| หม้อไอน้ำ Boiler |
| หม้อไอน้ำ คือ
อุปกรณ์ที่บรรจุน้ำอยู่ภายในและใส่เชื้อเพลิงเข้าปเพื่อเผาไหม้ให้พลังงานความร้อน
แล้วถ่ายเทความร้อนให้น้ำในถัง
จนกระทั่งได้ไอน้ำที่มีความดันตามที่ต้องการ
จึงทำให้ต้องผลิตหม้อไอน้ำเป็นภาชนะความดันเพื่อให้ทนต่อความดันได้
พลังงานจากไอน้ำที่ได้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ทางด้านความร้อนและกำลังงานในกิจการต่างๆ
เช่น การทำน้ำร้อนในโรงแรม
การีดผ้าอบผ้าในโรงพยาบาล
การผลิตไฟฟ้าในโรงจักรไฟฟ้า
และการฆ่าเชื้อในอุตสาหกรรมอาหาร
เป็นต้น
เมื่อกว่า 2,000 ปีมาแล้ว ฮีโร่ แห่งอเล็กซานเดรียได้ประดิษฐ์อุปกรณ์ที่ทำงานด้วยไอน้ำ และต่อมาในช่วงเริ่มต้นแห่งการปฏิวัติอุตสาหกรรมในอังกฤษ นิวโคเมนได้นำไอน้ำมาใช้ประโยชน์และพัฒนาให้มีความปลอดภัยและประสิทธิภาพดีขึ้นเป็นลำดับ โดยนักประดิษฐ์หลายท่าน จนกระทั่งในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ได้มีการผลิตหม้อไอน้ำแบบแพคเกจที่ได้จัดอุปกรณ์ประกอบหม้อไอน้ำให้ไว้อย่างครบถ้วนเพื่อให้สะดวกต่อการติดตั้งและเป็นที่นิยมตราบเท่าทุกวันนี้ โดยทัวไปหม้อน้ำจะประกอบด้วยระบบต่างๆ ดังนี้
หม้อไอน้ำสามารถจำแนกออกด้วยเกณฑ์ต่างๆ เช่น ตามโครงสร้าง ตามขนาด ตามความดันและอุณหภูมิ หรือตามชนิดเชื้อเพลิง เป็นต้น และวิธีจำแนกที่นิยมมาก คือ จำแนกหม้อไอน้ำเป็นชนิดท่อน้ำและท่อไฟโดยดูว่าภายในท่อมีน้ำอยู่หรือมีไฟอยู่ ถ้าท่อมีน้ำอยู่เรียกว่าท่อน้ำ ถ้าท่อมีก๊าซร้อนอยู่เรียกท่อไฟ หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ ประเภทที่เป็นแพกเกจบอยเลอร์เป็นที่นิยมอย่างสูง มีส่วนสำคัญคือ เปลือกรูปทรงกระบอกที่ภายในมีท่อไฟใหญ่และกลุ่มท่อไฟเล็ก ท่อไฟใหญ่ทำหน้าที่เป็นห้องเผาไหม้ และก๊าซจะไหลไปเรียกว่า กลับที่หนึ่ง ก๊าซสันดาปจะไหลจากห้องเผาไหม้ที่เป็นท่อไฟใหญ่ไปยังท่อไฟเล็ก ซึ่งท่อไฟเล็กสามารถจัดเป็น 2 ถึง 3 กลุ่มเพื่อบังคับการไหลของก๊าซ โดยกลุ่มที่หนึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นผิวถ่ายเทความร้อนกลับที่สอง กลุ่มที่สองเป็นที่สาม และกลุ่มที่สามเป็นกลับที่สี่ รอบๆ ท่อไฟใหญ่และท่อไฟเล็กจะล้อมรอบด้วยน้ำที่จะรับความร้อนเพื่อเปลี่ยนสภาพเป็นไอน้ำ โดยทั่วๆไปจะมีขนาดไม่เกิน 12 ตัน/ชั่วโมง และความดัน 10kg/cm2 หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำที่น้ำหมุนเวียนโดยธรรมชาติ มีหลายชนิดประกอบด้วยดรัมและท่อน้ำจำนวนมากมาประกอบกันเป็นวงจรรับความร้อน ซึ่งออกแบบเพื่อให้เกิดการหมุนเวียนเป็นธรรมชาติ เหตุผลของการหมุนเวียนของน้ำมันเกิดจากน้ำที่ร้อนจะมีความหนาแน่นน้อยลงคือเบาลงจึงเคลื่อนขึ้นบน แล้วน้ำที่เย็นกว่ามีความหนาแน่นมากกว่าคือ หนักกว่าจะไหลเข้ามาแทนที่ หม้อไอน้ำชนิดดรัมคู่ ดรัมบนมีไอน้ำและน้ำ ส่วนดรัมล่างมีเฉพาะน้ำ ด้วยโครงสร้างเช่นนี้ ทำให้สามารถผลิตไอน้ำปริมาณมากๆ และความดันสูงๆได้ตั้งแต่ขนาด kg/cm2 ไปถึงีระดับสูงมากๆ ได้ หม้อไอน้ำแบบวันซ์ทรู เป็นแบบท่อน้ำ ประกอบด้วยหม้อเผาไหม้และห้องความร้อน เนื่องจากน้ำที่อยู่ในท่อมีปริมาณน้อย จึงระเหยได้รวดเร็วมักจะสร้างเป็นขนาดเล็กๆ 200 2,000 kg/hr. โครงสร้างมักจะเป็นแบบตั้ง มีรูปร่างกะทัดรัด พื้นที่ติดตั้งน้อย ถ้าหากต้องการใช้ไอน้ำจำนวนมากจะนิยมติดตั้งหลายๆ เครื่อง และระบบควบคุมอัตโนมัติรวมเพื่อให้เกิดการประหยัดพลังงาน อัตราการผลิตไอน้ำ โดยทั่วไปเวลาพูดถึงคำว่า ขนาดหม้อไอน้ำ มักจะเป็นที่เข้าใจกันว่า หมายถึงอัตราการผลิตไอน้ำของหม้อไอน้ำนั่นคือ ปริมาณไอน้ำที่หม้อไอน้ำนั้นสามารถผลิตได้ต่อหนึ่งหน่วยเวลา อย่างไรก็ตามการกล่าวขึ้นมาลอยๆ เช่น 5 ตัน/ชัวโมง นั้นเป็นตัวเลขคร่าวๆ ถ้าให้ถูกต้องจะต้องมีการกำหนดเงื่อนไขต่างๆ เพิ่มเติม เพื่อให้ผู้ผลิตทุกรายปฏิบัติเป็นแนวทางเดียวกัน โดยเรียกว่า อัตราการผลิตไอน้ำสมมูลย์ ซึ่งเป็นปริมาณไอน้ำอิ่มตัวแห้งในหน่วยกิโลกรัมที่ผลิตขึ้นได้ในหนึ่งชั่งโมงที่อุณหภูมิ 100 o ซ หรืออีกวิธีหนึ่งแสดงเป็นกำลังที่มีอยู่ในไอน้ำในหน่วย kW หรือ MWสิ่งที่พึงเอาใจใส่เพื่อให้เกิดการประหยัดพลังงาน คือ :
การเผาไหม้เชื้อเพลิง เชื้อเพลิงที่ใช้ในการเผาไหม้ประกอบด้วยเชื้อเพลิงที่เป็นของแข็ง เช่น ลิกไนต์ ฟืน แกลบ หรือเชื้อเพลิงที่เป็นของเหลว เช่น น้ำมันก๊าด น้ำมันเตา น้ำมันดีเซล หรือเป็นก๊าซ เช่น ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซหุงต้ม ก๊าซชีวมวล ทั้งนี้การใช้เชื้อเพลิงชนิดใดนั้นขึ้นอยู่กับว่าหม้อไอน้ำนั้นได้รับการออกแบบมาใช้กับเชื้อเพลิงชนิดนั้นเท่านั้น หรืออาจจะถูกออกแบบให้ใช้กับเชื้อเพลิงสองชนิด เช่น น้ำมันกับก๊าซ เป็นต้น ผู้ใช้จะเลือกใช้ตามความสะดวกหรือเปลี่ยนเชื้อเพลิงเป็นชนิดอื่นไม่ได้ จะต้องศึกษาให้ถี่ถ้วนก่อนที่จะเปลี่ยนเชื้อเพลิงในการเผาไหม้ซึ่งการเผาไหม้เชื้อเพลิงประเภทก๊าซสามารถเผาไหม้ได้ง่ายที่สุด สำหรับการใช้เชื้อเพลิงเหลวในการเผาไหม้นั้นพบว่าในประเทศไทยได้รับความนิยมมากที่สุด การเผาไหม้เชื้อเพลิงเหลวจะใช้หัวเผาชนิดต่างๆ ที่มีความสามารถในการทำน้ำมันให้เป็นฝอยและทำการผสมอณูเล็กๆของเชื้อเพลิงให้ผสมกันอย่างดีกับอากาศ ทั้งนี้เพื่อให้เกิดการสันดาปอย่างสมบูรณ์ การสันดาป คือการออกซิเดชั่นที่สสารปล่อยความร้อนและแสงสว่างออกมา เชื้อเพลิงเหลวประกอบด้วยธาตุที่สันดาปได้เช่น คาร์บอนไฮโดรเจน กำมะถัน และธาตุที่ไม่สันดาป เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน ขี้เถ้าและความชื้นเป็นต้น ธาตุที่สันดาปได้จะทำปฏิกริยากับออกซิเจนในอากาศที่นำเข้าไปผสมและได้สารใหม่ขึ้นมารวมทั้งได้พลังงานความร้อนออกมาด้วย ดังนี้
การสันดาปที่สมบูรณ์จะทำให้ได้พลังงานความร้อนสูงสุด แต่ถ้าการสันดาปไม่สมบูรณ์จะเกิดควันดำ และสูญเสียพลังงานอย่างมาก ในการหาประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำควรจะใช้เครื่องมือวัด โดยอย่างน้อยที่สุดควรจะมีเครื่องมือวัดออกซิเจนหรือคาร์บอนไดออกไซด์อย่างใดอย่างหนึ่ง เทอร์โมมิเตอร์วัดอุณหภูมิก๊าซทิ้งที่ปล่องควัน อุปกรณ์วัดเขม่า ด้วยอุปกรณ์วัดเหล่านี้ทำให้เราสามารถหาได้ว่าประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำเป็นเช่นไร และการเผาไหม้มีเขม่ามากน้อยเพียงไร ประสิทธิภาพหม้อไอน้ำ ในการใช้เชื้อเพลิงทำให้น้ำเป็นไอน้ำนั้น จะมีการสูญเสียความร้อนไปบางส่วน ดังนั้นไอน้ำจึงไม่ได้รับความร้อนจากเชื้อเพลิงทั้งหมด วิธีการหนึ่งในการหาประสิทธิภาพหม้อไอน้ำ คือการทำสมดุลย์ความร้อนโดยมีหลักการว่า พลังงานเข้าเท่ากับพลังงานออกแล้วทำการวัดค่าพลังงานเข้าและพลังงานออกต่างๆ โดยใช้อปกรณ์วัด พลังงานที่มักจะเกี่ยวข้องกับหม้อไอน้ำได้ระบุไว้ดังนี้ พลังงานเข้าในหม้อไอน้ำ
ประกอบด้วย พลังงานออกจากหม้อไอน้ำ
ประกอบด้วย จากคำจำกัดความประสิทธิภาพว่าเป็นอัตราส่วนของพลังงานออกที่ได้ประโยชน์ต่อพลังงานที่ใส่เข้าไป
จะเห็นว่าพลังงานออกที่เป็นประโยชน์คือพลังงานในไอน้ำเท่านั้น
สามารถเขียนได้เป็น ประสิทธิภาพ =
(พลังงานในไอน้ำ /
พลังงานที่เข้าทั้งหมด) X 100% วิธีการนี้มีรายละเอียดและปริมาณที่ต้องวัดมาก
ทำให้ไม่สะดวก
ในเชิงปฏิบัติมีวิธีที่สะดวกกว่า
คือการวัดเปอร์เซนต์สูญเสียตามสูตร ประสิทธิภาพ = 100 -
เปอร์เซนต์การสูญเสียพลังงาน เปอร์เซนต์การสูญเสียพลังงานหาได้จากการวัดปริมาณออกซิเจนหรือคาร์บอนไดออกไซด์และอุณหภูมิของก๊าซทิ้ง
แล้วนำค่าไปคำนวณหรือเปิดตารางที่ทำตัวเลขไว้แล้ว การรับรู้ประสิทธิภาพจะทำให้เราสามารถปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นในบางครั้ง
ถ้าหากไม่มีอุปกรณ์วัด
เราสามารถสังเกตสภาวะการสันดาปเชื้อเพลิง
ได้ด้วยตาเปล่าซึ่งจะเป็นประโยชน์ในการหาข้อบกพร่องตั้งแต่เนิ่นๆ
