pplant

7.9. การจำแนกเครื่องกงั หันไอนำ้ 143จงึ มีแรงดันแนวแกนที่นอยมากกระทำตอใบพดั หมุน ในทางตรงขาม รปู ท่ี 7.6 แสดงใหเหน็ วา p1 มีคามากกวา p2 ในกรณีของขนั้ ทำงานแรงปฏกิ ริ ิยา ถงึ แมวาแรงดนั แนวแกนอาจมีคาไมมากนักในหนึ่งขน้ัทำงาน แตเ ครือ่ งกงั หันไอนำ้ มกั ประกอบดว ยหลายข้ันทำงานซึ่งทำใหแ รงดันแนวแกนรวมมีคา มากได แรงดนั แนวแกนเปนผลเสียตอเครอ่ื งกังหนั เพราะมนั จะดันโรเตอรใหเคลือ่ นที่ออกจากเพลา เครอื่ งกงั หันจงึ ไดรับการออกแบบใหแรงดันแนวแกนมีคานอยที่สุด วิธีหนง่ึ คือ การออกแบบเครอ่ื งกังหันใหไอน้ำความดนั สงู ไหลเขา ตรงกลางและไอนำ้ ความดนั ตำ่ ไหลออกทางดานซา ยและดานขวาดงั แสดงในรปูท่ี 7.16 ถาข้นั ทำงานทางดา นซายเหมือนกบั ขั้นทำงานทางดานขวาและอตั ราการไหลท้ังสองดา นเทากบัแรงดนั แนวแกนจะมีคาเปนศูนย แตถา ข้นั ทำงานทางดานซา ยอาจแตกตา งกับขน้ั ทำงานทางดา นขวาอัตราการไหลท้งั สองดา นอาจไมเทากันเพือ่ ใหแรงดนั แนวแกนที่เกดิ ข้ึนทางดา นซา ยและขวามีคา ใกลเคียงกนั มากที่สุด รปู ท่ี 7.16: เคร่อื งกงั หันไอนำ้ ที่ออกแบบใหล ดแรงดันแนวแกน7.9 การจำแนกเครื่องกงั หันไอนำ้ การออกแบบเครือ่ งกงั หนั ไอนำ้ ในโรงไฟฟา เพอื่ ตอบสนองความตอ งการท่ีหลากหลายทำใหมีความแตกตา งกันของเครอื่ งกังหนั ไอน้ำในขนาด กำลังงาน ประสทิ ธภิ าพและการใชง าน ซ่งึ ส่งิ เหลาน้ใี ชจำแนกเครอื่ งกังหนั ไอนำ้ • เครอ่ื งกงั หนั ที่มีขนาดเล็กและกำลงั งานต่ำอาจมีเพียงสว นเดยี วซ่ึงประกอบดว ยหลายขน้ั ทำงาน พน้ื ที่หนาตัดของข้ันทำงานจะเพิม่ จากขนั้ ทำงานความดันสงู ไปยังขั้นทำงานความดนั ตำ่ เคร่อื ง กงั หันท่ีมีขนาดใหญและกำลงั งานสูงอาจมีสองสวนคือ สวนความดนั สงู (high-pressure sec- tion) ซ่ึงประกอบดว ยขนั้ ทำงานแรงดลเปน สว นใหญและสว นความดนั ต่ำ (low-pressure sec- tion) ซึง่ ประกอบดว ยขั้นทำงานแรงปฏิกริ ยิ าเปนสว นใหญ รปู ท่ี 7.17 เปรยี บเทยี บเครื่องกงั หัน ท้ังสองแบบ เคร่อื งกังหนั ท่ีประกอบดว ยข้นั ทำงานแรงปฏกิ ริ ยิ าจะมีแรงดันแนวแกนมากระทำ ซึ่งนับเปนปญหาสำคญั ที่อาจสรา งความเสยี หายแกเครอื่ งกงั หันได เปน ที่นา สังเกตวา ในเครอื่ ง กงั หันความดนั ตำ่ ในรูปที่ 7.17 มีลกั ษณะสมมาตร ไอนำ้ จะเขา เครอื่ งกงั หนั ที่ก่งึ กลางของเคร่อื ง

144 บทท่ี 7. เคร่อื งกังหันไอนำ้ กงั หนั แลว ขยายตัวออกทางดา นซายและดา นขวาเทา ๆ กัน ลกั ษณะนี้ทำใหแรงดนั แนวแกนท่ี เกิดขนึ้ แตล ะดานกจ็ ะหักลางกันไป รูปที่ 7.17: เครือ่ งกังหนั ไอน้ำแบบสวนเดียวและแบบสองสวน • ในวฏั จักรแรงคนิ ไอน้ำท่ีไหลออกจากเครอ่ื งกังหนั ไอนำ้ จะไหลตอไปยงั เครอ่ื งควบแนน ความ ดนั ไอน้ำทางออกจากเคร่อื งกงั หันไอน้ำจะต่ำกวา ความดนั บรรยากาศเพอื่ เพ่มิ ประสิทธิภาพของ วัฏจกั ร อยา งไรกต็ ามในการผลิตไฟฟารว มกับความรอน เคร่ืองกงั หนั ไอน้ำไมไดปลอยไอนำ้ สู เครื่องควบแนน แตปลอ ยไอน้ำสูกระบวนการอื่นที่ตอ งการไอนำ้ ที่มีความดนั สูงกวาบรรยากาศ เคร่ืองกงั หนั ไอนำ้ ประเภทนเ้ี รียกวาเครอ่ื งกงั หนั ไอน้ำความดันตา น (back-pressure turbine) • การใหความรอนซ้ำเปนวธิ ีเพ่ิมประสทิ ธิภาพของวฏั จกั รแรงคินวธิ ีหนึง่ เคร่ืองกังหนั ไอน้ำท่ีใช ในวฏั จักรแรงคินท่ีมีการใหความรอ นซ้ำจะแบงเปน สองสวนหรอื มากกวาน้นั รูปท่ี 7.18 แสดง กังหันไอนำ้ ที่แบงเปนสามสว น สว นแรกเปน เครอ่ื งกงั หนั ความดันสงู (hp turbine) ทำหนาท่ี รับไอน้ำยวดยิ่งความดันสงู จากเครอ่ื งทำไอนำ้ ยวดย่งิ ในเครือ่ งกำเนดิ ไอน้ำ ไอนำ้ ท่ีออกจาก เคร่อื งกงั หนั นี้จะไหลกลบั ไปเคร่ืองใหความรอนซำ้ ในเครื่องกำเนิดไอน้ำเพอ่ื เพม่ิ อุณหภูมิ สวนท่ี สองเปนเครอ่ื งกังหนั ความดนั ปานกลาง (ip turbine) ทำหนา ที่รบั ไอนำ้ ความดันปานกลางจาก เครื่องใหความรอนซ้ำ สวนท่ีสามเปน เคร่อื งกงั หนั ความดนั ต่ำ (lp turbine) ทำหนาทส่ี ง ไอนำ้ ตอ ไปยังเคร่อื งควบแนน • เครอื่ งกังหันไอน้ำบางเครื่องถูกออกแบบใหสามารถดึงไอนำ้ ออกจากเคร่อื งไดท ่ีบางคา ความดนั ไอนำ้ ที่ออกไปจะไหลเขาเครือ่ งอุน นำ้ ปอนเพอื่ เพ่ิมอณุ หภมู ินำ้ ปอนซงึ่ จะนำไปสูประสทิ ธิภาพท่ี สงู ข้ึนของวฏั จักรแรงคิน รปู ที่ 7.19 แสดงตวั อยางของเครือ่ งกงั หนั ประเภทน้ี ที่จุดดึงไอนำ้ อาจ ตดิ ตง้ั วาลวเพ่ือควบคุมความดนั ไอนำ้ ทีจ่ ะไหลเขาเครือ่ งอนุ นำ้ ปอ นใหมคี า เหมาะสม • เครื่องกงั หนั ไอน้ำในรปู ที่ 7.17 เปน เคร่ืองกังหนั ไอน้ำแบบไหลออกสองทาง (double-flow turbine) เคร่อื งกงั หันไอน้ำแบบน้ีลดแรงดันแนวแกนไดและลดขนาดใบพัดจากการท่ีอัตราการ

7.9. การจำแนกเครื่องกังหันไอนำ้ 145 รูปที่ 7.18: เครื่องกงั หนั ไอน้ำแบบใหค วามรอ นซำ้ รปู ท่ี 7.19: เครอื่ งกังหันไอนำ้ แบบดึงไอน้ำได (extraction turbine) ไหลของไอนำ้ ลดลงครึง่ หนึง่ ในแตล ะทางท่ีไอนำ้ ไหลผาน เคร่อื งกังหนั ไอนำ้ อาจถูกออกแบบ ใหรองรบั อตั ราการไหลท่ีสูงน้ีโดยใหไอน้ำไหลออกจากเคร่อื งกังหันไดมากกวาสองทาง รปู ท่ี 7.20 แสดงเคร่ืองกงั หนั ไอน้ำแบบไหลออกสามทางและสี่ทาง เครอ่ื งกังหนั ไอน้ำอาจมีทางออก มากกวาสีท่ างกไ็ ด• เคร่อื งกังหนั ไอนำ้ ในรูปที่ 7.20 มีสามสว นอยูบนเพลาเดียวกันโดยเพลานี้เปนเพลาของเครือ่ ง กำเนดิ ไฟฟาดวย ความเร็วรอบของทุกสวนเทา กับ 3000 rpm เครื่องกงั หนั ไอน้ำแบบน้ีเรียกวา แบบเพลาเดยี ว (tandem-compound turbine) เคร่ืองกงั หันไอนำ้ อาจมีสองเพลาที่มีความเรว็ รอบตางกนั โดยสวนที่มีความดนั สูงและความดนั ปานกลางหมนุ ดวยความเรว็ รอบ 3000 rpm อยูบนเพลาหน่ึงและตอกบั เครื่องกำเนิดไฟฟา เครือ่ งหนึ่ง สวนที่มีความดันต่ำหมุนดว ยความเรว็ รอบ 1500 rpm อยูบนอีกเพลาหนงึ่ และตอกบั เคร่อื งกำเนดิ ไฟฟาอีกเครอื่ งหนึง่ ดงั แสดงในรปู ท่ี 7.21 เคร่ืองกงั หนั ไอนำ้ แบบน้ีเรยี กวา แบบเพลาคู (cross-compound turbine) การใชเพลาคู ชวยลดความยาวของเพลา ลดขนาดเครื่องกำเนดิ ไฟฟา และเพม่ิ ประสิทธิภาพของเครอื่ งกังหัน

146 บทท่ี 7. เคร่อื งกังหนั ไอน้ำรปู ที่ 7.20: เคร่ืองกงั หนั ไอน้ำแบบไหลออกสามทาง (triple-flow turbine) และเครือ่ งกังหันไอน้ำแบบไหลออกส่ที าง (four-flow turbine) รูปท่ี 7.21: เคร่ืองกังหันไอนำ้ แบบเพลาคู7.10 การควบคุมเคร่ืองกังหนั ความเรว็ ของเครอ่ื งกงั หันจะเปลยี่ นแปลงไปตามภาระกำลงั ของเครอ่ื งถา ปราศจากการควบคุม สตู รการคำนวณกำลงั งานของขน้ั ทำงานแรงปฏกิ ริ ิยา 50% ในสมการ (7.29) แสดงใหเห็นวาในกรณีที่ U มี

7.10. การควบคมุ เครอื่ งกงั หนั 147คามากกวา ความเร็วที่เหมาะสมทีส่ ดุ (Uopt = V1 cos θ1) กำลงั งานของเครื่องกงั หันท่ีลดลงทำใหเครื่องกงั หันหมุนเร็วขน้ึ ถาความเร็วของการหมนุ มีคามากเกินไปกอ็ าจเกดิ ผลเสียตอเครือ่ งได กัฟเวอรเนอร (governor) ทำหนาที่ควบคุมใหความเร็วของเคร่อื งกงั หันคงท่ีเมือ่ ภาระเปล่ยี น โดยการลดอัตราการไหลของไอนำ้ กฟั เวอรเนอรจะตรวจวดั ความเรว็ ของเคร่อื งพรอ มกับเพมิ่ หรอื ลดอตั ราการไหลของไอนำ้ ตามความเหมาะสม รปู ที่ 7.22 แสดงแผนภาพของกัฟเวอรเนอรแบบลูกถว ง (flyballgovernor) เมือ่ ความเรว็ รอบของเพลาเพิม่ ข้นึ ลกู ถวงสองลกู ซงึ่ ตออยูกับปลอกเลอื่ น (sleeve) จะดึงปลอกเล่ือนลงดว ยแรงหนีศูนยกลางและทำใหชองเปด ของวาลวแคบลงและไอนำ้ ไหลผานไดนอยลง ถาตอ งการการควบคุมความเร็วที่แมน ยำมากขึ้นก็ตองใชกัฟเวอรเนอรแบบไฮดรอลกิ ซงึ่ มีเครื่องสบู นำ้ มันกฟั เวอรเนอร (governor oil pump) ทำหนาที่สงนำ้ มนั ความดันสูงไปยงั ปด วาลวควบคุมการไหลของไอน้ำ ความเร็วรอบของเครือ่ งกังหันทเ่ี พ่มิ ขน้ึ จะทำใหค วามดนั ของน้ำมนั เพ่ิมตามและดนั วาลวใหป ดเพ่ือลด อตั ราการไหลของไอนำ้ รูปท่ี 7.22: กัฟเวอรเ นอรแบบลูกถวง นอกจากกฟั เวอรเนอรแลว เครือ่ งกงั หันทุกเครอื่ งจะติดตั้งอุปกรณนิรภัยซ่ึงจะหยดุ การทำงานของเครือ่ งกังหันถา ความเรว็ เกินคาท่ีกำหนด ถา ไมม ีอุปกรณนิรภยั และกำลังของเครอ่ื งกงั หนั ลดลงอยางกระทนั หันจนกัฟเวอรเนอรไมสามารถปดวาลว ไดทัน เครอื่ งกังหันจะหมุนเร็วขึ้นอยางรวดเรว็ จนอาจกอใหเกิดอันตรายได อุปกรณนริ ภัยน้ีจะทำงานโดยการปดวาลวใหสนิทเพือ่ หยุดการไหลของไอน้ำ กลไกการทำงานของตัวหยดุ ความเรว็ เกินจะไมข้ึนกบั กฟั เวอรเนอร ดังน้ันมนั จะทำงานแมวากัฟเวอรเนอรจะใชการไมไดแลว โดยทวั่ ไปอปุ กรณนิรภยั จะทำงานเมอ่ื ความเร็วของเครอื่ งกังหันมากกวา ความเรว็ที่กำหนดไว 10% ตวั อยา งเชน ถากำหนดใหความเรว็ เทากับ 3000 rpm อปุ กรณนิรภยั จะทำงานเมอ่ืความเร็วเทา กบั 3300 rpm นอกจากน้ีอุปกรณนริ ภัยยงั อาจทำงานในกรณีอน่ื ๆ เชน ระบบหลอลนื่ ลมเหลว เคร่อื งกังหันเสียสมดลุ ทางสถิตศาสตรหรอื พลศาสตร และระบบหลอเยน็ ของเครือ่ งควบแนนลมเหลว

148 บทท่ี 7. เคร่ืองกังหนั ไอน้ำคำถามทา ยบท 1. ทำไมเครื่องกังหันไอน้ำทพี่ บในโรงไฟฟาจงึ เปนแบบไหลตามแนวแกน 2. เขียนโพรไฟลความเรว็ และความดนั ไอน้ำทีไ่ หลผานขน้ั ทำงานแรงดล 3. อะไรคอื ขอ เสียทีส่ ำคญั ของขน้ั ทำงานแรงดลความเร็วผสม 4. ใบพดั หมุนของขนั้ ทำงานแรงดลแตกตางกบั ใบพัดหมนุ ของข้นั ทำงานแรงปฏิกริ ิยา 50% อยางไร 5. หัวฉีดทำหนาทีอ่ ะไรในเคร่ืองกงั หันไอนำ้ 6. เขยี นสามเหลีย่ มความเรว็ ทางเขา และออกจากโรเตอรของกงั หันแรงปฏกิ ิริยา 50% ท่ีมีความเร็ว ใบพัดท่เี หมาะสมที่สดุ สมมตุ วิ า ใบพดั ไมมคี วามเสยี ดทาน 7. สำหรบั ขน้ั ทำงานแรงดลความเร็วผสมที่มีสองข้นั ทำงาน ความเร็วใบพัดท่ีเหมาะสมทส่ี ดุ มีคา เทา ไรถา ไอนำ้ มีความเร็ว V1 และมุมหัวฉีดคอื θ1 8. ทำไมใบพัดของกังหันแรงปฏกิ ิริยาจงึ มลี กั ษณะบิดตวั 9. ระบุสาเหตุการสญู เสยี พลังงานในเครื่องกังหนั ไอน้ำมาสามประการ 10. ทำไมเครอ่ื งกงั หันไอน้ำจงึ มปี ระสทิ ธิภาพสงู ขึ้นถามจี ำนวนขั้นทำงานมากขนึ้ 11. ทำไมเครือ่ งกังหนั ไอน้ำความดันต่ำที่ประกอบดว ยขนั้ ทำงานแรงปฏิกริ ิยาจึงมีลักษณะสมมาตร กลา วคือ ไอนำ้ จะเขาเครือ่ งกงั หันท่ีกึ่งกลางของเคร่ืองกังหันแลว ขยายตวั ออกทางดา นซา ยและ ดานขวาเทา ๆ กนั 12. เครื่องกงั หนั ความดนั ตานมลี กั ษณะเฉพาะอยางไร 13. เครือ่ งกงั หนั ไอนำ้ แบบเพลาคมู ขี อ ไดเปรี่ยบอะไรเมอ่ื เทยี บกบั เครอ่ื งกงั หนั ไอนำ้ แบบเพลาเดยี ว 14. อปุ กรณท ่ที ำหนา ทีค่ วบคุมความเรว็ รอบของเครอ่ื งกังหนั ไอนำ้ เรียกวาอะไร 15. ไอน้ำทมี่ เี อนทัลป 3100 kJ/kg ไหลเขา หวั ฉีดดว ยความเรว็ ท่ีนอ ยมาก ไอน้ำที่ไหลออกมีเอนทัลป 3000 kJ/kg อยากทราบวา ไอน้ำทีไ่ หลออกมีความเร็วเทา ไร 16. โรเตอรของเครื่องกงั หนั ไอน้ำขนั้ ทำงานเดยี วมีความยาวเสนผา ศนู ยกลางเฉลี่ย 500 mm และ หมุนดว ยความเรว็ รอบ 3600 rpm จงคำนวณหาความเร็วของใบพัดหมนุ 17. ไอนำ้ ออกจากหัวฉดี เขา หาใบพัดหมุนดวยความเรว็ 900 m/s โดยมมุ ของหวั ฉดี เทากับ 20◦ ถา ความเรว็ ของใบพดั หมุนคือ 300 m/s จงคำนวณหามมุ เขา ของใบพดั หมนุ

