ݺߣ

ݺߣShare a Scribd company logo

บทที่ 6 ภาคปลาย.2555

•
•
nuchida suwapaet
nuchida suwapaet
1 of 59
กังหันไอȨํา (Steam Turbine) ระบบคอนเดนเสต น้ําปอน และน้ําหลอเย็น (Condensate-feed water and cooling water system) 1
กังหันไอȨํา • เปนอุปกรณที่ทําใหเกิดพลังงานกล เพื่อผลิตกระแสไฟฟา • การเคลื่อนที่ของไอน้ํา ผานกังหัน ทําใหกังหันหมุน • ไอน้ําจะเคลื่อนที่จากความดันสูงไปความดันต่ํา (เหมือนกระแสน้ํา) • หมอไอน้ําสงไอน้ําความดันสูง ผานกังหัน ไปสูคอนเดนเซอรที่มี ความ ดันต่ํากวา . • ถาไอน้ําเคลื่อนที่เร็ว ใบของกังหันก็จะไดรับแรงดลมาก F = m V • ไอน้ําจะพุงผานหัวฉีด วิ่งไปบนผิวโคงของใบกังหัน เกิดแรงทําใหกังหัน หมุน 2
สวนประกอบกังหัน มีสวนประกอบหลักอยู 2 สวน 1. สวนที่อยูกับที่ (Stationary Part) คือ สวนที่ไมมีการหมุน เชน – กรอบนอก (Casting) ซึ่งเปนสวนที่หอหุมชิ้นสวนตางๆของกังหัน – วาลวเมน (Main Steam Stop Valve) เปนวาลวที่เปดปดใหไอน้ําไหลเขาสู กังหัน ไอน้ําทั้งหมดจะตองผานวาลวตัวนี้กอน – วาลวควบคุม (Governor Valve) เปนวาลวที่ควบคุมปริมาณไอน้ําใหไหลเขาสู กังหันตามกําหนด 2. สวนที่หมุน (Rotating Part) เปนสวนที่มีการหมุน โดยมีเพลาเปนแกนกลางและมี ใบพัดประกอบเปนชั้นๆยึดติดอยูกับเพลา เมื่อไอน้ําที่มีความดันและอุณหภูมิสูงถูก ฉีดมาปะทะใบพัด จะผลักดันใหเกิดการหมุน 3
www.geothermal.marin.org 4
5
http://mechanicalengineer.wordpress.com/2008/01/14/steam-turbine-modeling-by-cad/ 6
http://www.stellite.com/LatestNews/ViewNews/tabid/267/type/feed/id/18374060/Default.aspx www.turbocare.com/steam_turbine_repair.html 7 http://www.maritime-connector.com/ContentDetails/116/gcgid/95/lang/English/MARITIME-CONNECTOR---SHIP.wshtml
First steam turbine An Egyptian scientist from Alexandria Egypt was famous in the ancient world for designing mechanical marvels. One invention was a steam turbine, which spun furiously, but which he never put to a practical use. 8
การจัดวางกังหันในรูปแบบตางๆ a. straight through b. single reheat c. extraction d. induction 9
สามารถใชกฎขอ 1 เทอรโมไดนามิกส Q - W = DU + DKE + DPE Q = 0, DPE = 0 เปน SSSF steady state steady flow ; u = h - PV และ Pv คงที่ -W = DU + DKE 1 -W = mDu + mV 2 2 é 1 ù -W = m ê( ( h - Pv )2 - ( h - Pv )1 ) + (VS22 - VS21 ) ú ë 2 û é 1 ù -W = m ê( h2 - h1 ) + (VS22 - VS21 ) ú ë 2 û h1 h2 คือ เอนทาลปของไอน้ําที่เขาและออกจากกังหัน é 1 2 2 ù m คือ อัตราการไหลเชิงมวลของไอน้ํา W = m ê( h1 - h2 ) + (VS1 - VS 2 ) ú VS1 VS2 คือ ความเร็วสมบูรณของของไหล 10 ë 2 û
• ในการทํางานของกังหัน จะแบงเปนขั้น ซึ่งจะมีประสิทธิภาพขั้นทํางาน (stage efficiency) • กังหันที่มีหลายขั้น ก็จะมีการเปลี่ยนแปลงตลอดชวงการทํางาน 11
ชนิดกังหัน • Reaction Turbine กังหันแรงปฏิกิริยา • Impulse Turbine กังหันแรงดล www.leander-project.homecall.co.uk/turbines.html 12
http://science.jrank.org/pages/20381/turbine.html http://cpcrefinery.blogspot.com/2009/06/turbine.html 13
