ความรู้เบื้องต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้ำ

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับ การตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อน การตรวจประเมิน ประสิทธิภาพระบบไอน้า

โดย : กรมโรงงานอุตสาหกรรม

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

บทที่ 2 ความรู้เบื้องต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้​้า ในบทนีจะกล่าวถึงความรู้เบืองต้นที่ผู้ปฏิบัติงานเกี่ยวกับระบบไอน้าจ้าเป็นต้องทราบ เพื่อให้สามารถ ตรวจประเมินประสิทธิภาพของระบบไอน้าได้ ประกอบด้วยความรู้ต่างๆ ดังรายละเอียดด้านล่าง 2.1 องค์ประกอบของระบบไอน้า 2.2 ความรู้เกี่ยวกับส่วนผลิตไอน้า - คุณภาพของน้าป้อนและน้าในหม้อน้า - การเผาไหม้เชือเพลิงแข็ง เชือเพลิงเหลว และเชือเพลิงก๊าซ - การสูญเสียพลังงานในหม้อน้า - วิธีการค้านวณหาประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้า - มาตรฐานการปล่อยก๊าซไอเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมที่มีการเผาไหม้เชือเพลิงในหม้อน้า - เทคนิคการประหยัดพลังงานในหม้อน้า 2.3 ความรู้เกี่ยวกับส่วนส่งจ่ายไอน้า - การสูญเสียพลังงานในส่วนส่งจ่ายไอน้า - วิธีการค้านวณหาการสูญเสียพลังงานในส่วนส่งจ่ายไอน้า - เทคนิคการประหยัดพลังงานในส่วนส่งจ่ายไอน้า 2.4 ความรู้เกี่ยวกับส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้า - รูปแบบของอุปกรณ์ใช้ไอน้า - การสูญเสียพลังงานในส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้า - วิธีการค้านวณหาการสูญเสียพลังงานในส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้า - เทคนิคการประหยัดพลังงานในส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้า 2.5 ความรู้เกี่ยวกับส่วนการน้าความร้อนกลับมาใช้ - การสูญเสียพลังงานในส่วนการน้าความร้อนกลับมาใช้ - วิธีการค้านวณหาการสูญเสียพลังงานในส่วนการน้าความร้อนกลับมาใช้ - เทคนิคการประหยัดพลังงานในส่วนผลิตไอน้า 2.6 การค้านวณหาพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ในกรณีพัฒนาประสิทธิภาพระบบไอน้า - วิธกี ารค้านวณหาพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ของส่วนผลิตไอน้า - วิธกี ารค้านวณหาพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ของส่วนส่งจ่ายไอน้า - วิธกี ารค้านวณหาพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ของส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้า - วิธกี ารค้านวณหาพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ของส่วนการน้าความร้อนกลับมาใช้ คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 3

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

2.1 องค์ประกอบของระบบไอน้​้า ระบบไอน้าอุตสาหกรรมประกอบด้วยส่วนต่างๆ 4 ส่วน ได้แก่ ส่วนผลิตไอน้า ส่วนส่งจ่ายไอน้า ส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้า และส่วนการน้าความร้อนกลับมาใช้ [2] ดังแสดงในรูปที่ 2.1

รูปที่ 2.1 องค์ประกอบของระบบไอน้า [2] ส่วนผลิตไอน้​้า (Steam Generation) อุปกรณ์หลักของส่วนผลิตไอน้า คือ หม้อน้า ท้าหน้าที่ผลิตไอน้าโดยใช้ พลังงานความร้อนจากการเผาไหม้เชือเพลิง

ส่วนส่งจ่ายไอน้​้า (Steam Distribution) อุปกรณ์หลักของส่วนส่งจ่ายไอน้า คือ ท่อต่างๆ ท้าหน้าที่ล้าเลียงไอน้าที่ ผลิตได้จากหม้อน้าไปยังอุปกรณ์ใช้ไอน้า และส่วนต่างๆ ของระบบไอน้า

ส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้​้า (End Use) อุปกรณ์หลักของส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้า คือ เครื่องจักรที่อยู่ในกระบวนการ ผลิตของโรงงานซึ่งต้องการใช้ไอน้า

ส่วนการน้าความร้อนกลับมาใช้ (Heat Recovery) อุปกรณ์หลักของส่วนการน้าความร้อนกลับมาใช้ เช่น เครื่องแลกเปลี่ยน ความร้อน ท้าหน้าที่น้าความร้อนทิงจากอุปกรณ์ใช้ไอน้ากลับมาใช้ซ้า

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 4

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

2.2 ความรู้เกี่ยวกับส่วนผลิตไอน้​้า คุณสมบัตขิ องน้​้าป้อนและน้​้าในหม้อน้​้า หม้ อ น้ า ท้ า หน้ า ที่ ต้ ม น้ า เพื่ อ ผลิ ต เป็ น ไอน้ า ส้ า หรั บ น้ า ไปใช้ ง าน ดั ง นั นคุ ณ ภาพของน้ า ป้ อ นและ น้าในหม้อ น้าเป็นปั จจัยส้ าคัญ ที่ส่ง ผลต่ อ การท้างานของระบบไอน้า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ส่ วนผลิตไอน้า หากน้าป้อนและน้าในหม้อน้ามีของแข็ง ที่ละลายในน้าทังหมด (Total Dissolved Solid) และแร่ธาตุเจือปน อยู่มาก เมื่อน้าเปลี่ยนเป็นไอน้าแล้ว ความเข้มข้นของสารเจือปนเหล่านีจะสูงขึนและเกิด ตะกรัน/ตกตะกอน/ ตกผลึก และไปเกาะที่พืนผิวของอุปกรณ์ ท้าให้เป็นอุปสรรคต่อการถ่ายเทความร้อนของหม้อน้า ส่งผลให้ ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้าลดลง รวมถึงก่อให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ต่างๆ ของระบบไอน้า น้าป้อนไม่สะอาด/ น้าในหม้อน้าไม่สะอาด

เกิดตะกรัน/ตะกอนใน ระบบไอน้า/หม้อน้า

สินเปลืองเชือเพลิง ประสิทธิภาพเชิงความร้อน ของหม้อน้าลดลง

รูปที่ 2.2 ผลของการที่น้าป้อนหรือน้าในหม้อน้าไม่สะอาด การระบายน้าร้อนออกจากหม้อน้า หรือ “การโบลว์ดาวน์ ” จะช่วยแก้ปัญหาเรื่องการตกตะกอนของ ของแข็ง ที่ละลายในน้า หรือสิ่ง สกปรกต่า งๆ ภายในหม้อน้า ได้ แต่จะต้องควบคุ มการโบลว์ดาวน์ ใ ห้ เหมาะสม  การโบลว์ดาวน์ที่มากเกินไป ท้าให้สูญเสียความร้อน และประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อ น้า ลดลง  การโบลว์ดาวน์ ที่น้อยเกินไป ท้าให้เกิดตะกรันสะสมในท่อน้าของหม้อน้าและท้าให้ระบบท่อน้า เสียหาย กรมโรงงานอุ ต สาหกรรมได้ ป ระกาศเรื่ อ งคุ ณ สมบั ติ ข องน้ า ส้ า หรั บ หม้ อ น้ า พ.ศ. 2549 [3] โดยก้าหนดให้สถานประกอบการที่มีการใช้งานหม้อน้าต้องปรับสภาพน้าส้าหรับหม้อน้าดังนี

รูปที่ 2.3 คุณสมบัติของน้าป้อนและน้าในหม้อน้า ประกาศโดยกรมโรงงานอุตสาหกรรม [3] คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 5

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

นอกจากนันคู่มือผู้รับผิดชอบด้านพลังงาน (โรงงาน) พ.ศ. 2553 [4] ได้มีการก้าหนดคุณสมบัติของ น้าป้อนและน้าในหม้อน้าส้าหรับหม้อน้าแบบท่อน้า ความดันไม่เกิน 20 บาร์เกจ ดังตารางที่ 2.1 ตารางที่ 2.1 คุณสมบัติของน้าป้อนและน้าในหม้อน้าส้าหรับหม้อน้าแบบท่อน้า ความดันไม่เกิน 20 บาร์เกจ [4] คุณสมบัติ ค่าการน้าไฟฟ้าของน้า (µs/cm) ค่าของแข็งละลายในน้าทังหมด (ppm) ค่าความเป็นกรด-ด่าง (pH) ฟอสเฟต (mg/kg) ซิลิกา (mg/kg) ความกระด้าง (-)

น้​้าป้อน < 400 8.5-9.5 >2

น้​้าในหม้อน้า้ < 3,500 10.5-12.0 30-60 > 150 -

อย่างไรก็ตามคุณสมบัติของน้าป้อนและน้าในหม้อน้าจะต้องเป็นไปตามข้อมูลทางเทคนิคของหม้อน้า แต่ละเครื่องตามที่ก้าหนดไว้โดยบริษัทผู้ผลิต

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 6

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

การเผาไหม้เชื้อเพลิงแข็ง เชื้อเพลิงเหลว และเชื้อเพลิงก๊าซ ในกระบวนการผลิ ต ไอน้ า จ้ า เป็ น อย่ า งยิ่ ง ที่ ต้ อ งใช้ พ ลั ง งานความร้ อ นในการต้ ม น้ า ซึ่ ง พลั ง งาน ความร้อนดังกล่าวมาจากการเผาไหม้เชือเพลิง โดยเชือเพลิงที่ใช้สามารถอยู่ในรูปของเชือเพลิงแข็ง เชือเพลิงเหลว และเชือเพลิงก๊าซ