ทั้งนี้ทำได้โดยสังเกตเปลวไฟ
โดยมองจากช่องมองที่มีอยู่ ในการสันดาป
ได้มีการนำอากาศเข้ามาทำปฏิกริยากับเชื้อเพลิง
ปริมาณอากาศนั้นใช่ว่าจะนำเข้ามาเท่าไหร่ก็ได้
การสันดาปที่ให้ประสิทธิสูงปริมาณอากาศควรจะมีปริมาณที่เหมาะสมเท่านั้น
การนำปริมาณอากาศเข้าน้อยไปเชื้อเพลิงจะสันดาปไม่สมบูรณ์
สูญเสียพลังงานมหาศาลและมีควันดำพร้อมเขม่า
แต่ถ้ามีปริมาณอากาศเข้ามากไปความร้อนจากการสันดาปก็จะทิ้งไปกับก๊าซทิ้งที่ปล่องควันซึ่งเป็นการสิ้นเปลืองอีก
ดังนั้นจึงควรสังเกตสีของเปลวไฟและสีของควัน
การบำรุงรักษาหัวเผาให้อยู่ในสภาพดี จะทำให้เชื้อเพลิงถูกส่งออกมาเป็นละอองผสมกันเข้ากับอากาศทำปฏิกริยาสันดาปได้ดี ถ้าหากมีคราบน้ำมันหรือคาร์บอนติดอยู่ที่ปลายหัวเผา จะทำให้เชื้อเพลิงไม่เป็นละอองก่อให้เกิดการสันดาปที่ไม่ดีมีควันดำ สามารถแก้ไขได้โดยเพิ่มอากาศเข้าไป แต่ถ้ายังมีความผิดปกติอยู่แสดงว่าหัวเผาไม่อยู่ในสภาพที่ดีพอ การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ก่อให้เกิดเขม่าที่พื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อนทางด้านสัมผัสไฟ เขม่าเป็นฉนวนอย่างดีต่อการถ่ายเทความร้อน จึงต้องพยายามทำให้การเผาไหม้สมบูรณ์ และหมั่นทำความสะอาดท่อให้ปราศจากเขม่า การปรุงแต่งคุณภาพน้ำให้เหมาะสม น้ำที่ป้อนเข้าหม้อไอน้ำเพื่อผลิตเป็นไอน้ำนำไปใช้งานนั้นต้องมีคุณสมบัติที่เหมาะสมสำหรับหม้อไอน้ำนั้นๆ การใช้น้ำป้อนที่ไม่เหมาะสม ก่อให้เกิดปัญหามากมายในการใช้งาน ปัญหาที่พบบ่อย ดังเช่น การถ่ายเทความร้อนประสิทธิภาพต่ำลง การเพิ่มอุณหภูมิของโลหะที่เป็นพื้นผิวถ่ายเทความร้อน ทำให้โลหะอ่อนตัวถึงขั้นอันตราย การมีหยดน้ำติดไปมากๆ กับไอน้ำทำให้ผลิตภัณฑ์เสียหาย เป็นต้น ปัญหาเหล่านี้เกิดจากคุณภาพน้ำที่ป้อนหรือน้ำในหม้อไอน้ำไม่เหมาะสม สิ่งต่างๆ ในน้ำที่ไม่พึงปรารถนาสำหรับหม้อไอน้ำ ได้แก่ เช่น สิ่งสกปรก ฝุ่นละออง ไขมัน น้ำมัน และเกลือแร่ต่างๆ จึงต้องขจัดด้วยวิธีทางกลหรือทางเคมีจนมีคุณภาพที่เหมาะสมต่อไป หน้าที่ 4
ประการในการขจัดปัญหาที่เกี่ยวเนื่องกับน้ำที่ใช้ในหม้อไอน้ำ
สิ่งที่ใช้วัดคุณสมบัติของน้ำ
ค่าต่างๆ
ต่อไปนี้เป็นสิ่งชี้บ่งถึงคุณสมบัติของน้ำทั้งน้ำป้อนและน้ำภายในหม้อไอน้ำ
จากการทราบค่าต่างๆ เหล่านี้
เทียบกับที่ผู้ผลิตหม้อไอน้ำให้เหมาะสมต่อไปได้
การปรุงแต่งคุณภาพน้ำ การปรุงแต่งคุณภาพน้ำมีทั้งส่วนที่ทำภายนอกและภายในหม้อน้ำ สิ่งที่ทำภายนอกหม้อไอน้ำ คือ
สิ่งที่ทำภายในหม้อไอน้ำ คือ