โรงไฟฟาพลังงานไอน้ํา กับน้ํา อุปกรณหลัก ในระบบใหญ จะใชน้ําในการ • หมอไอน้ํา ระบายความรอน • กังหันไอȨํา • น้ําหลอเย็น • คอนเดนเซอร • ระบบหมอไอน้ํา • ถังอุนน้ําปอน • ระบบน้ําปอน • คูลลิ่งทาวเวอร • ระบบน้ําทดแทน 14
15
ระบบȨําหลȊอ๶ย็น 16
คอนเดนเซอร เพื่อ ชนิดของคอนเดนเซอร • ลดความดันของไอน้ําที่ออกจาก • แบบผสม กังหัน • แบบสัมผัส • นําน้ําที่ผานคอนเดนเซอรกลับมาใช ปอนสูระบบหมอไอน้ําไดอีก 17
แบบผสมหรือแบบโดยตรง (direct contact type condenser) • ไอน้ําที่มาจากกังหันไอȨําและน้ําหลอเย็นมาผสมกัน • ตองระวังคุณภาพน้ําหลอเย็น (หมอไอน้ํา) คอนเดนเซอรแบบผสม แบงได 3 แบบ • แบบส๶ปรยคอȨึϸ๶ซอร • แบบบาโรเมตริกคอน๶ึϸ๶ซอร • แบบเจ็ตคอนเดนเซอร 18
แบบส๶ปรยคอȨึϸ๶ซอร สมดุลพลังงาน พลังงานที่เขาสูระบบ = พลังงานที่ออกจากระบบ m2h2 + m5h5 = m3h3 m5 h2 - h3 m3 = m2 + m5 = m2 h3 - h5 19
แบบบาโรเมตริกคอน๶ึϸ๶ซอร 20
แบบบาโรเมตริกคอน๶ึϸ๶ซอร • เพิ่มพื้นที่แลกเปลี่ยนความรอน Patm - Pcondenser + DPf = r gH โดยที่ • r = ความหนาแนนของของผสม (ไอน้ํา + น้ําหลอเย็น) • H = ความสูงทอ • DPf = สัมประสิทธิ์ความดันลด 21
แบบเจ็ตคอนเดนเซอร เปนการพัฒนาจาก แบบบาโรเมตริคอนเดนเซอร 22
คอนเดนเซอรแบบสัมผัส (surface condenser) • ไอน้ําที่มาจากกังหันไอȨําและน้ําหลอเย็นจะไมผสมกัน แตจะ แลกเปลี่ยนความรอนกันโดยวิธีสัมผัส เชน ชนิดเชลลและทอ • โรงไฟฟาสวนใหญจะใชระบบนี้ • โดยน้ําหลอเย็นจะไหลเขาทอและไอน้ําที่มาจากกังหันไอȨําจะไหลเขา เชลล 23
24
การคํานวณ • สมการ Heat transfer • หาจํานวนทอ และ พื้นที่ที่ใชแลกเปลี่ยนความรอน • หา total heat load ที่คอนเดนเซอร 25
จากสมการ heat transfer Q = UADTm โดยที่ Q = heat load on condenser U = overall condenser heat-transfer coefficient, based on outside tube area A = total outside tube surface area DTm = log mean temperature different in the condenser 26
การหาคา DTm DTi - DTo DTm = ln(DTi / DTo ) DTi = ผลตางของอุณหภูมิระหวางไอน้ําอิ่มตัวที่เขาคอนเดนเซอรกับน้ํา หลอเย็นที่มาจากคูลลิ่งทาวเวอร DTo = ผลตางของอุณหภูมิระหวางไอน้ําอิ่มตัวที่ออกจากคอนเดนเซอร กับน้ําหลอเย็นที่กลับไปคูลลิ่งทาวเวอร 27
การหาคาสัมประสิทธิ์การถายเทความรอน U U = C1C2C3C4 C C = ความเร็วของน้ําหลอเย็นที่มาจากคูลลิ่งทาวเวอร C1 = ตัวประกอบมีมิติจะขึ้นอยูกับขนาดของทอ (ตาราง 1) C2 = ตัวประกอบไรมิติจะขึ้นอยูกับอุณหภูมิของน้ําที่มาจากคูลลิ่งทาวเวอร (ตาราง 2) C3 = ตัวประกอบรวมไรมิติจะขึ้นอยูกับสเปคของทอ (ตาราง 3) C4 = ตัวประกอบรวมไรมิติจะขึ้นอยูกับความสะอาดของทอ (ตาราง 3) 28
• ความสัมพันธระหวางความรอนที่คอนเดนเซอรตองการคายใหกับน้ํา หลอเย็นที่มาจากคูลลิ่งทาวเวอร • ความรอนที่คอนเดนเซอร Qc = msDh • ความรอนที่คูลลิ่งทาวเวอร Qct = mcwCpDT 29
