หม้อไอน้ำ (Boiler)

       ที่ภาวะปกติความดันบรรยากาศน้ำเดือดที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส ดังนั้นขนาดของหม้อไอน้ำจะคิดที่ความดันบรรยากาศเช่นหม้อน้ำขนาด 2 ton คือสามารถผลิตไอน้ำที่ความดันบรรยากาศเท่ากับ 2000 kg/h ถ้าแรงดันใช้งานเพิ่มมากขึ้นปริมาณไอน้ำที่ผลิตได้ก็จะลดน้อยลงไปด้วยเนื่องจากภายในหม้อไอน้ำมีแรงดันที่สูงกว่าบรรยากาศจึงทำให้จุดเดือดของน้ำสูงขึ้น 

       ในการป้อนน้ำเข้าถ้าอุณหภูมิของน้ำต่ำทำให้ต้องเสียพลังงานบางส่วนในการเพิ่มอุณหภูมิน้ำให้ถึงจุดเดือดส่งผลให้ประสิทธิภาพในการทำงานของหม้อไอน้ำลดลง จากกราฟด้านล่างแสดงประสิทธิภาพของน้ำป้อนเข้าหม้อไอน้ำที่อุณหภูมิต่าง ๆ

ตัวอย่าง

จงหาอัตราการผลิตไอน้ำของหม้อไอน้ำขนาด 2000 kg/h แรงดันใช้งานที่ 15 bar อุณหภูมิน้ำป้อนเข้า 68 องศาเซลเซียส 

จากกราฟที่ 15 bar และ 68 องศาเซลเซียส จะได้ประสิทธิภาพ 90 %

ดังนั้นจะสามารถผลิตไอน้ำได้เท่ากับ 2000 kg/h x 90% = 1800 kg/h

ค่าที่ได้อาจคำนวณได้จากสูตร

จากตัวอย่าง

ดังนั้นจะได้

2257/(2794-284.6) = 0.899

เพราะฉะนั้นกำลังการผลิต = 2000 kg/h x 0.899 = 1799 kg/h

การคำนวนจาก KW Rating

       สำหรับหม้อไอน้ำบางครั้งอาจบอกกำลังการผลิตเป็น kW เราสามารถคำนวณเป็น kg/h ได้ดังตัวอย่าง

ตัวอย่าง

หม้อไอน้ำขนาด 3,000 kW แรงดันใช้งานที่ 10 bar g อุณหภูมิน้ำเข้า 50°C.

specific enthalpy น้ำที่ 50°C ค่า เท่ากับ 209.5 kJ/kg.

ไอน้ำที่แรงดัน 10 bar g เท่ากับ 2781.7 kJ/kg

ดังนั้นต้องใช้พลังงานทำให้น้ำเป็นไอเท่ากับ 2781.7 – 209.5 = 2572.2 kJ/kg

ที่กำลังเท่ากับ 3,000 kW หรือ 3,000 x 60 x 60 kJ/hr = 10,800,000 kJ/hr

ดังนั้นสามารถผลิตไอน้ำได้เท่ากับ 10,800,000 / 25722 = 420 kg/hr

การคำนวนจาก Boiler Horse Power (BoHP)

       สำหรับหม้อต้มที่บอกเป็นหน่วยแรงม้าไม่สามารถแปลงแบบปกติได้แต่จะนิยมให้ 64 แรงม้าสามารถผลิตไอน้ำเท่ากับ 1 ตัน หรือผลิตไอได้ 1000 kg/h

อุปกรณ์ที่ประกอบในหม้อไอน้ำ (Boiler Fittings)

SAFETY VALVE

         เซฟตี้วาล์วเป็นอุปกรณ์ที่ต้องให้ความสำคัญที่สุดในการป้องกันหม้อไอน้ำเกิดแรงดันเกินกำหนด หรือ เกิดการระเบิด โดยทั่ว ๆ ไปข้อกำหนดของอุปกรณ์มีดังนี้

– ปริมาณไอน้ำระบายที่รับได้จะต้องคิดที่ความดันบรรยากาศ หรือ ตามประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำ

– วาล์วต้องสามารถรองรับปริมาณไอน้ำระบายสูงสุดที่ 110 % ของกำลังการผลิตสูงสุด

– ขนาดข้อต่อวาล์วกับหม้อไอน้ำห้ามเล็กกว่า ¾ “

– แรงดันสูงสุดที่ตั้งค่าบนวาล์วคือแรงดันที่ไม่เกินกว่าขนาดของหม้อไอน้ำ

– ช่วงแรงดันที่ตั้งบนวาล์วกับแรงดันใช้งานต้องเหมาะสมไม่มากหรือน้อยเกินไป

– หม้อไอน้ำที่มีกำลังการผลิตมากกว่า 3700 kg/h จะต้องมีเซฟตี้วาล์วอย่างน้อยสองตัว หรือเป็นแบบดับเบิ้ลเซฟตี้วาล์วคือมีวาล์วสองตัวที่ฐานเดียวกัน

– ด้านฝั่งขาออกของวาล์วต้องไม่อุดตัน และต้องมั่นใจว่าไม่มีการสะสมของไอน้ำควบแน่น

BURNER CONTROL

        น้ำมันจะไม่เผาไหม้ง่าย ๆ หากอุณหภูมิไม่ถึงจุดติดไฟ และ อัตราส่วนผสมของน้ำมันกับอากาศต้องเหมาะสมด้วย เพื่อให้การเผาไหม้มีประสิทธิภาพมากขึ้นจะต้องเพิ่มพื้นที่สำหรับแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างน้ำกับไฟ นอกจากนี้ขนาดของละอองน้ำมันก็มีผลเช่นเดียวกัน โดยทั่วไปจะมีขนาด 20 ถึง 40 ไมครอน ถ้าละอองน้ำมันมีขนาดใหญ่จะทำให้การเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ ถ้าขนาดเล็กเกินละอองจะวิ่งเร็วทำให้ละอองน้ำมันบางส่วนไม่ถูกเผาไหม้ นอกจากนี้ความหนืดของน้ำมันก็มีผลต่อการฉีดเหมือนกันดังนั้นจะต้องมีการอุ่นน้ำมันเพื่อให้ความหนืดลดลง การทำความสะอาดหัวฉีดจะช่วยให้สามารถฉีดน้ำมันเป็นละอองได้ดีทำให้การผสมระหว่างอากาศกับน้ำมันดีมากขึ้น ประเภทของหัวเผาแบ่งได้เป็น

– jet burner น้ำมันจะถูกฉีดที่แรงดันสูง 7 ถึง 15 บาร์ ผ่านหัวฉีดเพื่อให้เป็นละออง หัวเผาสามารถเปลี่ยนขนาดหัวฉีดได้ให้เหมาะสมกับขนาดของหม้อ

– Rotary Cup Burner อาศัยแรงเหวี่ยงที่เกิดจากการหมุนของถ้วยที่เร็ว โดยถ้วยจะถูกขับด้วยมอเตอร์พัดลม ข้อดีของระบบนี้คือมีความแข็งแรงและให้อัตราส่วนผสม(turndown ratio)ที่ดีกว่า ผลกระทบของความหนืดน้ำมันน้อยกว่า และ สามารถใช้ได้กับเตาหลาย ๆ แบบ เหมาะสำหรับหม้อที่มีขนาดมากกว่า 2 ตันขึ้นไป

FEED CHECK VALVE INSTALLATION

       การติดตั้งระบบเติมน้ำฟีดจะติดที่ด้านข้างของหม้อไอน้ำโดยการเปิด-ปิดจะควบคุมจากระดับน้ำในหม้อไอน้ำ ในขณะที่เครื่องหยุดทำงาน Globe valve จะต้องป้องกันน้ำจากฟีดแท็งก์ไหลเข้าหม้อไอน้ำและขณะที่เครื่องทำงาน check valve จะต้องทำหน้าที่ป้องกันแรงดันย้อนกลับจากหม้อไอน้ำเข้าสู่ปั๊มน้ำ

PRESSURE GAUGE

        เกจวัดแรงดันจำเป็นต้องมีอย่างน้อยหนึ่งอัน ขนาด 6 นิ้ว และควรทำเครื่องหมายแระดันใช้งานและแรงดันใช้งานมากที่สุดที่สามารถรับได้ไว้ด้วย

LEVEL GAUGE GLASS

       หม้อไอน้ำจำเป็นจะต้องติดตั้งวาล์ววัดระดับน้ำอย่างน้อยหนึ่งชุด หลอดแก้วที่ใช้ต้องสามารถมองเห็นได้ชัดเจนไม่อุดตัน