กระบวนการเผาไหม้สามารถแบ่ง ออกได้เป็น (1) การเผาไหม้สมบูรณ์ และ (2) การเผาไหม้ไม่ สมบู รณ์ โดยการเผาไหม้ ส มบู ร ณ์ จะเกิ ดขึ นเมื่อ จ่ า ยอากาศที่ ใช้ ใ นการเผาไหม้ ใ นปริม าณที่เ พี ย งพอต่ อ ความต้องการของเชือเพลิงแต่ละชนิด ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึนจากการเผาไหม้สมบูรณ์ ได้แก่ ก๊าซไอเสียที่มี เฉพาะไอน้าและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ดังแสดงในรูปที่ 2.4

รูปที่ 2.4 ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการเผาไหม้สมบูรณ์ คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 7

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

ส่วนการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์เป็นการเผาไหม้ที่จ่ายอากาศที่ใช้ในการเผาไหม้ น้อยเกินไป ส่งผลให้ ก๊าซไอเสียที่ได้มีก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ เขม่า และควันด้าปะปนออกมา ดังแสดงในรูปที่ 2.5

รูปที่ 2.5 ผลิตภัณฑ์ทไี่ ด้จากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ ดัง นั นในการท้ า งานจริ ง ของหม้ อ น้ าจึ ง ต้ อ งจ่ า ยอากาศที่ ใ ช้ ใ นการเผาไหม้ ใ นปริ มาณที่ ม ากกว่ า ปริมาณที่เพียงพอต่อความต้องการของเชือเพลิงแต่ละชนิด เพื่อเป็นการรับประกันว่า กระบวนการเผาไหม้ ที่เกิดขึนเป็นการเผาไหม้สมบูรณ์ ปริมาณอากาศที่มากกว่าปริมาณอากาศที่ต้องการของเชือเพลิงแต่ละชนิด เรียกว่า “อากาศส่วนเกิน (Excess Air)” แต่อย่างไรก็ตาม การใส่อากาศส่วนเกินมากเกินไปจะส่งผลเสีย ต่อการท้างานของหม้อน้าได้

รูปที่ 2.6 ผลกระทบของปริมาณอากาศส่วนเกินต่อการท้างานของหม้อน้า คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 8

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

ตารางที่ 2.2 อากาศส่วนเกินที่เหมาะสมส้าหรับเชือเพลิงแต่ละประเภท เชื้อเพลิง เชือเพลิงแข็ง เชือเพลิงเหลว เชือเพลิงก๊าซ

อากาศส่วนเกิน1 (%) 50-70 15-20 5-15

O2 ในก๊าซไอเสีย2 (%) 7-10 3-4 1-2

CO2 ในก๊าซไอเสีย2 (%) 12-14 12-14 9-10

ที่มา: 1การอนุรั กษ์ พ ลั ง งานในโรงงานอุต สาหกรรม, บทเรี ยนเครื อข่า ยทางอิ น เตอร์ เ นต, ภาควิ ช าครุ ศาสตร์ เ ครื่ องกล, คณะครุ ศาสตร์ อุตสาหกรรมและเทคโนโลยี, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี [5] 2คู่มือผู้รับผิดชอบด้านพลังงาน (โรงงาน) พ.ศ. 2561 [6]

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 9

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

การสูญเสียพลังงานในหม้อน้​้า ในระหว่างการปฏิบัติงานกับระบบไอน้าจะมีการสูญเสียพลังงานในรูปแบบของพลังงานความร้อนใน ส่วนต่างๆ ของระบบไอน้า ดังแสดงในรูปที่ 2.7

รูปที่ 2.7 การสูญเสียพลังงานในส่วนต่างๆ ของระบบไอน้า ในหัวข้อนีจะกล่าวถึงเฉพาะการสูญเสียพลังงานในส่วนผลิตไอน้า หรือในหม้อน้า ส้าหรับการสูญเสีย พลังงานในส่วนอื่นๆ จะกล่าวถึงในหัวข้อต่อๆ ไป

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 10

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

การสูญเสียพลังงานในส่วนผลิตไอน้า้ • เป็นการสูญเสียพลังงานที่เกิดขึนในกระบวนการผลิตไอน้า ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นการสูญเสียพลังงาน ในหม้อน้า ซึ่งประกอบด้วยการสูญเสียต่างๆ ดังแสดงในรูปที่ 2.8

รูปที่ 2.8 การสูญเสียพลังงานในส่วนผลิตไอน้า

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 11

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

การสูญเสียจากก๊าซไอเสีย (Lstack) • เป็นการสูญเสียพลังงานเนื่องจากความร้อนจากการเผาไหม้บางส่วนสูญเสียไปกับ ก๊าซไอเสียที่มีอุณหภูมิสูง • การสูญเสียนีเป็นการสูญเสียของหม้อน้าที่มีค่ามากที่สุด (10-30%) และเป็นสาเหตุ หลักที่ท้าให้หม้อน้ามีประสิทธิภาพเชิงความร้อนลดลง • การสูญเสียจากก๊าซไอเสียจะมีค่ามากหรือน้อยขึนอยู่กับอุณหภูมิของก๊าซไอเสีย และ ปริมาณอากาศส่วนเกินที่ใช้ในการเผาไหม้ การสูญเสียจากคาร์บอนมอนอกไซด์ (LCO)

• เป็นการสูญเสียพลังงานที่เกิดจากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ระหว่างเชือเพลิงกับอากาศที่ ใช้ในการเผาไหม้ การสูญเสียจากเชื้อเพลิงเผาไหม้ไม่หมด (Lunburned) • เป็นการสูญเสียพลังงานเนื่องจากคาร์บอนบางส่วนในเชือเพลิงถูกเผาไหม้ไม่หมด แล้ว หลุดออกจากหม้อน้าโดยปะปนมากับขีเถ้า • ส้าหรับหม้อน้าที่ใช้เชือเพลิงเหลวและเชือเพลิงก๊าซจะไม่มีการสูญเสียในส่วนนี การสูญเสียผ่านผนังหม้อน้​้า (Lrad) • เป็นการสูญเสียพลังงานเนื่องจากผนังหม้อน้ามีอุณ หภูมิสูงเกินไป แล้วมีการถ่ายเท ความร้อนจากผนังหม้อน้าสู่ด้านนอก การสูญเสียจากโบลว์ดาวน์ (Lbd) • เป็นการสูญเสียเนื่องจากการปล่อยน้าร้อนออกจากหม้อน้า ตารางที่ 2.3 การสูญเสียพลังงานในหม้อน้าส้าหรับเชือเพลิงชนิดต่างๆ Lstack LCO Lunburned Lrad Lbd

การสูญเสียพลังงาน เชื้อเพลิงแข็ง เชื้อเพลิงเหลว เชื้อเพลิงก๊าซ การสูญเสียจากก๊าซไอเสีย มี มี มี การสูญเสียจากคาร์บอนมอนอกไซด์ มี มี มี การสูญเสียจากเชือเพลิงเผาไหม้ไม่หมด มี ไม่มี ไม่มี การสูญเสียผ่านผนังหม้อน้า มี มี มี การสูญเสียจากโบลว์ดาวน์ มี มี มี คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 12

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

วิธีการค้านวณหาประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้​้า เนื่ อ งจากอุ ป กรณ์ ห ลั ก ของส่ ว นผลิ ต ไอน้ า คื อ หม้ อ น้ า ดั ง นั นในการค้ า นวณหาประสิ ท ธิ ภ าพ เชิงความร้อนของส่วนผลิตไอน้า คือ การค้านวณหาประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้านั่นเอง

การค้านวณหาประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้​้า การค้านวณหาประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้า สามารถด้าเนินการได้ 2 วิธี [7] คือ (1) การค้านวณโดยวิธีทางตรง (Direct Method) (2) การค้านวณโดยวิธีทางอ้อม (Indirect Method) ตารางที่ 2.4 ข้อดีและข้อจ้ากัดของการค้านวณประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้าโดยวิธีทางตรงและ วิธีทางอ้อม การค้านวณโดยวิธีทางตรง

การค้านวณโดยวิธีทางอ้อม

ข้อดี + ง่าย สะดวก รวดเร็ว + ตัวแปรที่ใช้ในการค้านวณน้อย + ไม่ต้องใช้เครื่องมือวัดหลายชนิด

ข้อดี + บอกการสูญเสียพลังงานเฉพาะจุดอย่างละเอียด

ข้อจ้ากัด - ไม่ได้บอกถึงการสูญเสียพลังงานเฉพาะจุด

ข้อจ้ากัด - เนื่องจากเป็นการหาการสูญเสียพลังงานเฉพาะ จุดท้าให้มีค่าใช้จ่ายสูง - ต้องใช้เครื่องมือวัดหลากหลายชนิด

การทราบถึ ง ค่ า การสู ญ เสี ย พลั ง งานเฉพาะจุ ด ที่ เ กิ ด ขึ นทั งหมดในส่ ว นผลิ ต ไอน้ า จะน้ า ไปสู่ การหาแนวทางในการลดการสูญเสีย พลังงาน และเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้าได้ ดังนันคู่มือ การปฏิบัติงานเล่มนีจึงใช้การค้านวณโดยวิธีทางอ้อมในการหาประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้​้า ทังนีในการค้านวณประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้าทังโดยวิธีทางตรงและวิธีทางอ้อมจะอ้างอิง จาก JIS B 8222: 1993 Land Boilers – Heat Balancing [8]

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 13

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

การค้านวณโดยวิธีทางตรง (Direct Method) การค้านวณวิธีทางตรงจะพิจารณาประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้าจากปริมาณพลังงาน ของไอน้าที่ผลิตได้ต่อพลังงานจากเชือเพลิงที่ป้อนเข้าหม้อน้า ดังแสดงในรูปที่ 2.9

รูปที่ 2.9 การค้านวณประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้าโดยวิธีทางตรง 𝜂𝐵 =

สัญลักษณ์ 𝜂𝐵 𝑚̇𝑠 ℎ𝑠 ℎ𝑓𝑤 𝑚̇𝑓 𝐻𝑉 𝐻𝐺

= = = = = = =

𝑚̇𝑠 (ℎ𝑠 − ℎ𝑓𝑤 ) × 100% 𝑚̇𝑓 (𝐻𝑉 + 𝐻𝐺)

