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

กลับมาอีกครั้งสำหรับซีรี่ย์หม้อไอน้ำกันนะครับผม ตอนนี้เราเดินทางมาถึง EP.3 แล้วนะครับ….ตอนนี้เราจะมาเล่าสุดยอดหม้อไอน้ำขนาดยักษ์ที่สามารถผลิตไอน้ำได้มหาศาล (ถึง 500 kg/s) ความดันไอน้ำที่มากถึง 160 barg และ Superheated steam ได้ถึง 550 °C ซึ่งหม้อไอน้ำที่สามารถทำได้ก็ต้องเป็นแบบ ท่อน้ำ หรือ Water Tube Boiler เท่านั้นนะครับ!!! (ท่อไฟจะได้แค่ย่านต่ำๆกับกลางๆนะครับ)

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

ซึ่งเจ้าหม้อไอน้ำแบบท่อน้ำนั้นก็จะมีความปลอดภัยกว่าแบบท่อไฟมากๆเลยนะครับ (เพราะถ้าเกิดท่อแตกก็จะเฉพาะ Tube เล็กๆด้านใน) โดยหลักการทำงานคือ น้ำอยู่ในท่อ และไฟอยู่ด้านนอกนะครับ

แต่หม้อไอน้ำชนิดนี้ก็จะพบตามโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เช่น โรงไฟฟ้า โรงปิโตรเคมี โรงซีเมนต์ และโรงกลั่นน้ำมัน เป็นต้นนะครับ (แต่ตามอาคารใหญ่ๆจริงๆ น่าจะมีนะครับ แต่นายช่างไม่เคยเห็น ^^)

แต่เท่าที่เกริ่นๆมาก็ดูจะมีแต่ข้อดีๆใช่มั้ยหละครับ แต่ข้อเสียหลักๆก็มีนะครับ คือต้องการการดูแลและบำรุงรักษาที่มาก และราคาค่าใช้จ่ายสูงนะครับผม งั้นเราลองไปดูหลักการ และพื้นฐานของหม้อไอน้ำชนิดนี้กันนะครับผม

หลักการพื้นฐานของหม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ (Principle of water tube boiler)

สำหรับหลักการขอหม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ เป็นหลักการที่เบสิค และน่าสนใจมากๆนะครับ เริ่มต้นด้วยส่วนประกอบแบบเบสิคกันก่อนนะครับ ซึ่งสา่วนประกอบหลักๆของเจ้าหม้อไอน้ำชนิดนี้จะประกอบด้วย 3 ส่วนหลักๆนั่นคือ

1. Steam drum หรือ ถังพักไอน้ำ (ด้านบน) ทำหน้าที่เก็บพักและแยกไอน้ำ ซึ่งจะอยู่ด้านบนของ Boiler
2. Mud drum หรือ ถังโคลน (ด้านล่าง) จะทำหน้าที่เก็บกักตะกอน ตะกรันของเสีย ซึ่งจะอยู่ด้านล่างของ Boiler
3. Water tube หรือ ท่อน้ำ (ช่วงท่อตรงกลาง) จะทำหน้าที่แลกเปลี่ยนความร้อนกับไฟที่อยู่ด้านนอกท่อ และไหลเวียนพลังงานความร้อนภายใน Boiler ซึ่งก็แบ่งเป็นท่อ Downcomer และ ท่อ Riser ที่ทำหน้าที่ส่งน้ำขึ้น และลง ตามลำดับ

จากในภาพ Diagram ด้านบนอยากให้เพื่อนสังเกตเฉพาะตัวที่ highlight สีแดง ที่เป็นส่วนประกอบหลักกันก่อนนะครับ โดยหลักการคือ เมื่อน้ำในท่อถูกให้ความร้อนจากด้านนอก น้ำก็จะร้อนขึ้น (ตามหลักการทางฟิสิกส์ น้ำที่อุณหภูมิสูงจะเบากว่าน้ำที่อุณหภูมิต่ำ; จากทฎษฎีความหนาแน่นนะครับ) ดังนั้นน้ำที่มีอุณหภูมิสูงจะวิ่งขึ้นไปตามท่อ water tube (Riser tube) ไปยังถังพักไอหรือ Steam drum

