เป็นหัวใจสำคัญที่กำหนดประสิทธิภาพการดักจับฝุ่นและแก๊สพิษก่อนจะปล่อยสู่บรรยากาศ หากเลือกผิดขนาดหรือรูปแบบผิด ฝุ่นอาจจะหลุดรอด หรือหัวฉีดอาจจะอุดตันจนระบบล้มเหลวได้ครับ

เพื่อให้ง่ายต่อการนำไปใช้งานจริง ผมขอแบ่งขั้นตอนการคำนวณและการเลือกหัวฉีดออกเป็นสเต็ปดังนี้

1. คำนวณปริมาณฝุ่น (Dust Loading) และอัตราส่วน L/G

ก่อนเลือกหัวฉีด เราต้องรู้ปริมาณน้ำที่ต้องใช้เสียก่อน โดยอ้างอิงจากปริมาณก๊าซและฝุ่น

1. หาอัตราการไหลของอากาศรวม (Q_G): หน่วยเป็นลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง (m³/hr)
2. หาปริมาณฝุ่นขาเข้า (Cin): หน่วยเป็นมิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (mg/m³) หรือกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (g/m³)
3. กำหนดอัตราส่วนของเหลวต่อก๊าซ (L/G Ratio):
   สำหรับฝุ่นทั่วไป มักใช้ L/G อยู่ที่ 1 ถึง 3 ลิตร(L) ต่ออากาศ 1 ลูกบาศก์เมตร(m³)
   หากฝุ่นมีความหนาแน่นสูง หรือต้องบำบัดก๊าซพิษร่วมด้วย อาจต้องดัน L/G ขึ้นไปถึง 3 – 6 ลิตร/ลูกบาศก์เมตร (L/m³)
4. คำนวณปริมาณน้ำรวม (Q_L): นำค่า Q_G มาคูณกับ L/G Ratio จะได้อัตราการไหลของน้ำทั้งหมดที่ต้องฉีด (ลิตร/ชั่วโมง) เพื่อนำไปหารจำนวนหัวฉีดต่อไป

2. กำหนดขนาดของหยดน้ำ (Droplet Size):
หัวใจของการดักจับ

หลักการดักจับฝุ่นด้วยน้ำคือ การชน (Impaction) หยดน้ำต้องมีขนาดพอเหมาะ ไม่เล็กหรือใหญ่เกินไป

• กฎทั่วไป: ขนาดหยดน้ำ (Sauter Mean Diameter – SMD) ควรมีขนาดประมาณ 10 ถึง 50 เท่าของขนาดเม็ดฝุ่น
• หากฝุ่นเป้าหมายมีขนาด 10 ไมครอน หยดน้ำที่เหมาะสมควรอยู่ในช่วง 100 – 500 ไมครอน
• ข้อควรระวัง: หากหยดน้ำเล็กเกินไป (ต่ำกว่า 50 ไมครอน) หยดน้ำจะเบาและปลิวตามลมออกไปทางปล่องควัน (Carry-over) ทำให้ต้องเพิ่มภาระให้ตัวดักละอองน้ำ (Mist Eliminator)

3. เลือกรูปแบบของหัวฉีด (Nozzle Type):
ป้องกันการอุดตัน

น้ำในระบบ Scrubber มักเป็น น้ำหมุนเวียน (Recirculate) ซึ่งจะมีฝุ่นปะปนอยู่ การเลือกรูปแบบหัวฉีดจึงต้องเน้นเรื่องการป้องกันการอุดตันครับ
Spiral Nozzle (หัวฉีดแบบเกลียว หรือ Pigtail):

• แนะนำมากที่สุด สำหรับ Wet Scrubber เพราะโครงสร้างไม่มีแกนหมุนหรือรูเล็กๆ อยู่ด้านใน (Maximum Free Passage) ทำให้ฝุ่นตะกอนในน้ำหมุนเวียนสามารถไหลผ่านได้โดยไม่อุดตัน
• ให้ละอองน้ำเป็นรูปกรวย (Cone) ที่ซ้อนกันหลายชั้น ดักจับฝุ่นได้ดีเยี่ยม

Full Cone Nozzle (หัวฉีดกรวยเต็ม):

ข้อเสีย: อุดตันง่ายกว่าแบบ Spiral หากใช้น้ำหมุนเวียนต้องมีระบบกรองน้ำ (Strainer) ที่ดีเยี่ยม

ให้การกระจายตัวของหยดน้ำที่สม่ำเสมอที่สุด เหมาะสำหรับการล้างก๊าซ หรือฝุ่นที่มีความละเอียด

ข้อควรระวังเรื่องแรงดัน (Pressure)

อย่าเลือกหัวฉีดที่ต้องใช้แรงดัน (Operating Pressure) สูงเกินความจำเป็น (ปกติใช้ประมาณ 1.5 – 3 Bar) เพราะแรงดันที่สูงขึ้นจะทำให้หัวฉีดสึกหรอเร็วขึ้น (โดยเฉพาะเมื่อน้ำมีฝุ่นทรายปน) และกินไฟปั๊มน้ำมากขึ้นโดยไม่จำเป็น