ค้าอธิบาย ประสิทธิภาพเชืงความร้อนของหม้อน้า อัตราการไหลของไอน้า เอนทาลปีของไอน้า เอนทาลปีของนา้ ป้อน อัตราการใช้เชือเพลิง ค่าความร้อนของเชือเพลิง (as received)* ความร้อนจากแหล่งความร้อนภายนอก ที่ใส่ในน้าป้อน

เชื้อเพลิงก๊าซ % kg/s kJ/kg kJ/kg m3/h kJ/m3 kJ/m3

เชื้อเพลิงเหลวและแข็ง % kg/s kJ/kg kJ/kg kg/h kJ/kg kJ/kg

*ค่าความร้อนของเชือเพลิง (as received, wet basis) คือ ค่าความร้อนของเชือเพลิงที่ป้อนเข้าหม้อน้า โดยไม่มีการไล่ความชืนออกจาก เชือเพลิงออกทังหมด

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 14

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

การค้านวณโดยวิธีทางอ้อม (Indirect Method) การค้านวณวิธีทางอ้อมจะพิจารณาประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้าโดยการน้าผลรวมของ ค่าการสูญเสียพลังงานของหม้อน้ามาหักลบออกจากค่าพลังงานที่ป้อนเข้า โดยก้าหนดให้ค่าความร้อน ของเชือเพลิง 1 กิโลกรัม ที่ป้อนเข้าหม้อน้ามีค่าเท่ากับ 1 (หรือ 100%) และค้านวณค่าพลังงานสูญเสียที่ เทียบกับค่าความร้อนที่ได้จากเชือเพลิง 1 กิโลกรัม การสูญเสียพลังงานในหม้อน้าแสดงดังรูปที่ 2.10

รูปที่ 2.10 การค้านวณประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้าโดยวิธีทางอ้อม

𝜂𝐵 = (1 −

𝐿𝑠𝑡𝑎𝑐𝑘 + 𝐿𝐶𝑂 + 𝐿𝑢𝑛𝑏𝑢𝑟𝑛𝑒𝑑 + 𝐿𝑟𝑎𝑑 + 𝐿𝑏𝑑 ) × 100% 𝐻𝑉 + 𝐻𝐺

การค้านวณหาค่าการสูญเสียแต่ละแบบจะแสดงรายละเอียดไว้ด้านล่าง

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 15

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

1. การสูญเสียจากก๊าซไอเสีย (Lstack) 𝐿𝑠𝑡𝑎𝑐𝑘 = 𝐺 × 𝑐𝑝 × (𝑇𝑒𝑥 − 𝑇𝑎 ) เชื้อเพลิงก๊าซ 𝐿𝑠𝑡𝑎𝑐𝑘 𝐺 𝑐𝑝 𝑇𝑒𝑥 𝑇𝑎

= = = = =

การสูญเสียจากก๊าซไอเสีย อัตราการไหลของก๊าซไอเสีย ความร้อนจ้าเพาะของก๊าซไอเสีย อุณหภูมิก๊าซไอเสีย อุณหภูมิบรรยากาศ

kJ/m3fuel m3flue/m3fuel

เชื้อเพลิงเหลว และเชื้อเพลิงแข็ง kJ/kgfuel m3flue/kgfuel 1.38 kJ/m3flue K ªC ªC

สูตรอย่างง่ายในการค้านวณหาค่า 𝐺 เชื้อเพลิงก๊าซ

𝐺=

เชื้อเพลิงเหลว

𝐺=

เชื้อเพลิงแข็ง

𝐺=

[3.76 + 2.96(𝑚 − 1) 𝐿𝐻𝑉 − 3.91 − 1.36 (𝑚 − 1) 10,000

[0.216 + 0.241(𝑚 − 1) 𝐿𝐻𝑉 + 1.67 + 0.56 (𝑚 − 1) 1,000 𝑚=

𝐿𝐻𝑉

=

[2.93 + 2.68(𝑚 − 1)] 𝐿𝐻𝑉 10,000

ค่าความร้อนค่าต่้าของเชือเพลิง (as received, wet basis)

21 21 − (𝑂2 )

kJ/m3fuel

kJ/kgfuel

วิธี สู ต รอย่ า งง่ า ยที่แ สดงด้ านบนจะใช้ ใ นกรณีที่ ท ราบเฉพาะค่ าความร้ อนค่ า ต่​่ า ของเชื้ อ เพลิ ง (LHV) แต่ไม่ทราบองค์ประกอบทางเคมีของเชื้อเพลิง เช่น ความชื้น ขี้เถ้า คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และซัล เฟอร์ ที่ อยู่ ใช้เ ชื้อ เพลิ ง ดัง นั้ น การใช้สู ต รอย่า งง่า ยเป็นวิ ธีที่ เหมาะสมส่ า หรับ โรงงานขนาดกลางและ ขนาดย่อมที่ไม่มีการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของเชื้อเพลิง

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 16

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

1. การสูญเสียจากก๊าซไอเสีย (Lstack) (ต่อ) สูตรตามทฤษฎีในการค้านวณหาค่า 𝐺 ส้าหรับเชื้อเพลิงก๊าซ 𝐺 = 𝐺0 + 𝐺𝑤 + (𝑚 − 1)𝐴0 + 𝐺𝑤1

𝐺 𝐺0

𝐺0 =

𝐺𝑤

1 [2.88𝑐𝑜 + 1.88ℎ2 + ∑(4.76𝑥 + 0.94𝑦)𝑐𝑥 ℎ𝑦 ) + 𝑛2 + 𝑐𝑜2 − (3.76𝑜2 ) 100 1 1 𝐺𝑤 = [ℎ2 + ∑ 𝑦𝑐𝑥 ℎ𝑦 + 𝑤𝑣 ] 100 2 𝑚=

𝑚 𝐴0

(𝑂2 ) 21 𝑛2 × (1 + × ) (𝑂2 ) − 0.5(𝐶𝑂) (𝑁2 ) 21𝐴0 21 − 79 ( ) (𝑁2 )

𝐴0 =

𝐺𝑤1

1 1 𝑦 [ (𝑐𝑜 + ℎ2 ) + ∑ (𝑥 + ) 𝑐𝑥 ℎ𝑦 − 𝑜2 ] 21 2 4 𝐺𝑤1 = 1.61𝑧𝑚𝐴0

𝐺0 𝐺𝑤 𝐺𝑤1 𝐴0 𝑧

= = = = =

ปริมาณก๊าซไอเสียแห้งตามทฤษฎี ปริมาณไอนา้ ในไอเสียที่เกิดจากไฮโดรเจนและความชืนในเชือเพลิง ปริมาณไอนา้ ในไอเสียที่เกิดจากความชืนในอากาศ ปริมาณอากาศที่ใช้ตามทฤษฎี ความชืนสัมบูรณ์ในอากาศ

m3/m3fuel m3/m3fuel m3/m3fuel m3/m3fuel kgไอน้า/kgอากาศแห้ง

𝑐𝑜 ℎ2 𝑛2 𝑐𝑜2 𝑜2 𝑤𝑣

= = = = = =

ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ในเชือเพลิง ก๊าซไฮโดรเจนในเชือเพลิง ก๊าซไนโตรเจนในเชือเพลิง ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในเชือเพลิง ก๊าซออกซิเจนในเชือเพลิง ความชืนในเชือเพลิง

% % % % % %

𝑐𝑥 ℎ𝑦 𝑥 𝑦

เชือเพลิงไฮโดรคาร์บอน = จ้านวนอะตอมของคาร์บอนในเชือเพลิงก๊าซ = จ้านวนอะตอมของไฮโดรเจนในเชือเพลิงก๊าซ

% Vol. -

(𝑂2 ) (𝐶𝑂) (𝑁2 )

= = = =

% Vol. % Vol. % Vol.

ก๊าซออกซิเจนในไอเสีย ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ในไอเสีย ก๊าซไนโตรเจนในไอเสีย

Vol. Vol. Vol. Vol. Vol. Vol.

100 − (𝐶𝑂) − (𝐶𝑂2 ) − (𝑂2 )

สูตรตามทฤษฎีจะต้องทราบทั้งค่าความร้อนของเชื้อเพลิงและองค์ประกอบทางเคมีของเชื้อเพลิง ซึ่งจะใช้ ส่าหรับโรงงานที่มีการวิเคราะห์ทั้งค่าความร้อนและองค์ประกอบทางเคมีของเชื้อเพลิงเท่านั้น คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 17

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

1. การสูญเสียจากก๊าซไอเสีย (Lstack) (ต่อ) สูตรตามทฤษฎีในการค้านวณหาค่า 𝐺 ส้าหรับเชื้อเพลิงเหลวและเชื้อเพลิงแข็ง 𝐺 = 𝐺0 + 𝐺𝑤 + (𝑚 − 1)𝐴0 + 𝐺𝑤1

𝐺 𝐺0

𝐺0 =

1 𝑜 [8.89𝑐1 + 21.1 (ℎ − ) + 3.3𝑠 + 0.8𝑛] 100 8

𝐺𝑤

𝐺𝑤 = 𝑚=

𝑚 𝐴0

𝐴0 =

𝐺𝑤1

1 [1.24(9ℎ + 𝑤)] 100

21 (𝑂2 ) − 0.5(𝐶𝑂) 21 − 79 ( ) (𝑁2 )

