pplant

4.2. อตั ราสวนอากาศตอ เช้อื เพลงิ เชงิ ทฤษฎี 43อกี ดวย ปจ จยั สำหรบั การเผาไหมสมบรู ณมี 4 ประการคือ (1) อากาศมีปริมาณมากพอ (2) อุณหภมู ิการเผาไหมสูงกวาอณุ หภมู ิจดุ ระเบิด (3) การผสมกนั ของอากาศกบั เช้ือเพลิงอยางท่วั ถงึ และ (4) เวลาทำปฏิกิริยาเผาไหมท ่ีมากพอ ปริมาณอากาศพอดีข้นึ อยูกบั ชนดิ ของเชือ้ เพลงิ อยางไรกต็ ามเน่อื งจากการผสมกันอยางท่ัวถงึ ของออกซเิ จนในอากาศกับเช้ือเพลิงเปนไปไดยากในทางปฏิบตั ิ ปริมาณอากาศท่ีใชในการเผาไหมจงึ มกักำหนดใหมีอากาศสวนเกิน (excess air)4.2 อตั ราสวนอากาศตอ เชอ้ื เพลงิ เชิงทฤษฎีในการทำใหเกิดการเผาไหมสมบรู ณ อากาศที่ใชจะตอ งมีปรมิ าณไมนอ ยกวา ปริมาณพอดี อตั ราสวนระหวา งปรมิ าณอากาศพอดีและเช้อื เพลิงเรยี กวาอัตราสว นอากาศตอ เชอื้ เพลิงเชงิ ทฤษฎี (theoret-ical air-fuel ratio) ซึง่ มีสัญลักษณ AFRT อัตราสวนอากาศตอเชอ้ื เพลิงเชงิ ทฤษฎีอาจเปน อตั ราสวนเชงิ มวลหรืออัตราสว นเชงิ โมลก็ได การระบุคา AFRT จงึ ควรระบุหนว ยดวยวาเปน kgair/kgfuel หรือmolair/molfuel ความสมั พนั ธร ะหวางอตั ราสวนเชิงมวลและอัตราสวนเชงิ โมลเปน ดงั น้ี อัตราสวนเชิงมวล = 28.84 × อตั ราสวนเชงิ โมล (4.7) Mf uelโดยที่ 28.84 คอื นำ้ หนกั โมเลกลุ ของอากาศทฤษฎีและ Mfuel คือนำ้ หนักโมเลกลุ ของเช้อื เพลิง เช้อื เพลิงประกอบดวย C, H หรือ S ซึง่ เผาไหมในอากาศ ไดดงั แสดงในสมการ (4.1)-(4.3) นอกจากน้ีเชอื้ เพลิงอาจมีสวนประกอบของ O และ N ดวย ดังนั้นโมเลกลุ ของเช้อื เพลิงอาจเขียนเปน สตู รเคมีCaHbScOdNe อยางไรกต็ ามสูตรเคมีนี้ไมไดหมายความวาธาตุตาง ๆ สรางพันธะเคมีตอ กัน ธาตุบางธาตุเชน C อยูใ นรปู ของคารบอนอสิ ระในเชอ้ื เพลิงแขง็ สมการเผาไหมพ อดขี องเช้ือเพลงิ เปนดังนี้ ()CaHbScOdNe + a+ b +c− d (O2 + 3.76N2) −→ 42 [( )]aCO2 b H2O cSO2 a+ b +c− d e N2 (4.8) + 2 + + 3.76 42 + 2สมการ (4.8) แสดงใหเ หน็ วาเชอื้ เพลิงน้ีมี () bd molair/molfuel (4.9)AF RT = 4.76 a+ +c− 42ตารางที่ 4.2 แสดง AFRT ของเชอื้ เพลงิ บางชนดิ ที่คำนวณจากสมการ (4.9) สำหรบั ธาตุอน่ื หรอื กาซอืน่ทีไ่ มใชเ ชือ้ เพลิงเชน N, O2 และ CO2 คา AFRT เทา กับศูนย ในการหา AFRT ของเชื้อเพลงิ ท่ีมีสว นประกอบหลายชนดิ จะตอ งทราบสัดสวนโดยโมลของสว นประกอบแตล ะชนิด สมมุติวา เช้อื เพลงิ มี k สว นประกอบโดยมีสดั สวนโดยโมลเปน y1, y2, ..., yk และสวนประกอบแตละชนิดมีคา AF RT เทา กบั ,AF RT,1 ,AF RT,2 ..., AF RT,k ตามลำดับ คา AF RTของเช้ือเพลิงสามารถคำนวณไดดงั นี้AF RT = y1AF RT,1 + y2AF RT,2 + ... + ykAF RT,k (4.10)

44 บทที่ 4. การเผาไหมตารางที่ 4.2: AFRT ของเชื้อเพลิงบางชนิดเชอ้ื เพลิง AFRT (m4o.l7a6ir/molfuel)C 1.19H 4.76S 9.52CH4 16.66C2H6 23.8C3H8 2.38CO ตัวอยาง คำนวณ AFRT ของเชือ้ เพลงิ ทปี่ ระกอบดว ย C3H8 40% และ C4H10 60% วธิ ที ำ กำหนดให C3H8 เปนสวนประกอบที่ 1 และ C4H10 เปน สวนประกอบที่ 2 ของเชอ้ื เพลิง ดังนั้น y1= 0.4, y2 = 0.6, AF RT,1 = 23.8, AF RT,2 = 30.94 AF RT = 0.4 × 23.8 + 0.6 × 30.94 = 28.1 molair/molfuel ตัวอยาง คำนวณ AFRT เชิงโมลของเช้อื เพลงิ กาซท่ีประกอบไปดวย CH4 70%, C2H6 10%,C3H8 10% และ CO2 10% วธิ ีทำ กำหนด CH4, C2H6, C3H8 และ CO2 เปนสว นประกอบที่ 1, 2, 3 และ 4 ตามลำดบั สัดสว นโดยโมลและอัตราสวนอากาศตอ เชื้อเพลิงเชงิ ทฤษฎีของกา ซแตละชนดิ เปน ดังนี้ y1 = 0.7, y2 = 0.1, y3 =0.1, y4 = 0.1, AF RT,1 = 9.52, AF RT,2 = 16.66, AF RT,3 = 23.8, AF RT,4 = 0 ดังน้ัน AF RT = 0.7 × 9.52 + 0.1 × 16.66 + 0.1 × 23.8 + 0.1 × 0 = 10.7 molair/molfuel ปริมาณของเชอ้ื เพลงิ แขง็ กบั เช้อื เพลงิ เหลวมักวัดเปนนำ้ หนัก ดงั นั้นจึงนิยมระบุ AFRT เปนอตั ราสวนเชงิ มวลซึง่ หาไดจากการแทนคาอัตราสวนอากาศตอเชื้อเพลงิ เชงิ โมลในสมการ (4.9) ในสมการ(4.7) 28.84 × 4.76 ()AF RT = Mfuel a+ b +c− d kgair/kgfuel (4.11) 42

4.2. อตั ราสว นอากาศตอ เช้ือเพลิงเชงิ ทฤษฎี 45เชื้อเพลงิ ทีม่ ีสูตรเคมี CaHbScOdNe มีนำ้ หนกั โมเลกุลดงั น้ี (4.12) Mfuel = 12a + b + 32c + 16d + 14eสัดสว นโดยมวลของ C, H, S และ O ในเชือ้ เพลิงแขง็ ในสภาพแหง และไมม เี ถาคือ 12a (4.13)xC = Mf uel (4.14) (4.15) b (4.16)xH = Mf uel 32cxS = Mf uel 16dxO = Mf uelถาทราบ xC, xH, xS และ xO ก็สามารถหาคา a, b, c และ d ได สมการ (4.11) จะกลายเปนAF RT = 11.44xC + 34.32xH + 4.29xS − 4.29xO kgair/kgfuel (4.17)ในกรณีที่เชอ้ื เพลิงมีความชนื้ และเถาและสดั สวนโดยมวลของความชื้นคอื xM และสดั สวนโดยมวลของเถาคอื xA อัตราสวนอากาศตอเชื้อเพลงิ ความชนื้ และเถา จะเปน ดังน้ีAF RT = (11.44xC + 34.32xH + 4.29xS − 4.29xO)(1 − xM − xA) (4.18)โดยท่ี xC, xH, xS และ xO เปน สดั สว นโดยมวลจากการวิเคราะหข ้นั สุดทา ยของถา นหินท่แี หงและไมม ีเถา สมการ (3.6) แสดงใหเ ห็นวาสมการ (4.18) อาจเขยี นใหมดังนี้AF RT = 11.44xC,ar + 34.32xH,ar + 4.29xS,ar − 4.29xO,ar (4.19)โดยท่ี ,xC,ar ,xH.ar xS,ar และ xO,ar เปน สดั สวนโดยมวลจากการวเิ คราะหขัน้ สดุ ทายของถานหินในสภาพเดิมซงึ่ มีความช้นื และเถา ตวั อยา ง ผลการวิเคราะหโดยประมาณของถา นหนิ กอ นหน่ึงพบวามีความชื้น 4% และเถา 5%เม่อื นำถานหินในสภาพที่ไมมีความชื้นและเถามาวเิ คราะหข้นั สุดทาย ไดผลดงั นี้ C 83.1%, H 5.5%, O7.4%, N 2.1% และ S 1.9% คำนวณ AFRT ของถา นหนิ วิธีทำ แทนคาสัดสว นโดยมวลในสมการ (4.18) เพื่อหา AFRT AF RT = (11.44 × 0.831 + 34.32 × 0.055 + 4.29 × 0.019 − 4.29 × 0.074) × (1 − 0.04 − 0.05) = 10.2 kgair/kgfuel

46 บทที่ 4. การเผาไหม4.3 คาความรอน ปฏกิ ริ ิยาเคมีมักเกิดขึน้ พรอ มกับการแปลงรูปพลงั งานระหวางพลงั งานความรอนและพลงั งานเคมีพลังงานเคมีของสารตง้ั ตน และสารผลผลิตคือ ผลรวมเอนทัลปกอ รูป (formation enthalpy) ของสารต้งั ตนและสารผลผลิต ถาปฏิกิรยิ าเกิดข้นึ ที่อณุ หภมู ิหอ งในระบบปด ท่ีไมแลกเปลี่ยนความรอ นกับส่ิงแวดลอมอณุ หภมู ิของสารผลผลิตจะมีคาเทากับอุณหภูมิเปลวไฟแอเดยี แบติก (adiabatic flametemperature) ในกรณีท่ีพลังงานเคมีของสารตง้ั ตนนอยกวา พลังงานเคมีของสารผลผลติ อุณหภูมิเปลวไฟแอเดยี แบติกจะนอยกวา อุณหภมู ิหอ ง แตในกรณีที่พลังงานเคมีของสารต้งั ตน มากกวาพลังงานเคมีของสารผลผลิต อุณหภูมิเปลวไฟแอเดยี แบตกิ จะมากกวา อณุ หภูมิหอ ง ในกรณีหลงั ถาปฏิกิรยิ าเกิดขนึ้ท่ีอณุ หภูมิหองในระบบเปด ท่ีถายเทความรอนสูสง่ิ แวดลอมจนอุณหภมู ิของสารผลผลติ ลดลงเทากับอณุ หภมู หิ อง ปรมิ าณความรอนน้ีเรียกวา คาความรอ น (heating value) โดยทั่วไปคาความรอ นของเชื้อเพลงิ จะหมายถึงปริมาณความรอ นที่ไดจากการเผาไหมแบบพอดีของเชือ้ เพลิงแข็งหรอื เช้อื เพลงิ เหลว1 kg หรอื ของเชอื้ เพลิงกาซ 1 m3 การหาคาความรอนโดยตรงอาจใชบอมบแคลอริมิเตอร (bombcalorimeter) คา ความรอนขึ้นกบั ผลผลิตที่ไดจากการเผาไหมซ่งึ อาจปน นำ้ หรือไอน้ำกไ็ ด การเผาไหมที่ใหผลผลิตเปน น้ำใหคาความรอ นสงู (higher heating value) การเผาไหมที่ใหผลผลิตเปนไอนำ้ ใหคาความรอนต่ำ (lower heating value) ดงั นน้ั ผลตางระหวา งคา ความรอนสงู กับคาความรอ นต่ำจึงเทากบัคา ความรอนแฝงในการกลายเปน ไอของน้ำทเ่ี ปนผลผลิตจากการเผาไหม คาความรอ นเปน ลกั ษณะเฉพาะของเชอื้ เพลิงแขง็ แตละชนิด ถา ทราบสัดสวนโดยมวลของธาตุตา งๆ รวมถงึ ความชืน้ และเถาในเช้อื เพลิงแขง็ จากการวเิ คราะหขั้นสุดทายก็สามารถคำนวณคาความรอ นของเชือ้ เพลงิ แข็งได ตารางที่ 4.3 แสดงคา ความรอ นสูงตอมวลของเผาไหมธาตุที่เผาไหมได ธาตุ C และ ตารางท่ี 4.3: คา ความรอนสูงของ C H และ S ธาตุ ปฏกิ ริ ิยา HHV (kJ/kg) C C + O2 −→ CO2 33700 H H + 0.25O2 −→ 0.5H2O 144200 S S + O2 −→ SO2 9300S ท่ีอยูในเชอื้ เพลงิ ทั้งหมดจะเผาไหมและใหคาความรอนตามตารางที่ 4.3 แตในกรณีของ H มีเพียงไฮโดรเจนอิสระเทา นน้ั ที่เผาไหมในขณะที่ไฮโดรเจนไมอสิ ระ 1 kg รวมตวั กบั O 8 kg คาความรอนสงูของเช้ือเพลงิ แข็งจงึ เทา กับ ( ) + 144200 xH HHV = 33700xC − xO + 9300xS (4.20) 8สตู รน้ีมชี ือ่ วา สูตรของดูลอง (Dulong’s formula) คา ความรอ นสงู ในสมการ (4.20) เปนของเชื้อเพลิงแข็งในสภาพที่แหงและไมมีเถา แตถ า เช้ือเพลงิ มที ้งั ความช้นื และเถา สมการของคา ความรอนสงู เปน ดังนี้ ( xO ) (4.21) xH 8HHV = (33700xC + 144200 − + 9300xS )(1 − xM − xA)

4.3. คาความรอ น 47หรอื ( xO,ar ) (4.22) + 144200 xH,ar − 8 HHV = 33700xC,ar + 9300xS,ar ในคำนวณคา ความรอนต่ำของเชื้อเพลงิ แขง็ จะตองทราบปริมาณน้ำท่ีเกดิ จากการเผาไหมตอมวลของเช้อื เพลงิ ตารางที่ 4.3 แสดงใหเห็นวา การเผาไหม C และ S ไมทำใหเกดิ น้ำ แตการเผาไหม Hจะทำใหไดนำ้ 9 kg ตอ 1 kg ของ H ซึ่งนับเฉพาะไฮโดรเจนอิสระ อยา งไรก็ตามเมือ่ รวมนำ้ ท่ีเกิดจากการเผาไหมไฮโดรเจนอสิ ระกับน้ำท่ีมีพนั ธะกบั สารอนื่ ซ่งึ จะกลายเปนไอน้ำจากการเผาไหมก็จะพบวาไฮโดรเจนทงั้ หมดในเชอื้ เพลิงทำใหเกิดนำ้ ซง่ึ มมี วลเปน 9 เทาของมวลไฮโดรเจน นอกจากนเ้ี ชอื้ เพลิงแข็งยังมีความช้นื ซง่ึ ก็จะกลายเปน ไอหลงั การเผาไหมเชน กนั เน่อื งจากคาความรอ นแฝงในการกลายเปน ไอของนำ้ ท่อี ุณหภูมิ 25◦C เทากับ 2442 kJ/kg คา ความรอ นต่ำของเชอื้ เพลิงแข็งจงึ เทา กบั LHV = HHV − 2442(9xH,ar + xM ) (4.23) ในเชอื้ เพลิงเหลวและเข้อื เพลิงกา ซ ธาตุที่เผาไหมไดรวมตวั เปน สารประกอบกบั ธาตุอนื่ โดยมกัอยูในรูปของ CmHn ในกรณีของเชือ้ เพลิงเหลวและ CmHn, CO และ H2 ในกรณีของเชอื้ เพลงิ กา ซสารประกอบเหลา นม้ี ปี ฏิกิรยิ าการเผาไหมแ ละคาความรอนตามตารางท่ี 4.4 ตารางท่ี 4.4: คาความรอนสูงของกาซบางชนิด สารประกอบ ปฏกิ ริ ิยา HHV (kJ/m3) HHV (kJ/kg) CH4 CH4 + 2O2 −→ CO2 + 2H2O 39700 55600 C2H6 C2H6 + 572OO22 2CO2 + 3H2O 69600 52000 C3H8 C3H8 + −→ 3CO2 + 4H2O 99100 50500 H2 H2 1 −→ 12700 142200 CO CO + H2O 12600 10100 + O2 2 −→ CO2 −→ 1 O2 2 ถา เชือ้ เพลงิ กา ซประกอบดว ยกา ซ k ชนิดท่ีเผาไหมได สดั สวนโดยปริมาตรคอื y1, y2, ..., yk และกาซแตละชนิดมีคาความรอ นสูงตอปริมาตรเทา กับ HHV1, HHV2, ..., HHVk ตามลำดับ คาความรอนสูงตอปรมิ าตรของเชือ้ เพลงิ กาซสามารถคำนวณไดดงั น้ี HHV = y1HHV1 + y2HHV2 + ... + ykHHVk (4.24)ถาเช้อื เพลิงเหลวประกอบดวยของเหลว k ชนดิ ทเี่ ผาไหมไ ด สัดสว นโดยมวลคอื x1, x2, ..., xk และกาซแตล ะชนิดมีคา ความรอนสงู ตอมวลเทา กบั HHV1, HHV2, ..., HHVk ตามลำดบั คา ความรอ นสงู ตอมวลของเชือ้ เพลงิ เหลวสามารถคำนวณไดดังน้ี HHV = x1HHV1 + x2HHV2 + ... + xkHHVk (4.25)

