมความร้อนไว้มากกว่ากลายเป็นเถ้าเสียก่อนที่จะถ่ายความร้อน ไปยังไม้ที่สะสมความร้อนไว้น้อยกว่า และอาจมีเปลวไฟแลบออกทางหน้าเตาได้ หากเกิดกรณีดังกล่าวไม้ส่วนบนของเตาจะกลายเป็นขี้เถ้าและไม้ส่วนล่างของเตาจะกลายเป็นส้นถ่าน ทำให้ผลผลิต (yield) ต่ำ การควบคุมอุณหภูมิสามารถทำได้โดยการควบคุมอากาศที่หน้าเตา ควบคู่กับการใช้เครื่องมือวัดอุณหภูมิ (thermometer)

         2.2 ช่วงที่ 2 อุณหภูมิ 300 °C – 400 °Cช่วงนี้เซลลูโลส (cellulose)ยังสลายตัวอย่างต่อเนื่อง และ

ลิกนิน (lignin) จะเริ่มสลายตัวที่อุณหภูมิ 310 °C การสลายตัวทั้งหมดจะเสร็จสมบูรณ์ที่อุณหภูมิ  400 ° C

3. การทำให้ถ่านบริสุทธิ์ (refinement) ถึงแม้ว่าขั้นตอนการเปลี่ยนไม้เป็นถ่าน จะเสร็จสิ้นสมบูรณ์แล้วที่อุณหภูมิ 400 °C แต่ยังมีปริมาณคาร์บอนเสถียร (fixed carbon) ต่ำ และยังคงมีน้ำมันดิน (tar) เป็นส่วนประกอบในปริมาณที่สูงมาก หากนำไปใช้ประโยชน์จะได้ถ่านคุณภาพต่ำ และถ้านำไปประกอบอาหารปิ้ง-ย่าง น้ำมันดินที่ยังคงค้างอยู่ในถ่านเมื่อถูกเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 425 °C (โดยปกติเตาหุงต้มจะมีอุณหภูมิประมาณ    500 °C – 600 °C)จะเกิดเป็นสารประกอบใหม่ซึ่งเป็นสารก่อมะเร็ง ได้แก่ 3.4-benzopyrene และ 1.2.5.6-dibenzanthracene ดังนั้นจึงต้องเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้น โดยการปรับให้อากาศไหลเข้ามากขึ้น อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆจาก 400 °C เป็น 500 °C แต่เนื่องจากอุณหภูมิด้านบนของเตาจะสูงกว่าอุณหภูมิที่พื้นเตาโดยใช้เวลานานพอสมควรดังนั้นหากเร่งให้อากาศเข้าเร็วเกินไป เพื่อเพิ่มอุณหภูมิ กว่าอุณหภูมิที่พื้นเตาสูงจะถึง 500 °C เพื่อไล่ให้น้ำมันดินออกไปจากถ่าน อุณหภูมิด้านบนของเตาจะสูงถึง 700 °C ในเวลาที่เร็วเกินไปจะทำให้ไม้ด้านบนกลายเป็นเถ้าเสียก่อน ดังนั้นจึงควรควบคุมอุณหภูมิด้วยความระมัดระวัง ในทางปฏิบัติเมื่ออุณหภูมิด้านบนของเตาสูงถึง 700 °C อาจสังเกตได้จากสีของควันที่เริ่มใส ผู้ควบคุมการผลิตถ่านจะปิดช่องอากาศเข้า แล้วรอให้ความร้อนถ่ายเทจากด้านบนของเตาลงมาที่พื้นเตา อุณหภูมิในเตาจะใกล้เคียงกันทุกจุดประมาณ  500 °C ซึ่งในขณะนั้นจะไม่มีควันเหลืออยู่อีกแล้ว จึงปิดปล่องควัน ขั้น ต อ นการทำให้ถ่านบริสุทธิ์นี้ ควันที่ออกมาจะมีสารก่อมะเร็งปนออกมาด้วยเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 425 °C ดังนั้นจึงไม่ควรเก็บควันในช่วงนี้เพื่อนำไปใช้ประโยชน์ใดๆ ควรนำไปบำบัดก่อนทิ้งหรือนำไปเป็นเชื้อเพลิงเท่านั้น

4. การทำให้เย็น(cooling) หลังจากปิดปล่องเตาทุกปล่องแล้ว ต้องปล่อยทิ้งไว้ให้เตาเย็นจึงจะนำถ่านไม้มาใช้ประโยชน์ได้ ก่อนจะเปิดเตาต้องให้อุณหภูมิในเตาต่ำกว่า 50 °C เพราะถ่านไม้อุณหภูมิ 60 °C – 70 °C สามารถลุกติดไฟเองได้ (spontaneous combustion) ถ้าได้รับออกซิเจนจากอากาศดังนั้นการเปิดเตาต้องเริ่มเปิดที่ปล่องควันก่อนเพื่อระบายความร้อนและแก๊สที่ยังคงค้างอยู่ในเตาให้หมด หลังจากนั้นจึงเปิดหน้าเตา

ข้อมูลจาก 

ข้อมูลการเผาถ่านไม้ไผ่