บทที่ 3 พลังงานไอน้ำ
3.1 ความหมายของพลังงานไอน้ำ
เครื่องจักรไอน้ำ (อังกฤษ: Steam engine) ประดิษฐ์โดย โทมัส นิวโคเมน (Thomas Newcomen) เมื่อ พ.ศ. 2248 (ค.ศ. 1705) ต่อมา เจมส์ วัตต์ ได้พัฒนาเครื่องจักรไอน้ำขึ้น ซึ่งหลังจากนั้น ได้มีการนำเอาชื่อท่านมาตั้งเป็นหน่วยของกำลังไฟฟ้า เช่น กำลังไฟฟ้า 400 วัตต์ เป็นต้นเครื่องจักรไอน้ำเป็นเครื่องจักรแรกๆ ที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น รถจักรไอน้ำ เรือกลไฟ ฯลฯเครื่องจักรไอน้ำ เป็นเครื่องจักรประเภท สันดาปภายนอก ที่ให้ความร้อนผ่านของเหลว (น้ำ) และทำการเปลี่ยนไอของของเหลวเป็นพลังงานกล ซึ่งสามารถนำมาเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ โดยการนำไอน้ำมาหมุนกังหันของ เครื่องปั่นไฟ (ไดนาโม) เครื่องจักรไอน้ำต้องมีหม้อต้มในการต้มน้ำในการทำให้เกิดไอน้ำ ไอน้ำที่ได้จากการต้น จะนำไปเป็นแรงในการดันกระบอกสูบหรือกังหันข้อดีของเครื่องจักรไอน้ำประการหนึ่งคือการที่สามารถใช้แหล่งความร้อนจากอะไรก็ได้ เช่น ถ่านหิน, ฟืน, น้ำมันปิโตรเลียม หรือกระทั่ง นิวเคลียร์และแม้แต่ในปัจจุบัน เครื่องจักรไอน้ำหรือกลไกที่ถูกพัฒนาขึ้นจากเครื่องจักรไอน้ำยังคงปรากฏซ่อนอยู่ในเครื่องจักรเครื่องกลแทบทุกประเภท เช่น โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน จนถึง กระบอกสูบในรถยนต์
เครื่องจักรไอน้ำ
3.2 การประดิษฐ์ริเริ่มและพัฒนา
เครื่องจักรไอน้ำเครื่องแรกที่มีการบันทึกไว้คือ Arolipile คนที่ประดิษฐืคือวิศวกรและนักฟิสิกส์ชาวกรีก ในช่วงศตวรรษที่ 1 แต่ครั้งนั้นนำมาใช้เป็นของเล่น ต่อมาเมื่อ พ.ศ. 2206 (ค.ศ. 1663) นายเอ็ดเวิร์ด โซเมอร์เซ็ด ได้ออกแบบและนำไปใช้เป็นประโยชน์ในการปั้มน้ำ
เมื่อ พ.ศ. 2223 (ค.ศ. 1680) นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส เดนนิส ปาปิน ( Denis Papin) สร้างหม้อต้มความดันจุดประสงค์เพื่อใช้ในการทำอาหาร ซึ่งถือเป็นหม้อความดันรุ่นแรก เพื่อเป็นการป้องกันการระเบิดของหม้อต้มความดัน เดนนิส ปาปิน ได้ออกแบบ วาล์วลดความดัน (Release Valve) นอกจากนี้ยังสังเกตว่าคาบการทำงานของวาวล์ เป็นจังหวะขึ้นลงๆ ทำ ให้เกิดความคิดเกี่ยวกับเครื่องจักรแบบกระบอกสูบ แต่เขาก็ไม่ได้สร้างเครื่องจักรไอน้ำที่ใช้งานได้จริง ต่อมาวิศวกร Thomas Savery (โทมัส ซาวารี่) ได้ใช้การออกแบบของปาปิน มาทำเป็นเครื่องจักรไอน้ำที่ใช้งานได้
ในอุตสาหกรรมเครื่องจักรไอน้ำช่วงแรกเป็นการออกแบบของ โทมัส เซฟเวอรี (Thomas Savery) เมื่อ พ.ศ. 2255 (ค.ศ. 1712) เครื่องจักรไอน้ำแบบบรรยากาศ (atmospheric-engine) ของ โทมัส นิวโคเมน (Thomas Newcomen) ได้ทดลองและใช้ในอุตสาหกรรม
ต่อมา เซฟเวอรีและนิวโคเมนร่วมกันพัฒนา เครื่องจักรไอน้ำแบบคาน (beam engine) ที่สามารถใช้แบบความดันบรรยากาศและความดันสุญญากาศ ช่วงแรกของอุตสาหกรรมใช้เครื่องจักรไอน้ำแบบสุญญากาศในการปั๊มน้ำจากเหมือง เครื่องจักรไอน้ำของนิวโคเมน รุ่นแรกทำงานช้าและต้องใช้คนเปิด-ปิดวาล์วเอง ต่อมาจึงเปลี่ยนมาใช้ตัวเครื่องจักรเองในการเปิด-ปิดวาล์ว