จากสมดุลพลังงาน Qc = Qct msDh = mcwCpDT Qc = อัตราความรอนที่ตองการคายทิ้ง (kW หรือ kJ/s) ms = อัตราการไหลเชิงมวลของไอน้ําที่เขาคอนเดนเซอร (kg/s) Dh = ผลตางของเอนทาลประหวางทางเขาและทางออกของคอนเดนเซอร Qct = อัตราความรอนที่ไดรับจากคอนเดนเซอรเพื่อไประบายทิ้ง (kW หรือ kJ/s) mcw = อัตราการไหลเชิงมวลของน้ําหลอเย็น (kg/s) Cp = คาความรอนจําเพาะเฉลี่ยที่อุณหภูมิทางเขาและทางออกของอุปกรณ (kJ/kg°C) DT = ผลตางของอุณหภูมิของของไหลระหวางทางเขาและออกของอุปกรณ (C) 30
ความแตกตางของอุณหภูมิที่ทางออกคอนเดนเซอร TTD (DTo) DTi = ผลตางของอุณหภูมิระหวางไอน้ําอิ่มตัวที่เขาคอนเดนเซอรกับน้ําหลอเย็นที่มาจาก คูลลิ่งทาวเวอร DTo = ผลตางของอุณหภูมิระหวางไอน้ําอิ่มตัวที่ออกจากคอนเดนเซอรกับน้ําหลอเย็นที่กลับไป คูลลิ่งทาวเวอร (TTD) 31
• ถารูคา DTi , U และคา DTo ใชงาน ก็สามารถนําไปหาคาพื้นที่ใชงานของ ทอ DTi - DTo • จากสมการ Q = UADTm และ DTm = ln(DTi / DTo ) • ถา TTD ต่ํา DTm จะต่ํา ดังนั้นจะตองใชพื้นที่ในการแลกเปลี่ยนความรอน มาก สงผลใหคอนเดนเซอรมีขนาดใหญ แตสามารถลดอัตราการไหลของ น้ําหลอเย็น ทําใหน้ําหลอเย็นรับความรอนไดมากขึ้น • คา DTi ควรอยูระหวาง 11 -17 C และคา DTo ไมควรนอยกวา 3 C 32
การคํานวณอัตราการไหลเชิงมวลของน้ําหลอเย็น จาก Qc = Qct msDh = mcwCpDT ดังนั้น โดยที่ h2 = คาเอนทาลปของไอน้ําที่ทางเขา ms Dh คอนเดนเซอร mcw = C p DT h3 = คาเอนทาลปที่ทางออกคอนเดนเซอร Tc1 = อุณหภูมิน้ําหลอเย็นที่ทางเขาคอนเดนเซอร m s (h2 - h3 ) Tc2 = อุณหภูมิน้ําหลอเย็นที่ทางออกคอนเดนเซอร mcw = C p (Tc 2 - Tc1 ) Cp = คาความรอนจําเพาะเฉลี่ยที่อุณหภูมิทางเขา และทางออกของอุปกรณ (kJ/kg°C) 33
การหาพื้Ȩี่ทอྺองคอȨึϸ๶ซอร ms (h2 - h3 ) A= = np d o L U DTm โดยที่ ms = อัตราการไหลเชิงมวลของไอน้ําที่เขาคอนเดนเซอร (kg/s) h2 = คาเอนทาลปของไอน้ําที่ทางเขาคอนเดนเซอร h3 = คาเอนทาลปที่ทางออกคอนเดนเซอร DTm = ผลตางของอุณหภูมิเชิงล็อกของคอนเดนเซอร (C) U = คาสัมประสิทธิ์ถายเทความรอน (kJ/m2 C) do = เสนผานศูนยกลางนอกของคอนเดนเซอร (m) n = จํานวนทอ L = ความยาวทอ 1 ทอ 34
• นอกจากนี้ æ p 2ö mcw = ç n d i ÷ r C è 4 ø โดยที่ r = ความหนาแนนของน้ําหลอเย็น = 1000 kg/m3 C = ความเร็วของน้ําหลอเย็น (2.1 - 2.5 m/s) di = เสนผานศูนยกลางในของคอนเดนเซอร (m) 35
การคําȨณหาความดันลดที่คอน๶ึϸ๶ซอร DP = r gH โดยที่ DP = ความดันลดที่คอนเดนเซอร (Pa) r = ความหนาแนนของน้ําที่สภาวะคอนเดนเซอร (kg/m3) H = เฮด หรือ pressure drop (m) 36
ตัวอยาง ก. อัตราการไหลของน้ําหลอเย็น ข. อัตราการไหลของอากาศที่รั่วเขาตัวเครื่องของคอนเดนเซอร ค. จํานวนทอที่ใชทําคอนเดนเซอร ง. ความยาวของแตละทอ 37
คูลลิ่งทาวเวอร (Cooling Tower) เปนอุปกรณที่ทําหนาที่ถายเทความรอน สําหรับโรงไฟฟา สวนใหญจะ รับโหลดความรอนจากคอนเดนเซอร เพื่อปลอยทิ้งสูบรรยากาศ โดย อาศัยน้ําเปนตัวกลาง เรียกวา น้ําหลอเย็น แบงได 2 แบบหลัก • คูลลิ่งทาวเวอรแบบเปยก (wet cooling tower) • คูลลิ่งทาวเวอรแบบแหง (dry cooling tower) 38
Wet cooling tower 39
Wet cooling tower 40
Dry cooling tower 41
Dry cooling tower 42
คูลลิ่งทาวเวอรแบบเปยก (wet cooling tower) แบบนี้จะมีน้ําหลอเย็นไหลกลับเขาดานบน และฉีดเปนฝอย เพื่อ แลกเปลี่ยนความรอนกับอากาศที่ถูกพัดลมดูดเขามาในลักษณะสวน ทางกับทิศทางฝอยน้ํา ทําใหอุณหภูมิของน้ําหลอเย็นต่ําลง อาจมีน้ํา บางสวนระเหยไปกับอากาศที่พัดลมดูดออกไป แบงออกเปน • ชนิดหมุนเวียนอากาศดวยแรงกล • ชนิดหมุนเวียนอากาศแบบธรรมชาติ 43
