หม้อไอน้ำ Boiler [EP.1] : หลักการและประเภทของหม้อไอน้ำเบื้องต้น

สวัสดีครับเพื่อนๆ หลักจากที่ได้รับเสียงเรียกร้องจากมิตรรัก และแฟนเพจต่างๆ ในการทำคอนเทนต์เรื่อง หม้อไอน้ำ หรือ บอยเลอร์ (Boiler) วันนี้เราก็จะขอมาเล่าถึงหม้อไอน้ำในโรงงานอุตสาหกรรมกันนะครับ

ลองมาดูว่าไอเจ้าหม้อไอน้ำในโรงงานเนี่ย จะแตกต่างจากกาน้ำร้อนบ้านเรายังไง และทำไม ทุกๆโรงงานถึงจะต้องมีหม้อไอน้ำ และเจ้าหม้อไอน้ำเหล่านี้ มีกี่แบบ กี่ประเภท รวมถึงประวัติความเป็นมาต่างๆด้วยนะครับผม

หม้อไอน้ำ (Boiler) คืออะไร ?

หม้อไอน้ำขนาดใหญ่ที่มีในโรงงานอุตสาหกรรม โดยนิยามแล้วคือ เครื่องผลิตไอน้ำที่ทำจากวัสดุปิดที่มีขนาด 2 ลิตรขึ้นไป และความดันมากกว่า 1.5 เท่าบรรยากาศ โดยจะเปลี่ยนน้ำภายในหม้อต้มจากสถานะของเหลว กลายเป็น ไอน้ำ (อันนี้ขออ้างอิงข้อมูลของทาง กรมอุตสาหกรรม และทาง สภาวิศวกร นะครับ).

โดยหม้อไอน้ำส่วนใหญ่จะผลิตมากจากวสดุเหล็กกล้า (Carbon steel ) เป็นหลัก โดยโครงสร้างจะถูกออกแบบถูกต้องตามหลักวิศวกรรม และมาตราฐานสากลนะครับ โดยไอน้ำที่ผลิตออกมาจากหม้อไอน้ำก็จะถูกนำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมต่างๆเช่น

• นำไปใช้เป็นตัวกลางในการผลิตไฟฟ้า (Power generation)
• นำเป็นตัวกลางในการผลิตกำลังทางกล (Mechanical power from steam turbine)
• ใช้ในการอบแห้งในงานต่างๆ (Dry out product)
• ใช้ในการเป็นความร้อนในการฆ่าเชื้อ หรือพลาสเจอไรซ์ ต่างๆ

ซึ่งเพื่อนๆจะเห็นได้ว่าหม้อไอน้ำ จะใช้ครอบคลุมทุกๆอุตสาหกรรม ตั้งแต่ฝั่งปิโตรเคมี โรงงานผลิตต่างๆ จนกระทั่งไปถึงในอาคาร และโรงพยาบาลต่างๆด้วยครับ ซึ่งหม้อไอน้ำพวกนี้ก็ถือว่ามีความเสี่ยงที่ต้องควบคุมโดยวิศวกรที่ได้รับการรับรอง และตรวจสอบด้วยนะครับ

ประวัติและการพัฒนาของหม้อไอน้ำ

โดยประวัติของหม้อไอน้ำต้องขอบอกก่อนนะครับว่า มีประวัติยาวนานมากๆเลยครับ ซึ่งถือกำเนิดเมื่อ 2,000 ปีก่อน สมัยนักปราชญ์ชาวกรีก ที่ชื่อ Hero ได้ประดิษฐ์หม้อไอน้ำที่เรียกว่า Aeolipile ที่มีการให้ความร้อน และผลิตกำลังกลออกมา ซึ่งถือว่าเป็น Steam generator ตัวแรกของโลกครับ

และต่อมาในยุคของในเชิงธุรกิจนะครับ ในช่วง 153 ปีที่แล้ว เริ่มจากทางคุณ George Babcock และ คุณ Steven Wilcox โดยผลิตหม้อไอน้ำขนาดเล็กออกมาเป็นลักษณะภาชนะปิด และจัดตั้งบริษัท Babcock & Wilcox และเริ่มใช้แพร่หลายในอุตสาหกรรมในประเทศอเมริกาครับ และบริษัทนี้ก็ยังเปิดมาถึงทุกวันนี้