ต่อมา เจมส์ วัตต์ (James Watt) ได้พัฒนาเครื่องจักรไอน้ำจากแบบของนิวโคเมน และ ได้จดสิทธิบัตร เครื่องจักรไอน้ำแบบวัตต์ Watt Steam Engine ซึ่งทำงานเรียบกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่า
การพัฒนาในเรื่องของประสิทธิภาพช่วงต่อมาจากการประดิษฐ์ของ Oliver Evans และ Rechard Trevithick โดยการใช้ไอน้ำแรงดันสูง ซึ่งเครื่องจักรไอน้ำที่ใช้แรงดังสูงที่ Trevithick สร้างไว้เป็นที่รู้จักในชื่อ เครื่องจักรไอน้ำแบบคอร์นิช (Cornish engines)
อย่างไรก็ตามเครื่องจักรไอน้ำแรงดันสูงมีอันตรายมาก จากหม้อต้มระเบิดเพราะไม่สามารถทนความดันสูงได้ และเป็นสาเหตุของอุบัติเหตุหลายๆเหตุการณ์ สิ่งสำคัญของเครื่องจักรไอน้ำแบบความดันสูงคือ ความพิถีพิถันในการผลิต วาล์วนิรภัย ซึ่งใช้ในการปล่อยความดันที่เกินของเครื่องจักรไอน้ำ และเหตุนี้เองจึงต้องมีการบำรุงรักษาเครื่องจักรไอน้ำที่เข้มงวด และกำหนดมาตราฐานการผลิตวาล์วนิรภัย
เครื่องจักรไอน้ำแบบลูกสูบ,โดยนาย Denis Papin เครื่องจักรไอน้ำแบบสูบขึ้นลง (Reciprocating Engines)
ความแตกต่างของการทำงานของเครื่องจักรไอน้ำแบบสุญญากาศและแบบความดันสูง ไอน้ำความดันสูงมีสีแดง, ความดันต่ำสีเหลื่อง และ ไอน้ำควบแน่นสีน้ำเงิน ด่านบนของเครื่องความดันแบบสุญญากาศต้องเปิดสู่บรรยากาศเพื่อให้ความดันบรรยากาศกระทำด้านบนกระบอกสูบ เครื่องจักรแบบ Reciprocating ใช้การทำงานของไอน้ำในการเคลื่อนที่สูกสูบในกระบอกสูบที่ปิดสนิท
3.3 เครื่องจักรไอน้ำแบบความดันสุญญากาศ (Vacuum engines)
จังหวะการทำงานของเครื่องจักรไอน้ำแบบสุญญากาศคือ การให้ไอน้ำความดันต่ำเข้าไปในกระบอกสูบและทำการปิดวาล์วทางเข้าลูกสูบเคลื่อนที่ไปอยู่บริเวณด้านบน หลังจากนั้นไอน้ำจะความแน่นกลายเป็นหยดน้ำ ซึ่งทำให้ปริมาตรของไอน้ำลดลงทำให้เกิดเป็นสุญญากาศ จากนั้นความดันบรรยากาศจดกดอีกด้านของลูกสูบ ทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่ไปอยู่ด้านล่าง และกระบอกสูบติดอยู่กับคานน้ำหนักค้านนอกเพียงพอจะที่ทำให้ไอน้ำความดันต่ำดันลูกสูบเคลื่อนที่ไปอยู่ด้านบนสุดได้อีกครั้ง ทำเช่นนี้กลับไปกลับมาทำให้สามารถนำมาใช้เป็นแรงกลได้ ในเครื่องจักรไอน้ำของนิวโคเมน น้ำเย็นได้ถูกฉีดโดยตรงเข้าไปในกระบอกสูบเลย แต่ในเครื่องจักรไอน้ำของวัตต์ มีการแยกกระบอกเป็นห้องไอน้ำควบแน่นและห้องหลักออกจากกันโดยกันด้วยวาล์ว ประสิทธิภาพของเครื่องจักรของนิวโคเมน ขึ้นอยู่กับการสูญเสียความร้อนในจังหวะควบแน่นและให้ความร้อนเพราะเกิดขึ้นในห้องหลักเพียงห้องเดียว การแยกกระบวนการความแน่นของไอน้ำไปอยู่อีกห้องทำให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลง
3.4 หม้อไอน้ำ
หม้อไอน้ำ,หม้อน้ำ, หม้อสตีม, เตาหม้อน้ำ คือ เครื่องหรืออุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตไอน้ำโดยการถ่ายเทความร้อน ซึ่งได้จากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงให้แก่น้ำ ซึ่งอยู่ในภาชนะปิดมิดชิดให้ได้ไอน้ำที่มีความดันและอุณหภูมิที่ต้องการ เพื่อนำไอน้ำไปใช้ประโยชน์ เช่น ขับเครื่องกังหันไอน้ำ (Steam Turbine) ขับเครื่องจักรไอน้ำ (Steam Engine) และยังนำเอาความร้อนจากไอน้ำมาใช้ในหม้อหุงต้มอาหาร, หม้ออบแห้ง, หม้อต้มน้ำอ้อย, หม้อเคี่ยวน้ำตาล เป็นต้น
