59 ภาพที่ 5.37 ระบบหล่อเยน็ ท่ีใชง้ านในส่วนของเครือ่ งทานา้ เย็นและส่วนของ Evaporation (หลังปรบั ปรงุ ) สภาพหลงั ปรับปรงุ ภายหลังการปรับปรุงพบว่าอุณหภูมขิ องนา้ หลอ่ เย็นในส่วนทใี่ ช้กับเครื่องทาน้าเย็นนน้ั มคี ่าลดลงจาก 37°c เหลอื เพียง 32°c และช่วยให้เกดิ การประหยัดพลงั งานในสว่ นของเครื่องทานา้ เย็น โดยดูจากอุณหภูมิ /ความดนั ของ สารทาความเยน็ นอกจากนย้ี ังเปน็ การแก้ปญั หาในเรื่องของสาร Aroma ปะปนมาในนา้ อันเปน็ สาเหตหุ ลักของความ สกปรกและประสิทธภิ าพการระบายความร้อนทล่ี ดลงของระบบทานา้ เยน็ ได้อกี ดว้ ย วธิ กี ารคานวณผลการอนุรักษพ์ ลังงาน จากการตรวจวัดคา่ แรงดนั นา้ ยา R-22 ของเครื่องทาน้าเย็น No.1 และ No.2 ท้งั ก่อนและหลงั ปรับปรุง เพ่ือ คานวณค่า COP ของระบบทาความเยน็ บน P-h Diagram ด้วยโปรแกรม Refrigeration utilities Version 2.84 จะ ไดผ้ ลการวิเคราะห์ตามตารางที่ 5.6 ผลการคานวณผลการอนรุ กั ษ์พลงั งาน No. Refrigerant Pressure COP %Saving (Suct .Disc) (COP Increase) Before (psig) After (psig) Before After No.1 66/280 70/215 4.26 6.28 32.2% N0.2 65/225 65/205 5.57 6.28 11.3% ตารางที่ 5.6 ผลการอนุรักษพ์ ลงั งาน
60 หมายเหตุ 1. No.1 เป็น Base Unit และ No.2 เป็น Partial Unit 2. ขอ้ มูลก่อนปรบั ปรุง ณ วนั ที่ 2/11/2550 3. ข้อมูลหลงั ปรบั ปรุง ณ วนั ท่ี 15/11/2550 4. รายละเอยี ดการคานวณค่า COP ของโปรแกรมฯดตู ามเอกสารทา้ ยมาตรการ จากการตรวจวดั การใช้พลังงานไฟฟา้ ของเครอ่ื งทาน้าเย็น (กอ่ นปรบั ปรงุ ) เคร่ืองทานา้ เยน็ No.1 = 55.9 kW x 8,760 ชั่วโมง/ปี x 80% = 375,648 kWh/ปี เครื่องทานา้ เยน็ No.2 = 31.9 kW x 8,760 ชั่วโมง/ปี x 80% = 214,268 kWh/ปี % Safety Factor = 80% พลงั งานไฟฟา้ ที่สามารถประหยัดได้ = (375,648 x 32.2% + 214,268 x11.3%) x 80% = 116,052 kWh/ปี คดิ เทยี บเป็นนา้ มนั ดบิ ได้ = 116,052 kWh/ปี x 3.6 42,244,000 = 0.00989 ktoe/ปี คิดเป็นค่าใชจ้ ่ายท่ปี ระหยัดได้ = 116,052 kWh/ปี x 3.06 บาท/kWh = 355,120 บาท/ปี เงินลงทุน = 110,000 บาท ระยะเวลาคืนทนุ = 0.31 ปี
61 ตัวอย่างท่ี 2 มาตรการ เปล่ียนใบพัดลมของ Cooling tower เป็นชนิดประหยัดพลังงาน แนวคิดและข้ันตอน ดาเนินการCooling tower ทีใ่ ช้ในกระบวนการผลิตชองโรงงานเป็น cooling tower มีขนาดใหญ่ ใช้พลังงานไฟฟ้าสูง โดยใบพัดของ cooling tower ของโรงงานเดิมเป็นชนิด Fiberglass Reinforced Vinyl Easter ซึงเป็นชนิดทีมี น้าหนกั ค่อนข้างมากทาใหต้ อ้ งใช้กาลังในการขบั (Torque) สงู ทาให้สิ้นเปลืองพลังงาน ดังน้ันเพ่ือให้เกิดการ ประหยัด พลงั งานโรงงานจึงได้ดาเนินการเปล่ียนชนดิ ชองใบพัดใหม่เปน็ ชนดิ Fiberglass Reinforced Plastic (FRP) ซ่ึงมีน้าหนักเบา ร่วมกับ Epoxy เพื่อลดแรงเสียดทาน และยังมีการปรับระยะของใบพัดให้เหมาะสมเพ่ือให้ ได้ ปริมาณลมมากข้นึ ดว้ ย ซึ่งมขี นาดมอเตอร์ขบั ของใบพัดเท่ากับ 160 kw ภาพที่ 5.38 หอผ่ึงนา้ ที่ดาเนินการ ภาพท่ี 5.39 แสดงการเปลี่ยนใบพัดหอผึง่ น้า
62 ตอนที่ 5.5 เตาอุตสาหกรรม โปรดอ่านหัวเรือ่ ง วัตถุประสงค์ในตอนที่ 5.5 แลว้ จึงศึกษาเนอ้ื หาสาระโดยละเอยี ดตอ่ ไป หัวเรือ่ ง เรื่องท่ี 1.1 องคป์ ระกอบของระบบ เร่ืองที่ 1.2 นยิ ามประสทิ ธิภาพหรอื สมถรรนะ เร่อื งที่ 1.3 กฎหมายที่เกยี่ วข้อง เรอื่ งท่ี 1.4 แนวทางการสารวจและการเก็บข้อมูลวเิ คราะห์ประสิทธภิ าพ เรอื่ งท่ี 1.5 ตัวอยา่ งมาตรการทป่ี ระสบผลสาเรจ็ วัตถุประสงค์ 1. อธิบายองค์ประกอบของเตาอตุ สาหกรรม 2. อธบิ ายนยิ ามประสิทธภิ าพของเตาอุตสาหกรรม 3. อธบิ ายแนวทางการสารวจและการเก็บข้อมลู การวิเคราะห์ประสทิ ธภิ าพ 4. อธิบายตัวอย่างมาตรการท่ีประสบผลสาเร็จ
63 5.5.1องค์ประกอบของระบบ เตาอุตสาหกรรมที่ใช้งานอยู่ในโรงงานมีความหลากหลาย เตาแต่ละประเภทมีลักษณะและการทางานท่ี แตกต่างกันไป นอกจากน้ี เตายังมีอุณหภูมิทางานท่ีแตกต่างกัน ซ่ึงส่งผลให้การใช้พลังงานของเตาแตกต่างกันไปด้วย โดยทั่วไป เตาอุตสาหกรรมท่ีต้องการอุณหภูมิสูงจะใช้พลังงานสูงและเกิดการสูญเสียความร้อนสูง เม่ือเทียบกับเตาที่มี อุณหภูมิใชง้ านตา่ กวา่ ประเภทเตา (แยกตามลักษณะการใชง้ าน) อุณหภูมิภายในเตา ( oc) เตาอบเหลก็ 600 – 1,100 เตาหลอมแก้ว 1,000 – 1,300 เตาเผาเซรามคิ ส์ 700 – 1,100 เตาเผาซีเมนต์ เตาเผากาจดั ของเสีย 650 – 700 650 – 1,000 ตารางท่ี 5.7 ตารางแสดงอุณหภมู ิทางานเตาอตุ สาหกรรม ประเภทของเตาอตุ สาหกรรมประกอบไปดว้ ย ก. เตาหลอมใช้พลังงานไฟฟ้า เตาหลอมไฟฟา้ เปน็ อปุ กรณ์ท่ีเปลี่ยนพลังงานไฟฟา้ เป็นพลงั งานความรอ้ นเพ่ือใช้หลอมโลหะ เตาหลอมไฟฟา้ ท่ีใชอ้ ย่างแพรห่ ลายในโรงงานอตุ สาหกรรมประเภทหล่อหลอมโลหะ ได้แก่ ก.1 เตาเหนย่ี วนา (Induction Furnace) เตาเหนี่ยวนาใช้งานหลอมโลหะท้ังในกลุ่มเหล็กและนอกกลุ่มเหล็ก เตาเหนี่ยวนาจาแนกได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่ เตาเหนี่ยวนาแบบไม่มีแกน (Coreless Type) และ เตาเหน่ียวนาแบบซ่อง (Channel Type) ดังรูปที่ 5.40 แสดง รูปร่างของเตาเหนี่ยวนาท้ังสองแบบ เตาเหนี่ยวนาแบบไม่มีแกนมีขดลวดพันอยู่รอบเบ้า ในขณะที่เตาเหนี่ยวนา แบบ ซอ่ งมขี ดลวดพันอยรู่ อบแกนทตี่ ิดต้ังอย่สู ว่ นนอกของเบ้าหลอม เตาเหน่ียวนาให้ความร้อนแก่โลหะท่ีใช้หลอมโดยอาศัยการจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับแก่ขดลวดเพื่อกาเนิด สนามแม่เหล็ก เหน่ียวนาให้เกิดกระแสข้ึนท่ีโลหะ ความต้านทานของโลหะท่ีมีต่อกระแสเหนี่ยวนาเป็นแหล่งกาเนิด ความร้อนที่ใชใ้ นการหลอมโลหะ เตาเหน่ียวนาแบบไม่มีแกน