48 บทที่ 4. การเผาไหม ตารางที่ 4.4 แสดงปริมาณน้ำที่เกดิ จากการเผาไหมเช้ือเพลงิ แตล ะชนิด จะเห็นวาเช้อื เพลิงทกุ ชนิดยกเวน CO ใหนำ้ เปนผลผลิต ถา กำหนดให Vi เปน ปรมิ าตรของนำ้ ที่เกดิ จากการเผาไหมเชอ้ื เพลงิ i 1m3 ปริมาตรรวมของนำ้ ท่ีเกิดจากการเผาไหมเช้อื เพลิงกาซ 1 m3 ท่ีประกอบดวยกาซ k ชนดิ ท่ีเผาไหมไดมีคาดังนี้V = y1V1 + y2V2 + ... + ykVk (4.26)คา ความรอนแฝงในการกลายเปน ไอของน้ำที่อณุ หภูมิ 25◦C เทากบั 1962 kJ/m3 ดงั น้นั คาความรอนต่ำของเชือ้ เพลิงกา ซLHV = HHV − 1962V (4.27) ในกรณีของเชอื้ เพลงิ เหลว คา ความรอนต่ำหาไดจากสมการ (4.20) แต xM = 0 เนอื่ งจากเช้อื เพลงิเหลวมีน้ำปนอยนู อ ยมาก ตัวอยาง เชอ้ื เพลิงแข็งประกอบดวย C 70%, H 5%, O 4%, S 1%, ความชน้ื 10% และเถา 10%หาคา ความรอ นสูงและความรอนตำ่ ของเชื้อเพลิง วธิ ที ำ ผลรวมของสดั สว นโดยมวลของธาตทุ ้ัง 4 ธาตุ ความชื้นและเถา เทา กบั 100% ดังนนั้ ขอมลู ทโ่ี จทยใ หมาจงึ เปน สดั สว นโดยมวลจากการวิเคราะหขัน้ สดุ ทา ยของถานหนิ ท่ีมีความชืน้ และเถา กลา วคอื xC,ar= 0.70, xH,ar = 0.05, xO,ar = 0.04, xS,ar = 0.01, xM = 0.10 และ xA = 0.10 คาความรอนสงูคำนวณจากสมการ (4.22) HHV = 33700(0.7) + 144200(0.05 − 0.04/8) + 9300(0.01) = 30172 kJ/kgคาความรอ นตำ่ คำนวณจากสมการ (4.23)LHV = 30172 − 2440(9 × 0.05 + 0.1) = 28828 kJ/kg ตัวอยาง เชอ้ื เพลงิ กาซประกอบดว ย CH4 80%, H2 15% และ CO 5% หาคาความรอนสงู และความรอนต่ำของเช้ือเพลิง วิธที ำ คา ความรอ นสงู คำนวณจากสมการ (4.24) และตารางท่ี 4.4 HHV = 39700(0.8) + 12700(0.15) + 12600(0.05)

4.4. อัตราสว นอากาศตอ เช้ือเพลิงจรงิ 49 = 34295 kJ/m3 ปริมาณน้ำเกดิ จากการเผาไหมเ ชื้อเพลิง 1 m3 ไดจากสมการ (4.26) และตารางท่ี 4.4 V = 2 × 0.8 + 1 × 0.15 = 1.75 m3คา ความรอนตำ่ คำนวณจากสมการ (4.27) LHV = 34295 − 1960 × 1.75 = 30865 kJ/m34.4 อตั ราสวนอากาศตอเช้ือเพลิงจริง การคำนวณปรมิ าณอากาศที่ใชในการเผาไหมจรงิ ตองใชขอ มูลจากการวเิ คราะหกาซเสียซ่งึ มี วิธีวเิ คราะห 2 วธิ ี วธิ แี รกใชเซน็ เซอรตรวจวดั ปริมาณกาซตาง ๆ ในกา ซเสีย โดยสามารถอานคา ปรมิ าณกา ซจากเซ็นเซอรไดทันทีแตเซน็ เซอรแตล ะตัวสามารถวัดปรมิ าณกา ซไดเพียงหน่ึงหรือสองชนิดเทา นัน้ วิธีท่ีสองจะเก็บตวั อยา งกาซเสยี มาวิเคราะหในหอ งปฏบิ ัติการ วิธีที่สองไมใหคาปริมาณกา ซสวนประกอบทันทีเหมือนวิธีแรกแตสามารถหาปริมาณกา ซหลายชนิด อุปกรณสำหรับวิเคราะหกาซเสยี ดวยวิธีที่สองท่ีไดรบั ความนิยมคือ อุปกรณออรแสต (Orsat apparatus) เพราะมีราคาไมแพง งายตอ การใช และเคลือ่ นยา ยงา ย อปุ กรณนี้ใชวัดสดั สว นโดยปริมาตรหรือโดยโมลของ CO2, CO และ O2 ในกาซเสียแหงถา สมมตุ ิวามีกาซเพยี งสี่ชนิดในกา ซเสียแหง (CO2, CO, O2 และ N2) ขอมลู ที่ไดจากอุปกรณออรแสตสามารถใชห าสดั สว นโดยปรมิ าตรของ N2 ไดดังน้ี yN2 = 1 − yCO2 − yCO − yO2 (4.28)เมือ่ ทราบสัดสว นโดยปริมาตรของกา ซสว นประกอบในกาซเสยี แลวก็สามารถหาอัตราสวนอากาศตอ เชอื้เพลงิ จริง (AFRA) ไดโ ดยใชวิธใี ดวิธหี น่งึ ในสองวิธตี อ ไปน้ี4.4.1 วิธที ี่หนึง่ วิธีน้ีใหคา AFRA ซึ่งอัตราสวนโดยมวลจงึ เหมาะกบั เช้ือเพลิงแขง็ และเช้อื เพลิงเหลวเร่ิมตน จากนยิ ามของ AF RAAF RA = มวลอากาศทใ่ี ชใ นการเผาไหม = 1 (มมววลลเชขอ้ือเงพNล2ิง ในอากาศทีใ่ ชเผาไหม) 0.767 มวลเชอื้ เพลิง

50 บทที่ 4. การเผาไหม= 1 (มวลของ N2 ในกา ซเสยี − มวลของ N2 ในเชือ้ เพลงิ )= 0.767 ( มวลเชอื้ เพลิง ) 1 28(จำนวนโมลของ N2 ในกา ซเสีย) 0.767 − xN,ar (4.29) มวลเชอื้ เพลงิโดยที่ xN คอื สัดสวนโดยมวลของธาตุ N ในเช้ือเพลิง C ที่เผาไหมจะกลายเปน CO หรือ CO2 กำหนดให xcb เปน สดั สวนโดยมวลของ C ทเ่ี ผาไหมต อ 1 kg เชอ้ื เพลิง ดังน้ัน xcb = มวลของ CO และ CO2 ในกา ซเสีย มวลเชอื้ เพลงิ 12(จำนวนโมลของกา ซเสยี )(yCO = มวลเชื้อเพลิง + yCO2 )=⇒ มวลเช้อื เพลงิ = 12(yCO + yCO2)(จำนวนโมลของกาซเสยี ) (4.30) xcbโดยท่ี xcb คือสัดสวนโดยมวลของ C ในเช้ือเพลิงที่เผาไหม แทนคามวลเชอื้ เพลงิ จากสมการ (4.30) ในสมการ (4.29) ไดผ ลลัพธดังนี้ () 1 28xcbyN2 (4.31) AF RA = 0.767 12(yCO + yCO2 ) − xN,arxcb มีคา นอยมากหรอื เปนศูนยถา เช้อื เพลงิ เปน น้ำมันเตาหรือกา ซธรรมชาติ แตการเผาไหมเช้ือเพลิงแขง็มกั กอใหเกดิ คารบ อนที่ไมเผาไหมซึง่ อาจเปนเพราะคารบอนสว นนน้ั ไมไดสมั ผัสกับอากาศหรือเวลาในการเผาไหมนอ ยเกนิ ไป ในบางครงั้ การหาคา xcb จะตอ งใชวิธีทางออมเพราะการวัดโดยตรงคอนขา งยาก โดยทั่วไปสิง่ ท่ีทราบเก่ียวกับเชือ้ เพลิงแข็งคอื สัดสวนโดยมวลของเถา (xA) ผลผลิตจากการเผาไหมทีเ่ ปน ของแขง็ เรียกวาขี้เถา (refuse) ซงึ่ จะประกอบดว ยคารบอนผสมกบั เถา ถานำข้ีเถา ไปวเิ คราะหก็จะทราบสัดสว นโดยมวลของคารบ อน (xcr) ขอมลู เหลาน้ีใชหาคา xcbมวลเถา ในขเ้ี ถา มวลข้ีเถา = 1 − xcrมวลเถาในเชอื้ เพลงิ มวลเชือ้ เพลิง = xA มวลขี้เถา = 1 xAมวลเชื้อเพลิง − xcrมวลคารบ อนในข้เี ถา (มวลคารบ อนในข้ีเถา ) ( มวลข้เี ถา )มวลเชอ้ื เพลงิ = × มวลเช้ือเพลิง xcr xA มวลขี้เถา 1 − xcr = มวลคารบอนทเี่ ผาไหม xcb = มวลเช้ือเพลิง

4.4. อตั ราสว นอากาศตอ เชือ้ เพลิงจรงิ 51 มวลคารบ อนทง้ั หมดในเช้อื เพลิง มวลคารบอนในขีเ้ ถา = มวลเชือ้ เพลงิ − มวลเชอ้ื เพลงิดงั นน้ั xcb = xC,ar − xcr xA (4.32) 1 − xcr ตวั อยา ง ถา นหินลิกไนตมีสดั สว นโดยมวลของธาตุตาง ๆ ดังนี้ C 36%, H 3%, O 8%, S 0.64%,N 0.84%, ความช้นื 36% และเถา 15.52% เมือ่ เผาไหมถา นหนิ กบั อากาศ พบวา ไดกาซเสยี แหงซึง่ประกอบดวย CO2 18.57%, O2 5.84%, SO2 0.13% และ CO 0.66% นอกจากนพ้ี บวา ขเ้ี ถาประกอบดวยคารบ อน 7.18% จงคำนวณหาอตั ราสวนอากาศตอเชอ้ื เพลงิ จริง วิธีทำ yN2 = 1 − yCO2 − yO2 − ySO2 − yCO = 0.748 xcb = 0.36 − 0.0718 × 0.1552 1 − 0.0718 = 0.348 () 1 28 × 0.348 × 0.748 − 0.0084 AF RA = 0.767 12(0.0066 + 0.1857) = 4.11 kgair/kgfuel4.4.2 วธิ ที สี่ อง วิธีน้ีเหมาะกับเชือ้ เพลิงที่ไมม ีไนโตรเจนเปนสว นประกอบซึง่ ไดแกเชือ้ เพลิงเหลวและเชอ้ื เพลงิ กาซสมมุตวิ า เชอ้ื เพลงิ มสี ูตรเคมี CaHbScOd สมการเผาไหมพ อดีของเชอ้ื เพลิงนี้ดัดแปลงจากสมการ (4.8) () CaHbScOd + a+ b +c− d (O2 + 3.76N2) −→ 42 () aCO2 b H2O cSO2 a+ b +c− d N2 (4.33) + 2 + + 3.76 42 ในการเผาไหมจริงจะมปี รมิ าณอากาศมากกวาปริมาณอากาศพอดีซง่ึ ทำใหมี O2 ในกา ซเสีย นอกจากนี้การเผาไหมอาจไมส มบูรณซึง่ ทำใหม ี CO ในกา ซเสยี ดว ย สมการเผาไหมจริงจงึ อาจเขียนไดด ังนี้ () CaHbScOd + α a+ b +c− d (O2 + 3.76N2) −→ (a − β)CO2 + βCO + 42 [( )] b H2O cSO2 a+ b +c− d β O2 + 2 + + (α − 1) 42 + 2

52 บทที่ 4. การเผาไหม () a+ b +c− d N2 (4.34)3.76α 42α คือ อัตราสว นอากาศ (air ratio) ซงึ่ มีคาเทากับอัตราสว นระหวาง AFRA กบั AFRT สัดสวนโดยโมลของ O2, CO และ N2 ในกา ซเสยี ไดจ ากสมการ (4.29) yO2 = (α − 1)(a + b/4 + c − d/2) + β/2 (4.35) Ntotal β (4.36) yCO = Ntotal yN2 = 3.76α(a + b/4 + c − d/2) (4.37) Ntotalโดย Ntotal เทากับจำนวนโมลของกาซเสยี กำจัด β และ ออกจากสมการ (4.30) โดยใชสมการ (4.31) yO2 − 1 = (α − 1)(a + b/4 + c − d/2) (4.38) 2 yCO Ntotalหารสมการ (4.32) ดว ยสมการ (4.33) yN2 3.76α = yO2 − 0.5yCO (α − 1)แกส มการหา α α = yN2 − yN2 − 0.5yC O ) (4.39) 3.76(yO2 (4.40)หลงั จากไดค า α แลว AFRA คำนวณไดจาก AF RA = αAF RT ตวั อยา ง C3H8 เผาไหมในอากาศแลว ไดกา ซเสียแหง ซง่ึ มีสดั สวนโดยปรมิ าตรของ CO2, O2 และCO เทา กับ 11.5%, 2.7% และ 0.7% ตามลำดบั จงหาอตั ราสวนอากาศตอ เช้อื เพลงิ จรงิ ในการเผาไหม วธิ ที ำ คา AFRT ของ C3H8 เทากบั 23.8 โมลอากาศ/โมลเชอ้ื เพลิง ในการหาคา α จากสมการ (4.31)ตอ งทราบสดั สว นโดยปริมาตรของ N2 ซ่ึงคำนวณไดดังน้ี yN2 = 1 − yCO2 − yO2 − yCO = 0.851และเนอ่ื งจากเชอื้ เพลงิ ไมม ี N (e = 0) ดงั น้นั α = 0.851/(0.027 − 007/2) 0.851/(0.027 − 007/2) − 3.76 = 1.116 =⇒ AF RA = 1.116 × 23.8 = 26.56 molair/molfuel

4.5. อากาศสว นเกิน 534.5 อากาศสวนเกนิ ปริมาณอากาศเชิงทฤษฎีเปน เพียงความตอ งการขน้ั ต่ำสำหรบั การเผาไหมสมบรู ณ แตในความเปนจริงความตองการอากาศสำหรับการเผาไหมจะมากกวา นี้เพราะอากาศกับจะไมผสมกันอยา งทัว่ ถงึ จะมีบางบริเวณที่มีอากาศมากเกนิ ไป (lean mixture) และบางบรเิ วณท่ีมีเชือ้ เพลิงมากเกินไป (rich mix-ture) ซ่งึ อนั หลงั นี้จะเปนตนเหตุของการเผาไหมไมส มบรู ณ เพ่อื แกปญ หานี้ อากาศที่ใหใ นการเผาไหมจ ะตอ งมีสว นเกนิ จากปริมาณพอดีตามทฤษฎี อากาศสว นเกินมักบงบอกเปนเปอรเซน็ ตของปริมาณอากาศเชงิ ทฤษฎี ตัวอยางเชน อากาศสวนเกนิ 20% คือปรมิ าณอากาศทีม่ ากกวา ปริมาณอากาศเชงิ ทฤษฎี 20%สตู รการคำนวณเปอรเซ็นตอากาศสว นเกนิ (e) คอื () (4.41) e = AF RA − AF RT × 100 AF RT ถงึ แมวาอากาศสวนเกนิ จะลดการเผาไหมไมสมบูรณ แตอากาศสว นเกินจะทำใหเกดิ การสญู เสยีพลงั งานความรอน เน่อื งจากความรอ นบางสวนจะตองถกู ใชไปกบั การทำให N2 และ O2 บางสวนในอากาศสวนเกินรอนข้ึนกอนท่ีมนั จะถูกปลอยออกไปสูส่ิงแวดลอม ความตอ งการอากาศสว นเกนิ ขึ้นอยูกับปจจยั หลายอยาง เชน ชนิดของเชือ้ เพลิง ลกั ษณะเตาเผา ลกั ษณะหวั เผา (burner) และอัตราการผลติ ไอนำ้ ตามปกติถา นหนิ ตองการอากาศสวนเกนิ 15-30% ในขณะท่ีเช้ือเพลงิ กา ซตองการ 5-10%และเชื้อเพลงิ เหลวตองการ 3-15% สำหรับอตั ราการผลติ ไอนำ้ มีผลตอ อากาศสว นเกินเพราะอตั ราการผลิตไอน้ำแปรผนั กับอตั ราการไหลของกาซเสยี ถากา ซเสียไหลชา ลง การผสมกันระหวา งอากาศกบั เชอ้ืเพลงิ อยา งเหมาะสมจะเกดิ ยากข้นึ ดงั นัน้ ปริมาณอากาศสวนจะตอ งเพ่มิ มากขนึ้ ถาอตั ราการผลติ ไอนำ้ลดลง ในกรณีของการเผาไหมโดยใชถานหนิ ปรมิ าณอากาศสวนเกนิ อาจตอ งเพิ่มขน้ึ เทาตวั ถา อัตราการผลติ ไอนำ้ ลดลงครึ่งหนงึ่ การวดั อากาศสวนเกินอาจกระทำไดทางออ มจากการวัดสดั สวนของ O2 และ CO2 ในกา ซเสยี ถาสมมุตวิ าการเผาไหมเ ช้อื เพลงิ CmHn เปนการเผาไหมสมบรู ณโ ดยมี O2 ในกาซเสียCmHn ( n ) (O2 3.76N2) m+COn22H+2O[(+α3−.716)α((mm++n4n4))]NO22 m 4 + α + + −→ (4.42)สัดสว นโดยโมลของ O2, CO2 ในกาซเสยี แหง และอากาศสว นเกินของปฏกิ ิริยาการเผาไหมน้ีมคี าเทา กบั [(α − 1)(m + n/4) yO2 = 4.76α(m + n/4) − n/4 m yCO2 = 4.76α(m + n/4) − n/4 e = 100(α − 1)ซึ่งทำใหไ ดสมการระหวาง yO2 และ yCO2 กบั e ดังน้ี 0.01e yO2 = 4.76(1 + 0.01e) − n/(4m + n)

54 บทท่ี 4. การเผาไหม 4m/(4m + n) yCO2 = 4.76(1 + 0.01e) − n/(4m + n) รูปที่ 4.1 เปนกราฟระหวา ง yO2 และ yCO2 กับ e ในการเผาไหมเชอ้ื เพลิง CmHn ที่มีคา m และn ตางกนั จะเหน็ วาเสน โคงของ yO2 ในการเผาไหมทกุ เชอ้ื เพลงิ มีลกั ษณะคลายกันมาก ในทางตรงขามเสน โคงของ yCO2 ข้ึนกบั ชนดิ ของเชื้อเพลงิ อยา งชัดเจน เหตผุ ลคอื CO2 ข้นึ กบั สดั สว นของคารบ อนในเชอ้ื เพลิง ถานหนิ มีสดั สวนของคารบ อนมากกวา กา ซมีเทน ปริมาณ CO2 ที่ไดจากการเผาไหมถานหินจึงมากกวาท่ีไดจากการเผาไหมกาซมเี ทน รปู ที่ 4.1: ความสมั พันธระหวาง yO2 และ yCO2 กับ e ในการเผาไหมเ ช้ือเพลงิ ไฮโดรคารบ อน ถงึ แมวาปริมาณอากาศสว นเกนิ จะหาไดจ ากการวัด O2 หรือ CO2 แตก ารวัด O2 เปน ทน่ี ิยมมากกวาเน่ืองจาก • เสนโคงการเปล่ียนแปลง O2 ตามเปอรเ ซ็นตอากาศสว นเกินจะคลา ยกันไมวาเช้ือเพลิงจะเปน ถานหนิ น้ำมนั เตาหรือกา ซธรรมชาติ ในขณะท่ีชนดิ ของเชือ้ เพลิงมีผลอยางมากตอเสนโคง ของ CO2 • เสนโคงของ CO2 มีความชันนอ ยกวาเสนโคง ของ O2 ซง่ึ ทำใหการวัด CO2 ตอ งมีความแมนยำ สูงกวาการวัด O2 เพ่อื ใหไ ดคา อากาศสว นเกนิ ท่มี คี วามคลาดเคลอ่ื นเทากัน • CO2 ละลายน้ำดีกวา O2 การวัดปรมิ าณอากาศสวนเกนิ ดวยการวดั CO2 จงึ อาจใหคาท่ีผิดพลาด มากกวา รูปท่ี 4.2 แสดงการเปลยี่ นแปลงของสัดสว นของ CO2, O2 และ CO ตามปรมิ าณอากาศทใ่ี ชเ ผาไหมเปน ที่นา สงั เกตวาสัดสว นของ CO2 ทมี่ ากเปน สิง่ ดเี พราะหมายความวาการเผาไหมมีประสทิ ธิภาพสูง ในทางตรงขา มสัดสว นของ O2 ที่มากเกินไปเปน ส่งิ ท่ีไมพงึ ประสงคเพราะมนั หมายถงึ ความรอนปรมิ าณมากที่สูญเสียไปกับอากาศสวนเกิน ถึงแมวา ปริมาณ O2 ท่ีเพมิ่ ขน้ึ จะบงบอกถึงอากาศสว นเกนิ ที่เพิม่ ข้นึ แตถามีอากาศรวั่ ไหลเขา มาในระบบหลังจากการเผาไหมสิ้นสุดแลว ปรมิ าณ O2 จะไมสามารถใชหาปริมาณอากาศสว นเกนิ อยา ง