มนุษย์รู้จักสร้างหม้อไอน้ำมานานแล้ว ก่อนคริสตศักราช 130 ปี มีหม้อไอน้ำของฮีโร่นักคณิตศาสตร์ ชาวอียิปต์ นอกจากนี้ก็มีหม้อไอน้ำของแบลงเค่อ นักฟิสิกส์ ชาวอิตาลี และหม้อไอน้ำของปาร์บิน เป็นต้น แต่หม้อไอน้ำที่ใช้การได้จริงมีของ ซะเบรี ในปี ค.ศ.1698, ของนิโคเมน ในปี ค.ศ.1702 และหม้อไอน้ำของเจมส์วัตต์ ในปี ค.ศ. 1765
การสร้างหม้อไอน้ำแบบดังเดิม ซึ่งมีโครงสร้างเป็นแบบหม้อมีฝาปิด แล้วได้มีการพัฒนาปรับปรุงเป็นแบบต่างๆ จาก หม้อไอน้ำแบบหัวทรงกลม ซึ่งทำได้ง่าย (รูปที่ 1) มาเป็นแบบซึ่งทำให้ประหยัดเชื้อเพลิง โดยการเพิ่มพื้นที่ถ่ายเทความร้อน (รูปที่ 2) แล้วพัฒนามาเป็น หม้อไอน้ำแบบท่อไฟทรงกระบอก (Flue Tube Boiler) ของ Cornish และของ Lancashire หม้อไอน้ำแบบของ Cornish และ Lancashire นับว่าเป็นแบบที่ก่อให้เกิดแนวทางการสร้าง หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ (Fire Tube Boiler) ดังรูปที่ 3 หม้อไอน้ำแบบท่อไฟนิยมแพร่หลายมากในระยะระหว่างปี ค.ศ.1860 ถึง 1900 แต่หม้อไอน้ำแบบท่อไฟนี้ก็ยังมีข้อเสียอีกมากจึงได้มีการพัฒนา หม้อไอน้ำแบบต่อมา เป็นชนิดน้ำเดินในท่อแทน ซึ่งเรียกกันว่า หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ (Water Tube Boiler) ดังรูปที่ 4 การพัฒนาของหม้อไอน้ำ ได้มีการปรับปรุงดัดแปลงกันต่อมาจนถึงปัจจุบัน มีหลายแบบหลายชนิดด้วยกันแต่หลักใหญ่มิได้เปลี่ยนแปลงอะไรมากนัก
รูปที่ 1 หม้อไอน้ำแบบหัวทรงกลม | รูปที่ 2 หม้อไอน้ำแบบท่อไฟทรงกระบอก |
 | |
รูปที่ 3 หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ | รูปที่ 4 หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ |
3.5 พิกัดหม้อไอน้ำ
หมายถึง อัตราการผลิตไอน้ำที่หม้อไอน้ำสามารถผลิตได้ต่อหน่วยเวลาเป็นกิโลกรัมต่อชั่วโมง, ปอนด์ต่อชั่วโมง หรือตันต่อชั่วโมง แต่การกำหนดพิกัดหม้อไอน้ำ ก็ขึ้นอยู่กับชนิดของไอน้ำที่ผลิตออกมา
ถ้าเป็นไอน้ำอิ่มตัวก็จะกำหนดเป็นอัตราการผลิตไอน้ำต่อหน่วยเวลา เช่น 1 ตันต่อชั่วโมง หมายถึง ปริมาณความร้อนที่สามารถทำให้น้ำขนาด 1 ตันที่อุณหภูมิ 100ฐC กลายเป็นไอน้ำที่ 100ฐC หมดภายในเวลา 1 ชั่วโมง นอกจากนี้ยังกำหนดเป็นแรงม้าหม้อไอน้ำ (Boiler Horsepower) 1 แรงม้าหม้อไอน้ำตามมาตราฐาน ASMEคือ ปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำขนาด34.5 ปอนด์ ที่อุณหภูมิ 212ฐF กลายเป็นไอน้ำที่อุณหภูมิ 212ฐF หมดในเวลา 1 ชั่วโมง หรือ 1 แรงม้าหม้อไอน้ำเท่ากับพื้นที่รับความร้อนของหม้อไอน้ำ 10 ตารางฟุต อัตราการผลิตไอน้ำ 1 ตันต่อชั่วโมงจะเท่ากับประมาณ 63.8 แรงม้าหม้อไอน้ำ ถ้าเป็นไอน้ำร้อนจัด ปกติจะผลิตได้จากหม้อไอน้ำแบบท่อขนาดกำลังผลิตสูง การกำหนดอัตราการผลิตไอน้ำของหม้อไอน้ำจะเป็นอัตราการผลิตไอน้ำที่กำหนดความดัน และอุณหภูมิต่อหน่วยเวลาที่ส่งเข้าหม้อไอน้ำที่กำหนดอุณหภูมิ เช่น อัตราการผลิตไอน้ำ 160 ตันต่อชั่วโมง ที่ความดัน 92 บรรยากาศ เกจ อุณหภูมิ 514ฐC น้ำส่งเข้าหม้อไอน้ำอุณหภูมิ 150C
หมายถึง อัตราการผลิตไอน้ำที่หม้อไอน้ำสามารถผลิตได้ต่อหน่วยเวลาเป็นกิโลกรัมต่อชั่วโมง, ปอนด์ต่อชั่วโมง หรือตันต่อชั่วโมง แต่การกำหนดพิกัดหม้อไอน้ำ ก็ขึ้นอยู่กับชนิดของไอน้ำที่ผลิตออกมา