ชนิดหมุนเวียนอากาศดวยแรงกล แบงเปน 2 ชนิด • ชนิดดูดอากาศออก จะติดพัดลมดานบน • ชนิดเปาอากาศเขา จะติดพัดลมดานลาง 44
คูลลิ่งทาวเวอรแบบแหง มีประสิทธิภาพไมสูงมาก เปนการแลกเปลี่ยนความรอนแบบไมผสม ซึ่งตองใช ครีบในการแลกเปลี่ยนความรอน ขอดี ขอเสีย • ไมตองระวังน้ําจะสูญเสียไป • ขนาดใหญเมื่อเทียบกับแบบเปยก • สามารถประหยัดน้ําได • ประสิทธิภาพต่ํา ทําใหใชพลังงาน • ทําความสะอาดนอย เพราะเปน ไฟฟามาก ระบบปด • ลงทุนมาก ใชพื้นที่มาก • ไมตองมีอางรับนา 45
การคํานวณสําหรับแบบเปยก • เปนการนําอากาศมาระบายความรอนกับน้ําหลอเย็นที่รับความรอนมา จากคอนเดนเซอร • อากาศที่ความดันบรรยากาศจะมีความชื้นปนอยู P = Pa + Pv โดยที่ P = ความดันบรรยากาศ Pa = ความดันยอยของอากาศแหง Pv = ความดันยอยของไอน้ํา 46
• ความชื้นจําเพาะ mv Pv w= = 0.622 ma P - Pv โดยที่ w = ความชื้นจําเพาะ = มวลของไอน้ําตอมวลของอากาศแหง ma = มวลของอากาศแหง mv = มวลของไอน้ํา • ความชื้นสมบูรณ 0.622 Psat ws = P - Psat 47
นิยาม • Tdp = อุณหภูมิน้ําคาง = อุณหภูมิของอากาศอิ่มตัว หรือ อุณหภูมิที่อากาศ ถูกทําใหเย็นลงกอนเกิดการควบแนน • Tdb = อุณหภูมิกระเปาะแหง = อุณหภูมิของอากาศที่อานจาก เทอรโมมิเตอรแบบแหง • Twb = อุณหภูมิกระเปาะเปยก = อุณหภูมิของอากาศที่อานจาก เทอรโมมิเตอรแบบเปยก • ที่ความชื้นสัมพัทธ 100 % (อากาศอิ่มตัว) Tdb = Twb 48
ประสิทธิภาพྺองคูลลิ่งทาว๶วอร Tc1 - Tc 2 actual h= = Tc1 - Twb theory โดยที่ Tc1 = อุณหภูมิของน้ําหลอเย็นที่เขาคูลลิ่งทาวเวอร Tc2 = อุณหภูมิของน้ําหลอเย็นที่ออกจากคูลลิ่งทาวเวอร Twb = อุณหภูมิกระเปาะเปยกของอากาศที่สภาวะบรรยากาศ 49
การคํานวณหาปริมาณน้ําที่ระเหยไป ma1h1 + mw3 hw3 + xhw = ma 2 h2 + mw 4 hw 4 50
• การสมดุลพลังงาน ma1h1 + mw3hw3 + xhw = ma 2 h2 + mw 4 hw 4 จาก x = ma (w2 - w1 ) และ mw3 = mw 4 = mw และ ma1 = ma 2 จะได mw (hw3 - hw 4 ) = ma (h2 - h1 ) - ma (w2 - w1 )hw 51
mw (hw3 - hw 4 ) = ma (h2 - h1 ) - ma (w2 - w1 )hw โดยที่ mw = อัตราไหลของน้ําหลอเย็น ma = อัตราการไหลเชิงมวลของอากาศ (kg/s) hw = เอนทาลปของน้ําหมุนเวียน (น้ําปอน) h = เอนทาลปของอากาศแหง w = คาความชื้นจําเพาะ 52
• The cooling range (R) • ชวงอุณหภูมิในการเย็นตัว ma R = Tw3 - Tw 4 = [(h2 - h1 ) - (w2 - w1 )hw ] C pw mw • The Approach (A) • ชวงอุณหภูมิในการเปลี่ยนแปลงจาก Tw4 เปน Twb A = Tw 4 - Twb • ทั่วๆไป คา A จะอยูในชวง 6 – 8 °C และคา R จะอยูในชวง 6 – 10 °C 53
tw3 tw4 tc = tw 54
• ตัวอยาง 55
วัฏจักรการหลอเย็น • แบงการทํางานในระบบได 3 แบบ • การหมุนเวียนแบบเปด 56
การหมุนเวียนแบบปด การหมุนเวียนแบบผานครั้งเดียว 57
น้ําปอนในระบบผลิตไอน้ํา • ในสวนของการผลิตไอน้ํา • ในสวนของน้ําหลอเย็นที่คูลลิ่งทาวเวอร การปรับปรุงคุณภาพ • pretreatment system • treatment system • cooling water system 58
