Improving thermal performance of Top-Lit Up-Draft (TLUD) biomass stoves with forced and natural draft systems
Main Article Content
Abstract
This research aims to design and improve the thermal performance of three types of TLUD (Top-Lit Up-Draft) biomass stoves: TLUD biomass stoves using a force draft system combined with a choke ring system, TLUD stoves using only a force draft system, and TLUD stoves using only a choke ring system. The study tested different wind directions from the forced draft system into the stove at three angles: 0°, 45°, and 90° relative to the horizontal plane. It was found that a 45° angle used the least amount of time to bring water to boil. The thermal performance of the TLUD biomass stoves was assessed using the Water Boiling Test (WBT) to compare the three types of TLUD stoves. The findings revealed that TLUD stoves employing both the force draft and choke ring systems had the highest thermal efficiency, outperforming those using only the choke ring system or only the force draft system. However, the TLUD stoves using only the choke ring system had higher thermal efficiency than those using only the force draft system. The efficiency metrics were as follows: thermal efficiency (η) was 18.84±0.14%, specific energy consumption (SEC) was 15.47±0.21 MJ/kg, specific cost consumption (SCC) was 0.800±0.011 Baht/kg, burning rate (BR) was 38.27±0.51 g/min, firepower (P) was 9.87±0.13 kW, boiling time (BT) was 10.58±0.49 minutes, and fuel consumption was 2.279±0.049 kg. The developed stove offers advantages in fuel savings, reduced electricity consumption, lower costs for air control equipment, and convenience as it does not require electrical power for the draft system. This makes it suitable for applications requiring high and sustained thermal energy, such as household industrial activities in baking, steaming food, and steam production.
Article Details
References
กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน. (2558, กันยายน). แผนพัฒนาพลังงานทดแทนและพลังงานทางเลือก พ.ศ. 2558–2579. สำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน. https://www.eppo.go.th/images/POLICY/PDF/AEDP2015.pdf
ธเนศ ไชยชนะ, หมะกรือซม อาลี, และมัสยา หลงสมัน. (2556). การศึกษาประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเตาหุงต้มระดับครัวเรือน. วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยมหาสารคาม, 32(5), 626-630.
พลชัย ขาวนวล, สมบูรณ์ ประสงค์จันทร์, และสุปราณี วุ่นศรี. (2561). ปัจจัยของขนาดห้องเผาไหม้และความชื้นเชื้อเพลิงที่ผลต่อสมรรถนะเตาชีวมวลชนิด Top-Lit Up-Draft (TLUD). การประชุมวิชาการระดับชาติมหาวิทยาลัยทักษิณ ครั้งที่ 28, 983-992.
สมมาส แก้วล้วน, ดำรงศักดิ์ จันโทสี, สุรชัย จันทร์ศรี, และเวคิน ปิยรัตน์. (2556). การทดสอบสมรรถนะเตาชีวมวลขนาด 20 kW. วารสารวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, 8(1), 24-33.
สำนักงานเศรษฐกิจการเกษตร. (2567, กรกฎาคม). ตารางแสดงรายละเอียดยางพารา. https://www.oae.go.th/assets/portals/1/files/houseland%2065.pdf
สุปราณี วุ่นศรี, พลชัย ขาวนวล, นพดล โพชกำเหนิด, โกสินทร์ ทีปรักษพันธ์, ณิชา ประสงค์จันทร์, ภัทราภา จ้อยพจน์, และระริน เครือวรพันธุ์. (2566). การประยุกต์ใช้เตาชีวมวลชนิด Top-Lit Up-Draft (TLUD) ในการย้อมสีเตยหนามด้วยสารธรรมชาติ. วารสารหน่วยวิจัยวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และสิ่งแวดล้อมเพื่อการเรียนรู้, 14(2), 167-178.
Bentson, S., Evitt, D., Lieberman, D., & MacCarty, N. (2024). Retrofitting stoves with forced jets of primary air improves speed, emissions, and efficiency: Evidence from six types of biomass cookstoves. Energy for Sustainable Development, 71, 104-117. https://doi.org/10.1016/j.esd.2023.10.010
Berrueta, V. M., Edwards, R. D., & Masera, O. R. (2008). Energy performance of wood-burning cookstoves in Michoacan, Mexico. Renewable Energy, 33(5), 859–870. https://doi.org/10.1016/j.renene.2007.04.016
Boafo-Mensah, G., Neba, F. A., Tornyeviadzi, H. M., Seidu, R., Darkwa, K. M., & Kemausour, F. (2021). Modelling the performance potential of forced and natural-draft biomass cookstoves using a hybrid Entropy-TOPSIS approach. Biomass and Bioenergy, 150, 106121. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2021.106121
Hailu, A. (2022). Development and performance analysis of top lit updraft: Natural draft gasifier stoves with various feed stocks. Heliyon, 8(12), e12040. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e12040
Huangfu, Y., Li, H., Chen, X., Xue, C., Chen, C., & Liu, G. (2014). Effect of moisture content in fuel on thermal performance and emission of biomass semi-gasified cookstove. Energy for Sustainable Development, 21, 60–65. https://doi.org/10.1016/j.esd.2014.05.007
Kore, S., Sutar, K., & Waghmare, A. (2023). Development of a natural draft metal biomass cookstove for community kitchen. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, 102(2), 17-36. https://doi.org/10.37934/arfmts.102.2.1736
MacCarty, N., Ross, G., Lefebvre, O., & Morris, A. (2024). Saving time and reducing smoke: A sensor-based performance assessment of a forced-draft “Jet-Flame” cooking system in Malawi. Energy for Sustainable Development, 80, 101438. https://doi.org/10.1016/j.esd.2024.101438
Oyelaran, O. A., Bolaji, B. O., Waheed, M. A., & Adekunle, M. F. (2015). Performance evaluation of the effect of binder on groundnut shell briquette. KMUTNB International Journal of Applied Science and Technology, 8(1), 11–19. https://doi.org/10.14416/j.ijast.2015.01.002
Rasoulkhani, M., Ebrahimi-Nik, M., Abbaspour-Fard, M. H., & Rohani, A. (2018). Comparative evaluation of the performance of an improved biomass cook stove and the traditional stoves of Iran. Sustainable Environment Research, 28(6), 438-443. https://doi.org/10.1016/j.serj.2018.09.003
Yunusa, S. U., Mensah, E., Preko, K., Narra, S., Saleh, A., Sanfo, S., Isiaka, M., Dalha, I. B., & Abdulsalam, M. (2023). Biomass cookstoves: A review of technical aspects and recent advances. Energy Nexus, 11, 100222. https://doi.org/10.1016/j.nexus.2023.100222