จากนั้นในถังพักไอจะแยกระหว่างน้ำ และไอน้ำออกจากกัน ไอน้ำก็จะวิ่งเข้าสู่ช่วง Superheater เพื่อผลิตไอดง (หรือ superheated steam ที่มีความเป็นไอน้ำที่แห้ง) และนำไปใช้ประโยชน์ต่อไปในระบบ

และในขณะเดียวกันน้ำร้อนบริเวณด้านล่าง steam drum ก็จะนอนก้นอยู่ด้านล่างและน้ำที่มีอุณหภูมิเย็นกว่าก็จะหนักกว่าและวิ่งไปถังพักน้ำด้านล่างไปพร้อมๆกับเศษตะกรัน หรือสิ่งแปลกปลอมต่างๆด้านล่างเพื่อนำไปแยกทิ้งต่อไป

แต่ถึงอย่างไร Water tube boiler ก็ยังแบ่งออกเป็นหลายชนิดนะครับ ซึ่งถ้าเป็น package ขนาดเล็กก็จะเป็นสำเร็จรูปมาเลย แต่ถ้าเป็น Boiler ขนาดใหญ่ก็จะ Fabricate ให้เหมาะสมกับ ณ โรงงานอุตสาหกรรมนั้นๆ หรือตามที่ Licensor ออกแบบมาครับ แต่สำหรับตัวอย่างก็จะเป็นหลักการเบื้องต้นเท่านั้นนะครับ ซึ่งรายละเอียดด้านในก็ยังมีให้ศึกษาอีกเยอะเลยครับ

ส่วนประกอบของหม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ (Water Tube Boiler Component)

เราลองมาดูส่วนประกอบอื่นๆของหม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ หรือ Water Tube Boiler กันนะครับ

3 ลำดับแรกของ copy ของเดิมมาก่อนนะครับ

1. Steam drum หรือ ถังพักไอน้ำ (ด้านบน) ทำหน้าที่เก็บพักและแยกไอน้ำ ซึ่งจะอยู่ด้านบนของ Boiler
2. Mud drum หรือ ถังโคลน (ด้านล่าง) จะทำหน้าที่เก็บกักตะกอน ตะกรันของเสีย ซึ่งจะอยู่ด้านล่างของ Boiler
3. Water tube หรือ ท่อน้ำ (ช่วงท่อตรงกลาง) จะทำหน้าที่แลกเปลี่ยนความร้อนกับไฟที่อยู่ด้านนอกท่อ และไหลเวียนพลังงานความร้อนภายใน Boiler ซึ่งก็แบ่งเป็นท่อ Downcomer tube และ Riser tube (ในภาพเขียน Water Tube นะครับ) ที่ทำหน้าที่ส่งน้ำขึ้น และลง ตามลำดับ
4. Safety valve หรือ วาล์วนิรภัยทำหน้าที่ระบายแรงดัน (ตัวนี้สำคัญที่สุดเลยนะครับ) เพราะเมื่อเกิดการ overpressure โดยวาล์วจะเปิดระบายไอน้ำบางส่วนออกจาก boiler ไป ป้องกันไม่ให้เกิดอุบัติเหตุจากความดันเกินในระบบและทำให้หม้อไอน้ำเสียหาย
5. Fuel (Burner) หรือแหล่งกำเนิดความร้อน ซึ่งก็มีได้มากมายหลายแบบเลยนะครับ ตั้งแต่ เชื้อเพลิงแข็ง เชื้อเพลิงเหลว และเชื้อเพลิงก๊าซ ซึ่งถ้าเป็นดังรูปจะใช้เชื้อเพลิงเหลว หรือก๊าซ ผ่านหัวเผา หรือ burner ในการจุดไฟ และให้ความร้อนสู่หม้อไอน้ำนะครับ แต่สำหรับบางที่อาจจะใช้เช้อเพลิงของแข็ง เช่น ถ่านหิน ฟืน ถ่านไม้ แกลบ ขี้เรื่อยเป็นต้น ที่นำมาเผาเป็นแหล่งกำเนิความร้อน
6. Level Sight glass (ในภาพไม่มี) ซึ่งเป็นกระจกทำหน้าที่คอยดูระดับในหม้อไอน้ำ ซึ่งอาจจะติดเป็นสัญญาณ monitoring ต่างๆเข้าไปดูใน control room ได้นะครับ
7. Pressure gauge (ในภาพก็ไม่มีอีกเช่นกัน) ตัวนี้ถือว่าสำคัญมากๆเลยนะครับ เพราะจะเป็นตัวช่วยดู และ monitor ความดันภายในหม้อไอน้ำ ซึ่งก็ควรมีการ calibrate ตามรอบระยะเวลานะครับ

