15 พฤษภาคม 2553

25 กุมภาพันธ์ 2553

การทำงานของ HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR


บทนำ
ในบทนี้จะกล่าวถึง Boiler แบบ Force Circulation ทั้งหมดซึ่งยึดถือต้นแบบของบริษัทผู้ผลิต 2 บริษัท คือ ABB.CE - HRSG และของบริษัท CMI ซึ่งมีใช้มากในการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย เพื่อให้ได้รายละเอียดที่มากยิ่งขึ้น ซึ่งไม่ว่าจะเป็น Boiler ของบริษัทที่ต่างกัน แต่หลักการต่าง ๆ จะเหมือนกันหมด อาจจะแตกต่างกันบ้างในบางกรณีและบางจุด ซึ่งในบทนี้จะอธิบายเป็นจุด ๆ ไปทีละขั้นตอนเพื่อความเข้าใจของผู้อ่าน และผู้ที่ต้องการจะศึกษาถึงรายละเอียดของการทำงาน ในความจริงแล้ว HRSG นั้น แบ่งออกได้อีก 3 แบบตามระดับของแรงดันไอน้ำที่ทำการผลิต คือ
1. Sing Pressure Level
2. Dual Pressure Level
3. Triple Pressure Level
ตามที่กล่าวไว้แล้ว ไม่ว่าจะเป็น HRSG แบบใดหรือระดับ Pressure เท่าไร ก็จะทำงานอยู่บนหลักการเดียวกัน เพราะฉะนั้นบทนี้จะยึดเอาแบบ Dual Pressure เป็นหลัก



Pressure Section
ใน Boiler แบบ Dual Pressure คือ Boiler ที่มีระดับแรงดันของไอน้ำอยู่ 2 ระดับ คือ
1. Low Pressure Section
2. High Pressure Section
เราไม่สามารถกำหนดตายตัวว่า Pressure เท่าใดเป็น Low Pressure หรือ Pressure เท่าใดเป็น High pressure แต่จะยึดถือเอาว่าถ้าส่วนใดผลิตไอน้ำที่มีแรงดันสูงกว่าจะถือเป็น High Pressure ส่วนที่ผลิตได้แรงดันต่ำกว่าจะเรียกว่าเป็น Low Pressure แต่มีข้อแม้ว่าไม่ว่าจะเป็น High Pressure หรือ Low Pressure ต้องมีสภาวะเป็น Superheated Steam เท่านั้น


Low Pressure Section
หน้าที่ของ Low Pressure Section คือทำการผลิต LP Steam ที่เป็น Superheated Steam ส่งไปให้กับ Steam Turbine หรือ Process Steam หรือ Auxiliary Steam หรือจ่ายให้กับลูกค่าแล้วแต่วัตถุประสงค์ของการใช้งาน LP Section จะประกอบไปด้วยส่วนประกอบหลัก 5 ส่วน คือ
 LP Economizer หรือเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า Condensate Preheater เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่อุ่นน้ำหรือเพิ่มอุณหภูมิของน้ำก่อนส่งเข้า LP Drum หรือถ้าเรียกว่า Condensate Preheater ก็จะส่งเข้าไปที่ Deaerator
 LP Steam Drum ทำหน้าที่เป็นอ่างเก็บน้ำให้กับ HP Feedwater (HRSG บางแบบจะส่งน้ำจาก Deaerator ไปที่ HP Drum โดยตรงเลยก็มี) นอกจากนี้ยังทำหน้าที่รองรับไอน้ำที่ผลิตได้ และทำการแยกน้ำออกจากไอน้ำด้วยก่อนที่จะส่งเข้า Superheated Coil
 LP Circulating Pump ทำหน้าที่ส่งน้ำจาก LP Drum ไปที่ LP Evaporator โดยทั่วไปจะมี Pump อยู่ 2 ตัว โดยทำงานปกติหนึ่งตัว ส่วนอีกตัวเอาไว้เป็น Stand-by Pump กรณี Pump อีกตัวเกิดขัดข้องไม่สามารถทำงานได้ Pump อีกตัวก็จะ Auto Start ขึ้นมาทำหน้าที่แทน นอกจากนี้ LP. Circulating Pump ยังทำหน้าที่เพิ่มอัตราส่วนการหมุนวน (Circulation Ratio) ของ Boiler ด้วย
 LP Evaporator หรือ LP Generator จะทำหน้าที่เป็นพื้นที่รับความร้อนและผลิต LP Steam ในสภาวะที่เป็น Saturated Steam แล้วส่งต่อไปเข้าที่ LP Drum
 LP Superheater ทำหน้าที่เป็นพื้นที่ในการรับความร้อนเพื่อการผลิตไอน้ำที่มีสภาพเป็นไอดงหรือไอร้อนยิ่งยวด (Superheated Steam)


การทำงานของ Low Pressure Section
น้ำ Feedwater ที่ส่งมาจาก LP Feed Pump จะถูกส่งมาเข้าที่ Main Stop Valve (LAB19AA051) แล้วส่งไปเข้า Economizer เพื่ออุ่นน้ำ แต่ก่อนเข้า ECO จะมี By-pass Line อยู่ 1 Line ซึ่งจะมี Stop Valve อยู่ 1 ตัว (LAB19AA054) โดย Line นี้จะถูกใช้งานเมื่อ Gas Turbine ใช้ Fuel Oil เป็นเชื้อเพลิงเพื่อควบคุมอุณหภูมิของ Exhaust gas ที่จะออกจาก Stack ให้สูงมากกว่าจุด Dew point ของกำมะถัน (Sulphure) เพื่อไม่ให้กำมะถันเกิดการกลั่นตัว (Condent) ซึ่งจะเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม
น้ำที่ออกจาก Economizer จะมีอุณหภูมิสูงขึ้น ส่วนหนึ่งจะถูกแยกออก (Extraction) ไปเพิ่มความร้อนให้กับ Fuel Gas ของ Gas Turbine โดยน้ำที่ออกจาก Economizer ส่วนใหญ่จะถูกส่งไปเข้า LP Drum โดยผ่าน Drum Level Control Valve
น้ำที่อยู่ภายใน LP Drum จะถูก Pump ที่เรียกว่า LP Circulating pump ดูดและส่งไปที่ LP Evaporator เพื่อทำการผลิตไอน้ำ แล้วส่งกลับไปเข้า LP Drum
ไอน้ำเมื่อเข้าไปสู่ LP Drum จะถูกแยกเอาน้ำออกแล้วส่งไปเข้า LP Superheater ซึ่งเป็นแบบ Single pass แล้วออกมาเป็น LP Superheated Steam ที่ความดัน 7.0 bar อุณหภูมิ 240C


High Pressure Section
High Pressure Section คือส่วนที่ทำการผลิต High Pressure Steam ซึ่งส่วนประกอบหลัก ๆ จะมีอยู่ 7 อย่าง ซึ่งจะเป็นส่วนประกอบที่เหมือนกันกับ LP Section คือทำหน้าที่เหมือนกัน เพียงแต่เปลี่ยนจาก Low Pressure เป็น High pressure แต่มี 2 ชนิดที่ LP Pressure Section ไม่มี เรียกว่า Desuperheate หรือบางที่เรียก Attemperature และอีกอย่างคือ HP Feed Pump
Desuperheat หรือ Attemperature คืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ลดอุณหภูมิของไอน้ำลงให้ได้ตามที่กำหนดโดยการนำน้ำ Feedwater จาก HP Feed Pump มาพ่นเข้าไปที่ไอน้ำโดยตรง เพื่อควบคุมอุณหภูมิของไอน้ำ


