โรงไฟฟ้าพลังงานไอน้ำ (Steam turbine)

             โรงไฟฟ้าพลังงานไอน้ำ เป็นโรงจักรชนิดที่ใช้ความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงทำให้น้ำในหม้อน้ำเปลี่ยนเป็นไอน้ำ หลังจากนั้นจึงส่งเข้าสู่เรือนกังหัน เพื่อหมุนกังหันโดยมีเพลาต่อร่วมอยู่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำให้ได้พลังงานไฟฟ้าไปใช้งาน ไอน้ำเมื่อขยายตัวในเรือนกังหันแล้ว จะออกสู่ภายนอกด้วยความดันต่ำ และถูกทำให้กลั่นตัวเป็นหยดน้ำในเครื่องควบแน่น (condenser) จากนั้นจะถูกปั๊มน้ำดูดส่งกลับไปยังหม้อน้ำเพื่อรับความร้อนอีกวนเวียนดังนี้ตลอดไป

 

1. โรงไฟฟ้าพลังงานไอน้ำ จะต้องพิจารณาองค์ประกอบต่าง ๆ ดังต่อไปนี้

1.   วัตถุดิบ ได้แก่ แหล่งเชื้อเพลิงที่จะนำมาใช้ ส่วนมากจะเป็นถ่านหิน และน้ำมัน ซึ่งต้องใช้ปริมาณมาก การจัดตั้งโรงจักรจะต้องให้ใกล้กับแหล่งเชื้อเพลิงมากที่สุด เพื่อลดค่าขนส่งและไม่เสียเวลาในการขนส่ง ถ้าไม่สามารถตั้งให้ใกล้กับแหล่งเชื้อเพลิงมากที่สุด เพื่อลดค่าขนส่งและไม่เสียเวลาในการขนส่ง ถ้าไม่สามารถตั้งใกล้แหล่งเชื้อเพลิงได้จะทำให้มีข้อเสียคือ เงินลงทุนสูงขึ้น เสียค่าที่เก็บ และพื้นที่สำหรับเก็บเชื้อเพลิงมากขึ้น

2.   น้ำ ตามทฤษฎีการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานไอนย้ำจะไม่มีการสูญเสียของน้ำในระบบเพราะใช้ระบบหมุนเวียนโดยการกลั่นไอน้ำที่ใช้แล้วนำกลับมาใช้ใหม่ แต่ตามความเป็นจริงจะมีการสูญเสียเกิดขึ้น จึงต้องใช้น้ำทดแทนส่วนที่สูญเสียไปในระบบการหมุนเวียนเรียกว่า น้ำเสียง (feed water) ซึ่งจะต้องผ่านขบวนการกำจัดแหล่งธาตุต่าง ๆ ในน้ำให้น้อยลง เพื่อให้เป็นน้ำกลั่นแล้วเติมเข้าไปในระบบที่เครื่องควบแน่นรวมไปกับน้ำกับการกลั่นตัวของไอน้ำ นอกจากน้ำเลี้ยงแล้วจะต้องใช้เป็นตัวกลั่นไอน้ำที่เป็นเครื่องควบแน่นอีกเป็นจำนวนมาก ซึ่งเรียกว่า น้ำใช้ (service water) โดยจะต้องมีการกำจัดเศษขยะวัชพืชและสัตว์น้ำก่อนนำมาใช้ เพื่อป้องกันไม่ให้ควบแน่นเกิดความเสียหาย ดังนั้นการตั้งดรงไฟฟ้าจะต้องตั้งให้อยู่ใกล้กับแหล่งน้ำเช่นเดียวกัน

ศูนย์กลางโหลดจะตั้งโรงไฟฟ้าให้อยู่ใกล้กับโหลดที่จะจ่ายไฟฟ้ามากที่สุดเพื่อลดค่าใช้จ่ายในเรื่องสายส่ง และลดการสูญเสียในสายส่งให้เหลือน้อยที่สุด แต่ต้องคำนึงถึงการเพิ่มของการโหลดที่จะเกิดขึ้นในอนาคตด้วย การคำนวณหาจุดศูนย์กลางโหลดทำให้ได้เช่นเดียวกับการหาศูนย์กลางของความถ่วงในทางกลศาสตร์

พื้นที่และบริเวณรอบที่ตั้งโรงไฟฟ้า ควรหาบริเวณที่ราคาที่ดินไม่แพงมากเกินไป และต้องพิจารณาถึงงานด้านโยธาเกี่ยวกับการปรับระดับของสถานที่ตั้งและการตั้งฐานให้น้อยที่สุดโดยเลือกที่ที่ไม่ต้องมีการถมหรือขุดดินมาก นอกจากนั้นจะต้องพิจารณาดูความสามารถในการขยายตัวของโรงไฟฟ้า ในอนาคตถ้ามีโหลดเพิ่มมากขึ้นและสิ่งที่สำคัญคือไม่ควรให้มีการรบกวนประชาชนในบริเวณใกล้เคียง เช่น การปล่อยควัน เสียง หรือไอน้ำออกมา

 

2 อุปกรณ์ของโรงไฟฟ้า

1.   ดรัม (drum) ทำหน้าที่แยกน้ำและไอน้ำออกจากกัน และลดจำนวนสารอื่นที่ปนมากกับไอน้ำให้น้อยลง ป้องกันไม่ให้ตัวกังหันเสียหาย เมื่อไอน้ำผ่านไปที่ตัวกังหันภายในดรัมจะมีตัวแยก (seperator) 2 ชุด ชุดที่หนึ่งมีใบพัดหมุนเพื่อตีน้ำที่ปนมากับไออิ่ม (wet steam) ให้วิ่งเข้าชนผนังด้านในของท่อและออกไปตามขอบด้านบนของท่อส่วนที่เป็นไอก็ลอยตัวขึ้นไปยังตัวแยกชุดที่สอง ซึ่งมีแผ่นเหล็กลูกฟูกวางซ้อนกันในแนวตั้ง เมื่อไออิ่ม ผ่านลอนลูกฟูก ถ้าหากยังมีน้ำปนอยู่บ้าง ก็จะเกาะที่ลอนลูกฟูก รวมตั้งเป็นหยดน้ำตกลงมายังด้านล่าง เมื่อไอน้ำผ่านออกมาจากตังแยกชุดที่สอง จะผ่านไปยังกระบังซึ่งอยู่ส่วนบนของดรัม ทำหน้าที่กรองน้ำไม่ให้ออกไปภายนอกเป็นด่านสุดท้าย

2.   เครื่องควบแน่น (condenser) เป็นอุปกรณ์ที่ทำให้ไอน้ำกลั่นตัวเป็นหยดน้ำโดยอาศัยสารหล่อเย็นช่วยลดอุณหภูมิของไอน้ำลง ทำให้เกิดสูญญากาศขึ้นที่ปากทางไอน้ำเข้ามาเครื่องควบแน่น เป็นผลให้ไอน้ำไหลเข้าสู่เครื่องควบแน่นได้ง่ายขึ้น เครื่องควบแน่นแบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ

2.1 เครื่องควบแน่นแบบพื้นผิว (surface condener) มีหลักการทำงานคือให้สารหล่อเย็น และสารที่ต้องการทำให้เย็น ถ่ายเทความร้อนให้แก่กันและกัน โดยผ่านผิวหล่อเย็น ไม่จำเป็นต้องทำให้บริสุทธิ์เสียก่อน เพียงแต่กรองไม่ให้มีโคลน หรือสิ่งสกปรกเข้าสู่เครื่องควบแน่นเท่านั้น

        เครื่องควบแน่นมีรูปแบบทรงกระบอกปิดตลอด ภายในท่อมีโลหะผสมทองแดงมีผิวถ่ายเทความร้อนได้ดี มีจำนวนหลายร้อยท่อ อาจวางไว้ในแนวดิ่งหรือแนวราบก็ได้ผิวสัมผัสในการถ่ายเทความร้อนจะเพิ่มมากขึ้น ถ้ามีจำนวนท่อน้ำเย็นเพิ่มขึ้น แต่ถ้าวางชิดกันมากเกินไปแทนที่ไอน้ำจะผ่านผิวของท่อเหล่านี้ กลับผ่านทางรอบนอกที่เป็นช่องว่าง ซึ่งไหลได้ง่ายกว่าหรืออาจผ่านท่อเพียงบางส่วนเท่านั้น

การทำงานของเครื่องควบแน่นแบบผิวพื้นคือ เมื่อไอน้ำจากเครื่องจักร หรือเครื่องกังหันผ่านเข้ามายังทางเข้าไอน้ำ เมื่อกระทบกับท่อน้ำเย็น ภายในเครื่องควบแน่นซึ่งมีน้ำเย็นหล่อเลี้ยงอยู่ตลอดเวลา จะเกิดการก่อตัวเป็นหยดน้ำตกลงมายังถังรับน้ำ และส่งกลับเข้าหม้อน้ำทางท่อน้ำอุ่นต่อไป ส่วนไอน้ำที่เหลืออยู่ยังไม่ควบแน่น มีฟองอากาศปนอยู่ จะถูกดูดเข้าสู่อุปกรณ์กำจัดฟองอากาศ (air ejector) ต่อไป

