โรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซ

( Gas  Turbine  Power  Plant )

 

1   กังหันก๊าซ (Gas Turbine)

กังหันก๊าซถูกคิดค้นและจดทะเบียนสิทธิบัตรไว้โดย  นายจอห์น   บาร์เบอร์  ( John   Barber ) ชาวอังกฤษ  ในปี  . 2334  ต่อมาได้พัฒนาขึ้นใช้กันอย่างแพร่หลาย   เริ่มแรกกังหันก๊าซถูกนำไปใช้กับเครื่องบินเรือเดินทะเล  และเป็นต้นกำลังในการผลิตกระแสไฟฟ้า  ต่อมาได้ถูกนำไปใช้กับงานต่างๆ  อีกมากมาย   เช่น   รถยนต์   รถแข่ง   รถบรรทุก   รถรางความเร็วสูง   ระบบตู้เย็นกังหันก๊าซ  คนเหาะ  (Flying  Man )

 

2  ส่วนประกอบของกังหันก๊าซ

กังหันก๊าซมีส่วนประกอบหลักอยู่  3  ส่วน  คือ

1.   เครื่องอัดอากาศ  ( Air  Compressor )

2.   ห้องเผาไหม้  ( Combustion  Chamber )

3.   เครื่องกังหัน  ( Turbine )

 

     หลักการทำงานเบื้องต้นของกังหันก๊าซ

1.   เครื่องอัดอากาศจะอัดอากาศให้มีความดันสูง  8-10  เท่า

2.  อากาศความดันสูงจะถูกส่งเข้าไปยังห้องเผาไหม้ที่มีเชื้อเพลิงก๊าซ(หรือน้ำมันดีเซล)  ทำการเผาไหม้

3.  อากาศร้อนในห้องเผาไหม้เกิดการขยายตัว   ทำให้มีความดันและอุณหภูมิสูง

4.  ส่งอากาศนี้ไปดันกังหันก๊าซ

5.  เพลาของกังหันก๊าซจะอยู่แกนเดียวกันกับอุปกรณ์ต่างๆ  ที่จะนำไปใช้งาน  เช่น  เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ฯลฯ

 

3  เครื่องอัดอากาศ  ( Air  Compressor )

เครื่องอัดอากาศ  แบ่งออกเป็น  3  ชนิด  คือ

1.    เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบ  ( Reciprocating  Air  Compressor )

2.      เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบหลายขั้น  ( Multistage  Reciprcration  Compressor )

เครื่องอัดอากาศแบบโรตารี  ( Rotary  Air  Compressor )

3.1  เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบ

เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบ   ประกอบด้วยลูกสูบที่เคลื่อนที่ในกระกระบอกสูบ   โดยรับกำลังขับผ่านก้านสูบและข้อเหวี่ยงที่ประกอบอยู่ในเพลาห้องข้อเหวี่ยง   มีลิ้นอุดอากาศและลิ้นส่งติดอยู่ตอนบนของหัวสูบ   ลิ้นแบบนี้ทำงานโดยความดันแตกต่างกันระหว่างหน้าและหลังลิ้น ขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ลงอากาศที่ถูกอัดในจังหวะก่อนหน้าที่ยังหลงเหลืออยู่จะขยายตัวจนมีความดันต่ำกว่าความดันดูดเข้าเล็กน้อยซึ่งอากาศด้านนอกของลิ้นดูดจะสูงกว่าด้านในตัวนั้น   ลิ้นจะเปิดให้อากาศเข้าในระหว่างจังหวะนี้   ลิ้นส่งจะปิดเพราะขณะนี้ความดันด้านนอกของลิ้นส่งจะสูงกว่าความดันภายในกระบอกสูบ ขณะนี้ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้น   ในช่วงแรกของจังหวะเคลื่อนขึ้น   ความดันในกระบอกสูบจะสูงขึ้นเล็กน้อยพอเพียงที่จะทำให้ลิ้นดูดปิด   ความดันของอากาศภายในกระบอกสูบจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว   เมื่อถูกปิดอยู่ในกระบอกสูบอย่างสนิทจนมีความดันสูงกว่าความดันด้านนอกของลิ้นส่ง   ซึ่งจะทำให้ลิ้นส่งเปิดทำให้อากาศความดันสูงออกจากกระบอกสูบ   และลิ้นส่งจะปิดในที่สุดเมื่อสุดจังหวะอัด   ลูกสูบก็จะเริ่มเลื่อนลงในกระบอกสูบ   ลิ้นดูดก็จะเลื่อนออกอีกครั้งหนึ่ง   และจะเป็นวัฏจักรเช่นนี้ซ้ำๆ  กัน