1 𝑜 [8.89𝑐1 + 26.7 (ℎ − ) + 3.3𝑠] 100 8 𝐺𝑤1 = 1.61𝑧𝑚𝐴0

𝐺0 𝐺𝑤 𝐺𝑤1 𝐴0 𝑧

= = = = =

ปริมาณก๊าซไอเสียแห้งตามทฤษฎี ปริมาณไอนา้ ในก๊าซไอเสียที่เกิดจากไฮโดรเจนและความชืนในเชือเพลิง ปริมาณไอนา้ ในก๊าซไอเสียที่เกิดจากความชืนในอากาศ ปริมาณอากาศที่ใช้ตามทฤษฎี ความชืนสัมบูรณ์ในอากาศ

m3/kgfuel m3/kgfuel m3/kgfuel m3/kgfuel kgไอน้า/kgอากาศแห้ง

𝑐 𝑐1 𝑐2 ℎ 𝑛 𝑜 𝑠 𝑤

= = = = = = = =

ปริมาณคาร์บอนในเชือเพลิง (as received, wet basis) ปริมาณคาร์บอนในเชือเพลิงที่ถกู เผาไหม้ 𝑐 − 𝑐1 ปริมาณคาร์บอนในเชือเพลิงที่ไม่ถูกเผาไหม้ ปริมาณไฮโดรเจนในเชือเพลิง (as received, wet basis) ปริมาณไนโตรเจนในเชือเพลิง (as received, wet basis) ปริมาณออกซิเจนในเชือเพลิง (as received, wet basis) ปริมาณซัลเฟอร์ในเชือเพลิง (as received, wet basis) ความชืนในเชือเพลิง (as received, wet basis)

% % % % % % % %

(𝑂2 ) (𝐶𝑂) (𝑁2 )

= = = =

ก๊าซออกซิเจนในก๊าซไอเสีย ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ในก๊าซไอเสีย ก๊าซไนโตรเจนในก๊าซไอเสีย

% mass % mass % mass

mass mass mass mass mass mass mass mass

100 − (𝐶𝑂) − (𝐶𝑂2 ) − (𝑂2 )

สูตรตามทฤษฎีจะต้องทราบทั้งค่าความร้อนของเชื้อเพลิงและองค์ประกอบทางเคมีของเชื้อเพลิง ซึ่งจะใช้ ส่าหรับโรงงานที่มีการวิเคราะห์ทั้งค่าความร้อนและองค์ประกอบทางเคมีของเชื้อเพลิงเท่านั้น คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 18

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

2. การสูญเสียจากคาร์บอนมอนอกไซด์ (LCO) 𝐿𝐶𝑂 = 126.1 [𝐺0 + (𝑚 − 1)𝐴0 ](𝐶𝑂) เชื้อเพลิงเหลวและ เชื้อเพลิงแข็ง kJ/kgfuel m3flue/kgfuel m3flue/kgfuel

เชื้อเพลิงก๊าซ = = = = =

𝐿𝐶𝑂 𝐺0 𝐴0 𝑚 (𝐶𝑂)

การสูญเสียจากคาร์บอนมอนอกไซด์ ปริมาณไอเสียแห้งตามทฤษฎี ปริมาณอากาศแห้งตามทฤษฎี อัตราส่วนอากาศส่วนเกิน ปริมาณก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ในก๊าซไอ เสีย

kJ/m3fuel m3flue/m3fuel m3flue/m3fuel

% Vol.

สูตรการค้านวณหา 𝐺0 , 𝐴0 และ 𝑚 ส้าหรับเชื้อเพลิงก๊าซ 𝐺0

𝐺0 =

𝑚 𝐴0

1 [2.88𝑐𝑜 + 1.88ℎ2 + ∑(4.76𝑥 + 0.94𝑦)𝑐𝑥 ℎ𝑦 ) + 𝑛2 + 𝑐𝑜2 − (3.76𝑜2 ) 100 21 𝑚= 21 − (𝑂2 ) 𝐴0 =

𝐴0

1 1 𝑦 [ (𝑐𝑜 + ℎ2 ) + ∑ (𝑥 + ) 𝑐𝑥 ℎ𝑦 − 𝑜2 ] 21 2 4 𝐿𝐻𝑉 𝐴0 = 2.68 ( ) 10,000

𝑐𝑜 ℎ2 𝑛2 𝑐𝑜2 𝑜2

= = = = =

ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ในเชือเพลิง ก๊าซไฮโดรเจนในเชือเพลิง ก๊าซไนโตรเจนในเชือเพลิง ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในเชือเพลิง ก๊าซออกซิเจนในเชือเพลิง

% Vol. % Vol. % Vol. % Vol. % Vol.

𝑐𝑥 ℎ𝑦 𝑥 𝑦

= เชือเพลิงไฮโดรคาร์บอน = จ้านวนอะตอมของคาร์บอนในเชือเพลิงก๊าซ = จ้านวนอะตอมของไฮโดรเจนในเชือเพลิงก๊าซ

% Vol. -

(𝑂2 ) 𝐿𝐻𝑉

= ก๊าซออกซิเจนในก๊าซไอเสีย = ค่าความร้อนค่าต่้าของเชือเพลิง

% Vol. kJ/m3fuel

ทั้งนี้ ในการค่านวณหาค่าการสูญเสียเนื่องจากก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์จะต้องทราบสูตรโมเลกุล ของ เชื้อเพลิง (𝑐𝑥 ℎ𝑦 ) คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 19

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

2. การสูญเสียจากคาร์บอนมอนอกไซด์ (LCO) (ต่อ) 𝐿𝐶𝑂 = 126.1 [𝐺0 + (𝑚 − 1)𝐴0 ](𝐶𝑂) เชื้อเพลิงก๊าซ = = = = =

𝐿𝐶𝑂 𝐺0 𝐴0 𝑚 (𝐶𝑂)

การสูญเสียจากคาร์บอนมอนอกไซด์ ปริมาณไอเสียแห้งตามทฤษฎี ปริมาณอากาศแห้งตามทฤษฎี อัตราส่วนอากาศส่วนเกิน ปริมาณก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ในก๊าซไอ เสีย

kJ/m3fuel m3flue/m3fuel m3flue/m3fuel

เชื้อเพลิงเหลวและ เชื้อเพลิงแข็ง kJ/kgfuel m3flue/kgfuel m3flue/kgfuel % Vol.

สูตรการค้านวณหา 𝐺0 , 𝐴0 และ 𝑚 ส้าหรับเชื้อเพลิงเหลวและเชื้อเพลิงแข็ง 1 𝑜 [8.89𝑐1 + 21.1 (ℎ − ) + 3.3𝑠 + 0.80𝑛] 100 8 21 𝑚= 21 − (𝑂2 ) 1 𝑜 𝐴0 = [8.89𝑐1 + 26.7 (ℎ − ) + 3.3𝑠] 100 8 𝐿𝐻𝑉 𝐴0,𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑 = 2.96 ( ) − 1.36 10,000 𝐿𝐻𝑉 𝐴0,𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑 = 0.241 ( ) + 0.56 10,000

𝐺0

𝐺0 =

𝑚 𝐴0 𝐴0,𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑 𝐴0,𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑

𝑐 𝑐1

= ปริมาณคาร์บอนในเชือเพลิง = ปริมาณคาร์บอนในเชือเพลิงที่ถกู เผาไหม้

𝑐2

= ปริมาณคาร์บอนในเชือเพลิงที่ไม่ถูกเผาไหม้

𝑐 − 𝑐2

% mass % mass % mass

(𝑎 × 𝑢)/(100 − 𝑢)

𝑎 𝑢 ℎ 𝑛 𝑠 (𝑂2 ) 𝐿𝐻𝑉

= = = = = = =

ปริมาณเถ้าในเชือเพลิง (as received, wet basis) ปริมาณคาร์บอนที่เหลือในเถ้า (as received, wet basis) ปริมาณไฮโดรเจนในเชือเพลิง (as received, wet basis) ปริมาณไนโตรเจนในเชือเพลิง (as received, wet basis) ปริมาณซัลเฟอร์ในเชือเพลิง (as received, wet basis) ก๊าซออกซิเจนในก๊าซไอเสีย ค่าความร้อนค่าต่้าของเชือเพลิง

% mass % mass % mass % mass % mass % Vol. kJ/m3fuel

ทั้งนี้ในการค่านวณหาค่าการสูญเสียเนื่องจากก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์จะต้องมีการวิเคราะห์องค์ประกอบ ของเชื้อเพลิงและปริมาณคาร์บอนที่เหลือในเถ้า คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 20

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

3. การสูญเสียจากเชื้อเพลิงเผาไหม้ไม่หมด (Lunburned) 𝐿𝑢𝑛𝑏𝑢𝑟𝑛𝑒𝑑 = 339 × 𝑐2

𝐿𝑢𝑛𝑏𝑢𝑟𝑛𝑒𝑑 = = 𝑐2 𝑐2 𝑎 𝑢

= = =

การสูญเสียจากเชือเพลิงเผาไหม้ไม่หมด องค์ประกอบของคาร์บอนที่ไม่ถกู เผาไหม้ในเถ้าเทียบกับคาร์บอนใน เชือเพลิง

เชื้อเพลิงแข็ง kJ/kgfuel % mass

(𝑎 × 𝑢)/(100 − 𝑢)

ปริมาณเถ้าในเชือเพลิง (as received, wet basis) ปริมาณคาร์บอนที่เหลือในเถ้า (as received, wet basis)

% mass % mass

เชื้อเพลิงก๊าซและเชื้อเพลิงเหลวจะไม่มีการสูญเสียจากเชื้อเพลิงเผาไหม้ไม่หมด

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 21

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

4. การสูญเสียผ่านผนังหม้อน้​้า (Lrad)

𝐿𝑟𝑎𝑑 =

𝑄3𝐸 × 𝐴 𝑚̇𝑓

เชื้อเพลิงก๊าซ 𝐿𝑟𝑎𝑑 Q 3𝐸

= =

𝐴 𝑚̇𝑓

= =

การสูญเสียผ่านผนังหม้อน้า ความร้อนสูญเสียต่อพืนที่ (ค้านวณจากโปรแกรม 3E-Plus) พืนที่ผิวที่มีการสูญเสียความร้อน อัตราการใช้เชือเพลิง

kJ/m3fuel

เชื้อเพลิงเหลวและ เชื้อเพลิงแข็ง kJ/kgfuel 2 W/m m2 kg/s

รูปที่ 2.11 โปรแกรม 3E-Plus ทังนีโปรแกรม 3E-Plus เป็นโปรแกรมที่สามารถดาวน์โหลดมาใช้งานได้ โดยไม่เสียค่าใช้จ่าย ซึ่ง สามารถดาวน์โหลดได้จาก https://insulationinstitute.org/tools-resources/free-3e-plus/ [9]