โดยยุคแรกๆ Boiler มีการประดิษฐ์มาจากฝั่งท่อไฟก่อนนะครับ ซึ่งมีการสร้างที่ง่าย แต่ทำขนาดได้ไม่ใหญ่ ความดัน และการผลิตที่ไม่สูงมากนัก จากนั้นจึงได้มีการประดิษฐ์หม้อไอน้ำชนิดท่อน้ำ ซึ่งมีความดัน การผลิต และขนาดที่สูงกว่าแบบท่อไฟนะครับผม

ประเภทของหม้อไอน้ำ (Type of boiler)

หม้อไอน้ำที่เราเห็นๆกันนะครับ จะมีมากมายหลายชนิดเลยครับ แต่ว่า ถ้านับแบบที่เค้าฮิตๆกัน ก็จะแบ่งเป็นหลักๆ 2 แบบ คือ 1. หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ (Fire tube boiler) และ 2. หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ (Water tube boiler) และส่วนที่เหลืออาจจะมีการผสมหรือ boiler แบบ hybrid ที่ผสมท่อน้ำและท่อไฟนะครับ โดยหม้อไอน้ำทั้งแบบท่อไฟ และท่อน้ำ ก็มีข้อดี และข้อเสีย แตกต่างกันนะครับ ขึ้นอยู่กับว่า ความเหมาะสมในการใช้ เหมาะกับโรงงานนั้นๆ มากที่สุดแบบไหนนะครับ งั้นขอเริ่มจากทาง

1. หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ (Fire tube boiler)

หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ เป็นหม้อไอน้ำที่มี “ไฟอยู่ในท่อ” และน้ำอยู่บริเวณด้านนอก โดยหม้อไอน้ำชนิดนี้จะมีห้องเผาไหม้ และไฟจะถูกส่งไปตามท่อไฟ และมีการแลกเปลี่ยนความร้อนจากไฟ ไปท่อ และจากท่อไปน้ำ ซึ่งการออกแบบขอท่อไฟอาจจะมีเป็นแบบไหลทางเดียว ไหลสองกลับ ไหลสามกลับ และ ไหลแบบสี่กลับ ซึ่งอาจจะเป็นแบบ หลังเปียกหรือแห้งครับ

โดยทั่วไปๆความดันของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟจะมีความดันไม่เกิน 150 psi และกำลังผลิตที่ต่ำกว่า 15 tons/hrs โดยจะนำไปใช้งานตั้งแต่ หัวจักรรถไฟ, เรือกลไฟ, โรงสีไฟ, โรงงานกระดาษ, โรงงานอาหารสัตว์, โรงงานผลไม้กระป๋อง เป็นต้นครับ (ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็น โรงงาน Smes นะครับ) ต่อมาเราลองมาดู ข้อดี-ข้อเสียกันนะครับ

ข้อดี-ของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ

• ปริมาตรของน้ำเยอะ ทำให้การส่งจ่ายไอน้ำค่อนค้างนิ่ง
• การออกแบบเรียบง่าย ราคาถูก
• ไม่ต้องการน้ำคุณภาพที่ดีมากนัก

ข้อดีเสีย-หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ

• การจุดเตาใช้เวลานาน
• น้ำหนักสูง เมื่อเทียบกับปริมาณน้ำ
• ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนต่ำ
• กรณีระเบิดอันตรายมาก เนื่องจากพลังงานความร้อนสะสมในน้ำสูงมาก
• ไม่สามารถผลิตไอน้ำที่ความดัน และปริมาณสูงได้

อ่านบทความเต็ม : หม้อไอน้ำ Boiler [EP.2] : หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ Fire Tube Boiler

2. หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ (Water tube boiler)

ต่อมาในส่วนของหม้อไอน้ำลูกใหญ่ๆที่เรามักจะเจอกัน จะเป็นแบบท่อน้ำนะครับ โดย หม้อไอน้ำแบบนี้ “น้ำจะอยู่ในท่อ” นะครับ โดยไฟจะอยู่ด้านนอกนะครับ โดยหลักการทำงานคือ ในเตาเผาจะเป็นไฟอยู่ด้านนอก จากนั้นไฟจะส่งถ่ายความนร้อน มาให้ท่อ และท่อจะส่งต่อไปให้น้ำด้านในครับ