2.2 เครื่องควบแน่นแบบสัมผัส (direct contact or jet condenser) แบบนี้น้ำหล่อเลี้ยงและไอน้ำจะผสมกันโดยตรง มีผลทำให้น้ำเลี้ยงมีอุณหภูมิสูงขึ้น น้ำที่นำมาหล่อเย็นจะต้องเป็นน้ำสะอาด แต่ใช้ปริมาณน้อยกว่าแบบพื้นผิวน้ำหล่อเย็นนี้จะรวมกับไอน้ำที่กลายเป็นน้ำ แล้วนำกลับไปป้อนหม้อน้ำอีก

หลักการทำงานคือ ใช้หัวฉีด ฉีดน้ำออกไปให้กระทบไอน้ำที่ส่งเข้ามาในเครื่องควบแน่นเมื่อไอน้ำถูกความเย็นจะกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ น้ำที่ได้จากการกลั่นนี้จะตกลงสู่ดานล่างของเครื่องควบแน่น และถูกดูดเข้าสู่หม้อน้ำต่อไป เครื่องควบแน่นแบบสัมผัสนิยมใช้กับเครื่องกังหันขนาดกลาง สามารถทำไอน้ำกลั่นตัวได้มากกว่า 24000 ปอนด์/ชั่วโมง

3.   เครื่องทำความร้อน (heater) เป็นอุปกรณ์ที่นำเอาความร้อนจากไอน้ำบางส่วนที่ผ่านการใช้งานแล้ว มาถ่ายเทความร้อนให้แก่น้ำเลี้ยงก่อนเข้าสู่หม้อน้ำมีประโยชน์คือ

3.1 ทำให้ประสิทธิภาพของระบบไอน้ำสูงขึ้น

3.2 ประหยัดเชื้อเพลิงที่ใช้ต้มน้ำ

3.3 ทำให้อายุของหม้อน้ำยืนนานขึ้น

3.4 กำจัดก๊าซออกจากน้ำเลี้ยง

3.5 ลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาหม้อน้ำ

เครื่องทำความร้อนแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

1)    แบบปิด ใช้วิธีส่งผ่านความร้อนผ่านผนังท่อแบบที่น้ำและไอน้ำไม่รวมกัน โดยน้ำเลี้ยงไหลผ่านภายในท่อ ส่วนไอน้ำอยู่รอบ ๆ ท่อ ซึ่งในตัวเครื่องทำความร้อนการจดทิศทางการไหลของน้ำเลี้ยงอาจจัดให้ไหลผ่านเพียงครั้งเดียว หรือไหลเวียนหลายรอบก็ได้ เครื่องทำความร้อนแบบปิดนี้ใช้ได้ทั้งความดันสูงและต่ำ ปัจจุบันความดันที่ใช้งานอยู่ระหว่าง 50-900 ปอนด์/ตารางนิ้ว

2)    แบบเปิด เป็นแบบที่น้ำเลี้ยงและไอน้ำมีการผสม และแลกเปลี่ยนความร้อนกันโดยตรงมีช่องทางเปิดสู่บรรยากาศ ความดันภายในเครื่องทำความร้อนเท่ากับความดันบรรยากาศอุณหภูมิของน้ำเลี้ยงใกล้เคียงกับจุดน้ำเดือด ก๊าซที่แยกตัวออกจากน้ำเลี้ยงสามารถระบายออกสู่บรรยากาศได้การทำงานของเครื่องทำความร้อนแบบนี้คือ น้ำเลี้ยงจะถูกป้อนเข้าทางด้านบน แล้วจะถูกฉีด โดยผ่านหัวฉีดตกลงมาที่ถาดที่รองรับอยู่ ส่วนไอน้ำก็ถูกป้อนเข้ามาทางด้านบนเช่นกัน แต่คนละช่องกับน้ำเลี้ยง ภายในเครื่องทำความร้อนจะมีช่องทางบังคับให้ไอน้ำเคลื่อนที่ลงสู่ด้านล่าง ผ่านมาที่ถาดชุดเดียวกัน จึงเกิดการคลุกเคล้าถ่ายเทความร้อนให้น้ำเลี้ยง น้ำเลี้ยงทีตกลงมาถึงด้านล่างของเครื่องทำความร้อนจะมีอุณหภูมิสูง พร้อมที่จะใช้ป้อนเข้าสู่หม้อน้ำต่อไป

อุปกรณ์

1.   เครื่องกำจัดฟองอากาศ (air ejector) เป็นอุปกรณ์ที่มีหน้าที่ กำจัดก๊าซ และสารที่ปนมากับไอน้ำและไม่สามารถกลั่นตัว ซึ่งก๊าซ และสารนี้ ทำให้ความดันในเครื่องควบแน่นสูงขึ้นเรื่อย ๆ อัตราการไหลของไอน้ำ จากเครื่องกังหันไอน้ำเข้าเครื่องควบแน่นจึงต่ำลง มีหลักการทำงานคือ ใช้หัวฉีดไอน้ำเป็นตัวดูดเอาก๊าซและสารพวกที่ไม่สามารถกลั่นตัวได้ออกจากเครื่องควบแน่น แล้วจะผสมกันไป ส่วนที่เป็นไอน้ำก็จะกลั่นตัวเป็นหยดน้ำไหลกลับเข้าไปยังเครื่องควบแน่น ส่วนที่เป็นก๊าซหรือสารที่ปนมากับไอน้ำจะถูกขจัดออกทางท่อระบาย

2.   แกรนด์สตีม คอนเดนเซอร์ (gland steam condenser) เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เป็นเครื่องทำความร้อนอีกตัวหนึ่ง โดยอาศัยไอน้ำจากเครื่องกังหันความดันสูง มาให้ความร้อนแก่น้ำเลี้ยงที่ผ่านเข้ามา ทำให้น้ำเลี้ยงมีอุณหภูมิสูงขึ้น ไอน้ำที่นำมาถ่ายเทความร้อนนี้ เมื่อกลั่นตัวเป็นหยดน้ำแล้ว ก็จะไหลกลับเข้าไปยังเครื่องควบแน่น

3.   ดีแอเรทเทอร์ (deaerator) เป็นอุปกรณ์ที่กำจัดก๊าซที่ปนมากับน้ำ โดยเฉพาะคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ (CO2)  เมื่อปนกับน้ำจะทำให้เกิดกรดคาร์บอนิก ทำความสึกกร่อนให้กับหม้อน้ำหรืออุปกรณ์อื่น การกำจัดก๊าซใช้หลักการ ทำให้น้ำมีอุณหภูมิสูงมากใกล้กับอุณหภูมิของไอน้ำ จะทำให้ก๊าซที่ละลายปนมากับน้ำแยกตัวหนีออกไป

4.   ปั๊ม (pump) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ดูดน้ำ ให้เกิดการไหลเวียนในระบบการทำงานและเพิ่มแรงดันให้กับน้ำด้วย ปั๊มที่ใช้ในโรงจักรไฟฟ้าพลังงานไอน้ำมีหลายแบบ ขึ้นอยู่กับลักษณะของการใช้งาน ดังนี้

4.1 ปั๊มน้ำเลี้ยง (feed water pump) ใช้กับน้ำก่อนเข้าสู่หม้อน้ำ อาจเป็นแบบลูกสูบ (reciprocating) เคลื่อนที่ไปมาในกระบอกสูบ ซึ่งขับด้วยมอเตอร์หรือไอน้ำ หรือแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ (centrifugal) ซึ่งใช้กันมากในโรงไฟฟ้าไอน้ำ อุณหภูมิของน้ำที่เข้าปั๊มอาจสูงขึ้นถึง 500 อาศาฟาเร็นไฮท์ ความดันอาจถึง 1,200 ปอนด์/ตารางนิ้ว

4.2 ปั๊มไหลเวียน (circulating pump) ใช้ปั๊มน้ำเข้ามาที่เครื่องควบแน่นเพื่อกลั่นไอน้ำให้เป็นน้ำ ปริมาณไอน้ำ 1 ปอนด์ จะต้องใช้น้ำเย็น 100 ปอนด์ จึงจะเพียงพอสำหรับการดูดความร้อนออกจากไอน้ำ โดยทั่วไปเป็นปั๊มแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์

4.3 ปั๊มน้ำกลั่น (condensate pump) ใช้นำน้ำที่กลั่นแล้วออกจากเครื่องควบแน่น ซึ่งมีอุณหภูมิค่อนข้างสูง อาจมีปัญหาในเรื่องน้ำที่มีสภาพกึ่งเป็นไอน้ำ จะต้องออกแบบป้องกันไม่ให้มีอากาศรั่วเข้าไปในเครื่องควบแน่นได้ โดยทั่วไปจะวางไว้ในระดับต่ำกว่าทางออกจากเครื่องควบแน่น เพื่อให้น้ำที่กลั่นแล้วไหลเข้าสู่ตัวปั๊ม โดยทั่วไปเป็นปั๊มแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์