การปรับปรุงคุณภาพน้ําแบบภายในของหมอไอน้ํา • เพื่อ • ปองกันการกัดกรอนโลหะ • ปองกันไมใหเกิดตะกรัน • ปองกันไมใหไมใหหมอน้ําทํางานผิดปกติ เนื่องจากเกิดน้ําปะทุ น้ําเปนฟอง และ แครีโอเวอร สามารถทําได 2 วิธี • ระบายน้ําบางสวนทิ้ง (blowdown) และเติมน้ําทดแทน เปนการสรางความเจือจาง เพื่อลดตะกรัน • เติมสารเคมี เพื่อลดตะกรัน การกัดกรอน และความผิดปกติอื่นๆ (แพง) 59

More Related Content

บทที่ 6 ภาคปลาย.2555

  • 1. กังหันไอȨํา (Steam Turbine) ระบบคอนเดนเสต น้ําปอน และน้ําหลอเย็น (Condensate-feed water and cooling water system) 1
  • 2. กังหันไอȨํา • เปนอุปกรณที่ทําใหเกิดพลังงานกล เพื่อผลิตกระแสไฟฟา • การเคลื่อนที่ของไอน้ํา ผานกังหัน ทําใหกังหันหมุน • ไอน้ําจะเคลื่อนที่จากความดันสูงไปความดันต่ํา (เหมือนกระแสน้ํา) • หมอไอน้ําสงไอน้ําความดันสูง ผานกังหัน ไปสูคอนเดนเซอรที่มี ความ ดันต่ํากวา . • ถาไอน้ําเคลื่อนที่เร็ว ใบของกังหันก็จะไดรับแรงดลมาก F = m V • ไอน้ําจะพุงผานหัวฉีด วิ่งไปบนผิวโคงของใบกังหัน เกิดแรงทําใหกังหัน หมุน 2
  • 3. สวนประกอบกังหัน มีสวนประกอบหลักอยู 2 สวน 1. สวนที่อยูกับที่ (Stationary Part) คือ สวนที่ไมมีการหมุน เชน – กรอบนอก (Casting) ซึ่งเปนสวนที่หอหุมชิ้นสวนตางๆของกังหัน – วาลวเมน (Main Steam Stop Valve) เปนวาลวที่เปดปดใหไอน้ําไหลเขาสู กังหัน ไอน้ําทั้งหมดจะตองผานวาลวตัวนี้กอน – วาลวควบคุม (Governor Valve) เปนวาลวที่ควบคุมปริมาณไอน้ําใหไหลเขาสู กังหันตามกําหนด 2. สวนที่หมุน (Rotating Part) เปนสวนที่มีการหมุน โดยมีเพลาเปนแกนกลางและมี ใบพัดประกอบเปนชั้นๆยึดติดอยูกับเพลา เมื่อไอน้ําที่มีความดันและอุณหภูมิสูงถูก ฉีดมาปะทะใบพัด จะผลักดันใหเกิดการหมุน 3
  • 5. 5
  • 7. http://www.stellite.com/LatestNews/ViewNews/tabid/267/type/feed/id/18374060/Default.aspx www.turbocare.com/steam_turbine_repair.html 7 http://www.maritime-connector.com/ContentDetails/116/gcgid/95/lang/English/MARITIME-CONNECTOR---SHIP.wshtml
  • 8. First steam turbine An Egyptian scientist from Alexandria Egypt was famous in the ancient world for designing mechanical marvels. One invention was a steam turbine, which spun furiously, but which he never put to a practical use. 8
  • 10. สามารถใชกฎขอ 1 เทอรโมไดนามิกส Q - W = DU + DKE + DPE Q = 0, DPE = 0 เปน SSSF steady state steady flow ; u = h - PV และ Pv คงที่ -W = DU + DKE 1 -W = mDu + mV 2 2 é 1 ù -W = m ê( ( h - Pv )2 - ( h - Pv )1 ) + (VS22 - VS21 ) ú ë 2 û é 1 ù -W = m ê( h2 - h1 ) + (VS22 - VS21 ) ú ë 2 û h1 h2 คือ เอนทาลปของไอน้ําที่เขาและออกจากกังหัน é 1 2 2 ù m คือ อัตราการไหลเชิงมวลของไอน้ํา W = m ê( h1 - h2 ) + (VS1 - VS 2 ) ú VS1 VS2 คือ ความเร็วสมบูรณของของไหล 10 ë 2 û
  • 11. • ในการทํางานของกังหัน จะแบงเปนขั้น ซึ่งจะมีประสิทธิภาพขั้นทํางาน (stage efficiency) • กังหันที่มีหลายขั้น ก็จะมีการเปลี่ยนแปลงตลอดชวงการทํางาน 11
  • 12. ชนิดกังหัน • Reaction Turbine กังหันแรงปฏิกิริยา • Impulse Turbine กังหันแรงดล www.leander-project.homecall.co.uk/turbines.html 12