4.6. อณุ หภมู จิ ดุ นำ้ คา ง 55รปู ท่ี 4.2: การเปลีย่ นแปลงของสดั สวนของ O2 CO2 และ CO ในกา ซเสียตามอากาศสว นเกินถูกตองเพราะ O2 บางสวนมาจากอากาศที่ร่ัวไหลเขามาในระบบ ถา คิดวา ปรมิ าณ O2 ท่ีวัดไดมาจากการเผาไหมเพียงแหลงเดยี วและไปลดปรมิ าณ O2 ผลที่ตามมาอาจเปน การเผาไหมไมสมบูรณเ พราะโดยแทจ ริงแลว กระบวนการเผาไหมก ำลังขาดอากาศ สดั สวนของ CO ที่เพิม่ ขนึ้ ก็บง บอกอยา งชัดเจนถึงการเผาไหมไมสมบูรณท่ีรนุ แรงขนึ้ โดยไมขนึ้กับการรว่ั ไหลของอากาศเขา สูระบบ การวดั ทั้ง O2 และ CO อาจกระทำควบคูกนั เพ่ือผลการวิเคราะหอากาศสว นเกินท่ีแมนยำ ดงั ที่ไดกลาวไวขางตน อากาศสวนเกนิ ทำใหเกิดการสูญเสยี พลงั งาน ดังนัน้ปรมิ าณอากาศสวนเกนิ ควรจะนอ ยทีส่ ดุ เทาท่ีจะทำใหการเผาไหมเกิดข้นึ อยางสมบูรณ วธิ ีหนึ่งท่ีใชควบคมุ ปรมิ าณอากาศสวนเกินไดคอื การลดอากาศสวนเกนิ ลงมาเรื่อย ๆ ถา พบวา สดั สว นของ O2 มากไปพรอ มกับตรวจวัด CO เมือ่ CO เรม่ิ เพิ่มข้นึ ก็ใหหยุดลดอากาศสวนเกินแลว ใหเพม่ิ มนั ขน้ึ มาตามเลก็นอ ยสมควร ปรมิ าณอากาศสว นเกนิ ท่ีไดขณะน้ีนา จะเปนคา ท่ีเหมาะสมที่สดุ ในแงของการสง เสรมิ การเผาไหมส มบรู ณและการประหยัดพลงั งาน4.6 อณุ หภมู ิจดุ น้ำคา ง เน่ืองจากถา นหนิ มีกำมะถันเปนสว นประกอบ กาซเสียจะประกอบไปดวย SO2 ซึ่งเกดิ ขึ้นจากปฏกิ ิรยิ า S + O2 −→ SO2SO2 จะทำปฏิกิริยากับ O2 กลายเปน SO3 SO2 + 1 O2 −→ SO3 2ถา ไอน้ำในกา ซเสยี ควบแนน SO3 จะทำปฏกิ ริ ยิ ากบั นำ้ จะทำใหเ กดิ กรดซลั ฟรู ิก (sulfuric acid) SO3 + H2O −→ H2SO4

56 บทที่ 4. การเผาไหมซ่งึ มีความสามารถในการกดั กรอนโลหะสงู จงึ เปนอนั ตรายตอ อปุ กรณท่ีทำดว ยโลหะ ดงั น้ันจงึ มีความจำเปน ตอ งปองกันการเกิดกรดชนิดนี้ข้ึนดว ยการเลอื กใชถา นหินท่ีมีกำมะถันตำ่ และตดิ ตง้ั ระบบกำจดัSO2 นอกจากนี้ยังควรควบคุมไมใหเกดิ การควบแนน ของไอน้ำในกา ซเสยี ที่จะทำใหมีน้ำมาทำปฏิกิรยิ ากบั กาซ SO2 ได ไอน้ำในกาซเสยี เกดิ จากปฏกิ ริ ิยาการเผาไหมท คี่ วามดนั บรรยากาศ (p) เทา กบั 1 atm ความดันยอ ย(partial pressure) ของไอน้ำ (pH2O) มีคาเทา กับ pH2O = yH2Opโดยท่ี yH2O คอื สัดสวนโดยโมลของไอน้ำ ถา อณุ หภมู ิของกาซเสียลดลงเรือ่ ย ๆ โดยที่ความดันคงที่ท่ี1 atm ในทส่ี ดุ ไอน้ำจะควบแนน อุณหภูมิท่ีการควบแนน เรม่ิ เกดิ ขึ้นเรยี กวา อุณหภมู ิจดุ นำ้ คาง (dew-point temperature) ซ่งึ มีคา เทากับอณุ หภมู ิของไอนำ้ อ่ิมตวั ท่ีความดัน pH2O ตราบใดที่อณุ หภูมิของกาซเสยี สงู กวาอุณหภูมิน้ี จะไมม ีการควบแนน ของน้ำ ดังน้ันอณุ หภูมิของกา ซเสียจึงถกู ควบคมุ ใหสงู กวาอุณหภูมจิ ุดนำ้ คางของกาซเสีย4.7 อปุ กรณเ ผาไหม หวั ขอ ที่ผานมากลาวถึงองคประกอบทางเคมีของการเผาไหมซง่ึ ประกอบดว ยเชอื้ เพลงิ และอากาศแตการเผาไหมจะเกดิ ข้ึนไดอยางสมบรู ณก็ตอเมื่อมีองคประกอบทางกายภาพท่ีเหมาะสมดวย ปจจัยท่ีทำใหการเผาไหมเ กิดข้ึนอยางสมบรู ณมีสามประการคือ 1. อุณหภมู ขิ องเชื้อเพลิงจะตอ งสงู กวาอุณหภูมิจดุ ระเบิด (ignition temperature) เช้อื เพลิงทผ่ี สม กับอากาศจะไมทำปฏิกิรยิ าเผาไหมกันถาอุณหภูมิของเช้อื เพลิงตำ่ เกนิ ไป การเผาไหมจะเกดิ ขึน้ เมอ่ื เชอ้ื เพลงิ ไดรบั ความรอ นจนมีอุณหภูมิถึงอณุ หภมู ิจดุ ระเบิด ตารางท่ี 4.5 แสดงอุณหภมู ิจุด ระเบิดของเชอ้ื เพลงิ บางชนิดทใ่ี ชใ นโรงไฟฟาตารางท่ี 4.5: อณุ หภมู จิ ุดระเบิดของเชื้อเพลงิ บางชนิดเชื้อเพลิง อณุ หภูมิจุดระเบิด (◦C)C 700S 243H2 500CO 609CH4 580C2H6 515C3H8 480

4.7. อปุ กรณเผาไหม 57 2. เชอ้ื เพลิงกบั อากาศตองผสมกนั อยางทัว่ ถงึ ถึงแมว าจะมีปริมาณอากาศมากเม่ือเทียบกับเชือ้ เพลิงแตการเผาไหมอยา งไมสมบรู ณก็อาจเกิดขน้ึ ถามีบางจดุ ท่ีมีอากาศไมเพยี งพอกับเชือ้ เพลิง อนั เปน ผลจากการที่อากาศกับเช้ือเพลิงไมไดผสมกันอยา งทัว่ ถงึ วธิ ีหนงึ่ ที่ชวยทำใหเช้ือเพลงิ กบั อากาศผสมกนั คอื การทำใหเ กิดการไหลปน ปวนของอากาศผา นเชือ้ เพลงิ 3. มีเวลาที่มากพอสำหรับการเผาไหม การเผาไหมอาจไมสมบรู ณในชว งเวลาสนั้ ๆ เนอ่ื งจากการ ผสมกนั ระหวา งอากาศกับเช้อื เพลงิ อาจไมเกิดขนึ้ อยา งทนั ทีทนั ใด แตถา ใหเวลาการเผาไหมที่ มากพอ การผสมกนั ก็มโี อกาสเกดิ ขึน้ และในที่สดุ การเผาไหมก จ็ ะเปน ไปอยา งสมบูรณ การเผาไหมของเช้อื เพลงิ เกิดขน้ึ ภายในเตาเผา (furnace) ซึ่งถกู ออกแบบมาเพือ่ การเผาไหมแบบสมบูรณโดยคำนงึ ถึงปจจยั ท้งั สามประการดงั กลา ว ดังนัน้ อุปกรณเผาไหมในเตาเผาจะถูกออกแบบใหมี(1) มีระบบใหความรอ นแกเชือ้ เพลงิ เพือ่ เพ่มิ อุณหภูมิใหสงู กวาอุณหภมู ิจุดระเบดิ (2) ควบคุมปริมาณอากาศสำหรับการเผาไหมไดและมีระบบการผสมเช้อื เพลิงกับอากาศ และ (3) มีขนาดใหญพอท่ีใหอากาศกบั เช้ือเพลิงมเี วลาเผาไหมทเ่ี พยี งพอ4.7.1 อุปกรณเผาไหมเ ชือ้ เพลงิ กา ซและเชื้อเพลงิ เหลว อุปกรณห ลกั คือ หวั เผา (burner) ซง่ึ มหี นาที่สำคัญประการแรกคอื จา ยเช้อื เพลิงกับอากาศและผสมกับเชือ้ เพลิงกบั อากาศระหวา งการเผาไหม รปู ที่ 4.3 แสดงการไหลของเชื้อเพลิงและอากาศในหวั เผา จะเหน็ วา เชื้อเพลิงและอากาศไหลแยกกนั ภายในหัวเผาและจะผสมกันนอกหัวเผา การท่ีเชอ้ื เพลงิ ไมผสมกับอากาศภายในหัวเผาทำใหการเผาไหมไมเกิดข้นึ ภายในหัวเผาและชวยปอ งกันอบุ ตั เิ หตุ อยางไรกต็ ามหวั เผาตองไดรบั อาการออกแบบใหเชอื้ เพลิงตองผสมกบั อากาศนอกหวั เผา รูปท่ี 4.3 แสดงใหเหน็ วาอากาศมีการไหลวนซ่งึ ทำใหเกิดการไหลแบบปนปว นของอากาศ นอกจากน้ีอากาศบางสว นยงั ไหลยอนกลับเขาเปลวไฟซง่ึ ทำใหม กี ารผสมกันระหวางอากาศกับเชอื้ เพลงิ อยางมีประสทิ ธภิ าพ รูปที่ 4.3: การไหลของเชื้อเพลงิ และอากาศในหัวเผา หนาที่อกี ประการหน่ึงของหัวเผาคอื จุดระเบิดเชือ้ เพลิงใหเกดิ การเผาไหม การใหความรอ นแกเช้ือเพลงิ นิยมใชประกายไฟจากความตา งศักยไฟฟา 11 kV ซ่งึ ทำใหเกิดเปลวไฟนำรอ ง (pilot flame)

58 บทท่ี 4. การเผาไหมและนำไปสูเปลวไฟหลัก (main flame) ในทีส่ ดุ พลังงานที่ทำใหเกิดการจุดระเบิดข้นึ กับหลายปจจยัเชน ชนิดของเช้ือเพลิง ความเรว็ ของเชอื้ เพลิง อตั ราสวนอากาศตอเชื้อเพลงิ เปนตน พลงั งานมีคาต่ำสุดเม่ืออตั ราสวนอากาศตอ เชื้อเพลิงเปนอัตราสวนอากาศตอเชอื้ เพลงิ เชงิ ทฤษฎี หลงั จากไดเปลวไฟหลกัแลว หวั เผาตองทำหนาท่ีควบคมุ เปลวไฟใหมีเสถยี รภาพเพือ่ ใหการเผาไหมเกิดขน้ึ อยางตอเนือ่ ง หวั เผามีกลไกการควบคุมปรมิ าณอากาศและเชอ้ื เพลิงเพอ่ื ใหเปลวไฟมีเสถยี รภาพ อัตราการไหลของเชือ้ เพลิงจะมีคาต่ำสดุ คาหนง่ึ ซงึ่ ทำใหเปลวไฟมีเสถียรภาพได ในขณะเดยี วกันหวั เผาก็ถกู ออกแบบใหจายเช้ือเพลงิ ไดไมเกนิ อัตราการไหลสูงสดุ อัตราสวนระหวางอตั ราการไหลสงู สุดกับอัตราการไหลตำ่ สุดของเชอื้เพลงิ ในหัวเผาเรยี กวา อัตราลดเปลวไฟ (turndown ratio) ในสภาวะที่อัตราลดเปลวไฟมีคา ต่ำ อัตราการไหลของเชือ้ เพลิงและอากาศจะลดลงจากสภาวะปกติ การผสมกันของอากาศกับเชือ้ เพลงิ จะยากขึน้เน่อื งจากความปน ปว นของการไหลของอากาศลดลงตามอตั ราการไหล ดงั นัน้ อัตราสว นอากาศตอเชอื้เพลงิ จึงตอ งเพ่มิ ข้ึนเพ่ือควบคมุ ใหการเผาไหมส มบรู ณ ในกรณีของเชื้อเพลิงเหลว การเผาไหมจะยากกวา การเผาไหมเช้ือเพลงิ กาซเนือ่ งจากเช้อื เพลงิ เหลวตองไดร ับความรอนเพื่อเปลี่ยนสถานะเปนไอกอ นทจ่ี ะเผาไหม ความเร็วของการเปลยี่ นสถานะขึ้นกบั พืน้ผิวของเชอ้ื เพลงิ เหลว ดังนัน้ หวั เผาสำหรับเช้ือเพลงิ เหลวจงึ ประกอบดว ยหัวฉีด (atomizer) ซง่ึ จะทำใหเชอ้ื เพลงิ แตกตวั เปนละอองเล็ก ๆ จำนวนมาก ขนาดของละอองท่ีเลก็ ลงจะเพมิ่ พ้นื ผิวสัมผสั ระหวางเชอื้ เพลงิ กับอากาศ ทำใหเชอื้ เพลงิ กลายเปนไอเรว็ ขนึ้ และเพม่ิ โอกาสของการเกดิ การเผาไหมสมบรู ณ มีหลายวธิ ีทท่ี ำใหเชอ้ื เพลงิ แตกตัวเปนละอองไดเ ชน (1) การสง เช้อื เพลงิ ภายใตความดนั สูงผา นรเู ลก็ ๆ (2)การสง เชื้อเพลงิ ที่ความดันปกติใหไหลมาบรรจบกับไอนำ้ หรืออากาศที่มีความดันสูงตรงทางออกของหัวฉดี หรอื (3) การสงเช้ือเพลงิ ผา นทอกลวงท่ีหมนุ รอบแกนดวยความเร็วสูง แรงหนีศนู ยกลางจะทำใหเชอื้เพลงิ แตกตัวเปน ละอองท่ีปลายหวั ฉดี4.7.2 อปุ กรณเ ผาไหมเช้อื เพลงิ แขง็ สว นประกอบของเชื้อเพลงิ แข็งที่เผาไหมไดคือสารระเหยและคารบ อนอิสระ สารระเหยคือ กา ซหลายชนิดท่ีแทรกตัวในเชอื้ เพลิงโดยมีกาซบางชนดิ เชน H2, CH4 และ CO ที่เผาไหมได เมือ่ เชื้อเพลงิแขง็ ไดรบั ความรอ น สารระเหยจะถกู ขบั ออกจากเชื้อเพลงิ และกาซที่เผาไหมไดจะเผาไหมกับอากาศความรอนท่ีเกิดข้ึนจะทำใหเชื้อเพลงิ แขง็ กลายเปนถา นโคก ซง่ึ ก็คอื คารบ อนอิสระกับเถา จากนนั้ ถา นโคกก็จะเผาไหมกับอากาศจนกลายเปน ข้ีเถา ในที่สุด การเผาไหมถานโคก เกดิ ขนึ้ คอ นขา งชา และเปนสาเหตุที่ทำใหเชอื้ เพลิงแข็งเผาไหมไดยากกวาเชื้อเพลิงเหลวและเชอ้ื เพลิงกา ซ อปุ กรณเผาไหมเชอื้ เพลิงแข็งจึงมีความซบั ซอ นมากกวา อปุ กรณเผาไหมเชื้อเพลิงเหลวและเชอื้ เพลิงกาซ อุปกรณเผาไหมเชอ้ื เพลิงแข็งท่ีใชในโรงไฟฟาแบงเปน เครอ่ื งปอนเชอ้ื เพลงิ (mechanical stoker) เครื่องบดละเอียดกบั หวั เผา(pulverizer-burner system) และระบบเผาไหมแบบฐานไหล (fluidized bed combustion system)เครื่องปอนเช้อื เพลงิ สวนประกอบสำคัญของเครือ่ งปอนเชือ้ เพลงิ แขง็ คอื ตะกรับ (grate) ซึง่ เปนฐานสำหรับกองเช้อืเพลงิ ขณะเผาไหม ตะกรบั อาจถกู ออกแบบใหอยูนิ่งหรือเคลื่อนท่ีได เชอื้ เพลิงท่ีผา นกระบวนการลดขนาดจนมีขนาดเล็กพอเหมาะจะถกู ปอนเขาตะกรบั ดว ยวธิ ีตาง ๆ เชน ปอนจากดานลาง ปอนจากดา น

