"Boiler"...เครื่องกำเนิดไอน้ำ

เครื่องกำเนิดไอน้ำหรือหม้อไอน้ำ (Boiler) เป็นอุปกรณ์หลักสำหรับการผลิตไอน้ำ กระบวนการผลิตไอน้ำจะเริ่มต้นจากการเผาไหม้ในห้องเผาไหม้ ทำให้น้ำในหม้อไอน้ำระเหยกลายเป็นไอ เนื่องจากการระเหยของน้ำถูกจำกัดอยู่ในพื้นที่ของหม้อน้ำ จึงทำให้เกิดความดันที่นำไปใช้ประโยชน์ในกระบวนการผลิตหรือขับเคลื่อนเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ต่างๆในโรงงานอุตสาหกรรม

1. ชนิดและหลักการทำงานของหม้อไอน้ำ

ภาพจาก : www.steam-boiler.org หม้อไอน้ำชนิดท่อไฟ (Fire Tube Boiler)

เป็นหม้อไอน้ำที่มีโครงสร้างง่ายๆ โดยความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้ จะถูกส่งไปในท่อเหล็กจำนวนมากที่ประกอบตามความยาวหม้อ ทำให้น้ำโดยรอบท่อเดือดและเปลี่ยนสภาพกลายเป็นไอน้ำ หม้อไอน้ำประเภทนี้จะมีขนาดเล็กและมีความดันต่ำ เหมาะกับงานที่ใช้ความดันไม่เกิน 10 barg. อัตราการผลิตไอน้ำไม่เกิน 10 ตัน/ชั่วโมง เป็นส่วนใหญ่

หม้อไอน้ำชนิดท่อน้ำ (Water Tube Boiler)

หม้อไอน้ำชนิดนี้ทำงานเช่นเดียวกับหม้อไอน้ำชนิดท่อไฟ แต่ภายในมีถังดรัม (Drum) และท่อน้ำเป็นจำนวนมากประกอบกับวงจร น้ำที่ผ่านเข้ามาจะหมุนเวียนตามการเคลื่อนที่ของน้ำในดรัม ส่วนภายนอกท่อน้ำเหล่านี้จะได้รับความร้อนจากการเผาไหม้กลายเป็นไอ การหมุนเวียนของน้ำจะใช้หลักธรรมชาติ น้ำร้อนที่เป็นไอจะเบาและมีความหนาแน่นจะเคลื่อนตัวสู้ด้านบน น้ำที่เย็นกว่าน้ำหนักน้อยจะไหลเข้ามาแทนที่ หม้อไอน้ำนี้จะมีขนาดใหญ่มีความดันตั้งแต่ 150 lb/in2 (10 barg.) ขึ้นไป สามารถผลิตไอน้ำปริมาณมากและเป็นไอน้ำร้อนจัด

**จะขอเน้นเฉพาะหม้อไอน้ำประเภทท่อไฟ ซึ่งเป็นหม้อไอน้ำที่มีขนาดเล็กจนถึงขนาดกลาง และเป็นหม้อไอน้ำที่ใช้กันเป็นส่วนใหญ่ในวิสาหกิจขนาดกลางและขนาดย่อม

2. กับดักไอน้ำ (Steam trap)

กับดักไอน้ำทำหน้าที่ระบายคอนเดนเสทและก๊าซต่างๆ ที่ไม่กลั่นตัวออกไปจากระบบส่งจ่ายไอน้ำ และป้องกันไม่ให้ไอน้ำไหลออกไปได้ ทำให้การส่งจ่ายไอน้ำมีประสิทธิภาพมากขึ้น

รูปแสดงระบบการผลิตและส่งจ่ายไอน้ำ

• ชนิดและหลักการของกับดักไอน้ำ
  

  ในปจจุบันเราไดแบงกับดักไอนํ้า (Steam Trap) เปนประเภทตาง ๆ ตามหลักการทํางานและโครงสรางทางกลไกของอุปกรณ์ภายในดังตาราง