64 เตาเหนี่ยวนาแบบซ่อง (Induction Furnace) ภาพท่ี 5.40 แสดงเตาเหนี่ยวนาทง้ั 2 แบบ แรงทเี่ กดิ จากกระแสไฟฟา้ เหน่ยี วนาและสนามแมเ่ หล็กจะชว่ ยให้น้าโลหะกระเพื่อม การกระเพือ่ มช่วยกวน น้าโลหะใหเ้ ป็นเนือ้ เดียวกัน โลหะผสมท่ีเตมิ เขา้ ไปเพื่อปรับสว่ นประกอบจะกลมกลนื ไปกับนา้ โลหะได้อย่างรวดเร็ว และ ท่วั ถงึ อยา่ งไรก็ตามการกระเพ่อื มมผี ลเสียคือทาให้น้าโลหะทาปฏกิ ริ ยิ ากบั ออกซิเจนได้มากขึ้นและผนังเตาถูกกดั กร่อน ไดม้ ากขน้ึ การสญู เสียพลงั งานสาหรบั เตาหลอมไฟฟา้ ประกอบไปดว้ ย - การสูญเสียทางไฟฟา้ (ระบบจา่ ยไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟา้ คอยล์ ขั้วอเิ ลคโตรด) - การสญู เสียผ่านผนงั เตาโดยการนา่ ความร้อน - การสญู เสียเนือ่ งจาก Slag - การสญู เสียจากฝาเตาโดยการแผ่รังสี ก.2 เตาอารค์ ไฟฟ้า (Electric-Arc Furnace) เตาอารค์ ไฟฟ้ามักใช้ในงานหลอมเหลก็ กล้า เตาอาร์คไฟฟ้าท่ใี ช้ความรอ้ นท่เี กดิ จากการอาร์คทางไฟฟ้าเพอ่ื หลอมโลหะ เตาอาร์คไฟฟ้าแบ่งออกเปน็ 2 ประเภท ไดแ้ ก่ เตาอารค์ ไฟฟ้าทางอ้อม (Indirect-Arc Furnace) และ เตา อาร์คไฟฟ้าทางตรง (Direct-Arc Furnace) สาหรบั เตาอาร์คไฟฟ้าทางอ้อม การอารค์ จะเกดิ ข้นึ ระหวา่ งขว้ั อิเลคโตรด 2 ขวั้ ส่วนเตาอาร์คไฟฟ้าทางตรง การอาร์คจะเกิดข้ึนระหว่างขวั้ อิเลคโตรดและโลหะท่ีใช้หลอม รปู ท่ี 5.41 ภาพท่ี 5.41 แสดงเตาอาร์คไฟฟา้ ทางตรง
65 ข. เตาหลอมใช้พลังงานเช้ือเพลงิ เตาหลอมใช้เชือ้ เพลิงใชค้ วามร้อนจากการสันดาปหลอมโลหะ เตาหลอมเช้ือเพลงิ ท่ีใชอ้ ย่างแพร่หลายใน โรงงานอุตสาหกรรมประเภทหล่อหลอมโลหะ ได้แก่ เตาเบ้า เตาคิวโปลา และเตาสะท้อนความร้อน ข.1 เตาเบา้ (Crucible Furnace) เตาเบ้ามักใช้ในงานหลอมโลหะนอกกลุ่มเหล็กที่มีปริมาณน้อย เตาเบ้าถือว่าเป็นเตาหลอมโลหะที่เก่าแก่ ที่สุด และมโี ครงสรา้ งง่ายท่ีสุด รูปท่ี 5.42 แสดงรูปร่างของเตาเบ้า ซึ่งประกอบด้วยเบ้าบรรจุโลหะท่ีทาจาก กราไฟต์ (Clay- Graphite) หรือ ซิลิกอนคารไ์ บต์ (Silicon-Carbine) และเปลือกท่ีทาจากวัสดุทนความร้อนโดยมีเหล็กหุ้มอยู่ ด้านนอก เปลือกดังกล่าวทาหน้าที่กักความร้อนจากการสันดาปให้ถ่ายเทไปเบ้าให้มากที่สุด ความร้อนจากการสันดาปจะไม่ได้ สัมผัสกับโลหะที่ใช้หลอมโดยตรง แต่ถ่ายเทโดยเบ้าที่บรรจุโลหะ โดยทั่วไปแล้วเช้ือเพลิงท่ีใช้กับเตาเบ้า ได้แก่ น้ามัน และกา๊ ซ อย่างไรกต็ ามบางครั้งอาจใช้ถา่ นหินหรือถา่ นโคก้ ภาพที่ 5.42 เตาเบ้า ข.2 เตาควิ โปลา (Cupola Furnace) เตาควิ โปลาใช้ในงานหลอมเหล็กหล่อ และใช้ถ่านโค้กเปน็ เชอื้ เพลิง เตาคิวโปลามลี ักษณะเปน็ แท่งเหลก็ ทรงกระบอกแนวตั้ง ภายในบุดว้ ยวสั ดุทนความรอ้ น ทก่ี น้ ของเตาเป็นแอง่ (Well) พกั นา้ โลหะทห่ี ลอมเหลวก่อนที่น้า โลหะจะถูกจา่ ยออก
66 ภาพท่ี 5.43 แสดงรูปร่างของเตาคิวโปลาเตาควิ โปลา ภายในเตาคิวโปลาจะบรรจุด้วยชน้ื ของถา่ นโค้ก หินปนู (Limestone) และเหล็กทีใ่ ชห้ ลอ่ สลบั กนั ไปผา่ น ทาง ซอ่ งบรรจุวสั ดทุ ี่ด้านบนของเตา ชนื้ ของถ่านโค้กที่อยูใ่ กลก้ ับรปู จ่ายลม (Tuyere) จะเกิดการสันดาป (เราเรียกเขต นีว้ ่า เขตสันดาปหรอื เขตเพมิ่ ออกซิเจน ) ความร้อนจาการสนั ดาปจะหลอมชนื้ ของโลหะท่อี ยูใ่ กล้กบั เขตสันดาป โลหะท่ี หลอมเหลวจะไหลลงสู่แอง่ พักนา้ โลหะ เมอ่ื ถ่านโค้กชัน้ แรกถูกสนั ดาปจนหมด ถ่านโคก้ ชั้นถัดไปก็จะเล่ือนลงมาแทนที่ ด้วยวธิ นี กี้ ระบวนการสันดาปและการหลอมกส็ ามารถดาเนินไปได้อยา่ งต่อเน่ือง ข.3 เตาสะท้อนความร้อน (Reverberatory Furnace)เตาสะท้อนความร้อนใช้ในงานหลอมโลหะนอกกลุ่ม เหล็กครงั้ ละปริมาณมากๆ โครงสร้างของเตาสะท้อน ความรอ้ นจะเปน็ ห้องท่บี ุด้วยวัสดุทนไฟ ภายในห้องมีอา่ งสาหรับ บรรจโุ ลหะทีใ่ ชห้ ลอม หวั เผา(Burner) จะฉีดเช้ือเพลิงซ่ึงเป็ นน้ามนั หรือก๊าซใหม้ าสนั ดาปในหอ้ งดงั กล่าว ความร้อน จากการสนั ดาปถ่ายเทเชา้ สู่โลหะท่ีใชห้ ลอมโดย วธิ ีการแผร่ ังสีท้งั จากเปลวไฟโดยตรงและจากเพดานเตาท่ีดูดซบั ความร้อนจากเปลวไฟเตาสะทอ้ นความร้อนบางตวั อาจมีป๊ัมหมุนเวยี นน้าโลหะเพ่ือเพิ่มผลผลิต ลดการใชเ้ ช้ือเพลิง และใหน้ ้า โลหะผสมเป็นเน้ือเดียวกนั มากข้ึน ภาพที่ 5.44 แสดงลักษณะของเตาสะทอ้ นความร้อน
67 5.5.2 นิยามประสทิ ธภิ าพหรือสมรรถนะ 5.5.2.1 ความร้อนตา่ ของเชือ้ เพลิง (LHV) หมายถงึ ค่าพลงั งานความร้อนต่อมวลทไี่ ดจ้ ากเชอ้ื เพลิงเม่ือมี การ สนั ดาปแล้ว 5.5.2.2 SECfurnace (Specific Energy Consumption of Furnace) หมายถึง อตั ราส่วนระหวา่ ง พลังงานที ป้อนเข้าเตาอุตสาหกรรมต่อปริมาณผลผลิตท่ไี ด้ SEC furnance Qf p โดยท่ี Qf = พลังงานท่ีป้อนให้กบั เตา (MU/hr , MU/Batch) P = ปริมาณผลผลติ ที่ออกจากเตา (kg , ชิ้น , Batch) 5.5.3 กฎหมายทเ่ี กี่ยวข้อง ปจั จุบนั ไมม่ ีกฎหมายเกย่ี วกับการสารวจ ตรวจวัด หรอื วิเคราะหป์ ระสิทธภิ าพหรือสมรรถนะพลังงาน 5.5.4 แนวทางการสารวจและการเกบ็ ขอ้ มูลวเิ คราะหป์ ระสิทธภิ าพ เครื่องมือหรือมาตรวดั ท่ีต้องใชใ้ นการตรวจวดั และวเิ คราะห์ ประกอบด้วย 1. มาตรวัดอัตราการไหลเชื้อเพลงิ ในกรณีเตาเชอื้ เพลิงและมาตรวดั พลังงานไฟฟา้ กรณเี ตาไฟฟ้า 2. มาตรวดั ผลผลิต หรือวิธีการตรวจนับผลผลิต การตรวจวัดและวเิ คราะหป์ ระสทิ ธภิ าพหรอื สมรรถนะพลังงาน 1. ตรวจวดั การใชพ้ ลงั งานโดย 1.1 กรณีเตาเชือ้ เพลงิ ตรวจวัดค่าอตั ราการใช้เชื้อเพลิง ต่อเวลาหรือ ตอ่ Batch จากน้นั คานวณเปน็ MJโดยสมการ Qf m LHV โดยที่ m = อัตราการใช้เชอื้ เพลงิ ต่อเวลาต่อ Batch LHV = ค่าความร้อนต่าของเชือ้ เพลงิ ต่อมวลโดยใชค้ า่ จากผู้ผลิตหรือคา่ มาตรฐานของ พพ. 1.2 กรณีเตาไฟฟา้ ตรวจวัดการใชพ้ ลงั งานไฟฟ้าต่อเวลาหรอื ต่อ Batch จากนัน้ คานวณเป็น MJ โดย สมการ โดยท่ี Qf kWh3.6 kWh = ค่า 3.6 = พลังงานไฟฟ้าต่อเวลาหรอื ตอ่ Batch ค่าแปลงหน่วยจาก Kwh เป็น MU 2. ตรวจวดั หรือตรวจนับปริมาณผลผลติ ตอ่ เวลาหรอื ต่อ Batch 3. นา่ ค่าท่ีได้จากการตรวจวัดมาคานวณโดยสมกา
68 ตวั อยา่ งตารางตรวจวดั และวิเคราะห์ ตารางท่ี 5.8 ตารางการตรวจวดั เตาอุตสาหกรรม