7.10. การควบคุมเคร่ืองกังหนั 14918. ไอน้ำมีเอนทัลปลดลง 150 kJ/kg จากการไหลผา นกงั หันไอน้ำซง่ึ ประกอบดวยขั้นทำงานแรง ดลแบบความดันผสมสองขัน้ ทำงาน จงหากำลงั งานสงู สดุ ท่ีผลติ โดยกงั หนั ไอนำ้ ถา อตั ราการไหล ของไอนำ้ เทา กบั 5 kg/s และมมุ ของหัวฉดี เทากบั 20◦19. ถาความเรว็ สมั บูรณของไอนำ้ ทำมุม 19◦ กบั แถวของใบพัดหมนุ ในขั้นทำงานแรงดล จงหา ประสิทธภิ าพใบพัดสูงสดุ ของใบพดั หมนุ น้ี20. ถามุมหวั ฉดี ของข้ันทำงานแรงปฏกิ ิรยิ า 50% คอื 15◦ อยากทราบวาประสทิ ธิภาพใบพดั ของข้นั ทำงานนีม้ คี า สงู สุดเทา ไร

150 บทที่ 7. เครื่องกงั หันไอนำ้

บทที่ 8ระบบน้ำปอ นและนำ้ หลอ เย็น8.1 อปุ กรณหลกั ในระบบนำ้ ปอนและนำ้ หลอ เย็น ระบบนำ้ ปอ นคอื ระบบท่ีเกี่ยวขอ งกบั สำหรบั การผลิตนำ้ ปอ นสำหรบั เครื่องกำเนดิ ไอน้ำ อปุ กรณสำคัญในระบบไดแ กเคร่ืองควบแนนซง่ึ ทำหนาท่ีควบแนนไอน้ำจากเคร่ืองกงั หันทำใหไดน้ำปอนกลบั เขาสูระบบและเครื่องอุนนำ้ ปอนซงึ่ ทำหนาที่เพ่ิมอณุ หภมู ิใหน้ำปอ นกอ นเขาเคร่ืองกำเนดิ ไอน้ำ ระบบน้ำหลอเยน็ คอื ระบบที่จายน้ำท่ีมีอุณหภูมิต่ำเพือ่ ระบายความรอนออกจากเคร่อื งควบแนน อุปกรณสำคญัในระบบคอื หอหลอเย็น (cooling tower) นอกจากนี้ยงั มีระบบท่ีเกยี่ วขอ งคอื ระบบปรบั สภาพนำ้ ซึง่ทำหนาที่แปรสภาพนำ้ ดิบจากแหลงน้ำธรรมชาติใหม ีคุณสมบตั เิ หมาะสมเปนนำ้ ปอนและนำ้ หลอ เยน็ รูปท่ี 8.1 แสดงการไหลเวยี นของน้ำปอ นและน้ำหลอ เยน็ จะเหน็ วา มีการสญู เสยี นำ้ ปอ นท่ีเคร่อื งกำเนิดไอนำ้ และน้ำหลอ เย็นที่หอหลอ เย็น ถาไมม ีการชดเชยน้ำปอนและน้ำหลอ เย็นโดยระบบระบบปรบั สภาพน้ำ ปริมาณนำ้ ท่ไี หลเวยี นในระบบจะลดลง8.2 เครอ่ื งควบแนน เคร่ืองควบแนนอาจติดตง้ั ดา นลางของหรือดา นขางของเคร่ืองกังหนั ไอนำ้ และอาจมจี ำนวนมากกวาหน่งึ เครอ่ื ง ถงึ แมว าเครอื่ งควบแนนอาจใชอากาศระบายความรอนจากไอนำ้ แตเครอื่ งควบแนน ในโรงไฟฟานิยมใชน้ำระบายความรอนเนื่องจากน้ำระบายความรอ นไดดีกวาอากาศหลายเทา เครื่องควบแนนเปนอปุ กรณแลกเปล่ยี นความรอนแบบเปลอื กและทอ (shell-and-tube heat exchanger) ที่มีรปู รา งคลา ยกลองสเ่ี หลย่ี มขนาดใหญและมีจำนวนทอนับหมืน่ ทอ นำ้ หลอ เยน็ จะไหลภายในทอและไอน้ำจะควบแนนนอกทอ การจัดเรยี งตัวของทอมักเปน แบบน้ำหลอเย็นไหลผานคร้งั เดยี ว (one-pass) หรือสองครง้ั (two-pass) รูปที่ 8.2 แสดงเครือ่ งควบแนนแบบแรกน้ำหลอเยน็ เขา ท่ีดานหนึง่ ผา นกลุมทอตรง แลวออกที่อีกดานหน่งึ แตในแบบหลังน้ำหลอ เย็นเขา และออกดา นเดยี วกันและกลุม ทอท่ีใชมีลักษณะคลายตัว U ถึงแมว า เครื่องควบแนนสามารถถูกออกแบบใหนำ้ ไหลผานไดถึงสี่ครัง้ (four-pass) แตก็ไมคมุ คาจงึ ไมเปน ท่ีนยิ ม รูปที่ 8.3 แสดงโพรไฟลอุณหภูมิในเคร่ืองควบแนน ท่ีมีการไหลผา นของนำ้ หลอเย็นเพยี งคร้งั เดียว

152 บทท่ี 8. ระบบน้ำปอ นและนำ้ หลอเย็น รูปที่ 8.1: การไหลเวยี นของนำ้ ปอนและนำ้ หลอ เย็น รูปท่ี 8.2: เครอื่ งควบแนน แบบนำ้ หลอ เย็นไหลผา นครั้งเดยี วนำ้ หลอ เยน็ จะมีอณุ หภมู ิเพ่มิ ขึ้นอยางตอเนอ่ื งจากทางเขาเครื่องไปทางออก ในขณะที่อุณหภมู ิของไอน้ำที่ควบแนน จะคงที่ การออกแบบเครอื่ งควบแนน ตองอาศัยการวิเคราะหการถา ยเทความรอนเพอื่ หาจำนวนทอและพน้ื ท่ีผิวทั้งหมดของเครื่องควบแนน ที่ตอ งใชควบแนน ไอน้ำที่มาจากเครอื่ งกังหนั ไอนำ้

8.2. เครอื่ งควบแนน 153สมการทใี่ ชว ิเคราะหคือ Q = U A∆Tlm (8.1) (8.2) ITD − TTD ∆Tlm = ln(ITD/TTD)โดยที่ ITD คอื ผลตางระหวา งอุณหภมู ิไอนำ้ อ่มิ ตวั กับอณุ หภมู ินำ้ หลอ เย็นเขา TTD คือผลตางระหวา งอุณหภมู ิไอน้ำอ่ิมตัวกบั อุณหภมู ิน้ำหลอ เยน็ ออก U คอื สมั ประสทิ ธิ์การถายเทความรอ นรวมและ A คอืพ้ืนที่การถายเทความรอนซง่ึ ก็คือพื้นที่ผวิ ของทอ สมการ (8.1) แสดงใหเห็นวา อุณหภูมินำ้ หลอเยน็ เปนปจจัยที่มผี ลตอขนาดของเคร่ืองควบแนน ถาอณุ หภูมิน้ีสูงขน้ึ คา ITD และ TTD จะลดลงและทำใหพ ื้นที่การแลกเปลี่ยนความรอ นตอ งเพ่ิมข้ึนเพอื่ ให Q มีคา คงที่ ซง่ึ หมายถึงราคาของเครอื่ งควบแนน ท่ีตอ งเพิม่ข้นึ ตาม รูปที่ 8.3: โพรไฟลอ ุณหภมู ใิ นเครือ่ งควบแนนผวิ สมั ผสั รปู ที่ 8.1 แสดงใหเหน็ วา นำ้ หลอเย็นมีที่มาจากน้ำดิบซง่ึ อาจมีสารแปลกปลอมปะปนอยูดว ย ดังนั้นทอ ไมควรมีขนาดเล็กเกนิ ไปเพราะอาจทำใหเกดิ ปญหาการอดุ ตันได น้ำดิบอาจเปน ไดทง้ั น้ำจดื จากแมน้ำหรอื นำ้ เคม็ จากทะเล วสั ดุที่ใชทำทอขนึ้ อยูกบั นำ้ ที่ใชหลอ เยน็ ในกรณีท่ีเปน นำ้ จดื วสั ดุท่ีใชไดแก ทองแดงแอดมิรัลตี (admilralty copper) เหล็กกลาไรสนิมเบอร 304 (304 stainless steel) วสั ดุอยา งหลงั มีราคาถกู ตา นทานการกัดกรอ นในน้ำจืดไดดี ทนทานตอ ปฏิกิริยาของแอมโมเนยี และซัลไฟดและไมกอ ใหเกิดไอออนในนำ้ ปอ นเหมือนทองแดง แตก็มีขอเสียคอื มีคาการนำความรอนตำ่ และความตา นทานตอปฏิกริ ยิ าของคลอไรดและการฟาวลง่ิ (fouling) จากสารอินทรยี ตำ่ ในกรณีที่น้ำหลอเย็นเปนนำ้ ทะเลหรือนำ้ กรอ ย การเลอื กวัสดุสำหรับทอตอ งพิจารณาชนิดและปรมิ าณของสารเจอื ปนในน้ำรวมทั้งทรายและตะกอนทีม่ ากับนำ้ ซ่ึงวสั ดุที่ใชอาจเปน โลหะผสม 90-10 ทองแดงนกิ เกิล เหลก็ กลาไรสนมิหรอื ไททาเนยี ม สมรรถนะของเคร่ืองควบแนน ที่ลดลงจะสง ผลลบตอประสทิ ธิภาพของวฏั จกั รแรงคนิ ดงั นนั้ เครือ่ งควบแนน เปน อปุ กรณท่ีตองไดรบั การบำรุงรกั ษาเปน อยางดี ปญ หาหลกั ท่ีอาจเกิดข้นึ ในการใชงาน

154 บทที่ 8. ระบบนำ้ ปอ นและน้ำหลอ เย็นเครอ่ื งควบแนน มี 4 ประการไดแ ก การเกดิ ฟาวล่งิ การกัดกรอนทอ การรว่ั ไหลเขาของนำ้ หลอเยน็ มาปะปนกับไอนำ้ และการรัว่ ไหลเขาของอากาศ • การเกดิ ฟาวลง่ิ หมายถึง การท่ีมีคราบตะกรนั หรอื สารอน่ื มาเกาะติดพ้นื ผิวดานในของทอ คราบ เหลา น้ีนำความรอนไมดีเมือ่ เทียบกับโลหะท่ีเปน วัสดุทอ ดังน้นั ฟาวลง่ิ จึงทำใหคาสมั ประสทิ ธิ์ การถายเทความรอ นรวมของเครอื่ งควบแนนลดลง ฟาวล่งิ เปนส่ิงท่ีปอ งกนั ไมใหเกิดไดคอนขา ง ยากเพราะน้ำหลอเย็นมาจากแหลง น้ำธรรมชาติซึ่งมีสารแปลกปลอมปะปนอยูไมมากก็นอ ย การ เตมิ สารเคมีในน้ำหลอเย็นชวยลดการสะสมของสารอนิ ทรียบนผวิ ทอ ได แตวิธีแกปญ หาฟาวลงิ่ ท่ีนิยมใชในโรงไฟฟา คอื การทำความสะอาดเครื่องควบแนน โดยสูบนำ้ ใหไหลยอนกลบั รูปที่ 8.4 แสดงทิศทางการไหลของน้ำในสภาวะเดินเคร่ืองควบแนนตามปกติและสภาวะทำความสะอาด เคร่ืองควบแนน น้ำท่ีใชกำจดั คราบสิง่ แปลกปลอมภายในทอ ของเครอ่ื งควบแนน จะมีลกู บอลทำ ดวยฟองนำ้ ลกู เลก็ ๆ จำนวนมาก ลูกบอลเหลานี้จะขดู ผวิ ในของทอ เมื่อไหลผานทอพรอมกับ ชะลา งสงิ่ สกปรกออกไป รปู ที่ 8.4: วงจรการไหลของเคร่อื งควบแนน ในสองสภาวะ • การกัดกรอ นทอ เกดิ จากทราย กอ นกรวด และสิง่ แปลกปลอมในนำ้ หลอ เยน็ ที่เคล่อื นท่ีดว ย ความเรว็ สูงมาปะทะกับทอ ของเครอื่ งควบแนน ถึงแมวา ความเร็วของนำ้ หลอเยน็ ท่ีเพ่ิมขน้ึ จะ ทำใหสมั ประสิทธิ์การถายเทความรอนเพิ่มขนึ้ และสง ผลใหเครอ่ื งควบแนนมีสมรรถนะดีขึน้ และ ชว ยชะลางคราบตะกรันที่เกาะผิวทอ แตก็ทำใหเคร่ืองสบู ทำงานหนกั ขึ้นและเพ่ิมการกัดกรอน ซ่ึงอาจทำใหอายุการใชงานของทอลดลง ดังน้นั ความเรว็ ของนำ้ จึงถูกจำกดั ใหอยูระหวา ง 1.8 ถึง 3 m/s โดยข้นึ อยูก ับวัสดทุ ใี่ ชทำทอ • การรวั่ ไหลเขา ของน้ำหลอ เย็นมาปะปนกบั ไอน้ำมีสาเหตุการท่ีความดนั ของนำ้ หลอเย็นซง่ึ ไหล ในทอสูงกวาความดันไอนำ้ นอกทอ การกัดกรอนและการส่ันสะเทือนเปน เวลานานอาจทำใหเกิด

8.3. เครอื่ งอุน นำ้ ปอน 155รอยแตกรา วในทอได น้ำหลอเย็นอาจจะซึมผานรอยแตกราวไปปะปนกับไอน้ำ ไอนำ้ ตองความบริสุทธ์ิสงู เพราะมันจะกลายเปน นำ้ ปอนหลงั จากการควบแนน เนอ่ื งจากมีเกลือแรละลายในน้ำหลอเย็นการปะปนระหวางไอน้ำกบั นำ้ หลอเยน็ จะนำไปสูน้ำปอ นที่ดอยคณุ ภาพ การแกปญหาน้ีท่ีดีที่สุดคือ การตรวจสอบหารอยแตกและรอยรา วในทอเพ่ือซอมแซมใหหมดไป แตการตรวจสอบเครอ่ื งควบแนน ที่มีทอหลายพนั ทอ เปนงานท่ีหนกั วิธีตรวจสอบมีหลายวิธีเชน วัดคาการนำไฟฟาของนำ้ ปอนและเปรยี บเทยี บกบั คา ปกติ ถา มีน้ำหลอเยน็ ปะปนกับน้ำปอนคา การนำไฟฟาจะเพมิ่ ขึน้ เพราะเกลือแรที่ละลายในน้ำหลอ เย็นแตกตัวเปนไอออนซง่ึ นำไฟฟาไดดกี วานำ้ บรสิ ุทธิ์• การรวั่ ไหลเขา ของอากาศเกดิ จากการที่ความดันของไอน้ำในเครือ่ งควบแนนต่ำกวา ความดนั บรรยากาศ อากาศท่ีไหลเขา เคร่อื งควบแนน จะลอ มรอบทอ สภาพฉนวนความรอ นของอากาศ ทำใหการถา ยเทความรอ นจากไอนำ้ สูนำ้ หลอ เย็นลดลง ผลที่ตามมาคือไอนำ้ ควบแนน ที่อณุ หภูมิ สงู ขึน้ และความดนั ไอน้ำก็สงู ข้นึ ตามไปดวยซึ่งทำใหงานที่ไดจากเครื่องกงั หนั ไอนำ้ ลดลง การ ออกแบบเครื่องควบแนนเพอื่ ปองกันการรว่ั ไหลเขาของอากาศไมอาจรับประกนั วา จะไมม ีการ ร่ัวไหลเขา ของอากาศตลอดอายุการใชงานของเคร่ืองควบแนน เนอ่ื งจากอากาศอาจเลด็ ลอดผาน รอยตอ หรือรอยรา วท่ีอาจขน้ึ ไดตลอดเวลา ดงั น้ันการสบู อากาศออกจงึ เปน ส่ิงที่จำเปน อุปกรณ ที่ใชส บู อากาศออกคือ เครอื่ งสบู สญุ ญากาศ (vacuum pump) และอีเจ็กเตอร (ejector)8.3 เครอื่ งอนุ น้ำปอน เคร่อื งอุน นำ้ ปอ นทำหนา ที่เพิ่มอุณหภูมิน้ำปอ นกอ นเขาเครื่องประหยดั เช้ือเพลิงโดยใชไอน้ำที่ดึงมาจากเครอ่ื งกงั หันไอน้ำ เครอื่ งอนุ น้ำปอ นชว ยเพมิ่ ประสทิ ธิภาพใหวฏั จักรแรงคิน จงึ เปน ส่งิ จำเปนในโรงไฟฟา พลงความรอ น เครอื่ งอุนนำ้ แบง เปนเครื่องอุนนำ้ ปอ นแบบปดและแบบเปด8.3.1 เคร่ืองอนุ นำ้ ปอนแบบเปด เคร่อื งอนุ น้ำปอ นแบบเปด ผสมน้ำปอนกับไอน้ำจากเครอ่ื งกงั หันซ่งึ ทำใหนำ้ ปอ นที่ไหลออกมีอณุ ห-ภมู ิเพิ่มถงึ อุณหภูมิน้ำอม่ิ ตัว นอกจากนี้การที่ความสามารถละลายน้ำของกาซลดลงตามอณุ หภมู ิท่ีเพมิ่ขนี้ ทำใหเครือ่ งอนุ นำ้ ปอนแบบเปด ทำหนา ท่เี ปนเครือ่ งกำจดั กาซ (deaerator) อณุ หภมู ิของน้ำปอนที่สูงทำใหกา ซท่ีละลายในน้ำปอ นอนั ไดแก O2 และ CO2 ระเหยออกไป ความสามารถกำจัดกา ซของเครือ่ งอุนนำ้ ปอ นแบบเปด วดั จากปริมาณ O2 และ CO2 ในน้ำปอ นที่ไหลออกจากเครือ่ ง รูปที่ 8.5 แสดงสว นประกอบสำคัญสามสวนของเครือ่ งอุน น้ำปอ นแบบเปดสามสว นคอื ฮีตเตอร(heater) เคร่อื งควบแนนชองระบาย (vent condenser) และถังเก็บนำ้ ปอ น (storage tank) นำ้ จากเครื่องควบแนน และไอนำ้ จากเคร่ืองกงั หนั จะมาผสมกันท่ีสว นใหความรอ น ทำใหไดน้ำปอ นอุณหภูมิสงูการระเหยของกา ซจะมากหรอื นอ ยขน้ึ อยูกับอณุ หภูมิของน้ำปอ น ถาน้ำปอนมีอณุ หภมู ิถึงจุดเดอื ด กาซจะระเหยไปหมด สำหรบั วิธีการผสมน้ำปอ นกับไอนำ้ ท่ใี ชก นั มีสองวธิ ี วิธแี รกพน นำ้ ปอนเปนสเปรยเ ขา ไปผสมกับไอน้ำ วิธีที่สองปลอยใหน้ำปอนไหลลงบนถาด (trays) ที่วางเรียงกนั หลายชน้ั โดยไหลสวนทางกบั ไอน้ำทไ่ี หลขนึ้

156 บทที่ 8. ระบบนำ้ ปอนและน้ำหลอ เยน็ รูปที่ 8.5: เครือ่ งอุน น้ำปอนแบบเปด ดา นบนของสว นใหความรอนมีชองระบายกา ซ แตจะมีไอน้ำลอยปะปนออกจากชองน้ีไปดวย เพอ่ืปอ งกนั การสูญเสยี ไอน้ำ เครอื่ งควบแนน ชอ งระบายจงึ ถูกใชควบแนน ไอนำ้ โดยแลกเปล่ียนความรอ นกบัน้ำปอน ลกั ษณะของเครือ่ งอาจเปน อุปกรณแลกเปลยี่ นความรอนแบบเปลอื กและทอ วางอยูบนสวนใหความรอ น นำ้ ปอนจากการผสมกบั ไอน้ำและไอน้ำท่ีเหลอื จะไหลลงสูดา นลางของสวนใหความรอ น กอ นเขาสูสว นเก็บนำ้ ปอน เครื่องอุน น้ำปอ นขนาดเลก็ อาจบรรจุสว นเกบ็ นำ้ ปอ นเปน สว นหนงึ่ ของสวนใหความรอน แตเครือ่ งขนาดใหญท้งั สองสวนจะแยกจากกนั โดยใหสวนใหความรอนวางอยูบนสว นเก็บนำ้ ปอ นเพื่อที่วา แรงโนมถว งโลกจะทำใหน ้ำปอนไหลจากสว นใหค วามรอนไปสวนเกบ็ น้ำปอ นเอง8.3.2 เครื่องอุนน้ำปอ นแบบปด เครอื่ งอนุ น้ำปอนแบบปดเปน อปุ กรณแลกเปลยี่ นความรอนชนดิ เปลือกและทอไอน้ำจากเครอ่ื งกงั หันจะไหลนอกทอ และจะควบแนนภายนอกทอ สว นนำ้ ปอ นจะไหลในทอ เครื่องอนุ นำ้ ปอนแบบปดอาจแบง เปน เครอื่ งอนุ ความดนั ตำ่ (LP heater) และเครื่องอนุ ความดันสูง (HP heater) ไอนำ้ ที่ไหลเขาเครอื่ งอุนความดนั สงู เปน ไอนำ้ ยวดยงิ่ เครอ่ื งอุนความดนั สูงจงึ ประกอบดว ยสามสว นคอื เคร่อื งลดความยวดย่ิงของไอนำ้ (desuperheater) เครอ่ื งควบแนน (condensing section) และเครอ่ื งลดอุณหภมู ินำ้ระบาย (drain cooler) ในกรณีของเครือ่ งอนุ ความดนั ต่ำไอนำ้ ที่ไหลเขา เปน ไอน้ำใกลเคียงกบั ไอนำ้ อิ่มตวั ดงั น้ันเครื่องอุน ความดนั ตำ่ จงึ ประกอบดว ยเครอื่ งควบแนน และเครอ่ื งลดอณุ หภมู นิ ้ำระบายเทา นน้ั รปู ที่ 8.6 แสดงเคร่ืองอุนน้ำปอ นแบบปดท่ีมีทั้งสามสวนแยกออกจากกันอยา งชัดเจน น้ำปอนไหลตามทอ ไปเครื่องลดอุณหภูมิน้ำระบาย เครอื่ งควบแนนและเคร่อื งลดความยวดยิ่งของไอนำ้ ตามลำดับในขณะท่ีไอนำ้ จะไหลสวนทางกับน้ำปอ น ภายในเครอ่ื งอุนนำ้ ปอนติดตงั้ แผน ก้นั เพ่อื ใหไอน้ำไหลผา นทอหลายครั้งและเพ่มิ ประสทิ ธิภาพการถา ยเทความรอ นระหวา งไอน้ำกบั นำ้ ปอ น ไอน้ำยวดย่งิ ท่ีไหลเขาเคร่อื งลดความยวดยิ่งของไอนำ้ จะกลายเปน ไอนำ้ อ่มิ ตวั และไหลออกทางชองเปดเขา สูเคร่อื งควบแนน

8.3. เคร่ืองอุนน้ำปอน 157ไอน้ำอ่ิมตัวจะควบแนน บนผวิ ทอที่มีนำ้ ปอ นไหลอยูภายใน นำ้ ที่ควบแนน จะตกสูดา นลา งของเครอ่ื งอนุนำ้ ปอ นและไหลเขา เคร่ืองลดอณุ หภูมิน้ำระบายทางชอ งเปด ท่ีอยูระหวางเคร่ืองควบแนน และเครื่องลดอณุ หภูมนิ ้ำระบาย รูปท่ี 8.7 แสดงโพรไฟลอณุ หภมู ิของไอนำ้ และนำ้ ปอนในเคร่อื งอนุ น้ำปอ นแบบปด รปู ที่ 8.6: เครอ่ื งอุน น้ำปอนแบบปด รูปท่ี 8.7: โพรไฟลอ ุณหภมู ใิ นเคร่ืองอุนนำ้ ปอนแบบปด เครือ่ งอุนนำ้ ปอ นแบบปดอาจจะวางต้ังหรอื วางนอน โรงไฟฟา สวนมากจะวางเครื่องอนุ น้ำปอ นในแนวนอน แตการวางต้ังจะประหยัดพ้นื ที่ซึง่ เหมาะกบั โรงไฟฟาขนาดเล็ก เครอ่ื งที่วางนอนจะวางในหองเครื่องกังหนั อยา งไรก็ตามการวางต้ังทำใหบางสวนของทอจมน้ำและไมสามารถชว ยแลกเปลย่ี นความรอ นระหวา งไอน้ำกับนำ้ ปอ นได

158 บทที่ 8. ระบบนำ้ ปอ นและน้ำหลอ เยน็8.3.3 การเลือกใชเคร่อื งอุน นำ้ ปอน การเพ่มิ จำนวนของเครื่องอุนน้ำปอนจะสงผลใหประสทิ ธิภาพของวฏั จกั รเพ่มิ ตามไปดวย อยา งไรกต็ ามถึงแมวาเคร่อื งอุน นำ้ ปอนเคร่ืองแรกจะเพมิ่ ประสทิ ธิภาพมาก แตเครือ่ งตอ มาจะเพม่ิ ประสิทธภิ าพนอ ยลงเรื่อย ๆ ดงั นัน้ การเพ่มิ เครือ่ งอนุ น้ำปอ นจึงควรยตุ ลิ งเมอ่ื พบวา ผลประโยชนท่ไี ดจ ากประสิทธิภาพที่เพม่ิ ขนึ้ ไมคุมกบั คา ใชจายท่ีเพิ่มขน้ึ จากการติดตัง้ เครอื่ งอุน น้ำปอนดว ย จำนวนเครอ่ื งอนุ นำ้ ปอ นในโรงไฟฟาพลงั ความรอนขึ้นกับกำลังการผลติ ตารางที่ 8.1 แสดงใหเหน็ วาโดยทว่ั ไปโรงไฟฟา ขนาดไมเกนิ200 MW มีเคร่อื งอนุ นำ้ ปอ น 3 ถึง 8 เครอ่ื ง จำนวนเครือ่ งอุนน้ำปอนจะเพ่ิมขนึ้ กวา น้ีถาโรงไฟฟา มีใหญกวา 200 MWตารางที่ 8.1: จำนวนเคร่อื งอุนน้ำปอนในโรงไฟฟาพลงั ความรอ นกำลงั การผลิต (MW) จำนวนเครื่องอุนนำ้ ปอ น0 ถึง 50 3 ถงึ 550 ถึง 100 5 หรอื 6100 ถงึ 200 5 ถึง 7มากกวา 200 6 ถงึ 8 เครื่องอุนนำ้ ปอนแบบเปดมีขนาดใหญและน้ำหนกั มาก อกี ท้ังตอ งการเคร่อื งสบู นำ้ ขนาดใหญสำหรับเครื่องอุนน้ำปอนแบบเปดแตล ะเรอื่ ง การเลอื กใหเครื่องอุนนำ้ ปอ นในโรงไฟฟา เปน เคร่ืองอนุน้ำปอนแบบเปด ทง้ั หมดจึงมีคา ใชจายที่สงู เกินไปและไมเปนที่นิยม เครื่องอุนน้ำปอนแบบปดมีขนาดเลก็ ควบคมุ งาย และสามารถใชเครื่องสบู รวมกนั ได เครื่องอนุ นำ้ ปอนสวนใหญในโรงไฟฟาจึงเปนแบบปด อยางไรก็ตามอบา งนอยหน่งึ ในจำนวนเครอื่ งอุนนำ้ ปอ นจะเปน แบบเปด เน่ืองจากมันสามารถใชเปนเคร่อื งกำจดั กา ซในน้ำปอนได เครือ่ งกำจัดกาซจะถกู วางที่ความดันก่งึ กลางระหวา งความดันสูงสดุ และต่ำสดุ ในวฏั จกั รแรงคนิ เครอ่ื งอุนนำ้ ปอ นแบบปดที่มีความดันสงู กวา น้ีเรยี กวาเครื่องอุนความดนั สงูเครื่องอุนน้ำปอ นแบบปด ทม่ี คี วามดันตำ่ กวา นี้เรยี กวาเคร่อื งอนุ ความดันต่ำ8.4 หอหลอเย็น วฏั จกั รแรงคินจำเปนตอ งมีการถายเทความรอนออกจากวฏั จักรดว ยสารหลอ เย็น ซ่ึงสารหลอ เย็นท่ีใชกันทัว่ ไปก็คือน้ำ ในระบบท่ีงา ยทีส่ ุดนำ้ เย็นจากแหลงนำ้ ธรรมชาติจะไหลเขา ไปรบั ความรอนจากไอนำ้ ควบแนน ในเครือ่ งควบแนน และกลายเปนน้ำรอนท่ีถูกปลอ ยออกสูแหลง นำ้ ธรรมชาติ ระบบนี้เรียกวา ระบบไหลผา น (once-through system) ถึงแมวา เปนระบบที่คาใชจายตำ่ แตก็ทำใหมลภาวะทางความรอน (thermal pollution) ตอ แหลงน้ำได ดังนน้ั โรงไฟฟา สมัยใหมจงึ หลกี เลย่ี งระบบน้ีและหนั มาใชระบบปด (closed-loop system) ในระบบปดนำ้ หลอ เย็นท่ีผา นเครอื่ งควบแนนและมีอณุ หภมู ิสงู ข้ึนจะถกู สง ไปหอหลอ เยน็ (cooling tower) เพือ่ ระบายความรอ นออก กอนไหลเขาเคร่ืองควบแนน อกี คร้ัง

8.4. หอหลอ เย็น 159ระบบปด สง ผลเสียตอ สิ่งแวดลอ มนอยกวา ระบบไหลผานมาก อยางไรกต็ ามระบบปด อาจยังตอ งการนำ้จากแหลง นำ้ ธรรมชาติ เพือ่ ชดเชยการสญู เสียน้ำ หอหลอ เยน็ แบง ออกไดเปน 2 ประเภทคือหอหลอ เยน็เปย ก (wet cooling tower) และหอหลอ เย็นแหง (dry cooling tower)8.4.1 หอหลอเยน็ เปยก หอหลอเยน็ เปย กระบายความรอ นสูสิ่งแวดลอ มโดยอาศยั การสมั ผัสกันระหวา งอากาศกบั นำ้ ท่ีไหลสวนทางกนั ซง่ึ ทำใหน้ำบางสว นระเหยเปนไอและสญู เสียความรอนแฝงของการกลายเปน ไอใหอากาศท่ีถกู ระบายสูสง่ิ แวดลอม นำ้ สวนท่ีเหลอื จึงมีอุณหภูมิลดลง สมรรถนะของหอหลอเย็นถกู กำหนดโดยอุณหภูมิแอปโพรช (approach) และอณุ หภูมิพิสัย (range) อุณหภูมิแอปโพรชคือ ผลตา งระหวางอณุ หภมู ิกระเปาะเปยก (wet-bulb temperature) ของอากาศแวดลอ มกบั อณุ หภมู ินำ้ เย็นที่ไหลออกจากหอ สว นอุณหภมู ิพิสัยคอื ผลตางระหวา งอุณหภูมิน้ำที่ไหลเขา และไหลออกจากหอ สมรรถนะของหอหลอเย็นเปย กขึ้นกบั อณุ หภูมิกระเปาะเปยก พืน้ ผวิ ที่อากาศสัมผัสกับนำ้ เวลาท่ีอากาศสัมผสั กบั น้ำอตั ราการไหลของนำ้ และอัตราการไหลของอากาศ อุณหภูมิกระเปาะเปย กเปน ปจ จยั ที่อยูนอกเหนือการควบคมุ พนื้ ผิวที่อากาศสมั ผสั กับน้ำควบคุมโดยทำใหน้ำแตกตวั เปนละอองเลก็ ๆ จำนวนมาก เวลาท่ีอากาศสัมผสั กับนำ้ ควบคุมโดยใสวัสดุขวางการไหลของนำ้ และอากาศซงึ่ ทำใหนำ้ ใชเวลามากขนึ้ ในการไหลลงและอากาศใชเวลามากขน้ึ การไหลข้ึน อตั ราการไหลของน้ำถูกควบคมุ โดยเครอ่ื งสบู สวนวธิ ีที่ทำใหอากาศไหลมีสองวธิ ีคอื วธิ ีดราฟตธรรมชาติ (natural draft) และวธิ ีดราฟตเชิงกล (mechanicaldraft) หอหลอ เย็นแบบดราฟตธรรมชาติทำใหอากาศไหลโดยอาศัยความหนาแนน ที่ตางกันของอากาศภายในหอ (ρi) และอากาศแวดลอม (ρo) ในกรณีของหอท่ีสูง H ความดนั ขับเคล่ือนอากาศ (∆p) ที่เกดิขนึ้ มีคา เทา กับ ∆p = (ρo − ρi)gH (8.3)สมการนี้แสดงใหเหน็ วา ∆p ข้นึ กบั สภาวะแวดลอ ม หอหลอ เยน็ แบบดราฟตธรรมชาติทำงานไดดีในอากาศเยน็ และชื้นซ่งึ มคี วามหนาแนนมากอากาศรอนและแหง หอหลอ เยน็ ตองมีความสงู มากเพ่อื ใหเกดิความดนั ขบั เคลอ่ื นตามตองการ ซง่ึ ตอ งมากพอท่ีจะเอาชนะความดนั ของอากาศที่สญู เสยี ไปขณะไหลผา นส่ิงกีดขวางตาง ๆ ในหอ ในสมัยกอ นหอไมสงู มากนกั โครงสรางของหอคลายทรงกระบอกและทำดวยไม แตเมือ่ เวลาผานไป ความสงู ของหอเพมิ่ ขึ้นเรอ่ื ย ๆ การออกแบบหอกไ็ ดพัฒนามาจนกระท่ังโครงสรา งเปน ไฮเพอรโบลา (hyperbola) และทำดวยคอนกรีตเสรมิ เหลก็ เน่ืองจากโครงสรางนี้แข็งแรงและทนตอ กระแสลมดี โครงสรางไฮเพอรโบลาไมมีผลมากนักตอความสามารถในการถายเทความรอนของหอ รูปที่ 8.8 แสดงแผนภาพของหอหลอ เยน็ ท่ีใชดราฟตธรรมชาติ จากการท่ีหอหลอเยน็ แบบดราฟตธรรมชาติอาจสงู มากกวา 150 m คากอ สรา งจึงอาจมากกวาหอหลอเยน็ แบบดราฟตเชิงกลถึง 2.5-5 เทาแตหอหลอเย็นแบบดราฟตธ รรมชาติไมต องใชพ ลังงานขบั เคลอ่ื นอปุ กรณเ หมอื นวิธีดราฟตเชิงกล จึงมีคาดำเนนิ การและบำรงุ รักษาต่ำ นอกจากนี้ความสงู ของหอยงั แกปญหาการไหลกลับเขาหอของอากาศรอ นช้นื ไดม ากอีกดวย หอหลอเย็นแบบดราฟตเชิงกลใชพดั ลมทำใหอากาศไหลผา นหอหลอ เย็น หอหลอเยน็ ท่ีใชวิธีดราฟตเชิงกลมีขอไดเปรียบเหนอื วธิ ีดราฟตธรรมชาติหลายประการเชน สรา งไดงายกวา ลงทุนต่ำกวา ขนาด