  การตรวจสอบ gauge glass ควรทำอย่างน้อยวันละหนึ่งครั้งเพื่อจะทำความสะอาดผิวหลอดแก้ว และการทำงาน วิธีการตรวจสอบจะปิดวาล์วน้ำเข้าและเปิดวาล์วระบายน้ำออก 5 วินาที หลังจากนั้นจะปิดวาล์วระบายน้ำและเปิดวาล์วน้ำเข้า น้ำจะต้องไหลเข้ามาที่ระดับเดิมอย่างรวดเร็วและกลับมาอยู่ที่ตำแหน่งเดิม ถ้าเกิดการอุดตันระดับน้ำจะขึ้นอย่างช้า ๆ หรือระดับน้ำอาจไม่กลับมาที่ตำแหน่งเดิม

LEVEL CONTROL CHAMBERS

        อุปกรณ์ควบคุมระดับน้ำจะติดตั้งด้านนอกของหม้อต้มเพื่อทำหน้าทีตรวจสอบระดับน้ำถ้าต่ำมากจะส่งสัญญาณเตือนให้ผู้ใช้งานเข้ามาดูแลอีกครั้งหนึ่ง

BOTTOM BLOW DOWN VALVE

        หม้อต้มไอน้ำจำเป็นต้องติดตั้งวาล์วละบายหนึ่งจุดที่ตำแหน่งล่างสุดเพื่อให้สามารถระบายตะกอนออกจากด้านล่างได้ ควรมีการตรวจสอยอย่างน้อยวันละหนึ่งครั้ง ในขณะใช้งานจะต้องระวังเนื่องจากขณะเปิดวาล์วอาจมีการซ่อมแซมส่วนต่าง ๆ ซึ่งอาจก่อให้เกิดอันตรายได้

AIR VENT AND VACUUM BREAKER

         ขณะที่หม้อไอน้ำเริ่มทำงาน พื้นที่ภายในส่วนใหญ่จะเป็นอากาศ ซึ่งอากาศดังกล่าวจะเป็นฉนวนความร้อนและก่อให้เกิดการกัดกร่อนภายในระบบ โดยปกติเราอาจใช้วาล์วเพื่อระบายอากาศออกรอจนกว่าแรงดันในถังจะอยู่ที่ประมาณ 0.5 บาร์ หรือ อาจเลือกใช้อุปกรณ์ระบายอากาศออกก็ได้ซึ่งอุปกรณ์ดังกล่าวจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า

 เมื่อหม้อไอน้ำหยุดการทำงานลงไอน้ำจะควบแน่นกลายเป็นหยดน้ำทำให้เกิดสุญญากาศในระบบ ซึ่งอาจทำให้หม้อไอน้ำหรือระบบท่อต่าง ๆ ยุบเสียหายได้ จึงต้องติดตั้ง Vacuum breaker เพื่อทำหน้าที่ปรับแรงดันภายในหม้อไอน้ำโดยยอมให้อากาศภายนอกไหลผ่านวาล์วเข้าสู่ภายในระบบ

NON RETURN VALVE

       เมื่อมีหม้อไอน้ำมากกว่าสองเครื่องติดตั้งจำเป็นต้องติด check valve เนื่องจากป้องกันแรงดันย้อนกลับตัวอย่างเช่นมีหม้อไอน้ำสองเครื่องละต้องการซ่อมเครื่องหนึ่งโดยอีกเครื่องยังทำงานอยู่

ในกรณีที่มีหม้อไอน้ำสองตัวโดยที่แต่ละตัวผลิตไอได้ R ดังนั้นกำลังการผลิตสูงสุด 2R ถ้าวาล์วกันย้อนบนหม้อที่ 1 ปิดลง (กรณีมีแรงดันไอน้ำส่วนเกินใน header มากกว่าในหม้อ) แรงดันในหม้อที่ 1 จะมากขึ้นหัวเผาจะปรับไฟมาที่ low ส่วนหม้อไอน้ำที่ 2 ต้องผลิตไอมากขึ้นเป็น 2 R ในช่วงก่อนที่วาล์วหม้อที่ 1 จะเปิดอีกครั้ง เมือหม้อที่ 2 ทำงานมากจึงอาจก่อให้เกิดการ overload และ เกิดภาวะ locking out และนี้เป็นสาเหตุส่วนใหญ่ของการเกิด carryover สำหรับการติดตั้งหม้อไอน้ำมากกาว่าหนึ่งเครื่อง