การหุ้มฉนวน ปรากฎการณ์ทางธรรมชาติได้แสดงให้เห็นแล้วว่าความร้อนจะถ่ายเทจากที่มีอุณหภูมิสูงไปสู่ที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าด้วยกระบวนการต่างๆ 3 วิธี คือ การนำความร้อน การพาความร้อน และการแผ่รังสีความร้อน ในการใช้งานหม้อไอน้ำ หม้อไอน้ำจะมีอุณหภูมิสูงตั้งแต่ 100 องศาเซลเซียสไปจนเป็น 1000 องศาเซลเซียส อุณหภูมินี้สูงกว่าบรรยากาศรอบๆ จึงทำให้มีการถ่ายเทความร้อนออกจากหม้อไอน้ำสู่บรรยากาศเป็นการสูญเสียพลังงาน ซึ่งยังมีผลเสียตามมาอีก คือทำให้บริเวณโดยรอบร้อนอบอ้าวและถ้าการระบายอากาศไม่ดี ก็จะเป็นการไม่เหมาะที่จะเข้าไปทำงาน ฉนวน คือวัสดุที่นำมาติดตั้งห่อหุ้มพื้นผิวที่ร้อนหรือเย็น เพื่อลดการถ่ายเทความร้อน ฉนวนนอกจากจะช่วยในการประหยัดพลังงานแล้ว ยังช่วยลดอุบัติเหตุโดยป้องกันไม่ให้แตะต้องพื้นผิวที่ร้อนจัดหรือเย็นจัดได้ด้วย ฉนวนมีหลายประเภท จึงต้องเลือกใช้ให้เหมาะสมกับงาน ในการเลือกชนิดของฉนวนจากเรื่องอุณหภูมิแล้ว ยังมีสิ่งที่ต้องพิจารณามากมาย เช่น ติดไฟหรือไม่ กำลังเชิงกลมากน้อยอย่างไร ติดตั้งยากไหม ทนทางอย่างไร ราคาสูงหรือต่ำ โดนน้ำแล้วเสียหรือไม่ และการอมความชื้นเป็นอย่างไร ฉนวนที่ใช้หม้อไอน้ำมักจะเป็นฉนวนใยหินและฉนวนใยแก้ว โดยที่ฉนวนใยหินอุณหภูมิใช้งานปลอดภัย 400-600 o ซ และค่าสภาพการนำความร้อน 0.039 0.048 kcal/mh o C ส่วนฉนวนใยแก้ว 300-350 o ซ และ 0.03-0.054 kcal/mh o C เมื่อตัดสินใจฉนวนแบบใดแบบหนึ่งแล้ว อันดับต่อไปต้องพิจารณาเลือกความหนาที่จะใช้โดยควรจะเลือกความหนาขนาดที่เหมาะสมที่สุด โดยจากประสบการณ์และกลไกการตลาดทำให้เรารู้ได้ว่า ถ้าไม่ต้องการสูญเสียพลังงานมากจากการถ่ายเทความร้อน ฉนวนที่เลือกควรหนาซึ่งราคาฉนวนจะแพง แต่ผลที่ได้กลับคืนมาในรูปของเงินมีการประหยัดพลังงานมากขึ้นคิดเป็นจำนวนได้ ดังนั้นความหนาที่ควรเลือกจะต้องทำการคำนวณเพื่อหาความหนาที่เหมาะสมซึ่งเมื่อรวมราคาฉนวนและราคาพลังงานแล้วทำให้เสียค่าใช้จ่ายน้อยที่สุด จะเป็นความหนาที่ควรใช้ ในการติดตั้ง ควรพิจารณาดูว่าจะต้องมีแผ่นสังกะสีหรืออลูมิเนียม มาหุ้มป้องกันฉนวนไหม ฉนวนที่มีกำลังเชิงกลต่ำ อาจจะถูกกดจนเสียรูปทรงได้ จึงสมควรถูกหุ้ม แต่ถ้าเป็นส่วนที่ติดตั้งอยู่ภายในและไม่มีใครมาทำความเสียหายได้ ก็อาจจะไม่ต้องหุ้มโลหะ แต่ก็ต้องพิจารณาอีกว่า ฉนวนจะตกท้องช้างหรือไม่ แล้วหาวิธีรัดหรือรองรับให้ดี ฉนวนที่ติดตั้งกลางแจ้งต้องป้องกันไม่ให้โดนฝน ที่มา : เอกสารเผยแพร่เรื่องการหม้อไอน้ำ , รวบรวมโดย ศูนย์อนุรักษ์พลังงานแห่งประเทศไทย, กรมพัฒนาและส่งเสริมพลังงาน |