160 บทท่ี 8. ระบบน้ำปอ นและน้ำหลอ เย็น รปู ที่ 8.8: หอหลอ เย็นเปย กแบบดราฟตธ รรมชาติเล็กกวา ตอบสนองตอความตอ งการนำ้ หลอเย็นรวดเร็วกวา มีความยดื หยนุ ในการออกแบบสูงกวา แตคา ใชจายในการดูแลรักษาจะสงู กวาเนอ่ื งจากตอ งควบคมุ การทำงานของพัดลมและมอเตอร พัดลมอาจจะถกู ตดิ ต้งั ท่ีบริเวณฐานของหอเพ่อื เปาอากาศเขาหอ (forced draft) การตดิ ตัง้ พัดลมแบบน้ีมีขอดีคอืความงายในการดูแลรักษาทงั้ พดั ลมและมอเตอรท่ีอยูนอกหอ นอกจากน้ีพัดลมไมตอ งประสบกับภาวะที่อากาศมีอุณหภูมิสูงและความชื้นสูงอันจะทำใหพัดลมสึกกรอ น อยางไรกต็ ามการเปาอากาศจะทำใหอากาศกระจายไมทัว่ หอ อีกท้ังยงั ทำใหเกดิ การรัว่ ไหลของอากาศออกจากหอได ขอเสียท่ีสำคัญที่สุดคืออากาศที่รอนและชนื้ ท่ีออกจากหออาจไหลกลับเขา หอใหม ซ่งึ เปน สาเหตุใหประสิทธภิ าพของหอดอ ยลง ปญหาน้ีจะบรรเทาลงไปมากถาตดิ ตงั้ พัดลมที่บรเิ วณดานบนของหอเพือ่ ดดู อากาศเขา หอ (induceddraft) น่ีเปน เหตุผลที่ทำใหการติดตั้งพดั ลมแบบน้ีไดรับความนยิ มสงู กวา แบบแรก ทิศทางการไหลของละอองน้ำและอากาศอาจเปน ลักษณะไหลสวนทางกนั (counter-flow) ดงั แสดงในรปู ที่ 8.9 หรือไหลตัดกัน (cross-flow) ดังแสดงในรปู ท่ี 8.10 รปู ท่ี 8.8-8.10 แสดงใหเหน็ โครงสรางภายในหอหลอเยน็ แบบเปยก ดา นบนของหอตดิ ตง้ั หัวฉีดท่ีพนละอองน้ำเขาหอ ดานในของหอมีวสั ดุที่จัดเรยี งเปนระเบียบคลา ยตารางเรียกวา ฟล (fill) หรอื แพก็ กิ้ง(packing) เพือ่ ชว ยใหอากาศและละอองนำ้ สัมผัสกันนานและทั่วถงึ ขนึ้ ฟล หรือแพ็กกง้ิ ทำจากวัสดุท่ีแขง็แรง มีนำ้ หนักเบาหรือมีความหนาแนน ต่ำและมีความตานทานการไหลของอากาศต่ำเพือ่ ลดการสูญเสียความดนั ของอากาศ น้ำเย็นที่ตกลงมาจะถูกสะสมในอา งคอนกรีตดานลา งของหอ ซงึ่ มีเครอ่ื งสูบสำหรับสูบน้ำสเู ครื่องควบแนน สวนอากาศชนื้ และรอนจะออกจากหอทางดา นบน หอหลอเย็นเปยกตองการน้ำทดแทน (makeup water) เนอื่ งจากหอหลอ เยน็ เปย กจะสูญเสียอยางตอ เนอื่ งดวยสาเหตุตา ง ๆ สาเหตุหลกั คอื การระเหยของนำ้ ซ่ึงทำใหระบบสญู เสียนำ้ ไปในปริมาณ 1-1.5% ของปรมิ าณนำ้ ท่ีไหลเวียนในระบบ การสูญเสียน้ำดวยสาเหตุน้ีเปน สง่ิ จำเปนเพราะการระเหยทำใหนำ้ หลอเย็นท่ีไหลออกมอี ณุ หภูมติ ำ่ แตยังมีการสญู เสียนำ้ จากสาเหตุอืน่ ทไ่ี มไดลดอณุ หภูมขิ องนำ้ ท่ี

8.4. หอหลอเยน็ 161 รูปที่ 8.9: การไหลแบบสวนทางกันของอากาศและน้ำในหอหลอ เย็นเปย ก รปู ท่ี 8.10: การไหลแบบตดั กันของอากาศและนำ้ ในหอหลอเยน็ เปยกไหลออกจากหอหลอเยน็ เปย กเหมือนการระเหยของน้ำ ไดแ ก • การสญู เสียนำ้ ในรปู ของละอองนำ้ ท่ปี นไปกบั อากาศ (drift) อุปกรณก ำจดั ละอองน้ำ (drift elim- inator) ซึง่ ติดต้งั บรเิ วณทางออกจากหอหลอเย็นเปย กทำใหการสญู เสยี นำ้ แบบนี้มีปรมิ าณเพียง

162 บทท่ี 8. ระบบน้ำปอ นและนำ้ หลอ เย็น 0.03% ของปริมาณน้ำท่ีไหลเวยี น อปุ กรณน้ีมีแผนก้ัน (baffle) ซ่ึงทำหนา ท่ีบังคบั ใหอากาศไหล ออม ละอองนำ้ ที่มีความหนาแนนสงู กวาอากาศมากก็จะโดนดกั โดยแผน ก้นั เหลา นี้แลว รวมตวั กนั เปน หยดนำ้ ตกลงสูหอ • การระบายน้ำบางสว นออกจากหอ (blowdown) เหตุผลของการกระทำเชนนกี้ เ็ พอื่ ลดความเขม ขน ของสารแปลกปลอมในน้ำ ทำนองเดียวกับการระบายนำ้ ออกจากถังพกั ไอนำ้ ในเคร่ืองกำเนดิ ไอน้ำ น้ำทรี่ ะบายออกคิดเปน 1-1.5% ของนำ้ ที่ไหลเวียน • การร่วั ออกของน้ำ ซง่ึ มีเกดิ จากอายุการใชงานที่มากของหอหลอเยน็ เปย กจะทำใหเกดิ รอยรว่ั ปญ หาการสูญเสียน้ำจากการรัว่ จะไมร ุนแรงถาหอหลอเย็นไดร บั การบำรงุ รกั ษาทีด่ ี ปญ หาสำคัญท่ีสง ผลลบตอสมรรถนะของหอหลอ เยน็ เปยกซ่งึ ทำใหน้ำหลอ เย็นที่ไหลออกจากหอมีอณุ หภมู ิสูงกวา คา ที่ออกแบบไว คอื การไหลยอนกลบั ของอากาศชึ้น (recirculation) และการทำงานรบกวนกันเองของหอหลอเย็น (interference) ปญ หาแรกเกิดจากการท่ีอากาศช้ืนที่ไหลออกจากหอหลอ เย็นไหลยอ นกลบั เขา หอหลอ เยน็ นน้ั ปญ หานี้มีความรุนแรงมากในหอหลอเยน็ แบบดราฟตเชิงกลท่ีใชพดั ลมเปา อากาศเขา การใชดราฟตเชงิ กลท่ีใชพัดลมดูดอากาศออกจะชว ยลดความรนุ แรงของปญ หาได ปญหาท่ีสองเกิดจากการที่อากาศชน้ื ท่ีออกจากหอหน่งึ ไหลเขา อกี หอหนึ่ง การวางตำแหนง หอหลอเยน็ จะชวยแกป ญ หาน้ีได8.4.2 หอหลอ เย็นแหง ความตองการนำ้ ทดแทนของหอหลอเยน็ เปยกทำใหมันอาจจะไมเหมาะกับโรงไฟฟา ท่ีตง้ั อยูในพื้นที่ท่ีไมม ีแหลง นำ้ ธรรมชาติ ในกรณีนี้หอหลอเยน็ แหง เปน อีกทางเลือกหนงึ่ สำหรบั ระบายความรอ นใหโรงไฟฟา หอหลอเยน็ แหงใชอากาศเปนตัวรับความรอ นจากน้ำและไมอาศยั การระเหยของนำ้ ดงั นนั้ประสทิ ธภิ าพในการระบายความรอนจงึ ดอยกวา หอหลอ เยน็ เปย กมาก การระบายความรอนโดยหอหลอ เย็นแหงอาจเปนการระบายโดยตรงหรือระบายทางออม ในแบบระบายความรอนโดยตรง ไอน้ำจากเครอื่ งกงั หนั จะไหลเขา หอทางกลุม ทอ ที่ติดครบี อากาศจะถกู เปา ใหไหลผา นกลุม ทอ ดว ยความเรว็ สงู เพ่ือทำใหไอน้ำควบแนน ดังนั้นหอหลอเย็นจึงทำหนาที่เปน เคร่ืองควบแนนดว ย รูปที่ 8.11 แสดงแผนภาพของหอหลอเยน็ แหงท่ีระบายความรอนโดยตรง หอหลอ เย็นท่รี ะบายความรอนทางออ มแยกเครือ่ งควบแนน ออกจากหอ รูปที่ 8.12 แสดงการทำงานของหอหลอ เยน็ แหงแบบน้ี น้ำรอนจากเคร่ืองควบแนน จะไหลเขา หอทางกลุมทอ ตดิ ครีบ จากน้นั จะถายเทความรอนใหอากาศทไ่ี หลผาน กอ นท่ีจะมอี ุณหภมู ิลดลงแลวไหลเขา เครื่องควบแนนใหม8.5 ระบบปรบั สภาพน้ำ ในเครอ่ื งกำเนดิ ไอนำ้ จะมกี ารสูญเสียน้ำออกไปจากสาเหตุตา งๆ เชน การถายนำ้ ออก (blowdown)เพ่อื ลดความเขมขนของเกลือในนำ้ ของระบบและเพ่ือกำจดั ตะกอน การร่วั ซึมออกตามรอยราวและรูรัว่ การปะปนของไอน้ำออกไปกับกา ซจากเคร่ืองกำจัดกา ซ ดงั นนั้ จงึ ตอ งมีการใหน้ำทดแทน (makeup

8.5. ระบบปรับสภาพนำ้ 163รูปท่ี 8.11: หอหลอ เยน็ แหง แบบระบายความรอ นโดยตรง รปู ท่ี 8.12: หอหลอเยน็ แหง แบบระบายความรอ นทางออมwater) เพื่อควบคุมใหปรมิ าณน้ำในระบบคงท่ี ปรมิ าณนำ้ ทดแทนประมาณ 1.5-2% ของน้ำท่ีไหลเวียนในระบบ นำ้ จากแหลงนำ้ ในธรรมชาติจะมีสารแปลกปลอมเชน สารแขวนลอย สารอนินทรีย และกา ซปะปนอยูดวย ถา น้ำทดแทนถกู ปลอ ยใหไหลเขา สูเครื่องกำเนิดไอน้ำโดยไมไดรบั การปรับสภาพจะเกดิ ผลเสียตอ เครอ่ื งกำเนิดไอน้ำดงั น้ี • สารแขวนลอยอาจไปอุดตนั ทอหรือไปเกาะผวิ อปุ กรณแลกเปลย่ี นความรอ น และทำใหประสทิ ธ-ิ ภาพการถายเทความรอ นของอปุ กรณแลกเปล่ยี นความรอนลดลง • สารอนนิ ทรียท ีล่ ะลายในน้ำประกอบดว ยไอออนบวก 3 ตัวไดแ ก Ca+, Mg2+, Na+ และไอออน ลบ 3 ตวั ไดแ ก HCO3−, Cl−, SO42− ไอออนเหลานี้ละลายน้ำไดดีท่ีอุณหภมู ิต่ำ แตเมื่อน้ำมี

164 บทท่ี 8. ระบบน้ำปอ นและนำ้ หลอเย็น อณุ หภมู ิสงู ข้นึ ไอออนเหลาน้ีจะกลายสภาพเปนตะกรัน (scale) ไปสะสมท่ีผิวทอของอุปกรณ แลกเปลีย่ นความรอน ตะกรนั มีสภาพเปน ฉนวนซึ่งนอกจากจะลดประสทิ ธภิ าพของอุปกรณแลก เปลี่ยนความรอนแลว ยงั อาจสง ผลใหทอ ของอุปกรณแลกเปลี่ยนความรอนมีอุณหภมู ิสงู จนอาจ เกิดความเสียหายได • กาซท่ีละลายในนำ้ ซง่ึ ไดแ ก CO2 และ O2 จะทำปฏิกริ ยิ าเคมีกบั เหล็กซง่ึ กดั กรอนช้ินสวนท่ีเปน เหล็กในเครอื่ งกำเนิดไอนำ้ ไดการปอ งกันความเสยี หายเหลา นี้ตองอาศัยการปรบั สภาพนำ้ จากแหลงธรรมชาติใหมีความบรสิ ทุ ธิ์เพียงพอท่จี ะใชเ ปน นำ้ ปอ นใหเครอ่ื งกำเนิดไอน้ำได การปรับสภาพนำ้ เริ่มจากการทำใหสารแขวนลอยในน้ำตกตะกอนเอง (sedimentation) หรือใชสารเคมีไปทำใหสารแขวนลอยท่ีมีขนาดเล็กและไมตกตะกอนเองจับตวั กนั เปน สารแขวนลอยขนาดใหญเพ่ือเรงการตกตะกอน (coagulation) หลงั จากนัน้ นำ้ ที่ไดจะไหลผา นเครือ่ งกรองน้ำเพ่อื ใหไดนำ้ ดิบที่ปราศจากสารแขวนลอยสำหรับการปรับสภาพน้ำขัน้ ตอไป การปรับสภาพน้ำดบิ เปนน้ำปอ นแบงเปนการปรับสภาพแบบภายใน (internal treatment) และการปรบั สภาพแบบภายนอก (external treatment) ในการปรบั สภาพแบบภายใน จะมีการเตมิ สารเคมีเขาไปผสมกบั นำ้ เพอื่ ทำปฏกิ ริ ยิ ากับสารอนินทรียในนำ้ ทำใหเกดิ ตะกอน ซึง่ ตะกอนน้ีจะถกู ดกั ไวที่ถงัพักไอนำ้ และถูกระบายออกจากถังพกั ไอน้ำตอไป การปรับสภาพนำ้ ดว ยวิธีน้ีมีตนทุนตำ่ จงึ นยิ มใชในโรงไฟฟาขนาดเล็ก อยา งไรกต็ ามวิธีน้ีอาจลดความกระดางของน้ำไดไมมากนกั และไมสามารถปรบั สภาพน้ำที่มคี วามกระดางมาก ๆ ได วธิ ีการปรบั สภาพแบบภายนอกท่ีนยิ มใชอยางแพรหลายคือ กระบวนการแลกเปลยี่ นไอออน (ionexchange process) กระบวนการนี้ใชเรซนิ ไอออนบวก (cation resin) และเรซินไอออนลบ (anionresin) ในการกำจัดไอออนบวก (เชน Ca+, Mg2+, Na+) และไอออนลบ (เชน HCO−3 , Cl−, SO24−)ออกจากนำ้ เรซินท่ีใชเปน ของแข็งท่ีมีลกั ษณะเปน อนภุ าคกลมจำนวนมาก เม่อื น้ำท่ีมีไอออนบวกและไอออนลบไหลผา นกจ็ ะเกิดปฏิกริ ิยาเคมีดังน้ที เี่ รซินไอออนบวก R−H+ + C+ −→ R−C+ + H+ 2R−H+ + C2+ −→ R−2 C2+ + 2H+และปฏกิ ริ ยิ าเคมดี ังนีท้ ี่เรซินไอออนลบ R+OH− + A− −→ R+A− + OH− 2R+OH− + A2− −→ R2+A2− + 2OH−โดยท่ี R หมายถงึ เรซนิ C หมายถึงไอออนบวกเชน Ca+, Mg2+, Na+ A หมายถงึ ไอออนลบเชน HCO3−, Cl−, SO24−ปฎิกริ ิยาเหลา น้ีทำใหไอออนหายไปและถูกแทนท่ีดว ย H+ และ OH− ซึง่ จะกลายเปนน้ำบรสิ ทุ ธ์ิ (H2O)ในท่สี ดุ

8.5. ระบบปรบั สภาพน้ำ 165 เรซินที่ผา นกระบวนการแลกเปลย่ี นไอออนไมสามารถแลกเปลย่ี นไอออนไดอกี และตองผา นกระ-บวนการคนื สภาพ (regeneration) เพื่อคืนความสามารถในการแลกเปล่ยี นไอออน กระบวนการคนืสภาพของเรซนิ ไอออนบวกเปนการทำปฏิกิริยาระหวางเรซนิ ทีห่ มดสภาพกับกรดซัลฟูรกิ 2R−C+ + H2SO4 −→ 2R−H+ + C+2 SO24− R−2 C2+ + H2SO4 −→ 2R−H+ + C2+SO42−กระบวนการคนื สภาพของเรซนิ ไอออนลบเปนการทำปฏกิ ิรยิ าระหวา งเรซินที่หมดสภาพกบั สารละลายโซเดยี มไฮดรอกไซด R+A− + NaOH −→ R+OH− + Na+A− R2+A2− + 2NaOH −→ 2R+OH− + Na+2 A2− ขั้นตอนการปรับสภาพแบบภายนอกดว ยวิธีแลกเปลย่ี นไอออนเริ่มตน จากการไหลของน้ำดบิ ผานเรซินไอออนบวก จากน้ันน้ำจะไหลผา นเครือ่ งกำจัดกา ซและเรซินไอออนลบ การไหลผา นเรซนิ ไอออนบวกและเรซินไอออนลบอาจมีมากกวา หนงึ่ ครั้งเพราะการไหลผา นเรซินแตล ะครัง้ อาจยังมีไอออนตกคางในน้ำ