อากาศที่ถูกปิดอยู่ในกระบอกสูบของเครื่องอัดอากาศแบบนี้จะสามารถอัดให้ความดันได้สูงมากทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของวัสดุที่ทำชิ้นส่วนของอัดและกำลังขับของมอเตอร์   ในเครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบนี้   การไหลของอากาศจะมีการหยุดทำงานเป็นจังหวะๆ

3.2   เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบหลายขั้น

เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบหลายขั้น   มีหลักการทำงานคือ   เมื่อการส่งอากาศออกของเครื่องอากาศแบบลูกสูบเดียวถูกกีดขวางย่อมจะทำให้ความดันยิ่งเพิ่มขึ้น   ถ้าความดันของอากาศส่งออกสูงมากเกินไปก็จะมีข้อเสียเกิดขึ้น   เครื่องอัดอากาศแบบขั้นเดียว   ถ้าต้องการอัดอากาศให้ได้ความดันสูงๆ   ก็จำเป็นจะต้องให้มีโครงสร้างแข็งแรงมาก   รวมทั้งต้องให้ชิ้นส่วนประกอบที่แข้งแรงพอเพื่อแก้ปัญหาเรื่องการสมดุล   และเมื่อมีแรงบิดตอนเริ่มสตาร์ตสูงก็ต้องใช้ข้อเหวี่ยงให้มีขนานโตขึ้นด้วย จากข้อเสียต่างๆ ของเครื่องอัดอากาศแบบขั้นเดียวนี้จึงได้มีการปรับปรุงและหันมาใช้เครื่องอัดอากาศแบบหลายขั้น   ซึ่งประกอบด้วยกระบอกสูบหลายกระบอกต่อเนื่องกัน   โดยอากาศที่ส่งออกจากกระบอกสูบหนึ่งจะวิ่งไปเข้ากระบอกสูบตัวถัดไป  แสดงการต่อกระบอกสูบของเครื่องอัดแบบ  3  ขั้นอัตราส่วนความดันต่ำในกระบอกสูบความดันต่ำหมายถึงการขยายตัวของปริมาตรของอากาศที่หัวสูบจะลดลงซึ่งจะทำให้ปริมาตรแทนที่จริงในกระบอกสูบเพิ่มขึ้น   ซึ่งสูบนี้จะทำหน้าที่ควบคุมมวลของอากาศที่ไหลผ่านเครื่องอัดอากาศทั้งหมด   เพราะกระบอกสูบนี้ทำหน้าที่ดูดอากาศเข้ามาในเครื่องเพียงสูบเดียว   ดังนั้น   เครื่องอัดอากาศแบบหลายขั้นจึงสามารถส่งมวลผ่านเครื่องอัดได้มากกว่าเครื่องแบบขั้นเดียว

เพื่อที่จะลดอุณหภูมิของอากาศที่ออกจากเครื่องอัดจึงได้มีการติดตั้งอุปกรณ์หล่อเย็นระหว่างสูบเอาไว้  การลดอุณหภูมิ  หมายถึง   การลดพลังงานภายในของอากาศที่ออกจากเครื่องอัดด้วย  และเมื่อพลังนี้ได้มาจากพลังงานที่ใช้ในการอัดของเครื่องอัดอากาศ  ผลอันนี้จึงเป็นการช่วยลดงานที่ต้องใช้ในการอัดลง  เครื่องอัดแบบหลายขั้น  สามารถปรับความสมดุลได้ง่าย  และมีแรงบิดต่ำกว่าแบบขั้นเดียว จะสังเกตเห็นว่า  ขนาดของกระบอกสูบจะลดลงเมื่อความดันเพิ่มขึ้น  ทั้งนี้เนื่องจากว่าเมื่อความดันเพิ่มขึ้นปริมาตรของอากาศที่กำหนดมวลมาให้จะลดลงเมื่อกระบอกสูบต่อเนื่องกัน  มวลของอากาศก็จะไหลต่อเนื่องกันไปตลอดเครื่องอัด  และเมื่อลูกสูบชุดต่อไปมีปริมาตรอากาศเข้าน้อยเนื่องจากความดันสูงขึ้น  จึงทำให้ขนาดของกระบอกสูบเล็กลงตามลำดับ