กับดักไอน้ำชนิดเทอร์โมไดนามิกส์ แบบแผ่นจาน (Disc Type)	- ทำงานโดยอาศัยการเคลื่อนที่ขึ้นลงของแผ่นจาน ทนต่อแรงดันสูงและอุณหภูมิสูง ทนต่อการเกิด Water hammer เนื่องจากมีโครงสร้งที่แข็งแรงทนทาน จึงเหมาะกับการ Drain steam main
กับดักไอน้ำชนิดเทอร์โมสแตติกส์ แบบโลหะ (Bimetallic Type)	- ทำงานโดยอาศัยอุณหภูมิ โดยใช้หลักการขยายตัวของแผ่นโลหะต่างชนิดกัน เมื่อได้รับความร้อนทำให้โลหะขยายตัวไม่เท่ากัน ทำงานช้าแต่ทนต่อการเกิด Water hammer เหมาะสำหรับงานที่ต้องการอุ่นให้ร้อนและเครื่องมือควบคุม
กับดักไอน้ำแบบถ้วยคว่ำ (Inverted Bucket Type)	- ทำงานโดยอาศัยการขึ้นลงของถ้วย เนื่องจากเป็นถ้วยทรงเปิดจึงทนต่อการเกิด Water hammer ระบายคอนเดนเสทได้เร็วแต่ช้ากว่าแบบลูกลอย สามารถระบายอากาศแบบ Vent hole ได้แต่ใช้เวลานาน เหมาะสำหรับงานที่ต้องการระบายน้ำเร็วๆ หรือมีปริมาณมาก
กับดักไอน้ำแบบลูกลอย (Float Type)	- ทำงานโดยอาศัยลูกลอยเป็นตัวเร่ง-หรี่การระบายคอนเดนเสท ระบายคอนเดนเสทได้อย่างรวดเร็ว โดยทั่วไปมักมี Automatic air vent เพื่อระบายอากาศ เหมาะสำหรับงานที่ต้องการระบายน้ำเร็ว ๆ หรือมีปริมาณมาก ๆ แต่ไม่ทนต่อการเกิด Water hammer
กับดักไอน้ำชนิดเทอร์โมสแตติก แบบสมดุลแรงดัน (Balance Pressure Type)	- ทำงานโดยอาศัยอุณหภูมิแตกต่างระหว่างคอนเดนเสทและไอน้ำ อากาศและคอนเดนเสทเย็นสามารถระบายออกได้ จนกระทั่งไอน้ำและคอนเดนเสทร้อนไหลเข้ามาทำให้แผน Diaphragm ของแคปซูลขยายตัวและปิดวาล์วป้องกันไอน้ำไหลออก เหมาะสำหรับงานที่ต้องการอุ่นให้ร้อนและเครื่องมือควบคุม

3. ประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำ

การทำงานเพื่อให้หม้อน้ำมีค่าใช้จ่ายน้อยที่สุดคือจะต้องทำงานให้มีประสิทธิภาพสูง นั่นคือลดการสูญเสียให้น้อยที่สุด การสูญสียของหม้อไอน้ำประกอบด้วย การสูญเสียไปกับก๊าซร้อนทางปล่อง (Flue gas loss) การสูญเสียไปกับการโบล์วดาวน์ (Blow down loss) และการสูญเสียผ่านผนังเตารวมทั้งอื่นๆ เรียกว่าการสูญเสียจากการแผ่รังสี (Radiation loss) ดังนั้น

ประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำโดยวิธีทางอ้อม (%) = 100 – (%Flue gas loss + %Blow down loss + %Radiation loss)

ประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำโดยวิธีทางตรง (%)  คือการคำนวณประสิทธิภาพโดยใช้ข้อมูลของปริมาณพลังงานความร้อนของไอน้ำที่ผลิตขึ้นโดยหม้อไอน้ำและข้อมูลการใช้เชื้อเพลิงดังนี้

รูปแสดงพลังงานในส่วนต่างๆ ของหม้อไอน้ำ

ความสูญเสียทางปล่องไอเสียมากที่สุดมีประมาณ 15-30% ความร้อนสูญเสียจากการโบล์วดาวน์ 3-5% และความสูญเสียจากการแผ่รังสี 2-10%

4. ความสัมพันธ์ของราคาเชื้อเพลิงกับประสิทธิภาพหม้อไอน้ำ

สูตรการคำนวณง่ายๆ ของค่าใช้จ่ายที่เปลี่ยนแปลงต่อการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพหม้อไอน้ำ

Bibliography

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน. (2555). การตรวจวิเคราะห์การอนุรัก์พลังงาน หม้อไอน้ำ. In กระทรวงพลังงาน, คู่มือการตรวจวิเคราะห์การอนุรักษ์พลังงาน สำหรับวิสาหกิจขนาดกลางและขนาดย่อม (pp. 8-2 - 8-4).