4.7. อุปกรณเผาไหม 59บน และปอ นจากเครอ่ื งกระจาย (spreader) ซง่ึ ขับเคลอื่ นดวยมอเตอร การปอนเชื้อเพลงิ ดวยเคร่อื งกระจายนบั วา มีประสทิ ธภิ าพมากทสี่ ดุ เพราะทำใหเชอ้ื เพลิงกระจายไปท่ัวตะกรับและไมกระจกุ ตวั ที่จดุ ใดจุดหนง่ึ การจุดระเบิดการเผาไหมอาจใชหัวเผาที่ใชเช้ือเพลิงเหลวหรือเชื้อเพลิงกาซ หรอื อาจใชแหลง ความรอ นซ่งึ อาจเปนโคง (arch) ท่ีแผรังสีความรอนมายงั กองเช้ือเพลงิ เพ่อื ใหมีอณุ หภูมิสงู พอท่ีจะเรม่ิ การเผาไหมได นอกจากน้ีจะตองมีระบบการควบคมุ อากาศใหมีปริมาณมากพอสำหรับการเผาไหมสมบูรณ รูปท่ี 4.4 แสดงใหเหน็ แผนภาพของเครื่องปอนเชอ้ื เพลิงแขง็ แบบทใี่ ชเ คร่อื งกระจาย (spreaderstoker) จะเห็นวามีการจายอากาศเขาทางดา นลางเพือ่ เผาไหมเช้ือเพลิงบนตะกรบั และทางดา นบนเพ่ือเผาไหมอนภุ าคเช้อื เพลิงทล่ี อยขึ้นไปในอากาศ รูปที่ 4.4: เครื่องปอ นเชื้อเพลงิ แขง็ แบบทใี่ ชเ ครอ่ื งกระจาย เครือ่ งปอนเชอื้ เพลงิ แขง็ แบบท่ีใชเครอ่ื งกระจายเหมาะกบั โรงไฟฟาขนาดเล็กเพราะใหอตั ราการเผาไหมที่คอนขางต่ำซ่ึงเปน ผลจากอัตราการปอนเชอ้ื เพลิงท่ีจำกัด ดงั น้ันอุปกรณเผาไหมประเภทน้ีเกอื บทัง้ หมดจงึ พบในโรงไฟฟา ชวี มวล ขอ ไดเปรียบอกี ประการหนึ่งซ่ึงทำใหอุปกรณเผาไหมประเภทนี้ไดรบัความนิยมในโรงไฟฟา ชวี มวลคือ เชอื้ เพลิงชวี มวลบางชนิดเชน แกลบและชานออ ยมีขนาดเล็กอยูแลวและไมต อ งผานกระบวนการลดขนาดอกีเคร่ืองบดละเอียดกับหัวเผา กอนเชื้อเพลงิ แขง็ ที่มีขนาดใหญเผาไหมยาก ถาเชอื้ เพลงิ แข็งสามารถถกู ทำใหละเอียดเปนผง การเผาไหมจะงายข้นึ มาก ถานหินเปนเชอ้ื เพลิงแข็งท่ีบดละเอยี ดไดดว ยเครือ่ งบดถานหิน (pulverizer) การออกแบบเครอื่ งบดถา นหินตองพิจารณาปจจัยสำคัญ 3 ประการคือความชน้ื ของถานหิน ความสามารถในการถูกบดและปรมิ าณสารระเหยในถา นหิน ความชื้นทำใหผงถานหินจับตวั กันเปนกอ น ดังนัน้ ในเครอ่ื งบดถานหินตองมีการเปา ถา นหินใหแหงโดยใชอากาศรอ น ความสามารถในการถูกบดวัดไดจากดรรชนีฮารด โกรฟซง่ึ มีคา ประมาณ 26 ถงึ 112 ตวั เลขตำ่ หมายถงึ ถา นหินท่ีแขง็ และยากตอ การบดสำหรับปริมาณสารระเหยเปนตัวบอกวา ถานหินควรตองถูกบดละเอยี ดขนาดไหน ถานหนิ ท่ีมีสารระเหย

60 บทที่ 4. การเผาไหมมากอาจตอ งการการบดนอ ยกวาถา นหนิ ท่ีมีสารระเหยนอยเพราะสารระเหยชวยใหการเผาไหมงายข้นึเพราะฉะน้นั การบดจงึ ควรทำให 85% ของถา นหนิ แอนทราไซตผ านชอ งตะแกรงเบอร 200 (200 mesh)หรือมีขนาดเล็กกวา 74 ไมครอน แตท ำใหเพยี ง 60% ของถานหนิ ลิกไนตผา นชองตะแกรงเบอร 200 การบดถานหินใหละเอียดเกนิ ความจำเปนจะทำใหสูญเสียพลงั งานโดยใชเหตุ ผงถานหินจะถกู เก็บในถังเก็บซึง่ อยูใกลเตาเผาจะทำหนา ที่ปอนผงถานหินสูเตาเผาเมือ่ ตอ งการเผาไหมถานหนิ โดยผงถานหนิ จะถกู สง ไปยงั สูหวั เผาที่มีลักษณะคลา ยรปู ท่ี 4.3 แตเชื้อเพลงิ จะไหลในทอพรอ มกบั อากาศดว ยระบบนิวแมติก หัวเผาทำหนาท่ี 4 อยางคือ (1) ผสมของผงถา นหนิ กับอากาศในสัดสว นที่เหมาะสม (2) จดุ ระเบดิ และควบคมุ ความมีเสถียรภาพของเปลวไฟ (3) ปองกนั การไหลยอนของเปลวไฟ (flashback) กลับเขา ไปในหวั เผา ซ่ึงหมายความวา อัตราการไหลของสว นผสมของผงถา นหนิ กับอากาศออกจากหัวเผาจะตอ งมากพอ และ (4) เพิม่ เตมิ อากาศเพือ่ ใหการเผาไหมสมบรู ณ เครือ่ งบดละเอยี ดกับหัวเผาเหมาะกับโรงไฟฟาขนาดใหญเพราะสามารถใหอตั ราการเผาไหมท่ีสงูและตอบสนองตอความตอ งการพลงั งานความรอ นท่ีรวดเร็ว ขอ จำกัดของอปุ กรณเผาไหมประเภทน้ีคือเชอื้ เพลงิ ตอ งอยูในสภาพที่บดละเอียด เชือ้ เพลงิ ชวี มวลสวนมากไมสามารถอยูในสภาพบดละเอียดไดจึงไมเหมาะที่จะใชกบั อปุ กรณเผาไหมประเภทน้ี ดังน้นั โรงไฟฟาท่ีใชเครือ่ งบดละเอียดกบั หวั เผาจึงเปน โรงไฟฟา ถา นหนิระบบเผาไหมแบบฐานไหล รูปที่ 4.5 แสดงอนุภาคของแข็งจำนวนมากท่ีรวมตัวกันเปนฐานอยบู นแผน ทม่ี ีรูพรนุ ถาไมมกี าซไหลผา นแผน อนุภาคก็จะเรียงตวั ทบั กนั ตามปกติ แตถา มีกาซท่ีมีความเร็วมากพอไหลผาน อนุภาคของแข็งเหลาน้ีจะแปรสภาพเปนฐานไหลเพราะอนุภาคจะถูกพยงุ ตัวใหลอยอยูในกา ซ โดยอนุภาคจะคลุกเคลากับกา ซเปน อยางดี ลักษณะทางกายภาพของฐานไหลทีม่ กี าซพยุงจะคลา ยกับของไหล รปู ท่ี 4.5: หลักการทำงานของฐานไหล ถา อนุภาคเปน กอ นถานหินขนาดเล็กกวา 32 mm และกาซดังกลาวขางตน เปนอากาศที่มีความเร็ว0.6-4.6 m/s ฐานไหลท่ีเกดิ ขนึ้ จะมีการผสมกันระหวางถานหนิ กับอากาศอยา งท่ัวถึง และถาอุณหภูมิ

4.7. อปุ กรณเ ผาไหม 61ของฐานไหลสูงกวา จุดระเบดิ ของการเผาไหม การเผาไหมก็จะเกดิ ขึน้ ระบบเผาไหมแบบฐานไหลสามารถเผาไหมถา นหินคุณภาพต่ำที่มีความช้นื เถา และกำมะถนั มากไดเปนอยางดี ซึ่งนอกจากถานหนิแลว ระบบเผาไหมน ้ียังสามารถใชเชอ้ื เพลิงแขง็ อืน่ ๆ เชนฟางขาว ชานออย เศษขยะไดอีกดว ย นอกจากเชอ้ื เพลิงแขง็ และขี้เถา จากการเผาไหมแลว ฐานไหลยังประกอบไปดว ยทรายซ่งึ เปนวสั ดุเฉือ่ ยทีไ่ มเ ผาไหมและปนู ขาว เม็ดของปูนขาวประกอบดว ยแคลเซียมคารบอเนต (CaCO3) เปนสวนใหญและมี MgCO3 อยบู า ง CaCO3 จะทำแตกตัวเปน CaO และ CO2 เม่อื ไดร บั ความรอนท่เี หมาะสม CaCO3 −→ CaO + CO2CaO จะทำปฏกิ ิรยิ ากับ SO2 และ O2 ดงั นี้ CaO + SO2 + 0.5O2 −→ CaSO4ซง่ึ เปน ปฏกิ ริ ิยากำจดั SO2 อณุ หภมู ิที่ทำใหเกดิ ปฏิกิรยิ าน้ีดีท่สี ุดประมาณ 815◦C ถงึ 870◦C ซงึ่ ใกลเคยี งกบั อุณหภมู ิการเผาไหมภายในฐานไหล CaSO4 ที่เกิดขน้ึ และตกคา งอยูในฐานจะถูกถา ยเทออกจากฐานเปนระยะ ๆ สว นท่ีลอยไปกับกา ซเสียก็จะถกู แยกออกจากกาซเสยี กอนกาซเสียจะถูกปลอ ยสูบรรยากาศ ระบบเผาไหมในฐานไหลมีอณุ หภูมิการเผาไหมประมาณ 900◦C ซง่ึ นอ ยกวา อณุ หภมู ิในระบบเผาไหมแบบอน่ื มาก ขอ ดีของอณุ หภูมิเผาไหมต่ำนอกจากจะชวยใหปฏิกริ ิยากำจดั ซลั เฟอรไดออกไซดเกิดขึ้นไดดีแลว ยงั มีขอ ดีอีกสองประการ ประการแรกคือ อุณหภูมิเผาไหมต่ำชว ยลดการเกิดกาซ NOxซง่ึ เกิดขน้ึ มากท่ีอณุ หภูมิเผาไหมสงู ถงึ แมวา อณุ หภูมิเผาไหมของระบบนี้จะต่ำกวา ระบบอื่น แตปจ จยัสำหรบั การเผาไหมสมบรู ณยังมีอยูครบครนั รวมทั้งเวลาของการเผาไหมท่ีมากจากการที่ถา นหินสามารถลอยอยูในอากาศไดนาน ๆ ประการท่ีสองคอื อณุ หภูมิเผาไหมในฐานไหลตำ่ กวา อณุ หภูมิเถาหลอมเหลวซงึ่ จะลดปญหาการเกดิ สแลกและฟาวล่งิ ระบบเผาไหมใ นฐานไหลทำงานไดที่ความดันบรรยากาศและที่ความดนั สูง ระบบเผาไหมในฐานไหลมีสองแบบคือ แบบฟองอากาศ (bubbling fluidized bed combustion) และแบบไหลเวยี น (bub-bling fluidized bed combustion) รูปท่ี 4.6 แสดงเตาเผาในระบบเผาไหมใ นฐานไหลแบบฟองอากาศอากาศที่ไหลเขา ฐานไหลมีความเรว็ พอเหมาะท่ีจะทำใหเกดิ ฐานไหลซึ่งเปน พิ้นที่สีเทาในรปู การเผาไหมระหวา งเชอ้ื เพลิงแข็งกบั อากาศทำใหฐานไหลมีอณุ หภมู ิสงู ดงั น้ันจึงมีการฝง ทอน้ำในฐานไหลเพื่อถา ยเทความรอ นจากการเผาไหมสูนำ้ นอกจากน้ีผนงั ของเตาเผาอาจทำดว ยผนงั นำ้ เพื่อเพ่มิ ประสิทธภิ าพการดดู กลนื ความรอ นในเตาเผา กา ซเสยี ที่ลอยขึน้ จากฐานไหลมีอณุ หภูมิสงู และสามารถถายเทความรอนใหเครื่องทำไอนำ้ ยวดยิ่ง เคร่อื งใหความรอนซ้ำ และเครือ่ งประหยัดเชื้อเพลิง กา ซเสยี จะมีอนภุ าคของเชือ้เพลิง ปูนขาวและทรายปะปนในปริมาณมาก จงึ ตอ งใชอุปกรณกำจัดฝนุ ดกั อนภุ าคเหลา น้ีและสงกลับเขาฐานไหล กา ซเสียท่ปี ราศจากอนภุ าคจะถกู ระบายออกจากระบบเผาไหม รปู ที่ 4.7 แสดงระบบเผาไหมในฐานไหลแบบไหลเวยี น อากาศที่ไหลเขาฐานไหลมีความเรว็ สงู มากจนทำใหอนภุ าคของเชือ้ เพลงิ ลอยไปกบั อากาศ การกระจายตวั ของเชอ้ื เพลิงคอนขา งคงท่ีท่วั เตาเผาซงึ่ ทำใหอุณหภูมิเผาไหมคงที่เชน กัน ผนงั ของเตาเผาแบบนี้เปนผนังนำ้ เพือ่ ดูดกลืนความรอ นจากการเผาไหม กาซเสยี และเช้อื เพลงิ ที่เหลอื จากการเผาไหมจะไหลออกจากเตาเผาเขาสูอุปกรณกำจดั ฝนุ ซึ่ง

62 บทท่ี 4. การเผาไหม รปู ท่ี 4.6: ระบบเผาไหมในฐานไหลแบบฟองอากาศจะแยกอนภุ าคของเช้อื เพลงิ ออกจากกา ซเสยี เชือ้ เพลิงจะถูกสง กลับเขา เตาเผา กาซเสยี ที่ไหลออกมีอุณหภูมิสูงและจะไหลผานเคร่ืองทำไอนำ้ ยวดยิง่ (SH) เครอ่ื งใหความรอ นซำ้ (RH) เครอื่ งประหยัดเชอื้เพลิง (Eco) และเคร่ืองอนุ อากาศ (AH) ทอ่ี ยูนอกเตาเผากอ นท่จี ะระบายออกสูบรรยากาศ รูปที่ 4.7: ระบบเผาไหมใ นฐานไหลแบบไหลเวยี น ถึงแมวา ระบบเผาไหมแบบฐานไหลมีขอดีมากมาย แตอุปกรณเผาไหมมีขนาดเล็กและราคาแพงจงึ อาจไมเหมาะกับโรงไฟฟาขนาดใหญแตเหมาะกับโรงไฟฟาขนาดเล็กท่ีใชเชื้อเพลงิ ท่ีเผาไหมยากดวยอปุ กรณเผาไหมแบบเคร่ืองปอ นเชอ้ื เพลิงและอุปกรณเผาไหมแบบเครอื่ งบดละเอยี ดและหวั เผานอกจากนี้เชือ้ เพลงิ ที่มีกำมะถันมากซง่ึ ทำใหเกิด SO2 ปริมาณมากและยากแกการกำจดั มีความเหมาะ

4.7. อุปกรณเผาไหม 63สมที่จะเผาไหมดว ยอุปกรณประเภทน้ี อยา งไรก็ตามมีแนวโนมที่อุปกรณเผาไหมแบบฐานไหลจะไดรบัความนยิ มมากขึ้นในการใชเ ผาไหมเ ช้อื เพลิงท่หี ลากหลายมากข้ึน

64 บทที่ 4. การเผาไหมคำถามทา ยบท 1. ธาตสุ ามตวั ท่เี ผาไหมไดคืออะไร 2. จงระบุขอแตกตางระหวา งการเผาไหมแบบพอดี (stoichiometric combustion) และการเผา ไหมแ บบสมบรู ณ (complete combustion) 3. การเผาไหมแบบไมสมบูรณม ักทำใหเกดิ กาซใด 4. ในถานหินที่มีสัดสว นโดยมวลของ H เทา กับ xH และ สดั สว นโดยมวลของ O เทา กับ xO จะมี สัดสวนโดยมวลของไฮโดรเจนอิสระ (free hydrogen) เทาไร 5. อัตราสว นอากาศ (air ratio) หมายถึงอะไร 6. การวเิ คราะหกาซเสยี แหงโดยใช Orsat apparatus จะทำใหทราบสวนประกอบอะไรบางของ กา ซเสีย 7. ทำไมการเผาไหมเ ช้ือเพลงิ ในโรงไฟฟา จงึ ตอ งการอากาศสวนเกนิ เสมอ 8. การใชอากาศสวนเกนิ มากเกนิ ไปสงผลอยางไรตอ ประสทิ ธภิ าพของโรงไฟฟา และทำไมถึงเปน เชนน้ัน 9. เชื้อเพลงิ ชนดิ ใดระหวาง ถา นหิน นำ้ มันเตา กาซธรรมชาติตองการอากาศสวนเกินนอยทส่ี ุด 10. ทำไมการวัดปรมิ าณอากาศสวนเกินดวยเครื่องวดั O2 เพียงอยา งเดยี วอาจใหคาท่ผี ดิ ได 11. ถาเครื่องวดั CO2 และเคร่ืองวัด O2 มีความแมนยำเทา กัน เคร่ืองไหนจะใหคาอากาศสว นเกนิ ท่ี คลาดเคล่ือนมากกวา เพราะอะไร 12. จงระบปุ จ จัยสามประการของการผาไหมแบบสมบรู ณ 13. ทำไมปรมิ าณอากาศสวนเกนิ จึงเพมิ่ ขนึ้ เมือ่ อตั ราลดเปลวไฟลดลง 14. เคร่อื งปอนเชื้อเพลิงนยิ มใชเผาไหมเ ช้ือเพลิงชนดิ ใด 15. จงระบุขอ เสียของระบบเผาไหมแบบฐานไหลมาสองขอ 16. ปูนขาวในระบบเผาไหมแ บบฐานไหล (fluidized-bed combustion system) ทำหนาทอ่ี ะไร 17. ทำไมระบบเผาไหมแ บบฐานไหล (fluidized bed) จงึ กอใหกาซ SO2 นอ ยกวาระบบทใี่ ชถา นหิน บดละเอยี ด 18. ทำไมระบบเผาไหมแ บบฐานไหลจึงกอ ใหเกดิ NOx ปรมิ าณนอย 19. คา ความรอ นสูง (HHV) ของ C4H10 เทากับ 128400 kJ/m3 และคาความรอนแฝงในการ ควบแนน ของไอนำ้ เทากบั 1960 kJ/m3 จงหาคา ความรอ นต่ำ (LHV) ของ C4H10

4.7. อุปกรณเ ผาไหม 6520. ถานหนิ กอนหนึง่ เม่ือนำไปวเิ คราะหข้ันสดุ ทายในสภาพเดมิ (as-received basis) พบวา มี C 70%, H 3%, O 4%, N 2%, S 1%, ความชนื้ 15% และเถา 5% จงหา AFRT21. เม่ือเผาไหมถานหินในขอท่ีแลวโดยสมบูรณแ ลวจะไดน้ำก่ีกโิ ลกรัม22. จงหาอตั ราสวนอากาศตอเชื้อเพลงิ เชงิ ทฤษฎีของ C5H1223. กาซ C4H10 1 m3 เม่อื เผาไหมโดยสมบูรณกับอากาศจะทำใหไ ดไ อนำ้ ก่ีลกู บาศกเมตร24. เชือ้ เพลิงกาซชนดิ หนง่ึ ประกอบดวย CH4 74%, C2H6 17% และ CO 9% ถา คา HHV ของเช้อื เพลงิ เทา กับ 41475 kJ/m3 และคา ความรอนแฝงของการควบแนน ไอน้ำเทากบั 1960 kJ/m3 จงหา LHV25. ในการเผาไหมเช้อื เพลิงชนิดหนงึ่ พบวา ปริมาณอากาศสว นเกินท่ีใชคือ 30% ถาเชอื้ เพลงิ นี้มีคา AF RT = 10 kgair/kgfuel จงหา AF RA