5.   อุปกรณ์อุ่นน้ำเลี้ยง (economizer) เป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่นำเอาความร้อนจากก๊าซร้อนที่ใช้งานแล้ว (flue gas) หลังผ่านหม้อน้ำ แต่ยังมีความร้อนเหลืออยู่อีกมากมาผ่านท่อน้ำเลี้ยง ซึ่งเป็นจุดสุดท้ายก่อนที่จะส่งน้ำเลี้ยงเข้าสู่หม้อน้ำ อุปกรณ์อุ่นน้ำเลี้ยงประกอบด้วยน้ำเลี้ยงจำนวนมาก ทำด้วยเหล็กเหนียว มีน้ำเลี้ยงไหลผ่านภายในท่อ ส่วนก๊าซร้อนที่ใช้งานแล้วจะไหลผ่านผิวนอกของท่อ และถ่ายเทความร้อนให้แก่น้ำเลี้ยง การจัดวางท่ออุ่นน้ำเลี้ยง จะพยายามวางตรงจุดที่รับความร้อนมากที่สุดก่อนที่จะปล่อยก๊าซร้อนออกสู่ปล่องทิ้งไป รูปที่ 3-5 เป็นตัวอย่างการจัดวางท่ออุ่นน้ำเลี้ยงแบบต่าง ๆ

 

3 เตาและอุปกรณ์เผาไหม้เชื้อเพลิง

            เนื่องจากความร้อนที่ใช้ในโรงจักรไฟฟ้าพลังงานไอน้ำ ได้มาจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงที่มีทั้งถ่านหิน น้ำมัน หรือก๊าซธรรมชาติ ซึ่งทุกชนิดประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนการที่จะเผาเชื้อเพลิงเหล่านี้จำเป็นต้องใช้อากาศที่มีสัดส่วนพอเหมาะมาผสม จึงจะได้ปริมาณความร้อนเพียงพอสำหรับหม้อน้ำ ดังนั้นจึงต้องมีอุปกรณ์สำหรับที่จะรับเชื้อเพลิงและอากาศให้ที่อัตราส่วนกับอุปกรณ์ที่ใช้เชื้อเพลิงเป็นของแข็ง เรียกว่า สโตกเกอร์ (stoker) ที่ใช้เชื้อเพลิงของเหลวเรียกว่าเบอร์เนอร์ (burmers) อุปกรณ์ในการเผาไหม้เชื้อเพลิงต้องมีคุณสมบัติ ดังนี้

1.   จัดการผสมเชื้อเพลิงและอากาศให้เข้ากันได้เป็นอย่างดี

2.   จัดอัตราส่วนระหว่างเชื้อเพลิงและอากาศให้มีสัดส่วนที่พอเหมาะสำหรับการเผาไหม้ที่ดีและสมบูรณ์ที่สุด

3.   มีการปรับเปลี่ยนปริมาณเชื้อเพลิงที่ป้อนได้สมดุลกับโหลดที่เปลี่ยนแปลง

4.   มีความแน่นนอนในการจุดระเบิดของเชื้อเพลิง ทำให้การลกไหม้เป็นไปได้อย่างต่อเนื่อง

 

เตาไฟที่ใช้สำหรับการเผาไหม้เชื้อเพลิง แบ่งตามลักษณะผนังเตาได้เป็น 2 แบบ คือ

ผนังเตาสะท้อนมีแบบกลวงและแบบตัน แบบกลวงนั้นชั้นนอกเป็นอิฐอย่างดี ชั้นในเป็นอิฐทนไฟอย่างดีพิเศษ อาจผสมซิลิกอนคาร์ไบด์, แคลเซี่ยม, โครเมี่ยม เพื่อทนต่อความร้อนสูง ๆ ตรงกลางระหว่างอิฐชั้นนอกและชั้นในมีไว้เพื่อให้อากาศผ่านเพื่อระบายความร้อน และอุ่นอากาศก่อนที่จะนำไปใช้ในการเผาไหม้เชื้อเพลิง สำหรับแบบตัวจะประกอบด้วยอิฐหลาย ๆ ชั้น ชั้นในสุดต้องเป็นอิฐทนไฟอย่างดีเช่นเดียวกัน ผนังเตาสะท้อนแบบตัน ใช้กับเตาที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 2,200 องศาฟาเร็นไฮท์ แบบกลวงใช้กับเตาที่มีอุณหภูมิ 2,200-2,400 องศาฟาเร็นไฮท์

ผนังเตาหล่อเย็น จะมีท่อน้ำเรียงเป็นแผงรอบผนังเตาด้านใน เพื่อให้น้ำเย็นภายในท่อดูดเอาความร้อนที่แผ่มาถึงผนังเตาไว้ก่อน เป็นการป้องกันไม่ให้อุณหภูมิของผนังเตาสูงเกินไป ค่าใช้จ่ายสูงกว่าแบบผนังเตาสะท้อน แต่ป้องกันการเสียหายแก่ผนังเตาได้มากกว่า การวางท่อน้ำภายในเตา อาจวางรอยอยู่บนผนังเตา, มีอิฐหุ้มอยู่ครึ่งหนึ่ง, มีอิฐห่อหุ้มทั้งหมด หรือแบบมีคีบเพื่อช่วยดูดซึมความร้อน ผนังเตาหล่อเย็น ใช้กับเตาที่มีอุณหภูมิ 2,400-3,500 องศาฟาเร็นไฮท์

การลำเลียงเชื้อเพลิงเข้าเตาเผาไหม้ แบ่งตามชนิดของเชื้อเพลิงที่เผ่าไหม้      ดังนี้

1.   เชื้อเพลิงที่เป็นของแข็ง

1.1 แฮนด์ไฟร์ (hand fired)

1.2 สโตกเกอร์ไฟร์ (stoker fired)

1.3 พัลเวอร์ไรซ์ฟูเอลไฟร์ (pulverized fuel fired)

2.   เชื้อเพลิงที่เป็นของเหลว (oil burner)

3.   เชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซ (gas burner)

แฮนด์ไฟร์ เป็นการป้อนเชื้อเพลิงแบบง่ายที่สุด โดยใช้คนงานที่มีความชำนาญในการกระจ่ายถ่านหินให้ทั่วสม่ำเสมอ บนตะกรับเตาไฟ ซึ่งทำจากเหล็กหล่อเป็นตอน ๆ อากาศที่ใช้สำหรับเผาไหม้จะถูกส่งจากใต้เตา และเหนือตะกรับเตาไฟ ซึ่งเป็นไปตามธรรมชาติ การป้อนเชื้อเพลิงแบบนี้ใช้กับหม้อน้ำขนาดเล็ก ๆ ประสิทธิภาพการเผาไหม้เชื้อเพลิงต่ำ ไม่เหมาะสำหรับการเปลี่ยนแปลงโหลด ทันทีทันใด

สโตกเกอร์ไฟร์ เป็นการป้อนเชื้อเพลิงโดยใช้เครื่องจักรกลแทนการใช้คนงานปกติจะใช้กับเตาหม้อน้ำขนาดใหญ่ ใช้ถ่านหินเป็นก้อน สโตกเกอร์ไฟร์แบ่งออกเป็น 2 แบบ คือ

1.   แบบป้อนบน (overfeed stoker) เป็นแบบที่มีการป้อนเชื้อเพลิงเข้าไปในเตาโดยป้อนเข้ามาทางด้านบนของตะกรับเตาไฟ ส่วนอากาศจะผ่านจากส่วนล่างของเชื้อเพลิงขึ้นข้างบน เมื่อถ่านหินถูกเผาไหม้ ขี้เถ้าจะตกลงมาที่ส่วนล่างผ่าน ตะกรับเตาไฟ ถ่านหินชุดต่อไปก็จะถูกป้อนเข้ามาอีก อากาศชุดแรกที่ผ่านร่องตะกรับเตาไฟ และชันของขี้เถ้าขึ้นมาจะถูกทำให้ร้อน เมื่อผ่านเข้ามาถึงถ่านหินที่กำลังเผาไหม้อยู่ ก็จะทำให้เกิดเผาไหม้ได้เร็วมากในชั้นในอ๊อกซิเจนถูกใช้หมดไป จึงจะเป็นต้องรับอากาศจากด้านข้างเตาเป็นชุดที่สองจึงจะทำให้การเผาไหม้เกิดขึ้นโดยสมบูรณ์

2.   แบบป้อนล่าง (underfeed stoker) เป็นแบบที่มีการป้อนเชื้อเพลิงเข้าไปในเตา ในจุดที่ต่ำกว่า ทางเข้าของอากาศที่ใช้ในการเผาไหม้ ถ่านหินชั้นบนสุดจะถูกเผาไหม้กลายเป็นขี้เถ้าพร้อมกับถูกดันให้ไปอยู่ด้านข้างของกองถ่านหินอาจเป็นแบบลูกสูบ หรือแบบเกลียวก็ได้ ขณะที่ถ่านหินถูกดันเข้าไปในเตา ถ่านหินจะได้รับความร้อน ทำให้สารระเหิดที่มีอยู่ในถ่านหินกลายเป็นไอ และอาจเกิดการติดไฟขึ้น อากาศชุดที่หนึ่งจะถูกอัดขึ้นมาทางช่องเล็ก ๆ ของตะกรับเตาไฟจากทางด้านล่างยังคงเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ จะต้องมีอากาศชุดที่สองป้อนเข้ามาด้านข้างของเตา เช่นเดียวกับแบบป้อนบนดังที่กล่าวมาแล้ว

