การอนุรักษ์พลังงานในระบบไอน้ำและหม้อไอน้ำ
ENERGY CONSERVATION IN STEAM BOILER AND STEAM DISTRIBUTION SYSTEM
การอนุรักษ์พลังงานของหม้อไอน้ำและระบบไอน้ำหรือ Energy conservation in Steam Boiler and Steam distribution system ได้แก่ การเพิ่มประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำ การนำความร้อนทิ้งจากหม้อไอน้ำมาใช้ประโยชน์ และการอนุรักษ์พลังงานของอุปกรณ์ช่วยในการเดินเครื่องหม้อไอน้ำ เช่น ปั๊ม พัดลม เป็นต้น
การเพิ่มประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำ ควรทำการตรวจวัดสมดุลความร้อนต่าง ๆ นำมาวิเคราะห์ความร้อนสูญเสียต่าง ๆ พิจารณาว่าจะลดความสูญเสียได้อย่างไร และตัดสินใจจากภาพรวมแล้วจึงนำไปปฏิบัติ ในการอนุรักษ์พลังงานของอุปกรณ์ช่วย สิ่งที่สำคัญคือ การตรวจสอบสภาพการเดินเครื่องของหม้อไอน้ำ แล้วดำเนินการปรับปรุงให้เหมาะสมกับสภาพการเดินเครื่องนั้น กรณีที่จะอนุรักษ์พลังงานด้วยการดัดแปลงเครื่องจักร จะต้องพิจารณาล่วงหน้าอย่างถี่ถ้วนว่านอกจากในการทำงานตามปกติแล้ว ในการเริ่มเดินเครื่องและในขณะที่ภาระมีการเปลี่ยนแปลง จะเป็นอุปสรรคต่อการเดินเครื่องหรือไม่
มาตราการการอนุรักษ์พลังงานในหม้อน้ำและระบบไอน้ำโดยทั่วไป มีดังนี้
- การลดอุณหภูมิของก๊าซไอเสีย
- การลดปริมาณก๊าซไอเสีย
- การลดปริมาณความร้อนที่แผ่รังสีออกไป
- การนำน้ำจาก blow down กลับมาใช้ประโยชน์
- การนำ drain กลับมาใช้ประโยชน์
- การอนุรักษ์พลังงานของอุปกรณ์ช่วยของหม้อไอน้ำ
- การเดินเครื่องหม้อไอน้ำด้วยจำนวนเครื่องที่เหมาะสม
การลดอุณหภูมิของก๊าซไอเสีย
ความร้อนสัมผัสในก๊าซไอเสีย (Heat loss in flue gas) ถือเป็นความร้อนสูญเสียที่สำคัญที่สุดในหม้อไอน้ำเกือบทั้งหมด มาตรการลดอุณหภูมิของก๊าซไอเสียเพื่อลดความร้อนสูญเสียนี้ เป็นวิธีการที่มีประสิทธิผลที่สุดในการเพิ่มประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำ สำหรับวิธีการที่เป็นรูปธรรม ได้แก่การติดตั้ง economizer และ air preheater วิธีเหล่านี้เป็นการนำปริมาณความร้อนที่ก๊าซไอเสียนำออกไปจากหม้อไอน้ำ มาถ่ายเทให้แก่น้ำเลี้ยงหรืออากาศสำหรับเผาไหม้ จึงสามารถลดปริมาณเชื้อเพลิงที่เดิมเคยต้องใช้เพื่อการนั้นได้ กล่าวคือเป็นอุปกรณ์นำความร้อนทิ้งกลับมาใช้ ระยะหลังนี้หม้อไอน้ำขนาดกลางและขนาดใหญ่เกือบทั้งหมดจะติดตั้งอุปกรณ์เหล่านี้
นอกจากนี้ หากความร้อนระหว่างก๊าซเผาไหม้กับน้ำในหม้อไอน้ำถ่ายเทได้ไม่ดี การแลกเปลี่ยนความร้อนจะมีประสิทธิภาพต่ำ อาจทำให้ก๊าซทิ้งมีอุณหภูมิสูงขึ้น ขี้เถ้าที่เกาะติดที่พื้นผิวถ่ายเทความร้อนของหม้อไอน้ำด้านก๊าซไอเสียและตะกรันที่เกาะติดที่ด้านน้ำ จะสามารถกำจัดได้ด้วยการทำ soot blow หรือสามารถลดได้ด้วยการควบคุมคุณภาพน้ำอย่างเข้มงวด อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้งานหม้อไอน้ำเป็นระยะเวลานาน สิ่งสกปรกเหล่านี้จะสะสมเพิ่มมากขึ้น สิ่งสกปรกที่ไม่สามารถกำจัดได้ด้วยการบำรุงรักษาประจำวัน จะกำจัดได้เมื่อหยุดเครื่อง โดยเขม่าและขี้เถ้าที่เกาะอยู่ที่พื้นผิวด้านก๊าซ จะกำจัดโดยติดตั้งนั่งร้านในเตาแล้วใช้แปรงทองเหลืองและน้ำความดันสูงในการล้างออก กล่าวคือใช้วิธีทางกายภาพ ส่วนตะกรันที่เกาะอยู่ที่พื้นผิวด้านน้ำ จะใช้กรดเกลือหรือกรดซิตริกล้างออก กล่าวคือใช้วิธีทางเคมี