3.3  เครื่องอัดแบบโรตารี

เครื่องอัดอากาศแบบนี้มีพื้นฐานอยู่  3  แบบด้วยกัน  คือ  แบบเหวี่ยงออกตามแนวรัศมีรอบตัว  หรือแบบใช้แรงเหวี่ยง (Radial  or  Centifugal  Compressor)  แบบไหลตามแนวแกน  และแบบขับออกทางบวกหรือพัดลม ลักษณะโดยทั่วๆ  ไปของเครื่องอัดอากาศ  แบบเหวี่ยงตามแนวรัศมี  ซึ่งประกอบด้วยใบพัดที่หมุนได้รอบตัว  โดยปกติจะมีความเร็วรอบสูง ( 20,000 – 30,000  ริบต่อนาที )  อยู่ภายใน  เครื่องใบพัดประกอบด้วยจานติดใบเมื่อใบหมุนอากาศซึ่งอยู่ในร่องใบก็จะหมุนไปด้วย  แรงเหวี่ยงจะผลักให้อากาศออกทางปลายใบพัด  ซึ่งเรียกว่าตาของใบพัด ( Eye  of  Impeller )  อากาศจะไหลจากปลายด้านนอกของใบพัดผ่านแหวนจ่ายลมซึ่งทำให้กระบอกเข้าไปในก้นหอยโข่ง ( Evolute ) ได้ดียิ่งขึ้น  ที่แหวนจ่ายลม  อากาศจะลดอัตราความเร็วลง  ซึ่งมีผลให้ความดันของอากาศก่อตัวสูงขึ้น  ในทางทฤษฎีถือว่าไม่มีพลังงานสูญเสีย

ก้นหอยเป็นส่วนที่ทำหน้าที่รวมอากาศของเครื่องอัดซึ่งพื้นที่หน้าตัดจะโตขึ้นเรื่อยๆ โดยรอบเครื่องอัด  เหตุผลสำหรับอันนี้ก็คืออากาศที่รวมตัวกันอยู่รอบๆ ก้นหอยจะมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งต้องใช้พื้นที่หน้าตัดโตขึ้น  ต่อไปก็จะมีท่อต่อลมอัดออกไปใช้งาน  เครื่องอัดอากาศแบบนี้เป็นแบบการไหลต่อเนื่อง  ใช้ในการอัดอากาศเป็นจำนวนมากๆ  ผ่านช่วงความดันปานกลางโดยทั่วๆ ไป  มีอัตราส่วนการอัดประมาณ 4 ถึง 6 : 1

เครื่องอัดอากาศแบบการไหลตามแนวแกน เครื่องอัดอากาศแบบนี้มีใบพัดแบบอยู่กับที่และแบบเคลื่อนที่หลายๆ ชุดต่อเนื่องกัน  ใบชุดอยู่กับที่จะติดอยู่กับเครื่อง  ส่วนใบพัดชุดเคลื่อนที่ติดอยู่ที่แกนมีเพลาหมุนรอบตัว  ใบชุดเคลื่อนที่นั้นมีลักษณะใบพัดลมหลายๆ อันประกอบเข้าเป็นชุดเดียวกัน ใบพัดเหล่านี้จะช่วยส่งอากาศให้ผ่านเข้าเครื่องอัดอากาศ  มุมของใบพัดทุก

ชุดจะจัดไว้พอดีก็ทำให้อากาศผ่านจากใบพัดชุดหนึ่งได้อย่างราบเรียบ  อากาศจะวิ่งผ่านตามแนวแกนที่มีความเร็วสูงประมาณ 10,000 – 30,000  รอบต่อนาที  ใช้อัดอากาศในปริมาณมากๆ มีอัตราส่วนความดันถึง 10 : 1 หรือมากกว่า  ซึ่งเครื่องอัดอากาศแบบนี้จะนำไปใช้กับเครื่องกังหันก๊าซของเครื่องบินและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

 

4.  กังหันก๊าซ

กังหันก๊าซจะทำงานได้ต้องมีส่วนประกอบ 3 อย่างดังที่กล่าวมาแล้วข้างต้น คือ  เครื่องอัดอากาศห้องเผาไหม้  และตัวกังหัน  โดยมีการทำงานดังนี้ คือ  อากาศจะถูกอัดด้วยเครื่องอัดอากาศให้มีความดันสูง 8 – 10  เท่า  โดยใช้เครื่องอัดอากาศแบบโรตารี  แบบอากาศไหลตามแนวแกนหรือไหลตามแนวรัศมี