ตัวอย่างการคำนวณเพื่อเลือกออกแบบติดตั้งSpray Nozzle

ข้อมูลตั้งต้น (Design Parameters)

• อัตราการไหลของอากาศเสีย (Q_G): 10,000 m³/hr
• ปริมาณฝุ่นขาเข้า (Cin): 5,000 mg/m³ (หรือ 5 กรัม/m³)
• ขนาดเม็ดฝุ่นเฉลี่ย: 10 ไมครอน
• ประสิทธิภาพการดักจับที่ต้องการ: 95%

ขั้นตอนที่ 1: คำนวณปริมาณน้ำรวมที่ต้องใช้ (Q_L)

สำหรับการหาค่า L/G Ratio และอัตราการไหลของน้ำเพื่อจัดการฝุ่นขนาด 10 ไมครอน เราจะเลือกใช้อัตราส่วน L/G (Liquid-to-Gas Ratio) ที่ระดับมาตรฐาน ซึ่งก็คือ 2 ลิตร ต่อ อากาศ 1 ลูกบาศก์เมตร

• สูตรคำนวณ: Q_L = Q_G × (L/G)
• แทนค่า: Q_L = 10,000 m³/hr × 2 L/m³

ผลลัพธ์: ปริมาณน้ำรวมที่ต้องฉีดคือ 20,000 ลิตร/ชั่วโมง (หรือ 20 m³/hr)

ขั้นตอนที่ 2: คำนวณความหนาแน่นของฝุ่นในน้ำ (Slurry Concentration)

ตรวจสอบว่าน้ำจะข้นเกินไปจนหัวฉีดตันหรือไม่? ในฐานะวิศวกรสิ่งแวดล้อม เราจำเป็นต้องเช็คว่าน้ำหมุนเวียนในระบบจะสกปรกแค่ไหน เพื่อยืนยันว่าหัวฉีด (Nozzle) แบบที่เราเลือกใช้จะไม่เกิดการอุดตัน

• ปริมาณฝุ่นทั้งหมดที่เข้าสู่ระบบ: 10,000 m³/hr × 5 g/m³ = 50,000 g/hr (หรือ 50 kg/hr)
• ปริมาณฝุ่นที่ดักจับได้ (สมมติประสิทธิภาพที่ 95%): 50 kg/hr × 0.95 = 47.5 kg/hr
• ฝุ่นจำนวน 47.5 kg นี้ จะตกลงไปผสมกับน้ำ 20,000 ลิตร ที่เราคำนวณไว้ในขั้นตอนแรก
• ความเข้มข้นของตะกอน: 47.5 kg / 20,000 L = 2.375 กรัม/ลิตร (หรือประมาณ 0.24% by weight)

สรุป: ความเข้มข้นของตะกอนอยู่ในระดับที่ต่ำมาก (ปกติแล้วไม่ควรเกิน 5%) ดังนั้นจึงสามารถใช้ หัวฉีดแบบ Spiral (Pigtail) ได้สบายๆ โดยไม่มีปัญหาการอุดตันครับ แต่ทั้งนี้ยังคงต้องมีการระบายน้ำทิ้ง (Blowdown) ออกจากระบบเป็นระยะเพื่อป้องกันการสะสมตัวของตะกอนในระยะยาว

ขั้นตอนที่ 3: เลือกขนาดและจำนวนหัวฉีด (Nozzle Selection)

เปิดแคตตาล็อกและคำนวณหาจำนวนหัวฉีด สมมติว่าเราเปิดแคตตาล็อกหัวฉีดยี่ห้อหนึ่ง และพิจารณาเลือกหัวฉีดประเภท Spiral Full Cone โดยมีรายละเอียดดังนี้:

• สเปคหัวฉีดที่เลือก: อัตราการไหล 1,000 ลิตร/ชั่วโมง ที่แรงดัน 2.0 Bar มุมกระจายน้ำ 90 องศา
• สูตรหาจำนวนหัวฉีด (N): N = Q_L / อัตราการไหลต่อหัวฉีด (Flow rate per nozzle)
• แทนค่า: N = 20,000 / 1,000

ผลลัพธ์: ต้องใช้หัวฉีดทั้งหมด 20 หัว

ขั้นตอนที่ 4: การจัดเรียง (Spray Layout):
ออกแบบการพ่นน้ำให้ครอบคลุมหน้าตัด

การนำหัวฉีด 20 หัวไปวางในชั้นเดียวอาจทำให้ละอองน้ำแน่นเกินไป หรือเกิดการชนกันของละอองน้ำจนหยดน้ำใหญ่ขึ้น (Droplet Coalescence) ทำให้ประสิทธิภาพตกลง

คำแนะนำทางวิศวกรรม:

• ให้แบ่งหัวฉีดเป็น 2 ชั้น (2 Spray Banks) ชั้นละ 10 หัว
• จัดวางสลับฟันปลา (Staggered arrangement) เพื่อให้ม่านน้ำซ้อนทับกัน (Overlap) ป้องกันไม่ให้มีช่องโหว่ (Dead Zone) ที่อากาศจะรอดไปได้

การหาค่า L/G