รูป Economizer
รูป Air preheater
การลดปริมาณก๊าซไอเสีย
การลดปริมาณก๊าซไอเสีย ทำได้ด้วยการลดอัตราอากาศส่วนเกินเพื่อลดปริมาณอากาศที่ป้อนให้แก่หม้อไอน้ำ วิธีนี้ไม่เพียงแต่จะลดความสูญเสียในไอเสียและเพิ่มประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำเท่านั้น แต่ยังสามารถคาดหวังได้ว่าจะช่วยลดความสิ้นเปลืองกำลังไฟฟ้าของ blower ได้อีกด้วย อย่างไรก็ตาม หากลดอัตราอากาศส่วนเกินจนต่ำเกินไป จะทำให้เผาไหม้ได้ไม่ดี จึงจำเป็นต้องควบคุมอย่างเหมาะสมไม่ให้ปล่อยก๊าซที่ไม่เผาไหม้หรือเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ ปัจจุบันยังมีหม้อไอน้ำขนาดกลางและขนาดใหญ่จะติดตั้งเครื่องวัด CO ซึ่งสามารถวิเคราะห์ก๊าซ CO ในก๊าซไอเสียได้โดยตรงไว้ที่ท่อไอเสียเพื่อทำการควบคุมสภาพการเผาไหม้อีกด้วย
รูป ชุดควบคุมปริมาณก๊าซออกซิเจนในหม้อไอน้ำ
การลดปริมาณความร้อนที่แผ่รังสีออกไป
ความร้อนที่แผ่รังสีออกจากตัวหม้อไอน้ำ ท่อต่างๆ และท่อไอเสีย (Heat loss on surface areas) ถือว่าเป็นความร้อนสูญเสียอย่างหนึ่ง ดังนั้นการลดความร้อนสูญเสียส่วนนี้จึงมีผลทำให้หม้อไอน้ำมีประสิทธิภาพสูงขึ้น มาตรการที่ใช้ได้แก่ การติดตั้งฉนวนความร้อน อย่างไรก็ตาม ยิ่งฉนวนความร้อนมีความหนามาก ความร้อนที่แผ่รังสีออกไปจะลดลง แต่เนื่องจากต้นทุนการติดตั้งจะสูงขึ้น จึงมีความหนาของฉนวนความร้อนค่าหนึ่งที่เหมาะสมทางเศรษฐศาสตร์ นอกจากนี้ ยังมีหม้อไอน้ำที่นำความร้อนที่แผ่รังสีออกจากผนังรอบหม้อไอน้ำและห้องเผาไหม้ มาถ่ายเทให้ท่อขาเข้าของอากาศสำหรับเผาไหม้อีกด้วย
รูป ตัวอย่างการหุ้มฉนวนตรงท่อส่งไอน้ำ
Source: niagrow.com (2015)
การนำน้ำ BLOW DOWN กลับมาใช้ประโยชน์
น้ำ blow down ที่ปล่อยจาก drum ของหม้อไอน้ำเป็นน้ำร้อน ซึ่งมีความร้อนอยู่พอสมควร ดังนั้น การนำความร้อนนี้กลับมาใช้ประโยชน์จึงเป็นการอนุรักษ์พลังงาน วิธีการ blow down แบ่งออกเป็น periodic blow down กับ continuous blow down โดย periodic blow down จะ blow down น้ำในหม้อไอน้ำจำนวนมากในครั้งเดียว การนำความร้อนกลับมาใช้จึงต้องมี blow tank และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดใหญ่ และนำความร้อนกลับมาใช้ได้เป็นครั้งๆ เท่านั้นจึงนำไปใช้งานได้ไม่สะดวกและมีประโยชน์ใช้งานจำกัด แต่ continuous blow down จะค่อยๆ ปล่อยน้ำทีละน้อย จึงมีข้อได้เปรียบในการนำความร้อนกลับมาใช้ ในหม้อไอน้ำขนาดกลางและขนาดใหญ่ โดยมากจะใช้วิธีผลิตไอน้ำด้วย flash tank และนำไอน้ำนั้นไปเป็นแหล่งความร้อนสำหรับ deaerator
รูป Continuous blow down heat recovery