อากาศความดันสูงจะส่งเข้าไปยังห้องเผาไหม้โดยผ่านท่อลม   ในห้องเผาไหม้จะมีหัวฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปอย่างต่อเนื่อง   เมื่ออากาศผ่านเข้าไปยังห้องเผาไหม้จะทำให้เกิดอุณหภูมิสูงขึ้นและเกิดการขยายตัวทำให้มีความดันเพิ่มขึ้นไปขับดันกังหันให้หมุนโดยเพลาของกังหันสามารถต่อไปใช้งานได้   เช่น  เครื่องกำเนิดไฟฟ้า   หรือเรือเดินสมุทร   ส่วนเครื่องบินไม่ส่งกำลังออกที่เพลา   แต่จะมีกังหันก๊าซและเครื่องอัดอากาศขนาดใหญ่ที่ให้กำลังและความเร็วสูงมาก   ในการผลักดันเครื่องบินให้เคลื่อนที่ภายในอากาศได้   การเผาไหม้อย่างต่อเนื่องจะทำให้อุณหภูมิของห้องเผาไหม้และเครื่องอัดอากาศมีความร้อนสูง   จึงต้องมีการระบายความร้อนให้กับเครื่อง

ข้อดีของเครื่องกังหันก๊าซคือ   มีการสั่นสะเทือนน้อย   ออกแบบง่าย  มีประสิทธิภาพการทำงานสูง

กังหันก๊าซเป็นเครื่องที่ไม่สามารถเริ่มเดินเครื่องด้วยตัวเองได้เหมือนเครื่องยนต์ลูกสูบทั่วๆ ไป  จึงต้องมีเครื่องช่วยหมุนจนได้ความเร็วรอบระดับหนึ่ง   จึงจะทำการจุดเชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้   เครื่องช่วยหมุนนี้อาจใช้มอเตอร์ไฟฟ้า   หรือกังหันก๊าซเล็กๆ โดยออกแบบให้มีถังเชื้อเพลิงและชุดอัดอากาศ   สำหรับกังหันก๊าซตัวเล็กนี้จะใช้เฟืองหรือชุดเกียร์ขับที่เพลากังหันเมื่อเดินเครื่องได้แล้ว  ชุดเกียร์จะถอยออกมา

5.   การเพิ่มประสิทธิภาพของกังหันก๊าซ

ก๊าซที่ออกจากกังหันจะยังคงมีอุณหภูมิและพลังงานหลงเหลืออยู่อีกมากจึงนำก๊าซร้อนนี้ไปเข้าเครื่องถ่ายเทความร้อน ( Heat  Exchange )  ก่อนที่จะส่งเข้าไปยังเครื่องอัดอากาศ   ทำให้อากาศที่ถูกอัดมีอุณหภูมิสูงขึ้นและส่งต่อไปยังห้องเผาไหม้   ทำให้ได้พลังงานเพิ่มขึ้น 20 – 30  เปอร์เซ็นต์ อากาศถูกดูดเข้าเครื่องอัดอากาศ เพิ่มความดันให้สูงขึ้น 8 – 10  เท่า ส่งเข้าไปยังห้องเผาไหม้ที่มีก๊าซหรือน้ำมันดีเซลเป็นเชื้อเพลิง อากาศจะขยายตัวมีความดันสูงขึ้น ไปขับเคลื่อนใบพัดของกังหันก๊าซให้หมุน   ซึ่งแกนของกังหันต่อเชื่อมเข้ากับแกนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตแรงดันไฟฟ้าจ่ายออกไป   ส่วนไอเสียที่ขับดันกังหันแล้วจะยังคงมีอุณหภูมิสูงอยู่ จึงนำก๊าซร้อนนี้ไปถ่ายเทความร้อนเพิ่มให้กับอากาศที่ถูกอัด ทำให้ประสิทธิภาพของอากาศสูงขึ้นกว่าปกติเมื่อเข้าไปสันดาปในห้องเผาไหม้

 

6.  กังหันก๊าซแบบวงจรปิด  ( Close  Cycle  Gas  Turbine )

กังหันก๊าซแบบวงจรปิดโดยมีโครงสร้างและหลักการทำงานเช่นเดียวกับกังหันก๊าซแบบเปิดโดยทั่วไป ๆ ไป   ส่วนที่แตกต่างคือ   ใช้อากาศจำนวนเดียวกันหมุนเวียนใช้งานอยู่ในวงจรปิดตลอดเวลา   เว้นแต่จะมีการซ่อมบำรุงหรือการรั่วไหลจึงจะเปลี่ยนอากาศ

การทำงานก็คือ   เมื่ออากาศถูกอัดด้วยเครื่องอัดอากาศจะถูกส่งเข้าห้องให้ความร้อนสูง ( Heater ) เกิดการขยายตัวเพิ่มอุณหภูมิและความดันไปหมุนกังหัน   หลังจากนั้นจะถูกระบายความร้อนด้วยน้ำทำให้เย็นลง   และไหลกลับไปยังเครื่องอัดอากาศ   อากาศในวงจรด้านความดันต่ำของวงจรจะถูกอัดความดันให้สูงขึ้นเป็นวงจรเช่นนี้ตลอดไป

