บทที่ 18 — อุปกรณ์ช่วยหม้อไอน้ำ

18.1 ระบบ Draft และการควบคุมความดันเตา (Draft System & Furnace Pressure Control)

Draft (ดราฟต์) คือผลต่างความดันที่เป็นแรงขับให้อากาศและก๊าซไหลผ่าน boiler ได้ ในอดีตโรงไฟฟ้าขนาดเล็กพึ่งพา natural draft (ดราฟต์ตามธรรมชาติ) จากปล่องสูงเพียงอย่างเดียว แต่แรงขับแบบนี้มีจำกัดมาก แม้ปล่องสูงถึง 200 เมตรก็ให้ draft เพียงราว 0.5–0.6 kPa เท่านั้น ในขณะที่ boiler ขนาดใหญ่มีความต้านทานรวมฝั่งก๊าซสูงถึง 4–8 kPa จึงจำเป็นต้องใช้พัดลมช่วยขับเสมอ

ระบบมาตรฐานของโรงไฟฟ้าถ่านหินคือ balanced draft (ดราฟต์แบบสมดุล) ซึ่งใช้พัดลมสองชุดทำงานร่วมกัน: FD fan หรือ Forced Draft fan (พัดลมอัดอากาศ) "ดัน" อากาศเข้าไปในระบบ และ ID fan หรือ Induced Draft fan (พัดลมดูดก๊าซ) "ดูด" ก๊าซไอเสียออกจากระบบ โดยจุดสมดุลระหว่างแรงดันทั้งสองฝั่งอยู่ที่ตัวเตาเอง วิศวกรควบคุมให้ furnace pressure (ความดันในเตา) อยู่ที่ประมาณ −10 ถึง −25 mmH₂O (หรือ −0.1 ถึง −0.25 kPa) คือติดลบเล็กน้อยเมื่อเทียบกับบรรยากาศภายนอก

เหตุผลที่ต้องติดลบเล็กน้อยแทนที่จะเป็นศูนย์หรือเป็นบวกคือเพื่อป้องกันไม่ให้เปลวไฟ ก๊าซร้อน หรือเถ้าพ่นย้อนออกมาทางช่องส่องและรอยต่อต่าง ๆ ใส่ผู้ปฏิบัติงานที่เดินตรวจบริเวณนั้น แต่หากติดลบมากเกินไปก็ไม่ดีเช่นกัน เพราะจะทำให้อากาศเย็นรั่วซึมเข้ามา (in-leakage) เสียประสิทธิภาพและทำให้ ID fan ต้องทำงานหนักขึ้นโดยไม่จำเป็น วงควบคุมทั่วไปแบ่งหน้าที่ชัดเจน: ID fan คุม furnace pressure ให้อยู่ในช่วงเป้าหมาย ในขณะที่ FD fan คุม airflow (อัตราการไหลอากาศ) ให้สอดคล้องกับความต้องการเผาไหม้ ซึ่งมีวงจร cross-limit เชื่อมโยงกับอัตราเชื้อเพลิงด้วย (รายละเอียดเต็มรูปแบบอยู่ในบทที่ 39) การวัด furnace pressure ในทางปฏิบัติใช้ transmitter (เครื่องส่งสัญญาณวัด) สามตัวแล้วเลือกค่ากลาง (median select) เพื่อป้องกันความผิดพลาดจากเซนเซอร์ตัวใดตัวหนึ่งชำรุด

อันตรายที่ร้ายแรงที่สุดที่เกี่ยวข้องกับความดันเตาคือ implosion (การยุบตัวเข้าด้านใน) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ MFT (Master Fuel Trip — การตัดเชื้อเพลิงหลักฉุกเฉิน ตามที่กล่าวถึงในบทที่ 17) สั่งดับเปลวไฟทั้งหมดพร้อมกัน ก๊าซในเตาจะเย็นตัวลงวูบวาบทำให้ความดันดิ่งลบลึกลงอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ ID fan ยังคงดูดเต็มกำลังอยู่ ผลลัพธ์คือผนังเตาอาจยุบตัวเข้าด้านในจากความดันภายนอกที่สูงกว่าภายใน ด้วยเหตุนี้มาตรฐาน NFPA 85 จึงบังคับให้มีระบบ ID fan runback (การลดกำลัง ID fan อัตโนมัติทันที) ทำงานทันทีหลังเกิด MFT และบังคับให้ออกแบบโครงสร้างเตาให้รับแรงจากสภาวะ transient (ชั่วครู่) นี้ได้ โดยทั่วไปออกแบบให้ทนได้ถึง ±6 kPa ค่า interlock (เงื่อนไขล็อกระบบ) ทั่วไปกำหนด furnace pressure alarm ที่ ±50 mmH₂O และ trip (ตัดการทำงาน) ที่ระดับสูงหรือต่ำราว ±250–380 mmH₂O แล้วแต่การออกแบบของแต่ละโรง

โดย \(\Delta p_{stack}\) คือ natural draft ที่เกิดจากปล่อง (Pa), \(H\) คือความสูงปล่อง (m), \(\rho_a\) คือความหนาแน่นอากาศแวดล้อม (ประมาณ 1.16 kg/m³ ที่ 30°C) และ \(\rho_g\) คือความหนาแน่น flue gas ภายในปล่อง (ประมาณ 0.86 kg/m³ ที่ 140°C) — สมการนี้แสดงให้เห็นว่าทำไม natural draft เพียงอย่างเดียวจึงให้แรงขับน้อยมากเมื่อเทียบกับความต้องการของ boiler ขนาดใหญ่

18.2 พัดลม FD / ID / PA และการควบคุม (Fans: Types, Curves & Control)