  • 14. โรงไฟฟาพลังงานไอน้ํา กับน้ํา อุปกรณหลัก ในระบบใหญ จะใชน้ําในการ • หมอไอน้ํา ระบายความรอน • กังหันไอȨํา • น้ําหลอเย็น • คอนเดนเซอร • ระบบหมอไอน้ํา • ถังอุนน้ําปอน • ระบบน้ําปอน • คูลลิ่งทาวเวอร • ระบบน้ําทดแทน 14
  • 15. 15
  • 17. คอนเดนเซอร เพื่อ ชนิดของคอนเดนเซอร • ลดความดันของไอน้ําที่ออกจาก • แบบผสม กังหัน • แบบสัมผัส • นําน้ําที่ผานคอนเดนเซอรกลับมาใช ปอนสูระบบหมอไอน้ําไดอีก 17
  • 18. แบบผสมหรือแบบโดยตรง (direct contact type condenser) • ไอน้ําที่มาจากกังหันไอȨําและน้ําหลอเย็นมาผสมกัน • ตองระวังคุณภาพน้ําหลอเย็น (หมอไอน้ํา) คอนเดนเซอรแบบผสม แบงได 3 แบบ • แบบส๶ปรยคอȨึϸ๶ซอร • แบบบาโรเมตริกคอน๶ึϸ๶ซอร • แบบเจ็ตคอนเดนเซอร 18
  • 19. แบบส๶ปรยคอȨึϸ๶ซอร สมดุลพลังงาน พลังงานที่เขาสูระบบ = พลังงานที่ออกจากระบบ m2h2 + m5h5 = m3h3 m5 h2 - h3 m3 = m2 + m5 = m2 h3 - h5 19
  • 21. แบบบาโรเมตริกคอน๶ึϸ๶ซอร • เพิ่มพื้นที่แลกเปลี่ยนความรอน Patm - Pcondenser + DPf = r gH โดยที่ • r = ความหนาแนนของของผสม (ไอน้ํา + น้ําหลอเย็น) • H = ความสูงทอ • DPf = สัมประสิทธิ์ความดันลด 21
  • 23. คอนเดนเซอรแบบสัมผัส (surface condenser) • ไอน้ําที่มาจากกังหันไอȨําและน้ําหลอเย็นจะไมผสมกัน แตจะ แลกเปลี่ยนความรอนกันโดยวิธีสัมผัส เชน ชนิดเชลลและทอ • โรงไฟฟาสวนใหญจะใชระบบนี้ • โดยน้ําหลอเย็นจะไหลเขาทอและไอน้ําที่มาจากกังหันไอȨําจะไหลเขา เชลล 23
  • 24. 24
  • 25. การคํานวณ • สมการ Heat transfer • หาจํานวนทอ และ พื้นที่ที่ใชแลกเปลี่ยนความรอน • หา total heat load ที่คอนเดนเซอร 25
  • 26. จากสมการ heat transfer Q = UADTm โดยที่ Q = heat load on condenser U = overall condenser heat-transfer coefficient, based on outside tube area A = total outside tube surface area DTm = log mean temperature different in the condenser 26
  • 27. การหาคา DTm DTi - DTo DTm = ln(DTi / DTo ) DTi = ผลตางของอุณหภูมิระหวางไอน้ําอิ่มตัวที่เขาคอนเดนเซอรกับน้ํา หลอเย็นที่มาจากคูลลิ่งทาวเวอร DTo = ผลตางของอุณหภูมิระหวางไอน้ําอิ่มตัวที่ออกจากคอนเดนเซอร กับน้ําหลอเย็นที่กลับไปคูลลิ่งทาวเวอร 27
  • 28. การหาคาสัมประสิทธิ์การถายเทความรอน U U = C1C2C3C4 C C = ความเร็วของน้ําหลอเย็นที่มาจากคูลลิ่งทาวเวอร C1 = ตัวประกอบมีมิติจะขึ้นอยูกับขนาดของทอ (ตาราง 1) C2 = ตัวประกอบไรมิติจะขึ้นอยูกับอุณหภูมิของน้ําที่มาจากคูลลิ่งทาวเวอร (ตาราง 2) C3 = ตัวประกอบรวมไรมิติจะขึ้นอยูกับสเปคของทอ (ตาราง 3) C4 = ตัวประกอบรวมไรมิติจะขึ้นอยูกับความสะอาดของทอ (ตาราง 3) 28
  • 29. • ความสัมพันธระหวางความรอนที่คอนเดนเซอรตองการคายใหกับน้ํา หลอเย็นที่มาจากคูลลิ่งทาวเวอร • ความรอนที่คอนเดนเซอร Qc = msDh • ความรอนที่คูลลิ่งทาวเวอร Qct = mcwCpDT 29