ถ้าเป็นไอน้ำอิ่มตัวก็จะกำหนดเป็นอัตราการผลิตไอน้ำต่อหน่วยเวลา เช่น 1 ตันต่อชั่วโมง หมายถึง ปริมาณความร้อนที่สามารถทำให้น้ำขนาด 1 ตันที่อุณหภูมิ 100ฐC กลายเป็นไอน้ำที่ 100ฐC หมดภายในเวลา 1 ชั่วโมง นอกจากนี้ยังกำหนดเป็นแรงม้าหม้อไอน้ำ (Boiler Horsepower) 1 แรงม้าหม้อไอน้ำตามมาตราฐาน ASMEคือ ปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำขนาด
1. โครงสร้างของหม้อไอน้ำ
หม้อไอน้ำโดยทั่วๆ ไปจะมีส่วนประกอบที่สำคัญ ได้แก่
1. เตา (Furnace)
2. ตัวหม้อไอน้ำ (Boiler Shell)
3. อุปกรณ์และชิ้นส่วนประกอบต่าง ๆ
หม้อไอน้ำโดยทั่วๆ ไปจะมีส่วนประกอบที่สำคัญ ได้แก่
1. เตา (Furnace)
2. ตัวหม้อไอน้ำ (Boiler Shell)
3. อุปกรณ์และชิ้นส่วนประกอบต่าง ๆ
1.1 เตา (Furnace)
เตาเป็นที่เผาไหม้ของเชื้อเพลิง ประกอบด้วยอุปกรณ์เผาไหม้เชื้อเพลิง และห้องเผาไหม้สำหรับเชื้อเพลิงของแข็งส่วนล่างของเตาจะเป็นตะแกรงไฟ (Fire Grate) ส่วนเชื้อเพลิงเหลว, แก๊สและถ่านหินผงจะใช้หัวเผา (Burner) ส่วนมากเตาและตัวหม้อไอน้ำจะเป็นตัวเดียวกัน
เตาเป็นที่เผาไหม้ของเชื้อเพลิง ประกอบด้วยอุปกรณ์เผาไหม้เชื้อเพลิง และห้องเผาไหม้สำหรับเชื้อเพลิงของแข็งส่วนล่างของเตาจะเป็นตะแกรงไฟ (Fire Grate) ส่วนเชื้อเพลิงเหลว, แก๊สและถ่านหินผงจะใช้หัวเผา (Burner) ส่วนมากเตาและตัวหม้อไอน้ำจะเป็นตัวเดียวกัน
1.2 ตัวหม้อไอน้ำ (Boiler Shell)
ตัวหม้อไอน้ำเป็นส่วนได้ความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้และส่งถ่ายความร้อนนี้ให้กับน้ำซึ่งอยู่ภายในทำให้น้ำกลายเป็นไอ ตัวหม้อไอน้ำประกอบด้วย ท่อทรงกระบอก (Drum) และท่อน้ำ (Water Tube) หรือท่อไฟ (Fire Tube) ส่วนที่รับความร้อน เรียกว่า ผิวนำความร้อน (Heating Surface) ประกอบด้วยพื้นผิวที่อยู่ติดกับห้องเผาไหม้ ซึ่งส่วนใหญ่จะรับความร้อนจากเปลวไฟโดยการแผ่รังสีสูง จึงเรียกว่า ผิวนำความร้อนด้วยการแผ่รังสี ส่วนพื้นผิวที่อยู่ห่างจากห้องเผาไหม้ จะได้รับความร้อนส่วนใหญ่จากการสัมผัสกับแก๊สเผาไหม้ที่มีความร้อนสูง จึงเรียกว่า ผิวนำความร้อนโดยการพา ตัวหม้อไอน้ำเป็นภาชนะทนความดันได้สูงที่บรรจุน้ำและไอน้ำอิ่มตัว น้ำจะบรรจุอยู่ประมาณ 2/3-3/4 ของปริมาตรของตัวหม้อไอน้ำ นอกจากนี้ก็มีช่องลอด (Manhole) หรือรูมือ (Handhole) สำหรับทำความสะอาดหรือตรวจสอบภายใน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับขนาดของหม้อไอน้ำ
ตัวหม้อไอน้ำเป็นส่วนได้ความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้และส่งถ่ายความร้อนนี้ให้กับน้ำซึ่งอยู่ภายในทำให้น้ำกลายเป็นไอ ตัวหม้อไอน้ำประกอบด้วย ท่อทรงกระบอก (Drum) และท่อน้ำ (Water Tube) หรือท่อไฟ (Fire Tube) ส่วนที่รับความร้อน เรียกว่า ผิวนำความร้อน (Heating Surface) ประกอบด้วยพื้นผิวที่อยู่ติดกับห้องเผาไหม้ ซึ่งส่วนใหญ่จะรับความร้อนจากเปลวไฟโดยการแผ่รังสีสูง จึงเรียกว่า ผิวนำความร้อนด้วยการแผ่รังสี ส่วนพื้นผิวที่อยู่ห่างจากห้องเผาไหม้ จะได้รับความร้อนส่วนใหญ่จากการสัมผัสกับแก๊สเผาไหม้ที่มีความร้อนสูง จึงเรียกว่า ผิวนำความร้อนโดยการพา ตัวหม้อไอน้ำเป็นภาชนะทนความดันได้สูงที่บรรจุน้ำและไอน้ำอิ่มตัว น้ำจะบรรจุอยู่ประมาณ 2/3-3/4 ของปริมาตรของตัวหม้อไอน้ำ นอกจากนี้ก็มีช่องลอด (Manhole) หรือรูมือ (Handhole) สำหรับทำความสะอาดหรือตรวจสอบภายใน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับขนาดของหม้อไอน้ำ