โรงไฟฟ้าถ่านหินขนาดใหญ่ใช้พัดลมสามชนิดทำงานร่วมกัน แต่ละชนิดจัดชุดแบบ 2×50% (สองตัวรับภาระตัวละครึ่ง) เพื่อให้ซ่อมบำรุงตัวหนึ่งได้โดยไม่ต้องหยุดเครื่องทั้งหมด ชนิดแรกคือ FD fan ซึ่งจ่าย secondary air (อากาศทุติยภูมิ) ที่เป็นอากาศสะอาดเย็นราว 30–40°C สร้างความดัน static rise (ความดันสถิตที่เพิ่มขึ้น) ราว 2.5–4 kPa นิยมใช้แบบ centrifugal backward-curved (แรงเหวี่ยงใบโค้งถอยหลัง) หรือแบบ axial blade pitch (แกนหมุนปรับมุมใบได้) ในโรงขนาดใหญ่ ชนิดที่สองคือ PA fan ซึ่งต้องสร้างความดันสูงที่สุดในกลุ่มถึงราว 8–12 kPa เพราะต้องดันอากาศผ่าน air preheater มิลล์ และ coal pipe ไปพร้อมกัน โดยระบบ cold PA (ติดตั้งพัดลมก่อน air preheater เพื่อให้อากาศเย็นไปรับความร้อนใน air preheater ก่อนเข้ามิลล์)

ชนิดที่สามคือ ID fan ซึ่งเป็นตัวใหญ่ที่สุดและกินไฟมากที่สุดในกลุ่มเสมอ เพราะต้องดูดก๊าซร้อนที่อุณหภูมิ 130–160°C ซึ่งมีปริมาตรจำเพาะสูงกว่าอากาศเย็นมาก บวกกับมวลที่เพิ่มขึ้นจากเชื้อเพลิงที่เผาไหม้แล้วและจากอากาศที่รั่วเข้ามาตามทาง (in-leakage) รวมทั้งต้องเอาชนะความต้านทานของ SCR, ESP และ FGD ตลอดเส้นทาง ทำให้ static pressure ต้องสูงถึงราว 4–8 kPa โรงไฟฟ้าขนาด 600 MW ใช้มอเตอร์ ID fan ตัวละราว 5–8 MW ซึ่งเป็นภาระ auxiliary power (พลังงานใช้เอง) ก้อนใหญ่ที่มองข้ามไม่ได้ ตำแหน่งติดตั้งมักอยู่หลัง ESP เพื่อลดการสึกหรอของใบพัดจากฝุ่นเถ้าที่ยังไม่ถูกดักออก

การอ่านพฤติกรรมพัดลมใช้ fan curve (เส้นโค้งความดัน–อัตราไหลของพัดลม) ตัดกับ system curve (เส้นโค้งความต้านทานของระบบ ซึ่งแปรผันตามกำลังสองของอัตราไหล) จุดตัดของทั้งสองเส้นคือจุดทำงานจริง พัดลมแบบ centrifugal backward-curved มีเสถียรภาพตลอดช่วงการทำงาน แต่พัดลมแบบ axial มีโซน stall (โซนที่การไหลแยกตัวออกจากใบพัดจนสูญเสียประสิทธิภาพ) อยู่ จึงห้ามทำงานที่จุดซ้ายของเส้น stall line และต้องระวังปรากฏการณ์ hunting (การแกว่งไม่นิ่งของพัดลม) เมื่อเดินพัดลมสองตัวขนานกันที่โหลดต่ำ

วิธีควบคุมอัตราไหลของพัดลมมีหลายแบบที่ประหยัดพลังงานต่างกันมาก เมื่อเทียบกำลังไฟฟ้าที่ใช้ ณ อัตราไหล 70% ของพิกัด (เทียบกับ 100% เต็มโหลด) พบว่า outlet damper (การหรี่แผ่นปิดทางออก) ยังคงกินไฟถึงราว 85–95% เพราะเป็นการโยนผลต่างความดันทิ้งที่ตัว damper เอง ในขณะที่ inlet guide vane หรือ IGV (ใบปรับทิศทางลมเข้า) กินไฟลดลงเหลือราว 60–70%, axial blade pitch (ปรับมุมใบพัดโดยตรง) กินไฟราว 40–45%, และ VFD หรือ Variable Frequency Drive (ชุดขับความเร็วรอบแปรผัน) กินไฟน้อยที่สุดเพียงราว 37–40% เท่านั้น หลักการเบื้องหลังคือ fan laws (กฎของพัดลม) ที่บอกว่ากำลังแปรผันตามกำลังสามของความเร็วรอบ การลดรอบจึงประหยัดพลังงานได้มากกว่าการหรี่ damper อย่างมีนัยสำคัญ ด้วยเหตุนี้โรงไฟฟ้าที่ต้อง cycling (เดินเครื่องขึ้น-ลงตามโหลดบ่อย) จึงมักคุ้มค่าที่จะ retrofit (ติดตั้งเพิ่มภายหลัง) ระบบ VFD หรือ blade pitch เพราะพัดลมทั้งหมดรวมกันคือผู้ใช้ auxiliary power อันดับต้น ๆ ของ boiler island (กลุ่มอุปกรณ์ฝั่ง boiler)

โดย \(P_{shaft}\) คือกำลังที่เพลาพัดลม (W), \(Q\) คืออัตราไหลเชิงปริมาตร (m³/s), \(\Delta p\) คือความดันที่พัดลมสร้าง (Pa), \(\eta_{fan}\) คือประสิทธิภาพพัดลม (ประมาณ 0.80–0.88) และ \(N\) คือความเร็วรอบ (rpm) — fan laws ใช้ได้เมื่อพัดลมตัวเดิมทำงานอยู่บน system curve เดิม