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 22

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

การสูญเสียความร้อนผ่านผนังหม้อน้าเป็นการถ่ายเทความร้อนจากผนังหม้อน้าสู่บรรยากาศที่อยู่ โดยรอบหม้อน้าโดยการแผ่รังสีความร้อน (Radiation Heat Transfer) ซึ่งสามารถหาได้จากสมการ 𝑄̇21 = 𝜎𝜀𝐴1 (𝑇14 − 𝑇24 )

โดย 𝑄̇21 = 𝐴1 = 𝑇1 = 𝑇2 = 𝜀 =  =

การถ่ายเทความร้อนโดยการแผ่รังสีความร้อนจากวัตถุหมายเลข 1 สู่วัตถุหมายเลข 2 (W) พืนที่ผิวของวัตถุหมายเลข 1 (ผนังหม้อน้า) (m2) อุณหภูมิพืนที่ผิวของวัตถุหมายเลข 1 (ผนังหม้อน้า) (K) อุณหภูมิบรรยากาศ (K) ค่า Emissivity เป็นคุณสมบัติในการแผ่รังสีความร้อนของวัสดุ (-) ค่าคงที่ของ Stefan-Boltzmann มีค่า 5.67 x 10-8 (W/m2 K4) 5. การสูญเสียจากโบลว์ดาวน์ (Lbd)

𝐿𝑏𝑑 =

𝑚̇𝑏𝑑 × (ℎ𝑏𝑑 − ℎ𝑓𝑤 ) 𝑚̇𝑓

เชื้อเพลิงก๊าซ 𝐿𝑏𝑑 𝑚̇𝑏𝑑

= =

การสูญเสียจากโบลว์ดาวน์ อัตราการโบลว์ดาวน์ 𝑚̇𝑏𝑑 =

ℎ𝑏𝑑

=

ℎ𝑓𝑤

=

𝑚̇𝑓 𝐹

= =

𝐵

=

𝑚̇𝑠

=

kJ/m3fuel

เชื้อเพลิงเหลว และเชื้อเพลิงแข็ง kJ/kgfuel kg/h

𝐹 𝑚̇ (𝐵 − 𝐹) 𝑠

เอนทาลปีของนา้ โบลว์ดาวน์ (หาจาก ℎf ที่ความดันไอน้า) เอนทาลปีของนา้ ป้อน (หาจาก ℎf ที่อุณหภูมนิ ้าป้อน) อัตราการใช้เชือเพลิง ค่าการน้าไฟฟ้าของน้าป้อนหม้อน้า หรือ ค่าความเข้มข้นของสารละลายของแข็ง (TDS) ค่าการน้าไฟฟ้าของน้าในหม้อน้า หรือ ค่าความเข้มข้นของสารละลายของแข็ง (TDS) อัตราการผลิตไอน้า

kJ/kg kJ/kg kg/h µs/cm ppm µs/cm ppm kg/h

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 23

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

มาตรฐานการปล่อยก๊าซไอเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมที่มีการเผาไหม้เชื้อเพลิงใน หม้อน้​้า ก๊ า ซไอเสี ย ที่ ป ล่ อ ยระบายจากปล่ อ งของหม้ อ น้ า ต้ อ งควบคุ ม ให้ เ ป็ น ไปตามประกาศกระทรวง อุตสาหกรรม เรื่องก้าหนดค่า ปริมาณของสารเจือปนในอากาศที่ระบายออกจากโรงงาน พ.ศ. 2549 [10] ซึ่งได้ก้าหนดปริมาณสารเจือปนในอากาศที่ระบายออกจากโรงงาน โดยค่าที่ก้าหนดไว้ดังกล่าวสอดคล้องกับ ที่กรมควบคุมมลพิษ ได้ก้าหนดมาตรฐานการระบายอากาศเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมที่มี การเผาไหม้ เชือเพลิงประเภทต่างๆ ในหม้อน้า [11] ดังแสดงในตารางที่ 2.4 โดยค่ามาตรฐานต่างๆ จะขึนอยู่กับชนิดของ เชือเพลิงที่ใช้ในหม้อน้า ตารางที่ 2.4 คาปริมาณของสารเจือปนในอากาศที่ระบายออกจากโรงงาน ประเภทมลพิษ น้​้ามันเตา ฝุ่นละออง (mg/m3) ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (ppm) ออกไซด์ของไนโตรเจน (ppm) คาร์บอนมอนอกไซด์ (ppm) ไฮโดรเจนซัลไซด์ (ppm) ไฮโดรเจนคลอไรด์ (ppm)

< 240 < 950 < 200 < 690

ประเภทเชื้อเพลิงที่ใช้ น้​้ามัน ถ่านหิน ชีวมวล ใช้แล้ว < 240 < 320 < 320 < 800 < 700 < 60 < 200 < 400 < 200 < 110 < 690 < 690 < 80 < 160

เชื้อเพลิง อื่นๆ < 320 < 60 < 200 < 690

หมายเหตุ - ที่ความดันบรรยากาศ (1 atm หรือ 760 mmHg) อุณหภูมิ 25 ้C ที่สภาวะแห้ง (Dry Basis) โดยมีปริมาตร อากาศเสียที่ออกซิเจน 7% - ใช้ตามกฎกระทรวง พ.ศ. 2549

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 24

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

เทคนิคการประหยัดพลังงานในหม้อน้​้า จากความรู้เบืองต้นในส่วนผลิตไอน้าที่ได้กล่าวถึงไปแล้ว ท้าให้ทราบถึงปัจจัยที่มีผลต่อการสูญเสีย พลังงานและประสิทธิภาพการท้างานของส่วนผลิตไอน้า ดังนันหากโรงงานต้องการประหยัดพลังงานที่ใช้ใน ส่วนผลิตไอน้า จึงจ้าเป็นอย่างยิ่งที่ต้องมีแนวทางในการลดการสูญเสียพลังงาน ในหัวข้อนีจะกล่าวถึงเทคนิค การประหยัดพลังงานในส่วนผลิตไอน้า ดังแสดงด้านล่าง การประหยัดพลังงานในส่วนผลิตไอน้​้า • • • •

การลดอุณหภูมิของก๊าซไอเสียลงทุกๆ 22ªC จะท้าให้ประสิทธิภาพของหม้อน้าเพิ่มขึน 1 % การเพิ่มอุณหภูมิของน้าป้อนขึนทุกๆ 6ªC จะช่วยประหยัดเชือเพลิงลงได้ 1 % การเพิ่มอุณหภูมิของอากาศที่ใช้ในการเผาไหม้ขึนทุกๆ 20ªC จะช่วยประหยัดเชือเพลิงลงได้ 1 % การลดปริมาณอากาศส่วนเกินทุกๆ 5 % หรือทุกๆ 1 % ของก๊าซออกซิเจนในก๊าซไอเสียที่ลดลง จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของหม้อน้า 1 % • การโบลว์ดาวน์ 10 % ในหม้อไอน้าที่ผลิตความดันไอน้า 15 barg จะท้าให้ประสิทธิภาพของหม้อน้า ลดลง 3% • ความหนาของเขม่ าที่ผิวแลกเปลี่ยนความร้อนของท่อไฟที่เ พิ่มขึนทุกๆ 3 มิ ลลิเ มตร จะท้าให้ สินเปลืองเชือเพลิงมากขึน 2.5 % • ความหนาของตะกรันที่ผิวแลกเปลี่ยนความร้อนของท่อน้าที่เพิ่มขึนทุกๆ 1 มิลลิเมตร จะท้าให้ สินเปลืองเชือเพลิงมากขึน 5-8 %

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 25

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

2.3 ความรู้เกี่ยวกับส่วนส่งจ่ายไอน้​้า การสูญเสียพลังงานในส่วนส่งจ่ายไอน้​้า การสูญเสียพลังงานในส่วนส่งจ่ายไอน้าสามารถเกิดขึนได้ 2 ประเภท ได้แก่ การสูญเสียจากการรั่ว ของไอน้า (Steam Leak) และการสูญเสียความร้อนผ่านพืนผิว (Surface Loss)

การสูญเสียจากการรั่วของไอน้​้า (Steam Leak) • เป็นการสูญเสียเนื่องจากท่อส่งไอน้ามีรอยแตกหรือรอยรั่ว • ท้าให้เกิดการสูญเสียไอน้า และความดันไอน้าลดลง • สามารถประเมินการสูญ เสียไอน้าอย่างง่ายๆ โดยพิจารณาจากความดันไอน้าและ ขนาดของรูรั่ว (รูปที่ 2.12 ก) การสูญเสียความร้อนผ่านพื้นผิว • เป็ น การสูญ เสีย ความร้ อนจากการถ่ ายเทความร้ อ นจากผนั ง ท่อ สู่ อากาศภายนอก เนื่องจากไม่มีการหุ้มฉนวน หรือฉนวนมีความหนาไม่เพียงพอ หรือฉนวนเสียหาย • ท้าให้สูญเสียพลังงานของไอน้า • สามารถประเมิ น การสู ญ เสีย ความร้อ นจากท่อ เปลื อ ยส้ า หรั บ ท่อ ขนาดต่า งๆ โดย พิจารณาจากขนาดของท่อและอุณหภูมิผิว (รูปที่ 2.12 ข)

(ก)

(ข)