1.3 อุปกรณ์และชิ้นส่วนประกอบต่างๆ
อุปกรณ์และชิ้นส่วนประกอบต่าง ๆ เหล่านี้ ขึ้นอยู่กับชนิดและขนาดของหม้อไอน้ำว่า มีความจำเป็นต้องใช้มากน้อยเพียงใด ได้แก่ เครื่องดงไอ (Superheater) สำหรับเพิ่มความร้อนให้ไอน้ำ, อุปกรณ์ประหยัดเชื้อเพลิง (Economizer), อุปกรณ์อุ่นอากาศ (Air Preheater) เครื่องเป่าลม, อุปกรณ์ปรุงน้ำป้อนหม้อไอน้ำ, และอุปกรณ์ส่งน้ำป้อนหม้อไอน้ำ สำหรับหม้อไอน้ำปัจจุบันส่วนมากมีอุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติ นอกจากนี้ก็มีอุปกรณ์ประกอบย่อยได้แก่ ลิ้นนิรภัย, ลิ้นถ่ายน้ำวาล์วต่างๆ , เครื่องมือวัดความดัน, เครื่องมือวัดระดับน้ำและเครื่องขจัดเขม่า เป็นต้น
อุปกรณ์และชิ้นส่วนประกอบต่าง ๆ เหล่านี้ ขึ้นอยู่กับชนิดและขนาดของหม้อไอน้ำว่า มีความจำเป็นต้องใช้มากน้อยเพียงใด ได้แก่ เครื่องดงไอ (Superheater) สำหรับเพิ่มความร้อนให้ไอน้ำ, อุปกรณ์ประหยัดเชื้อเพลิง (Economizer), อุปกรณ์อุ่นอากาศ (Air Preheater) เครื่องเป่าลม, อุปกรณ์ปรุงน้ำป้อนหม้อไอน้ำ, และอุปกรณ์ส่งน้ำป้อนหม้อไอน้ำ สำหรับหม้อไอน้ำปัจจุบันส่วนมากมีอุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติ นอกจากนี้ก็มีอุปกรณ์ประกอบย่อยได้แก่ ลิ้นนิรภัย, ลิ้นถ่ายน้ำวาล์วต่างๆ , เครื่องมือวัดความดัน, เครื่องมือวัดระดับน้ำและเครื่องขจัดเขม่า เป็นต้น
2. ชนิดของหม้อไอน้ำ
หม้อไอน้ำที่ใช้กันอยู่ปัจจุบัน มีอยู่ด้วยกันหลายแบบตามขนาดและจุดประสงค์การใช้งาน การแบ่งชนิดของหม้อไอน้ำอาจแบ่งได้โดยยึดหลัก ดังนี้
1. ตามลักษณะการวางแนวแกนของเปลือกหม้อไอน้ำ
2. ตามลักษณะการใช้งาน
3. ตามตำแหน่งเตา
4. ตามน้ำหรือก๊าซร้อนที่อยู่ในท่อ
5. หม้อไอน้ำที่สร้างขึ้นพิเศษ
การแบ่งหม้อไอน้ำเพื่อที่จะสามารถเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียได้เหมาะสม นิยมแบ่งหม้อไอน้ำ ตามลักษณะหรือก๊าซร้อนที่อยู่ในท่อ ซึ่งจะแบ่งได้ 2 ประเภท คือ
1. หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ (Fire Tube Boiler)
2. หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ (Water Tube Boiler)
หม้อไอน้ำที่ใช้กันอยู่ปัจจุบัน มีอยู่ด้วยกันหลายแบบตามขนาดและจุดประสงค์การใช้งาน การแบ่งชนิดของหม้อไอน้ำอาจแบ่งได้โดยยึดหลัก ดังนี้
1. ตามลักษณะการวางแนวแกนของเปลือกหม้อไอน้ำ
2. ตามลักษณะการใช้งาน
3. ตามตำแหน่งเตา
4. ตามน้ำหรือก๊าซร้อนที่อยู่ในท่อ
5. หม้อไอน้ำที่สร้างขึ้นพิเศษ
การแบ่งหม้อไอน้ำเพื่อที่จะสามารถเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียได้เหมาะสม นิยมแบ่งหม้อไอน้ำ ตามลักษณะหรือก๊าซร้อนที่อยู่ในท่อ ซึ่งจะแบ่งได้ 2 ประเภท คือ
1. หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ (Fire Tube Boiler)
2. หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ (Water Tube Boiler)
2.1 หม้อไอน้ำท่อไฟ
หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ เป็นหม้อไอน้ำที่มีโครงสร้างง่ายๆ ความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้ (Fire Box) ถูกส่งผ่านเข้าภายในท่อเหล็กซึ่งมีจำนวนมาก ประกอบอยู่ตามยาวของหม้อไอน้ำ ภายนอกของท่อไฟมีน้ำอยู่โดยรอบ ความร้อนจากการเผาไหม้ จะทำให้น้ำที่อยู่รอบนอกท่อไฟและห้องเผาไหม้ร้อนและเดือดเปลี่ยนสภาพเป็นไอน้ำ ตลอดความยาวที่ไฟวิ่งผ่านตั้งแต่ห้องเชื้อเพลิงไปจนถึงปล่องควัน
หม้อไอน้ำประเภทนี้ ส่วนมากมีขนาดเล็กความดันต่ำ โดยทั่วไปที่ใช้ความดันไม่ควรเกิน 150 ปอนด์ต่อตารางเมตรนิ้ว อัตราการผลิตไอน้ำมีขนาดตั้งแต่ 15,000 ปอนด์ต่อชั่วโมงลงมา ไอน้ำที่ได้นำไปใช้กับเครื่องจักรไอน้ำและเครื่องจักรที่ให้ความร้อนต่างๆ หม้อไอน้ำแบบนี้ยังใช้กันมาก เช่น หัวจักรรถไฟ, เรือกลไฟ, โรงสีไฟ, โรงอบไม้, โรงงานกระดาษ, โรงงานอาหารสัตว์, โรงงานผลิตอาหารสำเร็จรูป, โรงงานสัปปะรดกระป๋อง เป็นต้น
3.6 ส่วนประกอบของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ
หม้อไอน้ำแบบท่อไฟมีแบบต่างๆ หลายชนิดด้วยกัน แต่ละชนิดก็มีจุดประสงค์ที่ใช้งานแตกต่างกันพร้อมทั้งยังมีส่วนประกอบของหม้อไอน้ำที่แตกต่างออกไปบ้าง แต่ ส่วนประกอบของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ โดยทั่วไปเท่าที่เราควรรู้จัก ได้แก่
1. ตัวหม้อไอน้ำ (Boiler Shell) มีลักษณะเป็นรูปทรงกระบอกกลมทำด้วยเหล็กกล้า
2. ช่องลอด (Manhole) ที่ตัวหม้อไอน้ำตอนบนและทางด้านหน้าหม้อไอน้ำตอนล่างสำหรับคนลอดเข้าไปทำความสะอาดหรือตรวจสอบ
3. เตา (Furnace) เป็นที่สำหรับเชื้อเพลิงไหม้ ถ้าหม้อไอน้ำความดันต่ำผิวจะเรียบ ถ้าหม้อไอน้ำกลังสูงมักจะสร้างให้เป็นลอนลูกฟูกเพื่อให้แข็งแรงและเพิ่มพื้นที่ผิวนำความร้อนให้มากขึ้น
4. ท่อไฟ (Fire Tube) สำหรับให้แก๊สร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเดินผ่าน ปลายทั้งสองของท่อไฟยึดติดแน่นกับแผ่นเหล็กฝาปิดหน้าหม้อไอน้ำและแผ่นเหล็กแผ่นหน้าของห้องเผาไหม้
5. สะเต (Stay) สำหรับยึดส่วนประกอบของหม้อไอน้ำที่เป็นเหล็กแผ่นเรียบแบนไม่ให้โป่งออก เมื่อหม้อน้ำมีความดัน
6. เหล็กตระกรับไฟ (Fire Grate) สำหรับรองรับเชื้อเพลิง
7. ผนัง (Bridge Wall)
8. ประตูเตา (Furnace Door)
9. ประตูรังขี้เถ้า (Ashpit Door)
10. ห้องควัน (Smoke Box)
หม้อไอน้ำแบบท่อไฟมีแบบต่างๆ หลายชนิดด้วยกัน แต่ละชนิดก็มีจุดประสงค์ที่ใช้งานแตกต่างกันพร้อมทั้งยังมีส่วนประกอบของหม้อไอน้ำที่แตกต่างออกไปบ้าง แต่ ส่วนประกอบของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ โดยทั่วไปเท่าที่เราควรรู้จัก ได้แก่
1. ตัวหม้อไอน้ำ (Boiler Shell) มีลักษณะเป็นรูปทรงกระบอกกลมทำด้วยเหล็กกล้า
2. ช่องลอด (Manhole) ที่ตัวหม้อไอน้ำตอนบนและทางด้านหน้าหม้อไอน้ำตอนล่างสำหรับคนลอดเข้าไปทำความสะอาดหรือตรวจสอบ
3. เตา (Furnace) เป็นที่สำหรับเชื้อเพลิงไหม้ ถ้าหม้อไอน้ำความดันต่ำผิวจะเรียบ ถ้าหม้อไอน้ำกลังสูงมักจะสร้างให้เป็นลอนลูกฟูกเพื่อให้แข็งแรงและเพิ่มพื้นที่ผิวนำความร้อนให้มากขึ้น
4. ท่อไฟ (Fire Tube) สำหรับให้แก๊สร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเดินผ่าน ปลายทั้งสองของท่อไฟยึดติดแน่นกับแผ่นเหล็กฝาปิดหน้าหม้อไอน้ำและแผ่นเหล็กแผ่นหน้าของห้องเผาไหม้