66 บทท่ี 4. การเผาไหม

บทที่ 5เทอรโมไดนามกิ สข องโรงไฟฟา พลังความรอ น5.1 สมบตั ิของไอน้ำ ในสภาวะปกตสิ ถานะของนำ้ คอื ของเหลว ถา น้ำไดรบั ความรอ นที่ความดันคงท่ี น้ำจะมีอุณหภมู ิเพิม่ขึน้ จนถงึ จดุ เดอื ด จากนั้นอณุ หภูมิของนำ้ จะไมเพม่ิ แตนำ้ จะกลายเปน ไอนำ้ เพิม่ ขนึ้ เร่ือย ๆ ตราบใดท่ีน้ำยังไดรบั ความรอน ในทีส่ ุดน้ำจะกลายเปน ไอนำ้ ทัง้ หมดและไอน้ำก็จะมีอณุ หภมู ิเพิ่มขนึ้ ถาไอนำ้ ยังคงไดรบั ความรอน รปู ที่ 5.1 แสดงใหเห็นการเปลีย่ นอุณหภูมิของน้ำและไอนำ้ เม่ือไดรบั ความรอนอยางตอเนือ่ งท่ีความดันคงที่ น้ำท่ีมีอณุ หภูมิต่ำกวาจุดเดือดเรยี กวา ของเหลวอัดตวั (compressed liquid หรอืsubcooled liquid) นำ้ ท่ีมีอุณหภมู ิเทา กับจดุ เดอื ดแตยังคงมีสถานะเปนของเหลวเรยี กวา ของเหลวอิ่มตวั (saturated liquid) ไอน้ำท่ีมีอณุ หภูมิเทากบั จดุ เดอื ดโดยไมมีของเหลวปะปนเรยี กวา ไอน้ำอิ่มตัว(saturated vapor) ไอน้ำท่ีมีอุณหภูมิสงู กวาจดุ เดือดเรยี กวา ไอรอ นยวดยง่ิ (superheated vapor)ชว งระหวางของเหลวอิม่ ตวั กบั ไอนำ้ อม่ิ ตวั เปนชว งของของผสมระหวา งนำ้ กับไอน้ำ รูปท่ี 5.1: การเปลย่ี นสถานะของนำ้ เม่ือไดร บั ความรอ น

68 บทที่ 5. เทอรโ มไดนามิกสของโรงไฟฟา พลังความรอน รปู ที่ 5.1 เปนกราฟท่ีความดันหนึง่ ถา เขยี นกราฟท่ีความดันอื่น ๆ ก็จะไดกราฟคลายกับรปู ท่ี 5.2จะเหน็ วา ตำแหนง ของของเหลวอิม่ ตัวกอ ใหเ กิดเสน โคงทเ่ี รียกวา เสนของเหลวอ่ิมตวั (saturated liquidline) และตำแหนงของไอน้ำอิ่มตวั กอ ใหเกิดเสน โคงที่เรียกวา เสน ไอน้ำอิม่ ตัว (saturated vapor line)เสน โคงสองเสนน้ีบรรจบกันท่ีจดุ วิกฤตซึง่ มีอณุ หภูมิ 374◦C และความดนั 22 MPa กลายเปน โดมครอบพืน้ ที่ท่ีเปน ของผสมระหวา งน้ำกับไอน้ำ พนื้ ที่น้ีเรียกวาโดมไอ (vapor dome) พ้นื ที่เหนือโดมไอเปนบรเิ วณท่ีน้ำอยูในสถานะท่ีไมใชของเหลวหรือไออยา งชัดเจน ในการเปลี่ยนสถานะของน้ำจากของเหลวเปน ที่ไมผา นเขาไปในโดมไอตามเสน โคง บนสดุ ของรูปท่ี 5.2 จะพบวามีการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเปนไออยา งคอยเปนคอยไป รูปท่ี 5.2: โดมไอ ในการวเิ คราะหว ัฏจักรไอนำ้ มคี วามจำเปนทจ่ี ะตองทราบสมบตั เิ ชิงปริมาณของนำ้ และไอนำ้ สมบตั ิที่สำคญั ไดแก อุณหภมู ิ (T) ความดัน (p) ปริมาตรจำเพาะ (v) เอนทัลป (h) และเอนโทรป (s) ในบรรดาสมบตั ิเหลาน้ี ตวั แปรอสิ ระมักจะเปนอณุ หภมู ิและความดันเน่อื งจากทัง้ สองตัวแปรสะดวกตอ การวดั ในขณะท่ีปริมาตรจำเพาะ เอนทัลปและเอนโทรปจะหาจากอณุ หภูมิและความดนั โดยใช สูตร โปรแกรมคอมพิวเตอร ตารางไอน้ำ (steam table) หรอื แผนภมู ไิ อนำ้ (steam chart) รูปที่ 5.3 แสดงแผนภมู ิ h-p ของไอนำ้ แผนภูมิน้ีแสดงใหเหน็ เสนน้ำอม่ิ ตวั เสน ไอน้ำอิ่มตวั เสนเอนโทรปคงที่ เสนอุณหภมู ิคงที่ และเสันคณุ ภาพไอน้ำ (steam quality) คงท่ีภายในโดมไอ อยางไรกต็ ามแผนภูมิน้ีไมไดแสดงเสน ปรมิ าตรจำเพาะคงท่ีเนอื่ งจากจะทำใหมีจำนวนเสนมากเกนิ ไปและการคำนวณในบทน้ีไมจำเปน ตอ งทราบปริมาตรจำเพาะของไอนำ้ ในพ้ืนท่ีดา นขวาของโดมไอเปน พื้นท่ีของไอนำ้ ยวดยงิ่ การหาสมบตั ิของไอน้ำยวดยิ่งกระทำไดถาทราบสมบตั ิของไอน้ำสองตัว เชน ถา ทราบความดนั และอุณหภมู ิ ก็จะหาเอนทัลปและเอนโทรปได หรือถา ทราบอณุ หภมู ิและเอนโทรป ก็จะหาความดัน และเอนทัลปได แตภายในโดมไอ อณุ หภูมิและความดันไมเปนอิสระตอ กัน อุณหภูมิหรือความดันจึงนบั เปน หนึ่งตวั แปร การหาสมบตั ิไอนำ้ ภายในโดมไอจึงตอ งการสมบตั ิอีกหนง่ึ ประการนอกเหนอื จากอุณหภูมิหรอื ความดนั สมบัติหนงึ่ ซ่ึงนิยมใชคือ คุณภาพไอน้ำซงึ่ หมายถึงอัตราสวนโดยมวลของไอนำ้ ในของผสมระหวา งน้ำกบั ไอนำ้ สัญลกั ษณของคณุ ภาพไอคือ

5.1. สมบตั ขิ องไอน้ำ 69 รูปที่ 5.3: แผนภูมิ h-p ของไอนำ้x ดงั น้นั x = 1 จงึ หมายถึงไอนำ้ อิม่ ตวั และ x = 0 จงึ หมายถึงของเหลวอิม่ ตวั ในพื้นท่ีดานซายของโดมไอซ่ึงเปน พื้นที่ของของเหลวอัดตวั การหาสมบัติของของเหลวใชวิธีการเดียวกับพ้นื ท่ีดา นขวาของโดมไอ อยางไรกต็ ามการใชแผนภมู ิหาคา สมบัติในบริเวณน้ีอาจไมสะดวกเพราะรูปท่ี 5.3 ไมไดใหขอ มูลเพียงพอ อยางไรกต็ ามสมบตั ิของของเหลวอดั ตวั ข้นึ กับอณุ หภูมิมากกวา

70 บทท่ี 5. เทอรโมไดนามกิ สข องโรงไฟฟาพลงั ความรอน รปู ที่ 5.4: วัฏจักรคารโนตความดนั วิธีที่นิยมใชหาสมบตั ิของของเหลวอัดตัวคอื สมมุติวาของเหลวอดั ตวั คอื ของเหลวอิ่มตวั ที่มีอุณหภมู ิเทา กันและใชตารางไอน้ำหาคาสมบัติของน้ำอม่ิ ตวั วธิ ีนี้ใหคาคลาดเคลื่อนเพียงเลก็ นอ ยในการวิเคราะหว ัฏจักรไอน้ำเพราะเอนทัลปข องของเหลวมคี านอ ยมากเมื่อทยี บกบั เอนทัลปข องไอนำ้5.2 วฏั จักรแรงคิน เปนท่ีทราบกันดีวาถา กำหนดอุณหภูมิสงู สดุ และต่ำสุดมาให วฏั จักรที่มีประสทิ ธิภาพสงู สุดคอืวัฏจกั รคารโนต (Carnot cycle) ซง่ึ มีน้ำเปนสารทำงานและมีแผนภาพตามรูปท่ี 5.4 กระบวนการของวฏั จกั รนี้ประกอบดวย • กระบวนการ 1-2 ความรอ นเขาสูหมอ ไอนำ้ (boiler) โดยความดันมีคา คงที่ • กระบวนการ 2-3 ไอนำ้ ขยายตวั ในเคร่อื งกงั หัน (turbine) โดยเอนโทรปมีคา คงที่ • กระบวนการ 3-4 ความรอ นออกจากเคร่อื งควบแนน (condenser) โดยความดันมคี าคงที่ • กระบวนการ 4-1 นำ้ อดั ตวั ในเครอ่ื งอดั กา ซ (compressor) โดยเอนโทรปม ีคาคงที่เปน ท่ีนา สงั เกตวา กระบวนการ 1-2 และกระบวนการ 3-4 มีอณุ หภมู ิคงท่ี การวเิ คราะหวฏั จกั รคารโนตสแดงใหเห็นวาประสิทธภิ าพของวัฏจักรคารโนตขึ้นกับอณุ หภูมิสูงสดุ ของวฏั จักรในกระบวนการ 1-2และอุณหภูมติ ำ่ สดุ ในกระบวนการ 3-4 ดงั น้ี η = 1 − T4 (5.1) T1 ถา หากโรงไฟฟา ถูกออกแบบใหทำงานตามวฏั จกั รคารโนตไดก็จะทำใหโรงไฟฟามีประสทิ ธิภาพสงูเชนกนั แตปญ หาในทางปฏิบตั ิท่ีสำคญั ของวัฏจกั รคารโนตคอื เครอ่ื งอดั ไอจะตอ งทำหนา ที่เพมิ่ ความดนั ใหของผสมระหวา งของเหลวกับไอนำ้ ของวัฏจกั รแรงคินทำใหไอนำ้ กลายเปน น้ำอม่ิ ตวั แทนที่จะเปน

5.2. วัฏจักรแรงคิน 71สว นผสมของไอนำ้ กับน้ำ โดยท่วั ไปเครื่องอดั ไอไดรบั การออกแบบใหอดั กา ซอยางมีประสิทธภิ าพ ถามีของเหลวปะปนไปกบั กาซก็จะทำใหประสิทธิภาพของเครือ่ งลดลง นอกจากนี้เครอ่ื งอดั ไออาจไดรบัความเสียหาย การดัดแปลงวฏั จักรคารโนตเพ่ือแกไ ขปญ หาท้งั สองประการทำใหไดวฏั จกั รแรงคิน (Rankine cy-cle) รปู ที่ 5.5 แสดงแผนภาพของวฏั จักรแรงคนิ ซ่งึ ประกอบดวยกระบวนการตอ ไปน้ี รูปท่ี 5.5: วฏั จักรแรงคิน• กระบวนการ 1-2 ความรอ นเขาสูเครื่องกำเนดิ ไอน้ำท่คี วามดันคงที่• กระบวนการ 2-3 ไอนำ้ ขยายตวั ในเคร่ืองกังหันทีเ่ อนโทรปคงที่• กระบวนการ 3-4 ความรอ นออกจากเคร่ืองควบแนน ท่ีความดันคงท่ี• กระบวนการ 4-1 นำ้ อัดตวั ในเครอื่ งสูบที่เอนโทรปคงที่จากการเปรียบเทยี บแผนภาพ T-s ในรูปที่ 5.4 และ 5.5 พบวาวัฏจกั รแรงคนิ แตกตา งกบั วัฏจักรคารโนตตรงท่ีกระบวนการ 4-1 ของวฏั จักรแรงคินเกดิ ข้ึนนอกโดมไอและกลายเปนการอัดของเหลวแทนท่ีการอัดของผสมระหวา งของเหลวกับไอนำ้ เหมือนในวฏั จักรคารโนต ดังนั้นจงึ ทำใหตองเปลีย่ นอปุ กรณจากเครอื่ งอัดไอเปนเครอื่ งสบู ขอไดเปรียบของเครื่องสบู เทยี บกบั เคร่ืองอดั ไอคือ เครอื่ งสบูตอ งการงานนอยกวา เคร่อื งอัดไอมากในการทำใหของไหลมีความดนั เพ่มิ เทากัน อยางไรกต็ ามเน่อื งจากกระบวนการที่ความรอ นเขาสูวัฏจักรแรงคินเกดิ ขนึ้ ท่ีอุณหภูมิไมคงที่ วฏั จักรแรงคินจงึ มีประสิทธิภาพดอยกวาวัฏจักรคารโนตที่มีอุณหภมู ิสูงสุดและต่ำสดุ เทา กบั ของวฏั จักรแรงคิน ประสทิ ธิภาพของวฏั จักรแรงคนิ สามารถคำนวณไดจ าก η = wnet (5.2) qin (5.3) wnet = (h2 − h3) − (h1 − h4) (5.4) qin = h2 − h1

72 บทท่ี 5. เทอรโมไดนามกิ สข องโรงไฟฟา พลังความรอ น5.3 การปรบั ปรุงประสิทธิภาพของวฏั จกั รแรงคนิ วัฏจักรแรงคินเปนวัฏจกั รผลติ ไฟฟา ในในโรงไฟฟาพลงั ความรอ น แตวฏั จกั รแรงคินในรปู ที่ 5.5 มีประสทิ ธภิ าพต่ำเกนิ ไป แนวคดิ การเพิ่มประสิทธิภาพของวฏั จกั รแรงคินคลา ยกบั การเพิม่ ประสิทธิภาพของวัฏจักรคารโนตในสมการ (5.1) กลา วคือ ประสทิ ธภิ าพของวัฏจักรแรงคินเพม่ิ ขึน้ ถาอุณหภมู ิเฉลย่ีในการถา ยเทความรอนออกจากวัฏจักรลดลงและอุณหภูมิเฉล่ยี ของกระบวนการใหความรอ นแกวฏั จกั รเพิ่มขนึ้ แนวคดิ นี้นำไปสวู ธิ กี ารปรับปรงุ ประสทิ ธิภาพของวฏั จักรแรงคินทใ่ี ชใ นโรงไฟฟา 5 วธิ คี อื (1) การลดความดนั ในเคร่อื งควบแนน (2) การผลติ ไอรอ นยวดย่ิงกอนเขา เครอ่ื งกงั หัน (3) การเพิม่ ความดนั ในเคร่ืองกำเนดิ ไอนำ้ (4) การใหค วามรอนซำ้ และ (5) รเี จนเนอเรชัน5.3.1 การลดความดนั ในเครื่องควบแนน การลดความดนั การควบแนน ทำใหอณุ หภมู ิของการควบแนน ลดลงตามไปดว ย รูปท่ี 5.6 แสดงแผนภาพ T-s ท่ีเปลี่ยนแปลงจากการลดความดันการควบแนน ผลที่ไดคือ งานสทุ ธิท่ีไดจากวฏั จักรเพม่ิขึน้ (พืน้ ที่แรเงาในรูปที่ 5.6) โดยไมเปล่ียนความรอนท่ีตองใหมากนกั แตการลดอุณหภมู ิการควบแนนทำใหตองอาศัยแหลง รับความรอน (heat sink) หรือแหลง นำ้ ใกลโรงไฟฟามีอณุ หภมู ิตำ่ ซึง่ เปนขอ จำกดัของวิธีน้ี ผลเสียของการลดความดนั ควบแนนคอื ไอน้ำที่ออกมาจากเครอ่ื งกงั หนั มีความชน้ื สงู ละอองนำ้ ในเคร่อื งกังหันเปน อันตรายตอใบพัดของเครือ่ งกงั หนั และทำใหประสิทธภิ าพของเครอื่ งกังหนั ลดลงโดยทัว่ ไปเคร่อื งกังหนั ถูกออกแบบใหท ำงานในสภาวะทีไ่ อน้ำมคี วามชี้นไมเกนิ 15% รูปท่ี 5.6: การลดอณุ หภูมเิ ครื่องควบแนน ในวฏั จักรแรงคิน5.3.2 การผลิตไอรอ นยวดยงิ่ กอ นเขาเครอื่ งกงั หนั ไอน้ำท่ีผา นกระบวนการ 1-2 ในรปู ท่ี 5.5 เปนไอน้ำอิม่ ตวั เครื่องทำไอรอนยวดยง่ิ (superheater)ทำหนา ที่เปล่ียนสภาพไอนำ้ อ่ิมตวั เปนไอน้ำรอนยวดย่ิง (superheated steam) รูปท่ี 5.7 แสดงใหเห็นวา การผลติ ไอนำ้ รอ นยวดยง่ิ กอนเขา เครือ่ งกังหนั ซึง่ ทำใหไอนำ้ จะเพม่ิ ทั้งงานท่ีไดจากเครื่องกงั หนั และ