พัลเวอร์ไรซ์ ฟูเอลไฟร์ เตาแบบนี้ใช้กับถ่านหินบดเป็นผงละเอียด และจะถูกเป่าด้วยลมผ่านหัวพ่นเข้าไปในเตาเผาไหม้ ซึ่งวิธีการเช่นนี้จะทำให้การเผาไหม้มีประสิทธิภาพดีกว่า การเผาไหม้ถ่านหินที่เป็นก้อน การป้อนเชื้อเพลิงแบบนี้แบ่งออกตามลักษณะวิธีการพ่นผงถ่านหินเข้าไปในเตาเผาไหม้ได้ 4 วิธีคือ

1.   พ่นในแนวดิ่ง (long flame burner)

การพ่นลักษณะนี้ ผงถ่านหิน และอากาศชุดแรกจะถูกพ่นจากด้านบนของเตาลงมาในแนวดิ่งเปลวไฟจะมีขนาดยาว และเข้มข้น อากาศชุดที่สองจะถูกพ่นจากผนังเตาด้วยความเร็วสูงตั้งฉากกับลำผงถ่านหินและอากาศชุดแรก ทำให้เปลวสั้นลงและเข้มข้นมากขึ้น วิธีนี้การกระจายของเปลวไฟไม่ค่อยดีนัก และต้องอาศัยอากาศปริมาณมาก

2.   พ่นในแนวสัมผัส (tangential burner)

การพ่นลักษณะนี้ ผงถ่านหินจะถูกพ่นเข้ามาทั้ง 4 ด้าน จากหัวพ่นที่อยู่ตามมุมทั้ง 4 ของเตาเผาไหม้ การติดตั้งหัวพ่นอาจทำในลักษณะให้เหลวไฟที่เกิดขึ้นขนานกับผนังเตา หรือให้บรรจบกันที่กลางเตาเป็นวงกลมก็ได้ การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นจะเป็นไปอย่างสมบูรณ์โดยที่เปลวไฟจะสั้นอุณหภูมิภายในเตา ต่ำกว่าการใช้หัวพ่นแบบแนวดิ่งและแนวราบ

3.   พ่นในแนวราบ (turbulent burner)

การพ่นลักษณะนี้ผงถ่านหินและอากาศชุดแรกจะถูกพ่นเข้าหาผนังของเตาในแนวราบและจะมีอากาศชุดที่สองป้อนผสมเข้ามาที่บริเวณใกล้กับหัวพ่น เพื่อให้การลุกไหม้ของผงถ่านหินเป็นไปโดยสมบูรณ์ สามารถจัดเปลวไฟให้มีขนาดสั้น – ยาว เข้มข้นได้ตามต้องการหัวพ่นแบบนี้ออกแบบให้ใช้ได้กับเชื้อเพลิงทั้งผงถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซ ใช้งานได้ดีกว่าหัวพ่นแบบแนวดิ่ง ให้ความร้อนสูงมากถึง 100 ล้าน บี.ที.ยู/ชั่วโมง สำหรับหัวพ่นหนึ่งหัว

4.   พ่น ลม-วน (cyclone burner)

ห้องเผาไหม้แบบนี้มีรูปทรงกระบอกวางอยู่ในแนวราบ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 5-10 ฟุต ผนังห้องเผาไหม้หล่อเย็นด้วยน้ำ ถ่านหินที่ใช้ไม่จำเป็นต้องเป็นผง อาจใช้เป็นก้อนได้โตถึง ¼ นิ้ว อากาศชุดแรกและถ่านหินถูกส่งเข้าไปในทางเดียวกัน อากาศชุดที่สองหรืออากาศร้อนจะถูกป้อนเข้าห้องเผาไหม้ด้วยความเร็วและความดันสูง ในแนวสัมผัสกับผนังของห้องเผาไหม้ ทำให้เกิดการหมุนวนคลุกเคล้ากับถ่านหินและอากาศชุดแรกเริ่มติดไฟแล้วหมุนตัวออกเข้าสู่เตาต่อไป ความร้อนที่ได้จากการเผาไหม้มีค่าสูงมาก ขี้เถ้าที่อยู่ในลักษณะเกาะตัวกัน จะไหลออกมาได้เพราะการติดตั้งเตาจะเอียงไว้            

            การลำเรียงเชื้อเพลิงที่เป็นของเหลวเข้าเตาเผาไหม้ (oil bruner) หรือใช้หัวพ่นน้ำมัน มีวิธีการคือ รับน้ำมันเข้ามาในอัตราตามปริมาณความต้องการความร้อนของหม้อน้ำผสมคลุกเคล้ากับอากาศให้ได้สัดส่วน แล้วพ่นเข้าไปทำให้เกิดการลุกไหม้ในเตาไฟ วิธีการเตรียมเชื้อเพลิง หรือน้ำมันเพื่อผสมกับอากาศ ส่วนมากใช้การฉีดให้เป็นฝอย แบ่งออกเป็น 3 วิธีคือ

1.   ผสมน้ำมันกับไปน้ำ (steam atomizer) หลักการทำงานคือ หัวพ่นจะทำเป็น 2 ชั้น ชั้นในเป็นท่อไอน้ำ ชั้นนอกเป็นท่อน้ำมัน เมื่อน้ำมันผ่านไปที่หัวพ่น จะได้รับความร้อนจากไอน้ำความหนืดลดลง เข้าผสมกับไอน้ำเกิดการแตกกระจายแล้วส่งออกจากหัวพ่นรวมกับอากาศร้อนทำให้เกิดการเผาไหม้ในเตา ไอน้ำที่ใช้ควรเป็นไอดง (superheat steam) จะทำให้เปลวไฟสม่ำเสมอ ใช้ปริมาณ 2-4% ของไอน้ำที่ผลิตได้ความดันของไอน้ำ 5-50 ปอนด์/ตารางนิ้ว น้ำมันที่ใช้มี 2 ชนิดคือ น้ำมันเบา (light oil) เป็นน้ำมันสำหรับการจุดเตาเริ่มแรก และน้ำมันปิโตรเลียมดิบ (crude oil) ใช้เป็นน้ำมันเชื้อเพลิงในการเผาไหม้ โรงไฟฟ้าไอน้ำในประเทศไทย เป็นแบบผสมน้ำมันกับไอน้ำดังกล่าว

2.   อัดน้ำมันด้วยความดันสูง (pressure atomizer) หลักการทำงานคือ ใช้วิธีปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิงให้มีความดันสูง เพื่อใช้น้ำมันเข้าสู่เตาไฟ เหมาะที่จะใช้กับน้ำมันที่ความหนืดต่ำ และน้ำมันอาจมีการอุ่นให้ร้อนขึ้น ความดันของน้ำมันที่หัวพ่น 15-65 ปอนด์/ตารางนิ้ว การควบคุมความดันทำได้โดยการปิด-เปิดล้ม ทำได้ทั้งแบบอัตโนมัติและควบคุมด้วยมือ การควบคุมแบบอัตโนมัติจะใช้วิธีควบคุมด้วยความดันของไอน้ำในหม้อน้ำโดยตรง หรือใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ก็ได้ปลายหัวพ่นจะต้องได้รับการดูแลเป็นพิเศษ เพราะถ้าเกิดขัดข้องหรือมีการสึกหรอ จะทำให้ปริมาณการจ่ายน้ำมัน และลักษณะของเปลวไฟผิดพลาดได้

3.   โดยการหมุนเหวี่ยง (rotary cup atomizer) หลักการทำงานคือ ใช้แรงเหวี่ยงให้น้ำมันกระจายออก โดยน้ำมันจะเข้ามาทางท่อด้านหลังของหัวพ่น เข้าผสมกับอากาศที่ป้อนเข้ามายังหัวพ่นนี้ หัวพ่นมีลักษณะเป็นถ้วยหมุนอยู่ตลอดเวลา เกิดแรงเหวี่ยงทำให้น้ำมันกระจายเข้าคลุกเคล้า ผสมกับอากาศ ก่อนส่งสู่เตาเผาไหม้ หัวพ่นแบบนี้ใช้กับหม้อน้ำขนาดเล็กและขนาดกลาง ใช้ได้ทั้งน้ำมันเบาและน้ำมันหนัก

การลำเลียงเชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซเข้าเตาเผาไหม้ (gas burner) หรือใช้หัวพ่นก๊าซเป็นวิธีการที่เหมาะสมสำหรับการใช้หัวพ่นเพราะก๊าซทำได้ง่ายกว่าน้ำมัน หรือถ่านหินโดยจะแบ่งลำก๊าซเชื้อเพลิงให้เป็นลำเล็ก ๆ หลายลำ ออกจากหัวฉีด (nozzle) พ่นเข้าไปในเตาไฟ พร้อมกับอากาศ เพื่อทำการผสมคลุกเคล้า และเกิดการลุกไหม้ขึ้น แต่การจ่ายก๊าซเชื้อเพลิง จะต้องควบคุมให้สัมพันธ์กับความร้อนที่หม้อน้ำต้องการ อากาศที่เข้าไปผสมต้องมีปริมาณได้สัดส่วนกับเชื้อเพลิง และต้องผสมให้เข้ากันได้อย่างดี แต่ก็ทำได้ไม่ยาก เพราะทั้งอากาศและเชื้อเพลิงที่อยู่ในสถานะที่เป็นก๊าซเหมือนกัน

 

3.4 หม้อน้ำ (boiler)

            หม้อน้ำ หมายถึง ภาชนะที่บรรจุน้ำภายในใต้ความดันสูง เป็นแหล่งเกิดพลังงานที่ได้รับความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง ทำให้น้ำที่บรรจุอยู่ในหม้อน้ำกลายเป็นไอน้ำ แล้วไอน้ำนั้นเข้าไปขับเคลื่อนเครื่องจักรหรือเครื่องกังหันเปลี่ยนเป็นพลังงานกลจากนั้นถ้าต้องการพลังงานไฟฟ้า ก็นำไปต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่อไป เหตุที่ทำให้น้ำที่บรรจุอยุ่ในหม้อน้ำมีความดันสูงเพราะว่าจะทำให้จุดเดือนของไอน้ำสูงขึ้น เพื่อจะได้พลังงานจากไอน้ำมากขึ้น

            หม้อน้ำแบ่งเป็นประเภทใหญ่ ๆ ได้ 2 ประเภท คือ

1.   หม้อน้ำประเภทหลอดไฟ (fire tube boiler) คือ หม้อน้ำที่หลอดไฟอยู่ในตัวของหม้อน้ำก๊าซที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงจะผ่านเข้าไปในหลอด หรือท่อที่ด้วยโลหะขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2-4 นิ้ว ซึ่งเป็นสื่อความร้อนที่ดี ความร้อนจะถูกถ่ายเทให้แก่น้ำที่อยู่ภายนอกท่อ และมีเปลือกของหม้อน้ำหุ้มอยู่อีกชั้นหนึ่ง เปลือกของหม้อน้ำนี้ทำหน้าที่รักษาความดันภายในหม้อน้ำไว้ด้วย หลอดไฟในหม้อน้ำเป็นแบบท่อตรงวางขนานกับแกนของหม้อน้ำ ข้อดีของหม้อน้ำประเภทหลอดไฟคือ น้ำหนักเบา ราคาถูก มีขนาดกระทัดรัด มีความจุของน้ำในหม้อน้ำสูง ส่วนข้อเสียคือ ไม่สามารถผลิตไอน้ำที่มีความดันสูงมาก ๆ ใช้เวลานานในการเริ่มติดเตากว่าจะได้ไอน้ำออกมาใช้งานเพราะเก็บน้ำไว้เป็นปริมาณมาก และต้องมหมั่นทำความสะอาดสิ่งสกปรกในหลอดไฟ

หม้อน้ำประเภทหลอดไฟ แบ่งเป็นชนิดย่อยได้ 3 ชนิดคือ

1.1 หม้อน้ำหลอดเปลวไฟ (flame tube boiler)

1.2 หม้อน้ำหลอดร้อน (hot tube boiler)

1.3 หม้อน้ำหลอดผสม (combination tube boiler)

หม้อน้ำหลอดเปลวไฟ หลอดเปลวไฟเป็นหลอดขนาดใหญ่ มีลักษณะเป็นท่อทรงกระบอก วางขนานกับหม้อน้ำ ตัวหลอดทำด้วยเหล็กเหนียวรีด (rolled steel) ประกอบติดกับตัวหม้อน้ำโดยวิธีย้ำหมุดตอนปลายท่อ อาจมีหลอดเดียวหรือสองหลอดวางคู่ขนาดกันก็ได้ มีพื้นที่การถ่ายเทความร้อน อยู่ที่รอบ ๆ หลอดไฟใช้เชื้อเพลิงที่มีค่าความร้อนสูง มีกากเชื้อเพลิง หรือขี้เถ้าน้อย ส่วนมากมักเป็นน้ำมันหรือก๊าซ ก๊าซร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ จะส่งถ่านความร้อนให้กับผนังหลอดผ่านออกไปสู่น้ำที่บรรจุอยู่ในหม้อน้ำ จากนั้นจะไหลผ่านท่อเครื่องทำไอดง (superheater) และท่ออุ่นน้ำเลี้ยง แล้วจึงผ่านปล่องออกสู่บรรยากาศภายนอก โดยมีพัดลมดูดอากาศติดตั้งไว้บริเวณใกล้ปล่อง เพื่อบังคับทิศทางการไหลของก๊าซร้อนให้เป็นไปตามที่ต้องการ

หม้อน้ำหลอดร้อน มีลักษณะคล้ายกับหลอดเปลวไฟ แต่หลอดไฟจะมีขนาดเล็กกว่าหลอดเปลวไฟมาก เตาเผาไหม้แยกไว้ส่วนหนึ่งทางด้านล่าง ด้านข้างของหม้อน้ำจะคลุมเตาไฟไว้ จึงสามารถดูความร้อนจากเตาไฟส่วนที่สูญเสียออกไปทางด้านข้างได้ ก๊าซร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ของเตา จะแยกไหลเข้าชุดหลอดร้อน เพื่อถ่ายเทความร้อนให้น้ำ การเล่นไหลของก๊าซร้อนอาจผ่านหลอดไฟ ออกไปทางปล่องครั้งเดียวโดยไม่วนกลับเข้าหม้อน้ำอีก หรืออาจให้วนกลับเข้าหม้อน้ำอีก แล้วจึงออกไปทางปล่องก็ได้ เรียกว่าหม้อน้ำแบบเตาสั้น (short fire box) ซึ่งเป็นที่นิยมใช้กันมาก เพราะประหยัดเนื้อที่ในการติดตั้ง มีพื้นที่รับความร้อนเพื่อที่จะถ่ายเทให้กับน้ำในหม้อน้ำมาก เพราะประหยัดเนื้อที่ในการติดตั้ง มีพื้นที่รับความร้อนเพื่อที่จะถ่ายเทให้กับน้ำในหม้อน้ำมาก สามารถผลิตไอน้ำที่มีความดันสูงถึง 250 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว อัตราการผลิตสูงถึง 15,000 ปอนด์/ชั่วโมง แต่ก็มีข้อเสียคือการทำความสะอาดค่อนข้างยาก การใช้น้ำเลี้ยงจะต้องเป็นน้ำที่ไม่มีตะกอน หม้อน้ำชนิดนี้มักจะใช้กับเครื่องจักรไอน้ำ หรือเป็นหม้อน้ำขนาดเล็ก ที่ไม่มีการผลิตไอน้ำ

            หม้อน้ำหลอดผสม ตามรูปที่ 3-14 หม้อน้ำชนิดนี้ มีทั้งหลอดเปลวไฟ ซึ่งมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 1-2 เมตร และหลอดร้อนมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 5-10 เซนติเมตร ประกอบรวมกันอยู่พื้นที่ในการถ่ายเทความร้อนให้กับน้ำในหม้อน้ำมีมากกว่าชนิดหลอดเปลวไฟ ความร้อนจากเตาเผาไหม้จะไหลแล่นผ่านหลอดเปลวไฟ เข้าสู่หลอดร้อนผ่านที่พักไอน้ำ (steam dome) ผ่านเครื่องทำไอดง แล้วจึงออกจากปล่องไปสู่บรรยากาศภายนอก โดยมีพัดลมดูดอากาศ เพื่อบังคับทิศทางการไหลของก๊าซร้อน เช่นเดียวกับหม้อน้ำชนิดหลอดเปลวไฟ

2.   หม้อน้ำประเภทหลอดน้ำ (water tube boiler) คือ

หม้อน้ำที่มีหลอดหรือท่อ ที่ทำด้วยโลหะ เป็นสื่อความร้อนที่ดี บรรจุอยู่ภายในเตาไฟ น้ำที่ต้องการต้มจะไหลอยู่ภายในหลอด ความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง จะเผาผิวภายนอกรอบ ๆ หลอด เพื่อถ่ายเทความร้อนให้กับน้ำที่อยู่ภายในหลอด เป็นหม้อน้ำที่ผลิตไอน้ำความดันสูง 150-5,000 ปอนด์/ตารางนิ้ว ปริมาณไอน้ำที่ผลิตได้ตั้งแต่ 15,000 ปอนด์/ชั่วโมงขึ้นไป

ส่วนประกอบที่สำคัญคือ ดรัม ซึ่งเป็นที่เก็บน้ำรูปทรงกระบอกภายในมีอุปกรณ์แยกน้ำและไอน้ำออกจากกัน อาจมีตั้งแต่ 1-4 ดรัม ขึ้นอยู่กับลักษณะงานที่ต้องการใช้ไอน้ำว่าจะมีความต้องการมากน้อยเพียงใด ขนาดของดรัมเมื่อเปรียบเทียบกับถังเก็บน้ำของหม้อน้ำแบบหลอดไฟจะเล็กกว่าเพราะดรัมของหม้อน้ำแบบหลอดน้ำ ไม่ได้รับความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง มีหน้าที่เก็บน้ำและไอน้ำเท่านั้น

หม้อน้ำประเภทหลอดน้ำ แบ่งเป็นชนิดย่อยได้ 2 ชนิดคือ

2.1 หม้อน้ำหลอดตรง

2.2 หม้อน้ำหลอดโค้ง

หม้อน้ำหลอดตรง หม้อน้ำชนิดนี้ประกอบด้วยท่อน้ำหรือหลอดน้ำมีลักษณะตรงวางขนานกัน โดยวางเอียงทำมุมกับแนวราบ 5-15 องศา ที่ด้านหัวและด้านท้ายของหลอดจะมีเฮดเดอร์ (Header) มีลักษณะเป็นกล่อง สำหรับให้ปลายของหลอดน้ำทั้งหมดต่อเข้าด้วยกันเพื่อทำให้น้ำไหลวนดีขึ้น เฮดเดอร์ด้านท้ายใช้สำหรับจ่ายน้ำเลี้ยงเข้าหลอดน้ำเฮดเดอร์ด้านหัวใช้สำหรับเป็นที่เก็บน้ำร้อนที่มีความดันสูงก่อนจะส่งเข้าสู่ดรัม

ระบบการทำงานของหม้อน้ำแบบหลอดตรงคือ น้ำเลี้ยงจะถูกป้อนเข้าสู่หม้อน้ำที่ดรัม ทางด้านหลอดน้ำที่มีระดับต่ำหรือเฮดเดอร์ด้านท้าย ขณะเดียวกับหลอดเมื่อได้รับความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง ก็จะเคลื่อนที่ขึ้นตามหลอดน้ำเข้าสู่เฮดเดอร์ด้านหัว ไหลขึ้นไปยังดรัม ส่วนที่เป็นไอน้ำ จะแยกขึ้นด้วยบนของดรัม น้ำส่วนที่เหลือจะปะปนกับน้ำเลี้ยงไหลกลับลงมารับความร้อนอีกครั้ง วนเวียนลักษณะนี้ตลอดการทำงาน

หลอดตรงจะประกอบเป็นชุด ชุดหนึ่งประกอบด้วยหลอดน้ำประมาณ 20-50 หลอด ถ้าเป็นหม้อน้ำขนาดใหญ่ จะมีชุดหลอดติดตั้งขนานกันหลายชุด ทิศทางการไหลของก๊าซร้อนที่ได้จากการเผาไหม้จะไหลไปตามทางที่บังคับไว้ในเตาคือ จะไหลผ่านหลอดน้ำ ผ่านห่อ เครื่องทำไอดง ผ่านท่ออุ่นน้ำเลี้ยง แล้วจึงปล่อยออกสู่บรรยากาศภายนอกข้อดีของหม้อน้ำแบบตรงคือ ไม่เปลืองเนื้อที่ในแนวสูง สามารถตรวจและเปลี่ยนน้ำได้สะดวก ทำความสะอาดพื้นที่ผิวรับความร้อนได้ง่าย สำหรับข้อเสียคือ ไม่สามารถให้กำเนิดไอน้ำได้ในอัตราสูงมากนัก เนื่องจากอุปกรณ์แยกไอน้ำออกจากน้ำ ทำงานได้ค่อนข้างยาก เพราะมีพื้นที่น้อยและอยู่ในที่จำกัด

หม้อน้ำหลอดโค้ง มีลักษณะการสร้างง่ายกว่าแบบหลอดตรง ไม่มีแฮดเดอร์ ปลายของหลอดน้ำจะฝังเข้าไปในดรัมซึ่งมีจำนวนตั้งแต่ 1-4 ดรัม จากดรัมล่างถึงดรัมบนใช้หลอดน้ำตัดโค้งต่อถึงกัน หม้อน้ำที่ใช้ในโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ เป็นหม้อน้ำหลอดโค้งทั้งหมด ข้อดีของหม้อน้ำหลอดโค้งคือ สามารถเลือกใช้วัสดุที่มีความแข็งแรงสูง ตรวจระบบหม้อน้ำ ทำความสะอาดบำรุงรักษาง่าย มีสมรรถนะสูง ให้กำเนิดไอน้ำได้รวดเร็วได้ไอน้ำที่แห้งมากกว่า

หม้อน้ำในปัจจุบันได้มีการพัฒนาขึ้นมาก ปริมาณการผลิตอาจสูงถึง 90,000 ปอนด์/ชั่วโมง ความดัน 820 ปอนด์/ตารางนิ้ว อุณหภูมิ 850 องศาฟาเรนไฮท์ หม้อน้ำยิ่งให้กำเนิดไอน้ำที่มีความดันสูง จะต้องสร้างครัมและหลอดน้ำ ให้มีความหนาเพิ่มขึ้นในสภาวะที่มีความกดดันสูง ๆ ความหนาแน่นของน้ำและไอน้ำในหม้อน้ำจะมีความแตกต่างกันน้อยมาก ทำให้การไหลวนของน้ำในหลอดลดน้อยลง จำเป็นต้องติดตั้งปั๊มวนน้ำเลี้ยง (circulating feed pump) เพิ่มเข้าไปในระบบ สมรรถนะของหม้อน้ำจึงจะไม่ตกต่ำลง

            หม้อน้ำหลอดโค้งมี 2 ดรัม ประกอบด้วยท่อน้ำส่วนที่ทำหน้าที่เป็นฉนวนกับความร้อนไม่สูญเสียจากหม้อน้ำเรียกชื่อเฉพาะว่า “ผนังน้ำ” (อยู่ในรูปที่ 3-16 ด้านซ้ายมือ) และมีดรัม 2 ดรัม วางตรงกันในแนวดิ่ง ลักษณะการไหลวนของน้ำภายในระบบคือ น้ำเลี้ยงเข้าสู่หม้อน้ำตัวบนไหลลงทางหลอดน้ำลงสู่ดรัมตัวล่าง หมุนวนสู่ดรัมตัวบนอีกครั้ง โดยผ่านทางผนังน้ำและหลอดน้ำอีกชุดหนึ่งหลังจากได้รับการถ่ายเทความร้อนจากก๊าซร้อนในเตาไฟ การนำไอน้ำออกไปใช้งานจะให้ออกทางเหนือน้ำขจองดรัมตัวบน

            หม้อน้ำหลอดโค้งมี 3 ดรัม มีลักษณะการจัดวางดรัม คือ จะวางตรงกันในแนวดิ่ง 2 ดรัม และอีกตัวจะวางในแนวระดับเดียวกับดรัมตัวบน หรือต่ำกว่าเล็กน้อยอยู่ใกล้บริเวณเปลวไฟลักษณะการไหลวนของน้ำภายในระบบคือ น้ำเลี้ยงเข้าสู่หม้อน้ำตัวบนไหลวนลงสู่ดรัมตัวล่างที่อยู่ตรงกันรับความร้อนจากก๊าซร้อน แล้ววนไปยังดรัมตัวที่สาม ผ่านท่อป้อนระดับกลับไปยังตัวที่หนึ่งใหม่ ลักษณะคล้ายกับแบบ 2 ดรัม โดยมีดรัมตัวที่สามเพิ่มขึ้นในบริเวณของผนังน้ำ ใช้เพื่อพักน้ำและไอน้ำ ก่อนเข้าสู่ดรัมใหญ่ที่ให้กำเนิดไอน้ำ

            หม้อน้ำหลอดโค้งมี 4 ดรัม มีลักษณะการจัดวางดรัมคือ จะวางในแนวระนาบเรียงกัน 3 ดรัม 2 ดรัม ด้านซ้ายทำหน้าที่พักน้ำและไอน้ำร้อนก่อนเข้าสู่ดรัมใหญ่ด้านขวา ซึ่งทำหน้าที่แยกน้ำและไอน้ำออกจากกัน เพื่อนำไปใช้งาน และดรัมตัวที่ 4 จะวางไว้ด้านล่าง เพื่อรับน้ำเลี้ยงที่ส่งลงมาจากดรัมด้านบน การไหลวนของน้ำในระบบเป็นไปดังรูปที่ 3-18 หลอดน้ำทางด้านซ้ายอยู่ใกล้บริเวณที่เกิดการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงมีอุณหภูมิสูง น้ำจะไหลจากดรัมตัวล่างขึ้นสู่ดรัมตัวบน ส่วนหลอดน้ำที่อยู่ห่างจากบริเวณที่เกิดการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง มีอุณหภูมิต่ำกว่าน้ำจะไหลจากดรัมตัวบนสู่ดรัมตัวล่าง เพื่อหมุนวนเข้ามารับความร้อนที่เกิดขึ้นตรงจุดที่มีความร้อนเกิดขึ้นมากที่สุด