1. Adjustable-pitch aerofoil blade — ใบพัดรูปทรงปีกเครื่องบินที่ปรับมุมได้ เรียงเป็นวงกลมรอบ hub นี่คือกลไกที่ทำให้ควบคุม flow ได้โดยไม่ต้องหรี่ damper ตามที่อธิบายในเนื้อหา ประหยัดพลังงานได้มากกว่าการควบคุมด้วย damper
2. Blade pitch adjustment mechanism — กลไกที่เชื่อมกับโคนใบพัดแต่ละใบ ปรับมุมใบพร้อมกันทุกใบตามสัญญาณควบคุมเพื่อเปลี่ยนอัตราไหลขณะพัดลมยังหมุนที่ความเร็วคงที่
3. Rotor hub — ดุมกลางที่ยึดใบพัดทุกใบไว้ด้วยกันและส่งกำลังจากเพลาไปยังใบพัด
4. Rear shroud (diffuser ring) — วงแหวนด้านหลังที่ครอบปลายใบพัด ช่วยจัดทิศทางการไหลของอากาศ/ก๊าซให้เป็นระเบียบก่อนออกจากพัดลม
5. Blade root attachment — จุดยึดโคนใบพัดเข้ากับ hub ซึ่งต้องรับแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางมหาศาลขณะพัดลมหมุนความเร็วสูง
6. Shaft — เพลาหลักที่ส่งกำลังจากมอเตอร์ขับเข้าสู่ rotor
7. Shaft locking nut — น็อตล็อกปลายเพลาที่ยึด rotor ให้แน่นกับเพลา ป้องกันการคลายตัวขณะหมุน
8. Main support (bearing pedestal) — ฐานรองรับตลับลูกปืนที่ค้ำยันน้ำหนัก rotor ทั้งชุดไว้ระหว่างการตั้งวางหรือซ่อมบำรุง

18.3 Air Preheater: Tubular vs Ljungström และ Cold-end Corrosion

Air preheater หรือ APH (เครื่องอุ่นอากาศ) ทำหน้าที่ดึงความร้อนที่เหลืออยู่ใน flue gas หลังออกจาก economizer (ซึ่งยังร้อนอยู่ราว 330–400°C) มาอุ่นอากาศเผาไหม้ให้ร้อนขึ้นถึงราว 300–330°C ก่อนส่งเข้า windbox และ mill การมี air preheater ช่วยยกประสิทธิภาพโดยรวมของ boiler ได้ราว 5–10 จุดเปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับไม่มีเลย และทำให้ก๊าซที่เหลือออกปล่องไปเย็นลงเหลือเพียงราว 120–150°C เท่านั้น

air preheater มีสองตระกูลหลัก ตระกูลแรกคือแบบ tubular (recuperative — ถ่ายเทความร้อนผ่านผนัง) ซึ่งเป็นชุดท่อ bank ที่ก๊าซร้อนไหลด้านหนึ่งและอากาศไหลอีกด้านหนึ่งของผนังท่อ ข้อดีคือไม่มี leakage (การรั่วไหล) ระหว่างสองฝั่งเลย แต่ตัวใหญ่ หนัก และอุดตันง่ายกว่า มักพบในโรงไฟฟ้าเก่าหรือขนาดเล็ก ตระกูลที่สองคือแบบ regenerative Ljungström (ตามชื่อผู้คิดค้น) ซึ่งมี rotor (โรเตอร์) บรรจุแผ่นเหล็กลอนที่เรียกว่า heating element basket (ตะกร้าองค์ประกอบให้ความร้อน) หมุนช้า ๆ ที่ราว 1–3 รอบต่อนาที สลับผ่านฝั่งก๊าซร้อน (เก็บความร้อนไว้ในแผ่นเหล็ก) กับฝั่งอากาศ (คายความร้อนที่เก็บไว้ออกมา) rotor ขนาดใหญ่ที่สุดมีเส้นผ่านศูนย์กลางถึงราว 15 เมตร แบบที่นิยมที่สุดคือ trisector (แบ่งสามส่วน) ซึ่งแบ่งพื้นที่หน้าตัดของ rotor เป็นสามช่องในตัวเดียว: ช่องก๊าซไอเสีย ช่องอากาศปฐมภูมิ และช่องอากาศทุติยภูมิ

ข้อจำกัดสำคัญของแบบ Ljungström คือมี leakage เกิดขึ้นได้สองทาง ทางแรกคือ direct leakage (การรั่วโดยตรง) ซึ่งอากาศความดันสูงกว่าลอดผ่านช่องว่างของ seal (ซีล) ในแนวรัศมี แนวแกน และแนวเส้นรอบวงเข้าไปฝั่งก๊าซ ปริมาณการรั่วนี้จะเพิ่มขึ้นตามการสึกหรอของ seal และการโก่งตัวของ rotor เมื่อร้อนขึ้น ทางที่สองคือ entrained leakage (การรั่วแบบพาไปด้วย) ซึ่งอากาศติดค้างอยู่ในช่องว่างของ rotor แล้วถูกพาข้ามไปยังฝั่งก๊าซขณะหมุน โดยรวมแล้ว leakage อยู่ที่ราว 5–10% เมื่อ seal อยู่ในสภาพดี แต่โรงไฟฟ้าเก่าที่ seal เสื่อมอาจสูงถึง 15–20% ได้ ทุกเปอร์เซ็นต์ที่รั่วออกไปคือภาระเพิ่มให้ ID fan โดยไม่ได้ประโยชน์อะไรกลับมาเลย