5.3. การปรบั ปรุงประสทิ ธิภาพของวัฏจักรแรงคนิ 73ความรอ นที่ใหกบั เครื่องกำเนดิ ไอนำ้ อยางไรกต็ ามเมอ่ื เปรยี บเทยี บกบั วัฏจกั รแรงคินแบบธรรมดาในรปูท่ี 5.5 งานที่เพม่ิ ขึ้นจากการเพิม่ อณุ หภมู ไิ อน้ำกอนเขาเครอ่ื งกงั หนั มีคามากกวาความรอนที่ตอ งใหเคร่อื งกำเนิดไอน้ำเพม่ิ ผลลพั ทสุทธิจงึ เปน ประสทิ ธิภาพของวฏั จกั รท่ีสงู ขึ้น การเพม่ิ ขน้ึ ของประสทิ ธิภาพอาจมองไดวา เปนผลมาจากอุณหภมู ิเฉลยี่ ของการใหความรอนแกวฏั จักรที่สูงข้นึ นอกจากน้ีผลดีอกี ประการคือการลดลงของปริมาณความชื้นในของไหลที่ออกจากเครื่องกังหัน แตในทางปฏิบตั ิอณุ หภมู ิของไอน้ำถกู จำกัดใหไมเกนิ 650◦C โดยประมาณเนอ่ื งจากอณุ หภมู ิที่สูงกวาน้ีจะสง ผลเสยี ตอ ใบพัดของเครอื่ งกังหนั ซึง่ ทำดวยโลหะ รปู ที่ 5.7: การเพ่มิ อณุ หภมู ิไอน้ำทีเ่ ขาเคร่อื งกงั หัน5.3.3 การเพ่ิมความดนั ในเครอ่ื งกำเนิดไอน้ำ ถา ตองการจำกดั อุณหภูมิสูงสดุ ของของไอนำ้ แตตองการเพ่มิ อณุ หภมู ิเฉลี่ยของการใหความรอนแกวฏั จกั รก็ตองใชวิธีเพ่ิมความดนั ในเครือ่ งกำเนิดไอน้ำ รูปที่ 5.8 เปรยี บเทียบแผนภาพ T-s ของวิธีน้ีกับวิธีการผลติ ไอน้ำรอนยวดยงิ่ กอ นเขา เคร่ืองกังหันในหวั ขอที่แลว จะเหน็ วาวิธีน้ีทำใหอุณหภูมิเฉล่ียของการใหความรอนแกวัฏจกั รสงู ขนึ้ ไดซึง่ ทำใหประสิทธภิ าพของวฏั จกั รสงู ข้นึ เน่อื งจากงานที่ไดจากเครอื่ งกงั หนั ไมเปล่ยี นแปลงมากนัก (พิ้นที่แรเงาสองพ้นื ที่มีขนาดใกลเคีบงกนั ) ในขณะที่ความรอ นท่ีใหกับเครือ่ งกำเนดิ ไอนำ้ จะลดลงอยา งเหน็ ไดชดั แตการกระทำเชน นี้หมายถงึ การออกแบบเคร่ืองกำเนดิ ไอน้ำท่ีซับซอนขน้ึ และตน ทนุ การผลิตไฟฟาท่ีสงู ขน้ึ นอกจากนี้ยงั มีขอจำกดั ในเรื่องปริมาณความชน้ื ในของไหลท่อี อกจากเคร่อื งกงั หนั ที่จะเพ่มิ ขึ้นตามความดนั ของเคร่ืองกำเนิดไอนำ้ ถา ความดนั ในเครอื่ งกำเนิดไอน้ำเพิ่มขึน้ จนเกนิ ความดันวกิ ฤต (22.1 MPa) และอณุ หภูมิสงู สุดชองวัฏจักรมีคา มากพอ กระบวนการใหความรอ นวัฏจักรจะไมผา นโดมไอ วัฏจกั รจะกลายเปน รูปท่ี 5.9 ซึง่มีช่ือเรยี กใหมวา วัฏจกั รแรงคนิ เหนอื วกิ ฤต (supercritical Rankine cycle) วัฏจกั รน้ีมีประสิทธภิ าพสงู กวาวฏั จกั รแรงคินแบบธรรมดาแตก็มีตน ทุนสงู กวาเชนกัน หมอไอนำ้ ที่ทำงานในวัฏจกั รนี้ไดตอ งออกแบบเปน พิเศษเพื่อใหทำงานท่ีความดนั สูง นอกจากน้ีนำ้ ปอนที่ไหลเขาหมอไอนำ้ จะตอ งมีความบริสุทธ์ิซง่ึ จะเพม่ิ คา ใชจ า ยในปรับสภาพนำ้

74 บทที่ 5. เทอรโมไดนามิกสข องโรงไฟฟาพลงั ความรอน รปู ท่ี 5.8: การเพม่ิ ความดนั ไอนำ้ ทเ่ี ขาเคร่ืองกงั หนั โดยควบคมุ ใหอณุ หภมู สิ งู สดุ คงท่ี รปู ที่ 5.9: วฏั จกั รแรงคินเหนือวกิ ฤต5.3.4 การใหค วามรอนซำ้ โรงไฟฟาพลังความรอ นมกั ใช 3 วิธีขา งตน ในการเพมิ่ ประสทิ ธภิ าพของวฏั จักรแรงคิน นอกจากน้ีวธิ ีเพ่มิ อุณหภมู ิเฉล่ียในกระบวนการใหความรอ นแกวฏั จักรอกี วธิ ีหนึ่งคือ การใหความรอ นซ้ำ (reheat)รปู ท่ี 5.10 แสดงแผนภาพของวฏั จักรแรงคินท่ีมีการใหความรอนซำ้ ไอน้ำจากเครอื่ งกำเนดิ ไอน้ำจะไหลผา นเครอื่ งกงั หันเคร่ืองแรกกอนท่ีจะไหลเขาสูเครื่องใหความรอนซำ้ (reheater) ซ่ึงทำหนาที่เพม่ิอณุ หภูมิของไอนำ้ ใหสงู ขน้ึ เทากบั กอนเขาเครือ่ งกังหันเคร่ืองแรก จากนนั้ ไอนำ้ จะไหลกลบั สูเคร่ืองกงั หันเครอ่ื งที่สองกอนไหลออกไปเขา เครือ่ งควบแนน การใหความรอ นซำ้ อาจกระทำไดมากกวาหน่ึงคร้ัง แตการใหความรอ นซ้ำจงึ มักจะกระทำเพียงคร้ังเดียวเพราะถามากกวานี้ประสทิ ธภิ าพที่สงู ขน้ึ จะไมคมุคาใชจา ยที่เพิม่ ข้ึน ปจ จัยสำคัญท่ีมีผลตอประสทิ ธภิ าพของวัฏจกั รท่ีมีการใหความรอนซ้ำคือความดันในการใหความรอนซ้ำ ถาความดนั สงู เกนิ ไป ประสิทธิภาพจะไมเพิม่ มากนกั แตถาความดนั ตำ่ เกินไปประสิทธภิ าพจะลดลงแทนที่จะเพ่มิ ข้นึ ความดันท่ีเหมาะสมมีคาประมาณ 20% ของความดนั ไอน้ำในเครอ่ื งกำเนดิ ไอนำ้

5.3. การปรบั ปรุงประสิทธิภาพของวัฏจักรแรงคิน 75 รูปท่ี 5.10: วัฏจกั รแรงคนิ ทม่ี กี ารใหความรอนซ้ำ ตวั อยาง วัฏจักรแรงคินหนึ่งมีการใหความรอ นซ้ำโดยอุณหภมู ิและความดันของไอนำ้ กอนเขาเครือ่ งกังหันเทากบั 850 K และ 15 MPa ความดันนำ้ ในเครอื่ งควบแนน เทากับ 0.01 MPa และคุณภาพของไอน้ำท่ีไหลเขา เคร่อื งควบแนน เทากบั 0.9 จงหาความดนั ไอนำ้ ในกระบวนการใหความรอ นซำ้ และประสิทธิภาพของวัฏจักรน้ี ถาไมม กี ารใหค วามรอนซ้ำประสิทธภิ าพของวัฏจกั รจะเปน เทา ไร รูปท่ี 5.11: วฏั จักรแรงคนิ ทมี่ ีการใหความรอนซำ้ ในปญ หาตัวอยาง วธิ ีทำ รปู ท่ี 5.11 แสดงแผนภาพ T-s สำหรับของปญหานี้ โปรดสงั เกตวาโดยท่วั ไปนำ้ ท่ีออกจากเครอื่ งควบแนน ที่จุด 6 อาจสมมตุ ิวา เปนของเหลวอมิ่ ตัว จากตารางสมบตั ิของไอน้ำพบวา h6 = 192 kJ/kg เครื่องสูบใชง านนอ ยมากในการเพิ่มความดันของน้ำจาก p6 เปน p1 ดังนนั้ h1 = h6 ไอนำ้ ในสถานะ 2 ซงึ่ โจทยระบุคาอณุ หภมู ิและความดันมีคา h2 = 3510 kJ/kg.K ไอนำ้ ในสถานะ5 มีความดนั 0.01 MPa และคุณภาพ 0.9 ดงั น้ัน h5 = 2340 kJ/kg.K รปู ท่ี 5.11 แสดงใหเหน็ วา s4 =s5 ซง่ึ มีคาเทา กนั นอกจากน้ีการใหความรอ นซำ้ จะทำให T4 = T2 สมบัติทั้งสองประการ (s4 และ T4)กำหนดสถานะ 4 คา h4 จึงเทากับ 3620 kJ/kg และ p4 = 3.5 MPa ความดนั น้ีคอื ความดนั ไอนำ้ ใน

76 บทท่ี 5. เทอรโ มไดนามิกสของโรงไฟฟาพลังความรอ นกระบวนการใหความรอ นซ้ำซ่งึ โจทยไมไดระบุมาให สถานะ 3 ของไอน้ำถกู กำหนดจากความดนั p3 =p4 และ s3 = s2 ซึ่งทำให h3 = 3090 kJ/kg หลังจากทราบคาเอนทลั ปของทุกสถานะแลวประสิทธภิ าพของวฏั จักรแรงคินที่มีการใหความรอ นซ้ำคำนวณไดด ังน้ี wnet = wt = h2 − h3 + h4 − h5 = 1700 kJ/kg qin = h2 − h1 + h4 − h3 = 3848 kJ/kg 1700 η = = 0.44 3848 ถาไมม ีการใหความรอนซ้ำไอนำ้ จะไหลเขา เครอื่ งควบแนนที่สถานะ 5′ ซึ่งถกู กำหนดจาก s5′ = s2และ p5′ = 0.01 MPa ดังน้ัน h5′ = 2100 kJ/kg ประสทิ ธภิ าพของวฏั จกั รคำนวณไดด งั น้ี wnet = h2 − h5′ = 1410 kJ/kg qin = h2 − h1 = 3318 kJ/kg 1410 η = = 0.42 33185.3.5 รีเจนเนอเรชนั สาเหตุที่ทำใหประสทิ ธภิ าพของวฏั จกั รแรงคินดอ ยกวาวัฏจกั รคารโนตคืออณุ หภมู ิเฉลี่ยของการใหความรอนท่ีตำ่ กวา อุณหภมู ิสูงสุดในวัฏจกั รเพราะความสว นหนึง่ ถกู ใชไปในการอนุ น้ำปอ น (feedwater) ท่ีเขา เคร่อื งกำเนิดไอน้ำ ใหมีอณุ หภมู ิสงู ขึน้ ถา หากความรอนสว นนี้ถกู กำจดั ไป อณุ หภมู ิเฉลยี่ของการใหความรอ นจะเพ่ิมขนึ้ พรอ มกบั ประสิทธภิ าพของวฏั จกั ร รปู ท่ี 5.12 แสดงใหเห็นกรณีอุดมคติซึ่งมีการอนุ น้ำปอ นโดยใหน้ำปอนไหลวนไปหลอเยน็ รอบเครอ่ื งกังหนั นำ้ ปอ นจะรบั ความรอ นจากไอนำ้ ที่กำลงั ขยายตวั ในเครอ่ื งกงั หนั ลกั ษณะการแลกเปลย่ี นความรอ นกนั ภายในวฏั จักรเชน นี้เรยี กวารีเจนเนอเรชนั (regeneration) ถา นำ้ ปอ นและไอน้ำไหลสวนทางกันและแตล ะจดุ ของการถายเทความรอนอุณหภมู ิไอน้ำสงู กวา อณุ หภมู นิ ้ำปอ นนอ ยมากจนเกอื บเทา กัน การถายเทความรอ นจะเปน แบบผวนกลับได ผลท่ีตามมาคือเอนโทรปท่ีเพิม่ ข้นึ ของน้ำปอนจะเทากับเอนโทรปท่ีลดลงของไอน้ำ และวฏั จักรแรงคินท่ีมีรีเจนเนอเรชนั่ ในอุดมคติ (1-2-3-4-5-1) จะมีประสทิ ธิภาพเทา กบั วฏั จักรคารโนต (1-2-3′-4′-1) วฏั จักรในอุดมคติดังกลาวเปนไปไมไดในทางปฏบิ ตั ิเพราะการเพิ่มอุณหภมู ินำ้ ปอ นภายในเครือ่ งกงั หันกระทำไดยากและมีความชนื้ ในของไอนำ้ ที่ไหลผานเคร่อื งกังหันมากเกนิ ไปจนเคร่ืองกงั หันทำงาน

5.3. การปรบั ปรงุ ประสิทธิภาพของวัฏจักรแรงคนิ 77 รปู ที่ 5.12: วัฏจกั รรีเจนเนอเรชันในอุดมคติไมได อยางไรก็ตามแนวความคิดของการใชความรอ นจากเคร่ืองกังหนั เพิม่ อณุ หภมู ิน้ำปอ นก็สามารถนำมาดัดแปลงใหการทำรีเจนเนอเรชนั เปน ไปได การดัดแปลงท่ีวา นี้คือ การเพิ่มอุณหภมู ิน้ำปอ นภายนอกเครอื่ งกังหันดวยการดึงเอาไอนำ้ บางสวนออกจากเครอ่ื งกังหันมาอนุ นำ้ ปอนแทนที่จะใหน้ำปอนไหลเขาไปรบั ความรอ นในเครอ่ื งกงั หัน รีเจนเนอเรชันลักษณะนี้ตอ งใชเครื่องอุนน้ำปอน (feed waterheater) เสรมิ เขา ไปในวฏั จกั ร เครื่องอุน นำ้ ปอ นเปนอปุ กรณถา ยเทความรอ นที่ใชไอน้ำบางสว นจากเคร่ืองกังหันอุนน้ำปอ น เคร่ืองอนุ นำ้ ปอ นแบงออกเปน 2 แบบคอื (1) แบบเปด (open feed waterheater) (2) แบบปด (closed feed water heater ) รูปท่ี 5.13 แสดงแผนภาพของเครื่องอนุ นำ้ ปอนแบบเปดซงึ่ ทำหนาที่ผสมไอนำ้ ที่ดงึ มาจากเครอ่ื งกังหนั กบั นำ้ ปอ นจากเครื่องควบแนน ผลที่ไดเปน นำ้ อิ่มตวั ซ่ึงมีอัตราการไหลเทากบั ผลรวมของอัตราการไหลของไอน้ำและน้ำปอน ไอน้ำและนำ้ ปอนจะมีความดนั เทากัน ดงั นน้ั น้ำปอนจงึ ตอ งไหลผา นเครอ่ื งสูบกอ นไหลเขาเคร่อื งอุน น้ำปอนแบบเปด รปู ที่ 5.14 แสดงแผนภาพอุปกรณและแผนภาพ T-s ของวฏั จักรทมี่ ีเครอ่ื งอนุ นำ้ ปอ นแบบเปด รปู ท่ี 5.13: เครอ่ื งอนุ นำ้ ปอนแบบเปด ในการหาประสิทธภิ าพของวัฏจกั รแรงคินท่ีมีเครื่องอุน น้ำปอ นแบบเปด สมการ (5.2) ไมสามารถใชไ ดเนอ่ื งจากสมการน้ันมีเงอ่ื นไขวาอัตราการไหลในทุกกระบวนการของวฏั จักรตองเทา กัน รปู ท่ี 5.14แสดงใหเห็นวา อตั ราการไหลในวฏั จกั รแรงคินท่ีมีเครอ่ื งอุน น้ำปอ นแบบเปด ไมเทา กันในทุกกระบวนการ

78 บทที่ 5. เทอรโ มไดนามกิ สของโรงไฟฟา พลังความรอนรปู ที่ 5.14: วัฏจักรแรงคินที่มเี ครอ่ื งอนุ นำ้ ปอนแบบเปดดงั นน้ั การหาประสทิ ธภิ าพจึงตองใชสมการตอไปนี้ (5.5) η = w˙ net (5.6) q˙in (5.7)w˙net คือ อัตราการผลติ งานสุทธแิ ละ q˙in คอื อัตราการไหลเขา ของความรอน w˙ net = h1 − h2 + (1 − m)(h2 − h3) − (1 − m)(h5 − h4) − (h7 − h6) q˙in = h1 − h7โดยที่ m คอื อตั ราการไหลของไอนำ้ ผานเคร่อื งอนุ นำ้ ปอ นถา อัตราการไหลของไอน้ำเขา เคร่ืองกังหนัเทา กบั 1 kg/s ถา สมมตุ ิวาไมมีการสูญเสียพลงั งานในเครอ่ื งอุนน้ำปอ นการหาคา m จากการวเิ คราะหการอนรุ ักษพลงั งานในเคร่อื งอุนนำ้ ปอนซงึ่ ใหผลลพั ธด ังน้ีm = h6 − h1 (5.8) h2 − h5 เคร่อื งอุนนำ้ ปอนแบบปดเปนอปุ กรณแลกเปลย่ี นความรอนชนิดเปลือกและทอ (shell-and-tubeheat exchanger) ไอน้ำจากเคร่ืองกงั หันจะไหลนอกทอ และน้ำปอ นจากเครอ่ื งควบแนน จะไหลในทอไอน้ำกบั นำ้ ปอ นจงึ อาจมีความดันตางกนั ไดเนอ่ื งจากไมม ีการผสมกัน รูปท่ี 5.15 แสดงแผนภาพของอปุ กรณนี้ จะเหน็ วาไอน้ำทีไ่ หลเขา เครอ่ื งอุนน้ำปอนแบบปดจะกลายเปนนำ้ ระบาย (drain) เมอ่ื ไหลออกในขณะท่ีน้ำปอนที่ไหลเขา จะมีอุณหภมู ิเพิม่ ข้ึนโดยมีอณุ หภูมิสงู สุดเม่ือไหลออก อณุ หภูมิสูงสดุ นี้จะตอ งนอ ยกวา อณุ หภมู ไิ อน้ำทไี่ หลเขาและจะข้นึ กบั การออกแบบเครอ่ื งอุนน้ำปอน ในทางปฏบิ ัติพารามิเตอรท่ีกำหนดอุณหภมู ิน้ำปอนท่ีไหลออกจากเครอื่ งคอื TTD (terminal temperature difference) ซ่งึ หมายถงึ ผลตางระหวางอณุ หภมู ิไอนำ้ ควบแนนกับอณุ หภมู นิ ำ้ ปอ นที่ไหลออก น้ำระบายท่ไี ดจะไมถูกปลอยทิง้ เพราะสามารถนำไปใชได รูปที่ 5.16 แสดงใหเ ห็นวาวิธนี ำนำ้ ระบายไปใชมีสองวิธีคอื (ก) ลดความดันของมนั ใหเทา กบั ความดนั ของน้ำปอ นที่เขาเคร่อื งอนุ น้ำปอ นโดยการ