HP Feed Pump
คืออุปกรณ์ส่งน้ำแรงดันสูงให้กับ HP Section โดยจะรับน้ำโดยตรงมาจาก LP. Drum แล้วส่งไปเข้าที่ HP Economizer เพื่อทำการอุ่นน้ำซ้ำอีกครั้งหนึ่ง แล้วออกจาก Economizer ไปเข้าที่ HP Drum จากนั้นน้ำจะถูกทำให้หมุนวน (Circulate) ผ่าน HP Evaporator ด้วย HP Circulating pump เมื่อออกจาก Evaporator แล้วจะกลายเป็นไอน้ำไปเข้าที่ HP Drum แล้วแยกเอาน้ำออกจากไอน้ำด้วยชุดของ Seperator จากนั้นไอน้ำจะถูกส่งออกทางด้านบนของ HP Drum ไปเข้าที่ชุด Coil ของ HP Superheater ซึ่งเป็นแบบ Double pass ซึ่งจะได้ Superheated Steam ที่มีอุณหภูมิสูงแล้วส่งไปลดความร้อนที่ Desuperheater หรือ Attemperature เพื่อลดอุณหภูมิให้คงที่
ในส่วนของ HP Circulating Pump จะเห็นว่าที่ด้าน Discharge ของ Pump จะมีท่อแยกออกเป็น 2 ท่อ คือท่อที่ส่งน้ำไปที่ HP Evaporator แต่อีกท่อหนึ่งจะถูกส่งไปที่ HP Economizer โดยจะมี Motor Operate Valve อยู่ 1 ตัว ท่อที่แยกออกมานี้เรียกว่า Recirculating Line
วัตถุประสงค์ของท่อ Recirculating Line จะใช้ในช่วงStart upโดยจะมีเปิดอยู่ตลอดถ้าหากว่า HP Drum แรงดันน้อยกว่า 30 bars และจะปิดเมื่อ HP Drum แรงดันมากกว่า 30 bars โดยท่อนี้จะนำน้ำจาก HP Circulating ไปผ่าน HP Economizer เพราะว่าในช่วง Start-up Boiler drum level จะคงที่อยู่ค่าหนึ่ง ซึ่งจะทำให้ระบบควบคุมไม่สั่งเปิด Control valve นำน้ำเข้า HP Drum ซึ่งจะทำให้ไม่มีน้ำผ่าน HP Economizer ซึ่งจะทำให้ชุดของ HP Economizer Coil ไม่มีน้ำไปลดอุณหภูมิ ซึ่งจะทำให้ท่อเกิด Overheat และท่อจะแตกเสียหาย ดังนั้นจึงได้นำน้ำจากด้าน Discharge ของ HP Circulating ไปผ่าน HP Economizerในช่วงแรกแทนก่อนจนกว่า HP Drum แรงดันมากกว่า 30 Bars จึงจะหยุดการส่งน้ำไป โดยปิด Recirculating Valve

23 กุมภาพันธ์ 2553

การเลือกใช้ปั๊มน้ำอัตโนมัติ

การเลือกปั๊มน้ำก็ง่ายๆ เพียงแต่ต้องรู้เขารู้เราหน่อย เริ่มจากรู้เราก่อนคือรู้ความต้องการของเรา ว่าจะใช้น้ำมากน้อย อย่างไร และรู้เขาคือรู้ว่าปั๊มรุ่นไหนมีความสามารถตรงกับความต้องการของเรา
1. ต้องมีข้อมูลปริมาณการใช้น้ำภายในบ้าน บ้านมีกี่ชั้น ห้องน้ำชั้นสูงสุดอยู่ชั้นไหน มีคนอยู่กี่คน ห้องน้ำกี่ห้อง โอกาสที่จะใช้ก็อกน้ำ, ห้องน้ำพร้อมกัน
โดยทั่วไปก็อกน้ำควรจะจ่ายน้ำที่อัตรา 12 ลิตร / นาที
อ่างล้างมือควรจ่ายน้ำที่อัตรา 6 ลิตร / นาที
ฝักบัวควรจ่ายน้ำที่อัตรา 12 ลิตร / นาที
อ่างอาบน้ำ ควรจ่ายน้ำที่อัตรา 18 ลิตร / นาที
เครื่องซักผ้า ควรจ่ายน้ำที่อัตรา 12 ลิตร / นาที
ส้วมชักโครก ควรจ่ายน้ำที่อัตรา 6 ลิตร / นาที
แรงดันทั่วไปที่อุปกรณ์ประปาต้องการจะอยู่ประมาณ 10 - 20 เมตรเพื่อให้น้ำไหลได้ในอัตราที่ต้องการ
2. เลือกปั๊มน้ำที่สามารถจ่ายน้ำได้ในปริมาณที่ต้องการ ในระดับแรงดันที่ต้องการ โดยคำนึงถึงช่วงเวลาที่ใช้น้ำพร้อมกันสูงสุด เช่นช่วงเช้าที่ห้องน้ำเต็มทุกห้อง ต้องเปิดน้ำจุดไหนบ้าง ใช้น้ำทั้งหมดกี่ลิตร/นาทีในช่วงนั้น( ดูรายละเอียดปั๊มใน รู้จักปั๊มน้ำ)
แรงดันที่ต้องการหาจากแรงดันที่อุปกรณ์ต้องการ + ความสูงของอุปกรณ์วัดจากปั๊มน้ำ + แรงเสียดทานในท่อ(ยิ่งท่อเล็กแรงเสียดทานมาก ท่อใหญ่แรงเสียดทานน้อย)
รู้จักปั๊มน้ำ
ปั๊มน้ำเป็นอุปกรณ์เพิ่มแรงดันน้ำ ซึ่งส่วนใหญ่ทำงานด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า ทำหน้าที่เป็นต้นกำลังหมุนส่งกำลังให้ปั๊มน้ำทำงาน เพิ่มแรงดันให้น้ำและส่งน้ำไปตามท่อ
ปั๊มน้ำในบ้านโดยทั่วไปแบ่งเป็นสองกลุ่มใหญ่ๆ
1. ปั๊มน้ำแบบลูกสูบ ทำงานด้วยการชักลูกสูบเลื่อนไป-มา และมีวาล์วเปิด-ปิดน้ำเข้า-ออก จากลูกสูบ เป็นการเพิ่มแรงดันให้น้ำโดยตรง เป็นที่นิยมใช้เมื่อหลายปีที่แล้ว ปัจจุบันมีใช้น้อยมาก มีข้อดีคือได้แรงดันน้ำสูง แต่มีข้อเสียที่ปริมาณน้ำน้อย และมีการสึกหรอมากเพราะมีชิ้นส่วนเคลื่อนที่มาก
2. ปั๊มน้ำแบบใบพัด ทำงานด้วยการหมุนของใบพัดในเสื้อปั๊มที่ได้รับการออกแบบมาเฉพาะ ทำให้เกิดแรงดันในเสื้อปั๊ม จ่ายน้ำไปตามท่อได้ ส่วนใหญ่มีท่อดูดทางด้านหน้าตรงกลางของปั๊ม และมีท่อออกด้านข้างในแนวเส้นสัมผัสกับตัวปั๊ม มีข้อดีคือขนาดเล็ก หลักการทำงานง่าย ชิ้นส่วนไม่มาก จ่ายน้ำได้ปริมาณมาก สร้างแรงดันน้ำได้มากพอควร ถ้าต้องการแรงดันสูงสามารถนำปั๊มมาต่อกันเป็นแบบมัลติสเตทได้ ปัจจุบันนิยมใช้ปั๊มน้ำแบบใบพัดเป็นปั๊มน้ำภายในบ้านมาก ปั๊มแบบใบพัดมีชื่อเรียกต่างๆกันตามลักษณะรูปร่างกละการใช้งาน เช่น ปั๊มบ้าน, ปั๊มหอยโข่ง , ปั๊มไดโว่
ขนาดของปั๊มน้ำ
โดยทั่วไปจะระบุขนาดของปั๊มน้ำด้วยกำลังหรือขนาดของมอเตอร์ที่ใช้หมุนปั๊ม เช่น ปั๊มน้ำขนาด 200 วัตต์ , ปั๊มน้ำขนาด 400 วัตต์ ซึ่งใช้เลือกปั๊มได้เพียงคร่าวๆเท่านั้น เพราะการเลือกใช้ปั๊มต้องดูว่าปั๊มสามารถจ่ายปริมาณน้ำได้มากแค่ไหนเพียงพอกับการใช้งานหรือไม่ และที่แรงดันน้ำที่ต้องการหรือไม่
ปริมาณการจ่ายน้ำ แสดงเป็นปริมาณในหน่วยปริมาตรน้ำต่อเวลา หมายถึงปั๊มสามารถจ่ายน้ำได้มากเท่าไหร่ในช่วงเวลาหนึ่ง เช่น 150 ลิตร/นาที (l/min) หมายถึง ปั๊มน้ำสามารถจ่ายน้ำได้ปริมาณ 150 ลิตรในเวลา 1 นาที
แรงดันน้ำ แสดงเป็นความสูงของน้ำ (เมตร) (ที่จริงหน่วยของแรงดันน้ำเป็น ขนาดของแรงต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ ซึ่งปรับเทียบให้เป็นความสูงของน้ำเพื่อให้ง่ายในการใช้งาน ความสูงน้ำ 10 เมตร ประมาณแรงดัน = 1 bar หรือ ประมาณ 1 kg/cm2) ปั๊มทำงานจ่ายน้ำได้ที่ความสูงปลายท่อสูงเท่าไหร่ เช่น 10 เมตร (m) หมายถึง ปั๊มจ่ายน้ำได้เมื่อความสูงปลายท่อสูง 10 เมตร
ป้ายรายละเอียดข้างปั๊ม
ที่ด้านข้างของปั๊มส่วนใหญ่จะแสดงรายละเอียดต่างๆของปั๊มไว้คร่าวๆ
- ขนาดมอเตอร์ เช่น 220 V. (Volt แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายเข้ามอเตอร์)
50 Hz. (Hertz ความถี่ไฟฟ้าที่มอเตอร์ใช้ 50 เฮิร์ท)
200 W. (Watt กำลังไฟฟ้าที่มอเตอร์ใช้ 200 วัตต์)
1.2 A. ( Amp กระแสไฟฟ้า ที่มอเตอร์ใช้ 1.2 แอมป์)
รายละเอียดของมอเตอร์นี้ ไม่ได้ให้ข้อมูลโดยตรงเกี่ยวกับความสามารถในการจ่ายน้ำของปั๊มน้ำ แต่ก็ประมาณคร่าวๆได้ ซึ่งอาจไม่เหมาะสมกับการใช้งาน