ปัญหาสำคัญอีกอย่างคือ cold-end corrosion (การกัดกร่อนที่ปลายเย็น) ซึ่งเกิดจาก SO₃ ใน flue gas รวมตัวกับไอน้ำกลายเป็นกรดกำมะถัน (H₂SO₄) ซึ่งมี acid dew point (จุดกลั่นตัวของกรด) อยู่ที่ราว 120–150°C ขึ้นกับปริมาณกำมะถันในเชื้อเพลิง หากผิวโลหะที่ cold end (ปลายเย็นของ rotor ฝั่งที่อากาศเย็นเข้า) มีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดนี้ กรดจะกลั่นตัวเกาะกัดกร่อน basket ได้ วิธีป้องกันคือควบคุมค่า ACET หรือ Average Cold End Temperature (อุณหภูมิเฉลี่ยปลายเย็น คำนวณจากค่าเฉลี่ยของอุณหภูมิก๊าซที่ออกกับอุณหภูมิอากาศที่เข้า) ให้อยู่สูงกว่าราว 80–100°C ขึ้นไปเสมอ ใช้ SCAPH หรือ Steam Coil Air Preheater (เครื่องอุ่นอากาศด้วยขดไอน้ำ) อุ่นอากาศล่วงหน้าก่อนเข้า APH หลักในช่วง start-up หรือโหลดต่ำที่อุณหภูมิยังไม่สูงพอ และใช้ basket cold end ที่เคลือบผิวด้วย enamel (สารเคลือบทนกรด) ซึ่งถอดเปลี่ยนได้เมื่อสึกหรอ

สำหรับโรงไฟฟ้าที่มีระบบ SCR ยังมีปัญหาเฉพาะเพิ่มเติมคือ ammonium bisulfate หรือ ABS (สารประกอบจาก NH₃ ที่หลุดรอดจาก SCR ผสมกับ SO₃) ซึ่งเกาะติด basket ในช่วงอุณหภูมิ 150–200°C ทำให้ผลต่างความดัน (ΔP) ฝั่งก๊าซของ APH ไต่สูงขึ้นเรื่อย ๆ ต้องทำ water wash (การล้างด้วยน้ำ) เป็นรอบเพื่อล้างคราบออก และต้องระวังปัญหา APH fire (ไฟไหม้ใน air preheater) ที่อาจเกิดจากคราบน้ำมันสะสมช่วง start-up ติดไฟได้เช่นกัน

โดย \(\%AL\) คือ air-to-gas leakage (การรั่วของอากาศเข้าฝั่งก๊าซ) ของ APH เป็นเปอร์เซ็นต์ของ gas flow ขาเข้า, \(O_{2,in}\) และ \(O_{2,out}\) คือค่า O₂ (dry basis, %) ของ flue gas ก่อนและหลัง APH และ 90 คือแฟกเตอร์แปลงมวลอากาศต่อมวลก๊าซตามมาตรฐาน ASME PTC 4.3

1. Rotor housing (opened) — เปลือกทรงกระบอกของ rotor ที่เปิดฝาออกในภาพนี้เพื่อการตรวจสอบ/บำรุงรักษา ปกติจะปิดสนิทขณะใช้งาน
2. Rotor (basket structure) — โครงแบ่งเป็นซี่รัศมีคล้ายวงล้อที่บรรจุ heating element basket ไว้ในแต่ละช่อง หมุนช้า ๆ ตามที่อธิบายในเนื้อหา
3. Corrugated heating element plates — แผ่นเหล็กลอนที่มองเห็นเป็นเนื้อสีเข้มในแต่ละช่องของ rotor ทำหน้าที่เก็บและคายความร้อนสลับไปมาระหว่างฝั่งก๊าซกับฝั่งอากาศ
4. Rotor hub — จุดศูนย์กลางของ rotor ที่ซี่ทุกซี่มาบรรจบกัน เป็นแกนหมุนหลัก
5. Wedge-shaped basket module — โมดูล basket รูปทรงลิ่มที่ถอดออกมาวางไว้ข้างนอก (ฝั่งขวาของภาพ) แต่ละโมดูลประกอบขึ้นเป็นหนึ่งช่องของ rotor เมื่อติดตั้งกลับเข้าไป
6. Corrugated plate profile — ลวดลายลอนของแผ่นเหล็กที่มองเห็นระยะใกล้ ยิ่งพื้นที่ผิวมากยิ่งแลกเปลี่ยนความร้อนได้ดี แต่ก็ยิ่งเสี่ยงอุดตันจากเถ้า/ABS ได้ง่ายตามที่อธิบายในเนื้อหา

18.4 Soot Blowers (ระบบเป่าเขม่า)

เขม่าและเถ้าที่เกาะสะสมอยู่บนผิวท่อภายใน boiler ลดความสามารถในการถ่ายเทความร้อนลงอย่างมาก (ตามหลักการถ่ายเทความร้อนที่เรียนในบทที่ 12) ปรากฏการณ์นี้เรียกต่างกันตามตำแหน่ง: slagging (ตะกรันหลอมเกาะ) เกิดในโซน radiant (โซนรับความร้อนแบบแผ่รังสีใกล้เตา) ในขณะที่ fouling (คราบเกาะ) เกิดในโซน convective (โซนรับความร้อนแบบพาความร้อน เช่น superheater, economizer) ระบบ soot blower (เครื่องเป่าเขม่า) ใช้ไอน้ำหรืออากาศอัดความดันสูงเป่าให้คราบเหล่านี้หลุดออกในขณะที่ boiler ยังเดินเครื่องอยู่ปกติ ไม่ต้องหยุดเครื่อง