69 5.5.5 ตัวอย่างการวเิ คราะห์ประสทิ ธิภาพการใชพ้ ลังงาน ตัวอย่างที่ 1 เตาหลอมอลูมิเนยี มมีอตั ราการหลอม 50 kg/hr ทอ่ี ตั ราการใช้เชื้อเพลิงชนิด LPG ที่ 4.0 m3/hr จากการเก็บข้อมูลการใช้งานพบว่ามีหลอมเฉล่ียท่ี 35.6 kg/hr ใช้เชื้อเพลิง 3.07 m3/hr จงคานวณหา สมรรถนะในการ ใชพ้ ลังงาน วิธกี ารคานวณ = 26.62 MJ/m3 ก.พิกดั สมรรถนะ = 4.0 m3/hr x 26.62 MJ/ m3 ค่า LHV ของ LPG = 106.48 MJ/hr พลงั งานพลังงานความร้อนของเช้อื เพลงิ = = (106.48 MJ/hr) / (50 kg/hr) = = 2.13 MJ/kg SECrate 26.62 MJ/m3 ข. สภาวะจรงิ 3.07 m3/hr x 26.62 MJ/ m3 คา่ LHV ของ LPG = 81.72 MJ/hr พลังงานพลงั งานความร้อนของเช้ือเพลิง = (81.72 MJ/hr) / (35.6 kg/hr) = 2.30 MJ/kg SECrate ตวั อยา่ งมาตรการทป่ี ระสบความสาเร็จ ตัวอยา่ งที่ 1 มาตรการนาความร้อนทิง้ จากไอเสียของเตาเผาหมายเลข 3-4 กลับมาใช้ทเี่ ตาอบ Dryer Press 5-8 ความเปน็ มา โรงงานประกอบด้วยเตาเผากระเบ้ืองจานวน 8 เตา ซ่ึงมีลักษณะการใช้งานเหมือนกันใช้ก๊าซธรรมชาติเนิน เช้ือเพลิง โดยไอเสียจากการเผาไหมส้ ่วนหน่ึงจะนาไปใช้บริเวณหน้าเตา (-10,000 M3/hr) ส่วนหนึ่งจะนาไปใช้อบกระเบื้องก่อน เช้าเตาเผา (-10,000 M3/hr) และอีกส่วนหน่ึงปล่อยท้ิงสู่บรรยากาศ (-10,000 M3/hr) ซ่ึงอุณหภูมิที่ปล่อย ทิ้งมี ค่าประมาณ 170-200 ๐C ในกระบวนการข้ึนรูปแผ่นกระเบ้ือง เม่อื มีการข้นึ รปู ด้วยเครื่องขึ้นรูป (Press Machine) จะส่งเข้าไปอบท่ีเตา อบ Dryer Press ซง่ึ เตาอบ Dryer Press ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง โดยอบให้ได้อุณหภูมิ 140 ๐C ก่อนที่จะส่งไป กระบวนการเคลอื บสี ลงลายกระเบ้อื ง และสง่ ไปกระบวนการเผาต่อไป
70 แนวคิดในการปรบั ปรงุ ปรับปรุงโดยการต่อท่อนาไอเสียจากเตาเผาไปใช้ที่เตาอบ Dryer Press ซึ่งสามารถนาไอเสียไปใช้ได้โดยตรง โดยไม่มีผลกระทบกบั ผลิตภัณฑ์ ภาพที่ 5.45 ทอ่ นาไอเสียจากเตาเผา
71 ผลการปรบั ปรงุ Heat Recovery to Dryer Press No. 05, 06, 07, 08 -10,000 m3/hr -10,000 m3/hr Before
72
73 ตัวอยา่ งที่ 2 มาตรการการลดระยะความสูงของช่องเปิดท่ีฝาเตาหลอมเพอ่ื ลดการสญู เสียความร้อน ความ เปน็ มาและลักษณะการใชง้ าน ทางโรงงานใชเ้ ตาไฟฟ้าแบบเหน่ียวนา่ ในการหลอมเหล็กโดยที่เตาแตล่ ะชุดจะมฝี าปิดเพ่ือฟ้องกนั การ สญู เสียความร้อนจากการแผ่รังสคี วามรอ้ น (ทงั้ เตาหลอมและเตา Hold) ปัญหาของอุปกรณ/์ ระบบก่อนปรับปรุง ฝาเตาทีป่ ิดอยู่เดิมมีระยะความสูงจากปากเตามากเกินไป เนื่องมาจากการติดตงั้ ที่ไม่เหมาะสมและ ผลกระทบจากการใช้งานในแตล่ ะวัน ทาให้มีพ้ืนท่ีการสญู เสยี ความรอ้ นมากกว่าปกติ รปู ที่ 5.46 สภาพการใชง้ านฝาเตาหลอม (กอ่ นปรับปรุง) แนวคิดและขนตอนการดาเนนิ การ 1. ดาเนนิ การปรบั ลดระยะความสงู ของฝาเตาจากความสงู เดมิ ประมาณ 10-20 cm. ลงมาเหลือ 3-4 cm. พร้อมกบั ปรับ Alignment ใหม่ใหฝ้ าเตาอยู่ในแนวขนานกับปากเตาและปิดพ้ืนท่ปี ากเตาให้ได้มากท่ีสุด 2. วดั ค่าอุณหภูมทิ ี่บรเิ วณปากเตา และขนาดของพนื้ ที่สูญเสยี ความร้อนท่ลี ดลงได้ 3. คานวณผลการประหยัดพลังงานไฟฟ้าเทียบเท่าจากปริมาณความร้อนสูญเสียที่ลดลงได้สภาพหลัง ปรับปรุงภายหลังการดาเนินการแล้วเสร็จ ทางทีมงานด้านพลังงานพบว่าสามารถลดอุณหภูมิใช้งานของเตาหลอม ขนาด 3,500 kw จานวน 2 ขุด (Line M5) ลงได้จาก l,560°c เหลือ l,540°c โดยไม่มีผลกระทบต่อคุณภาพการ หลอ่ เหลก็ แตอ่ ย่างใด
74 วธิ ีการคานวณผลการอนุรกั ษ์พลงั งาน หมายเหตุ สตู รคานวณ Q = 5.67 x 10-8 x e x A x ((Ts = 273.15)4 – (Tr + 273.15)4)/1,000 พลังงานไฟฟ้ารวมที่ประหยัดได้ E = Q x H x %SF คดิ เทยี บเปน็ น้ามันดิบได้ คิดเป็นค่าใช้จา่ ยทป่ี ระหยดั ได้ = 1,107,479 kWh/ปี = 0.0944 ktoe/ปี = 1,107,494 kWh/ปี x 2.71 บาท/kWh = 3,001,268 บาท/ปี
75 ตอนท่ี 5.6 หม้อไอน้า โปรดอา่ นหัวเรอ่ื ง วตั ถุประสงค์ในตอนที่ 5.6 แล้ว จงึ ศกึ ษาเนอ้ื หาสาระโดยละเอียดต่อไป หวั เร่ือง เรือ่ งที่ 1.1 องค์ประกอบของระบบ เรื่องที่ 1.2 นยิ ามประสิทธภิ าพหรอื สมถรรนะ เร่อื งที่ 1.3 กฎหมายท่ีเก่ยี วข้อง เร่อื งท่ี 1.4 แนวทางการสารวจและการเก็บข้อมลู วเิ คราะห์ประสทิ ธิภาพ เรอ่ื งที่ 1.5 ตัวอยา่ งมาตรการทีป่ ระสบผลสาเร็จ วัตถุประสงค์ 1. อธิบายองคป์ ระกอบของหมอ้ ไอนา้ 2. อธิบายนิยามประสิทธิภาพของหม้อไอนา้ 3. อธิบายแนวทางการสารวจและการเก็บข้อมลู การวิเคราะห์ประสิทธิภาพ 4. อธิบายตวั อย่างมาตรการทป่ี ระสบผลสาเร็จ
76 5.6.1 องคป์ ระกอบของระบบ ระบบไอน้าเปน็ ระบบทีใ่ ช้พลงั งานพนื้ ฐานท่มี ีการใช้งานและสามารถพบเห็นไดในหลายอตุ สาหกรรมทง้ั ใน โรงงานและอาคาร องคป์ ระกอบของระบบไอนา้ และการทางานของหม้อไอนา้ ประกอบด้วยอปุ กรณ์และระบบ ยอ่ ย ตา่ ง ๆ ดังรูป ไดแ้ ก่ (1) หม้อไอน้า (2) ระบบสง่ จา่ ยไอนา้ (3) ระบบนากลบั ไอนา้ ควบแนน่ (คอนเดนเสท) และ (4) อุปกรณ์ทใี่ ชไ้ อนา้ (ผู้ใช้ไอนา้ ปลายทาง) รูปที่ 5.48 แผนระบบไอนา้ และการทางานของหม้อน้า จากรูปท่ี 5.48 น้าปอ้ นที่มีอุณหภูมิตา่ จะถูกผ่านเชา้ ไปยังหม้อไอนา้ เพื่อรับความรอ้ นจากก๊าซเผาไหม้และ กลายเป็นไอนา้ ไอน้าที่ผลติ ข้ึนจะถูกส่งไปยงั ผู้ใชซ้ ง่ึ ไดแ้ กอ่ ุปกรณต์ า่ ง ๆ ในกระบวนการผลติ ผ่านระบบส่งจา่ ยไอ นา้ ไอนา้ หรือนา้ รอ้ นควบแน่นท่เี หลือจากกระบวนการผลติ จะถูกนากลบั มายงั หม้อไอน้าอกี คร้ังเพื่อรวมกับน้าเติม กอ่ นท่จี ะส่งไปยงั หม้อไอนา้ และผลิตเป็นไอน้าตอ่ ไป ก๊าซรอ้ นจากกระบวนการเผาไหม้ เม่ือถา่ ยเทความร้อนใหก้ ับน้าแล้ว จะถกู ปล่อยสสู่ ่งิ แวดล้อม ความร้อน ทป่ี ลอ่ ยออกไปพรอ้ มกับก๊าซไอเสยี นเ้ี ป็นการสูญเสยี พลังงานมากทสี่ ดุ ของหมอ้ ไอน้า ในรูปท่ี 5.48 แสดงการติดตัง้ เครอ่ื งอนุ่ นา้ ป้อนซึง่ เป็นอุปกรณ์แลกเปลีย่ นความร้อนประเภทหนึ่ง ความรอ้ นจากกา๊ ซไอเสยี จะถูกถา่ ยเทให้แกน่ ้า ป้อนเพื่อใหม้ ีอุณหภูมิสงู ขึน้ ก่อนจา่ ยเช้าหม้อไอน้า วิธีการดังกลา่ วเป็นหนงึ่ ในหลายมาตรการเพ่ือเพ่ิมประสิทธิภาพ โดยรวมของหม้อไอนา้ และระบบไอน้าอตุ สาหกรรม ซ่ึงจะได้กล่าวถึงในบทนี้