โดยน้ำไอน้ำประเภทนี้สามารถทำความดันได้สูงมากกว่า 150 Psi และกำลังการผลิตได้สูงมากครับ โดยหม้อไอน้ำประเภทนี้จะนำไปใช้เป็นไอดง หรือ Superheated steam และนำไปใช้กับทาง เครื่องกังหันไอน้ำ (Power Plant steam generation) หรือ โรงงานน้ำตาล, โรงกลั่นน้ำมัน ปิโตรเคมี เรือเดินทะเลต่างๆครับ

ซึ่งลักษณะของหม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ หรือ water tube boiler ถือว่ามีการออกแบบที่หลากลายๆรูปแบบ ซึ่งแล้วแต่ลักษณะความร้อนที่นำมาใช้นะครับ (เช่น แบบท่อน้ำธรรมดา เตา WHBT เตา HRSG เตา Biomass จนกระทั้งถึง เตาแบบปฏิกรณ์นิวเคลียร์) ซึ่งเด่วเรามาดูข้อดี-ข้อเสียของ หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำกันนะครับ

ข้อดี-ของหม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ

• การไหลเวียนของน้ำดี
• การถ่ายเทความร้อนมีประสิทธิภาพที่สูงกว่า (จากการถ่ายเทความร้อนแบบการแผ่รังสี)
• ใช้เวลาสั้นในการจุดเตา
• ผลิตความดันได้สูง
• อัตราการผลิตไอน้ำสูง
• การเกิดระเบิดจะปลอดภัยกว่าเนื่องจากมีการสะสมพลังงานไม่สูง (ท่อหลายเส้น)

ข้อเสีย-ของหม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ

• ราคาแพงกว่า
• ทำความสะอาดลำบาก และค่าใช้จ่ายในการดูแลรักษาสูง
• เมื่อมีการใช้งานไม่คงที่ ไอน้ำก็จะไม่คงที่ไปด้วย
• ต้องการน้ำคุณภาพดี (เพราะในท่อเล็กๆเกิดตะกรันได้ง่าย)

ซึ่งหม้อไอน้ำทั้งสองแบบก็มีการใช้งานที่แตกต่างกันนะครับ ขึ้นอยู่กับว่าเหมาะสมกับโรงงานนั้นๆอย่างไร แต่ที่สำคัญก็ต้องใช้งานภายใต้การออกแบบ และมีวิศวกรตรวจสอบตามกฏหมายนะครับผม

อ่านบทความเต็ม : หม้อไอน้ำ Boiler [EP.3] – หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ (Water Tube Boiler)

อุปกรณ์ต่างๆโดยทั่วไปของหม้อไอน้ำ

โดยหม้อไอน้ำจะต้องมีการทำงาน ที่ถูกควบคุมต่างๆ เพื่อ ควบคุมการทำงานได้ตามค่าการออกแบบ รวมถึงความปลอดภัย ของตัวหม้อไอน้ำเองด้วยนะครับ ในส่วนของการป้อนน้ำ ระดับน้ำ การควบคุมความดัน อัตราการจ่าย รวมถึงระบบความนิรภัยต่างๆนะครับ เรามาเริ่มจาก