soot blower มีสองแบบหลักตามตำแหน่งติดตั้ง แบบแรกคือ wall blower หรือ IR (Insertable Rotating — แบบก้านหมุนสอดเข้าไป) ใช้ก้านสั้นหมุนเป่าผิวรอบตำแหน่งตัวเองบนผนัง waterwall ติดตั้งอยู่รอบเตาจำนวนหลายสิบตัว แบบที่สองคือ long retractable หรือ IK (แบบก้านยาวถอยเข้า-ออก) ซึ่งใช้ lance (ก้านเป่ายาว) แทงเข้าไปเป่าแล้วถอยออกทันที เหมาะกับตำแหน่งที่ก๊าซร้อนเกินกว่าจะทิ้งก้านค้างไว้ได้ เช่นบริเวณ superheater และ reheater ระยะชักของ lance ยาวได้ถึงราว 10–15 เมตร โดยหมุนตัวไปพร้อมกับการเดินหน้าเพื่อเป่าเป็นแนวเกลียวครอบคลุมพื้นที่ได้ทั่วถึง ส่วนบริเวณ economizer และ air preheater มักใช้แบบ rake (ก้านหลายซี่คล้ายคราด)

ตัวกลางที่ใช้เป่าส่วนใหญ่คือไอน้ำที่ลดความดันเหลือราว 10–20 barg ก่อนถึง poppet valve (วาล์วควบคุมการเปิด-ปิดไอน้ำ) และก่อนเป่าทุกครั้งต้องทำ warm-up (การอุ่นท่อ) และ drain (การระบายน้ำที่ควบแน่นค้างอยู่) ในท่อจนหมดก่อนเสมอ เพราะหยดน้ำที่ยังหลงเหลืออยู่ในท่อจะถูกยิงออกไปพร้อมไอน้ำด้วยความเร็วสูง กลายเป็นเหมือนหัวกระสุนเล็ก ๆ ที่กัดกร่อนผิวท่อ boiler ได้ ปรากฏการณ์ soot blower erosion (การกัดกร่อนจากการเป่าเขม่า) จึงเป็นสาเหตุอันดับต้น ๆ ของ tube failure (ท่อรั่วเสียหาย ตามที่กล่าวถึงในบทที่ 16)

ความถี่ในการเป่าที่ดีที่สุดควรอิงจากสภาพ fouling จริง ไม่ใช่กำหนดตายตัวตามเวลาเพียงอย่างเดียว ระบบ intelligent soot blowing (การเป่าเขม่าอัจฉริยะ) สมัยใหม่จะดูค่า heat absorption (การดูดซับความร้อน) ของแต่ละโซนและ ΔP ฝั่งก๊าซประกอบกัน แล้วเลือกเป่าเฉพาะโซนที่ตันจริง ช่วยลดทั้งปริมาณไอน้ำที่ต้องเสียไปและลดการกัดเซาะท่อจากการเป่าเกินความจำเป็น สำหรับโรงไฟฟ้าที่เผาลิกไนต์ซึ่งมีปัญหา slagging รุนแรง มักใช้ water cannon (ปืนฉีดน้ำ) ยิงน้ำเป็นจังหวะเข้าไปที่ผนังเตาโดยตรง เพื่อคุมอุณหภูมิก๊าซที่ออกจากเตา หรือ FEGT (Furnace Exit Gas Temperature) ไม่ให้สูงจนเถ้าหลอมไปเกาะที่ superheater

1. Sootblower lance tube — ก้านเป่ายาวทรงกระบอกที่แทงเข้าไปในเตาขณะเป่าแล้วถอยกลับออกมาเก็บที่ผนังนอก ตามหลักการ long retractable/IK ที่อธิบายในเนื้อหา
2. Lance tip — ปลายก้านเป่าที่มีรูฉีดไอน้ำ เป็นจุดที่ไอน้ำความเร็วสูงพุ่งออกไปกระแทกคราบเขม่า/เถ้าให้หลุด
3. Carriage drive — ชุดขับเคลื่อนที่ทำให้ lance เคลื่อนที่เข้า-ออกพร้อมหมุนตัวไปด้วยระหว่างเป่า สร้างแนวเป่าเป็นเกลียวตามที่อธิบายในเนื้อหา
4. Guide rails — รางเหล็กที่รองรับและนำทาง carriage ให้เคลื่อนที่เข้า-ออกได้ตรงแนวสม่ำเสมอ
5. Poppet steam valve — วาล์วควบคุมการเปิด-ปิดไอน้ำที่จ่ายเข้า lance เปิดเฉพาะช่วงที่ lance แทงเข้าไปเป่าเท่านั้น
6. Steam supply connection — จุดต่อท่อไอน้ำแรงดันสูงจากระบบไอน้ำหลักเข้าสู่ตัว soot blower
7. Boiler wall — ผนังนอกของ boiler ที่ soot blower ยึดติดตั้งอยู่ ก้าน lance จะแทงทะลุผนังนี้เข้าไปในเตาขณะทำงาน
8. Walkway platform — ชานเหล็กตะแกรงสำหรับผู้ปฏิบัติงานเดินตรวจสอบและบำรุงรักษาชุด soot blower

18.5 ระบบจัดการเถ้า (Ash Handling: Bottom Ash & Fly Ash)

เถ้าที่เกิดจากการเผาถ่านหินในโรง PC (Pulverized Coal — ถ่านหินบดละเอียด ตามที่เรียนในบทที่ 17) แบ่งเป็นสองส่วนตามน้ำหนัก คือ fly ash (เถ้าลอย) ราว 80–90% ซึ่งลอยไปกับก๊าซไอเสีย และ bottom ash (เถ้าก้นเตา) ราว 10–20% ซึ่งตกลงสู่ก้นเตาโดยตรง สำหรับโรงไฟฟ้าที่เผาลิกไนต์ซึ่งมีเถ้าปนอยู่มากเป็นพิเศษ (ash 20–30% ตามที่กล่าวถึงในบทที่ 17) ระบบจัดการเถ้าจึงต้องมีขนาดใหญ่ใกล้เคียงกับระบบจัดการถ่านหินเลยทีเดียว