หลังจากเราทราบหลักการทำงานเบื้องต้น และส่วนประกอบหลักๆของ Water Tube Boiler แล้ว เราลองรับชมวีดีโอแสดงการทำงานของ water tube boiler ในลักษณะของโรงงานอุตสาหกรรมกันนะครับ

หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำประเภทต่างๆ (Type of water tube boiler)

หม้อไอน้ำชนิดนี้มีน้ำไหลในท่อดังนั้นคุณภาพในการใช้จึงต้องปรับปรุงคุณภาพให้เหมาะสมอยู่เสมอ ถ้าไม่อย่างนั้นอายุการใช้งานของหม้อไอน้ำจะมีอายุใช้งานสั้นแน่นอน และอาจจะเปลืองพลังานบวกกับประสิทธิ์ภาพที่ลดลง ดังนั้นหม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ จึงแบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลักคือ ชนิดท่อตรง และ ชนิดท่อโค้ง ซึ่งแต่ละชนิดมีรายละเอียดดังนี้นะครับ

1. หม้อไอน้ำชนิดท่อตรง (Straight Tube Boiler)

หม้อไอน้ำชนิดนี้จะมีท่อลักษณะตรง แต่สามารถติดตั้งในลักษณะวางตั้ง วางขวาง หรือ วางเอียงก็ได้ครับ

1.1 หม้อน้ำตั้งท่อวางตั้ง (Simple vertical boiler)

ลักษณะวางหม้อน้ำแบบตั้ง และการเรียงตัวของท่อน้ำเป็นแบบวางตั้ง และขดเป็นก้นหอย ระหว่างท่อก็เป็นฉนวนเพื่อทำเป็น Path ทางวิ่งของก๊าซเชื้อเพลิงและวิ่งออกไปทางปล่องเตาต่อไปครับผม

1.2 หม้อน้ำตั้งท่อวางขวาง (Vertical Cross Tube Boiler)

โดยหม้อไอน้ำชนิดนี้มีลักษณะวางตั้ง ส่วนท่อวางขวาง โดยด้านเปลือกหม้อน้ำจะเจาะช่องไว้เพื่อทำความสะอาด ส่วนมากมีการนำมาใช้โรงงานทำเส้นก๋วยเตี๋ยว

1.3 หม้อน้ำตั้งท่อวางเอียง (Babcock and Wilcox Boilers)

หม้อน้ำตั้งท่อวางเอียงเป็นหม้อน้ำที่มีกำลังผลิตตั้งแต่ปานกลางจนถึงใหญ่ ซึ่งถูกประดิษฐ์โดย Babcock และ Wilcox (ซึ่งแทบจะเรียกว่าเป็น commercial boiler แบบแรกของลูกเลยนะครับ) โดยหลักการทำงานคือ เชื้อเพลิงจะถูกเผาไหม้ใต้ช่วงท่อน้ำ จากนั้นก๊าซร้อนก็จะลอยตัวกลับไปด้านบนและถูกบังคับให้วกมาให้ความร้อนอีกรอบนึง และจากนั้นจึงออกปล่องออกไปสู่บรรยากาศ