166 บทท่ี 8. ระบบน้ำปอ นและน้ำหลอ เย็นคำถามทายบท 1. ฟาวลิ่งในเคร่ืองควบแนนเกดิ จากอะไร 2. การร่ัวเขา เครอ่ื งควบแนน ของอากาศสงผลเสียอยางไรตอสมรรถนะของเครือ่ งควบแนน 3. สวนประกอบที่สำคัญสามสว นของเครอื่ งอุนนำ้ ปอ นแบบเปด คอื อะไรบา ง 4. เขียนโพรไฟลอุณหภูมิในเครื่องอนุ น้ำปอนแบบปดที่ประกอบดวยเครอื่ งลดความยวดย่ิงของไอ น้ำ เครอ่ื งควบแนน และเคร่อื งลดอณุ หภูมินำ้ ระบาย 5. ทำไมเครือ่ งอุนน้ำปอนเกอื บท้ังหมดในโรงไฟฟาจงึ เปน เคร่อื งอุน นำ้ ปอนแบบปด 6. อะไรคือขอ เสียทส่ี ำคัญท่ีสดุ ของการหลอ เยน็ ดวยระบบไหลผา นครงั้ เดยี ว 7. หอหลอ เย็นเปย กทำใหน้ำเย็นไดอยา งไร 8. อณุ หภมู ิของนำ้ ที่ไหลออกจากหอหลอเยน็ เปย กจะเปลี่ยนแปลงหรือไม อยา งไร ถาความชื้นสมั - พัทธในอากาศแวดลอมเพม่ิ ข้นึ 9. อะไรคอื ขอเสียเปรยี บของหอหลอ เย็นแบบดราฟตเชงิ กลที่ใชพัดลมเปาอากาศเมอื่ เทยี บกับแบบ ทีใ่ ชพ ัดลมดดู อากาศ 10. อะไรคอื วธิ กี ารลดการสญู เสยี น้ำของหอหลอเย็นในรูปของละอองน้ำทป่ี นไปกบั อากาศ 11. ทำไมจึงตอ งมกี ารระบายน้ำออกจากหอหลอเยน็ เปยก 12. อธบิ ายการทำงานของหอหลอเย็นแหงมาพอสงั เขป 13. ในการกำจัดกาซทลี่ ะลายในนำ้ ปอ น เปา หมายของการกำจดั คอื กาซใด 14. วธิ ีใดใชกำจดั เกลอื แรท ่ลี ะลายในน้ำ 15. เม่ือใชงานไปนาน ๆ เรซินไอออนบวกจะเสอ่ื มสภาพ สารใดใชในกระบวนการคืนสภาพของเรซิน ไอออนบวก

บทที่ 9อปุ กรณและระบบควบคมุ9.1 ระบบควบคุมของโรงไฟฟาพลงั ความรอ น เนอื้ หาในบทกอนหนา นี้แสดงใหเหน็ วา โรงไฟฟาสมยั ใหมไดรับการออกแบบใหทำงานอยา งมีประสทิ ธิภาพสูงทีส่ ุด และสามารถตอบสนองความตองการไฟฟา ที่อาจเปลีย่ นแปลงไดตลอดเวลา นอกจากน้ีโรงไฟฟา จะตอ งมีความปลอดภยั อยา งมากเพราะโรงไฟฟาพลังความรอนใชเช้อื เพลิงในปริมาณมาก ซ่ึงอาจกอใหความเสียหายอยางใหญหลวงถา เกิดอุบัตเิ หตุที่ทำใหเชื้อเพลิงเหลาน้ีเผาไหมโดยปราศจากการควบคุม การที่จะบรรลุวัตถุประสงคท้ังสามขอ น้ีไดนัน้ จะตอ งมีระบบควบคมุ ท่ีมีประสิทธิ-ผล โรงไฟฟา พลงั ความรอ นมีอุปกรณหลายอยางทำงานรว มกนั ดงั นน้ั ระบบควบคมุ ของโรงไฟฟาจงึ มีความซับซอ นมากและสวนใหญเ ปนระบบควบคุมแบบอตั โนมตั ิ การทำงานของอปุ กรณในโรงไฟฟา พลังความรอ นสวนใหญอาศยั การไหลของนำ้ ไอน้ำ อากาศและเช้อื เพลิง ตวั อยางเชน การไหลของอากาศและเชอ้ื เพลิงในเตาเผา การไหลของน้ำและไอน้ำในถงั พักไอน้ำ การไหลของไอน้ำในเครื่องทำไอน้ำยวดย่ิง การไหลของไอน้ำในเคร่ืองกังหัน เปนตน หลกั การควบคุมอปุ กรณเหลา น้ีจึงเปนการใชวาลวเปลี่ยนแปลงอตั ราการไหลของน้ำ ไอน้ำ อากาศและเช้ือเพลงิเพ่ือตอบสนองการเปล่ยี นแปลงของอุณหภูมิ ความดัน ระดับของเหลว และสวนประกอบในกาซเสยี การออกแบบระบบควบคุมที่เหมาะสมจะทำใหการควบคุมมีความรวดเร็วแตก็ไมเรว็ เกินไปจนทำใหอปุ กรณทำงานอยา งไมม เี สถยี รภาพ ระบบควบคุมอาจแบงเปน ระบบควบคุมแบบวงรอบเปด (open-loop control) และระบบควบคมุแบบวงรอบปด (closed-loop control) ดงั แสดงในรปู ท่ี 9.1 ระบบควบคมุ ท้ังสองแบบมีวัตถุประสงคทีจ่ ะทำใหข อ มลู ออก (output) มคี าเทา กับขอมูลเขา (input) หรือจุดปรบั ตั้ง (set point) สวนประกอบที่พบในระบบควบคมุ ทงั้ สองแบบคอื ตัวควบคมุ (controller) อปุ กรณควบคุม (control element)และอปุ กรณกระบวนการ (process equipment) ตวั ควบคุมทำหนา ท่ีรับสัญญาณจากจุดปรับตงั้ และสงสญั ญาณควบคมุ ออกมา อุปกรณควบคมุ คือ อปุ กรณปรบั อัตราการไหลของของไหลท่ีเขา อุปกรณกระบวนการ อปุ กรณควบคุมจะรบั สญั ญาณควบคุมทีม่ าจากตัวควบคมุ และปรบั เปลย่ี นอัตราการไหลในอปุ กรณกระบวนการใหสอดคลองกับสญั ญาณควบคุม อปุ กรณกระบวนการหมายถงึ อุปกรณท่ีถกูควบคุมใหผลิตขอ มลู ออกตามความตอ งการของระบบควบคมุ ขอ แตกตางระหวางระบบควบคุมแบบวง

168 บทที่ 9. อปุ กรณแ ละระบบควบคุมรอบเปด และระบบควบคุมแบบวงรอบปดคอื เซ็นเซอร (sensor) ซึง่ พบในระบบควบคุมแบบวงรอบปดซง่ึ ทำหนาท่ีสงสญั ญาณที่ออกจากอุปกรณกระบวนการกลับเขาตัวควบคมุ สัญญาณนี้เรียกวา สญั ญาณปอ นกลบั (feedback) ตวั ควบคมุ ของระบบควบคุมแบบวงรอบปดจะเปรยี บเทียบสัญญาณปอนกลับกับจดุ ปรบั ตั้ง และจะสง สัญญาณควบคุมท่ีแปรผนั ตามผลตางระหวา งสญั ญาณปอนกลบั กบั จุดปรบั ตงั้ ดังน้นั ตัวควบคุมจะใหสัญญาณควบคุมออกมาตราบเทา ท่ีขอ มูลออกจากอุปกรณกระบวนการยังแตกตา งกับจุดปรบั ตง้ั รูปท่ี 9.1: ระบบควบคมุ แบบวงรอบเปดและแบบวงรอบปด ระบบควบคุมแบบวงรอบปด ในรูปท่ี 9.1 เรยี กวา ระบบควบคมุ แบบปอ นกลบั (feedback con-trol) ซ่งึ ทำงานไดดีถา สัญญาณรบกวน (disturbance) จากปจจยั ภายนอกไมไดสง ผลตอการทำงานของอุปกรณกระบวนการมากนกั แตถาไมเปน เชน นัน้ ระบบควบคมุ แบบปอนกลับอาจมีการตอบสนองท่ีชาการปรบั ปรงุ แกไขใหระบบควบคุมตอบสนองเรว็ ข้นึ อาจใชวิธีเพ่ิมตัวควบคมุ แบบปอนไปหนา (feedfor-ward controller) ในระบบควบคุมแบบปอ นกลับดังแสดงในรปู ท่ี 9.2 ระบบควบคมุ แบบตอ เรียงกนั (cascade control) ในรปู ที่ 9.3 ประกอบดว ยวงรอบควบคมุ ซอนกนั สองวงรอบ วงรอบที่ 1 คอื วงรอบปฐมภูมิ (primary control loop) ควบคุมอปุ กรณกระบวนการท่ี1 ในขณะท่ีวงรอบท่ี 2 คือวงรอบทุตยิ ภมู ิ (secondary control loop) ควบคมุ อปุ กรณกระบวนการที่2 และตวั ควบคุมที่ 1 ใหสญั ญาณควบคุมท่ีกลายเปนจุดปรบั ต้ังของตัวควบคุมท่ี 2 เปน ท่ีนา สังเกตวา วงรอบท่ี 2 มอี ุปกรณค วบคมุ แตวงรอบท่ี 1 ไมม ี สัญญาณรบกวนในอปุ กรณกระบวนการที่ 2 สงผลตอ การทำงานของอปุ กรณกระบวนการที่ 1 และเกดิ การตอบสนองอยางรวดเรว็ ตอสญั ญาณรบกวนนี้ผานการทำงานของตัวควบคุมท่ี 1

9.2. การวัดสมบัตขิ องไหล 169 รูปที่ 9.2: ระบบควบคุมแบบปอ นกลบั ทม่ี กี ารเพมิ่ ตวั ควบคุมแบบปอ นไปหนา รูปที่ 9.3: ระบบควบคมุ แบบตอ เรยี งกนั9.2 การวัดสมบตั ขิ องไหล สัญญาณปอนกลับในระบบควบคุมแบบวงรอบปดเปน สัญญาณจากการวัดสมบตั ิของของไหลในอุปกรณ สมบัติของของไหลท่ีเกยี่ วของกับระบบควบคมุ คอื ระดบั นำ้ อุณหภมู ิและอตั ราการไหลในกรณี

170 บทที่ 9. อปุ กรณแ ละระบบควบคมุที่ของไหลเปน นำ้ หรือ ความดนั อณุ หภูมิและอัตราการไหลในกรณีท่ีของไหลเปน ไอน้ำและอากาศเซ็นเซอรในระบบควบคมุ แบบวงรอบปดทำหนา ท่ีเปน เครือ่ งวดั ระดบั น้ำ ความดัน อณุ หภมู ิหรืออัตราการไหลจะถกู แปลงสัญญาณจากการวัดที่ไดเปน สัญญาณไฟฟาท่สี งไปยังตัวควบคุม9.2.1 การวดั ความดนั การวดั ความดนั ของของไหลอาจใชหลกั การเชิงกลหรอื หลักการเชงิ ไฟฟากไ็ ด เครอ่ื งวัดความดันที่ใชหลกั การเชิงกลไดแก มาโนมิเตอร (manometer) บรู ดองเกจ (Bourdon gauge) เบลโลวเ กจ (bellowsgauge) ไดอะแฟรมเกจ (diaphragm gauge) เคร่ืองวดั ความดนั ที่ใชหลักการเชิงไฟฟา ไดแ ก สเตรนเกจ(strain gauge)• มาโนมเิ ตอรในรปู ที่ 9.4 ประกอบดวยแทงแกว รูปตวั ยูที่มีปลายเปด ทัง้ ดานซา ยและดานขวา ภายในบรรจุนำ้ หรอื ของเหลวอน่ื บนแทงแกว มีสเกลบอกระดบั ของเหลวเปน เซน็ ติเมตร เม่อื ปลายดานซายของมาโนมเิ ตอรตอ เขา กบั ของไหลที่มีความดัน p1 และปลายดานขวาตอ เขากบั ของไหลที่มีความดัน p2 ซ่ึงนอ ยกวา p2 ระดบั ของเหลวในดานซายจะต่ำกวาดานขวา ถา ผลตา ง ของระดบั ของเหลวเทากับ h และของเหลวมีความหนาแนน ρ ผลตา งความดนั ระหวาง p1 กับ p2 คอื p1 − p2 = ρgh (9.1) รูปที่ 9.4: มาโนมเิ ตอร ในกรณีท่ี p2 ความดนั p1 ท่มี าโนมิเตอรวดั ไดจะเปน ความดนั เกจ แตถา p2 เปน สุญญากาศ ความดันทว่ี ดั ไดจะเปนความดนั สัมบูรณ• บูรดองเกจในรปู ที่ 9.5 ประกอบดว ยทอ โลหะขนาดเลก็ รูปตัวซี ปลายดานหนง่ึ ของทอปด สวน ปลายอกี ดานหนงึ่ ตอ เขากับของไหลท่ีตองการวัดความดนั ถา ของไหลมีความดนั เทา กบั ความดัน บรรยากาศ รปู ทรงของทอ จะไมเปลี่ยนแปลง แตเม่อื ของไหลมีความดันเพิม่ ขนึ้ จะเกดิ แรงดันซงึ่

9.2. การวัดสมบตั ิของไหล 171ทำใหทอเงยข้ึน ปลายดานปดของบรู ดองเกจอาจตอเขากับเข็มและสเกลบอกความดัน การเลือกวสั ดทุ อและกลไก การออกแบบการหมุนของเข็ม และการกำหนดสเกลทเ่ี หมาะสมสามารถทำใหบรู ดองเกจวดั ความดนั ไดอยา งแมน ยำ รปู ที่ 9.5: บูรด องเกจ• เบลโลวเ กจในรูปที่ 9.6 เปน ทอทีย่ ืดและหดได วัสดทุ ่ใี ชท ำทอ มคี วามยืดหยนุ สูง นอกจากนที้ อยงั ถูกพับเพอ่ื เพิ่มความยดื หยนุ ของไหลจะไหลเขา ทอจากดา นลา ง ความดนั ของของไหลจะทำให ทอ ยืดตวั ข้นึ สว นบนของเบลโลวเกจอาจตอเขากบั เข็มและสเกลบอกความดนั เหมือนบวั รดอง เกจ รปู ที่ 9.6: เบลโลวเ กจ• ไดอะแฟรมเกจในรูปท่ี 9.7 คอื แผน ดิสกนูนที่ขยายตัวไดภายใตความดนั ซ่งึ เปนสวนที่เรยี กวา ไดอะแฟรม วสั ดุท่ีใชทำแผนดสิ กเปน โลหะ กลไกของเข็มและสเกลอาจตดิ ต้ังท่ีไดอะแฟรมเกจได เชน เดยี วกบั บรู ด องเกจและเบลโลวเ กจ• สเตรนเกจในรูปที่ 9.8 ประกอบดวยขดลวดโลหะที่วางในแนวระนาบ ความตา นทานไฟฟาของ โลหะแปรผนั ตามความยาวและแปรผกผันกับความยาวเสนผา ศูนยกลาง ดงั นัน้ ถาขดลวดถูก

172 บทที่ 9. อุปกรณและระบบควบคุม รปู ที่ 9.7: ไดอะแฟรมเกจ กดทบั ความตานทานไฟฟา ของมันจะเพิม่ ขน้ึ เนือ่ งจากขดลวดจะยาวขึน้ และมีความยาวเสน ผาศนู ยกลางลดลง ความตา นทานไฟฟา ท่ีวดั ไดจากขดลวดจึงข้ึนกับแรงและความดนั สเตรน- เกจอาจใชงานรวมกบั ไดอะแฟรมเกจเพราะการขยายตวั ของแผนดิสกในไดอะแฟรมเกจทำให เกดิ แรงกดท่สี เตรนเกจได รปู ท่ี 9.8: สเตรนเกจ การวัดความดันท่ีเกิดข้นึ บอ ยครง้ั ในโรงไฟฟา คอื การวดั ผลตางความดันระหวางสองตำแหนง ตัวสงผานสญั ญาณผลตา งความดัน (differential pressure transmitter) เปนอุปกรณที่ทำงานตามหลกั การวดั ความดันที่กลาวถึงขา งตน อปุ กรณจะสง สัญญาณไฟฟาในรปู ของความตางศักยไฟฟา ซึง่ แปรผันตามผลตา งความดันออกมา อุปกรณมักมาพรอมกบั วาลว กน้ั (block valve) สองตัวและวาลวปรับความดนั(equalizing valve) หนงึ่ ตวั ดงั แสดงในรปู ท่ี 9.9 การติดต้ังวาลวสามตวั ทำใหเครื่องสงผานสญั ญาณผลตา งความดันถอดออกมาเพ่อื บำรงุ รักษาไดโดยสะดวก ในสภาพท่ีอปุ กรณทำงานตามปกติ วาลว ก้ันทง้ัสองตวั จะเปดในขณะท่ีวาลวปรบั ความดันจะปด แตถา ตองการถอดอุปกรณออกมาก็จะปดวาลวกัน้ และเปด วาลว ปรบั ความดนั9.2.2 การวัดระดับของเหลว ระดับของเหลวเปนเสน แบงระหวา งของเหลวและไอหรืออากาศท่อี ยเู หนือของเหลว เครอ่ื งวดั ระดับของเหลวทำงานโดยอาศยั การดูดวยตาเปลา สมบตั ิเชงิ สถิตศาสตรของของเหลว หรอื การวัดความดันของเหลว เครื่องวดั ระดบั ของเหลวทส่ี ำคญั ไดแ ก มาตรวัดระดับ (level gauge) เคร่ืองวดั ระดบั แบบแทง

9.2. การวดั สมบัติของไหล 173 รปู ท่ี 9.9: ตวั สงผานสญั ญาณผลตางความดัน (DPT) และวาลว สามตวัลอย (displacer level gauge) และเครอ่ื งวดั ระดับแบบผลตา งความดนั (differential pressure levelgauge) • มาตรวดั ระดับในรูปท่ี 9.10 เปน แทง แกวท่ีมีสเกลบอกระดับของเหลว มาตรวัดระดบั ติดต้งั อยู นอกถงั ท่ีบรรจุของเหลวโดยที่ของเหลวสามารถไหลไปมาระหวางมาตรวัดระดบั กบั ถงั ได ถา ความหนาแนนของของเหลวในมาตรวัดระดับและในถงั เทา กัน ระดบั ของเหลวในมาตรวดั ระดับ ก็จะทากับระดับของเหลวในถัง อยา งไรกต็ ามในกรณีที่อุณหภมู ิของเหลวในมาตรวัดระดับตำ่ กวา อณุ หภูมิของเหลวในถัง ระดบั ของเหลวในมาตรวดั จะต่ำกวาในถงั เน่อื งจากความหนาแนน ของเหลวในมาตรวดั สูงกวา ในถัง รปู ท่ี 9.10: มาตรวดั ระดับ• เครอื่ งวัดระดบั แบบแทงลอยในรปู ท่ี 9.11 เปน ทอที่ตอ กบั ถังบรรจุของเหลว ภายในทอ มีแทง ลอยขนาดใหญที่มีความหนาแนนสงู กวา ของเหลวและไมทำปฏกิ ริ ยิ าเคมีกบั ของเหลว ภายใต สมมุตฐิ านท่ีวาความหนาแนนของเหลวในทอและในถงั เทากนั ระดบั ของเหลวในทอ และในถังก็ จะเทา กนั ระดับของเหลวในทอ สามารถการวดั โดยชง่ั น้ำหนกั ของแทงลอย ระดับของเหลวท่ีสงู ข้ึนทำใหส วนของแทงลอยท่ีจมของเหลวมากข้นึ และน้ำหนักของแทง ลอยท่ชี ่ังไดจะลดลง• เครื่องวัดระดบั แบบผลตางความดันในรูปท่ี 9.12 คอื ตัวสง ผานสัญญาณผลตา งความดันท่ีวดั ความแตกตา งระหวางความดนั ของเหลวที่กนถังและที่ระดบั ของเหลว คาที่วดั ไดใชคำนวณหา