- ความสามารถของปั๊ม เช่น
Q 0.6 - 2.4 m3 / h หมายถึงอัตราการจ่ายน้ำของปั๊ม ซึ่งสามารถจ่ายน้ำได้ปริมาณ 0.6 ถึง 2.4 ลูกบาศก์เมตร (m3) ในเวลา 1 ชั่วโมง (h) ซึ่งอัตราการจ่ายน้ำนี้จะสัมพันธ์กับความสูงของปลายท่อหรือก๊อกที่ปล่อยน้ำออก
H 1 - 8 m หมายถึงปั๊มสามารถสร้างแรงดันน้ำ เทียบเป็นความสูงของน้ำที่ปั๊มสามารถจ่ายน้ำได้ ซึ่งสามารถจ่ายน้ำได้ที่ความสูงของปลายท่อสูง 1 ถึง 8 เมตร (m)
อัตราการไหลของน้ำและแรงดันน้ำ มีความสัมพันธ์กันโดยที่แรงดันสูงจะจ่ายน้ำได้ปริมาณน้อย ที่แรงดันต่ำจะจ่ายน้ำได้ปริมาณมาก ดังตัวอย่างปั๊มข้างบน
ถ้าเปิดก๊อกจ่ายน้ำออกที่ความสูง 1 เมตร จะจ่ายน้ำได้ในอัตรา 24 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง และถ้าเปิดก๊อกจ่ายน้ำที่ความสูง 8 เมตร จะจ่ายน้ำได้ในอัตรา 0.6 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง ดังนั้นที่ก๊อกน้ำชั้นบนน้ำจะไหลเบากว่าชั้นล่าง
ปั๊มราคาถูก บางยี่ห้อบอกรายละเอียดความสามารถของปั๊มไม่ครบถ้วน ทำให้เกิดความเข้าใจผิด คือบอกเฉพาะค่าสูงสุดที่ปั๊มทำงานได้ เช่น
Q MAX 3 m3 / h
h MAX 12 m
แหมเห็นรายละเอียดแบบนี้พาให้เข้าใจว่าปั๊มนี้สามารถจ่ายน้ำได้ในอัตราการไหล 3 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง ที่ความสูง(แรงดัน) 12 เมตร อย่างนี้บ้านสี่ชั้นสูง 10 เมตร ก็ใช้ได้สบายสิ... เข้าใจผิดนะ (ไม่รู้ว่าคนทำปั๊มตั้งใจให้เข้าใจผิดหรือเปล่า)
ที่จริงเป็นว่าปั๊มนี้สามารถจ่ายน้ำได้อัตราการไหลสูงสุด 3 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง ซึ่งโดยทั่วไปจะเกิดที่ความสูงปลายท่อต่ำมากหรือที่หน้าปั๊มแค่นั้นเอง และสามารถส่งน้ำได้สูงสุด 12 เมตร โดยทั่วไปที่แรงดันสูงสุดอัตราการไหลต่ำมากแทบจะไม่ไหล พอเราเอาปั๊มนี้ไปติดตั้ง พอเปิดก๊อกที่ชั้นสี่ สูง 10 เมตร น้ำก็ไหลจิ๊ดนึงพอให้รู้ว่ามีน้ำไหลแต่ไม่พอใช้งาน....
- กราฟของปั๊ม
ปั๊มยี่ห้อดีๆ ส่วนใหญ่แสดงความสามารถในการทำงานของปั๊มด้วยกราฟ โดยแกนตั้งเป็นแรงดันน้ำ แกนนอนเป็นอัตราการจ่ายน้ำ หรือกลับกันก็ได้ และมีเส้นโค้งบนกราฟ แสดงว่าที่ตำแหน่งความสูงต่างๆนั้น ปั๊มจะสามารถจ่ายน้ำได้ในอัตราการไหลเท่าไหร่ ซึ่งจะเลือกได้ละเอียด เหมาะสมมากขึ้น ถ้าเป็นปั๊มน้ำสำหรับอุตสาหกรรมจะมีเส้นประสิทธิภาพอยู่ในกราฟด้วย เพี่อจะเลือกใช้งานปั๊มในช่วงที่ประสิทธิภาพสูงสุด
การเลือกใช้ปั๊มนั้นควรเลือกใช้ในช่วงกลางๆของความสามารถของปั๊ม ไม่ควรเลือกใช้ที่ความสามารถสูงสุดที่ปั๊มทำได้ ซึ่งจะให้ประสิทธิภาพดีกว่าช่วงปลาย และถ้าคนทำปั๊มให้ข้อมูลเกินจริง ปั๊มก็ยังรองรับความต้องการของเราได้อยู่
- หน่วยของค่าตัวเลขต่างๆ ที่ใช้ในปั๊มน้ำ
-- แรงดัน โดยปกติหน่วยของแรงดันจะบอกเป็นขนาดของแรงที่กระทำต่อหนึ่งหน่วยของพื้นที่ เช่น
แรงดันลมที่เราเติมยางรถยนต์ แรงดัน 30 ปอนด์/ตารางนิ้ว (lbs/in2) หมายถึง แรงดันที่มีขนาดแรงกด 30 ปอนด์บนพื้นที่ขนาด 1 ตารางนิ้ว (หน่วยวัดแบบอังกฤษ)
แรงดัน 2 กิโลกรัม/ตารางเซ็นติเมตร (kgs/cm2) หมายถึง แรงดันที่มีขนาดแรงกด 2 กิโลกรัมบนพื้นที่ 1 ตารางเซนติเมตร (หน่วยวัดแบบเมตริก)
ที่หน่วยมีหลายแบบเนื่องจากในโลกมีมาตราของหน่วยต่างๆหลายมาตรฐาน อย่างของไทยก็มีหน่วยวัดความยาว และน้ำหนักของไทย แต่ไม่นิยมใช้
-- อัตราการไหล หรือปริมาณการจ่ายน้ำ โดยปกติจะบอกเป็นหน่วยของปริมาตรต่อหนึ่งหน่วยเวลา เช่น
อัตราการไหล 1 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง (m3/h) หมายถึงน้ำไหลได้ปริมาตร 1 ลูกบาศก์เมตรในเวลา 1 ชั่วโมง
อัตราการไหล 50 ลิตรต่อนาที (l/min) หมายถึงน้ำไหลได้ปริมาตร 50 ลิตรในเวลา 1 นาที
การติดตั้งปั๊มน้ำ
เมื่อเลือกขนาดปั๊มน้ำที่ต้องการได้แล้ว ก็ต้องพิจารณาที่จะติดตั้งให้เหมาะสม เพื่อความสะดวก ปลอดภัย และทนทาน
- ควรติดตั้งปั๊มในที่ร่ม กันแดด กันฝน อาจทำหลังคา หรือกล่องใหญ่ๆคลุม แบบบ้านหมาก็ได้ ต้องให้อากาศถ่ายเทได้สะดวก และยกออกได้ ตรวจซ่อมปั๊มได้ง่าย แม้ว่าปั๊มส่วนใหญ่จะออกแบบมาให้ติดตั้งภายนอกได้ แต่ปั๊มที่อยู่ในที่ร่มจะทนกว่ามาก และปลอดภัยกว่ามากด้วย โดยเฉพาะปั๊มที่มีกล่องควบคุมแบบอิเลคทรอนิคติดที่ตัวปั๊ม
- ควรติดตั้งปั๊มบนฐานรอง ให้ปั๊มสูงจากพื้นเล็กน้อย น้ำไม่ท่วมขัง ปั๊มจะทนมากขึ้น ไม่เป็นสนิม และปลอดภัย ลดโอกาสไฟฟ้ารั่ว
- ติดตั้งปั๊มห่างจากผนังอย่างน้อย 10 เซนติเมตร ประมาณ 1 ฝ่ามือ เพื่อให้อากาศถ่ายเทได้สะดวก ปั๊มจะได้ไม่ร้อนมากขณะทำงาน ช่วยให้ปั๊มทนขึ้นอีกแล้ว
- ทั่วไปปั๊มจะมีใบพัดระบายความร้อนอยู่ด้านท้ายของปั๊ม ทำหน้าที่หมุนดูดอากาศผ่านด้านข้างตัวปั๊มเพื่อระบายความร้อน ควรติดตั้งในที่ที่อากาศถ่ายเทได้สะดวก ควรคอยตรวจดูอย่าให้มีใบไม้ เศษกระดาษ ถุงพลาสติก ติด ขวางทางระบายความร้อนของปั๊ม
- การติดตั้งท่อน้ำกับตัวปั๊ม ควรติดตั้งให้ได้ระดับ และได้แนวพอดีกับแนวเกลียวหรือข้อต่อของปั๊ม อย่าให้งัด งอ หรือไม่ได้แนว ซึ่งอาจทำให้ ท่อแตกร้าว หรือตัวปั๊มแตกร้าว หรือเกิดรอยรั่วได้ง่าย เนื่องจากขณะที่ปั๊มน้ำทำงานจะมีการสั่นเล็กน้อย ถ้าติดตั้งท่อไม่ดี อาจทำให้ส่วนที่งัดเสียหายได้ง่าย
- การติดตั้งท่อควรระวังอย่าให้มีสิ่งสกปรก เศษวัสดุ เศษท่อพี.วี.ซี.(ท่อพี.วี.ซี.ควรตัดด้วยกรรไกรตัดท่อพี.วี.ซี. ซึ่งให้รอยตัดที่เรียบ ไม่มีเศษพลาสติก) เศษเกลียวท่อ เทปพันเกลียว เข้าไปในท่อ ซึ่งอาจทำให้เกิดการติดขัดใบพัดปั๊ม ติดขัดที่ลูกลอยหรือวาวล์ว ต่างๆในระบบน้ำ
- ท่อดูดและท่อจ่ายน้ำของปั๊ม ไม่ควรเล็กกว่าขนาดของจุดต่อท่อของปั๊ม การใช้ท่อเล็กจะทำให้ประสิทธิภาพของปั๊มไม่ดี ไม่สามารถทำงานได้ดีเท่าที่ระบุในสเปค
- ไม่ควรต่อปั๊มดุดน้ำโดยตรงจากท่อประปา เนื่องจากจะทำให้ดูดสิ่งสกปรกในท่อประปาเข้ามาโดยตรว ถ้าท่อประปารั่วก็จะดูดน้ำสกปรกหรืออากาศเข้ามา และผิดระเบียบการใช้น้ำของการประปา ควรต่อท่อประปาเข้าถังเก็บน้ำแล้วใช้ปั๊มดูดน้ำจากถังเก็บจ่ายเข้าบ้าน
- การต่อสายไฟฟ้าเข้ากับปั๊ม
-- ควรเลือกขนาดสายที่สามารถรับกระแสไฟฟ้าที่ปั๊มใช้ได้เพียงพอ ถ้าใช้สายเล็กจะทำให้สายร้อนและละลายได้
-- ควรติดตั้งสายไฟที่จุดต่อสายไฟในตัวปั๊ม ไม่ควรใช้การเสียบปลั๊ก หรือตัดปลายปลั๊กแล้วต่อสาย สายไฟไม่ควรมีจุดตัดต่อที่กลางสาย
-- ควรมีชุดเบรกเกอร์ควบคุมปั๊มต่างหาก 1 ชุด เพื่อความปลอดภัยและความสะดวกในการซ่อม
-- ถ้าต้องเดินสายไฟฟ้านอกอาคารไปยังปั๊ม ควรเดินสายไฟโดยการร้อยในท่อพี.วี.ซี. สีเหลือง ซึ่งใช้สำหรับเดินสายไฟนอกอาคาร
- ควรทำงานติดตั้งด้วยความละเอียด เรียบร้อย โดยใช้ช่างที่มีความรู้โดยตรง หรือศึกษาข้อมูลก่อนทำงานติดตั้ง การติดตั้งต่อท่อน้ำ ต่อไฟให้ปั๊มน้ำทำงานนั้นไม่ใช่เรื่องยาก แต่การติดตั้งให้ดี ปลอดภัย เรียบร้อย ต้องใช้ความรู้และความชำนาญพอสมควร
- การติดตั้ง - ซ่อม ในส่วนที่เกี่ยวกับระบบไฟฟฟ้า ควรทำโดยช่างที่มีความรู้ ความชำนาญโดยตรง และตัดไฟฟ้าก่อนทำการซ่อม-ติดตั้ง

การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องกังหันก๊าซ

ประสิทธิภาพของเครื่องกังหันก๊าซ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ 3 อย่าง คือ อุณหภูมิของก๊าซร้อน ก่อนเข้าเครื่องกังหัน ความดันของอากาศอัดก่อนเข้าห้องเผาไหม้ และประสิทธิภาพของเครื่องจักรที่แปรเปลี่ยนไป ดังที่เคยกล่าวมาแล้ว แต่ละองค์ประกอบต่างก็มีขีดจำกัดอยู่ในตัวทั้งสิ้น เช่น ถ้าเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซร้อนก่อนเข้าเครื่องกังหันสูงมากไป ก็จะเป็นอันตรายต่อตัวเครื่องกังหัน ถ้าเพิ่มความดันของอากาศที่ออกจากเครื่องอัดอากาศมากไป ก็จะทำให้เครื่องอัดอากาศทำงานหนัก ต้องใช้พลังงานจากเครื่องกังหันมากเกินไป ดังนั้นเพื่อเป็นการหลีกเลี่ยงปัญหาต่าง ๆ จึงมีวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องกังหันก๊าซได้ โดยวิธีต่อไปนี้คือ
1. การแลกเปลี่ยนความร้อน ( regenerating )
การต่อเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเข้าตรงบริเวณที่อากาศจากเครื่องอัดอากาศถูกส่งออกมาก่อนเข้าสู่ห้องเผาไหม้ โดยการให้อากาศอัดไหลผ่านภายในท่อ ส่วนอากาศร้อนที่ออกจากเครื่องกังหัน จะไหลผ่านพื้นผิวนอกท่อ ทำให้เกิดการถ่ายเทความร้อนอากาศอัดภายในท่อจนร้อนมากขึ้นก่อนที่จะเข้าห้องเผาไหม้ เพื่อทำให้เชื้อเพลิงในการเผาไหม้น้อยลง ประสิทธิภาพความร้อนของโรงจักรจะสูงมากขึ้น
เปรียบเทียบค่าประสิทธิภาพความร้อนของวงจรธรรมดากับวงจรใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน จะเห็นได้ว่าในวงจรธรรมดาที่อุณหภูมิของก๊าซร้อนก่อนเข้าเครื่องกังหัน 1,000 องศาฟาเร็นไฮน์ ประสิทธิภาพสูงสุดมีค่า 15 % ที่อัตราส่วนเท่ากับ 5 แต่ถ้าใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ประสิทธิภาพความร้อนจะเพิ่มขึ้นเป็น 24 % ที่อัตราส่วนความดันเท่ากับ 3 หรือถ้าเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซร้อนก่อนเข้าเครื่องกังหันเป็น 1,500 องศาฟาเร็นไฮน์ ในวงจรธรรมดาจะได้ค่าประสิทธิภาพความร้อนสูงสุด 27 % ที่อัตราส่วนความดันเท่ากับ 11 แต่ถ้าใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประสิทธิภาพความร้อนจะเพิ่มขึ้นเป็น 35 % ที่อัตราส่วนความดันเท่ากับ 5
ดังนั้นการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องกังหันก๊าซ โดยการแลกเปลี่ยนความร้อนมีจุดประสงค์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพความร้อน หรือเพื่อประหยัดเชื้อเพลิงเท่านั้น แต่อัตราส่วนงานและอัตราอากาศจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงแต่อย่างใด
2. การเพิ่มความร้อน ( reheating )
การต่อวงจรเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องกังหันก๊าซ โดยวิธีการเพิ่มความร้อน ซึ่งจะมีการเพิ่มห้องเผาไหม้และเครื่องกังหันเข้าในวงจร 1 ชุด เรียกว่า 2 ขั้น ( stage ) ถ้าเพิ่ม 2 ชุด เรียกว่า 3 ขั้น จุดประสงค์เพื่อเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซร้อนที่ออกจากเครื่องกังหัน ตัวแรกให้สูงขึ้นก่อนเข้าตัวที่สอง และเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซร้อนที่ออกจากเครื่องกังหันตัวที่สองให้สูงขึ้นก่อนเข้าเครื่องกังหันตัวที่สองให้สูงขึ้นก่อนเข้าเครื่องกังหันตัวที่สาม วิธีนี้ประสิทธิภาพความร้อนจะเพิ่มขึ้นขั้นละ 0.5 % เท่านั้นแต่อัตราส่วนงาน และอัตราอากาศจะดีขึ้น
ความสัมพันธ์ระหว่างประสิทธิภาพความร้อนกับอัตราส่วนความดันของอากาศที่ออกจากเครื่องอัดอากาศ ในช่วงระยะต้น ที่อัตราส่วนความดันมีค่าต่ำ อัตราการเพิ่มประสิทธิภาพความร้อนทุก ๆ ขั้นของวงจรจะมีค่าเท่ากัน จะเริ่มแตกต่างกันขั้นละ 0.5 % ที่อัตราส่วนความดันเท่ากับ 11 ซึ่งเป็นจุดที่มีประสิทธิภาพความร้อนมีค่าสูงสุด
การเปลี่ยนแปลงของอัตราส่วนงานที่เกิดขึ้นเมื่อมีการเพิ่มชุดกังหันและห้องเผาไหม่เข้าไป 1 ชุด และ 2 ชุด ที่อัตราส่วนความดันเท่ากับ 11 ในวงจรธรรมดา 1 ขั้น จะได้อัตราส่วนงาน 28 % แต่เมื่อเพิ่มเป็นวงจร 2 ขั้น อัตราส่วนจะเพิ่มขึ้นเป็นวงจร 3 ขั้น อัตราส่วนงานจะเพิ่มขึ้นถึง 45 %
การเปลี่ยนแปลงของอัตราที่เกิดขึ้นเมื่อมีการเพิ่มชุดเครื่องกังหันและห้องเผาไหม้เข้าไปในวงจร โดยพิจารณา อัตราอากาศต่ำสุดที่เครื่องอัดอากาศดูดเข้าระบบ จะเห็นได้ว่าในวงจรธรรมดา 1 ขั้น จะใช้อากาศ 50 ปอนด์ / กิโลวัตต์ – ชั่วโมง และถ้าเพิ่มเป็นวงจร 3 ขั้น อากาศที่ใช้จะเหลือเพียง 35 ปอนด์ / กิโลวัตต์ – ชั่วโมง เท่านั้น
ดังนั้นการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องกังหันก๊าซ โดยวิธีการเพิ่มความร้อนมีจุดประสงค์เพื่อทำให้อัตราส่วนของงานดีขึ้น และลดปริมาณการใช้อากาศให้น้อยลง ส่วนในเรื่องการประหยัดเชื้อเพลิงหรือการเพิ่มประสิทธิภาพความร้อยนั้นเกือบไม่มีการเปลี่ยนแปลงเลย