77 ประเภทของหม้อไอน้า หม้อไอน้ามีอยู่ด้วยกันหลายชนิดและหลายลักษณะ อย่างไรกต็ ามอาจจาแนกได้เป็น 2 กลมุ่ ใหญ่ ๆ คอื - หม้อไอน้าชนิดท่อน้า (Water tube Boiler) หมอ้ ไอนา้ ชนิดน้ีนา้ จะถูกบรรจแุ ละไหลอยู่ในทอ่ โดย เปลวไฟหรือก๊าซร้อนจะเคลือ่ นที่อยู่โดยรอบท่อ - หมอ้ ไอนา้ ชนิดท่อไฟ (Fire tube or Shell Boiler) หม้อไอนา้ ชนดิ นกี้ า๊ ซรอ้ นจากการเผาไหมจ้ ะ เคลอ่ื นทใ่ี นท่อซง่ึ จมอย่ใู นน้า โดยทน่ี ้จี ะอย่นู อกท่อ (ระหว่างเปลอื กหม้อไอน้าและท่อ) ของหม้อไอน้า (ข) หม้อไอน้าชนิดท่อนา้ รูปที่ 5.49 ประเภทของหม้อไอนา้ (ก) หม้อไอนา้ ชนิดท่อไฟ หม้อไอนา้ ชนดิ ท่อไฟสามารถผลิตไอนา้ ให้ได้ความดนั ตามต้องการขา้ กว่าหม้อไอน้าแบบทอ่ นา้ ในกรณีท่ี ภาระของไอนา้ เปลยี่ นแปลงอยู่ตลอดเวลา เราควรใชห้ มอ้ ไอนา้ แบบท่อนา้ เพราะจะสามารถผลิตไอนา้ ได้ทนั ต่อ ความตอ้ งการได้อยา่ งรวดเรว็ กว่าหมอ้ ไอน้าแบบท่อไฟ สาหรบั หมอ้ ไอนา้ แบบทอ่ ไฟ จานวนกลบั ของทอ่ ไฟยิ่งมากประสทิ ธิภาพหม้อไอนา้ ก็ยิ่งสงู ข้ึนเนื่องจากก๊าซ รอ้ นใช้เวลาไหลอยใู่ นหม้อไอน้านานกวา่ สาหรับหม้อไอน้าขนาดเล็กมักจะมีจานวนกลับเพียง 2 กลับ ขณะทีส่ ่วน หมอ้ ไอน้าขนาดใหญจ่ ะมี 3 หรอื 4 กลบั
78 5.6.2 นิยามประสิทธิภาพหรือสมรรถนะ 5.6.1.1เอนทาลปี (h) หมายถึง คา่ พลังงานความร้อนของน้าหรือไอน้าท่สี ภาวะตา่ ง ๆ 5.6.1.2ความความร้อนต่าของเชือ้ เพลงิ (LHV) หมายถึง ค่าพลงั งานความร้อนต่อมวลท่ีได้จากเชอ้ื เพลงิ เมือ่ มีการสันดาปแลว้ 5.6.1.3ประสิทธิภาพของหม้อไอนา้ B หมายถึง อัตราสว่ นระหว่างปรมิ าณพลังงานความร้อนของไอ น้า กับพลงั งานความร้อนของเชอื้ เพลงิ ทปี่ ้อนเช้าหม้อไอนา้ B ms (hs hw ) 100 mf LHV โดยที่ B = ประสิทธภิ าพของหม้อไอนา้ ms = อัตราการไหลของไอน้า (kg/hr) mf hs = อัตราการใช้เชอ้ื เพลิง hw LHV = เอนทาลปีของไอน้า 5.6.3 กฎหมายทเี่ ก่ียวข้อง = เอนทาปีของน้าปอ้ น = คา่ ความร้อนต่าของเชือ้ เพลิง กฎกระทรวงกาหนดประเภท หรอื ขนาดของอาคาร และมาตรฐาน หลกั เกณฑ์ และวิธีการในการ ออกแบบ อาคารเพ่อื การอนุรกั ษ์พลังงาน พ .ศ. 2552 กาหนดค่าประสิทธภิ าพขั้นต่าของอปุ กรณ์ผลติ น้ารอ้ น สาหรับอาคารที่ กอ่ สร้างหรือดดั แปลงทมี่ ีพน้ื ที่รวมกันต้ังแต่ 2,000 ตารางเมตรชืน้ ไปดงั ตาราง (1) หม้อไอน้าและหม้อต้มน้าร้อน ประเภท ค่าประสิทธภิ าพข้ันต่า(รอ้ ยละ) (ก) หม้อไอนา้ ท่ีใช้เป็นเชอ้ื เพลงิ (Oil fired steam boiler) 85 (ข)หม้อตม้ น้าร้อนที่ใชน้ า้ มันเป็นเชื้อเพลงิ (Oil fired hot water boiler) 80 (ค)หมอ้ ไอนา้ ทใี่ ชแ้ กส๊ เป็นเชื้อเพลิง(gas fired hot water boiler) 80 (ง)หม้อต้มนา้ ร้อนที่ใช้แก๊สเป็นเชือ้ เพลิง(gas fired hot water boiler) 80 5.6.4 แนวทางการสารวจและการเก็บข้อมลู วิเคราะห์ประสทิ ธิภาพ เครอื่ งมอื หรือมาตรวัดที่ต้องใชใ้ นการตรวจวัดเพ่ือวิเคราะห์หาประสทิ ธิภาพหม้อไอน้าดงั น้ี - มาตรวดั หรือเครอ่ื งมือวัดอตั ราการไหลของไอน้าทจี่ า่ ย (ถา้ มี) - มาตรวดั หรือเคร่ืองมือวดั อัตราการไหลของน้าปอ้ นเช้าหม้อไอนา้ - มาตรวดั ความดันของไอนา้ ทีอ่ อกจากหม้อไอนา้ - เครอื่ งมอื หรือมาตรวดั อุณหภูมิของนา้ เติมหม้อไอน้า - ตารางแสดงคา่ พลงั งานของไอนา้ (Steam table) - ตารางแสดงค่าความร้อนตา่ ของเช้อื เพลิงท่ีใช้เผาไหม้
79 - มาตรวดั หรอื เครอื่ งมอื วดั อัตราการไหลของเช้อื เพลงิ การตรวจวัดและการวิเคราะห์ควรเป็นชว่ งที่หม้อไอนา้ ทางานตอ่ เนอื่ งและไม่มีการ Blow down ในชว่ ง ดังกล่าว โดยมีข้นั ตอนในการสารวจและตรวจวัดดังน้ี 1.ตรวจวดั คา่ อัตราการไหลของนา้ ป้อนในหนว่ ยของกิโลกรมั ต่อช่วั โมง (kg/hr) และอุณหภูมินา้ เติม หม้อไอนา้ ใน หนว่ ยขององศาเซลเซยี ส (°0 2.ตรวจวัดคา่ อตั ราการไหลของไอน้าท่ีออกจากหม้อไอน้า (ถา้ ม)ี ในหน่วยของ กโิ ลกรัมต่อชว่ั โมง (kg/hr) กรณไี ม่มี มาตรวดั หรือเครื่องมือวดั อัตราการไหลของไอน้าสามารถใช้คา่ อัตราการไหลของน้าป้อนทดแทนได้ 3.ตรวจวัดค่า ความดันใชง้ านของไอนา้ ในหนว่ ยบาร์เกจ (barg) จากน้นั เปิดตารางไอนา้ เพือ่ หา อณุ หภมู ิของไอน้าใน หนว่ ยขององศาเซลเซียส (°c) 4.ตรวจวดั ค่าอัตราการไหลของเช้อื เพลงิ ในหน่วยของ กโิ ลกรมั ต่อชัว่ โมง (kg/s) หรอื หนว่ ยอ่ืนที่ สัมพันธ์กบั ค่าความ ร้อนตา่ ของเชื้อเพลิง 5.หาคา่ ความรอ้ นตา่ ของเช้ือเพลิงจากผผู้ ลติ หรอื ค่ามาตรฐานที่ พพ. กาหนด 6.นาค่าอณุ หภมู ิไอนา้ หาค่าเอนทาลปี (Enthalpy) จากตารางไอนา้ 7.หาค่าเอนทาลปี (Enthalpy) ของนา้ ปอ้ นโดย เอนทาลปขี องนา้ ป้อนเท่ากบั 1 kj/kg ต่อ 1 ๐C 8.นาคา่ ทีไ่ ดจ้ ากการตรวจวัด มาคานวณหาประสทิ ธิภาพของหม้อไอน้า ดงั สมการตอ่ ไปน้ี B ms (hs hw ) 100 mf LHV
80 ตัวอยา่ งตารางตรวจวัดหม้อไอนา้ ตารางท่ี 5.9 ตารางตรวจวัดหม้อไอน้า
81 ตารางท่ี 5.10 ตารางคุณสมบัตขิ องไอนา้ อิ่มตวั (Saturated steam Table)
82
83
84 5.6.6 ตัวอยา่ งการวิเคราะห์ประสทิ ธภิ าพการใช้พลงั งาน ตัวอย่างที่ 1: โรงแรมแหง่ หน่งึ ติดตัง้ ใช้งานหม้อไอนา้ ชนิดท่อไฟขนาด 2,500 kg/hr ใช้นา้ มนั เตาเกรด เอ เปน็ เชอ้ื เพลิง ผลติ ไอน้าที่ความดนั 7 barG จากการสารวจและตรวจวดั มขี ้อมูลดงั นี้ ปริมาณการใช้นา้ มนั เตา 59.3 l/hr ปรมิ าณนา้ ป้อน 686 kg/hr อุณหภมู นิ า้ ป้อน 87 oC ไม่มีการ Blow Down ขณะตรวจวัด จงคานวณหาประสิทธภิ าพของหมอ้ ไอนา้ วธิ ีคานวณ จากสมการ B ms (hs hw ) 100 mf LHV คา่ LHV ของนา้ มนั เตา = 39.77 MJ/l (จากตารางค่าความรอ้ นของ พพ.) Enthalpy ของไอน้าที่ 7 barG = 2,766.85 kJ/kg (จาก Steam Table ช่อง hg) Enthalpy ของนา้ ปอ้ นที่ 87 oC = 87.0 kJ/kg ดงั นัน้ B = () = =