174 บทท่ี 9. อุปกรณและระบบควบคมุ รูปท่ี 9.11: เครือ่ งวัดระดบั แบบแทง ลอย ระดับของเหลวจากสมการ (9.1) เปน ที่นา สังเกตวา การวดั ระดบั ของเหลว (h) จะถูกตอ งก็ตอ เมือ่ คาความหนาแนนของเหลวท่ีใชในสมการถูกตอ ง ปญหาหนึ่งที่อาจเกิดข้นึ เมอ่ื ใชเครอ่ื งวดั ระดับแบบนี้คือ การควบแนน ของของเหลวในทอที่ตอระหวา งสวนบนของถงั กบั DPT ซ่ึงทำให คาระดับของเหลวที่คำนวณไดค ลาดเคลอื่ น วิธแี กไขคือ เติมของเหลวชนิดเดยี วกับที่อยใู นถังหรือ ของเหลวอื่นท่ีหนกั กวา ในทอ นี้จนเตม็ จากนัน้ ก็ปรบั คาระดับของเหลวท่ีคำนวณไดโดยคำนงึ ถึง ความดนั ทเ่ี พิม่ ขน้ึ จากของเหลวทเี่ ตมิ ลงไปนี้ รปู ที่ 9.12: เครอื่ งวดั ระดบั แบบผลตา งความดนั9.2.3 การวัดอณุ หภูมิ อณุ หภูมิเปน สมบัติของไหลที่บง บอกถงึ ระดบั พลงั งานความรอ นในวสั ดุ การวดั อณุ หภูมิโดยตรงเปนเรือ่ งยาก ดงั นน้ั เคร่ืองวัดอุณหภมู ิจงึ ใชหลักการท่ีพลงั งานความรอ นในของไหลสงผลตอ สมบัติทางกายภาพของของไหลหรอื สมบตั ิทางกายภาพของวัสดุแขง็ ท่ีอยูในสภาวะสมดุลความรอ นกับของไหลเครอื่ งวัดอณุ หภมู ิที่สำคญั ไดแ ก เคร่ืองวดั อุณหภมู ิแบบโลหะคู (bimetallic thermometer) เคร่อื งวัดอุณหภูมิแบบกระเปาะ (filled-bulb thermometer) ตัววัดอุณหภูมิแบบความตา นทานไฟฟา (resis-

9.2. การวดั สมบัติของไหล 175tance temperature detector หรือ RTD) เทอรม ิสเตอร (thermistor) เทอรโ มคปั เปล (thermocou-ple) และเซ็นเซอรวัดอุณหภมู ดิ วยแสง (optical temperature sensor) • รูปที่ 9.13 แสดงหลกั การทำงานของเคร่ืองวัดอณุ หภมู ิแบบโลหะคู แผน โลหะสองชนดิ มีความ ยาวเทา กันท่ีอณุ หภูมิอา งอิงและมีความยาวเพ่ิมขนึ้ เมือ่ อุณหภูมิสูงข้นึ แตแผนโลหะทงั้ สองชนดิ ขยายตวั ไมเทา กัน เมอื่ นำแผน โลหะสองชนิดมาประกบกนั จะพบวา แผนโลหะจะโคง ตวั เมอื่ อุณหภมู ิสงู กวาอณุ หภูมิอา งอิง ถา นำแผน โลหะท่ีประกบกันนี้มาบิดเปน เกลยี วก็จะพบวาความ สงู ของเกลียวจะเพิ่มข้นึ ตามอณุ หภมู ิ ถานำเกลียวโลหะน้ีมาตอเขา กบั กลไก เขม็ และสเกลบอก อณุ หภูมิ กจ็ ะไดเ ครือ่ งวดั อุณหภมู ิแบบโลหะคู รูปท่ี 9.13: หลกั การทำงานของเครอื่ งวดั อณุ หภมู ิแบบโลหะคู• รูปท่ี 9.14 แสดงเครื่องวดั อุณหภูมิแบบกระเปาะ สว นประกอบหลักของเครือ่ งนี้คอื กระเปาะ และสวนพบั ยืด (bellows) ท่ีตอกบั กระเปาะในแนวดง่ิ ภายในเคร่ืองบรรจุของไหลซ่งึ อาจเปน ของเหลว กา ซหรือของผสมระหวา งของเหลวกับไอ อณุ หภูมทิ ี่กระเปาะจะสง ผลใหของไหลขยาย ตวั และดันใหสว นพบั ยืดยืดตวั ขนึ้ การยดื ตัวน้ีสามารถขบั เคลื่อนกลไกเข็มที่ระบุอุณหภมู ิบน สเกลไดเหมือนกบั เคร่ืองวัดอณุ หภูมิแบบโลหะคู• RTD ทำจากโลหะ ในขณะท่ีเทอรมิสเตอรทำจากออกไซดของโลหะ วสั ดุทงั้ สองประเภทมีความ ตานทานไฟฟาที่เปลย่ี นแปลงตามอณุ หภูมิ โลหะมีความตา นไฟฟาเพิม่ ขึ้นเม่อื อุณหภมู ิสงู ข้นึ ออกไซดของโลหะมีความตา นทานไฟฟาที่อาจเพ่มิ หรอื ลดเม่ืออุณหภูมิสูงขึ้น การวัดอุณหภมู ิ ดว ยวิธีน้ีตอ งมตี ารางเทียบความตา นทานไฟฟา กบั อุณหภมู ิ แตการเทยี บคาและการแสดงคา เปน ไปอยา งรวดเร็วเพราะใชระบบอเิ ล็กทรอนิกส การวดั อุณหภมู ิดวย RTD และเทอรมิสเตอรจงึ ให คา ทแ่ี มน ยำและรวดเรว็ อยา งไรก็ตามวิธีนไ้ี มเหมาะกบั การวัดอณุ หภมู ิทส่ี งู มากเกนิ ไป• เทอรโมคัปเปลวัดอุณหภมู ิไดไมแมน ยำเทา ตวั วัดอุณหภูมิแบบความตา นทานไฟฟา และเทอร- มสิ เตอร แตมคี วามทนทานมากกวา และวัดอณุ หภูมไิ ดสูงกวา หลกั การทำงานของเทอรโ มคปั เปล

176 บทท่ี 9. อปุ กรณแ ละระบบควบคมุ รูปที่ 9.14: เครอื่ งวดั อณุ หภมู ิแบบกระเปาะ คือ ปรากฏการณซีเบค (Seebeck effect) ซึ่งเปน การเกดิ ความตา งศกั ยไฟฟาระหวางเสนลวด สองเสน ท่ีทำจากโลหะตางชนิดกนั ที่มีปลายสองดา นตอ เขาดว ยกนั และอุณหภมู ิที่ขอ ตอ สูงกวา อณุ หภูมิแวดลอม รูปท่ี 9.15 แสดงใหเหน็ วา เมือ่ นำเสน ลวดเหล็กมาตอเสนลวดทองแดงและ เพิม่ อุณหภมู ิท่ีขอตอ เสนลวดเหลก็ จะกลายเปน ข้ัวบวกและเสน ลวดทองแดงจะกลายเปนขวั้ ลบ ความตางศกั ยไฟฟาแปรผันตามอุณหภมู ิ ดงั นน้ั วธิ ีน้ีจึงใชวดั อณุ หภูมิได อยา งไรกต็ ามในทาง ปฏิบตั ิอาจมีขอ ตอ ระหวางโลหะตางชนดิ กันมากกวา หน่งึ ขอ ตอ ดังแสดงในรูปที่ 9.16 ความตา ง ศกั ยท ีว่ ัดไดจ ะเทากบั V1 −V2 โดยท่ี V1 คอื ความตางศักยทีข่ อตอ ที่ 1 และ V2 คือความตา งศกั ย ที่ขอตอที่ 2 ถา อุณหภูมิที่ขอตอ ท่ี 2 เทา กับ 0◦C โดยใหขอตอที่ 2 แชในน้ำแขง็ ที่กำลังละลาย V2 จะมีคาเปน ศูนย ความตางศกั ยท่ีวดั ไดจะเทา กับ V1 และเทอรโมคปั เปลจะใหคาอุณหภูมิท่ี ขอตอ ที่ 1 อยางถกู ตอ ง แตในทางปฏิบตั ิเปน เรอื่ งยงุ ยากท่ีจะใหขอ ตอที่ 2 แชในน้ำแขง็ ที่กำลงั ละลาย ถาปลอยใหขอตอท่ี 2 อยูที่อณุ หภมู ิแวดลอม เทอรโมคัปเปล จะใหคา อุณหภมู ิที่ขอ ตอ ท่ี 1 ที่คลาดเคลอื่ นไดถาอณุ หภมู ิแวดลอ มไมเทา กับ 0◦C วธิ ีแกไ ขคือ ใช RTD วัดอณุ หภมู ิท่ีขอตอ ที่ 2 และแปลงสัญญาณท่ีไดเปนคา V2 เมื่อนำความตา งศักยนี้ไปรวมกับความตางศักยท่ีวดั ได ความตางศกั ยสุทธิจะเทา กบั V1 และเทอรโมคัปเปล จะใหค าอุณหภมู ิที่ขอตอ ที่ 1 อยา งถกู ตอ ง รูปท่ี 9.15: เทอรโ มคปั เปล

9.2. การวัดสมบตั ิของไหล 177 รปู ที่ 9.16: เทอรโ มคัปเปลทีม่ ีสองขอ ตอ รูปท่ี 9.17: การตดิ ตง้ั เครอ่ื งวดั อณุ หภูมใิ นเทอรโ มเวลเพ่ือวดั อุณหภูมขิ องไหลในทอ ในการวดั อณุ หภูมิของไหลเพื่อใหไดผลที่ถูกตองและรวดเรว็ นัน้ เครอ่ื งวัดอุณหภมู ิควรสัมผสั กับของไหล แตมีบางกรณีที่เคร่ืองวัดอณุ หภูมิไมควรสัมผสั กับของไหลเชน กรณีที่ของไหลอยูในทอ ความดนัสูง และกรณีท่ีของไหลมีความสามารถกัดกรอ นสูง ในกรณีดงั กลา วจะตอ งมีสิ่งปองกันเครือ่ งวดั อณุ หภมู ิไมใหสมั ผสั ของไหลเรียกวา เทอรโมเวล (thermowell) รูปท่ี 9.17 แสดงการตดิ ต้งั เครือ่ งวัดอุณหภมู ิในเทอรโมเวล เทอรโมเวลทำจากโลหะท่ีนำความรอ นไดดี เครื่องวดั อุณหภูมิจะตองสัมผสั อยา งแนบชิดกับเทอรโมเวลเพ่ือใหอุณหภูมิที่วัดไดถกู ตอ ง อยา งไรกต็ ามการตอบสนองของเคร่อื งวดั อุณหภูมิตอการเปล่ยี นแปลงอุณหภมู ขิ องไหลจะชา ลง9.2.4 การวดั อตั ราการไหล อัตราการไหลอาจวัดเปนมวลตอเวลาซงึ่ หมายถงึ อัตราการไหลเชิงมวล หรือวดั เปน ปริมาตรตอเวลาซง่ึ หมายถึงอัตราการไหลเชิงปริมาตร คำวา อัตราการไหลอาจจะหมายถงึ อตั ราการไหลเชิงมวลหรืออตั ราการไหลเชิงปรมิ าตรก็ได โดยทว่ั ไป อตั ราการไหลของกาซมักจะหมายถงึ อตั ราการไหลเชิงมวล แตอตั ราการไหลของของเหลวมักจะหมายถึงอัตราการไหลเชิงปริมาตรเน่ืองจากอัตราการไหลเชิงมวลสามารถคำนวณไดจากผลคณู ของอัตราการไหลเชงิ ปริมาตรกับความหนาแนน ของเหลว การวดั อัตราการไหลของของไหลมีความสำคญั อยางยิ่งตอ งานวิศวกรรมทุกสาขา ดวยเหตุน้ีจงึ มีวธิ ีวัดอตั ราการไหลหลาย

178 บทท่ี 9. อปุ กรณและระบบควบคุมวิธีเพ่ือตอบสนองความตอ งการท่ีหลากหลาย เคร่อื งวัดอตั ราการไหลที่นิยมใชอาจแบง เปนสามกลุมหลกั คอื เครอื่ งวดั อตั ราการไหลแบบผลตา งความดนั (pressure-difference flow meter) เคร่อื งวดัอัตราการไหลแบบความเรว็ (velocity-based flow meter) และเคร่อื งวดั อัตราการไหลแบบดดู ปลอย(positive-displacement flow meter)เคร่ืองวัดอัตราการไหลแบบผลตา งความดัน เครื่องวดั อัตราการไหลแบบผลตา งความดนั วดั อัตราการไหลผา นผลตา งความดันที่เกิดข้ึนระหวางการไหลของของไหลผานเครื่อง โดยใชตัวสงผา นสัญญาณผลตางความดัน (DPT) ควบคูกับอุปกรณที่ทำใหเกิดการเปลยี่ นความดนั ของไหล โดยผลตา งความดนั ท่ีวัดไดสามารถใชคำนวณความเรว็ เฉล่ียของของไหลและอัตราการไหลได เครือ่ งวัดอตั ราการไหลแบบนี้ที่สำคัญไดแก เคร่ืองวัดแบบแผนชอง(orifice meter) ทอ เวนจูริ (Venturi tube) ทอหวั ฉดี (flow nozzle) และเครื่องวัดแบบขอตอ 90◦(elbow meter) ทอพิโทต (Pitot tube) ทอพิโทตเฉลยี่ (averaging Pitot tube) และทอ แอนนูบาร(Annubar)• แผนชอ งคอื แผน เรียบรปู วงกลมท่ีมีขนาดใหญกวา เสน ผา ศนู ยกลางของทอเล็กนอยและเจาะชอ งตรงกลาง แผน ชอ งมีหลายแบบขน้ึ กบั รปู ทรงของชองเจาะดังแสดงในรูปท่ี 9.18 และลกั ษณะขอบของชอ งเจาะดงั แสดงในรูปที่ 9.19 ชอ งที่เจาะนี้มีขนาดเล็กกวา ทอ จึงทำหนาท่ีขดั ขวางการไหลของของไหลในทอ และทำใหเ กดิ ผลตางความดนั รปู ท่ี 9.20 แสดงการติดตง้ั แผนชองในการวดั อัตราการไหล อตั ราการไหลมีคาแปรผันตามรากท่ีสองของผลตา งความดนั ตามสมการ (9.2) √ Q = k p1 − p2 (9.2) ρโดยท่ี k คอื คาคงท่ีท่ีขึน้ กับรปู ทรงของชอ งเจาะ ลกั ษณะขอบของชองเจาะและอัตราสว นระหวา งความยาวเสน ผาศนู ยก ลางของชองเจาะ (d) ตอความยาวเสน ผา ศนู ยก ลางในของทอ(D) หรืออตั ราสว นเบตา (β = d/D)• ทอ เวนจรู เิ ปนทอส้นั ทม่ี ีพ้ืนทีห่ นาตัดไมคงท่ีดงแสดงในรูปท่ี 9.21 จะเห็นวา พ้นื ท่ีหนาตดั มีคา มาก ทสี่ ดุ ที่ปลายสองดา นของทอ และมีคา นอยทส่ี ดุ ตรงกลางทอซึง่ เรียกวา คอคอด (throat) ของไหล ท่ีไหลผา นทอเวนจูริจะมีความเร็วต่ำท่สี ุดตรงทางเขาทอและมีความเร็วสูงสดุ ท่ีคอคอด ดังนนั้ ความดนั ของไหลจงึ มีคามากท่ีสุดตรงทางเขา และมีคานอยท่สี ุดท่ีคอคอด ผลตางระหวา งความ ดันสามารถใชคำนวณหาอัตราการไหลไดดว ยสมการ (9.2) โดยคา k ขึ้นกบั อตั ราสวนระหวา ง พื้นที่หนาตดั ของคอคอดตอพ้ืนท่หี นา ตดั ท่ีทางเขา ทอ• ทอ หัวฉดี เปน ทอ สนั้ ท่ีมีพ้ืนที่หนาตดั ลดลงจากทางเขาไปทางออก ทอหัวฉีดสามารถติดตง้ั ใน ระบบวัดอตั ราการไหลไดงา ยเหมือนกบั แผนชอ ง และการใชงานก็เหมือนกบั แผน ชอ ง รปู ที่ 9.22 แสดงการติดตงั้ ทอหัวฉีด• ขอตอ 90◦ ในรูปที่ 9.23 สามารถใชวดั อตั ราการไหลไดเน่ืองจากความดนั ของของไหลท่ีรัศมี ในและรศั มีนอกของขอ ตอไมเทากนั อนั เปนผลมาจากการท่ีมีแรงเหวยี่ งหนีศนู ยก ลางกระทำตอ ของไหลท่ีไหลผา นขอ ตอทำใหความเรว็ ของของไหลทรี่ ัศมีนอกมากกวา ท่รี ัศมใี น