1. วาล์วนิรภัย (Safety Valve) หรือ PSV ของเรานั้นเองครับ โดย PSV เปรียบเสมือนวาล์วนิรภัยในการระบายความดันออกจากหม้อไอน้ำในกรณีที่มีความดันเกินค่าที่เราออกแบบไว้นะครับ ซึ่งจะต้องออกแบบให้เหมาะสมกับความดัน และปริมาณการระบายออกนะครับ ซึ่งถือเป็นตัวที่สำคุญที่สุดในการปกป้องความปลอดภัยต่อชีวิต และทรัพย์สินของโรงงานเลยทีเดียวครับผม
2. วาล์วจ่ายไอน้ำ (Main steam valve) เป็นวาล์วเปิดปิดไอน้ำที่ได้จากการผลิตนำเอาไปใช้ในส่วนต่างๆในโรงงาน
3. วาล์วระบายน้ำทิ้ง (Blow -down valve) เป็นวาล์วระบายน้ำด้ายล่างเพื่อนำเศษตะกรันต่างๆออกไปจากหม้อไอน้ำ เพื่อคงประสิทธิภาพ และคุณภาพของไอน้ำ ในโรงงาน
4. ปั้มน้ำเข้า (Feed water pump) เป็นปั้มน้ำแรงดันสูงที่คอยป้อนน้ำเข้าภายในหม้อไอน้ำ ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็น Multistage pump นะครับ
5. อุปกรณ์ควบคุมระดับน้ำ (Water level gauge/control) ใช้ในการดูระดับน้ำภายในหม้อน้ำ และคอยควบคุมระดับน้ำในหม้อไอน้ำนะครับ
6. เกจวัดความดัน (Pressure Gauge) เป็นอุปกรณ์แสดงความดันของหม้อไอน้ำ
7. สวิตซ์ควบคุม (Pressure Switch) เป็นสวิตซ์ควบคุมความดันภายในหม้อไอน้ำไม่ให้เกินจุดที่ตั้งไว้
8. หัวเผา (Burner) เป็นอุปกรณ์หัวเผา ที่ทำให้เกิดเปลวไฟ ซึ่งเกิดจากการสันดาประหว่าง เชื้อเพลง และอากาศ และส่งถ่ายความร้อนไปยังน้ำต่อไปด้านในหม้อไอน้ำ
9. ฉนวน (Insulation) เป็นส่วนที่หุ้มเพื่อป้องกันความร้อนรั่วไหลออกจากหม้อไอน้ำ เพื่อลดการสูญเสีย และป้องกันอันตรายด้วยครับ

ขนาดและกำลังของหม้อไอน้ำ

เราลองมาดูคำศัพท์เบื้องต้นในวงการอุตสาห์กรรมหม้อน้ำกันนะครับ เริ่มจาก

1. อัตราการผลิตไอน้ำ หรือ Steam rate คือ ความสามารถในการผลิตไอน้ำต่อ 1 ชม ภายใต้อุณหภูมิ 100 ^oC
2. แรงม้าหม้อไอน้ำ (Boiler horse power) เป็นหน่วยวัดอัตราการผลิตไอน้ำอีกแบบนะครับ โดยเทียบว่า 1 แรงม้าหม้อไอน้ำ คือ ความสามารถในการผลิตไอน้ำได้ 34.5 ปอนด์ในเวลา 1 ชม ภายใต้อุณหภูมิ 100 ^oC
3. ประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำ (Boiler efficiency) เป็นตัวเลขแสดงความสามารถของหม้อไอน้ำที่เปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานเชื้อเพลิง ซึ่งจะมีการสูญเสียต่างๆนะครับ โดยคิดเป็นเปอร์เซ็นนะครับ

จบไปแล้วนำครับสำหรับ หม้อไอน้ำ ตอนแรกในการปูพื้นฐานด้าน หม้อไอน้ำ และชนิดต่างๆนะครับ แล้วมีโอกาสรอติดตามตอนต่อๆไปได้ทาง เพจนายช่างมาแชร์นะครับผม

==================================================

และสุดท้ายนี้ขอขอบคุณสปอนเซอร์ใจดีจาก “บริษัท โปรเฟสชั่นแนล บอยเลอร์ จํากัด” ผู้แทนจําหน่ายเครื่องกําเนิดไอนํ้า IHI อย่างเป็นทางการ

หากเพื่อนๆสนใจรายละเอียดเพิ่มเติม สามารถคลิกเข้าไปดู

ติดต่อฝ่ายขาย เบอร์โทรศัพท์ 092-223-7742  E-mail : [email protected]

หรือสอบถามข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่เบอร์ 02-321-3650  E-mail : [email protected]

Website : www.oncethroughboiler.com

Facebook page : facebook.com/oncethroughboiler

==================================================

หากเพื่อนๆมีคำถามสงสัยสามารถ inbox มาถามใน Facebook นายช่างมาแชร์ได้เลยนะครับ แล้วพบกับสาระดีๆแบบนี้ทางด้านงานช่าง งานวิศวกรรม และอุตสาหกรรมได้ที่ นายช่างมาแชร์ นะครับ

Website: www.naichangmashare.com
Facebook: https://www.facebook.com/naichangmashare/
Blockdit :  https://www.blockdit.com/naichangmashare
Instragram: https://www.instagram.com/naichangmashare/
Twitter: https://twitter.com/naichangmashare
Youtube: https://www.youtube.com/channel/UCmIPiSeg-uy4k8JYSmknp_g

#นายช่างมาแชร์ #Boiler #หม้อไอน้ำ