85 ตัวอยา่ งมาตรการท่ปี ระสบความสาเร็จ ตวั อยา่ งที่ 1 การนาน้าคอนเดนเสทกลบั มาใชง้ าน ความเป็นมาและลักษณะการใช้พลังงาน ในกระบวนการซกั ผ้าขาวมีการใช้งานเคร่อื ง L-Box จานวน 2 ขดุ (No.1 และ No.2) ซง่ึ มีส่วนประกอบ ต่างๆ ดังรูป และจากรปู สามารถอธิบายการใชแ้ ละการสูญเสยี พลังงานได้ดังน้ี 1) บ่อที่ 3-5 เป็นบ่อน้าร้อน (อุณหภูมิที่ต้องการประมาณ 70°c - 80๐0 ท่ีได้จากการนาน้าประปาท่ี อุณหภูมิ 30°c มาจ่ายเช้าในบ่อที่ 5 และปล่อยให้น้าล้นผ่านไปยังบ่อท่ี 4-3-2-1 ตามลาดับ โดยในบ่อที่ 3-5 จะมี การจ่ายไอน้าที่ความดันไม่เกิน 4 บาร์เกจ (ควบคุมโดย Ball Valve แบบ Manual Control) ลงไปผสมกับน้าใน บ่อโดยตรง และเม่ือน้าร้อนได้ผ่านการแลกเปล่ียนความร้อนกับผ้าขาวในกระบวนการผลิตแล้วบางส่วนก็จะถูก ปล่อยท้ิงออกทางทา้ ยบ่อท่ี 1 ด้วยระบบนา้ ล้น ซง่ึ เป็นจดุ ทท่ี าให้เกดิ การสญู เสยี นา้ และพลังงานความร้อน 2) บ่อท่ี 1-2 เป็นบ่อน้าเยน็ และบ่อท่ี 6 เป็นบอ่ เคมี เปน็ สว่ นท่ไี มม่ กี ารใชพ้ ลงั งานความร้อน 3) ตอู้ บไอ เปน็ สว่ นทใี่ ชไ้ อนา้ พ่นลงบนเนื้อผา้ โดยตรง ควบคมุ อณุ หภูมิภายในตู้ไว้ไม่เกิน 95°c โดยใช้ Ball Valve ท่เี ปดิ -ปิดการจ่ายไอน้าตามอุณหภูมทิ ีแ่ สดงไว้ที่หน้าตแู้ บบ Manual Control 4) บ่อที่ 7-10 เป็นบ่อน้าร้อน (อุณหภูมิท่ีต้องการประมาณ 70°c - 80°C) ท่ีได้จากการนาน้าบาดาลที่ อุณหภูมิ 30°c มาจา่ ยเขา้ ในบ่อที่ 12 และปล่อยให้นา้ ลน้ ผ่านไปยังบ่อที่ 11-10-9-8-7 ตามลาดับ โดยในบ่อที่ 710 จะมีการจ่ายไอน้าท่ีความดันไม่เกิน 4 บาร์เกจ (ควบคุมโดย Ball Valve แบบ Manual Control เซ่นกัน) ลง ไป ผสมกับน้าในบ่อโดยตรง เหม่อนบ่อที่ 1-5 และเม่ือน้าร้อนได้ผ่านการแลกเปล่ียนความร้อนกับผ้าขาวใน กระบวนการผลิตแล้วบางส่วนก็จะถูกปล่อยท้ิงออกทางท้ายบ่อที่ 7 ด้วยระบบน้าล้น ซึ่งเป็นจุดท่ีทาให้เกิดการ สูญเสยี นา้ และพลงั งานความรอ้ นเซ่นกัน (ก่อนปรบั ปรุง) รูปที่ 5.50 L-BOX No.1
86 รูปท่ี 5.51 เครอื่ ง L-Box (กระบวนการซักผา้ ขาว) ปัญหาของอปุ กรณ/์ ระบบก่อนปรับปรุง จากข้อ 1) - 4) ในข้างต้นจะเหน็ ไดว้ า่ มีการสูญเสยี พลังงานความรอ้ นและค่าใชจ้ ่ายค่อนข้างสูงในส่วน ของ น้าร้อนที่ล้นทิ้งตลอดเวลา (บ่อที่ 1 และ 7) เนื่องจากมีปริมาณที่มากในแต่ละวันและต้องใช้ความร้อนจากไอ น้า โดยตรงในการรักษาอุณหภูมิขณะใช้งาน ประกอบกับเรื่องของค่าใช้จ่ายทางด้านเคมีท่ีใช้ควบคุมคุณภาพของน้า ดว้ ย แนวคิดและข้ันตอนการดาเนินงาน ทางฝา่ ยผลติ ไดป้ ระสานงานกับทางฝ่ายวิศวกรรมในการปรับปรงุ อปุ กรณ์ดังกล่าวให้สามารถนาน้าทิ้งและ พลังงาน ความร้อนที่สูญเสียกลับมาใช้ประโยชน์ให้ได้มากที่สุด (ดังรูป) โดยการนาน้าร้อนทิ้งจากบ่อท่ี 7 มาเก็บใน ถังพัก และสูบกลับไปเติมลงในบ่อที่ 5 ที่อุณหภูมิประมาณ 77°c - 79°c ซ่ึงเป็นอุณหภูมิท่ีเพียงพอต่อกระบวนการ ผลิต ในบ่อท่ี 1-5 ดังนั้นจึงไม่มีความจาเป็นที่ต้องจ่ายไอน้าเช้าในบ่อท่ี 1-5 รวมท้ังสามารถยกเลิกการเติมน้าประปาใน บ่อที่ 5 ได้ด้วยเน่ืองจากนา้ ท่ไี ดจ้ ากบ่อท่ี 7 มปี รมิ าณมากพอสาหรบั ใชแ้ ทนน้าประปาในบ่อท่ี 5 หลงั ปรับปรงุ รปู ท่ี 5.52 L-BOX No.1
87 สภาพหลังปรบั ปรงุ ทางโรงงานสามารถลดการใช้นา้ ประปา (สว่ นที่เตมิ ลงในบ่อท่ี 5), การใชไ้ อนา้ (บอ่ ที่ 1-5) และสารเคมี สาหรบั บาบัดนา้ ลงได้โดยไม่มีผลกระทบต่อคุณภาพการผลติ แตอ่ ย่างใด รปู ท่ี 5.53 ถังพักนา้ ร้อนและเคร่ืองลบนา้ กลับจากบ่อที่ 7 ไปยงั บอ่ ท่ี 5 แนวทางการขยายผล เนื่องจากมาตรการดังกล่าวนี้ให้ผลเป็นท่ีน่าพอใจและผู้บริหารเห็นชอบด้วย ดังน้ันทางโรงงานจึงมีแผน จะขยาย แนวทางการปรับปรุงไปยงั เคร่ือง No.2 ต่อไป วิธกี ารคานวณผลการอนรุ ักษ์พลงั งาน - ส่วนของน้าประปา ปริมาณนา้ ประปาท่ีใช้ลดลง = 13 ลิตร/นาที x 60 นาท/ี ช่วั โมง x 7,200 ชว่ั โมง/ปี = 5,616 ลบ.ม./ปี อตั ราคา่ น้าประปา = 16.92 บาท/ลบ.ม. คดิ เปน็ คา่ ใชจ้ า่ ยทปี่ ระหยัดได้ = 5,616 ลบ.ม./ปี x 16.92 บาท/ลบ.ม. = 95,003 บาท/ปี - สว่ นของสารเคมีในการบาบัดนา้ ปริมาณสารเคมที ี่ใช้ลดลง = 300kg/เดอื น x 12 เดอื น/ปี = 3,600 kg/ปี อัตราคา่ สารเคมี = 26 บาท/kg คดิ เปน็ คา่ ใชจ้ า่ ยทปี่ ระหยัดได้ = 3,600 kg/ปี x 26 บาท/kg = 93,600 บาท/ปี
88 - ส่วนของนา้ ทงิ้ = ปริมาณนา้ ประปาที่ใชล้ ดลงในบ่อท่ี 5 ปริมาณน้าร้อนทล่ี ดลง = 5,616,000 ลติ ร/ปี = 75 C อณุ หภมู ินา้ ร้อนเฉลี่ย = 30 C อณุ หภูมิน้าประปาที่ป้อนเข้า = 5,616,000 ลติ ร/ปี x 1kg/ลติ ร พลงั งานความร้อนสูญเสียที่ลดลง x 0.004187 MU/kg – C x (75 - 30) C 1,058,139 MU/ปี = 1,058,139 MU/ปี / 17,930 MU/ตนั คิดเปน็ ปริมาณเชื้อเพลิงทีป่ ระหยดั ได้ = 59.01 ตนั /ปี = 59.01 ตนั /ปี x 2,500 บาท/ตนั = = 147,525 บาท/ปี หรอื คิดเป็นคา่ ใช้จา่ ยดา้ นพลังงานทปี่ ระหยัดได้ = 336,128 บาท/ปี รวมทั้งส้ินคดิ เป็นค่าใช้จ่ายท่ปี ระหยดั ได้
89 ตอนท่ี 5.7 มอเตอร์ไฟฟ้า โปรดอา่ นหวั เร่อื ง วตั ถุประสงค์ในตอนท่ี 5.7 แล้ว จงึ ศกึ ษาเนื้อหาสาระโดยละเอียดตอ่ ไป หัวเรอ่ื ง เรอ่ื งที่ 1.1 องคป์ ระกอบของระบบ เรอ่ื งที่ 1.2 ประสิทธภิ าพและการสูญเสยี ในมอเตอร์ เรอื่ งท่ี 1.3 สมรรถนะการใชง้ านและคา่ ตวั ประกอบกาลังของมอเตอร์ เรื่องที่ 1.4 การพนั ขดลวดมอเตอรใ์ หม่ เรอ่ื งที่ 1.5 การเลือกใช้อปุ กรณค์ วบคมุ ความเร็วรอบมอเตอร์ วัตถุประสงค์ 1. อธิบายองคป์ ระกอบของมอเตอร์ไฟฟ้า 2. อธิบายนิยามประสทิ ธิภาพและการสญู เสยี ในมอเตอร์ 3. อธบิ ายแนวทางสมรรถนะการใชง้ านและคา่ ตวั ประกอบกาลังของมอเตอร์ 4. อธิบายแนวทางการเลอื กใช้อปุ กรณ์ควบคุมความเรว็ รอบมอเตอร์
90 5.7.1 องคป์ ระกอบ มอเตอร์ไฟฟ้าโดยปกตจิ ะแยกออกเปน็ 2 ประเภท คือ มอเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรง (DC Motors) และ มอเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสสลับ (AC Motors) สาหรับในบทน้จี ะไมเ่ น้นเร่ืองมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง เนอ่ื งจาก ใน ปัจจุบนั มีใชง้ านเปน็ ส่วนน้อย และทใี่ ช้งานกจ็ ะเป็นการใชง้ านควบคู,กับระบบควบคุมความเร็ว ซง่ึ ช่วยในการ ประหยดั พลงั งานอยู่แลว้ ดงั น้ันจะกล่าวถึงเฉพาะมอเตอรไ์ ฟฟา้ กระแสสลบั ซงึ่ มีใชง้ านอย่มู ากมายและสามารถ ดาเนินการอนรุ ักษ์พลงั งานได้ โดยเริ่มจากโครงสร้างหลักการทางาน ประสทิ ธภิ าพและการสูญเสียในมอเตอร์ ไฟฟา้ การเปรียบเทียบราคาและคา่ ใชจ้ า่ ยในการใชง้ านของมอเตอร์ไฟฟ้าในกรณีต่างๆ เช่นการพนั ขดลวด มอเตอรไ์ ฟฟ้า ใหม่ การใชม้ อเตอรไ์ ฟฟ้าท่มี ีขนาดเหมาะสมกับภาระ การหลีกเลี่ยงการเดินมอเตอร์ไฟฟ้าตัวเปล่า การใชอ้ ปุ กรณ์ ควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้าตามภาระการใชง้ าน การเลอื กใช้อุปกรณ์ควบคมุ ความเรว็ รอบมอเตอร์ ไฟฟา้ และการเลือกใช้ งานมอเตอร์ไฟฟ้าประสิทธิภาพสงู ตลอดจนการบารุงรกั ษามอเตอร์ไฟฟ้า 5.7.1.1โครงสร้างและหลักการทางานของมอเตอรไ์ ฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้โรงงานอุตสาหกรรมมีอยู่หลายแบบ แต่ท่ีนิยมใช้งานมากที่สุด คือ มอเตอร์ เหนี่ยวนาแบบโรเตอร์กรงกระรอก (Squirrel cage rotor Induction motor) เนื่องจากมีโครงสร้าง ท่ีไม่ ซบั ซ้อน แข็งแรง ราคาถกู สะดวกต่อการบารงุ รกั ษา และปจั จุบนั สามารถปรับความเร็วรอบได้งา่ ยกวา่ ในอดีต รปู ที่ 5.54 โครงสร้างส่วนประกอบของมอเตอร์