5.3. การปรับปรงุ ประสิทธภิ าพของวฏั จักรแรงคนิ 79 รูปที่ 5.15: เครอ่ื งอนุ นำ้ ปอนแบบปดสง มันผา นวาลว ปก ผเี สือ้ (throttle valve) กอ นท่ีจะผสมมนั กับนำ้ ปอนท่ีความดนั ตำ่ กวา หรือสง มนั เขาเครอ่ื งควบแนนและ (ข) เพม่ิ ความดนั ของมนั โดยใชเครอ่ื งสบู กอนท่ีจะผสมมันกับนำ้ ปอนท่ีความดันสงูกวารปู ที่ 5.16: วิธีจัดการกับน้ำควบแนน สองวิธีในเครือ่ งอุนนำ้ ปอ นแบบปด (ก) สงไปผสมกบั นำ้ ปอนท่ีความดนั ตำ่ กวา (ข) สงไปผสมกบั นำ้ ปอนที่ความดันสูงกวา รูปที่ 5.17 แสดงแผนภาพอปุ กรณและแผนภาพ T-s ของวฏั จักรท่ีมีเครอ่ื งอนุ นำ้ ปอนแบบปด ที่จดั การกบั นำ้ ควบแนน ดวยวธิ ีแรก จะเห็นวา วฏั จักรนี้ใชเครื่องสูบนอ ยกวา วัฏจักรท่ีมีเคร่อื งอนุ น้ำปอ นแบบเปด สมการ (5.5) ใชหาประสทิ ธภิ าพของวัฏจกั รนีไ้ ดแต ,w˙net q˙in และ m คำนวณจากw˙ net = h1 − h2 + (1 − m)(h2 − h3) − (h7 − h4) (5.9) (5.10)q˙in = h1 − h8 (5.11)m = h8 − h7 h2 − h5การวิเคราะหวัฏจกั รจำเปนตอ งทราบคา TTD (terminal temperature difference) ซึ่งเทา กบั ผลตางระหวางอุณหภมู ิไอน้ำทมี่ ีความดนั เทากบั ความดนั ไอนำ้ ทไ่ี ดจ ากเคร่อื งกงั หนั ไอนำ้ (Tsat) กบั อณุ หภมู ิน้ำ

80 บทที่ 5. เทอรโ มไดนามิกสของโรงไฟฟา พลงั ความรอ นปอ นทไี่ หลออกจากเคร่ืองอนุ น้ำปอ น คา TTD กำหนดอณุ หภูมิ T8 ไดด งั น้ี (5.12) T8 = Tsat − TTDโดย Tsat คอื อณุ หภมู ิของไอน้ำอมิ่ ตวั ท่มี คี วามดนั p2รูปที่ 5.17: วัฏจกั รแรงคินทีม่ ีเคร่อื งอุนนำ้ ปอ นแบบปดแบบแรก รปู ที่ 5.18 แสดงแผนภาพอุปกรณและแผนภาพ T-s ของวัฏจักรท่ีมีเคร่อื งอุน นำ้ ปอนแบบปด ที่จัดการกบั น้ำควบแนน ดวยวิธีที่สอง วัฏจักรน้ีมีจำนวนเครือ่ งสูบเทากบั วัฏจักรท่ีมีเครือ่ งอุน น้ำปอนแบบเปดในรปู ที่ 5.14 อยา งไรก็ตามถา เปรยี บเทียบกับวัฏจกั รที่มีเคร่ืองอุน นำ้ ปอ นแบบเปด ในรูปที่ 5.14 จะพบวา เคร่ืองสูบนำ้ ปอน (feed water pump) ในรูปที่ 5.16 มีอัตราการไหลของน้ำต่ำกวาและมีขนาดเล็กกวา เครอ่ื งสูบน้ำปอ นในรูปท่ี 5.14 สมการ (5.5) ใชหาประสทิ ธภิ าพของวัฏจกั รน้ีไดแต w˙net และq˙in คำนวณจากw˙ net = h1 − h2 + (1 − m)(h2 − h3) − (1 − m)(h5 − h4) − m(h8 − h6) (5.13) q˙in = h1 − h9 (5.14)คา m และ h9 ในสมการ (5.13) และ (5.14) ไดจากการวเิ คราะหการอนรุ ักษพลงั งานท่ีเครอื่ งอนุ นำ้ ปอ นและถงั ผสม (mixing chamber) ซ่งึ ใหผลดงั น้ี m= h7 − h5 (5.15) (5.16) h2 − h6 + h7 − h5 h9 = (1 − m)h7 + mh8คา TTD ใชกำหนดอณุ หภูมิ T7 ดังนี้ T7 = Tsat − TTD (5.17)โดย Tsat คืออุณหภมู ขิ องไอนำ้ อม่ิ ตวั ที่มคี วามดัน p2

5.3. การปรบั ปรุงประสิทธิภาพของวัฏจักรแรงคนิ 81 รปู ที่ 5.18: วฏั จกั รแรงคินท่ีมเี คร่อื งอนุ น้ำปอนแบบปดแบบที่สอง ตัวอยา ง วัฏจักรแรงคนิ หนึ่งมีเครือ่ งอุนนำ้ ปอนแบบปด โดยท่ีนำ้ ระบายถกู สบู สงไปผสมกบั น้ำปอ นความดันและอณุ หภมู ขิ องไอนำ้ ที่เขาเครอ่ื งกงั หันเทากบั 70 bar และ 540◦C ไอน้ำทีด่ งึ จากเครือ่ งกงั หนัมคี วามดนั 7 bar ความดนั ในเครือ่ งควบแนน เทา กบั 0.07 bar และ TTD = 3◦C สมมุติวางานท่ีใหเครอ่ื งสบู นอยมาก จงหาประสิทธภิ าพของวัฏจกั ร วธิ ที ำ รปู ท่ี 5.18 แสดงแผนภาพของวฏั จกั รนี้ ขอ มูลสมบัติของน้ำและไอนำ้ เปน ดังนี้ h1 = 3500 kJ/kg h2 = 2860 kJ/kg h3 = 2150 kJ/kg h4 = 163 kJ/kg h5 = h4 h6 = 697 kJ/kg h8 = h6 สถานะ 7 สำหรบั การหา h7 ถกู กำหนดโดย p7 และ T7 รูปที่ 5.18 แสดงใหเห็นวา p7 = p1 = 70bar สวน T7 หาไดจ ากสมการ (5.17) ท่ีความดัน 7 bar Tsat = 165◦C ดงั นั้น T7 = 162◦Ch7 มคี า โดยประมาณเทากบั เอนทลั ปข องนำ้ อมิ่ ตัวท่ีอุณหภูมิ 162◦C h7 = 684 kJ/kg

82 บทท่ี 5. เทอรโ มไดนามกิ สข องโรงไฟฟา พลังความรอน หลงั จากทราบคาเอนทลั ปทีส่ ถานะตา ง ๆ แลว คา m หาไดจ ากสมการ (5.15) 684 − 163 m = 2860 − 697 + 684 − 163 = 0.194 kgและ h9 หาไดจ ากสมการ (5.16) จากสมดลุ พลงั งานในถงั ผสม (mixing chamber) h9 = (1 − 0.194) × 684 + 0.194 × 697 = 689 kJ/kg สมมุติวา อตั ราการไหลเขา เครอ่ื งกังหนั ของไอน้ำเทากับ 1 kg/s สมการ (5.13), (5.14) และ (5.5) ใชหา ,w˙net q˙in และ η ไดต ามลำดับ w˙ net = (h1 − h2) + (1 − m)(h2 − h3) = 1212 kg/s q˙in = 3500 − 689 = 2811 kg/s =⇒ η = 0.435.4 ผลกระทบของความผวนกลับไมไดใ นวฏั จกั ร การวเิ คราะหวฏั จกั รแรงคินท่ีผานมาอยูภายใตสมมุติฐานวากระบวนการตา ง ๆ ในวฏั จักรผวนกลบัได แตกระบวนการที่เกิดขนึ้ จรงิ ผวนกลับไมไดซงึ่ จะสง ผลใหเอนโทรปของน้ำเพิม่ ในกระบวนการไหลผา นเครือ่ งสูบและเคร่ืองกังหันและทำใหความดันของไอนำ้ ลดลงในกระบวนการไหลผานเคร่ืองกำเนิดไอนำ้ และเครือ่ งควบแนน ผลกระทบที่สำคัญของการผวนกลบั ไมไดมาจากเคร่อื งสูบและเครอ่ื งกงั หนัประสิทธิภาพของเครื่องสูบ (pump efficiency, ηp) และประสทิ ธิภาพของเครือ่ งกังหัน (turbine effi-ciency, ηt) มสี ตู รดงั น้ีηp = ∆wps ∆wpηt = ∆wt ∆wtsโดยท่ี wps และ wp เปนงานที่ใหเครือ่ งสบู เพ่อื เพม่ิ ความดนั ของนำ้ เหมือนกนั ตา งกันตรงที่ wpsเปนงานท่ีใหเครื่องสบู ในกระบวนการไอเซนโทรปก (isentropic process) ซง่ึ หมายถงึ กระบวนการที่เอนโทรปไ มเ ปลย่ี นแปลง สว น wp เปนงานท่ใี หเครอื่ งสบู จริง ในทำนองเดียวกัน wt และ wts เปน งานท่ีไดจากเครื่องกงั หนั จรงิ และเครอ่ื งกงั หนั ในกระบวนการไอเซนโทรปก โดยตางก็ทำงานที่อัตราสวนความ

5.5. ประสทิ ธิภาพของโรงไฟฟา พลังความรอน 83รูป ที่ 5.19: กระบวนการ ท่ี เกดิ ขึ้น จรงิ ใน เคร่อื ง สูบ และ เคร่อื ง กงั หัน (4-1, 2-3) เปรยี บ เทยี บ กบักระบวนการไอเซนโทรปก (4-1s, 2-3s)ดันท่ีเทา กนั รูปท่ี 5.19 เปรยี บเทียบแผนภาพ T-s ของกระบวนการไอเซนโทรปก กับกระบวนการจริงในเครื่องสบู และเครื่องกงั หัน ในกรณีของเครื่องสบู และเครอื่ งกงั หันดงั แสดงในรูปขางบนสูตรคำนวณประสิทธภิ าพคือηp = h1s − h4 h1 − h4ηt = h2 − h3 h2 − h3s5.5 ประสทิ ธิภาพของโรงไฟฟา พลงั ความรอ น รูปท่ี 5.20 แสดงแผนภาพอยางงา ยของโรงไฟฟา พลงั ความรอน สว นประกอบทส่ี ำคญั ไดแ ก วัฏจักรกำลังงาน เตาเผา ระบบหลอ เยน็ และเครือ่ งกำเนดิ ไฟฟา เตาเผาทำหนา ที่แปลงพลังงานเคมีในเช้ือเพลิงเปน พลงั งานความรอนที่ขบั เคลอ่ื นวฏั จกั รกำลงั งานซึง่ จะผลิตพลังงานกล ระบบหลอเย็นทำหนา ท่ีระบายความรอ นจากวัฏจกั รแรงคนิ และเคร่อื งกำเนิดไฟฟาทำหนา ท่ีแปลงพลงั งานกลที่ไดจากวฏั จักรกำลังงานเปนพลงั งานไฟฟา ถามองโดยภาพรวมจะเห็นวาสวนเขาของโรงไฟฟา คือ พลังงานเคมีของเชอื้เพลิงและสว นออกคือ พลังงานไฟฟา ประสิทธิภาพของโรงไฟฟา (ηo) จึงเทากบั อัตราสวนของพลงั งานไฟฟา ตอ พลงั งานเคมีของเช้อื เพลงิηo = Pe (5.18) m˙ f .HVโดยที่ Pe คอื พลังไฟฟา , m˙ f คอื อัตราการใชเชอื้ เพลิงผลติ ไฟฟา และ HV (heating value) คอื คาความรอนของเชื้อเพลิง HV อาจเปน คาความรอนสงู (HHV ) หรอื คา ความรอ นตำ่ (LHV ) ก็ได ถาHV เปน คา ความรอ นสงู ประสทิ ธภิ าพของโรงไฟฟา จะมีคาต่ำกวาถา HV เปน คา ความรอนตำ่ การคำนวณประสิทธภิ าพของโรงไฟฟา ควรระบใุ หชดั เจนวา จะใชคาความรอนใด ηo สามารถเขยี นเปน ผลคณู ของประสิทธิภาพสามคาดงั นี้ηo = ηb.η.ηg (5.19)

84 บทที่ 5. เทอรโ มไดนามกิ สของโรงไฟฟาพลังความรอ นรปู ที่ 5.20: โรงไฟฟา พลงั ความรอ นโดยท่ี ηb คอื ประสิทธภิ าพของหมอไอนำ้ (boiler efficiency) ซงึ่ เทากบั อตั ราสว นของเอนทัลปที่เพ่มิ ข้นึเมอ่ื นำ้ กลายเปน ไอนำ้ จากการไหลผา นหมอไอนำ้ ตอพลงั งานเคมีของเชอื้ เพลงิηb = m˙ s(hout − hin) (5.20) m˙ f .HVโดยท่ี m˙ s คอื อัตราการผลติ ไอน้ำของหมอ ไอน้ำ, hin คอื เอนทัลปของนำ้ ปอ นท่ีไหลเขา หมอไอนำ้ และhout คือ เอนทลั ปของไอนำ้ ท่ีไหลออกจากหมอ ไอนำ้ η คือ ประสิทธิภาพของวฏั จกั รกำลงั งานซึ่งเทา กับอัตราสว นของกำลงั งานสุทธิที่ไดจากวัฏจกั ร(Pnet) ตอ กำลังงานความรอนทเี่ ขา หมอ ไอน้ำ (Qin) η = Pnet (5.21) Qinโดยท่ี Qin มคี า เทากับอตั ราการเพมิ่ ข้นึ ของเอนทลั ปเม่อื นำ้ กลายเปนไอน้ำในสมการ (5.20) ηg คอื อตั ราสวนของพลังไฟฟา (Pe) ท่ีไดจากเครื่องกำเนดิ ไฟฟา ตอ กำลงั งานกลท่ีเขา เคร่ืองกำเนดิไฟฟา ηg = Pe (5.22) Pnetในทางปฏิบตั ิวศิ วกรโรงไฟฟาสนใจอยากทราบวาการผลิตพลังงานไฟฟา 1 kW.h ตอ งใชพลงั งานความรอนเทา ไร ตวั เลขนคี้ อื อตั ราความรอ น (heat rate) HR = mf .HV (5.23) Pe∆t

5.6. ประสิทธภิ าพของหมอไอนำ้ 85โดยที่ ∆t คอื ชว งเวลาท่ีผลติ ไฟฟาและ mf คอื มวลเชื้อเพลงิ ท่ีใชผลติ ไฟฟาในชวงเวลาดงั กลาว หนว ยของ HR คอื kJ/kW.h HR สามารถคำนวณไดจ าก ηo ดงั นี้ 3600 (5.24) HR = ηo5.6 ประสทิ ธิภาพของหมอ ไอนำ้ รูปที่ 5.21 แสดงแบบจำลองของหมอไอนำ้ หมอไอนำ้ ทำหนา ที่เแปลงพลงั งานเคมีในเชื้อเพลิงเปนพลังงานความรอนในไอนำ้ ดังนน้ั ประสทิ ธิภาพของหมอ ไอน้ำมีคา ตามสมการ (5.20) ซง่ึ หมายความวาประสิทธภิ าพของหมอไอน้ำที่คำนวณโดยใชคาความรอ นสงู จะมีคา ตำ่ กวาประสทิ ธภิ าพของหมอไอนำ้ ท่ีคำนวณโดยใชคาความรอนตำ่ การคำนวณประสทิ ธภิ าพของหมอ ไอน้ำจึงควรระบุใหชดั เจนวาจะใชคาความรอนใด การคำนวณประสทิ ธภิ าพของหมอ ไอนำ้ มสี องวิธีคอื วิธคี วามรอ นเขา ออก (input-output method)และวิธีความรอนสญู เสีย (heat-loss method) วิธีความรอ นเขา ออกใชสมการ (5.20) ขอมูลที่ตอ งใชในการคำนวณไดแก อัตราการไหลของไอนำ้ เอนทลั ปของน้ำปอน เอนทัลปของไอน้ำ อัตราการไหลของเชือ้ เพลิงและคา ความรอ นของเชือ้ เพลงิ วธิ ีนี้จงึ ตองการขอมลู ไมมาก อยางไรก็ตามการวัดอัตราการไหลของเชือ้ เพลงิ แข็งอาจไมสะดวก นอกจากน้ีวิธีนี้มีขอ เสียเปรยี บคือ ไมไดใหขอมูลเก่ยี วกับการเพ่ิมประสิทธภิ าพของหมอไอนำ้ วิธีความรอ นสูญเสียคำนวณการสูญเสยี ความรอ นดว ยสาเหตุตา ง ๆ (Q˙ l)แลวจึงหาคาประสิทธิภาพของหมอไอน้ำดังนี้ ηb = 1 − Q˙ l (5.25) m˙ f .HVรูปท่ี 5.21 แสดงใหเห็นวา มีการสญู เสียพลงั งานความรอนไปกบั กาซเสียและขี้เถาที่ไหลออกจากหมอไอน้ำ นอกจากนี้ยังมีการสญู เสียความรอนโดยการพาความรอ นและการแผรงั สีความรอ นจากผิวของหมอ ไอนำ้ สูอากาศแวดลอมอีกดว ย ดังนน้ั ประสทิ ธิภาพของหมอ ไอนำ้ จงึ ลดลงจากการสูญเสียความรอ นดว ยสาเหตุตาง ๆ ดงั น้ี การคำนวณหาประสทิ ธภิ าพของหมอ ไอนำ้ ดวยวธิ ีความรอนสญู เสยี ตอ งใชขอ มูลจำนวนมากกวา วิธีความรอ นเขาออก แตมีขอ ไดเปรียบคือ สามารถชี้ใหเหน็ แนวทางการเพ่มิประสทิ ธิภาพของหมอไอนำ้ ได ในการคำนวณประสิทธภิ าพของหมอ ไอนำ้ โดยใชคา ความรอนสูง สาเหตุของการสูญเสียความรอ นมี6 ประการ ถากำหนดให Li = Q˙ l,i (5.26) m˙ f .HVคือ อัตราสวนระหวา งของคา ความรอนสญู เสียตอ คาความรอนของเชอ้ื เพลงิ หน่ึงกโิ ลกรัม ประสทิ ธิภาพของหมอ ไอนำ้ จะเทา กับηb = 1 − (L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6) (5.27)การสญู เสียความรอ นทง้ั 6 ประการมีรายละเอยี ดนี้

86 บทที่ 5. เทอรโ มไดนามกิ สข องโรงไฟฟา พลงั ความรอ น รูปท่ี 5.21: แบบจำลองของหมอ ไอนำ้1. การสญู เสยี ความรอนไปกับกาซเสียแหง โดยความรอนสว นน้ีจะทำใหกา ซเสยี แหง มีอุณหภูมิเพมิ่ จาก Ta เปน Tg ถา สมมตุ ิวากา ซเสยี แหงเปนกา ซในอดุ มคติ สมการของการสญู เสียความรอน จากสาเหตุนคี้ ือ L1 = xdg.cpg(Tg − Ta) (5.28) HHVโดยที่xdg คืออัตราสวนของมวลกา ซเสยี แหง ตอมวลเชือ้ เพลงิcpg คอื ความจุความรอ นจำเพาะเฉล่ียของกาซเสยี แหง (ประมาณ 1.0 kJ/kg.◦C)Tg คอื อุณหภมู ขิ องกาซเสียแหงทอี่ อกจากหมอไอนำ้Ta คอื อุณหภูมขิ องสง่ิ แวดลอมสมมตุ ิวา กำมะถนั ในเชื้อเพลิงมีปริมาณนอ ยมาก กาซเสยี แหง จะประกอบดวย CO2, CO, O2และ N2 โดยจำนวนโมลของกา ซเหลา นีค้ ือ ,NCO2 NC O , NO2 และ NN2 ตามลำดบั มวลของกาซเสยี แหงจะมคี าเทา กับ mdg = 44NCO2 + 28NCO + 32NO2 + 28NN2 (5.29)สมการ (4.30) เขยี นใหมไ ดด ังนี้ mf = 12(yCO + yCO2 )Ndg (5.30) xcbโดยท่ี Ndg เปนจำนวนโมลของกา ซเสยี แหง สมการ (5.29) หารดว ยสมการ (5.30) ใหคา xdg xdg = (11yCO2 + 7yCO + 8yO2 + 7yN2 )xcb (5.31) 3(yCO + yCO2 )