รูปที่ 2.12 (ก) การประเมินการสูญเสียไอน้า (ข) การสูญเสียความร้อนจากท่อเปลือยส้าหรับท่อขนาดต่างๆ ที่มา: ต้าราอบรม “ผู้รับผิดชอบด้านพลังงานอาวุโส ภาคปฏิบัต”ิ ด้านความร้อน [12]

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 26

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

วิธีการค้านวณหาการสูญเสียพลังงานในส่วนส่งจ่ายไอน้​้า 1. การประเมินการสูญเสียจากการรั่วของไอน้า้ (Steam Leak) การประเมินการสูญเสียจากการรั่วของไอน้าจะเป็นการประเมินปริมาณไอน้าที่สูญเสียจากการรั่ว ต่อหนึ่งชั่วโมง โดยสามารถประเมินได้ 2 วิธี คือ (1) ใช้สมการ Napier’s Choked Flow (2) ใช้โปรแกรม TLV Toolbox วิธีที่ 1 สมการ Napier’s Choked Flow [13] 𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 = 0.695 × 𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑒 × 𝑃𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 สัญลักษณ์ ค้าอธิบาย 𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 = อัตราการรั่วของไอน้า 𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑒 = พืนที่หน้าตัดของรูรวั่ = 𝜋 𝐷ℎ2 𝐷ℎ คือ เส้นผ่านศูนย์กลางรอยรั่ว (mm) 4 𝑃𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 = ความดันสัมบูรณ์ของไอนา้ = 𝑃𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,𝑔 + 𝑃𝑎𝑡𝑚 𝑃𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,𝑔 คือ ความดันเกจของไอน้า 𝑃𝑎𝑡𝑚 คือ ความดันบรรยกาศ

หน่วย kg/h mm2 Bara

รูปที่ 2.13 เส้นผ่านศูนย์กลางของรูรั่วลักษณะต่างๆ คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 27

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

วิธีที่ 2 ใช้โปรแกรม TLV Toolbox [14] ในการใช้โปรแกรม TLV Toolbox จะต้องมีการใส่ข้อมูลต่างๆ ดังนี (1) (2) (3) (4)

ความดันไอน้า ความดันบรรยากาศ เส้นผ่านศูนย์กลางของรูรั่ว ค่าสัมประสิทธิ์ของการรั่ว ให้มีค่าเป็น 1 ส้าหรับรูรั่วจากท่อพืนที่หน้าตัดกลม

รูปที่ 2.14 การใช้โปรแกรม TLV Toolbox หาอัตราการรั่วของไอน้า ทังนีโปรแกรม TLV Toolbox สามารถดาวน์โหลดมาใช้งานได้ โดยไม่เสียค่าใช้จ่าย ซึ่งสามารถ ดาวน์โหลดได้ที่ https://www.tlv.com/global/TI/mobile/ [14] คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 28

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

2. การประเมินการสูญเสียความร้อนผ่านพื้นผิว (Surface Loss) การประเมินการสูญเสียความร้อนผ่านพืนผิวจะใช้วิธีการวัดค่าอุณหภูมิของพืนผิวของท่อส่งจ่าย ไอน้า แล้วน้ามาค้านวณค่าการสูญเสียความร้อนโดยใช้โปรแกรม 3E-Plus โดยต้องมีการใส่ข้อมูลต่างๆ ดังนี (1) ลักษณะการวางท่อไอน้า (2) รูปแบบการค้านวณ (3) อุณหภูมิพืนผิวท่อที่วัดได้ (4) อุณหภูมิบรรยากาศ (5) ขนาดท่อ Nominal Pipe Size (NPS) (6) ความเร็วลม (7) อุณหภูมิพืนทีท่ ี่มากที่สุดที่ก้าหนดไว้ (8) วัสดุที่ใช้ท้าท่อ (9) วัสดุที่ใช้ท้าฉนวน (10) เสือหุ้มฉนวน

รูปที่ 2.15 การใช้โปรแกรม 3E-Plus หาการสูญเสียความร้อนผ่านพืนผิว [9]

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 29

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

เทคนิคการประหยัดพลังงานในส่วนส่งจ่ายไอน้​้า การประหยัดพลังงานในส่วนส่งจ่ายไอน้าสามารถท้าได้โดยการลดการรั่วของไอน้า และการลดการ สูญเสียความร้อนผ่านพืนผิว การลดการรั่วของไอน้​้า • ตรวจสอบรูรั่วของท่อ ข้อต่อ และวาล์วต่างๆ และซ่อมแซมรูรั่ว • หมั่นระบายคอนเดนเสทออกจากเฮดเดอร์จ่ายไอน้า การลดการสูญเสียความร้อนผ่านพื้นผิว • ตรวจสอบความเสียหายของฉนวนอย่างสม่้าเสมอ และซ่อมแซมฉนวนที่เสียหาย • หากยังไม่มีการติดตังฉนวน ท้าการติดตังฉนวนกันความร้อนที่ท่อส่งจ่ายไอน้า และ อุปกรณ์ต่างๆ ของส่วนส่งจ่ายไอน้า เช่น หน้าแปลน วาล์ว นอกจากการลดการสูญเสียพลังงานในส่วนส่งจ่ายไอน้าแล้ว การติดตังกับดักไอน้ายังเป็นอีกหนึ่งวิธี ในการปรับปรุงประสิทธิภาพส่วนส่งจ่ายไอน้าด้วย เนื่องจากในระหว่างส่งจ่ายไอน้าไปยังอุปกรณ์ใช้ไอน้า ภายในระบบท่อของส่วนส่งจ่ายจะมีการควบแน่นของไอน้าจากการเย็นตัวลงของไอน้า ในท่อ กับดักไอน้าจะ ท้าหน้าที่ดึงคอนเดนเสทที่ควบแน่นเหล่านีออกจากระบบท่อ และป้องกันคอนเดนเสทท่วมพืนผิวการถ่ายเท ความร้อน นอกจากนี กับดักไอน้าอาจท้าหน้าที่ปล่อยอากาศและก๊าซที่ไม่ควบแน่นทิงไป การรั่วของกับดักไอน้า หรือการเปิดค้างให้ไอน้าไหลผ่านได้ เป็นสาเหตุของการสูญเสียพลังงานอย่างมากมาย ดังนันจึงควรมีการ ตรวจสอบการท้างานของกับดักไอน้าอย่างสม่้าเสมอ วิธีการตรวจสอบกับดักไอน้ามีหลายวิธี รายการตรวจสอบกับดักไอน้ามีดังนี -

มีช่วงที่กับดักไอน้าเย็นตัวหรือไม่ กับดักไอน้าพ่นไอน้าทิงอยู่ตลอดเวลาหรือไม่ กับดักไอน้าอุดตันหรือไม่ วาล์ว By-pass ของกับดักไอน้าเปิดทิงอยู่หรือไม่ การติดตังกับดักไอน้าถูกต้องหรือไม่ (ต้าแหน่ง ทิศทาง มุม) เลือกใช้ชนิดของกับดักไอน้าเหมาะสมกับอุปกรณ์หรือไม่ อุปกรณ์ให้ความร้อนด้วยไอน้ามีปัญหาอุณหภูมิผิดปกติหรืออุณหภูมิไม่สม่้าเสมอหรือไม่ กับดักไอน้ามีคอนเดนเสทท่วมอยู่หรือไม่ กับดักไอน้าที่ติดตังอยู่เหมาะสมกับความดันที่ใช้งานอยู่หรือไม่

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 30

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

2.4 ความรู้เกี่ยวกับส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้​้า รูปแบบของอุปกรณ์ใช้ไอน้​้า อุปกรณ์ใช้ไอน้า คือ อุปกรณ์ในกระบวนการผลิตที่มีความต้องการใช้ไอน้า สามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือ อุปกรณ์ใช้ไอน้าที่ใช้ไอน้าสัมผัสโดยตรง (Direct Steam) อุปกรณ์ใช้ไอน้าที่ใช้ไอน้าสัมผัส โดยอ้อม (Indirect Steam) และอุปกรณ์ใช้ไอน้าที่ใช้ไอน้าขับเครื่องจักรกล

การสูญเสียพลังงานในส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้​้า การสูญเสียพลังงานในส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้าจะเกิดจาก 2 สาเหตุหลัก คือ การสูญเสียพลังงานจาก การรั่วของไอน้า และการสูญเสียความร้อนผ่านพืนผิวของอุปกรณ์ใช้ ไอน้า ซึ่งสามารถประเมินได้โ ดยใช้ หลักการเดียวกันกับการประเมินการสูญเสียพลังงานของส่วนส่งจ่ายไอน้า

วิธีการค้านวณหาการสูญเสียพลังงานในส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้​้า 1. การประเมินการสูญเสียจากการรั่วของไอน้า้ (Steam Leak) การประเมินการสูญเสียจากการรั่วของไอน้าจะเป็นการประเมินปริมาณไอน้าที่สูญเสียจากการรั่วต่อเวลา โดยสามารถประเมินได้ 2 วิธี คือ (1) ใช้สมการ Napier’s Choked Flow 𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 = 0.695 × 𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑒 × 𝑃𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 = อัตราการรั่วของไอน้า 𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑒 = พืนที่หน้าตัดของรูรวั่ = 𝜋 𝐷ℎ2 𝐷ℎ คือ เส้นผ่านศูนย์กลางรอยรั่ว (mm) 4 𝑃𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 = ความดันสัมบูรณ์ของไอนา้ = 𝑃𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,𝑔 + 𝑃𝑎𝑡𝑚 𝑃𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,𝑔 คือ ความดันเกจของไอน้า 𝑃𝑎𝑡𝑚 คือ ความดันบรรยกาศ

kg/h mm2 Bara

(2) ใช้ โ ปรแกรม TLV Toolbox ซึ่ ง ต้ อ งมี ก ารใส่ ข้ อ มู ล ต่ า งๆ ดั ง นี ความดั น ไอน้ า ความดั น บรรยากาศ เส้นผ่านศูนย์กลางของรูรั่ว และก้าหนดค่าสัมประสิทธิ์ของการรั่ว ให้มีค่าเป็น 1 ส้าหรับรูรั่ว จากท่อพืนที่หน้าตัดกลม