กังหันก๊าซแบบวงจรปิดนี้   มีข้อดีคือสามารถใช้กับเชื้อเพลิงทุกประเภท   เช่น   ของแข็ง   ของเหลวและก๊าซ   การให้ความร้อนในห้องให้ความร้อน   จะไม่ผสมโดยตรงกับอากาศที่ทำงานในวงจร   โดยใช้วิธีการนี้ดัดแปลงไปใช้กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้   โดยก๊าซนี้ใช้หมุนเวียนในวงจรอาจเปลี่ยนเป็นก๊าซอื่น  เช่น  ฮีเลียม  แต่ข้อเสียของวงจรแบบนี้คือ   ต้องใช้ปริมาณน้ำหล่อเย็นมาระบายความร้อนเป็นจำนวนมาก

 

7.  ห้องเผาไหม้  ( Combustion  Chamber )

ห้องเผาไหม้เป็นโลหะรูปทรงกระบอกมีสองชั้นประกอบกันอยู่   ชั้นนอกเป็นช่องทางเข้าของอากาศความดันสูงที่ถูกอัดเข้ามาจากเครื่องอัดอากาศ  ชั้นในเป็นท่อโลหะซ้อนกันอยู่โดยเจาะรูเล็กๆ  ไว้เป็นระยะๆ  เพื่อให้อากาศความดันสูงเข้าไปผสมกับเชื้อเพลิงทำให้เกดการลุกไหม้ขยายตัวมีอุณหภูมิและความดันสูงส่งเข้าไปขับเคลื่อนกังหัน ท่อภายในห้องเผาไหม้ที่ถูกถอดออกมาตรวจสอบและบำรุงรักษาตามระยะเวลาที่กำหนด   โดยจะทำความสะอาดรูที่ท่อซึ่งอาจมีสิ่งสกปรก เช่น  เศษเขม่า  หรือผงถ่านสะสมตกค้างอยู่  เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพในการเผาไหม้อีกวิธีหนึ่ง

ห้องเผาไหม้นี้ส่วนมากจะติดตั้งอยู่ตรงกลางระหว่างเครื่องอัดอากาศและกังหันตรงส่วนหัวของห้องเผาไหม้จะมีหัวฉีดเชื้อเพลิง  ( ก๊าซหรือน้ำมันดีเซล )  ซึ่งห้องเผาไหม้จะมีหัวฉีดเชื้อเพลิงตั้งแต่ 6 – 18  หัว  และจะมีหัวฉีดเชื้อเพลิงให้ลุกไหม้โดยควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อให้การเผาไหม้สมบรูณ์   เป็นไปอย่างต่อเนื่องและมีประสิทธิภาพ

 

8.  กังหันก๊าซแบบ 2 ตอน  ( Two  Stage  Gas  Turbine )

โดยทั่วๆ  ไป   กังหันก๊าซจะมีเพียงหนึ่งชุดประกอบอยู่ร่วมกับเครื่องอัดอากาศและห้องเผาไหม้เรียกว่า   เครื่องกังหันก๊าซแบบตอนเดียว   แต่เพื่อเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพและกำลังงานในระบบ  ก็จะเพิ่มจำนวนกังหันก๊าซและเครื่องอัดอากาศขึ้นอีกอย่างละชุด  รวมเป็น  2  ชุด  จะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานขึ้นอีกประมาณ  40  เปอร์เซ็นต์   ซึ่งจะเรียกว่าเครื่องกังหันก๊าซแบบสอง  2  ตอน  หรือถ้าต้องการประสิทธิภาพการทำงานให้สูงขึ้นก็เพิ่มจำนวนกังหันก๊าซและเครื่องอัดอากาศขึ้นไปได้อีก