9.2. การวดั สมบัติของไหล 179รปู ที่ 9.18: การจำแนกแผนชองตามรูปทรงของชอ งเจาะรูปที่ 9.19: การจำแนกแผน ชองตามลักษณะขอบของชอ งเจาะ• ทอ พิโทตมีหลักการทำงานที่ตา งกับเครือ่ งวัดที่กลา วถึงขางตนเลก็ นอ ย เครอื่ งวดั อตั ราการไหล เหลา นนั้ ใชผลตา งความดันท่ีเกดิ จากการที่ของไหลมีความเรว็ เพ่มิ มอื่ ไหลผานส่ิงกดี ขวาง ในทาง ตรงขาม ทอพิโทตทำใหของไหลมีความเร็วลดลงจนหยดุ นิง่ ซง่ึ จะทำใหความดันของไหลเพมิ่ ข้นึ ผลตางความดันที่เกิดขึน้ ก็จะสามารถใชหาความเร็วเฉลีย่ และอัตราการไหลได อปุ กรณหนึ่งที่ ใชวดั อัตราการไหลดวยหลักการนี้คือ รูปที่ 9.24 แสดงใหเห็นวา ทอ พิโทตประกอบดวยสวน โคง 90◦ เขาหาของไหล ของไหลมีความดันเทา กบั ความดนั สถติ (p1) กอนไหลเขา ทอ พิโทต แต ของไหลจะมีความเรว็ ลดลงและความดนั เพมิ่ ขนึ้ หลงั จากไหลเขาทอ พิโทต ถาความเร็วลดลงเปน ศนู ย ความดันของไหลจะเพม่ิ ขนึ้ เทา กบั ความดันรวม (total pressure) ซึง่ มีคาเทา กบั p2 = p1 + 1 2 (9.3) ρV 2

180 บทท่ี 9. อุปกรณแ ละระบบควบคุม รปู ที่ 9.20: การติดต้งั แผน ชอ งในการวดั อัตราการไหล รูปที่ 9.21: ทอ เวนจูริ รปู ท่ี 9.22: ทอ หัวฉีด (9.4)โดยท่ี V คือความเร็วของไหล อัตราการไหลของของไหลคำนวณไดด ังน้ี √ Q = A 2(p2 − p1) ρ

9.2. การวัดสมบตั ขิ องไหล 181 รูปท่ี 9.23: ขอ ตอ 90◦โดยที่ A คือ พน้ื ท่ีหนาตัดของทอ รปู ที่ 9.24: ทอ พโิ ทต • ทอ พโิ ทตเฉลี่ยในรปู ที่ 9.25 มขี อไดเปรียบทอพโิ ทตต รงที่ ความออนไหวของความแมนยำในการ วัดอตั ราการไหลตอตำแหนงของทอของทอ พิโทตเฉล่ียนอยกวา ทอ พิโทต ทอ พิโทตเฉลย่ี เปนทอ ขนาดเลก็ ท่ีไมไดมีสวนโคง 90◦ เหมือนทอพิโทตแตมีรูหลายรูท่ีดา นหนาท่ีปะทะของไหล ดังนนั้ ความเรว็ ท่ีวดั โดยทอพิโทตเฉลย่ี จึงเปน ความเร็วเฉล่ียของของไหลแทนที่จะเปน ความเร็วเฉพาะ ตำแหนง ท่ีวัดไดโดยทอพโิ ทต • ทอแอนนูบารพัฒนาขึน้ จากทอพิโทตเฉลี่ย รปู ที่ 9.26 แสดงใหเหน็ วา ทอ แอนนูบารเปน ทอ ขนาดเล็กที่ภายในมีการแบง เปนสองสวนดวยแผน ก้ัน ดานหนาและดา นหลงั ของแอนนูบารมีรปู หลายรู ความดนั ทสี่ ว นหนา เทากับความดันรวมและความดนั ทส่ี วนหลังเทากบั ความดันสถิตเครอ่ื งวัดอตั ราการไหลแบบความเรว็ หลกั การทำงานของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบความเรว็ คอื ใชวิธีเชงิ กลและไฟฟา วัดความเร็วของของไหล กอนที่จะตำนวณอตั ราการไหลจากคสามเรว็ ทีว่ ัดได เครื่องวดั อตั ราการไหลแบบนีท้ สี่ ำคัญไดแก

182 บทที่ 9. อปุ กรณและระบบควบคมุ รูปที่ 9.25: ทอ พิโทตเฉลย่ี รปู ท่ี 9.26: แอนนูบารเคร่อื งวดั แบบกงั หัน (turbine flow meter) เครอ่ื งวดั แบบกระแสวน (vortex flow meter) และเคร่อื งวัดแบบแมเหลก็ (magnetic flow meter) • เครอ่ื งวัดแบบกังหนั ในรูปที่ 9.27 ประกอบดว ยกงั หันท่ีวางขวางการไหลในทอ ความเร็วรอบ ของกงั หันจะแปรผนั ตามความเร็วของของไหล เซ็นเซอรทำหนาที่วดั ความเร็วรอบของกงั หนั ดว ยแสงหรือแมเหล็ก และสงสัญญาณไปที่ตวั ประมวลผลซึง่ ใหคาอตั ราการไหล เครอ่ื งวดั แบบ กงั หันสามารถวดั อัตราการไหลไดอยา งแมนยำ แตไมเหมาะกบั การใชงานในของไหลท่ีมีอนุภาค ของแข็งปะปนอยูเ พราะอนุภาคเหลานี้อาจทำใหใบพดั สึกกรอ นได • เครอื่ งวัดแบบกระแสวนในรูปท่ี 9.28 ประกอบดวยวตั ถุทรงกระบอกที่มีหนาตัดรูปสีเ่ หล่ยี ม จตั ุรสั หรือวงกลมวางขวางการไหลในทอ เมื่อของไหลไหลผา นวัตถุนี้ก็จะเกดิ กระแสวน (vortex) ในของไหลท่ีผานวัตถุไปแลว กระแสวนจะสง ผลใหเกิดการเปล่ียนแปลงความดนั ในบรเิ วณที่มี กระแสวน ตวั สงสญั ญาณและตวั รบั สญั ญาณจะวดั การเปลยี่ นแปลงความดันของไหลท่ีเกดิ ข้ึนซ่งึ มีลักษณะเปนคล่ืนและมีความถี่ทขี่ น้ึ กับความเรว็ ของของไหล ขอ จำกัดของเครอ่ื งวัดแบบกระแส วนคือ ความเรว็ ของของไหลจะตองไมมีคา ตำ่ เกนิ ไปเพราะกระแสวนจะเกิดขึน้ ก็ตอเมอ่ื ของไหล

9.2. การวดั สมบตั ขิ องไหล 183 รปู ที่ 9.27: เครอ่ื งวดั แบบกังหนัมีความเร็วทมี่ ากพอ รูปท่ี 9.28: เครื่องวดั แบบกระแสวน• เครอื่ งวดั แบบแมเหล็กในรูปที่ 9.29 ใชหลักการการเหน่ียวนำสนามไฟฟาเมอ่ื ของไหลที่นำไฟฟา ไดเคลื่อนที่ตั้งฉากกับสนามแมเหล็ก สนามไฟฟา ในของไหลทำใหเกิดความตางศกั ยไฟฟา ที่วัด ไดดว ยโวลตมเิ ตอร ความตางศักยนี้เพิ่มข้ึนตามความเรว็ ของของไหล เคร่อื งวัดแบบแมเหล็กไม สามารถวัดอัตราการไหลของของไหลที่ไมนำไฟฟาเชน กา ซ นำ้ มนั หรือนำ้ ท่ีผานกระบวนการ กำจดั ไอออนแลว เคร่ืองวดั อัตราการไหลแบบดูดปลอย เครือ่ งวัดแบบดูดปลอ ยใชวดั อตั ราการไหลของของเหลว การทำงานของเครอื่ งวัดแบบนี้มี สามจังหวะคอื (1) ดูดของเหลวเขาเครือ่ งในปริมาณคงท่ีและกนั ไมใหของเหลวสว นเกินเขามาได (2) ลำเลียงของเหลวท่ีกักเกบ็ ไดจากทางเขาไปทางออก และ (3) ปลอ ยของเหลวออกจากเคร่อื ง กลไกท่ีทำงานดวยหลักการน้ีมีหลายกลไกซ่ึงทำใหเคร่ืองวัดแบบดดู ปลอยมีหลายรปู แบบ รูปท่ี

184 บทที่ 9. อุปกรณแ ละระบบควบคุม รูปที่ 9.29: เครื่องวดั แบบแมเ หล็ก 9.30 แสดงการทำงานเครื่องวัดแบบเฟอ ง (gear flow meter) ซึง่ เปนเคร่ืองวดั แบบดูดปลอย ชนดิ หนึง่ เฟองตวั บนหมนุ ตามเขม็ นากิ า และเฟองตวั ลา งหมุนตามเขม็ นากิ า การหมุนของ เฟองทง้ั สองตัวจะดูดของเหลวใหไหลเขา ของเหลวจะกกั เกบ็ ในชอ งวางระหวา งฟนเฟอง และถกู ลำเลียงไปยังทางออก การหมุนของเฟอ งหนง่ึ รอบมีความสัมพนั ธกบั ปรมิ าณของเหลวท่ีไหลผาน เคร่อื ง ดังนั้นความเรว็ รอบจงึ ใชค ำนวณอัตราการไหลได รูปท่ี 9.30: การทำงานของเครือ่ งวดั แบบเฟอง9.3 ระบบควบคมุ ภาระ ในโรงไฟฟาพลังความรอนมีอปุ กรณหลกั สามอปุ กรณทำงานรว มกันไดแ ก หมอ ไอนำ้ เครือ่ งกงั หันและเครอ่ื งกำเนิดไฟฟา หมอไอน้ำทำหนา ท่ีจายไอนำ้ ใหแกเคร่ืองกังหนั ซึ่งผลติ พลังงานกลท่ีใชเดนิ เคร่อื งกำเนดิ ไฟฟา ดังน้ันความตอ งการไฟฟา จากเคร่อื งกำเนดิ ไฟฟา ที่เพิ่มขึน้ จงึ หมายความวา หมอ ไอนำ้ ตอ งผลติ ไอนำ้ เพมิ่ ข้ึนตามไปดว ย โรงไฟฟาท่ัวไปเชื่อมโยงกับโครงขา ยไฟฟา ซ่งึ ผลติ กระแสไฟฟา ที่ความถ่ีคา

9.3. ระบบควบคมุ ภาระ 185หน่ึง ในประเทศไทยคา ความถ่นี คี้ อื 50 Hz คา ความถี่ในระบบโครงขา ยไฟฟา อาจใชเ ปนสญั ญาณควบคุมท่ีบอกวา ระบบตองการการผลติ พลังงานไฟฟา เพมิ่ ข้นึ หรือลดลง ความถ่ีที่ลดลงตำ่ วา 50 Hz แสดงวาความตอ งการใชไฟฟามีมากจนระบบไมสามารถจายไฟไดทันความตองการ ดงั น้นั ระบบจึงตองการการผลิตไฟฟาที่เพมิ่ ขึ้น ในทางตรงกันขา ม ความถี่ที่เพ่ิมข้นึ มากกวา 50 Hz แสดงวา ความตองการใชไฟฟามีนอย และระบบกำลังจา ยไฟเกนิ ความตอ งการ ดงั น้นั ระบบจึงตอ งการการผลติ ไฟฟาท่ีลดลง ระบบโครงขา ยไฟฟา มีโรงไฟฟาหลายโรงที่จา ยไฟเขา ระบบ จึงตองมีศูนยควบคุมการจายไฟฟา ซง่ึ ทำหนาท่ีสงั่ ใหโรงไฟฟา แหงใดแหง หน่งึ เพมิ่ การผลิตไฟฟาในกรณีที่ความตอ งการไฟฟาของระบบเพ่มิ ขึน้ หรือลดการผลติ ไฟฟาในกรณีที่ความตอ งการไฟฟา ของระบบลดลง ในแตละกรณีโรงไฟฟา แหง นั้นจะไดรับสัญญาณความตอ งการภาระ (load demand signal) จากศนู ยควบคุมการจายไฟฟา และใชสญั ญาณน้ีเปน สญั ญาณควบคุมในระบบควบคมุ ภาระของโรงไฟฟา ระบบควบคมุ ภาระแบง เปนสามแบบคือ ระบบควบคุมภาระแบบหมอ ไอน้ำตามเคร่ืองกงั หัน (boiler-following control) แบบเครอ่ื งกงั หันตามหมอ ไอน้ำ (turbine-following control) และแบบประสาน(coordinated control) • รปู ท่ี 9.31 แสดงแผนภาพของระบบควบคมุ ภาระแบบหมอไอนำ้ ตามเครือ่ งกังหนั ตัวควบคุม ภาระ (EC) ใชจุดปรับตั้งภาระ (load set point) หรอื สัญญาณความตองการภาระในการควบคมุ อปุ กรณควบคมุ ไอนำ้ หรือวาลวควบคมุ ใหเปลย่ี นแปลงอตั ราการไหลของไอน้ำเขา เครือ่ งกงั หนั ใน ทศิ ทางที่สอดคลอ งกับจุดปรบั ตั้งภาระ เซ็นเซอรวัดภาระ (ET) หนา ที่สง สญั ญาณท่ีระบุถงึ ภาระ ของเครอ่ื งกำเนิดไฟฟา กลับไปที่ EC เพ่ือใหระบบควบคุมเปน ระบบควบคมุ แบบปอ นกลับ การ ควบคมุ การผลติ ไอนำ้ ในหมอไอน้ำเปนหนา ท่ีของตัวควบคุมความดัน (PC) เพือ่ ใหความดันของ ไอนำ้ ท่ีไหลออกจากหมอ ไอน้ำเทากบั จดุ ปรับตง้ั ความดนั (pressure set point) อตั ราการผลิต ไอน้ำข้นึ กับอัตราการเผาไหมเช้ือเพลิงในหมอ ไอนำ้ ดงั น้ัน PC จะสงสัญญาณใหอุปกรณควบคมุ ไอนำ้ เช้ือเพลงิ และอากาศเพมิ่ อัตราการไหลของเช้ือเพลงิ และอากาศถาความดันไอน้ำท่ีตรวจวัด ไดโ ดยเซน็ เซอรค วามดนั (PT) นอ ยกวา จุดปรบั ตัง้ ความดัน หรือสงสญั ญาณใหอุปกรณควบคุมไอรูปท่ี 9.31: ระบบควบคุมภาระแบบหมอไอนำ้ ตามเคร่อื งกงั หัน

186 บทที่ 9. อุปกรณและระบบควบคุม น้ำเชอ้ื เพลงิ และอากาศ ลดอัตราการไหลของเชอ้ื เพลงิ และอากาศถา ความดนั ไอน้ำท่ีตรวจวดั ได โดย PT มากกวา จุดปรับตั้งความดนั เคร่อื งกังหนั และเครือ่ งกำเนดิ ไฟฟาในระบบควบคุมภาระ แบบนี้สามารถตอบสองการเปลีย่ นแปลงภาระไดอยา งรวดเร็ว แตการตอบสนองของหมอ ไอนำ้ คอ นขางชาเนื่องจาก PC ไมไดรับสญั ญาณความตอ งการภาระโดยตรง • รูปที่ 9.32 แสดงแผนภาพของระบบควบคมุ ภาระแบบเคร่ืองกังหนั ตามหมอ ไอน้ำ EC ในระบบ ควบคมุ ภาระแบบนี้จะควบคมุ อัตราการไหลของเชอ้ื เพลิงและอากาศในหมอ ไอน้ำโดยตรงซง่ึ ทำใหหมอไอน้ำตอบสนองตอ การเปลีย่ นแปลงภาระอยา งรวดเร็ว อยางไรก็ตามการตอบสนอง ของเครอื่ งกังหันและเครื่องกำเนดิ ไฟฟา จะคอนขางชาเพราะการควบคมุ อัตราการไหลของไอน้ำ โดย PC จะตอ งรอใหเกิดการเปลีย่ นแปลงในหมอ ไอนำ้ กอ น รปู ท่ี 9.32: ระบบควบคุมภาระแบบกงั หันตามหมอ ไอนำ้ • ระบบควบคุมภาระท่ีหมอ ไอนำ้ เครื่องกงั หนั และเคร่ืองกำเนิดไฟฟาสามารถตอบสนองตอ การ เปลยี่ นแปลงภาระอยา งรวดเร็วคอื ระบบควบคมุ แบบประสานในรปู ท่ี 9.33 สญั ญาณความตอ ง- การภาระจะสงเขา EC เพอ่ื ควบคุมอัตราการไหลของไอนำ้ เขาเคร่อื งกังหนั และสง ไปรวมกับจุด ปรับตัง้ ความดันเพือ่ ควบคุมการเผาไหมในหมอ ไอน้ำ9.4 ระบบควบคุมการเผาไหม ระบบควบคมุ การเผาไหมทำหนา ทเี่ พิม่ หรือลดการเผาไหมแ ละอัตราการไหลของไอน้ำตามสัญญาณความตอ งการภาระท่สี ง มาจากระบบควบคมุ ภาระ อยางไรก็ตามระบบควบคุมการเผาไหมม หี นาทส่ี ำคญัอีกประการหน่ึงคอื ควบคมุ การเผาไหมในเตาเผามีความปลอดภัย อุบตั ิเหตุที่อาจเกดิ ขึ้นมีสาเหตุจากการที่มีเช้ือเพลิงในเตาเผาในสดั สว นที่มากเกินไปเมือ่ เทยี บกับอากาศ ดงั นน้ั วธิ ีที่ไดผลในการปอ งกนั ไม