3. การลดอุณหภูมิของเครื่องอัดอากาศ ( intercooling )
การต่อวงจรเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องกังหันก๊าซ โดยวิธีลดอุณหภูมิของอากาศอัดออกจากเครื่องอัดอากาศ ซึ่งมีการเพิ่มเครื่องอัดอากาศ พร้อมเครื่องระบบความร้อน (intercooler ) เขข้าไปในวงจรที่ละชุด ถ้าเพิ่มชุดเดียวเรียกว่า วงจร 2 ขั้น ถ้าเพิ่ม 2 ชุด เรียกว่า 3 ขั้น
การทำงานของวงจรคือ เมื่ออากาศที่มีความดันและอุณหภูมิสูงออกจากเครื่องอัดอากาศตัวแรก จะถูกส่งเข้าเครื่องระบายความร้อน เพื่อลดอุณหภูมิ โดยใช้น้ำเย็นผ่านนอกท่อ ส่วนอากาศอัดเดินในท่อจะเย็นตัวลง ความดันยังอยู่คงที่ จากนั้นอากาศอัดจะถูกส่งยังเครื่องอัดอากาศตัวที่สอง เพื่อเพิ่มความดันให้สูงขึ้น ขณะเดียวกันอุณหภูมิจะกลับเพิ่มสูงขึ้นอีก เมื่อออกจากเครื่องอัดอากาศตัวที่สอง ก็จะถูกส่งเข้าเครื่องระบายความร้อนตัวที่สอง เพื่อลดอุณหภูมิอีกครั้งหนึ่งก่อนจะถูกส่งเข้าเครื่องอัดอากาศตัวที่สามเพื่อเพิ่มความดันขั้นสุดท้ายให้ได้ตามความต้องการ แล้วจึงนำเข้าสู่ห้องเผาไหม้ การลดอุณหภูมิของอากาศอัดคือ การทำให้อากาศอัดเย็นตัวลงก่อนเข้าสู่เครื่องอัดอากาศ ทำให้ลดงานที่ต้องใช้ ในการขับเครื่องอัดอากาศ การที่เพิ่มเครื่องอัดอากาศ เข้าไปในวงจรมิใช่หมายความว่า เครื่องกังหันจะต้องทำงานหนักมากขึ้นกว่าที่มีเครื่องอัดอากาศเพียงตัวเดียวนั้น เครื่องกังหันจะต้องทำหน้าที่ขับเครื่องอัดอากาศ จนกว่าจะได้ความดันตามต้องการ ( สมมติว่าอัตราส่วนความดันเท่ากับ 12 ) ซึ่งอากาศอัดจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้เครื่องอัดอากาศร้อน เครื่องกังหันจะทำงานหนัก
ส่วนในกรณีที่เพิ่มเครื่องอัดอากาศเข้าไปในวงจรอีก 1-2 ตัวนั้น เครื่องอัดอากาศจะมีขนาดเล็กลง จุดประสงค์คือ ต้องการความดันสุดท้ายก่อนเข้ห้องเผาไหม้เท่ากับวงจรที่มีเครื่องอัดอากาศตัวเดียวคือ อัตราส่วนความดันเท่ากับ 12 ดังนั้นโดยเฉลี่ยเครื่องอัดอากาศจะทำหน้าที่อัดอากาศให้มีอัตราส่วนความดันเท่ากับ 4 เท่านั้น ซึ่งจะทำให้เครื่องกังหันทำงานเบาลง การเพิ่มประสิทธิภาพโดยวิธีลดอุณหภูมิของอากาศอัดนี้จะได้ประโยชน์ คล้ายกับวิธีเพิ่มความร้อนให้กับก๊าซร้อนที่ออกจากเครื่องกังหันดังกล่าวมาแล้ว คือ ประสิทธิภาพของความร้อนจะเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อย แต่จะได้อัตราส่วนงานเพิ่มมากขึ้นและอัตราอากาศลดลงมาก
4.การเพิ่มประสิทธิภาพแบบผสม ( compound )
การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องกังหันแบบผสม คือ การนำเอาทั้งสามวิธีที่กล่าวมาแล้วรวมกัน ที่ปรับปรุงประสิทธิภาพ และความสามารถของเครื่องกังหันก๊าซให้ดียิ่งขึ้น
ประสิทธิภาพความร้อนของวงจรผสมที่แสดงด้วนเส้นทึบและกราฟประสิทธิภาพความร้อนของวงจรธรรมดาที่แสดงด้วยเส้นประ จะเห็นค่าที่แตกต่างกันอย่างมาก โดยเริ่มตั้งแต่วงจรธรรมดา 1 ขั้น มีค่าประสิทธิภาพความร้อนสูงสุด 25 % แต่วงจรผสม 1 ขั้น มีค่าประสิทธิภาพสูงสุด 35 % วงจรธรรมดา 2 ขั้น มีค่าประสิทธิภาพความร้อนสูงสุด 30 % วงจรผสม 2 ขั้น มีค่าประสิทธิภาพสูงสุด 33 % วงจรผสม 3 ขั้น มีประสิทธิภาพความร้อนสูงสุด 43 %
4.8 เครื่องกังหันก๊าซแบบวงจรปิด
เครื่องกังหันก๊าซแบบวงจรปิด แตกต่างกันแบบวงจรปิดคือ จะไม่มีห้องเผาไหม้ในวงจรการทำงาน แต่จะใช้เครื่องทำอากาศร้อน (air heater ) แทนห้องเผาไหม้ โดยจะมีเตาเผาไหม้แยกจากวงจรการทำงานของเครื่องกังหันก๊าซ เมื่อเพิ่มอุณหภูมิของอากาศอัด ก่อนที่จะส่งเข้าเครื่องกังหัน ดังนั้น อาการร้อนที่เข้าเครื่องกังหันจะสะอาดไม่มีสิ่งสกปรกเจือปนที่จะทำให้เกิดอันตรายต่อเครื่องกังหัน
เมื่ออากาศร้อนเกิดจากเครื่องกังหันก๊าซ จะไม่ปล่อยออกสู่บรรยากาศเหมือนแบบวงจรเปิด แต่จะนำมาระบายความร้อนที่เหลืออยู่ออกที่เครื่องทำให้อากาศเย็น (precooler ) แล้วจึงส่งกลับเข้าเครื่องอัดอากาศใหม่อีกครั้งหนึ่ง ในระบบวงจรปิด จะต้องมีน้ำหล่อเย็นที่เครื่องทำให้อากาศเย็น และต้องมีเครื่องทำอากาศร้อนเพิ่มขึ้น ดังนั้นพื้นที่ผิวที่ถ่ายความร้อน โดยเฉพาะที่ท่อของอากาศอัดก่อนเข้าเครื่องกังหัน จะต้องทำงานที่อุณหภูมิสูงอยู่ตลอดเวลา จึงจำเป็นต้องใช้วัสดุที่ทนต่อความร้อน และเป็นตัวนำความร้อนที่ดี ทำให้มีราคาแพง เชื้อเพลิงที่ใช้ในการเผาไหม้ จะใช้เชื้อเพลิงชนิดใดก็ได้ไม่จำกัดชนิด เพราะก๊าซร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ หรือเถ้าถ่าน ไม่ได้เข้ารวมกับอากาศอัดเหมือนระบบเปิด จึงไม่เกิดปัญหาเรื่องเชื้อเพลิงแต่อย่างใด