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 31

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

2. การประเมินการสูญเสียความร้อนผ่านพื้นผิวอุปกรณ์ใช้ไอน้า้ (Surface Loss) การประเมินการสูญเสียความร้อนผ่านพืนผิวจะใช้วิธีการวัดค่าอุณหภูมิของพืนผิวของอุปกรณ์ใช้ ไอน้า แล้วน้ามาค้านวณค่าการสูญเสียความร้อนโดยใช้โปรแกรม 3E-Plus โดยต้องมีการใส่ข้อมูลต่างๆ ดังนี (1) ลักษณะการวางอุปกรณ์ใช้ไอน้า (2) รูปแบบการค้านวณ (3) อุณหภูมิพืนผิวอุปกรณ์ที่วัดได้ (4) อุณหภูมิบรรยากาศ (5) ขนาดท่อ Nominal Pipe Size (NPS) (6) ความเร็วลม (7) อุณหภูมิพืนที่มากที่สุดที่ก้าหนดไว้ (8) วัสดุที่ใช้ท้าอุปกรณ์ (9) วัสดุที่ใช้ท้าฉนวน (10) เสือหุ้มฉนวน

ส้าหรับรายละเอียดการค้านวณและการใช้โปรแกรมสามารถดูได้จากหัวข้อที่ 2.3

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 32

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

2.5 ความรู้เกี่ยวกับส่วนการน้าความร้อนกลับมาใช้ เนื่องจากโรงงานขนาดกลางและขนาดย่อมส่วนใหญ่ยังไม่มีอุปกรณ์น้าความร้อนกลับมาใช้ ท้าให้ ไม่สามารถน้าพลังงานความร้อนที่ปล่อยทิงไปกับก๊าซไอเสีย หรือคอนเดนเสทกลับมาใช้ประโยชน์ได้อย่าง เต็ม ที่ ในขณะที่ก ารน้ าความร้ อนกลับ มาใช้ ในรู ป ของการเพิ่ มอุณ หภูมิ อากาศที่ ใช้ เ ผาไหม้ หรือ การเพิ่ ม อุณหภูมิน้าป้อน ก็จัดว่าเป็นเทคนิคส้าคัญในการประหยัดพลังงานในระบบไอน้า

การสูญเสียพลังงานในส่วนการน้าความร้อนกลับมาใช้ การสูญเสียพลังงานในส่วนการน้าความร้อนกลับมาใช้ใหม่จะเกิดจาก 2 สาเหตุหลักเช่นเดียวกับส่วน ส่งจ่ายไอน้าและส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้า คือ การสูญเสียพลังงานจากการรั่วของไอน้า และการสูญเสียความ ร้อนผ่านพืนผิวของอุปกรณ์น้าความร้อนกลับมาใช้ ซึ่งสามารถประเมินได้โ ดยใช้ หลักการเดียวกันกับการ ประเมินการสูญเสียพลังงานของส่วนส่งจ่ายไอน้า

วิธีการค้านวณหาการสูญเสียพลังงานในส่วนการน้าความร้อนกลับมาใช้ 1. การประเมินการสูญเสียจากการรั่วของไอน้า้ (Steam Leak) การประเมินการสูญเสียจากการรั่วของไอน้าจะเป็นการประเมินปริมาณไอน้าที่สูญเสียจากการรั่ว ต่อเวลา โดยสามารถประเมินได้ 2 วิธี คือ (1) ใช้สมการ Napier’s Choked Flow 𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 = 0.695 × 𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑒 × 𝑃𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 = อัตราการรั่วของไอน้า 𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑒 = พืนที่หน้าตัดของรูรวั่ = 𝜋 𝐷ℎ2 𝐷ℎ คือ เส้นผ่านศูนย์กลางรอยรั่ว (mm) 4 𝑃𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 = ความดันสัมบูรณ์ของไอนา้ = 𝑃𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,𝑔 + 𝑃𝑎𝑡𝑚 𝑃𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,𝑔 คือ ความดันเกจของไอน้า 𝑃𝑎𝑡𝑚 คือ ความดันบรรยกาศ

kg/h mm2 Bara

(2) ใช้ โ ปรแกรม TLV Toolbox ซึ่ ง ต้อ งมี การใส่ข้ อมู ลต่า งๆ ดัง นี ความดัน ไอน้ า ความดั น บรรยากาศ เส้นผ่านศูนย์กลางของรูรั่ว และก้าหนดค่าสัมประสิทธิ์ของการรั่ว ให้มีค่าเป็น 1 ส้าหรับรูรั่วจากท่อพืนที่หน้าตัดกลม

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 33

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

2. การประเมินการสูญเสียความร้อนผ่านพื้นผิวอุปกรณ์ใช้ไอน้า้ (Surface Loss) การประเมินการสูญเสียความร้อนผ่านพืนผิวจะใช้วิธีการวัดค่าอุณหภูมิของพืนผิวของอุปกรณ์น้า ความร้อนกลับมาใช้ แล้วน้ามาค้านวณค่าการสูญเสียความร้อนโดยใช้โปรแกรม 3E-Plus โดยต้องมีการ ใส่ข้อมูลต่างๆ ดังนี (1) ลักษณะการวางอุปกรณ์น้าความร้อนกลับมาใช้ (2) รูปแบบการค้านวณ (3) อุณหภูมิพืนผิวอุปกรณ์ที่วัดได้ (4) อุณหภูมิบรรยากาศ (5) ขนาดท่อ Nominal Pipe Size (NPS) (6) ความเร็วลม (7) อุณหภูมิพืนที่มากที่สุดที่ก้าหนดไว้ (8) วัสดุที่ใช้ท้าอุปกรณ์ (9) วัสดุที่ใช้ท้าฉนวน (10) เสือหุ้มฉนวน

ส้าหรับรายละเอียดการค้านวณและการใช้โปรแกรมสามารถดูได้จากหัวข้อที่ 2.3

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 34

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

เทคโนโลยีการน้าความร้อนกลับมาใช้ เทคโนโลยีการน้าความร้อนกลับมาใช้ใหม่จะมีอยู่ 2 เทคโนโลยีหลักๆ คือ (1) เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง กับก๊าซไอเสีย และ (2) เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับคอนเดนเสท [15] เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับก๊าซไอเสีย • เป็นการน้าพลังงานความร้อนที่แฝงอยู่ในก๊าซไอเสียกลับมาใช้ประโยชน์ใหม่อีกครัง • โดยการติดตังอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน • น้าความร้อนมาใช้อุ่นน้าป้อนหรืออุ่นอากาศที่ใช้ในการเผาไหม้

รูปที่ 2.16 การน้าความร้อนทิงจากไอเสียกลับมาใช้ในการอุ่นน้าป้อนเข้าหม้อน้า รูปที่ 2.16 เป็นตัวอย่างการน้าความร้อนทิงจากไอเสียกลับมาใช้ในการอุ่นน้า ป้อนเข้าหม้อน้าโดย การติดตัง Economizer เพื่อแลกเปลี่ยนความร้อนจากก๊าซไอเสียที่ปล่อยทิงน้ามาอุ่นน้าป้อนให้มีอุณหภูมิเพิ่ม สูง ขึน ซึ่งจะช่ วยท้าให้ประหยัดเชื อเพลิงที่ต้องใช้ในการเผาไหม้ โดยปกติไอเสียที่ระบายทางปล่องจะมี อุณหภูมิสูง กว่าอุณหภูมิไอน้าที่ผลิตประมาณ 37-65 °C และการน้าไอเสียมาอุ่นน้า ป้อนหม้อน้าจะท้าให้ ประหยัดพลังงานได้ 5-10 % โดยต้องมีการลงทุนตัง Economizer แต่สามารถคืนทุนได้ภายใน 2 ปี อย่างไรก็ตาม มีข้อพึงพิจารณาในการน้าความร้อนทิงจากไอเสียกลับมาใช้ประโยชน์ คือ อุณหภูมิ ก๊าซไอเสียที่ลดลงไปนันต้องไม่ต่้ากว่าอุณหภูมิจุดน้าค้าง (Dew Point Temperature) ของเชือเพลิงที่ใช้ใน การเผาไหม้ เนื่องจากไอน้าในไอเสียจะควบแน่นกลับมาเป็นน้า และท้าให้เกิดการกัดกร่อนต่อผิวโลหะหรือ ผิวของอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนได้ ขีดจ้ากัดอุณหภูมิไอเสียเพื่อป้องกันการควบแน่นและกัดกร่อนปล่องระบาย ของการเผาไหม้เชือเพลิงแต่ละประเภทเป็นดังนี คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 35

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

- ก๊าซธรรมชาติ - ถ่านหินและน้ามันก้ามะถันต่้า - น้ามันก้ามะถันสูง

ต้องไม่ต่้ากว่า 121 °C ต้องไม่ต่้ากว่า 148.8 °C ต้องไม่ต่้ากว่า 177 °C

เทคโนโลยีเกี่ยวกับคอนเดนเสท • คอนเดนเสท คือ ไอน้าที่ควบแน่นหลังจากผ่านกระบวนการใช้ไอน้า • ปริมาณความร้อนที่แฝงอยู่ในคอนเดนเสทมีค่าประมาณ 20 % ของปริมาณพลังงาน จากเชือเพลิง • การน้าพลังงานความร้อนที่แฝงอยู่ในคอนเดนเสทกลับมาใช้งานช่วยประหยัดพลังงาน • ท้าได้โดยการติดตัง Deaerator หรือ Steam trap