9.4. ระบบควบคุมการเผาไหม 187 รปู ท่ี 9.33: ระบบควบคุมภาระแบบประสานใหเกิดการเผาไหมที่ไมตอ งการคือ ทำใหสัดสว นอากาศตอเช้อื เพลงิ ในเตาเผามีคามาก ในสภาวะปกติอตั ราสวนอากาศตอ เชอ้ื เพลงิ ถกู กำหนดใหมีคา ที่เหมาะสม แตเม่ือมีความตอ งการการเผาไหมเพิม่ ข้นึอตั ราการไหลของอากาศและเชอ้ื เพลงิ ก็ตอเพมิ่ ตามไปดว ย ระบบควบคุมการเผาไหมจะเพม่ิ อัตราการไหลของอากาศกอ นเช้อื เพลงิ เพอ่ื ใหสัดสว นอากาศตอ เชอื้ เพลงิ ไมต่ำจนอาจเกิดความไมปลอดภัย และเมือ่ มีความตองการการเผาไหมลดลง ระบบควบคมุ การเผาไหมก็จะลดอัตราการไหลของเช้อื เพลิงกอนอากาศ ดังแสดงในรปู ที่ 9.34 ระบบควบคมุ ท่ีสามารถทำใหการเปล่ยี นแปลงอตั ราการไหลเปนไปตามรปู ท่ี 9.34 ใชการควบคมุแบบไขวกัน (cross-limited control) รปู ท่ี 9.35 แสดงแผนภาพของการควบคมุ แบบน้ี จะเหน็ วาระบบควบคมุ น้ีมีเซน็ เซอรวัดอตั ราการไหล (FT) สำหรบั เชอื้ เพลิงและอากาศ และตัวควบคุมอตั ราการไหล(FC) ของเช้อื เพลงิ และอากาศเขาเตาเผา นอกจากน้ียังมีตัวเลอื กสญั ญาณสองตวั ดา นซายเปน ตัวเลอื กสญั ญาณท่ีนอยกวา (low select) ระหวา งสญั ญาณความตอ งการภาระกบั สญั ญาณอัตราการไหลของอากาศเขา เตาเผา สัญญาณท่ีออกจากตวั เลือกสัญญาณดา นซายจะเปน จดุ ปรับต้งั ของตวั ควบคมุ เชื้อเพลงิ ดานขวาเปน ตัวเลอื กสัญญาณท่ีมากกวา (high select) ระหวางสญั ญาณความตองการภาระกับสญั ญาณอตั ราการไหลของเชอื้ เพลงิ เขาเตาเผา สญั ญาณท่ีออกจากตวั เลือกสัญญาณดานขวาจะเปนจุดปรบั ตงั้ ของตัวควบคุมอากาศ ในสภาวะปกติ สัญญาณความตอ งการภาระ สญั ญาณอตั ราการไหลของอากาศ และสญั ญาณอัตราการไหลของเชอื้ เพลิงมีคาเทากันทั้งสามสัญญาณซ่งึ ทำใหอตั ราการไหลของอากาศและเชอื้ เพลิงมคี า คงท่ี สญั ญาณความตองการภาระทเี่ ปล่ียนไปจะสงผลดงั นี้ • ในกรณีที่สญั ญาณความตอ งการภาระมีคาเพม่ิ ข้ึน ตัวเลอื กสัญญาณดานขวาจะเลอื กสญั ญาณ ความตอ งการภาระและจดุ ปรับตั้งของตวั ควบคมุ อากาศจะมีคาเพมิ่ ขึ้น ผลทีต่ ามมาคือ อัตราการ ไหลของอากาศเขา เตาเผาจะเพ่ิมข้นึ อยา งไรกต็ ามจะไมมีการเปลยี่ นแปลงของอตั ราการไหลของ เชื้อเพลิงในเบ้ืองตนเน่อื งจากตวั เลือกสญั ญาณดานซา ยไมไดเปลี่ยนคาจดุ ปรับต้งั แตเมือ่ อตั รา

188 บทท่ี 9. อปุ กรณแ ละระบบควบคุม รูปที่ 9.34: การเปล่ียนแปลงอตั ราการไหลของเช้ือเพลิงและอากาศในระบบควบคุมการเผาไหม รูปท่ี 9.35: การควบคมุ แบบไขวกนั ในระบบควบคมุ การเผาไหม การไหลของอากาศเพิ่มข้ึนถงึ ระดบั หน่ึง จุดปรบั ตง้ั ของตวั ควบคมุ เชื้อเพลงิ จะเริ่มเพม่ิ ขึ้นซงึ่ สง ผลใหอตั ราการไหลของเช้ือเพลงิ เพ่ิมขึ้น จนในท่ีสุดอตั ราการไหลของอากศและเช้อื เพลิงจะคงท่ี และมีคา สอดคลอ งกับสญั ญาณความตองการภาระท่ีเพ่มิ ขน้ึ จากคา เดมิ กราฟการเปลย่ี นแปลง ของอัตราการไหลของอากาศและเชอ้ื เพลงิ จึงเปน ไปตามรูปท่ี 9.34 เมอ่ื ความตอ งการการเผา

9.5. ระบบควบคุมความดันในเตาเผา 189 ไหมเ พมิ่ ขนึ้ กลาวคือ อัตราการไหลของอากาศเพิ่มขึ้นกอนอตั ราการไหลของเชื้อเพลงิ• ในกรณีท่ีสัญญาณความตองการภาระมีคา ลดลง ตวั เลือกสัญญาณดา นซา ยจะเลอื กสัญญาณ ความตอ งการภาระและจดุ ปรบั ต้ังของตัวควบคุมอากาศจะมีคาลดลง ผลที่ตามมาคือ อตั ราการ ไหลของเชอ้ื เพลิงเขาเตาเผาจะลดลง อยา งไรก็ตามจะไมมีการเปล่ียนแปลงของอัตราการไหล ของอากาศในเบื้องตนเน่ืองจากตวั เลอื กสัญญาณดา นขวาไมไดเปลยี่ นคาจุดปรบั ตง้ั แตเมื่ออัตรา การไหลของเช้อื เพลงิ ลดลงถงึ ระดบั หนงึ่ จดุ ปรับตง้ั ของตวั ควบคุมอากาศจะเร่มิ ลดลงซึ่งสง ผล ใหอตั ราการไหลของอากาศลดลง กราฟการเปลี่ยนแปลงของอตั ราการไหลของอากาศและเช้ือ เพลงิ จึงเปน ไปตามรปู ท่ี 9.34 เม่อื ความตองการการเผาไหมลดลง อตั ราการไหลของเชอื้ เพลิงลด ลงกอนอัตราการไหลของอากาศ9.5 ระบบควบคมุ ความดนั ในเตาเผา ระบบไหลเวยี นของอากาศและกา ซเสยี ในโรงไฟฟาประกอบดว ยพัดลมเปา และพัดลมดูดทำงานรว มกัน พดั ลมเปา ติดต้ังท่ที างเขา เตาเผา สวนพดั ลมดดู ติดตั้งที่ทางออกเตาเผา ความดันภายในเตาเผาถูกออกแบบใหมีคาต่ำกวาความดนั บรรยากาศเล็กนอย การควบคุมพดั ลมเปาเปน หนา ท่ีของระบบควบคมุการเผาไหม รปู ท่ี 9.36 แสดงใหเหน็ วา ระบบควบคมุ ความดนั ในเตาเผาจะวัดความดนั ในเตาเผาดวยเซ็นเซอรความดัน (PT) และสง สัญญาณไปที่ตวั ควบคุมพัดลมดดู (PC) จุดปรับตงั้ ของตัวควบคุมความดนั เปนคาความดนั ที่เหมาะสมในเตาเผา ความดันในเตาเผาอาจเปล่ยี นแปลงจากการเพมิ่ ข้ึนหรอื ลดลงของการเผาไหมซ่งึ ทำใหความดันในเตาเผาแตกตางกบั จุดปรับตง้ั และ PC จะปรับการทำงานของพดั ลมดูดเพ่ือใหความดันในเตาเผาเปล่ยี นกลบั ไปเปนคาท่ีเหมาะสมอีกครัง้ หน่งึ อยา งไรกต็ าม การตอบสนองของพดั ลมดดู อากาศไมรวดเร็วเทา ที่ควรเนื่องจาก PC ตอ งรอใหมีการเปลยี่ นแปลงความดนั ในเตาเผากอ นเริม่ ทำงาน การใชสญั ญาณปอ นไปหนา จากอตั ราการไหลของอากาศผา นพดั ลมเปาในระบบควบคมุ ความดนั ในเตาเผาจะทำใหการตอบสนองของระบบควบคุมรวดเร็วข้นึ รูปที่ 9.36 แสดงใหเห็นวา สัญญาณจากตวั ควบคุมความดนั และสัญญาณปอนไปหนาจะรวมกันควบคมุ การทำงานของพัดลมดดู9.6 ระบบควบคมุ ระดับน้ำในถังพักไอนำ้ ถังพักไอนำ้ ทำหนาท่ีแยกไอน้ำอ่ิมตัวออกจากน้ำอ่มิ ตัว น้ำอิ่มตัวจะอยูดานลางของถงั ในขณะที่ไอน้ำอม่ิ ตัวจะอยูดา นบน ไอนำ้ อมิ่ ตัวจะไหลออกจากถังไอน้ำสูเคร่อื งทำไอน้ำยวดยิง่ น้ำปอ นตอ งจะไหลผา นเคร่ืองประหยัดเช้ือเพลิง ในปรมิ าณที่เทากนั เพื่อรักษาระดบั นำ้ ในถังใหคงที่ ระดบั น้ำท่ีเหมาะสมจะอยูประมาณกงึ่ กลางของถงั ระดับน้ำท่ีสงู เกนิ ไปสง ผลเสยี ตอ ประสทิ ธภิ าพการแยกไอน้ำออกจากน้ำซึง่ ทำใหปรมิ าณละอองน้ำที่ลอยปะปนไปกับไอน้ำออกจากถังพักไอน้ำเพิม่ ขนึ้ ละอองนำ้ เหลาน้ีจะไประเหยเมื่อไหลผานเครอื่ งทำไอน้ำยวดยิ่งและกลายเปน คราบตะกรนั เกาะที่ผิวทอ ของเคร่อื งทำไอนำ้ยวดยิ่ง ระดบั น้ีที่ต่ำเกนิ ไปสงผลเสียตออายุการใชงานของทอนำ้ ท่ีตอเขาถังพักไอน้ำเนอ่ื งจากความรอ นที่ทอไดรบั เพิม่ ข้ึนจะทำใหอ ณุ หภูมิทอสงู ขึน้

190 บทท่ี 9. อุปกรณและระบบควบคมุ รูปท่ี 9.36: ระบบควบคุมความดันในเตาเผา ระบบควบคุมระดับน้ำที่งา ยทส่ี ุดคือ ระบบควบคุมแบบหนึง่ องคประกอบ (single-element con-trol) ดังแสดงในรูปท่ี 9.37 ระบบน้ีใชเซน็ เซอรวดั ระดับของเหลว (LT) วดั ระดับนำ้ ในถังพกั ไอน้ำและสงสัญญาณไปที่ตัวควบคุมระดับของเหลว (LC) ซง่ึ จะควบคุมอัตราการไหลเขา ของนำ้ ปอ นผานอุปกรณควบคมุ ถา ระดับนำ้ ที่วดั ไดแตกตางกบั คาปรับตัง้ ระบบน้ีเหมาะสมกับกรณีท่ีภาระของหมอไอนำ้ ไมเปลี่ยนแปลงมากนัก แตถามีการเปลีย่ นของภาระของหมอ ไอนำ้ อยางรวดเรว็ ระบบควบคมุ แบบหนงึ่องคประกอบ อาจไมสามารถทำงานอยา งมีประสิทธิผล ถา ภาระของหมอ ไอนำ้ เพม่ิ ขน้ึ วาลว ควบคุมของเครือ่ งกงั หนั ไอน้ำจะเปด มากขนึ้ เพ่ือเพิ่มอัตราการไหลของไอน้ำซ่งึ สง ผลใหความดนั ในถงั พกั ไอนำ้ลดลง ระดบั นำ้ ในถังพักไอนำ้ จงึ เพิ่มขน้ึ ระบบควบคมุ แบบหนง่ึ องคประกอบจะส่ังใหลดอัตราการไหลเขาของนำ้ ปอ นทง้ั ๆ ท่ีควรส่ังใหเพ่ิมอตั ราการไหล ในทางตรงขา มถาภาระของหมอ ไอนำ้ ลดลง วาลวควบคุมของเครอ่ื งกงั หันไอน้ำจะเปด นอ ยลงเพอ่ื ลดอตั ราการไหลของไอนำ้ ซงึ่ สงผลใหความดนั ในถังพกัไอนำ้ เพิ่มขึ้น ระดับน้ำในถงั พกั ไอนำ้ จงึ ลดลง ระบบควบคมุ แบบหนึ่งองคประกอบจะสัง่ ใหเพิม่ อัตราการไหลเขา ของน้ำปอ นทงั้ ๆ ที่ควรสงั่ ใหลดอัตราการไหล ดงั นั้นการควบคุมแบบหนงึ่ องคประกอบในสถานการณท่ีมีการเปล่ยี นแปลงภาระจึงขาดเสถียรภาพ ผลที่ตามมาคอื ระดบั น้ำจะเพิ่มข้ึนและลดลงหลายรอบกอ นทก่ี ลบั สรู ะดับปกติ ระบบควบคุมระดบั นำ้ ท่ีสามารถตอบสนองการเปลย่ี นแปลงของภาระของหมอ ไอนำ้ คือ ระบบควบคุมแบบสององคประกอบ (two-element control) รูปที่ 9.38 แสดงใหเหน็ วา ส่ิงที่เพิม่ เตมิ จากระบบควบคุมแบบหนึ่งองคประกอบคอื การใชสญั ญาณปอ นไปหนาจาก FT ซงึ่ วดั อตั ราการไหลของไอนำ้ ที่เครือ่ งทำไอน้ำยวดย่ิงในการควบคุมอตั ราการไหลเขา ของน้ำปอนควบคูกับตวั ควบคุมระดับของเหลว ในกรณีที่ภาระของหมอ ไอนำ้ เพม่ิ ขึ้นอยา งรวดเร็ว อตั ราการไหลของไอน้ำจะเพิม่ ขึ้นดว ยสัญญาณปอนไปหนาจะสัง่ ใหนำ้ ปอ นไหลเขาถังพักไอนำ้ เพ่ิมขนึ้ การควบคมุ จึงมีเสถยี รภาพและระดับนำ้ จะเปลี่ยนแปลงในชว งส้ันกอ นเขา สรู ะดบั ปกติ ระบบควบคุมแบบหน่งึ องคประกอบและระบบควบคมุ แบบสององคประกอบสามารถควบคมุ ระดับ

9.6. ระบบควบคมุ ระดบั นำ้ ในถังพักไอนำ้ 191รูปท่ี 9.37: ระบบควบคมุ ระดบั น้ำแบบหนงึ่ องคประกอบ รูปท่ี 9.38: ระบบควบคมุ ระดบั น้ำแบบสององคประกอบนำ้ ในถังพักไอน้ำอยางมีประสทิ ธิผลถาความดนั ของนำ้ ปอ นคงที่ แตถา น้ำปอ นมีความดันเพ่ิมขึน้ อัตราการไหลของนำ้ ปอ นเขา ถงั ไอน้ำก็จะเพมิ่ ตามไปดว ยซง่ึ สง ผลใหระดับนำ้ ในถงั พกั ไอน้ำเพมิ่ ข้นึ และระบบควบคุมตองสง่ั ใหอ ปุ กรณค วบคุมลดการไหลเขาของน้ำปอน การตอบสนองของระบบจึงคอ นขางชา ถามีการเปลย่ี นแปลงของความดนั น้ำปอ นอยางรวดเร็ว ระบบควบคุมอาจขาดเสถียรภาพได ระบบควบคมุ ที่มีสมรรถนะสงู กวา ระบบควบคุมแบบสององคประกอบในกรณีนี้คือ ระบบควบคมุ แบบสามองคประกอบ

192 บทที่ 9. อุปกรณแ ละระบบควบคุม(three-element control) รูปที่ 9.39 แสดงใหเห็นวา สิง่ ที่เพม่ิ ขึ้นมาคอื วงรอบควบคมุ อตั ราการไหลของนำ้ ปอ น ระบบควบคุมน้ีเปนระบบควบคุมแบบตอ เรียงกันโดย มีวงรอบควบคุมอตั ราการไหลของนำ้ ปอนเปน วงรอบปฐมภูมิ และวงรอบควบคุมระดับนำ้ ซึ่งเปนวงรอบทุตยิ ภูมิ นอกจากนี้ ยงั คงมีการใชสญั ญาณปอ นไปหนาจากการวัดอตั ราการไหลของไอน้ำท่ีเครอ่ื งทำไอนำ้ ยวดยิ่งในการควบคมุ อตั ราการไหลเขา ของนำ้ ปอนควบคกู ับตัวควบคุมระดบั ของเหลว รูปท่ี 9.39: ระบบควบคุมระดบั นำ้ แบบสามองคประกอบ9.7 ระบบควบคุมอณุ หภมู ไิ อนำ้ ยวดย่ิง ประสทิ ธภิ าพรวมของโรงไฟฟาเพิ่มขนึ้ ตามอณุ หภมู ิที่ไหลเขาเคร่ืองกังหันไอน้ำ ดงั น้ันอณุ หภูมิของไอนำ้ ที่ออกจากเครือ่ งทำไอน้ำยวดย่งิ ถกู ออกแบบใหมีคา สงู สุดเทา ท่ีเครื่องกังหนั จะทนทานได อุณหภมู ิที่สงู เกนิ กวา คา ที่ออกแบบไวจะสงผลเสยี ตออายุการใชงานของเครอ่ื งกงั หนั ไอน้ำ อณุ หภมู ิท่ีตำ่ เกินไปจะลดประสิทธภิ าพรวมของโรงไฟฟา การควบคมุ ใหอุณหภูมิไอน้ำยวดยิ่งเปลี่ยนแปลงนอ ยทสี่ ดุ จงึ มีความสำคญั และตอ งการระบบควบคุมท่ีมีประสิทธภิ าพ บทที่ 6 กลาวถงึ วธิ ีควบคมุ อณุ หภมู ิไอน้ำยวดยงิ่หลายวิธี แตในที่นี้จะกลาวถึงระบบควบคมุ ท่ีใชการพน ละอองน้ำเพื่อลดอณุ หภูมิไอนำ้ ไมใหสงู เกินไป ระบบควบคมุ อุณหภูมิไอนำ้ ยวดย่ิงในรปู ท่ี 9.40 เปน การควบคมุ แบบตอ เรียงกนั เครอ่ื งทำไอน้ำยวดย่งิ แบง เปน เครือ่ งทำไอน้ำยวดย่งิ ปฐมภมู ิ (primary superheater) และเคร่ืองทำไอนำ้ ยวดย่ิงทุติ-ยภมู ิ (secondary superheater) กาซเสียไหลจากเคร่อื งทำไอน้ำยวดยง่ิ ทตุ ยิ ภมู ิไปท่ีเครอื่ งทำไอน้ำ