สำหรับ bottom ash เมื่อตกลงมาจะเข้าสู่ hopper น้ำ (water-impounded hopper — บ่อรองรับที่มีน้ำขังอยู่ก้นเตาเพื่อทำให้เถ้าเย็นตัวและจับตัวเป็นก้อน) หรือใช้ submerged scraper conveyor หรือ SSC (สายพานโซ่ลากใต้น้ำ) ซึ่งเป็นโซ่ scraper ลากเถ้าที่จมอยู่ใต้น้ำขึ้นทางลาดพร้อมรีดน้ำออกไปด้วยในตัว จากนั้นก้อนเถ้าที่โตเกินไปจะถูกบดย่อยด้วย clinker grinder (เครื่องบดก้อนเถ้าแข็ง) ก่อนส่งไปยังบ่อเถ้าหรือลานพักรอ ในบางโรงไฟฟ้าใช้ระบบ dry bottom ash (เถ้าก้นเตาแบบแห้ง ใช้สายพานเหล็กพร้อมอากาศเย็นแทนน้ำ) ซึ่งประหยัดน้ำและยังได้ความร้อนคืนกลับมาบางส่วนด้วย

สำหรับ fly ash จะถูกเก็บรวบรวมจาก hopper (บ่อรองรับ) ที่ก้นของ economizer, air preheater และ ESP โดยสัดส่วนใหญ่ที่สุดมักอยู่ที่ ESP field แรก (ช่องแรกสุดของ ESP ตามทิศทางการไหลก๊าซ เนื่องจากฝุ่นหยาบและมากที่สุดถูกดักไว้ก่อน) เถ้าที่เก็บได้จะถูกลำเลียงแบบ pneumatic conveying (การลำเลียงด้วยลม) ซึ่งมีสองแบบคือ vacuum system (ระบบสุญญากาศ ใช้งานง่าย เหมาะกับระยะทางไม่เกินราว 200 เมตร) หรือ pressure/dense phase (ระบบความดัน/สภาวะหนาแน่น เหมาะกับระยะไกลกว่าและอัตราลำเลียงสูงกว่า) เถ้าที่ลำเลียงมาจะถูกเก็บใน fly ash silo (ไซโลเก็บเถ้าลอย) ก่อนโหลดขึ้นรถบรรทุกสองแบบ คือแบบ conditioned (ผสมน้ำเล็กน้อยกันฝุ่นฟุ้งกระจาย) หรือแบบแห้งสำหรับขายให้โรงงานปูนซีเมนต์โดยตรง

ESP hopper ต้องมี heater (เครื่องทำความร้อน) ติดตั้งไว้เพื่อป้องกันไม่ให้เถ้าที่ยังชื้นจับตัวเป็นก้อนแข็งอุดตัน และต้องมี level switch (สวิตช์วัดระดับ) คอยเฝ้าระวัง เพราะหาก hopper เต็มจนเถ้ากองสูงถึง electrode (แท่งปล่อยประจุ) จะทำให้ field (สนามไฟฟ้าในช่องนั้น) ช็อตดับใช้งานไม่ได้ และเถ้าร้อนที่อัดแน่นอยู่ในกรวยก็เอาออกยากมากอีกด้วย ตัวอย่างที่ดีของ circular economy (เศรษฐกิจหมุนเวียน) ในอุตสาหกรรมนี้คือเถ้าลิกไนต์แม่เมาะ ซึ่งถูกขายให้อุตสาหกรรมปูนซีเมนต์และคอนกรีตในฐานะ pozzolan (สารผสมเถ้าที่ช่วยเพิ่มความแข็งแรงของคอนกรีต) ปีละหลายแสนตัน ช่วยลดปริมาณเถ้าที่ต้องนำไปฝังกลบได้อย่างมีนัยสำคัญ

1. Boiler bottom — ก้นเตาส่วนที่เถ้าหนัก (bottom ash) หลุดตกลงมาจากการเผาไหม้ด้านบน เห็นเป็นโครงเหล็กสีน้ำตาลแดงด้านบนของภาพ
2. Submerged scraper chain conveyor — โซ่ scraper ที่จมอยู่ใต้น้ำในบ่อรองรับ ลากเถ้าที่ตกลงมาขึ้นตามทางลาดอย่างต่อเนื่อง ตามหลักการ SSC ที่อธิบายในเนื้อหา
3. Dewatering ramp — ทางลาดเหล็กที่โซ่ scraper ลากเถ้าขึ้นไป ระหว่างทางน้ำจะไหลกลับลงบ่อ รีดความชื้นออกจากเถ้าไปในตัว
4. Discharge head and drive — ชุดขับเคลื่อนโซ่และจุดปล่อยเถ้าที่ปลายทางลาดด้านบน
5. Dewatered bottom ash — กองเถ้าก้นเตาที่ผ่านการรีดน้ำแล้ว ตกกองอยู่ปลายทางลาดพร้อมส่งต่อไปยัง clinker grinder และบ่อเถ้าตามลำดับ
6. Sump pit — บ่อพักน้ำที่ท้ายระบบ รองรับน้ำที่ไหลย้อนกลับจากการรีดเถ้า เพื่อหมุนเวียนใช้ในระบบต่อไป