รูปที่ 2.17 การน้าคอนเดนเสทกลับมาใช้ประโยชน์ใหม่ จากรูปที่ 2.17 เป็นการน้าคอนเดนเสทที่เหลือจากการใช้งานแล้วสูบกลับ มาเพื่อน้าไปใช้งานเป็น น้าป้อนของหม้อน้าอีกครังหนึ่ง ซึ่ง ช่ วยให้ ป ระหยัดน้า ป้อนหม้อน้า ประหยัดเชื อเพลิง ที่ต้องใช้ในการให้ ความร้อนกับน้าป้อนที่ต้องป้อนเข้าไปใหม่ และประหยัดค่าใช้จ่ายในการบ้าบัดน้า ป้อน ทังนีพบว่าการน้า คอนเดนเสทกลับไปใช้ใหม่จะคุ้มค่าถ้าคอนเดนเสทมีอุณหภูมิระหว่าง 54-107 °C และเพิ่มอุณหภูมิน้าป้อน หม้อน้าระหว่าง 10-15 °C

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 36

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

อย่างไรก็ตาม มีข้อพิจารณาในการน้าคอนเดนเสทกลับมาใช้งาน ดังนี (1) ควรมีก ารพิจ ารณาระยะทางที่จ ะต้อ งน้า คอนเดนเสทกลับ มายัง หม้อ น้า เนื่อ งจากต้อ งมี การลงทุนระบบท่อคอนเดนเสทและอุปกรณ์ประกอบ รวมทังระยะทางที่ไกลจะท้าให้อุณหภูมิ ของคอนเดนเสทลดลงจนอาจไม่คุ้มค่าการลงทุน กรณีนีอาจพิจารณาใช้ความร้อนที่เหลือจาก คอนเดนเสทในการให้ความร้อนกับระบบความร้อนอื่นๆ เช่น ใช้ในรูปของน้าร้อนหรืออากาศร้อน (2) กรณีที่อุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ามีการน้าไอน้าไปใช้งานโดยตรง จะท้าให้คอนเดนเสทปนเปื้อนสิ่ง สกปรก และไม่สามารถเก็บมาใช้เป็นน้าป้อนหม้อน้าได้โดยตรง กรณี นี ก็อาจต้องลงทุนติดตังอุปกรณ์ แลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อน้าความร้อนเหลือทิงกลับมาใช้ให้เกิดประโยชน์อย่างสูงสุด

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 37

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

2.6 วิธีการค้านวณหาพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ในกรณีที่มีการพัฒนา ประสิทธิภาพระบบไอน้​้า ในการพัฒนาประสิทธิภาพระบบไอน้าสามารถด้าเนินการได้ทังในส่วนผลิตไอน้า ส่วนส่งจ่ายไอน้า ส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้า และส่วนการน้าความร้อนกลับมาใช้ มาตรการการการพัฒนาประสิทธิภาพระบบไอน้า เพื่อการประหยัดพลังงานจะได้กล่าวถึงต่อไปในบทที่ 4 ของคู่มือเล่มนี ในหัวข้อนีจะกล่าวถึงวิธีการค้านวณหาค่าพลังงานและค่าใช้จ่ายเชือเพลิง ที่ประหยัดได้ ในกรณีที่มี การพัฒนาประสิทธิภาพระบบไอน้า

วิธีการค้านวณหาพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ของส่วนผลิตไอน้​้า เมื่อมีการด้าเนินมาตรการการประหยัดพลังงานของหม้อน้า จะส่งผลให้หม้อน้ามีประสิทธิภาพเชิง ความร้อนมีค่าเพิ่มขึน เป็นการลดปริมาณพลังงานและเชือเพลิงที่ใช้ โดยสามารถค้านวณหาพลังงานและ ค่าใช้จ่ายเชือเพลิงที่ประหยัดได้ ดังแสดงด้านล่าง การค้านวณพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ของส่วนผลิตไอน้​้า (1) ค่าใช้จ่ายเชือเพลิงที่ประหยัดได้ $$ = $$ 𝜂𝑡ℎ,1 𝜂𝑡ℎ,2 $𝑓,1

= = = =

𝜂𝑡ℎ,2 − 𝜂𝑡ℎ,1 × $𝑓,1 𝜂𝑡ℎ,2

ค่าใช้จ่ายเชือเพลิงที่ประหยัดได้ ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้าก่อนปรับปรุง ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหม้อน้าหลังปรับปรุง ค่าใช้จ่ายเชือเพลิงก่อนปรับปรุง

B/y % % B/y

(2) พลังงานจากเชือเพลิงที่ประหยัดได้ 𝐸= 𝐸 $$ 𝐿𝐻𝑉 $𝑓,𝐿𝐻𝑉

1 toe

= = = = =

$$ × 𝐿𝐻𝑉 × 2.388 × 10−8 $𝑓,𝐿𝐻𝑉

พลังงานจากเชือเพลิงทีป่ ระหยัดได้ ค่าใช้จ่ายเชือเพลิงที่ประหยัดได้ ค่าความร้อนต่้าของเชือเพลิง ราคาเชือเพลิงต่อหน่วยพลังงาน 2.388 x 10-8 kJ

toe/y B/y kJ/kg B/kJ

ส้าหรับตัวอย่างการค้านวณจะแสดงรายละเอียดในบทที่ 5 เรื่องกรณีศึกษา คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 38

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

วิธีการค้านวณหาพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ของส่วนส่งจ่ายไอน้​้า การสูญ เสียพลัง งานในส่วนส่งจ่ายไอน้าประกอบด้วยการสูญเสียจากการรั่วของไอน้า และการ สูญเสียความร้อนผ่านพืนผิว ดังนันในหัวข้อนีจะกล่าวถึงวิธีการค้านวณหาพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัด ได้เมื่อมีการลดการสูญเสียทังสองส่วนนี การค้านวณพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ของส่วนส่งจ่ายไอน้า้ (1) ค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้จากการลดการสูญเสียไอน้า $$ = (𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,2 − 𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,1 ) × $𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 $$ 𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,1 𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,2 $𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚

= = = =

ค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ อัตราการรั่วของไอน้าก่อนปรับปรุง อัตราการรั่วของไอน้าหลังปรับปรุง ต้นทุนการผลิตไอนา้

B/y t/y t/y B/t

(2) พลังงานที่ประหยัดได้จากการลดการสูญเสียความร้อนผ่านพืนผิว 𝐸= 𝐸 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠,1 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠,2

1 toe

= = = =

𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠,2 − 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠,1 × 2.388 × 10−8 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠,2

พลังงานจากเชือเพลิงทีป่ ระหยัดได้ การสูญเสียความร้อนก่อนปรับปรุง การสูญเสียความร้อนหลังปรับปรุง 2.388 x 10-8 kJ

toe/y kJ/y kJ/y

ส้าหรับตัวอย่างการค้านวณจะแสดงรายละเอียดในบทที่ 5 เรื่องกรณีศึกษา

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 39

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

วิธีการค้านวณหาพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ของส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้​้า เช่นเดียวกันกับการสูญเสียพลังงานในส่วนส่งจ่ายไอน้า การสูญเสียพลังงานในส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้า ประกอบด้วยการสูญเสียจากการรั่วของไอน้า และการสูญเสียความร้อนผ่านพืนผิว ดัง นันในหัวข้อนีจะ กล่าวถึงวิธีการค้านวณหาพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้เมื่อมีการลดการสูญเสียทังสองส่วนนี การค้านวณพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ของส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้า้ (1) ค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้จากการลดการสูญเสียไอน้า $$ = (𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,2 − 𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,1 ) × $𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 $$ 𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,1 𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,2 $𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚

= = = =

ค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ อัตราการรั่วของไอน้าก่อนปรับปรุง อัตราการรั่วของไอน้าหลังปรับปรุง ต้นทุนการผลิตไอนา้

B/y t/y t/y B/t

(2) พลังงานที่ประหยัดได้จากการลดการสูญเสียความร้อนผ่านพืนผิว 𝐸= 𝐸 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠,1 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠,2

1 toe

= = = =

𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠,2 − 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠,1 × 2.388 × 10−8 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠,2

พลังงานจากเชือเพลิงทีป่ ระหยัดได้ การสูญเสียความร้อนก่อนปรับปรุง การสูญเสียความร้อนหลังปรับปรุง 2.388 x 10-8 kJ

toe/y kJ/y kJ/y

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 40

บทที่ 2 ความรู้เบืองต้นก่อนการตรวจประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

วิธีการค้านวณหาพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ของส่วนการน้าความร้อนกลับมาใช้ เช่นเดียวกันกับการสูญเสียพลังงานในส่วนส่งจ่ายไอน้าและส่วนอุปกรณ์ใช้ไอน้า การสูญเสียพลังงาน ในส่วนการน้าความร้อนกลับมาใช้ ประกอบด้วยการสูญเสียจากการรั่วของไอน้า และการสูญเสียความร้อน ผ่านพืนผิว ดังนันในหัวข้อนีจะกล่าวถึงวิธีการค้านวณหาพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้เมื่อมีการลดการ สูญเสียทังสองส่วนนี การค้านวณพลังงานและค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ของส่วนการน้าความร้อนกลับมาใช้ (1) ค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้จากการลดการสูญเสียไอน้า $$ = (𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,2 − 𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,1 ) × $𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 $$ 𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,1 𝑚̇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚,2 $𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚

= = = =

ค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้ อัตราการรั่วของไอน้าก่อนปรับปรุง อัตราการรั่วของไอน้าหลังปรับปรุง ต้นทุนการผลิตไอนา้

B/y t/y t/y B/t

(2) พลังงานที่ประหยัดได้จากการลดการสูญเสียความร้อนผ่านพืนผิว 𝐸= 𝐸 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠,1 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠,2

1 toe

= = = =

𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠,2 − 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠,1 × 2.388 × 10−8 𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠,2

พลังงานจากเชือเพลิงทีป่ ระหยัดได้ การสูญเสียความร้อนก่อนปรับปรุง การสูญเสียความร้อนหลังปรับปรุง 2.388 x 10-8 kJ

toe/y kJ/y kJ/y

คู่มือการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการตรวจ ประเมินประสิทธิภาพระบบไอน้า

หน้า 41