91 โครงสร้างมอเตอร์ 1. ส่วนอยู่กับท่ี เรียกว่า สเตเตอร์(Stator) ทาหน้าที่ยึดขดลวดที่บรรจุลงในร่องสล็อต (Slot) ทาด้วย แผ่น เหล็กลามิเนท (Laminated Steel) บางๆ และมีรอ่ งสล็อตอดั เป็นแทง่ 2. ส่วนท่ีหมุน เรียกว่า ไรเตอร์ (Rotor) จะมีแท่งตัวนาคล้ายกรงกระรอก'ผ่งอยู่ภายในไรเตอร์ท่ีปลาย ทัง้ สองของแท่งตัวนาจะถูกลัดวงจรดว้ ยตัวนารูปวงแหวน แทง่ ตวั นาของไรเตอร์บักมีลักษณะเฉียงเพราะจะทาให้ มอเตอร์หมนุ ได้ราบเรียบและลดปัญหาเสยี งอมั ของสนามแม่เหล็ก การทางานของมอเตอร์ การที่ไรเตอรห์ มุนไดเ้ น่ืองจากเมอื่ ขดลวดทองแดงท่ีพนั อยู่กับสเตเตอร์มีกระแสไฟฟา้ ไหลผา่ นจะเกิด สนามแมเ่ หลก็ หมุน (Rotating magnetic fields) หมุนรอบๆ แกนเหล็กสเตเตอร์ สนามแมเ่ หลก็ หมนุ นจ้ี ะ เหนีย่ วนา ใหเ้ กดิ กระแสไฟฟ้าขึ้นในขดลวดไรเตอร์ ซ่งึ กระแสไฟฟา้ นจ้ี ะสรา้ งแรงบดิ ท่ีไรเตอร์ทาให้ไรเตอรห์ มุนไป ตาม ทิศทางของสนามแม่เหล็กหมุนทีห่ มุนดว้ ยความเรว็ ซิงไครนัส (Synchronous speed) ซงึ่ หาไดจ้ าก Ns 120 f / P เมื่อ f คือ ความถขี่ องแหล่งจ่ายไฟ P คอื จานวนขัว้ แม่เหลก็ ท่ีสเตเตอร์ ในการใช้งานจริงมอเตอรไ์ มไ่ ด้หมุนที่ความเรว็ ซงิ ไครนสั แต่จะหมุนชา้ กวา่ ความเร็วชงิ โครนัส ซึ่งผลตา่ ง ของความเรว็ นี้เรยี กว่า ความเร็วไถล (Slip) เมือ่ s Slip, s ns nr ns คือ ไถล(Slip) ns คอื ความเรว็ ทซ่ี ิงโครนัส nr คือ ความเรว็ ของโรเตอร์ รปู ท่ี 5.55 การทางานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ
92 5.7.2 ประสิทธภิ าพและการสญู เสยี ในมอเตอร์ไฟฟ้า ประสทิ ธิภาพของมอเตอร์ขึน้ อยกู่ ับค่าของการสญู เสียทเ่ี กดิ ขน้ึ ในตวั มอเตอรโ์ ดยทั่วไปการสูญเสยี ใน มอเตอรเ์ กิดจากการสญู เสยี ทางไฟฟา้ (Electrical loss) การสญู เสียจากภาระการใช้งาน (Stray loss) ซง่ึ แบง่ เปน็ การ สูญเสยี ที่มคี ่าคงทแ่ี ละการสูญเสียท่เี ปลีย่ นแปลงตามภาระของมอเตอร์ ดังนี้ รปู ที่ 5.56 การสูญเสยี พลงั งานในมอเตอร์ การสญู เสียทม่ี ีค่าคงที่ - การสูญเสียท่ีแกนเหล็ก (Core loss) เกิดจากพลังงานท่ีใช้ในการเปลี่ยนทิศทางของสนามแม่เหล็ก ใน แกนเหล็ก (Hysteresis loss) รวมทั้งการสูญเสียที่เกิดจากกระแสไหลวนในแกนเหล็ก (Eddy loss) เรียก โดยรวมวา่ “ค่าการสญู เสียขณะทีม่ อเตอร์ไมม่ ภี าระ” (No-load loss) - การสูญเสียจากแรงลมและแรงเสียดทาน (Windage and Friction loss) เกิดจากแรงเสียดทานใน ตลบั ลกู ปีนและแรงตา้ นทานของครบี ระบายอากาศที่ตวั มอเตอร์ - การสูญเสียที่สเตเตอร์ (Stator loss) จะอยู่ในรูปของความร้อนที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน ขดลวดทมี่ ีความตา้ นทานอยูภ่ ายใน - การสูญเสียที่โรเตอร์ (Rotor loss) อยู่ในรูปความร้อนเช่นเดียวกับสเตเตอร์แตเ่ กิดท่ีขดลวดในโร เตอร์
93 การสูญเสยี ท่เี ปล่ยี นแปลงตามภาระการใช้งานของมอเตอร์ การสูญเสียจากภาระการใชง้ าน เป็นการสูญเสียทสี่ เตเตอร์และโรเตอร์จะมีค่าการสญู เสยี ทเี่ พิ่มข้ึนตาม ขนาดของภาระ โดยเรียกว่า “ค่าความสญู เสยี ขณะทมี่ อเตอร์มภี าระ” เกิดจาก กระแสไหลวนในแกนเหล็กทโี่ ร เตอรข์ ณะท่ีมภี าระ กระแสไฟฟ้าที่ไหลในขดลวดทีส่ เตเตอร์ คา่ การสญู เสยี จากค่ากระแสฮารม์ อนิกในตวั นาของโรเตอร์ขณะที่มีภาระ คา่ สนามแมเ่ หล็กรั่วไหลที่ เกดิ จากกระแสไฟฟา้ ขณะทม่ี ีภาระ ค่าประสิทธิภาพของมอเตอร์หาไต้ดงั น้ี 746 X แรงม้า (เอาต์พุต) ประสิทธภิ าพ (%) = --------- -- -------------X 100 วตั ต์ (อนิ พตุ ) = (กาลังเอาตพ์ ุต/กาลงั อนิ พุต) X 100 ค่าประสทิ ธิภาพอาจเขยี นอยู่ในรูปท่ี 2.3 แสดงคา่ กาลังสูญเสียของมอเตอรด์ ้วยก็ไต้ ดงั สมการ ประสทิ ธิภาพ (%) = (กาลังเอาต์พตุ /(กาลงั เอาต์พุต+กาลงั สูญเสีย)) X 100 เพอื่ ใหไ้ ตป้ ระสทิ ธิภาพสงู สุดควรจดั การให้มอเตอร์ขบั ภาระทีป่ ระมาณ 80-100% ของภาระเต็มท่ี (Full load) หรอื คา่ แรงมา้ (Horse power) ท่บี อกไว้ในป้ายชื่อ (Name plate) เปน็ คา่ ของกาลังเอาต์พตุ ส่วนค่ากาลัง ที่ นามาใชจ้ รงิ คือ ค่ากาลงั อินพุต ปริมาณของพลงั งานอนิ พุตทีใ่ ชผ้ ลติ แรงม้าตามพกิ ดั น้ัน จะแตกต่างกนั ไป สาหรบั มอเตอร์แต่ละตวั มอเตอรท์ ีม่ ปี ระสิทธภิ าพมากกว่าจะต้องการกาลังอนิ พตุ น้อยเม่ือเปรยี บเทยี บกับ มอเตอร์ทม่ี ี ประสิทธิภาพน้อยกว่าท่ีใหเ้ อาต์พุตเทา่ กัน ข้อควรระวัง คือ ไมค่ วรใหม้ อเตอร์รับภาระเกนิ กาลงั (Over load) เพราะจะทาใหป้ ระสิทธิภาพต่าลง และ ความร้อนจะเพ่มิ สงู ขึ้น
94 5.7.3 สมรรถนะการใชง้ านและคา่ ตัวประกอบกาลงั ของมอเตอร์ ตวั อยา่ งท่ี 1 โรงงานแหง่ หนึ่งตดิ ตงั้ มอเตอรข์ นาด 22 kw 380 V 50 Hz 43 A ทาหนา้ ท่ขี ับปม๊ น้าขณะใช้งาน วดั ค่าแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟา้ และกาลงั ไฟฟา้ ได้ดงั น้ี แรงดนั ไฟฟ้าวดั ได้ 378 V กระแสไฟฟ้าวดั ได้ 42.73 A กาลังไฟฟ้าทวี่ ัดได้ 21 kw จงหาค่าสมรรถนะและค่าตัวประกอบกาลงั