การทำงาน

การทำงานของกังหันก๊าซแบบ  2  ตอน  คือ   เริ่มจากเครื่องอัดอากาศความดันต่ำดูดอากาศจากภายนอกเข้ามาทำการอัดอากาศจากปกติให้มีความดันมากขึ้น   แต่ยังคงเป็นความดันต่ำอยู่  อากาศอัดจำนวนนี้จะมีความร้อนอยู่ในตัวจึงต้องผ่านเครื่องระบายความร้อนให้อุณหภูมิลดลง   โดยยังมีความดันเท่าเดิมส่งผ่านไปยังเครื่องอัดอากาศที่มีความดันสูงอัดอากาศให้สูงขึ้นมากกว่าอากาศปกติ  8 – 10  เท่า  และผ่านเข้าห้องถ่ายเท่ความร้อนเข้าไปยังห้องเผาไหม้เพื่อช่วยให้การลุกไหม้ของเชื้อเพลิงเกิดการขยายตัว   มีความร้อนและอุณหภูมิสูงถึงประมาณ  900° C  ส่งเข้าไปขับดันกังหันความดันสูงชุดแรก   ทำให้กังหันหมุน   อุณหภูมิของก๊าซร้อนนี้จะผ่านออกมาจากกังหันก๊าซความดันสูงและผ่านเข้าห้องเผาไหม้ชุดที่  2  เกิดความร้อนอุณหภูมิสูงขยายตัวส่งออกไปขับดันกังหันก๊าซความดันต่ำอีกเครื่องหนึ่งที่อยู่บนเพลาเดียวกันกับกังหันชุดแรกขับเพลาให้มีกำลังหมุนเร็วขึ้น   ซึ่งจะมีความเร็วรอบประมาณ  3000  รอบต่อนาที   โดยผ่านชุดเกียร์ซึ่งควบคุมความเร็วรอบให้คงที่และส่งกำลังไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ความเร็วรอบคงที่  คือ  3000  รอบต่อนาที   เพื่อผลิตความถี่ให้ได้  50  เฮิรตซ์   ส่งกำลังไฟฟ้าออกไปโดยมีพิกัดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นกิโลโวลต์แอมแปร์

ส่วนก๊าซร้อนที่ออกจากกังหันความดันต่ำจะมีอุณหภูมิลดเหลือประมาณ  500° C  จะถูกส่งไปยังเครื่องถ่ายเทความร้อน   ทำการถ่ายเทความร้อนให้กับความดันที่ออกจากเครื่องอัดอากาศความดันสูงเพื่อส่งเข้าไปสันดาปภายในห้องเผาไหม้ต่อไป   อากาศส่วนที่เหลือจะกลายเป็นไอเสีย   ปล่อยทิ้งออกไปทางปล่องไอเสีย

9.  กังหันก๊าซแบบ  2  เพลา ( Two Shafts Open – Cycle Gas Turbine )

กังหันก๊าซวงจรแบบ  2  เพลา  โดยตอนเริ่มเดินเครื่องจะใช้มอเตอร์ เป็นต้น  กำลังขับเครื่องอัดอากาศ  ให้ทำงานโดยอัดอากาศจากภายนอก  ให้มีความดันสูง  และเพิ่มอุณหภูมิที่ส่งไปยังห้องเผาไหม้โดยผ่านเครื่องถ่ายเทความร้อน  อากาศความดันสูงนี้จะเข้าไปช่วยสันดาปในห้องเผาไหม้ โดยใช้เชื้อเพลิงก๊าซหรือน้ำมันดีเซลเกิดการขยายตัวเข้าไปขับดันกังหัน ให้หมุนซึ่งต่ออยู่บนเพลาเดียวกับเครื่องอัดอากาศ และเครื่องอัดอากาศก็จะหมุนตามโดยตัดวงจรมอเตอร์สตาร์ตออกและอากาศความดันสูงอีกส่วนหนึ่งที่ผ่านเครื่องถ่ายเทความร้อน และแยกตัวมาจากห้องเผาไหม้ชุดที่หนึ่งจะถูกส่งเข้าไปยังห้องเผาไหม้ชุดที่  2  ช่วยสันดาปเชื้อเพลิงให้ลุกไหม้มีอุณหภูมิและความดันสูงเกิดการขยายตัวของก๊าซร้อนจำนวนมากไปขับเคลื่อนกังหัน ที่มีเพลาอีกชุดหนึ่งที่ต่อเข้ากับเฟืองขับ ที่ควบคุมความเร็วให้คงที่  เป็นต้นกำลังขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้หมุน  กำเนิดแรงดันไฟฟ้าออกไปใช้งาน ส่วนก๊าซร้อนที่ขับกังหันแล้ว   ก็จะลดอุณหภูมิและความดันส่งออกไปถ่ายเทความร้อนให้กับอากาศความดันสูงที่มาจากเครื่องอัดอากาศและกลายเป็นไอเสียส่งออกไปทางปล่องไอเสีย กังหันก๊าซแบบ  2  เพลา  มีข้อดีคือ  สามารถขับเคลื่อนได้เป็นอิสระกับส่วนที่เป็นกังหันก๊าซความดันต่ำ  เมื่อมีกำลังขับจากกังหันและเครื่องอัดอากาศความดันสูงเพียงพอก็จะต่อเพลาเขากับเครื่องอัดอากาศความดันต่ำเพื่อเพิ่มกำลังการอัดอากาศเข้าสู่ห้องเผาไหม้   ส่งความดันไปหมุนกังหันซึ่งต่ออยู่บนเพลาเดียวกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตแรงดันไฟฟ้าออกไป   หลังจากนั้น   ความดันและอุณหภูมิจะลดลงและถูกระบายความร้อนด้วยน้ำ   อากาศส่วนนี้ก็จะถูกส่งไปยังเครื่องอัดอากาศความดันต่ำท่อยู่อีกเพลาหนึ่ง   ซึ่งจะถูกขับเคลื่อนโดยชุดของกังหันและเครื่องอัดอากาศชุดแรก   และจะใช้อากาศที่อัดเป็นความดันแล้วส่งเข้าห้องเผาไหม้อีกทางหนึ่งต่อไป