1. Fly ash storage silo — ไซโลคอนกรีตทรงกระบอกสูงที่เก็บเถ้าลอยรอการขนส่งออก เห็นเป็นโครงสร้างหลักสองถังในภาพ
2. Fly ash conveying from plant — สะพานสายพานลำเลียงเอียงที่ส่งเถ้าลอยจากอาคารโรงไฟฟ้า (ซ้ายของภาพ) มายังไซโล
3. Pneumatic conveying pipes — ท่อลำเลียงด้วยลมที่พาดขึ้นตามผนังไซโล ใช้ส่งเถ้าลอยเข้าไปเก็บด้านในด้วยแรงลม ตามหลักการ pneumatic conveying ที่อธิบายในเนื้อหา
4. Compressed air supply line — ท่อจ่ายลมอัดที่ใช้ขับเคลื่อนระบบลำเลียงแบบลมและช่วยไล่เถ้าไม่ให้อุดตันในไซโล
5. Silo outlet hopper — กรวยปล่อยเถ้าที่ก้นไซโล รวบรวมเถ้าให้ไหลลงสู่จุดโหลดด้านล่าง
6. Truck loading spout — ท่อโหลดเถ้าลงรถบรรทุกที่มองเห็นรถกำลังจอดรออยู่ใต้ไซโล เป็นจุดสุดท้ายก่อนขนส่งออกไปยังโรงปูนซีเมนต์หรือปลายทางอื่น

18.6 Boiler Water Circulation Pump (BWCP)

BWCP หรือ Boiler Water Circulation Pump (ปั๊มหมุนเวียนน้ำหม้อไอน้ำ) ใช้ในระบบ controlled หรือ assisted circulation boiler (drum ความดันราว 18–19.6 MPa ตามที่เรียนในบทที่ 16) ติดตั้งอยู่ที่ก้นของ downcomer เพื่อสูบน้ำอิ่มตัวความดันสูงเข้าสู่ lower header (ท่อรวมวงแหวนด้านล่าง) แล้วกระจายผ่าน orifice (รูคอคอด) เข้าสู่ waterwall แต่ละเส้นอย่างสม่ำเสมอ

สิ่งที่ทำให้ BWCP แตกต่างจากปั๊มทั่วไปอย่างสิ้นเชิงคือเป็นปั๊มแบบ glandless wet-motor (ปั๊มไร้ปลอกซีลแบบมอเตอร์แช่น้ำ) — มอเตอร์ทั้งตัวจมอยู่ใน cavity (ช่องว่างภายใน) ที่เต็มไปด้วยน้ำบริสุทธิ์ที่มีความดันเดียวกันกับตัว boiler เอง จึงไม่มี shaft seal (ซีลเพลา) ให้ต้องรั่วเลย เพราะที่ความดันสูงถึง 19 MPa ซีลเพลาแบบปกติไม่สามารถทนได้ ทั้งชุดปั๊มจึงเชื่อมติดกับท่อระบบอย่างถาวร ไม่สามารถถอดแยกซ่อมแบบปั๊มทั่วไปได้

การจัดชุด BWCP มักเป็นแบบ 3×50% หรือ 4×33% สร้าง head (ความสูงยกน้ำ) ที่ต่ำมากเพียงราว 0.2–0.4 MPa เท่านั้นเพราะแค่ต้องเอาชนะความต้านทานของวงจรหมุนเวียนเอง แต่ flow (อัตราไหล) ต้องมหาศาลตามค่า CR หรือ circulation ratio (อัตราส่วนการหมุนเวียน ตามที่เรียนในบทที่ 16) มอเตอร์มีขนาดหลายร้อยกิโลวัตต์ น้ำใน motor cavity ต้องรักษาให้เย็นอยู่เสมอ (โดยทั่วไปต่ำกว่าราว 60–95°C แล้วแต่ผู้ผลิตแต่ละราย) ด้วยการหล่อเย็นผ่าน high-pressure cooler (เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนความดันสูง) โดยใช้ closed cooling water (ระบบน้ำหล่อเย็นวงจรปิด) เป็นตัวรับความร้อนออกไป เนื่องจากขดลวดมอเตอร์แช่อยู่ในน้ำโดยตรง จึงไวต่อคุณภาพน้ำมากเป็นพิเศษ

ก่อนเริ่มเดินเครื่อง BWCP มี interlock (เงื่อนไขล็อกระบบ) สำคัญที่ต้องผ่านก่อนเสมอ คือผลต่างอุณหภูมิระหว่าง pump casing (เปลือกปั๊ม) กับ motor cavity ต้องไม่เกินราว 55°C เพื่อป้องกัน thermal shock (การช็อกจากความร้อนที่เปลี่ยนแปลงรวดเร็ว) ที่ casing ซึ่งมีผนังหนา และต้องทำการ purge/fill cavity (ไล่อากาศออกและเติมน้ำให้เต็ม) ก่อนเดินเครื่องทุกครั้ง นอกจากนี้ยังมีเงื่อนไข low differential pressure ของปั๊ม (ผลต่างความดันต่ำผิดปกติ) ซึ่งเป็นเงื่อนไข trip boiler ที่โหลดสูงด้วย เพราะบ่งชี้ว่าการหมุนเวียนน้ำผ่าน waterwall ไม่เพียงพอ