95 การเปรยี บเทยี บราคาและคา่ ใช้จ่ายในการใชง้ านของมอเตอร์ โดยเฉล่ยี แลว้ ราคาของมอเตอรท์ ่ีซ้ือจะมีค่าประมาณ 1 ถึง 2% ของราคาค่าไฟฟา้ ในการใชง้ านมอเตอร์ ตลอดอายกุ ารใช้งาน (20 ป)ี เชน่ มอเตอร์มาตรฐานขนาด 55 kW ราคาประมาณ 90,000 บาท แต่ท่านอาจต้อง ใช้เงินสงู ถึง 13 ล้านบาท เพอ่ื เป็นค่าไฟฟ้าตลอดอายกุ ารใช้งาน ท้งั นข้ี ึ้นอยู่กับจานวนช่ัวโมงการใช้งานต่อปี โดยมี วิธกี าร คานวณดังนี้ 1. ค่าพลงั งานไฟฟา้ ตอ่ ปี = (kWพิกัด / eff) x %ภาระ x (ชวั่ โมงใช้งาน/ปี) x อัตราค่าพลังงานไฟฟ้า 2. คา่ ความต้องการ = kWสูงสุดที่วัดได้ในช่วง 15 นาทีในรอบเดือน x อัตราค่าความต้องการกาลังไฟฟ้า x 12 เดอื น 3. ค่าไฟฟา้ รวมทัง้ หมด = (ค่าพลังงานไฟฟ้าตลอดปี + ค่าความต้องการกาลังไฟฟ้า) x อายกุ ารใชง้ าน ตัวอย่างท่ี 2 จากข้อมลู ตอ่ ไปนี้ จงคานวณค่าใชจ้ า่ ยในการใช้งานมอเตอรต์ ลอดอายุการใชง้ าน มอเตอรข์ นาด 55 kw (ประสิทธิภาพ 91.5 % เฉล่ีย 80 % ของภาระ) ราคา 90,000 บาท ช่ัวโมงการใช้งาน 4,000 ช่ัวโมง/ปี อัตราค่าพลงั งานไฟฟา้ 1.7034 บาท/kWh อตั ราค่าความต้องการกาลงั ไฟฟา้ สูงสุด 256.07 บาท/kW วธิ ีทา 1. ค่าพลงั งานไฟฟา้ ต่อปี = (kWพิกัด / eff) x %ภาระ x (ชั่วโมงใช้งาน/ปี) x อตั ราคา่ พลังงานไฟฟา้ = (55/0.915) x 0.8 x 4,000 x 1.7034 = 327,649 บาท/ปี 2. ค่าความตอ้ งการ = kWสงู สุดทว่ี ดั ไดใ้ นช่วง 15 นาทีในรอบเดอื น x อัตราค่าความต้องการกาลงั ไฟฟ้า x 12 เดือน = 55 x 256.07 x 12 = 169,006 บาท/ปี 3. ค่าไฟฟ้ารวมทั้งหมด = (327,649 + 169,606) x 20 ปี = 9,933,100 บาท 4. ราคาของมอเตอร์/ค่าไฟฟ้ารวมทง้ั หมด = (90,000/9,933,100) x 100% = 0.90 % ดังนั้นราคาของมอเตอรจ์ ะมีค่าเพียง 0.9% ของค่าไฟฟ้ารวมทงั้ หมดตลอดอายุการใชง้ าน 5.7.4 การพนั ขดลวดมอเตอร์ใหม่ มอเตอร์เม่อื ใชง้ านไม่ถูกต้องอาจจะทาให้เกิดการไหม้ได้ ซ่ึงโดยท่ัวไปผู้ประกอบการมักจะนามอเตอร์ไป พนั ขดลวดใหม่ แตก่ ารพันขดลวดใหม่จะทาใหป้ ระสทิ ธภิ าพลดลงประมาณ 1-3% จนบางครั้งการซื้อมอเตอร์ใหม่
96 อาจจะประหยัดกว่าการพันใหม่เมื่อเปรียบเทียบจากระยะเวลาการใช้งานมอเตอร์ ดังน้ันถ้ามี ความจาเป็นต้อง พัน ขดลวดมอเตอร์ใหม่ ควรพิจารณาร้านหรือโรงงานที่รับพันขดลวดว่ามีมาตรฐานดีพอหรือไม่ ในขณะเดียวกัน อาจ เพมิ่ ประสิทธิภาพของมอเตอร์ไตโ้ ดยการปรบั ปรุงวิธีการพัน และแกนเหล็กใหม่ ตัวอย่างที่ 3 โรงงานแห่งหน่ึงนามอเตอร์ขนาด 22 kw ไปพันขดลวดใหม่เสียค่าใช้จ่าย 13,000 บาท พบว่า ประสิทธิภาพลดลงเหลือ 84% ขณะที่มอเตอร์ประสิทธิภาพสูงขนาด 22 kw ประสิทธิภาพ 92% ราคาตัวละ 43,000 บาท จงพิจารณาวา่ ควรเลอื กวิธีการพันขดลวดใหม่หรือซ้ือใหม่ ถ้ามอเตอร์มีภาระเฉลี่ย 80% และอัตรา คา่ ไฟฟ้าเฉล่ีย 2.5 บาท/kWh ใช้งานวันละ 16 ชว่ั โมง การใชม้ อเตอร์ทม่ี ขี นาดเหมาะสมกับภาระ การใชง้ านมอเตอร์ทีม่ ีขนาดพิกัดสงู เกินไปจะทาใหม้ อเตอร์ทางานทีเ่ ปอรเ์ ซ็นตภ์ าระต่า ๆ ซง่ึ เปน็ สภาวะ วิธีทา กรณีพันขดลวดใหม่ พลังงานท่ีใช้ = (kWพิกดั / eff) x (ช่ัวโมงใชง้ าน/ป)ี x %ภาระ = (22/0.84) x 16 x 365 x 0.8 = 122,362 kWh/ปี กรณซี ้ือใหม่ พลงั งานท่ีใช้ = (22/0.92) x 16 x 365 x 0.8 = 111,722 kWh/ปี พลงั งานที่ประหยดั ได้ = (122,362 – 111,722) x 2.5 = 26,600 บาท/ปี ราคาของมอเตอรท์ เ่ี พิม่ ข้ึน = 43,000 – 13,000 = 30,000 บาท ระยะเวลาคนื ทนุ = (30,000/26,600) = 1.12 ปี ดังนนั้ การซื้อมอเตอร์ใหม่น่าจะเหมาะสมกว่า
97 การทางานทีไ่ ม,ดี เพราะมอเตอรจ์ ะมีประสิทธภิ าพและตวั ประกอบกาลังต่าลง เมอื่ มองในแง,การ ประหยดั พลังงาน แลว้ ควรจะใช้งานมอเตอรท์ ี่เหมาะสมกับภาระโดยประมาณ 80 - 100 % ของพกิ ัด ดงั นน้ั การ วัดและตรวจสอบการ ใช้งานมอเตอรจ์ งึ มีความจาเปน็ เพราะข้อมูลท่ีไตส้ ามารถนามาวิเคราะหเ์ พ่ือปรับเปลี่ยน ขนาดของมอเตอรใ์ ห้ เหมาะสมกบั งาน ตวั อยา่ งที่ 4 มอเตอรป์ ม๊ั น้าขนาด 37 kw ประสทิ ธิภาพที่พิกดั (Full load) 90.5% คา่ ตัวประกอบกาลัง 0.87 ขณะ ใชง้ านวัดภาระทางไฟฟ้าได้ 9.9 kw ตวั ประกอบกาลัง 0.54 ใช้งาน 24 ชวั่ โมง/วนั โรงงานเปิดใชง้ าน 300 วนั /ปี ราคาคา่ ไฟฟ้าเฉลย่ี 2.5 บาท/kWh (Core loss ประมาณ 30% ของ Loss ท้งั หมด และCopper loss ประมาณ 70% ของ Loss ทั้งหมด) วิธีทา กอ่ นปรบั ปรงุ Core loss = kWพิกดั x ((1/eff)-1) x % Core loss = 37 x ((1/0.905)-1) x 0.3 = 1.165 kw Copper loss = kWพิกัด x ((1/eff)-1) x % Copper loss x ( kVAใช้งาน / kVA พิกดั )2 = 37 x ((1/09.05)-1) x 0.7 x ((9.9/0.54)/(37/0.87))2 = 0.505 kW ดังนั้น มคี า่ ความสญู เสียรวม 1.67 kW หลังการปรับปรงุ เปลี่ยนมอเตอรป์ ๊มั นา้ จาก 37 kW เป็น 11 kW ประสิทธิภาพที่พิกัด (full load) 89% ตวั ประกอบ กาลัง 0.84 ตวั ประกอบกาลังขณะใช้งานมีคา่ ใกลเ้ คยี งกับคา่ ตวั ประกอบกาลัง (full load) ของมอเตอรต์ วั ใหม่ 0.84 (Core loss ประมาณ 30% ของ loss ทั้งหมด และ copper loss ประมาณ 70% ของ Loss ท้ังหมด) Core loss = kWพกิ ดั x ((1/eff)-1) x % Core loss = 11 x ((1/0.89) x 0.3 = 0.408 kW Copper loss = kWพิกดั x ((1/eff)-1) x % Copper loss x ( kVAใชง้ าน / kVA พกิ ดั )2 = 11 x ((1/0.89)-1) x 0.7 x ((9.9/0.84)/(11/0.84))2 = 0.77 kW ดังนน้ั มีคา่ ความสญู เสีย 1.178 kW เงนิ ท่ปี ระหยดั ได้ = (1.67-1.178) kW x 24 (ชั่วโมง/วนั ) x 300 (วนั /ปี) x 2.5 บาท/kWh = 8,856 บาท/ปี
98 ผลการประหยดั จะมคี า่ มากข้ึน หากการเปลยี่ นมอเตอรพ์ ิจารณามอเตอรป์ ระสทิ ธภิ าพสูง แต่ราคาก็ จะสูง ตามดว้ ยเช่นกนั การหลีกเล่ยี งการเดนิ มอเตอรต์ ัวเปล่าและการใชอ้ ปุ กรณ์ควบคมุ มอเตอรต์ ามภาระการใช้งาน เนือ่ งจากในขณะท่ีมอเตอรเ์ ดินตวั เปล่าไม่มีภาระ กาลงั ท่ีมอเตอร์ใชจ้ ะถูกเปล่ยี นเป็นกาลงั สูญเสียท้งั หมด ซ่งึ ประกอบดว้ ยกาลงั สญู เสียในแกนเหล็ก กาลังสญู เสยี ในขดลวด กาลงั สูญเสียเกดิ จากแรงเสียดทาน และแรงดา้ น ของพัดลมระบายอากาศ ดังน้ันไม่ควรปลอ่ ยใหม้ อเตอรเ์ ดินตวั เปล่า และการใชอ้ ุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์ตามภาระ การใช้งาน (Dynamic motor load control) กจ็ ะชว่ ยในการประหยดั พลังงาน ในขณะท่มี อเตอร์เดนิ ตวั เปลา่ ไม่ มภี าระ ตัวอย่างที่ จากการสารวจการใช้พลงั งานในโรงงานแห่งหนึ่งพบว่ามีเคร่ืองจักรซึ่งใชม้ อเตอร์ขนาด 18.7 kw เป็น ตวั ขับเคล่ือน วัดค่ากาลังไฟฟ้าขณะเดินเครื่องตวั เปล่า 3.71 kw เวลาในการเดนิ เครื่องตัวเปลา่ รวมกนั เฉล่ีย 3 ชัว่ โมง/วัน โรงงานทางาน 300 วัน/ปี ลา่ ไฟฟา้ เฉล่ีย 2.5 บาท/kWh ดังนนั้ หากสามารถลดช่วงเวลาการ เดนิ เคร่อื ง ตัวเปล่าได้ ทาให้สามารถประหยดั ล่าใช้จ่ายเท่าใด วิธีทา เงนิ ท่ปี ระหยัดได้ = kWใช้งาน X ชว่ั โมงใช้งาน/ปี X ล่าไฟฟ้าเฉล่ยี = 3.71 X 3 X 300 X 2.5 = 8,347.5 บาท/ปี ปจั จบุ ันมอี ปุ กรณค์ วบคุมมอเตอร์ตามภาระการใช้งาน (Dynamic motor load control) จะทาหน้าท่ี ลด กระแสไฟฟา้ ที่ใช้ในการสร้างสนามแมเ่ หลก็ ในขณะที่มอเตอร์ไม่มภี าระ ทาใหล้ า่ สูญเสียในมอเตอร์ลดลง ดงั น้นั ระยะเวลาท่ีมอเตอร์ไม่มีภาระแตย่ งั คงต้องเดินมอเตอรไ์ ว้ จึงมีความสาคญั ต่อผลการประหยดั พลงั งานที่ เกดิ ขน้ึ เปน็ อย่างมาก โดยปกติมอเตอร์ที่จะตดิ ตั้งอปุ กรณ์ควบคุมมอเตอรต์ ามภาระการใชง้ าน ควรมชี ว่ งเวลา Unload หรอื เดินเคร่ืองตัวเปล่าไม่ตา่ กว่า 60% ของระยะการใชง้ านทง้ั หมด จึงจะทาให้ผลการประหยดั พลงั งานเป็นทีน่ ่าพอใจ รูปท่ี 5.57 วงจรการทางานของอปุ กรณ์ควบคมุ มอเตอรต์ ามภาระการใชง้ าน
99 การทางานของอุปกรณจ์ ะประกอบด้วยไทรสี เตอรซ์ งึ่ ทาหน้าท่เี ป็นสวติ ซ์อเิ ลก็ ทรอนิกส์ในการตัดต่อวงจร เพอื่ ปรบั เปลีย่ นระดับแรงคนั ไฟฟ้าทีจ่ า่ ยให้กับมอเตอร์ อุปกรณ์จะคานวณภาระการใชง้ านจริงของมอเตอร์โดยการ วัดแรงดันไฟฟา้ แล ะกระแสไฟฟา้ เพ่ือหาลา่ กาลังไฟฟ้าและล่าตวั ประกอบกาลัง เมื่อภาระการใช้งานลดลง ขนาด ของกระแสไฟฟา้ ที่ใชใ้ นการสรา้ งสนามแมเ่ หลก็ เพ่ือสรา้ งแรงบิดตามภาระการใชง้ านจรงิ สามารถลดลงไดโ้ ดยการ ลดขนาดของแรงดนั ไฟฟา้ ท่ีจ่ายให้กบั มอเตอรท์ าให้กระแสไฟฟา้ รวมทจี่ ่ายให้มอเตอรล์ ดลง สง่ ผลให้การสูญเสีย ใน มอเตอรล์ ดลงด้วย 7.8 การตรวจปรับสายพานให้มีความตงึ ที่พอเหมาะ ควรมกี ารสารวจและตรวจวัดการใชม้ อเตอร์ขบั ภาระดวั ยสายพานภายในโรงงานว่ามเี ครื่องจักรที่มีมอเตอร์ ขับ ภาระดัวยสายพานแล้วมีสภาพหย่อนหรือไม่ โดยปกตกิ ารใช้มอเตอร'์ ขบั สายพานน้นั กจ็ ะเกิดการสญู เสยี อยู่ ระหวา่ ง 2-3 % ถา้ สายพานหยอ่ นไปกจ็ ะทาให้เกิดการสญู เสยี เพิ่มมากขนึ้ ดงั นัน้ ควรตรวจสอบสายพานเป็น ประจา โดยพิจารณาจากรปู ที่ 5.58 รปู ท่ี 5.58 การตรวจปรับความตึงสายพาน จาก D = L / 100 เมอ่ื D คือ ระยะความหย่อนของสายพานท่ีเหมาะสม L คือ ระยะความห่างของพู่เล่ย์ ถ้าใหร้ ะยะความห่างของพู่เล่ย์ยาว 100 ซ.ม. กจ็ ะได้ระยะความหยอ่ นของสายพานที่เหมาะสม D = 100/100 = 1 ซ.ม. วธิ ีการตรวจสอบคือใชน้ ิ้วกดลงที่สายพาน ระยะ D จะต้องไม่ควรกว้างกวา่ ท่ีคานวณได้
100 ตัวอยา่ ง โรงงานใชม้ อเตอรข์ นาด 37 kw เปิดใช้งาน 18 ช่วั โมงตอ่ วนั เปน็ เวลา 300 วนั ตอ่ ปี เมื่อทางโรงงาน ทาการปรับสายพานให้มีความตงึ ทเี่ หมาะสม เปน็ การช่วยลดการใช้พลงั งานไดเ้ ท่าใด พลังงานทล่ี ดลง = kWพิกัด x (ชั่วโมงใช้งาน/ปี) x (%ท่ปี ระหยดั ได)้ = 37 x 18 x 300 x 3% ทีป่ ระหยัดได้ = 5,994 kWh/ปี คา่ ไฟฟ้าลดลง = 5,994 (kWh/ปี) x 2.5 (บาท/kWh) = 14,985 บาท/ปี 5.7.5 การเลอื กใชอ้ ุปกรณ์ควบคมุ ความเร็วรอบมอเตอร์ (Variable Speed Drive: VSD) เป็นอปุ กรณท์ ใี่ ช้ควบคุมความเรว็ รอบมอเตอร์ใหเ้ หมาะสมกับสภาวะของภาระ เป็นอปุ กรณเ์ พมิ่ ประสิทธิภาพในกระบวนการผลติ ของอตุ สาหกรรมประเภทต่างๆ ทาให้สามารถใชพ้ ลังงานไดอ้ ย่างมี ประสทิ ธภิ าพ และประหยัดพลงั งานไดส้ งู รปู ท่ี 5.59 ตัวอยา่ งการใชง้ านอุปกรณ์ควบคมุ ความเรว็ รอบของมอเตอร์
101 นอกจากนั้นยังสามารถใช้เครือ่ งควบคุมความเร็วรอบเพื่อปรับเปลี่ยนความถีแ่ ละแรงดนั ไฟฟ้ากระแสสลบั (Voltage/frequency control: v/f) สาหรบั มอเตอรไ์ ฟฟา้ เพ่อื ควบคุมความเรว็ รอบให้สัมพันธ์กับความ ต้องการภาระ ของระบบ (Load demand) ไตอ้ กี ดว้ ย ข้อดีของการใช้อุปกรณ์ควบคุมความเร็วรอบมอเตอร์ ■ สามารถปรบั ความเร็วรอบมอเตอรไ์ ต้ ทาให้เลอื กใช้ความเร็วรอบทเ่ี หมาะสมตามความต้องการของ งานแต่ละประเภท ■ มีการควบคุมความเรว็ รอบแบบวง!เด (Closed loop control) ทาใหร้ ะบบมีการทางานท่ีแม่นยา และมี เสถยี รภาพอยู่ตลอดเวลา ■ เปน็ การเพ่ิมคุณภาพของชิน้ งานให้ถูกต้องตามความต้องการ เนื่องจากระบบมีความแมน่ ยามากขน้ึ ทา ให้ชว่ ยลดต้นทุนการผลติ ■ ชว่ ยลดการสกึ หรอของเครื่องจกั รและป้องกันการสูญเสียจากการทางานของมอเตอร์พดั ลมและปั๊ม น้า ■ ลดการกระชากไฟตอนเร่มิ ตน้ ทาใหล้ ดค่าความตอ้ งการกาลงั ไฟฟา้ (Demand) ลงไต้ ■ ประหยดั พลังงาน โดยใชพ้ ลงั งานตามความจาเป็นของภาระ การควบคุมความเรว็ ของมอเตอรต์ ามความตอ้ งการของภาระ เมือ่ ก่อนนนั้ การควบคุมปริมาณการไหลของปั๊มนา้ พัดลมและโบลว์ เวอรม์ กั ทาโดยให้มอเตอร์หมุน ดว้ ย ความเร็วตามปกติแลว้ ควบคมุ ปริมาณการไหลโดยการใช้วาล์ว (Valve) หรอื แดมเปอร์ (Damper) วิธีนีใ้ ช้ อปุ กรณ์ ราคาถูกแตป่ ระสทิ ธิภาพตา่ จึงต้องเสียค่าใช้จ่ายแพงมาก ดังน้ันในปัจจบุ ันจึงได้เปล่ียนมาใช้วิธีการ เปล่ยี นความเรว็ รอบมอเตอร์ (Variable speed drive) ในการควบคุมปริมาณการไหลเพือ่ ประหยดั พลังงาน กาลงั ไฟฟา้ ขาเข้าของปั๊มนา้ และพัดลม ดงั แสดงในรปู ที่ 5.60 รปู ท่ี 5.60 วิธกี ารควบคุมและกาลงั ไฟฟา้ ที่มอเตอรใ์ ช้
102 รูปท่ี 5.61 การเลอื กใชอ้ ปุ กรณค์ วบคุมความเรว็ มอเตอร์ (VSD) ตารางท่ี 5.1 กฎของปม๊ั นา้ ตารางที่ 5.2 กฎของพัดลม
ตัวอยา่ ง โบล์วเวอร์ถูกควบคุมความเรว็ รอบโดยใช้อินเวอรเ์ ตอร์ให้ลดลงเป็น 60% ของความเร็วเตม็ พกิ ัด ถ้าปริมาณอากาศขณะเดนิ เตม็ ท่เี ปน็ 3,000 m3/min ความดนั 100 Pa กาลงั ทเ่ี พลา 50 kw (ประสิทธภิ าพของโบล์วเวอรเ์ ปล่ียนจาก 80% เปน็ 72%) จงคานวณหาความจุอากาศ ความดัน และ กาลงั ท่ีเพลา เมือ่ ลดความเรว็ รอบลง และ ถ้าโรงงานทางาน 16 ชั่วโมง/วนั 300 วัน/ปี จงคานวณผล การประหยดั โดยคดิ ทีอ่ ัตราค่าไฟฟ้าเฉลยี่ 2.5 บาท/kWh วิธีทา จากสมการ Q2 = Q1(N2/N1) แทนค่า P2 = P1(N2/N1)2 L2 = L1(N2/N1)3(1/2) Q2 = 3,00 x 0.6 = 1,800 m3/min P2 = 100 x (0.6)2 = 36 Pa L2 = 50 x (0.6)3 x (80/72) = 12 kW ผลของการประหยดั พลังงาน (50-12) kW = 38 kW ดงั นน้ั โรงงานประหยดั เงินได้ = 38 kW x 16 ชว่ั โมง/วนั x 300 วนั /ปี x 2.5 บาท/kWh = 456,000 บาท/ปี
Search