 

10.  การผลิตไฟฟ้าด้วยกังหันก๊าซ  ( Gas  Turbine – Generator )

อุปกรณ์ผลิตประกอบด้วย   เครื่องกังหันก๊าซ   เครื่องอัดอากาศและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า   โดยใช้ก๊าซธรรมชาติ  น้ำมันเตาปรับสภาพ   หรือน้ำมันดีเซลเป็นเชื้อเพลิงเริ่มการทำงานโดยอาศัยก๊าซร้อนที่เผาไหม้ในห้องเผาไหม้   และจะมีอากาศจากเครื่องอัดอากาศถูกอัดให้มีความหนาแน่นและความดันเพิ่มขึ้น 8 – 10  เท่าโดยอากาศนี้จะถูกกรองด้วยเครื่องกรองอากาศ ( Air   Filter )   ให้สะอาดก่อนส่งเข้าเครื่องอัดอากาศ  จากนั้นอากาศที่ถูกอัดเพิ่มความดันนี้จะถูกส่งไปยังห้องเผาไหม้   หืออาจเป็นเชื้อเพลิงน้ำมันที่ถูกฉีดด้วยหัวฉีด ( Spray )  และใช้หัวเทียนเป็นตัวจุดระเบิด  เมื่อเชื้อเพลิงติดไฟจะเกิดการเผาไหม้กลายเป็นก๊าซร้อนรวมตัว   กับอากาศที่อัดส่งเข้าไปจะเกิดการขยายตัว   มีความดันและอุณหภูมิสูง  ( ประมาณ 11000° C )   ส่งเข้าไปขับดันใบพัดของชุดกังหันก๊าซซึ่งอยู่บนเพลาเดียวกันกับเครื่องอัดอากาศให้หมุนอย่างต่อเนื่อง

การเริ่มเดินเครื่อง  ( Start )  จะใช้มอเตอร์ไฟฟ้า   ซึ่งมีคลัตช์ต่อเชื่อมกับเพลาเป็นตัวขับดันให้หมุนมอเตอร์ไฟฟ้าจะหยุดและคลัตช์จะถูกปลดออก   เมื่อเครื่องกังหันก๊าซเดินเครื่องเองได้แล้ว   ปลายเพลาอีกด้านหนึ่งจะต่อเพื่อฉุดให้หมุนเพลาโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า   ให้กำเนิดแรกดันไฟฟ้าออกไป   ก๊าซร้อนที่ถูกทิ้งออกจากเครื่องกังหันก๊าซจะมีอุณหภูมิประมาณ  550° C  ( ลดลงจาก  1100° C  ขณะที่เผาไหม้ )  ยังมีพลังงานความร้อนเพียงพออยู่จึงสามารถนำไปต้มน้ำเพื่อผลิตไฟฟ้าในหน่วยของกังหันไอน้ำเพื่อใช้งานต่อไป

 

11.  ตัวอย่างรายละเอียดของเครื่องกังหันก๊าซของโรงไฟฟ้าพลังกังหันก๊าซ  ลานกระบือ  จังหวัดกำแพงเพชร

  

 เครื่องกังหันก๊าซ

  บริษัทผู้ผลิต

                        ย้ายมาจาก

ขนาด ( เมกะวัตต์ )

      เครื่องที่ 1

      เครื่องที่ 2

      เครื่องที่ 3

      เครื่องที่ 5

      เครื่องที่ 6

      เครื่องที่ 7

      เครื่องที่ 8

 

John  Brown

 John  Brown

     Hitachi

 AEG  KANIS

 AEG  KANIS

 AEG  KANIS

 AEG  KANIS

 