2. หม้อไอน้ำชนิดท่องอ (Bent – Tube Boiler)

หม้อน้ำชนิดนี้มีตั้งแต่กำลังผลิตเล็กๆ จนไปถึงกำลังผลิตขนาดใหญ่จนมากกว่า 500 Tons/hr ซึ่งจุดเด่นที่สุดคือ สามารถสร้างไอน้ำความดันสูงๆได้ดี

2.1 หม้อน้ำชนิดท่องอบางส่วน

หม้อไอน้ำชนิดนี้เป็นที่นิยมมากๆในอุตสาหกรรม ขนาดปานกลาง ถึง ใหญ่มาก ซึ่งเป็นที่นิยมใช้ในโรงไฟฟ้า เป็นค้น โดยหลักการของประเภทนี้ก็จะเหมือนตัวอย่างที่เรายกมาตอนแรกเลยนะครับ ที่ว่ามี steam drum, mud drum และ water tube ซึ่งหากแบ่งเจ้าหม้่อไอน้ำลูกนี้จะแบ่งได้ตามลักษณะของ flow เช่น natural flow, forced flow หรือ ตามการจัดเรียงตัวของท่อนะครับผม

2.2 หม้อน้ำชนิดท่อน้ำขด (หรือนิยมเรียก Package Boiler)

หม้อไอน้ำชนิดนี้ส่วนมากมีขนาดเล็กไปจนถึงปานกลาง และ สามารถผลิตไอน้ำที่มีอัตราสูง เรียกว่า พกพา เคลื่อนย้ายได้ง่ายครับ แต่ก็มีการดูแลและซ่อมแซมค่อนข้างลำบากครับ

ข้อดี-ข้อด้อย ของหม้อไอน้ำชนิดท่อน้ำ

เราขอมาสรุปแบบเนื้อเน้นๆถึงข้อดี ข้อด้อยของ water tube boiler กันนะครับ

ข้อดี

• ใช้ภายใต้ความดันได้สูง
• ผลิตไอน้ำได้รวดเร็วกว่า (อัตราการผลิตสูง)
• มีความปลอดภัยในการใช้งานสูง
• ตรวจสภาพท่อภายนอกได้ง่าย

ข้อเสีย

• ราคาแพง
• ค่าดูแลและซ่อมบำรุงสูง เนื่องจากการเกิดตะกรันภายในท่อ
• ต้องการน้ำคุณภาพดีมาก
• ถ้าในระบบมี load ที่ไม่นิ่ง ความดันก็จะไม่คงที่ตามไปด้วย

ก็จบไปแล้วสำหรับหม้อไอน้ำ EP.2 กันนะครับ หากผิดพลาดประการใด หรือเพื่อนๆมีประสบการณ์มาแชร์กัน ก็สามารถทักหาได้ทาง Facebook page โดยตรงได้เลยนะครับ เรามีทีมวิศวกรที่เชี่ยวชาญมาคอยอธิบาย หรือตอบคำถามให้เพื่อนๆกันนะครับ สำหรับวันนี้ขอบ๊ายบายยยย see u กันใหม่ใน EP หน้านะค้าบบบ สวัสดีครับ -/\-

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

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

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

แล้วพบกับสาระความรู้ทางด้านงานช่าง และงานวิศวกรรมได้ในโพสต์ถัดๆไปนะครับ หรือสามารถตามสื่อตามๆของเราด้านล่างเลยนะครับ

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

Reference
https://www.spiraxsarco.com/learn-about-steam/the-boiler-house/water-tube-boilers
https://www.electrical4u.com/water-tube-boiler-operation-and-types-of-water-tube-boiler/
http://xn--q3cbvai3ckfa5c1m6be0d.com/
https://www.elprocus.com/water-tube-boiler-working-principle-types-of-water-tube-boilers/
https://www.mechanicalbooster.com/2017/01/babcock-and-wilcox-boiler.html