ข้อดีของเครื่องกังหันก๊าซวงจรเปิด เมื่อเทียบกับวงจรปิด
1. ไม่มีปัญหาในเรื่องการหาแหล่งน้ำ เพราะไม่มีการใช้น้ำในระบบการทำงาน
2. ไม่มีการสูญเสียความร้อน เนื่องจากไม่มีการส่งผ่านความร้อนเหมือนระบบวงจรปิด
3. วงจรง่ายไม่ยุ่งยาก ปัญหาเรื่องการหล่อลื่น, การสั่นสะเทือนมีน้อย ระบบจุดระเบิดเป็นไปในลักษณะต่อเนื่อง คือ เมื่อเชื้อเพลิงถูกจุดในครั้งแรก ต่อไปจะเป็นการจุดระเบิดเอง
4. ไม่ต้องใช้เวลาในการอุ่นเครื่องนาน หลังจากเครื่องกังหันเริ่มเดินเครื่องเรียบร้อย ก็สามารถจ่ายโหลดเข้าสู่สภาวะเต็มพิกัดได้ทันที
ข้อเสียของเครื่องกังหันก๊าซวงจรเปิด เมื่อเทียบกับบวงจรปิด
1. ขนาด และน้ำหนักมากกว่า
2. เชื้อเพลิงที่ใช้ถูกจำกัดชนิด จะมีเศษสกปรก หรือเถ้าถ่านไม่ได้ เพราะความร้อนที่เกิดจากการเผ่าไหม้ของเชื้อเพลิงจะผสมกับอากาศอัดเข้าสู่เครื่องกังหันโดยตรง
3. ประสิทธิภาพของเครื่องเปลี่ยนแปลงไปได้ง่าย เพราะอากาศที่ถูกเครื่องอัดอากาศดูดเข้าไปในวงจรการทำงาน จะมีความชื้น ไอน้ำประปนอยู่รวมทั้งความหนาแน่นและอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป ทำให้เครื่องอัดอากาศทำงานไม่คงที่แน่นอน
ข้อดีของเครื่องกังหันก๊าซเมื่อเทียบกับเครื่องกังหันไอน้ำ
1. สามารถเดินเครื่องได้ง่าย รวดเร็ว เพราะอุปกรณ์น้อยชิ้นกว่า
2. ไม่มีปัญหาเรื่องการกลั่นน้ำและการหาแหล่งน้ำ เพราะไม่ต้องใช้น้ำเป็นจำนวนมาก เหมือนเครื่องกังหันไอน้ำ
3. ออกแบบสร้างได้ง่าย ค่าลงทุน และค่าดำเนินงานถูกกว่าเมื่อคิดที่กำลังการผลิตกำลังไฟฟ้าเท่ากัน
4. ค่าซ่อมแซมบำรุงรักษาต่ำกว่า
5. ความดันใช้การต่ำกว่า ทำให้ลดความเครียดที่แบริ่งลงและการสึกหรอน้อยกว่า
ข้อเสียของความกังหันก๊าซเมื่อเทียบกับเครื่องกังหันไอน้ำ
1. จะต้องมีต้นกำลังในการเริ่มเดินเครื่อง มิฉะนั้นจะไม่สามารถทำงานได้
2. ประสิทธิภาพในการทำงานต่ำ เพราะงานที่ได้จากเครื่องกังหันส่วนหนึ่ง จะต้องนำไปขับเครื่องอัดอากาศ ทำให้เหลืองานที่จะนำไปขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าน้อยลง