5. สะเต (Stay) สำหรับยึดส่วนประกอบของหม้อไอน้ำที่เป็นเหล็กแผ่นเรียบแบนไม่ให้โป่งออก เมื่อหม้อน้ำมีความดัน
6. เหล็กตระกรับไฟ (Fire Grate) สำหรับรองรับเชื้อเพลิง
7. ผนัง (Bridge Wall)
8. ประตูเตา (Furnace Door)
9. ประตูรังขี้เถ้า (Ashpit Door)
10. ห้องควัน (Smoke Box)
ตำแหน่งของส่วนประกอบของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ
ซึ่งส่วนประกอบต่างๆ เหล่านี้ บางแบบของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ อาจจะมีส่วนประกอบดังกล่าวไม่ครบหรือมีแตกต่างออกไป หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบที่มีการนำมาใช้กันมาก ซึ่งเราควรรู้จัก ได้แก่
1 หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบเผาไหม้ภายนอก
ภายในตัวหม้อไอน้ำ ซึ่งตั้งเกือบขนานกับแนวราบจะเป็นห้องเผาไหม้ ก่อด้วยอิฐทนไฟ แก๊สเผาไหม้ให้ความร้อนกับส่วนล่างของตัวหม้อไอน้ำจะผ่านเข้าไปยังท่อไฟและวกออกมาให้ความร้อนกับด้านข้างของตัวหม้อไอน้ำอีกด้วย ปลายทั้งสองข้างของท่อไฟก็ประกอบเข้ากับแผ่นหัวท้าย โดยใช้เครื่องมือขยายปลายท่อ เนื่องจากแผ่นหัวท้ายใช้เหล็กแผ่นแบนส่วนบนจึงต้องยึดแข็งแรงไว้ด้วยกัสเซ็ทสะเต ในจำนวนกลุ่มท่อไฟจะมีท่อบางท่อที่หนากว่าปกติ ทำหน้าที่เป็นท่อสะเตเพื่อเพิ่มความแข็งแรงแก่ส่วนนี้ท่อสะเตจะยึดกับแผ่นหัวท้ายด้วยแป้นเกลียว ที่ส่วนล่างสุดจะมีแท่งสะเตช่วยเสริมความแข็งแรงตัวหม้อไอน้ำจะเอียงเทหลังเล็กน้อย และมีท่อพ่นทิ้งติดใกล้ๆ กับแผ่นท้าย
ภายในตัวหม้อไอน้ำ ซึ่งตั้งเกือบขนานกับแนวราบจะเป็นห้องเผาไหม้ ก่อด้วยอิฐทนไฟ แก๊สเผาไหม้ให้ความร้อนกับส่วนล่างของตัวหม้อไอน้ำจะผ่านเข้าไปยังท่อไฟและวกออกมาให้ความร้อนกับด้านข้างของตัวหม้อไอน้ำอีกด้วย ปลายทั้งสองข้างของท่อไฟก็ประกอบเข้ากับแผ่นหัวท้าย โดยใช้เครื่องมือขยายปลายท่อ เนื่องจากแผ่นหัวท้ายใช้เหล็กแผ่นแบนส่วนบนจึงต้องยึดแข็งแรงไว้ด้วยกัสเซ็ทสะเต ในจำนวนกลุ่มท่อไฟจะมีท่อบางท่อที่หนากว่าปกติ ทำหน้าที่เป็นท่อสะเตเพื่อเพิ่มความแข็งแรงแก่ส่วนนี้ท่อสะเตจะยึดกับแผ่นหัวท้ายด้วยแป้นเกลียว ที่ส่วนล่างสุดจะมีแท่งสะเตช่วยเสริมความแข็งแรงตัวหม้อไอน้ำจะเอียงเทหลังเล็กน้อย และมีท่อพ่นทิ้งติดใกล้ๆ กับแผ่นท้าย
หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบเผาไหม้ภายนอก
2 หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบเผาไหม้ภายใน
หม้อไอน้ำแบบนี้ ห้องเผาไหม้สร้างอยู่ภายในตัวหม้อไอน้ำ ไม่จำเป็นต้องมีทางไฟภายนอก ซึ่งทำด้วยอิฐทนไฟ จึงติดตั้งได้ง่าย เหมาะสมสำหรับใช้ในโรงงาน หม้อไอน้ำแบบนี้มีแบบซึ่งเรียกว่า หม้อไอน้ำแบบหัวรถจักรไอน้ำและแบบที่ติดตั้งอยู่กับที่เรียกว่า Kewanee Boiler รูปที่ 7 เป็นแบบมีห้องเผาไหม้รูปกล่องสี่เหลี่ยม(Fire Box) และกลุ่มท่อไฟหม้อไอน้ำแบบนี้ มีแบบซึ่งแก๊สเผาไหม้จากห้องเผาไหม้ผ่านกลุ่มท่อมายังห้องควัน (Smoke Box) แล้วปล่อยออกสู่ภายนอก เรียกว่า แบบไฟทางเดียว ส่วนแบบแก๊สเผาไหม้ไหลกลับผ่านกลุ่มท่อส่วนบนมายังด้านหน้าของหม้อไอน้ำ เรียกว่า แบบไฟวนกลับ