 

3.5 อุปกรณ์ประกอบหม้อน้ำ

            อุปกรณ์ประกอบหม้อน้ำ จะช่วยให้การทำงานของหม้อน้ำเป็นไปอย่างสมบูรณ์        มีประสิทธิภาพ ประหยัด และมีความปลอดภัยมากที่สุด

1.   ลิ้นนิรภัย (safety valve) เป็นอุปกรณ์ป้องกันอันตรายที่อาจเกิดขึ้นกับหม้อน้ำโดยทำหน้าที่ระบายไอน้ำที่มีความดันสูงเกินพิกัดให้ออกสู่บรรยากาศ เพราะถ้าความดันในหม้อน้ำสูงเกินไป อาจทำให้เกิดการระเบิดได้ หลังจากที่ระบายไอน้ำออกจากความดันในหม้อน้ำลดลงสู่ภาวะปกติ ลิ้นนิรภัยจะปิดตัวเองด้วยแรงดันของสปริงที่กดอยู่หลังลิ้นการหมั่นดูแล ทดสอบการทำงานและความสะอาดลิ้นนิรภัยเป็นระยะ หรือตามเวลาที่กำหนดจะทำให้ความปลอดภัยสูง

2.   เครื่องวัดความดันไอน้ำ (steam pressure gage) เป็นอุปกรณ์ที่แสดงให้ทราบว่าความดันของไอน้ำในหม้อน้ำ มีค่ามากน้อยเท่าใด ติดตั้งอยู่ด้านหน้าของหม้อน้ำในตำแหน่งที่มองเห็นได้ง่าย มักจะติดตั้งไว้สองเครื่อง ถ้าเครื่องหนึ่งเสีย ให้ใช้อีกเครื่องหนึ่งแทน ถ้าเครื่องทั้งสองบอกค่าไม่เท่ากัน จะใช้วิธีหาค่าเฉลี่ย

3.   เครื่องดูระดับน้ำ (water gage) เป็นอุปกรณ์ที่ตั้งไว้ เพื่อให้ทราบระดับน้ำเลี้ยงในหม้อน้ำ ลักษณะเป็นหลอดแก้วติดอยู่ด้านหน้าของหม้อน้ำทำให้สามารถมองเห็นระดับน้ำภายในตัวหม้อน้ำได้ เพราะระดับน้ำที่หลอดแก้วกับในหม้อน้ำ จะมีระดับตรงกันเสมอ หลอดแก้วใช้กับหม้อน้ำที่มีความดันไม่เกิน 150 ปอนด์/ตารางนิ้ว ถ้าแรงดันมากกว่า 150 ปอนด์/ตารางนิ้ว จะใช้แท่งแก้วแทน โดยการเจาะที่ผนังหม้อน้ำแล้วนำเอาแท่งแก้วประกบเข้ากับผนังหม้อน้ำโดยมีประเก็นรองรับแท่งแก้ว และใช้สกรูยึดบริเวณรอบ ๆ ป้องกันน้ำและไอน้ำรั่วออกมาภายนอก

4.   ลิ้นปิดไอน้ำ (stop valve) เป็นอุปกรณ์ควบคุมไอน้ำที่ใช้สำหรับเครื่องจักรต่าง ๆ ตัวลิ้นทำจากทองเหลือง หรือนิกเกิ้ล มีลักษณะเป็นแผ่นกลม มีรูตรงกลาง และต่อกับปลายก้านลิ้นการเปิดลิ้นครั้งแรกต้องหมุนล้อเปิดไว้ประมาณ 1/10 รอบ รอจนไอน้ำเข้าไปในท่อจนเต็ม จึงเปิดลิ้นให้เต็มที่ได้ ทั้งนี้เพราะอุณหภูมิและความดันระหว่างช่องทางที่ไอน้ำเข้ากับช่องทางที่ไอน้ำออกนั้นแตกต่างกันมาก ถ้าเปิดใช้งานเต็มที่ทันทีท่อที่นำไอน้ำไปใช้งานขยายตัวไม่ทั่วถึงกันอาจแตกได้ ลิ้นเปิดไอน้ำมักจะมี 2 ชนิดคือ ลิ้นไอใหญ่ และลิ้นไอช่วย ซึ่งมีลักษณะเดียวกัน แต่ขนาดของลิ้นไอช่วยจะเล็กกว่า ใช้สำหรับเครื่องจักรช่วย เช่น เครื่องสูบน้ำเลี้ยง เครื่องสูบน้ำมัน เตา ฯลฯ เป็นการใช้งานชั่วคราว แต่ลิ้นไอใหญ่จะใช้งานตลอดเวลา

5.   หมุดหรือจุกกันอันตราย (fusible plug) เป็นอุปกรณ์ที่ติดตั้งไว้ที่ตัวหม้อน้ำบริเวณเพดานตา หรือส่วนที่มีน้ำอยู่สูงสุด และส่วนนั้นถูกความร้อนจากเชื้อเพลิงเผาอยู่หมุดกันอันตรายมีลักษณะกลมเรียว มีเกลียวสำหรับขันติดกับหม้อน้ำ ตรงกลางมีรูเรียวบรรจุทองแดง 1% ผสมดีบุก 99% ไว้ การใส่หมุดจะให้ส่วนตัวอยู่ด้านน้ำเลี้ยง ส่วนเล็กอยู่ด้านเตาไฟ เมื่อน้ำในหม้อน้ำลดต่ำเลยจากตัวหมุดลงมา ทองแดงและดีบุกผสมจะละลาย ทำให้น้ำและไอน้ำที่ยังมีเหลืออยู่บ้าง พุ่งลงทางช่องหมุดดับไฟในเตา หม้อน้ำจึงไม่เป็นอันตราย หมุดกันอันตรายมักใช้กับหม้อน้ำประเภทหลอดไฟ ส่วนหม้อน้ำประเภทหลอดน้ำ ไม่ใช้เพราะโอกาศที่น้ำในหม้อน้ำจะแห้งนั้นเกิดขึ้นน้อยมาก

6.   ปั๊มน้ำเลี้ยง (fed pump) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สูบน้ำเลี้ยงป้อนเข้าหม้อน้ำ ประกอบด้วยตัวปั๊ม ลิ้นกันกลับ (check valve) และท่อป้อนน้ำ ตามปกติหม้อน้ำโรงงานจะต้องมีปั๊มน้ำเลี้ยง 2 ตัว ใช้ท่อป้อนและลิ้นชักกันกลับร่วมกัน เพราะถ้ามีตัวเดียวในกรณีที่เกิดขัดข้องจะทำให้ระบบการทำงานต้องหยุดชะงักลงทันที

7.   ก๊อกอากาศ (air cock) เป็นอุปกรณ์ที่ติดอยู่ส่วนบนสุดของหม้อน้ำ มีหน้าที่ระบายอากาศออกไปจากหม้อน้ำ ในขณะเริ่มติดไฟใช้หม้อน้ำใหม่ เพราะอากาศที่อยู่เหนือน้ำภายในหม้อน้ำมีความหนาแน่นน้อย เมื่อถูกความร้อนจะระเหย ขยายตัวออกถ้าหากตามหน้าแปลนรอยต่อ หรือส่วนที่มีประเก็นอัดไว้ติดกับหม้อน้ำ มีรูแม้แต่น้อยอากาศจะแทรกตัวเข้าไป ทำให้รูกว้างขึ้น อาจเป็นเหตุให้ไอน้ำรั่วออกจากหม้อน้ำได้ดังนั้นจึงต้องเปิดก๊อกอากาศไว้จนกว่าจะเห็นไอน้ำไหลออกมาจากก๊อกจึงปิดได้

 

3.6 วงจรการทำงานของโรงงานไฟฟ้าพลังงานไอน้ำ

            เมื่อไอน้ำออกจากดรัมจะไหลเข้าสู่เครื่องทำไอดง เพื่อเพิ่มความดันและอุณหภูมิให้สูงขึ้นไอดงจะถูกส่งเข้าไปขับเครื่องกังหันความดันสูง (high pressure turbine) ไอน้ำที่ถูกใช้งานในเครื่องกังหันความดันสูงแล้ว จะถูกนำกลับเข้ามาภายในเตาอีก โดยผ่านท่อเพิ่มความร้อน (reheat coil) แล้วจึงนำกลับไปขับเครื่องกังหันความดันปานกลาง (intermediate pressure turbine) และเครื่องกังหันความดันต่ำ (low pressure turbine) ความดันลดลง ปริมาตรเพิ่มขึ้นผ่านเข้าเครื่องควบแน่นเพื่อกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ รวมกับน้ำเลี้ยงที่ป้อนเพิ่มเข้ามา