22 กุมภาพันธ์ 2553

ความสามารถในการทำงาน

การทำงานของเครื่องกันหันก๊าซ จะมีประสิทธิภาพดีมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบดังนี้ คือ
1. ความดันขอองอากาศที่จ่ายออกจากเครื่องอัดอากาศ โดยปกติความดันของอากาศจะลดลงเพียงเล็กน้อย เมื่อไหลผ่านเข้าห้องเผาไหม้เข้าสู่เครื่องกังหัน
2.อุณหภูมิของก๊าซร้อน ที่เข้าเครื่องกังหันและของอากาศก่อนเข้าเครื่องอัดอากาศ
3.ประสิทธิภาพของเครื่องจักรที่เปลี่ยนแปลงไป
ก่อนจะทราบเรื่องความสามารถในการทำงานของเครื่องกังหันก๊าซจะขอทำความเข้าใจกับความหมายของศัพท์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องต่อไปนี้คือ
1.อัตราส่วนความดัน หมายถึง อัตราส่วนของความดันของอากาศที่ออกจากเครื่องอัดอากาศต่อความดันของอากาศที่เข้าเครื่องอัดอากาศ เช่น อัตราส่วนความดันเท่ากับ 10 หมายถึง ความดันของอากาศที่ออกจากเครื่องอัดอากาศมีค่าเท่ากับ 10 x 14.7 =147 ปอนด์ / ตารางนิ้ว
2. ประสิทธิภาพของเครื่องจักร หมายถึง ประสิทธิภาพของเครื่องอัดอากาศ และเครื่องกังหัน
3.ประสิทธิภาพความร้อน หมายถึง อัตราส่วนของงานที่ได้ออกมาจากเครื่องกังหันต่อพลังงานเชื้อเพลิงที่ป้อนเข้าไป
4. อัตราอากาศ หมายถึง น้ำหนักของอากาศที่เครื่องอัดอากาศดูดเข้าไป ต่อหน่วยของงานที่ต้องการ
5. อัตราส่วนงาน หมายถึง อัตราส่วนของงานที่ได้ต่องานทั้งหมดที่เครื่องกังหันจ่ายออกมา
เนื่องจากประสิทธิภาพของเครื่องจักร และอุณหภูมิของก๊าซร้อนที่เข้าเครื่องกังหัน จะเห็นการเลี่ยนแปลงประสิทธิภาพความร้อน ต่อการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพของเครื่องจักร และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิด้วย โดยประสิทธิภาพความร้อนจะเพิ่มขึ้นเมื่อประสิทธิภาพของเครื่องจักร และอุณหภูมิของก๊าซสูงขึ้น
พิจารณาจากกราฟ จะเห็นว่าเมื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องจักรที่ละ 10% ประสิทธิภาพความร้อน สำหรับอุณหภูมิของก๊าซร้อน 1500 องศาฟาเร็นไฮน์จะเพิ่มขึ้นมากกว่าคือ จาก 2.5 เป็น 10 , 20 , 35 และ 75% ตามลำดับ การเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซร้อนที่เข้าเครื่องกังหัน จะทำให้ประสิทธิภาพความร้อนเพิ่มขึ้น แต่ก็มีขีดจำกัด เพราะวัสดุที่นำมาใช้ทำตัวกังหันจะต้องทนต่อแรงเครียดเนื่องจากอุณหภูมิสูง และแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ขณะที่มันหมุนไป วัสดุจะอ่อนตัวลง ความต้านทานต่อแรงเครียดก็ลดลงด้วย ดังนั้นจึงไม่เหมาะที่จะใช้อุณหภูมิสูงเกินไป

ห้องเผาไหม้

ห้องเผาไหม้ที่ใช้กับเครื่องกังหันก๊าซ มีลักษณะเป็นรูปทรงกระบอกสองชั้น ประกอบซ้อนกันอยู่ ชั้นนอกเป็นทิศทางเดินของอากาศอัด ที่ส่งมาจากเครื่องอัดอากาศ ขั้นในเป็นช่องทางที่มีอากาศร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง ส่งเข้าไปที่ตัวกังหัน ด้านเหนือของทรงกระบอกชั้นใน จะมีห้องเผาไหม้ ห้องผสมอากาศ รวมทั้งหัวฉีดเชื้อเพลิงประกอบอยู่ส่วนด้านบนสุดของห้องเผาไหม้จะมีแท่น ( platform)สำหรับขึ้นไปตรวจซ่อมอุปกรณ์ต่าง ๆ
วงจรการทำงาน คือ เมื่อเครื่องอัดอากาศ ดูดอากาศและอัดจนได้แรงดันตามพิกัดแล้ว จะถูกส่งเข้าไปทางช่องระหว่างห้องผสมอากาศและปลอกหุ้มห้องเผาไหม้ ( pressure jacket ) ขึ้นไปเข้าด้านบนที่ท่อเปลวไฟ ( flame tube) โดยผ่านตัวหมุน ( diagonal swirler ) ซึ่งจะทำให้อากาศอัดที่ไหลผ่านเกิดการหมุนวน เข้าผสมกับเชื้อเพลิงที่ฉีดตัวหัวฉีดได้ดี เพื่อให้การเผาไหม้เกิดขึ้นได้อย่างสมบูรณ์และกระจายกว้าง จากนั้นก๊าซร้อนจากการเผาไหม้ จะผ่านเข้าไปยังห้องผสมอากาศ ซึ่งมีอากาศอัดส่วนหนึ่ง ถูกส่งเข้ามาผสมกับก๊าซร้อนนี้ เพื่อลดอุณหภูมิของก๊าซร้อนให้ได้ความร้อนตามต้องการ แล้วจึงผ่านออกไปขับเครื่องกังหันต่อไป
ที่ด้านล่างของห้องเผาไหม้จะมีช่องสำหรับเปิดเข้าไปตรวจสภาพซ่อมแซม ดูแลรักษา อุปกรณ์ต่าง ๆ ภายในห้องเผาไหม้ ที่บริเวณใกล้เคียงกันจะมีช่อง (inspectiontube ) สำหรับดูสภาพการเผาไหม้ภายในเตาได้ การเผาไหม้จะเริ่มขึ้นด้วยการจุด จากหัวจุดไฟฟ้าเพียงครั้งเดียง หลังจากนั้นการเผาไหม้ เชื้อเพลิงจะเป็นไปอย่างต่อเนื่อง ถ้าหากการดเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ จะด้วยเหตุใดก็ตาม จะมีอุปกรณ์ทำหน้าที่ส่งสัญญาณตัดการส่งเชื้อเพลิงเข้าหัวฉีดทันที

. เครื่องอัดอากาศ

หน้าที่หลักของเครื่องอัดอากาศ คือ อัดอากาศให้มีความดันสูง เพื่อนำไปใช้ผสมกับเชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้ โดยการดูดอากาศผ่านแผ่นกรอง ทางช่องรับอากาศเข้า เพื่อแยกฝุ่นละอองออก เป็นการป้องกันชิ้นส่วนภายในของเครื่องกังหัน ไม่ให้เกิดการกัดกร่อน หรือสึกกร่อนได้ ปริมาณของอากาศที่ผ่านเข้าไปในเครื่องอัดอากาศ ของเครื่องกังหันก๊าซที่มีกำลังผลิตไฟฟ้าขนาด 20 เมกกะวัตต์ จะใช้ประมาณ 500,000 ลูกบาศก์ฟุต / นาที เครื่องอัดอากาศที่นิยมใช้มี 2 ชนิด คือ
1. แบบแรงเหวี่ยง ( centrifugal compressor ) ทำงานลักษณะเดียวกับปั๊มแรงเหวี่ยง มีใบพัดเรียงจากเล็กไปใหญ่ เหมาะที่จะใช้กับเครื่องกังหันก๊าซขนาดเล็กเท่านั้น
2. แบบอัดในแนวแกน(axial compressor ) มีลักษณะคล้ายตัวกังหัน ประกอบด้วยใบพัดที่ติดอยู่บนเพลาเป็นแถวๆ ระหว่างแถวของใบพัดจะมีใบพัดติดอยู่ที่ตัวเรือนสลับกันเป็นแถว ๆ เช่นเดียวกัน เมื่ออากาศถูกดูดพร้อมกับอัดผ่านแต่ละแถวของใบพัดที่อยู่กับที่ และใช้ใบพัดหมุนที่ประกอบติดอยู่บนเพลาแล้ว ปริมาณของมันจะลดลง ดังนั้นขนดและความยาวของใบพัดก็จะลดลงตามทิศทางการไหลของอากาศเป็นสัดส่วนเรื่อยไป