  • 30. จากสมดุลพลังงาน Qc = Qct msDh = mcwCpDT Qc = อัตราความรอนที่ตองการคายทิ้ง (kW หรือ kJ/s) ms = อัตราการไหลเชิงมวลของไอน้ําที่เขาคอนเดนเซอร (kg/s) Dh = ผลตางของเอนทาลประหวางทางเขาและทางออกของคอนเดนเซอร Qct = อัตราความรอนที่ไดรับจากคอนเดนเซอรเพื่อไประบายทิ้ง (kW หรือ kJ/s) mcw = อัตราการไหลเชิงมวลของน้ําหลอเย็น (kg/s) Cp = คาความรอนจําเพาะเฉลี่ยที่อุณหภูมิทางเขาและทางออกของอุปกรณ (kJ/kg°C) DT = ผลตางของอุณหภูมิของของไหลระหวางทางเขาและออกของอุปกรณ (C) 30
  • 31. ความแตกตางของอุณหภูมิที่ทางออกคอนเดนเซอร TTD (DTo) DTi = ผลตางของอุณหภูมิระหวางไอน้ําอิ่มตัวที่เขาคอนเดนเซอรกับน้ําหลอเย็นที่มาจาก คูลลิ่งทาวเวอร DTo = ผลตางของอุณหภูมิระหวางไอน้ําอิ่มตัวที่ออกจากคอนเดนเซอรกับน้ําหลอเย็นที่กลับไป คูลลิ่งทาวเวอร (TTD) 31
  • 32. • ถารูคา DTi , U และคา DTo ใชงาน ก็สามารถนําไปหาคาพื้นที่ใชงานของ ทอ DTi - DTo • จากสมการ Q = UADTm และ DTm = ln(DTi / DTo ) • ถา TTD ต่ํา DTm จะต่ํา ดังนั้นจะตองใชพื้นที่ในการแลกเปลี่ยนความรอน มาก สงผลใหคอนเดนเซอรมีขนาดใหญ แตสามารถลดอัตราการไหลของ น้ําหลอเย็น ทําใหน้ําหลอเย็นรับความรอนไดมากขึ้น • คา DTi ควรอยูระหวาง 11 -17 C และคา DTo ไมควรนอยกวา 3 C 32
  • 33. การคํานวณอัตราการไหลเชิงมวลของน้ําหลอเย็น จาก Qc = Qct msDh = mcwCpDT ดังนั้น โดยที่ h2 = คาเอนทาลปของไอน้ําที่ทางเขา ms Dh คอนเดนเซอร mcw = C p DT h3 = คาเอนทาลปที่ทางออกคอนเดนเซอร Tc1 = อุณหภูมิน้ําหลอเย็นที่ทางเขาคอนเดนเซอร m s (h2 - h3 ) Tc2 = อุณหภูมิน้ําหลอเย็นที่ทางออกคอนเดนเซอร mcw = C p (Tc 2 - Tc1 ) Cp = คาความรอนจําเพาะเฉลี่ยที่อุณหภูมิทางเขา และทางออกของอุปกรณ (kJ/kg°C) 33
  • 34. การหาพื้Ȩี่ทอྺองคอȨึϸ๶ซอร ms (h2 - h3 ) A= = np d o L U DTm โดยที่ ms = อัตราการไหลเชิงมวลของไอน้ําที่เขาคอนเดนเซอร (kg/s) h2 = คาเอนทาลปของไอน้ําที่ทางเขาคอนเดนเซอร h3 = คาเอนทาลปที่ทางออกคอนเดนเซอร DTm = ผลตางของอุณหภูมิเชิงล็อกของคอนเดนเซอร (C) U = คาสัมประสิทธิ์ถายเทความรอน (kJ/m2 C) do = เสนผานศูนยกลางนอกของคอนเดนเซอร (m) n = จํานวนทอ L = ความยาวทอ 1 ทอ 34
  • 35. • นอกจากนี้ æ p 2ö mcw = ç n d i ÷ r C è 4 ø โดยที่ r = ความหนาแนนของน้ําหลอเย็น = 1000 kg/m3 C = ความเร็วของน้ําหลอเย็น (2.1 - 2.5 m/s) di = เสนผานศูนยกลางในของคอนเดนเซอร (m) 35
  • 36. การคําȨณหาความดันลดที่คอน๶ึϸ๶ซอร DP = r gH โดยที่ DP = ความดันลดที่คอนเดนเซอร (Pa) r = ความหนาแนนของน้ําที่สภาวะคอนเดนเซอร (kg/m3) H = เฮด หรือ pressure drop (m) 36
  • 37. ตัวอยาง ก. อัตราการไหลของน้ําหลอเย็น ข. อัตราการไหลของอากาศที่รั่วเขาตัวเครื่องของคอนเดนเซอร ค. จํานวนทอที่ใชทําคอนเดนเซอร ง. ความยาวของแตละทอ 37
  • 38. คูลลิ่งทาวเวอร (Cooling Tower) เปนอุปกรณที่ทําหนาที่ถายเทความรอน สําหรับโรงไฟฟา สวนใหญจะ รับโหลดความรอนจากคอนเดนเซอร เพื่อปลอยทิ้งสูบรรยากาศ โดย อาศัยน้ําเปนตัวกลาง เรียกวา น้ําหลอเย็น แบงได 2 แบบหลัก • คูลลิ่งทาวเวอรแบบเปยก (wet cooling tower) • คูลลิ่งทาวเวอรแบบแหง (dry cooling tower) 38