5.6. ประสิทธิภาพของหมอ ไอน้ำ 872. การสญู เสียความรอ นไปกบั ความช้นื ในกาซเสีย โดยความรอนสว นนี้จะทำใหความชนื้ กลายเปน ไอน้ำอณุ หภูมิสงู ออกไปกบั กา ซเสีย ความช้ืนกา ซเสยี บางสว นมาจากความช้ืนในเชอ้ื เพลงิ และ H ในเชือ้ เพลงิ ซึ่งทำปฏกิ ริ ิยากับ O เปน นำ้ ท้งั หมดนีท้ ำใหเ กดิ การสญู เสยี ความรอ นL2 = (xM + 9xH,ar)[2442 + cpv (Tg − Ta)] (5.32) HHVโดยท่ี cpv คอื ความจุความรอ นจำเพาะเฉล่ยี ของไอน้ำ (ประมาณ 1.9 kJ/kg.◦C) และ 2442 kJ/kg คือ คาความรอ นแฝงในการกลายเปนไอของนำ้ ที่อณุ หภมู ิ 25◦C โปรดสงั เกตวา สัดสวนโดยมวลของ H ในท่ีน้ีคอื สัดสวนโดยมวลตามฐานเชือ้ เพลิงในสภาพเดิมเนอื่ งจากเชื้อเพลิงที่เปนฐานการคำนวณหาประสทิ ธภิ าพมีทั้งความชน้ื และเถา3. การสญู เสยี ความรอ นไปกบั ความชน้ื ในอากาศ L3 = ω.AF RA.cpv(Tg − Ta) (5.33) HHVโดยท่ี ω คือความชืน้ สัมบรู ณใ นอากาศ เปน ท่ีนา สงั เกตวา สตู รของ L3 ไมไ ดร วมคาความรอนแฝงในการกลายไอนำ้ เหมอื นสูตรของ L2 ทั้งน้ีเนอ่ื งจากความชน้ื ในเชือ้ เพลิงอยูในสถานะของเหลวในขณะที่ความชน้ื ในอากาศอยูในสถานะกาซ โดยทวั่ ไป L3 มีคานอ ยมาก การคำนวณประสทิ ธ-ิภาพของหมอไอน้ำจึงอาจสมมุติวา L3 = 04. การสญู เสยี ความรอนไปกับคารบ อนที่ไมเผาไหม การเผาไหมท่ีไมสมบูรณอาจจะทำใหไดข้ีเถา (refuse) ท่ีประกอบดว ยเถาและคารบ อนท่ีไมเผาไหม โดยท่วั ไปข้ีเถา จะถูกนำไปทง้ิ ดงั นั้นการมี คารบอนในขี้เถาจงึ นับเปน การสูญเสียความรอ นโดยเปลา ประโยชน สมการของการสญู เสียความ รอ นจากสาเหตนุ ้คี ือ L4 = xuc .H H VC (5.34) HHVโดยที่ xuc คืออัตราสว นของมวลคารบอนที่เหลือจากการเผาไหมตอ มวลเชอื้ เพลิงและ HHVCคอื คาความรอนของคารบอน (32800 kJ/kg)5. การสูญเสียความรอ นไปกบั คารบอนมอนอกไซดในกา ซเสยี กาซเสียที่มี CO สามารถนำไปเผา ไหมเพื่อใหความรอ นได แตในทางปฏิบตั ิ กา ซเสยี จะถูกระบายออกสูบรรยากาศ สมการการสญู เสยี ความรอนสามารถคำนวณไดด งั น้ี มวลของ CO คาความรอนของ COL5 =มวลของเชื้อเพลงิ × คาความรอ นของเชอ้ื เพลงิ มวลของ CO มวลของ C ในเชือ้ เพลงิ ท่ีเผาไหม=มวลของ C ในเชื้อเพลงิ ทเ่ี ผาไหม × มวลของเช้อื เพลิง

88 บทที่ 5. เทอรโมไดนามกิ สของโรงไฟฟาพลังความรอ น คา ความรอ นของ CO (5.35) × คาความรอ นของเชื้อเพลงิ= MCOyCOxcbHHVCO MC (yCO + yCO2 )HHVโดยท่ี xcb คอื สัดสว นของมวลคารบ อนท่ีเผาไหมตอ มวลเชือ้ เพลิง น้ำหนกั โมเลกุลของ CO(MCO) เทากบั 28 นำ้ หนักโมเลกุลของ C (MC) เทากับ 12 และคาความรอ นของ CO (HHVCO)เทากับ 10100 kJ/kg6. การสูญเสียความรอ นไปกับการถายเทความรอนระหวา งหมอ ไอน้ำกับสงิ่ แวดลอมโดยการพา ความรอ นและการแผรงั สีความรอ น การสญู เสียพลังงานดวยสาเหตุน้ีขน้ึ กับอณุ หภูมิผิวและพ้นื ท่ี ผวิ ของหมอ ไอน้ำ อณุ หภมู ิผวิ มีคา คอนขา งคงที่แมวา อตั ราการผลติ ไอน้ำจะลดลง ดังน้ันการ สูญเสยี พลงั งานดวยการพาความรอนและการแผร งั สีความรอนมีสัดสวนที่ผกผันกบั อตั ราการ ผลิตไอนำ้ เชน สดั สว นการสูญเสียพลงั งานจะเพมิ่ ข้ึนเทาตวั ถา อตั ราการผลติ ไอนำ้ ลดลงครงึ่ หน่ึง นอกจากน้ีสัดสวนการสูญเสียพลังงานดวยสาเหตุน้ีจะลดลงถา หมอไอน้ำที่มีกำลังการผลิตสูงเพ่ิม ขน้ึ คาความรอ นสูญเสยี จากการถา ยเทความรอ นนี้มีคานอยมากไมเกิน 1% ในหมอ ไอนำ้ สมยั ใหมที่ไดร บั การออกแบบอยา งดี ในการคำนวณประสทิ ธิภาพของหมอไอนำ้ จะสมมตุ ิวา ทราบคา L6 ตัวอยาง หมอ ไอนำ้ ใบหนงึ่ มีกำลงั การผลิตไอนำ้ 180 ton/h แตผลิตไอน้ำเพียง 170 ton/hที่ความดัน 4 MPa และอณุ หภมู ิ 405◦C โดยนำ้ ปอ นเขาหมอไอน้ำมีอุณหภูมิ 124◦C และถา นหินท่ีประกอบดวย C 73%, H 5%, O 8%, N 2%, ความชนื้ 6% และเถา 6% อัตราการเผาไหมถานหินเทากบั 17600 kg/h และถานหนิ น้ีเผาไหมกับอากาศสว นเกิน 30% ท่ีมีอุณหภูมิ 27◦C ถา นหนิ โดยไดขี้เถาในอตั รา 1232 kg/h ในขี้เถา มีคารบ อน 14.3% โดยมวลและกาซเสียท่ีมีอุณหภมู ิ 167◦C จากการวิเคราะกา ซเสียแหง พบวามี CO2 13.65%, CO 0.47% และ O2 5.18% โดยปรมิ าตร ที่เหลือเปน N2สมมตุ ิวาไมม ีความชืน้ ในอากาศ จงคำนวณหาประสิทธิภาพของหมอไอน้ำดวยวธิ ีความรอนเขา ออกและวธิ คี วามรอ นสญู เสยี โดยใชคา ความรอนสงู ของเชอ้ื เพลิง สมมุตวิ า L6 = 0.5% วธิ ที ำ วิธีความรอ นเขา ออก hout คอื เอนทัลปของไอน้ำที่ความดัน 4 MPa และอณุ หภูมิ 405◦C สวน hin คือเอนทัลปของนำ้ ปอนท่ีอณุ หภมู ิ 124◦C เนือ่ งจากเอนทลั ปของนำ้ ไมเปลย่ี นแปลงมากนักตามความดนั hin จึงมีคาโดยประมาณเทากบั เอนทลั ปของน้ำอิ่มตวั ที่อุณหภมู ิ 124◦C จากตารางไอน้ำพบวา hout = 3225.3kJ/kg และ hin = 520.0 kJ/kg คาความรอ นสงู ที่คำนวณจากสมการ (4.22) คอื 30369 kJ/kg ดังน้ันประสทิ ธิภาพของหมอไอนำ้ ตามสมการ (5.20) โดย HV = HHV มคี าดงั นี้ηb = 170 × 103(3225.3 − 520.0) 17600(30369)= 0.860

5.6. ประสิทธภิ าพของหมอ ไอน้ำ 89 วิธคี วามรอ นสญู เสยี ในข้เี ถา 1232 kg/h มีคารบอนที่ไมเผาไหม 0.143 × 1232 = 176 kg/h ดังนัน้ สดั สว นของคารบ อนทีไ่ มเ ผาไหม (xuc) จงึ เทา กับ 0.01 และสัดสวนของคารบอนที่เผาไหม (xcb) เทากับ 0.72 สดั สว นของ N2 ในกา ซเสยี แหงคือ 1 - 0.1365 - 0.0047 - 0.0518 = 0.807 สัดสว นของกา ซเสียแหง คำนวณจากสมการ (5.31)xdg = [11(0.1365) + 7(0.0047) + 8(0.0518) + 7(0.807)] × 0.72 3(0.0047 + 0.1365)= 12.9การสญู เสียความรอนใหก าซเสียแหงคำนวณจากสมการ (5.28) L1 = 12.9 × 1.0 × (167 − 27) 30369 = 0.0595การสญู เสยี ความรอ นสญู เสียใหค วามชน้ื ในกาซเสยี คำนวณจากสมการ (5.32) L2 = (0.06 + 9 × 0.05)[2442 + 1.9(167 − 27)] 30369 = 0.0455 L3 = 0 เนอ่ื งจากไมมคี วามชนี้ ในอากาศ สัดสวนของคารบอนท่ีไมเผาไหมคอื 0.01 การสูญเสียความรอ นจากคารบอนที่ไมเผาไหมคำนวณจากสมการ (5.34) 0.01 × 32800 L4 = 30369 = 0.0108 การสูญเสยี ความรอ นจาก CO ในกาซเสียคำนวณจากสมการ (5.35) 28 × 0.47 × 0.72 × 10100 L5 = 12(0.47 + 13.65) × 30369 = 0.0186แทนคา L1 − L5 ท่ีคำนวณได และ L6 ทโ่ี จทยก ำหนดมาให ในสมการ (5.27)ηb = 1 − 0.0595 − 0.0455 − 0 − 0.0108 − 0.0186 − 0.0050 = 0.861 ตัวอยางขางตนแสดงใหเหน็ วา ความชืน้ ในกา ซเสียกอใหเกดิ ความรอ นสูญเสียในสัดสวนท่ีสูง โรงไฟฟา ท่วั ไปมกั ปลอ ยใหความชื้นน้ีระบายออกสูบรรยากาศโดยไมม ีมาตรการนำความรอนสวนนี้มาใช

90 บทท่ี 5. เทอรโมไดนามิกสข องโรงไฟฟาพลังความรอนประโยชนเน่ืองจากการกูความรอนจะตอ งทำใหความชืน้ ควบแนนซ่ึงอาจทำใหเกดิ กรดซลั ฟูรกิ ถา มีกา ซซัลเฟอรไ ดออกไซดใ นกา ซเสีย ดังนน้ั คาความรอนของเชอื้ เพลงิ ทนี่ ำมาใชป ระโยชนไ ดจรงิ จึงเปนคาความรอนต่ำตามสมการ (4.23) ในการคำนวณประสทิ ธิภาพของหมอไอน้ำโดยใชคา ความรอ นตำ่ คา HV ในสมการ (5.20) และ (5.25) คือ LHV การคำนวณดวยวธิ ีความรอนที่สญู เสียไปกบั ความชื้นในกา ซเสีย(L2) ซง่ึ ทำใหประสทิ ธิภาพของหมอ ไอนำ้ คำนวณจากηb = 1 − (L1 + L3 + L4 + L5 + HHV (5.36) L6) LHV ตัวอยาง จงคำนวณประสทิ ธิภาพของหมอไอนำ้ ในตวั อยา งที่แลวโดยใชคาความรอ นต่ำของเชื้อเพลิง วิธีทำ คาความรอ นตำ่ ทค่ี ำนวณจากสมการ (4.23) คอื ηb = 30369 − 2442(9(0.05) + 0.06) = 29124ประสิทธภิ าพของหมอ ไอน้ำโดยใชค าความรอ นตำ่ มคี าเทากับ 0.861 × 30369 ηb = 29124 = 0.8985.7 ระบบผลติ พลังงานรวม ระบบผลิตพลังงานรวม (cogeneration) หมายถงึ ระบบผลิตพลงั งานไฟฟา รวมกบั พลงั งานความรอน ระบบนี้แตกตา งจากวฏั จกั รกำลังงานทัว่ ไปซ่งึ ผลติ พลงั งานไฟฟา โดยปลอ ยความรอนสูแหลง รบัความรอนโดยเปลา ประโยชน ระบบผลิตพลังงานรวมจึงเปน ระบบที่ใชประโยชนจากเชือ้ เพลิงอยา งมีประสทิ ธิภาพมากกวา วัฏจักรกำลังงาน ระบบผลิตพลงั งานรว มแบง เปนระบบผลติ ไฟฟา ตามหลงั (bot-toming system) และระบบผลิตไฟฟา นำหนา (topping system) รูปท่ี 5.22 แสดงแผนภาพของทง้ัสองระบบ ระบบผลติ ไฟฟา ตามหลงั ใชในกรณีที่ความรอนท่ีตองการเปนความรอ นท่ีมีอณุ หภูมิสูงเพ่ือใชในอุตสาหกรรมเหลก็ คอนกรตี เซรามกิ และอตุ สาหกรรมปโตรเคมีบางประเภท อุตสาหกรรมเหลา น้ีจะใชความรอ นท่ีไดจากการเผาไหมเชอื้ เพลงิ ที่อุณหภูมิสูงไปใชในกระบวนการผลติ ความรอ นที่เหลือจะนำไปใชผลิตไฟฟาในวัฏจักรกำลังงาน ระบบผลิตไฟฟา นำหนา ใชวฏั จกั รกำลังงานผลติ ไฟฟา และนำความรอนท่ไี ดไปใชป ระโยชนในกระบวนการผลติ ของอตุ สาหกรรมท่ไี มตองการอุณหภูมิทสี่ ูงมากเชน การกลั่นการอบแหง การฆาเช้ือโรค เปน ตน นอกจากน้ีความรอ นที่ไดจากระบบผลิตไฟฟา นำหนายังนำไปเดินเครอื่ งปรับอากาศแบบดดู กลนื (absorption chiller) ไดอีกดวย ในปจจุบันการใชเ ชอื้ เพลงิ ผลติ พลงั งานไฟฟา พลังงานความรอน และความเยน็ จากเรียกวา การผลิตพลังงานสามรปู (trigeneration)

5.7. ระบบผลิตพลังงานรวม 91 รปู ที่ 5.22: (ก) ระบบผลิตไฟฟา ตามหลงั และ (ข) ระบบผลติ ไฟฟา นำหนา ระบบผลิตพลังงานรวมในประเทศไทยสว นใหญเปน ระบบผลิตไฟฟา นำหนา พบไดในโรงงานอตุ สาหรรมและอาคารธรุ กิจขนาดใหญ ระบบผลติ พลังงานรว มมีกำลังการผลิตไฟฟา นอยกวา โรงไฟฟามากเน่อื งจากระบบถูกออกแบบใหผลิตไฟฟาเพยี งพอกบั การใชงานในโรงงานอตุ สาหรรมและอาคารธรุ กจิขนาดใหญ อยางไรกต็ ามโรงงานบางประเภทมีเชื้อเพลงิ ซ่งึ เปน วัสดุทางการเกษตรที่เหลือทิ้งปริมาณมากและสามารถใชเช้อื เพลิงดงั กลาวผลิตไฟฟามากเกินความตองการของโรงงาน ในกรณีนี้โรงงานสามารถขายไฟฟา ใหการไฟฟาฝายผลติ ไดเ นื่องจากรฐั บาลมีนโยบายสงเสรมิ การผลติ พลังงานรว ม รูปที่ 5.23: ระบบผลิตพลงั งานรวมทใ่ี ชเครือ่ งกงั หันไอนำ้ แบบแรงดนั ยอนกลับ ระบบผลิตพลงั งานรวมมหี ลายแบบขนึ้ กบั วัฏจกั รกำลังงานที่ใช รปู ท่ี 5.23 แสดงระบบผลิตพลังงานรวมท่ีใชวฏั จกั รแรงคิน เคร่อื งกังหันไอน้ำถกู ออกแบบใหปลอยไอนำ้ ออกท่ีความดนั สูงกวา ความดนับรรยากาศเพื่อนำไปใชในกระบวนการผลติ เครอ่ื งกังหันแบบนี้เรยี กวา เครือ่ งกงั หันแบบแรงดนั ยอน

92 บทท่ี 5. เทอรโมไดนามิกสข องโรงไฟฟา พลังความรอ นกลบั (back-pressure turbine) ระบบน้ีมีขอ ดีคือ ไมม ีเครื่องควบแนน มีราคาถูกและงายในการเดินเคร่อื ง แตขอ เสยี คอื มีประสทิ ธภิ าพต่ำ และขาดความยืดหยุนเพราะไมสามารถตอบสนองความตอ งการไฟฟา และความรอนท่อี าจเปล่ียนแปลงได รปู ท่ี 5.24 แสดงระบบท่มี ีประสทิ ธภิ าพดขี นึ้ ซ่งึ ใชเครือ่ งกังหนัแบบควบแนนแยก (extraction turbine) ซ่งึ ปลอ ยไอน้ำสูเครอ่ื งควบแนนท่ีมีความดันตำ่ กวา บรรรยากาศ ไอนำ้ บางสว นถูกดงึ ออกจากเครือ่ งกังหนั เพือ่ ใชในกระบวนการผลติ โดยปริมาณไอน้ำน้ีสามารถเปลี่ยนแปลงไดตามความตองการของกระบวนการผลติ ในกรณีท่ีความตอ งการสงู กวา ที่จะไดจากการดงึ ไอน้ำก็อาจควบคุมใหไอนำ้ ไหลออมเคร่ืองกงั หันมายงั กระบวนการผลิตโดยตรงได ระบบนี้จงึ มีความยดื หยนุ สูงแตก ม็ ีคาใชจ ายสงู กวา ระบบท่ใี ชเ ครอ่ื งกังหนั แบบแรงดนั ยอ นกลบั รูปท่ี 5.24: ระบบผลติ พลังงานรว มท่ีใชเ ครอื่ งกงั หนั ไอนำ้ แบบควบแนนแยก