Source: www.thermgard.com.au (2015)
การนำ DRAIN กลับมาใช้ประโยชน์
ระบบหม้อไอน้ำประกอบด้วยอุปกรณ์ ท่อ และถังเก็บจำนวนมากสำหรับให้ความร้อนด้วยไอน้ำและสำหรับรักษาอุณหภูมิ ซึ่ง drain ที่ออกมาจากอุปกรณ์เหล่านี้จะมีปริมาณมากพอสมควร เราควรพิจารณาว่าสามารถนำ drain กลับมาใช้ประโยชน์สำหรับหม้อไอน้ำและอุปกรณ์อื่นๆ ได้อีกหรือไม่ เนื่องจาก drain ที่นำกลับมาได้ที่จริงเป็นน้ำที่ควบแน่นจากไอน้ำ ดังนั้นจึงมีลักษณะใกล้เคียงกับน้ำบริสุทธิ์ แต่บางครั้งจะมีโคลนหรือเลน (sludge) และน้ำมันปนอยู่ ดังนั้น จึงต้องทำการวิเคราะห์น้ำ เพื่อกำหนดว่าจะนำไปใช้ที่ใด หากใน drain มีสิ่งเจือปนน้อยและมีคุณภาพน้ำดี ก็สามารถใช้เป็นน้ำให้หม้อไอน้ำได้โดยตรง หากใน drain มีสิ่งเจือปนมาก ก็สามารถใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อให้ความร้อนแก่น้ำเลี้ยงได้
รูป นำ drain กลับมาที่ feed water tank
การอนุรักษ์พลังงานของอุปกรณ์ช่วยของหม้อไอน้ำ
ระบบหม้อไอน้ำจะประกอบด้วยอุปกรณ์ช่วยต่างๆ เช่น ปั๊ม พัดลม ฯลฯ เพื่อกำเนิดไอน้ำ อุปกรณ์ช่วยเหล่านี้โดยทั่วไปจะออกแบบมาให้ทำงานได้อย่างเหมาะสมที่สุดเมื่อเดินเครื่องที่พิกัดเช่นเดียวกับตัวหม้อไอน้ำ ดังนั้น กรณีที่เดินเครื่องที่ภาระไม่เต็มกำลัง โดยมากการเดินเครื่องจะมีประสิทธิภาพต่ำ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในขณะที่เดินเครื่องที่ภาระไม่เต็มกำลัง อาจใช้วิธีการควบคุมความเร็วรอบด้วยระบบไฟฟ้า (การควบคุมความถี่ปฐมภูมิ การแปลงจำนวนขั้ว เป็นต้น) หรือด้วยระบบทางกล (hydraulic coupling เป็นต้น) สำหรับพัดลมอาจเปลี่ยนจากพัดลม centrifugal เป็นพัดลม axial flow variable wing ที่มีประสิทธิภาพสูงแม้มีภาระไม่เต็มกำลังก็ได้
การเดินเครื่องหม้อไอน้ำด้วยจำนวนเครื่องที่เหมาะสม
กรณีที่ใช้ไอน้ำในโรงงาน เมื่อปริมาณการใช้ไอน้ำเปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของภาระในกระบวนการผลิต หรือเมื่อมีกระบวนการผลิตใหม่เพิ่มขึ้นมา สมบัติอื่นๆ เช่น ความดัน อุณหภูมิ ของไอน้ำที่ต้องการอาจจะเปลี่ยนไปจากเดิมได้ เนื่องจากหม้อไอน้ำจะถูกออกแบบมาให้มีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อเดินเครื่องที่จุดใกล้ๆ กับพิกัด การเดินเครื่องที่ภาระต่ำมากและที่ภาระเกินกำลังจึงไม่ใช่การเดินเครื่องที่มีประสิทธิภาพสูง เราควรพิจารณาการเปลี่ยนแปลงทางด้านผู้ใช้ไอน้ำ และเปลี่ยนจำนวนเครื่องหม้อไอน้ำที่จะเดินเครื่อง หรือหากจำเป็นก็ทำการดัดแปลงหม้อไอน้ำให้สามารถเดินเครื่องหม้อไอน้ำที่จุดที่มีประสิทธิภาพสูงสุด เพื่อไม่ให้เกิดการสูญเสียพลังงานของทั้งระบบ
อ้างอิง
สำนักพัฒนาทรัพยากรบุคคลด้านพลังงาน. (2004).การอนุรักษ์พลังงานในระบบความร้อน . Retrieved from DEDE:http: www2.dede.go.th/bhrd/old/Download/file_handbook/Pre_Heat/pre_heat_9.pdf
Leave a Reply
Want to join the discussion?Feel free to contribute!