เครื่องที่ 2 โรงไฟฟ้าพลังความร้อน  สุราษฎร์ธานี

เครื่องที่ 1 โรงไฟฟ้าพลังความร้อน  สุราษฎร์ธานี

อ่าวไผ่

เครื่องที่ 3 โรงไฟฟ้าพลังความร้อน  พระนครใต้

เครื่องที่ 2 โรงไฟฟ้าพลังความร้อน  พระนครใต้

เครื่องที่ 4  โรงไฟฟ้าพลังความร้อน  พระนครใต้

สงขลา

            16

            16

            14

            20

            20

            20

            20

 

 

รวมกำลังผลิต

         126

 

 

 

รายละเอียดของเครื่องกังหันก๊าซ

 

            รายละเอียด

        เครื่องที่ 1,2,3

      เครื่องที่ 5,6,7

1.       เครื่องอัดอากาศ

-   อัตราส่วนความกดดันของอากา

 

 6  ต่อ  1

 

9.8  ต่อ  1

  2.   จำนวนห้องเผาไหม้

     10

     10

  3.    เครื่องกังหันก๊าซ

-  กำลังเครื่อง ( แรงม้า )

-  ความเร็วรอบ ( รอบต่อนาที )

 

  20500

 5100

 

    27200

 5100

  4.   เครื่องกำเนิดไฟฟ้า  พิกัด  ( kVA )

-  ความเร็วรอบ  ( รอบต่อนาที )

-  แรงดันไฟฟ้า  ( โวลต์ )

20750

 3000

11500

   32000

   3000

   10500

  5.  เชื้อเพลิง

น้ำมันดีเซล / ก๊าซธรรมชาติ

น้ำมันดีเซล / ก๊าซธรรมชาติ

 

12.  สรุปข้อดี  ข้อเสีย  ของโรงไฟฟ้าพลังกังหันก๊าซ

เมื่อเปรียบเทียบกับโรงไฟฟ้าชนิดอื่น ๆ

ข้อดี

1.   สามารถผลิตกำลังไฟฟ้าเสริมเข้าระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพ

2.   ใช้ระยะเวลาก่อสร้างและติดตั้งน้อยกว่าโรงไฟฟ้าประเภทอื่นๆ  เนื่องจากการจัดซื้อระบบกังหันก๊าซสำเร็จรูปทั้งชุดนำมาติดตั้งบนฐานรากที่เตรียมไว้

3.   สามารถนำไอเสียจากโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซไปผลิตไฟฟ้าในระบบโรงไฟฟ้าพลังกังหันไอน้ำได้

4.   เชื้อเพลิงสำรองก๊าซธรรมชาติมีอย่างเพียงพอทั้งแหล่งผลิตในประเทศและต่างประเทศใกล้เคียงคือประเทศพม่า

5.   สามารถใช้น้ำมันดีเซลเป็นเชื้อเพลิงสำรอง

6.   ช่วยลดมลภาวะจากไอเสีย  เนื่องจากก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาด  ไม่มีสี  ไม่มีกลิ่นและไม่มีควัน

ข้อเสีย

1.   การส่งก๊าซจากแหล่งผลิตมายังโรงไฟฟ้าเป็นระยะทางไกล ( เช่น ต้องส่งผ่านท่อเส้นผ่านศูนย์กลาง  36  นิ้ว  จากโรงแยกก๊าซจังหวัดระยองมายังโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วมไทรน้อย  จังหวัดพระนครศรีอยุธยา   หรือจากแหล่งก๊าซยาดามา   ประเทศพม่า   มายังโรงไฟฟ้าจังหวัดราชบุรีเป็นระยะทางถึง  703  กิโลเมตร  เป็นต้น )

2.   ต้องจัดซื้อเชื้อเพลิงจากต่างประเทศทำให้เสียเงินตราของประเทศ

 

13.  สรุปโรงไฟฟ้าพลังกังหันก๊าซในประเทศไทย

 

ลำดับ

           ชื่อ

   ที่ตั้ง ( จังหวัด )

        เชื้อเพลิง

   กำลังผลิตติดตั้ง

         1

         2

         3

        หนองจอก

         ไทรน้อย

       ลานกระบือ

         กรุงเทพฯ

          นนทบุรี

       กำแพงเพชร

    น้ำมันดีเซล / ก๊าซ

    น้ำมันดีเซล / ก๊าซ

    น้ำมันดีเซล / ก๊าซ

           488000

           244000

           140000

 

 

 

           รวม

         872000

http://www.sukhothaitc.ac.th/faifa/article/gas2.htm