หม้อไอน้ำแบบนี้ ห้องเผาไหม้สร้างอยู่ภายในตัวหม้อไอน้ำ ไม่จำเป็นต้องมีทางไฟภายนอก ซึ่งทำด้วยอิฐทนไฟ จึงติดตั้งได้ง่าย เหมาะสมสำหรับใช้ในโรงงาน หม้อไอน้ำแบบนี้มีแบบซึ่งเรียกว่า หม้อไอน้ำแบบหัวรถจักรไอน้ำและแบบที่ติดตั้งอยู่กับที่เรียกว่า Kewanee Boiler รูปที่ 7 เป็นแบบมีห้องเผาไหม้รูปกล่องสี่เหลี่ยม(Fire Box) และกลุ่มท่อไฟหม้อไอน้ำแบบนี้ มีแบบซึ่งแก๊สเผาไหม้จากห้องเผาไหม้ผ่านกลุ่มท่อมายังห้องควัน (Smoke Box) แล้วปล่อยออกสู่ภายนอก เรียกว่า แบบไฟทางเดียว ส่วนแบบแก๊สเผาไหม้ไหลกลับผ่านกลุ่มท่อส่วนบนมายังด้านหน้าของหม้อไอน้ำ เรียกว่า แบบไฟวนกลับ
หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบเผาไหม้ภายใน
3 หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบสำเร็จรูป หรือแพคเกจ (Package Boiler)
หม้อไอน้ำสำเร็จรูป เป็นหม้อไอน้ำแบบท่อไฟชนิดเผาไหม้ภายในที่ทำการสร้างสำเร็จมาจากโรงงาน มีการออกแบบโครงสร้างแข็งแรง มีอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับหม้อไอน้ำครบ จึงมีความสะดวกในการนำมาติดตั้งใช้งานหม้อไอน้ำชนิดนี้ มีการนำมาใช้ตามโรงงานอุตสาหกรรม, โรงแรม, โรงพยาบาล ในปัจจุบันเป็นจำนวนมาก เชื้อเพลิงใช้ได้เหมาะสมกับหม้อไอน้ำแบบนี้เช่น น้ำมันเตาและก๊าซธรรมชาติ ลักษณะโครงสร้างของหม้อไอน้ำแบบนี้ ดังรูปที่ 8
หม้อไอน้ำสำเร็จรูป เป็นหม้อไอน้ำแบบท่อไฟชนิดเผาไหม้ภายในที่ทำการสร้างสำเร็จมาจากโรงงาน มีการออกแบบโครงสร้างแข็งแรง มีอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับหม้อไอน้ำครบ จึงมีความสะดวกในการนำมาติดตั้งใช้งานหม้อไอน้ำชนิดนี้ มีการนำมาใช้ตามโรงงานอุตสาหกรรม, โรงแรม, โรงพยาบาล ในปัจจุบันเป็นจำนวนมาก เชื้อเพลิงใช้ได้เหมาะสมกับหม้อไอน้ำแบบนี้เช่น น้ำมันเตาและก๊าซธรรมชาติ ลักษณะโครงสร้างของหม้อไอน้ำแบบนี้ ดังรูปที่ 8
หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบเผาไหม้แบบสำเร็จรูป
หม้อไอน้ำสำเร็จรูปมีการจัดทิศทางการไหลของก๊าซร้อน (Hot Gas) ตั้งแต่ 2 ถึง 4 ทางไฟ (Pass) ขึ้นอยู่กับการออกแบบของบริษัทผู้ผลิตหม้อไอน้ำ ดังรูปที่ 9
แสดงการไหลของก๊าซเผาไหม้ตามทางไฟ
4 หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบยืน
เป็นหม้อไอน้ำแบบท่อไฟชนิดเผาไหม้ภายใน ตอนล่างเป็นห้องเผาไหม้หรือห้องไฟ (Fire Box) ตอนบนเป็นตัวหม้อไอน้ำแนวตั้ง ดังนั้นจึงใช้พื้นที่ติดตั้งน้อยและไม่ต้องก่ออิฐ แต่เนื่องจากไม่สามารถสร้างให้มีพื้นที่ผิวนำความร้อนมากได้ จึงทำได้แต่เฉพาะหม้อไอน้ำขนาดเล็กและมีประสิทธิภาพต่ำ มี 2 แบบคือ แบบท่อขวางแนวนอน และแบบท่อไฟหลายท่อ
เป็นหม้อไอน้ำแบบท่อไฟชนิดเผาไหม้ภายใน ตอนล่างเป็นห้องเผาไหม้หรือห้องไฟ (Fire Box) ตอนบนเป็นตัวหม้อไอน้ำแนวตั้ง ดังนั้นจึงใช้พื้นที่ติดตั้งน้อยและไม่ต้องก่ออิฐ แต่เนื่องจากไม่สามารถสร้างให้มีพื้นที่ผิวนำความร้อนมากได้ จึงทำได้แต่เฉพาะหม้อไอน้ำขนาดเล็กและมีประสิทธิภาพต่ำ มี 2 แบบคือ แบบท่อขวางแนวนอน และแบบท่อไฟหลายท่อ
หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบยืน (แบบท่อขวางแนวนอน)
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น