            จากเครื่องควบแน่นจะมีปั๊มสูบน้ำเข้าไปที่เครื่องกำจัดฟองอากาศ (air ejector) ผ่านต่อไปยังแกรนด์ สตีม คอนเดนเซอร์ เพื่อทำให้น้ำเลี้ยงในระบบร้อนขึ้น แล้วส่งไปที่เครื่องทำความร้อนความดันต่ำ (low pressure heater) โดยได้รับความร้อนจากไอน้ำที่ออกจากเครื่องกังหันความดันต่ำ ผ่านไปที่ ดี แอเรทเทอร์ เพื่อเพิ่มความร้อนและจำกัดก๊าซที่ผสมมากับน้ำต่อจากนั้นจะมีปั๊มน้ำเลี้ยงกำลังดันสูง ปั๊มน้ำเข้าไปที่เครื่องทำความร้อนความดันสูง (high pressure heater) ผ่านอุปกรณ์อุ่นน้ำเลี้ยง (economizer) กลับเข้าสู่ดรัม ทำหน้าที่แยกน้ำและไอน้ำออกจากกันส่วนที่เป็นน้ำจะไหลผ่านท่อลงข้างล่างแล้วย้อนกลับขึ้นไปรับความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงภายในเตา กลายเป็นไอน้ำก็จะไหลเข้าสู่เครื่องทำไอดงใหม่ เป็นการควบวงจรการทำงานของระบบไอน้ำในโรงจักรพลังไอน้ำ

 

3.7 เครื่องกังหัน (turbine)

            เป็นเครื่องกำเนิดพลังงานกลจากพลังงานความร้อน มีปีกกังหันประกอบติดอยู่กับวงล้อสวมอยู่กับเพลา รวมกันเป็นตัวหมุน เมื่อได้รับพลังงานจลน์ หรือกำลังดันจากไอน้ำ ที่มากระทบกับปีกกังหันโดยมีมุมและส่วนโค้งพอดี จะทำให้เพลาหมุนไปได้รอบตัว เครื่องกังหันไอน้ำใช้ไอดงที่มีอุณหภูมิและความดันสูงเป็นตังขับกังหัน ขณะขับกังหันไอน้ำจะขยายตัว และลดความดันเป็นขั้น ๆ จนออกจากเรือนกังหันเข้าสู่เครื่องควบแน่น

            เครื่องกังหันแบ่งออกตามลักษณะการทำงานของไอน้ำได้ 3 แบบ คือ

1.   แบบแรงผลัก (impulse turbine)

2.   แบบแรงโต้ (reaction turbine)

3.   แบบผสม (combination turbine)

เครื่องกังหันแบบแรงผลัก มีหัวฉีดสำหรับพ่นไอน้ำใส่ปีกกังหัน โดยปีกทุกปีกจะได้รับแรงผลักจากไอน้ำ เมื่อไอน้ำที่มีอุณหภูมิ และความดันสูงไหลผ่านหัวฉีดจะเกิดการขยายตัว ทำให้อุณหภูมิและความดันลดลง แต่ความเร็วจะเพิ่มสูงขึ้นมาก พุ่งเข้ากระทบปีกกังหัน ซึ่งติดอยู่บนวงล้อทำให้กังหันหมุนไปได้เมื่อปีกอันหนึ่งหมุนออกไป ปีกอันอื่นก็จะเข้ามาแทนที่ ปีกกังหันจะติดตั้งเรียงสลับกัน 2-3 ชุด เป็นชุดเคลื่อนที่ทีติดอยู่กับวงล้อ และชุดอยู่ที่ติดอยู่กับเรือนกังหัน ทำหน้าที่เป็นตัวนำทางของไอน้ำ เพื่อพุ่งเข้าหาปีกเคลื่อนที่ชุดที่สอง เครื่องกังหันแบบแรงผลักนี้ ความดันของไดน้ำมีค่าคงที่ตลอดทางที่ผ่านปีกหมุน แต่ความเร็วจะค่อย ๆ ลดน้อยลง

            เครื่องกังหันแบบแรงโต้ ไม้มีหัวฉีด แต่จะใช้วิธีส่งไอน้ำผ่านท่อเข้าสู่ปีกกังหันโดยตรง ปีกกังหันก็จะมีติดที่หัวหมุนสลับกับที่เรือนกังหันเช่นเดียวกัน โดยลักษณะของปีกจะค่อย ๆ ยาวขึ้นตามลำดับ เพื่อรับการขยายตัวของไอน้ำ เนื่องจากเครื่องกังหันชนิดนี้มีความดันของไอน้ำลดลงเรื่อย ๆ ขณะผ่านปีกกังหันส่วนความเร็วจะสูงขึ้น เมื่อผ่านปีกกังหันชุดอยู่กับที่ และลดลงเมื่อผ่านปีกกังหันชุดเคลื่อนที่ สูงต่ำสลับกันไป

            เครื่องกังหันแบบผสม เป็นการนำเอาเครื่องกังหันทั้งสองแบบมารวมกัน (ตามรูปที่ 3-27) โดยจะติดตั้งปีกกังหันแบบแรงผลักไว้ดานหัว และปีกกังหันแบบแรงโต้ไว้ด้านท้าย ปีกกังหันในช่วงแรงจะต้องมีขนาดเล็ก เพื่อป้องกันการบิดงอ เพราะไอน้ำมีความดันและอุณหภูมิ

          ส่วนประกอบของเครื่องกังหันไอน้ำ

1.   เรือนกังหัน ทำด้วยเหล็กเหนียวแบ่งออกเป็นสองตอน ตอนบนเป็นฝาครอบตัวหมุนตอนล่างเป็นฐานเครื่อง มีปีกกังหันชุดอยู่กับที่ประกอบเรียงกันอยู่ภายใน

2.   ปีกกังหัน ทำจากวัสดุพิเศษ ที่สามารถทดความร้อนและความดันสูง ด้านที่รับแรงผลักจากไอน้ำทำเป็นรูปเว้ายาวแบบรางน้ำ ด้านหลังนูนปีกกังหันที่มีหลายชุดจะมีความกว้างเท่ากัน ส่วนความยาวแต่ละชุดจะไม่เท่ากัน เมื่อประกอบเข้ากับวงล้อแล้วจะเป็นวงกลมเล็กและใหญ่ขึ้นตามลำดับ เพื่อรับการขยายตัวของไอน้ำ ให้ได้สัดส่วนที่พอเหมาะ

3.   วงล้อติดปีกกังหัน ทำด้วยเหล็กเหนียวหล่อ สำหรับติดปีกกังหันชุดเคลื่อนที่

4.   เพลา ทำด้วยเหล็กเหนียวอย่างดี เป็นตัวส่งกำลังงานกลออไปใช้งาน

5.   ตัวหมุน ประกอบขึ้นจากปีกกังหัน วงล้อติดปีกกังหันและเพลา หมุนด้วยความเร็ว ตั้งแต่ 1,000-30,0000 รอบ/นาที

6.   เมน แบริ่ง (main bearing) เป็นตัวรองรับเพลาของตัวหมุน ติดอยู่ที่หัวท้ายนอกเรือนกังหัน

7.   ทรัสต์ แบริ่ง (thrust bearing) เป็นอุปกรณ์ใช้ทำหน้าที่บังคับเพลา ไม่ให้เลื่อนไปมาป้องกันไม่ให้ปีกกังหัน ชุดเคลื่อนที่ และชุดอยู่กับที่เข้าใกล้เสียดสีกัน

หัวพ่นหรือหัวฉีดไอน้ำ มีหน้าที่ฉีดไอน้ำไปประกบกับปีกหมุนตามมุมที่ต้องการ

 

3.8 ข้อดี-ข้อเสียของพลังงานไอน้ำ

            ข้อดีของโรงไฟฟ้าพลังงานไอน้ำ

1.   มีการสั่นสะเทือนขณะใช้งานไม่มาก ทำให้การติดตั้งวางรากฐานเครื่องง่าย

2.   มีอัตราส่วนมวลน้ำหนักต่อต้นกำลังน้อย ทำให้สร้างได้ขนาดกระทัดรัด ใช้พื้นที่บริเวณติดตั้งเครื่องไม่มาก

3.   ค่าใช้จ่ายในการเดินเครื่องใช้งานต่ำ

4.   วิ่งเรียบและง่าย ขณะเดินเครื่องใช้งาน

5.   มีอัตราการผลิตสูงถึง 500 เมกะวัตต์

6.   มีความเร็วรอบในการทำงานสูง สามารถต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้โดยตรงกับเพลาของเครื่องกังหันได้เลย

ข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังงานไอน้ำ

1.   ความต้องการไอน้ำสูง จะมีปัญหาถ้าไม่ใช้เครื่องควบแน่นช่วยในการกลั่นไอน้ำ

2.   ถ้าใช้ขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ที่มีกำลังการผลิตต่ำกว่า 400 เมกกะวัตต์ จะมีประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ

3.   ประสิทธิภาพจะไม่ดี ถ้าใช้ไอน้ำที่มีอุณหภูมิและความดัน ต่างจากที่ออกแบบไว้

4.   ความเร็วรอบของเครื่องกังหันสูงเกินไป อาจใช้ขับอุปกรณ์ช่วยอย่างอื่นไม่ได้โดยตรงต้องขับผ่านชุดเฟืองทดเสียก่อน ทำให้สูญเสียกำลังงานไปบ้าง