1. Downcomer pipe (from boiler) — ท่อขนาดใหญ่ที่นำน้ำอิ่มตัวความดันสูงจาก steam drum ลงมายังปั๊มโดยตรง เห็นเป็นท่อทรงกระบอกด้านบนสุดของภาพ
2. Suction bell (water inlet) — ปากทางเข้าน้ำรูปกรวยที่ต่อจาก downcomer เข้าสู่ตัวปั๊ม จัดทิศทางการไหลให้เข้า impeller ได้ราบเรียบ
3. Pump/motor adapter — ชิ้นส่วนเชื่อมต่อระหว่างส่วนปั๊มกับส่วนมอเตอร์ให้เป็นชุดเดียวกัน
4. Motor cavity (sealed, completely filled with water) — ช่องว่างสีน้ำเงินที่บรรจุน้ำเต็มรอบตัวมอเตอร์ นี่คือหัวใจของการออกแบบแบบ glandless ที่ไม่มีซีลเพลาให้รั่วตามที่อธิบายในเนื้อหา
5. Stator (motor) — ส่วนอยู่กับที่ของมอเตอร์ไฟฟ้าที่สร้างสนามแม่เหล็กหมุนขับ rotor ให้หมุน แช่อยู่ในน้ำโดยตรง
6. Rotor (motor) — ส่วนหมุนของมอเตอร์ที่ติดอยู่บนเพลาเดียวกับ impeller หมุนตามสนามแม่เหล็กจาก stator
7. High-pressure casing — เปลือกนอกหนาที่ทนความดันสูงระดับเดียวกับ boiler drum ห่อหุ้มทั้งส่วนปั๊มและมอเตอร์ไว้ด้วยกัน
8. Radial bearing (water-lubricated) — ตลับลูกปืนรองรับเพลาที่ใช้น้ำหล่อลื่นแทนน้ำมัน เพราะอยู่ในสภาพแวดล้อมน้ำความดันสูงตลอดเวลา
9. Impeller — ใบพัดปั๊มที่เหวี่ยงน้ำออกด้วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง สร้าง head ให้น้ำไหลไปยัง lower header ต่อไป
10. Discharge nozzle (to boiler) — ปากทางออกของน้ำที่ถูกปั๊มแล้ว ส่งต่อไปยัง lower header เข้าสู่ waterwall
11. Casing drain — จุดระบายน้ำที่ก้นเปลือกปั๊ม ใช้ระบายน้ำออกเมื่อต้องหยุดซ่อมบำรุง

18.7 Duct, Damper และ Expansion Joint (Duct & Damper Systems)

Duct (ท่อลม/ท่อก๊าซขนาดใหญ่) ที่ลำเลียงอากาศและก๊าซทั่วทั้งระบบ ออกแบบให้มีความเร็วการไหลราว 12–18 เมตรต่อวินาที หากช้าเกินไปเถ้าจะตกสะสมอยู่ภายใน โดยเฉพาะใน duct แนวนอนที่อยู่หลัง ESP แต่หากเร็วเกินไปก็จะเพิ่มทั้งผลต่างความดัน (ΔP) และการสึกหรอจากการกัดเซาะ ตามข้อศอกของ duct มักติดตั้ง turning vane (ใบนำทางที่มุมเลี้ยว) เพื่อลดความสูญเสียและลดการกัดเซาะบริเวณโค้ง

Damper (แผ่นปิด-เปิดควบคุมการไหล) มีสามชนิดหลักที่ใช้งานต่างกัน ชนิดแรกคือ louver damper (แดมเปอร์หลายใบ) ใช้ควบคุมอัตราไหลหรือแยกระบบทั่วไป ชนิดที่สองคือ guillotine damper (แดมเปอร์ใบเดียวเลื่อนตัด) ใช้สำหรับ isolate (แยกโดดเดี่ยว) พื้นที่ที่ต้องเข้าไปซ่อมบำรุง เพราะปิดสนิทได้ 100% เมื่อเสริมด้วย seal air (อากาศซีล) และชนิดที่สามคือ diverter damper (แดมเปอร์สับทาง) ใช้สับทิศทางการไหลของก๊าซ เช่น การ bypass stack (ปล่องเลี่ยง) ของ HRSG ที่จะเรียนในบทที่ 26

งานที่ต้องแยกโดดเดี่ยวพื้นที่ให้คนเข้าไปทำงานข้างในต้องคิดด้วยความระมัดระวังสูงสุด เพราะเป็นเรื่อง "ชีวิตคนที่เข้าไปข้างใน" — guillotine damper ต้องเสริมด้วย seal air fan (พัดลมอัดอากาศซีล) อัดช่องว่างระหว่างใบ damper ให้มีความดันเป็นบวกอยู่เสมอ เพื่อไม่ให้ก๊าซพิษหรือก๊าซร้อนซึมผ่านเข้ามาได้เลย ต่างจาก louver damper ที่โดยธรรมชาติของโครงสร้างจะมีการรั่วซึมอยู่เสมอไม่ว่ากรณีใด

Expansion joint (ข้อต่อขยายตัว) ทำหน้าที่รองรับการขยายตัวของ duct เมื่อร้อนขึ้น มีสองแบบหลักคือ metal bellows (ข้อต่อโลหะแบบสูบลม) ซึ่งทนความดันและอุณหภูมิสูงได้ดี และแบบ fabric (ข้อต่อผ้า) ซึ่งรับการเคลื่อนตัวได้หลายทิศทางและเปลี่ยนง่ายกว่า แต่ก็เป็นจุดที่เกิด in-leakage (การรั่วเข้าของอากาศ) ยอดนิยมเมื่อผ้าเสื่อมสภาพตามเวลา ระบบ seal air (ระบบอากาศซีล) จ่ายอากาศความดันสูงกว่าบริเวณโดยรอบให้กับจุดสำคัญ เช่น มิลล์ feeder damper และช่องส่อง flame scanner เพื่อกันไม่ให้ผงถ่านหินหรือก๊าซร้อนย้อนออกมา และกันไม่ให้ scanner ร้อนจนเสียหาย เกณฑ์ความปลอดภัยสำหรับผิว casing และฉนวนหุ้มที่ใช้เดินตรวจสอบทั่วไปกำหนดไว้ที่อุณหภูมิผิวนอกไม่เกินราว 60°C

สรุปท้ายบท

ศัพท์เทคนิคในบทนี้

แบบทดสอบท้ายบท