เครื่องกังหันก๊าซระบบ 2 เพลา

เครื่องกังหันก๊าซระบบ 2 เพลา
จากวงจรการทำงานของเครื่องกังหันก๊าซระบบเพลาเดียว พลังงานที่เกิดขึ้นสามารถควบคุมได้ด้วยการปรับปริมาณเชื้อเพลิง ที่จ่ายเข้าไปในห้องเผาไหม้ ซึ่งเป็นการควบคุมอุณหภูมิของก๊าซร้อนก่อนเข้าสู่ตัวกังหัน ถ้าเชื้อเพลิงน้อย ความร้อนจากก๊าซที่เผาไหม้ และงานที่ได้จากตัวกังหันก็จะน้อยตามไปด้วย
ในระบบเพลาเดียว ทั้งเครื่องอัดอากาศและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกออกแบบให้หมุนด้วยความเร็วรอบคงที่ 3,000 รอบ / นาที บางครั้งการออกแบบ ต้องการแยกเครื่องอัดอากาศ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้อยู่คนละเพลา เพราะว่าเครื่องกังหัน จำเป็นจะต้องใช้อุปกรณ์ที่มีความเร็วรอบต่างกันไปอีก เช่น ปั๊มขนาดใหญ่ อุปกรณ์ช่วยเหลืออย่างอื่น ฯลฯ
การแยกเครื่องอัดอากาศ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าออกจากกันโดยใช้ระบบ 2 เพลา ซึ่งจะต้องมีกังหัน 2 ชุด คือ ชุดที่หนึ่ง ขับเครื่องอัดอากาศ ชุดที่สองขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า อุปกรณ์ที่รวมกันอยู่ในเส้นประเรียกว่า ก๊าซเจนเนอเรเตอร์ ( gas generator ) หรือ ก๊าซซิไฟเออร์ ( gasifier) พลังงานที่ขับโดยเครื่องกังหันตัวที่ 1 จะต้องขับเครื่องอัดอากาศอย่างเดียว หมุนด้วยความเร็วสูง 5,000 – 6,000 รอบ / นาที พลังงานส่วนที่เหลือจากการเผาไหม้จะออกจากเครื่องกังหันเป็นอากาศร้อน เข้าสู่เครื่องกังหันตัวที่ 2 ที่ใช้ขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยตรง หมุนด้วยความเร็ว 3,000 รอบ /นาที ซึ่งเรียกว่า เพาเวอร์ เทอร์ไบน์ ( power turbine )
สำหรับเครื่องกังหันก๊าซระบบ 2 เพลา เป็นเครื่องขนาดใหญ่ที่ใช้กันแพร่หลายสามารถติดตั้งประกอบรวมกันได้หลายลักษณะ ดังรูป 4-4 เป็นแบบ 2 เพลา มีเพาเวอร์ เทอร์ไบน์ 2 เครื่อง รวมกันขับเตรื่องกำเนิดไฟฟ้าตัวเดียว และรูปที่ 4-5 เป็นแบบใช้ชุด ก๊าซซิไฟเออร์ 2 ชุด ร่วมกันขับเพาเวอร์เทอร์ไบน์ 1 เครื่อง และจะใช้เพาเวอร์เทอร์ไบน์ทั้งหมด 4 เครื่อง ร่วมกันขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่เพียงเครื่องเดียว ข้อดี ของระบบนี้คือ มีความอ่อนตัวในการจ่ายโหลด เป็นส่วน ๆ ได้อย่างเหมาะสม ชุดก๊าซซิไฟเออร์บางชุด สามารถหยุดใช้งานได้ ถ้าโหลดลดต่ำลง เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้งานของเครื่องให้สูงขึ้น

หลักการพื้นฐานของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วม


หลักการพื้นฐานของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วม



1. หลักการทำงานของเครื่องกังหันก๊าซ

การทำงานของเครื่องกังหันก๊าซ คล้ายกับกังหันไอน้ำ โดยกังหันไอน้ำจะใช้พลังงาน
จากไอน้ำเป็นตัวขับกังหัน แล้วเปลี่ยนเป็นพลังงานกลขณะที่ไอน้ำวิ่งผ่านใบพัด พร้อมกับขยายตัวเป็นช่วง ๆ จนเข้าสู่เครื่องควบแน่น ( condenser ) ส่วนกังหันก๊าซนั้นตัวที่ขับกังหันจะเป็นก๊าซร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงภายในห้องเผาไหม้ แล้วส่งเข้าตัวกังหัน
การทำงานของเครื่องกังหันก๊าซ โดยมีเครื่องอัดอากาศ ( compressor ) ต่ออยู่บนเพลาเดียวกับชุดกังหัน และต่อตรงไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เมื่อเริ่มเดินเครื่อง อากาศจะถูกดูดจากภายนอกเข้าหาเครื่องอัดอากาศทางด้านล่าง ถูกอัดจนมีความดันและอุณหภูมิสูงขึ้น แล้วถูกส่งไปยังห้องเผาไหม้ ซึ่งใช้เชื้อเพลิงเป็นก๊าซธรรมชาติหรือน้ำมัน จะถูกเผาไหม้และให้ความร้อนแก่อากาศ ก๊าซร้อนที่ออกจากห้องเผาไหม้ จะถูกส่งไปยังตัวกังหัน ทำให้กังหันหมุนเกิดงานขึ้น ไปขับเครื่องอัดอากาศและขณะเดียวกันก็ขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้วย ความดันของก๊าซเมื่อผ่านตัวกังหันจะลดลงและผ่านออกมาที่บรรยากาศ
ปกติห้องเผาไหม้จะสร้างด้วยโลหะทนความร้อนสูง แต่เนื่องจากอุณหภูมิของก๊าซร้อนที่เข้าไปขับตัวกังหันมีขีดจำกัด ดังนั้นอากาศประมาณ 1/6 ของอากาศอัดทั้งหมดจะถูกใช้ในห้องเผาไหม้ส่วนที่เหลือ ก็จะทำหน้าที่ผสมกับก๊าซร้อน แล้วจึงนำเข้าไปยังเรือนกังหัน อุณหภูมิของเปลวไฟในห้องเผาไหม้อยู่ระหว่าง 3,000 – 4,000 องศาฟาเร็นไฮท์ แต่ก๊าซร้อนมีอุณหภูมิประมาณ 1,000 – 1,500 องศาฟาเร็นไฮท์ ก่อนเข้าสู่เรือนกังหัน เพื่อขับกังหันต่อไป พลังงานที่ผลิตจากเครื่องกังหันก๊าซ จะนำไปขับเครื่องอัดอากาศประมาณ 60% ส่วนที่เหลือจะนำไปขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและอุปกรณ์ประกอบช่วยงานอย่างอื่น



2 การใช้งานของเครื่องกังหันก๊าซ
ปกติโรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซ มักเป็นเครื่องจ่ายไฟสำรอง ( stand by ) และช่วยเสริมการผลิต เมื่อเกิดความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุด ( peak load ) มีกำลังการผลิตตั้งแต่ 1 – 60 เมกกะวัตต์ นอกจากจะใช้เป็นเครื่องต้อนกำลังในการผลิตไฟฟ้าแล้ว เครื่องกังหันก๊าซยังใช้งานอย่างอื่นอีก เช่นใช้เป็นเครื่องต้นกำลังขับปั๊มขนาดใหญ่
- ขับเครื่องรถยนต์ที่มีเร็วสูง
- ขับเครื่องเรือที่มีความเร็วสูง
- ใช้เป็นเครื่องยนต์ สำหรับรถบรรทุก รถโดยสาร และรถแทรกเตอร์
- ใช้เป็นเครื่องต้อนกำลังสำหรับเครื่องบินไอพ่น ( jet plane)
ข้อดีของเครื่องกังหันก๊าซ
1. ต้นทุนการสร้างต่ำ
2. มีนำหนักเบา
3. สามารถเริ่มเดินเครื่องได้รวดเร็ว ใช้เวลาเพียง 40 –60 วินาทีเท่านั้น
4. อุปกรณ์ประกอบอื่น ๆ มีน้อย และประกอบอยู่ในชุดเดียวกัน
5. สามารถเคลื่อนย้ายไปติดตั้งในที่ที่ต้องการได้สะดวก รวดเร็ว ใช้เวลาเพียงไม่กี่สัปดาห์ ก็สามารถเดินเครื่องจ่ายไฟฟ้า แต่ถ้าเป็นโรงไฟฟ้า พลังงานไอน้ำจะต้องใช้เวลาในการออกแบบสร้าง และทดลองเดินเครื่องนานประมาณ 5 ปี
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันก๊าซ
ข้อเสียของเครื่องกังหันก๊าซ
1. ความร้อนสูง ทำให้เกิดความเค้นต่อชิ้นส่วนภายในตัวกังหันสูงมาก จึงต้องมีการตรวจซ่อมบ่อย ๆ
2. ค่าใช้จ่ายในการผลิตสูง สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงต่อหน่วยกิโลวัตต์ – ชั่วโมง มาก
3. มีประสิทธิ ภาพต่ำ เพราะกำลังที่ได้จ่ายเครื่องกังหันส่วนหนึ่งจะต้องนำไปใช้ขับเครื่องอัดอากาศ