  • 43. คูลลิ่งทาวเวอรแบบเปยก (wet cooling tower) แบบนี้จะมีน้ําหลอเย็นไหลกลับเขาดานบน และฉีดเปนฝอย เพื่อ แลกเปลี่ยนความรอนกับอากาศที่ถูกพัดลมดูดเขามาในลักษณะสวน ทางกับทิศทางฝอยน้ํา ทําใหอุณหภูมิของน้ําหลอเย็นต่ําลง อาจมีน้ํา บางสวนระเหยไปกับอากาศที่พัดลมดูดออกไป แบงออกเปน • ชนิดหมุนเวียนอากาศดวยแรงกล • ชนิดหมุนเวียนอากาศแบบธรรมชาติ 43
  • 44. ชนิดหมุนเวียนอากาศดวยแรงกล แบงเปน 2 ชนิด • ชนิดดูดอากาศออก จะติดพัดลมดานบน • ชนิดเปาอากาศเขา จะติดพัดลมดานลาง 44
  • 45. คูลลิ่งทาวเวอรแบบแหง มีประสิทธิภาพไมสูงมาก เปนการแลกเปลี่ยนความรอนแบบไมผสม ซึ่งตองใช ครีบในการแลกเปลี่ยนความรอน ขอดี ขอเสีย • ไมตองระวังน้ําจะสูญเสียไป • ขนาดใหญเมื่อเทียบกับแบบเปยก • สามารถประหยัดน้ําได • ประสิทธิภาพต่ํา ทําใหใชพลังงาน • ทําความสะอาดนอย เพราะเปน ไฟฟามาก ระบบปด • ลงทุนมาก ใชพื้นที่มาก • ไมตองมีอางรับนา 45
  • 46. การคํานวณสําหรับแบบเปยก • เปนการนําอากาศมาระบายความรอนกับน้ําหลอเย็นที่รับความรอนมา จากคอนเดนเซอร • อากาศที่ความดันบรรยากาศจะมีความชื้นปนอยู P = Pa + Pv โดยที่ P = ความดันบรรยากาศ Pa = ความดันยอยของอากาศแหง Pv = ความดันยอยของไอน้ํา 46
  • 47. • ความชื้นจําเพาะ mv Pv w= = 0.622 ma P - Pv โดยที่ w = ความชื้นจําเพาะ = มวลของไอน้ําตอมวลของอากาศแหง ma = มวลของอากาศแหง mv = มวลของไอน้ํา • ความชื้นสมบูรณ 0.622 Psat ws = P - Psat 47
  • 48. นิยาม • Tdp = อุณหภูมิน้ําคาง = อุณหภูมิของอากาศอิ่มตัว หรือ อุณหภูมิที่อากาศ ถูกทําใหเย็นลงกอนเกิดการควบแนน • Tdb = อุณหภูมิกระเปาะแหง = อุณหภูมิของอากาศที่อานจาก เทอรโมมิเตอรแบบแหง • Twb = อุณหภูมิกระเปาะเปยก = อุณหภูมิของอากาศที่อานจาก เทอรโมมิเตอรแบบเปยก • ที่ความชื้นสัมพัทธ 100 % (อากาศอิ่มตัว) Tdb = Twb 48
  • 49. ประสิทธิภาพྺองคูลลิ่งทาว๶วอร Tc1 - Tc 2 actual h= = Tc1 - Twb theory โดยที่ Tc1 = อุณหภูมิของน้ําหลอเย็นที่เขาคูลลิ่งทาวเวอร Tc2 = อุณหภูมิของน้ําหลอเย็นที่ออกจากคูลลิ่งทาวเวอร Twb = อุณหภูมิกระเปาะเปยกของอากาศที่สภาวะบรรยากาศ 49
  • 51. • การสมดุลพลังงาน ma1h1 + mw3hw3 + xhw = ma 2 h2 + mw 4 hw 4 จาก x = ma (w2 - w1 ) และ mw3 = mw 4 = mw และ ma1 = ma 2 จะได mw (hw3 - hw 4 ) = ma (h2 - h1 ) - ma (w2 - w1 )hw 51
  • 52. mw (hw3 - hw 4 ) = ma (h2 - h1 ) - ma (w2 - w1 )hw โดยที่ mw = อัตราไหลของน้ําหลอเย็น ma = อัตราการไหลเชิงมวลของอากาศ (kg/s) hw = เอนทาลปของน้ําหมุนเวียน (น้ําปอน) h = เอนทาลปของอากาศแหง w = คาความชื้นจําเพาะ 52
  • 53. • The cooling range (R) • ชวงอุณหภูมิในการเย็นตัว ma R = Tw3 - Tw 4 = [(h2 - h1 ) - (w2 - w1 )hw ] C pw mw • The Approach (A) • ชวงอุณหภูมิในการเปลี่ยนแปลงจาก Tw4 เปน Twb A = Tw 4 - Twb • ทั่วๆไป คา A จะอยูในชวง 6 – 8 °C และคา R จะอยูในชวง 6 – 10 °C 53
  • 54. tw3 tw4 tc = tw 54
  • 59. การปรับปรุงคุณภาพน้ําแบบภายในของหมอไอน้ํา • เพื่อ • ปองกันการกัดกรอนโลหะ • ปองกันไมใหเกิดตะกรัน • ปองกันไมใหไมใหหมอน้ําทํางานผิดปกติ เนื่องจากเกิดน้ําปะทุ น้ําเปนฟอง และ แครีโอเวอร สามารถทําได 2 วิธี • ระบายน้ําบางสวนทิ้ง (blowdown) และเติมน้ําทดแทน เปนการสรางความเจือจาง เพื่อลดตะกรัน • เติมสารเคมี เพื่อลดตะกรัน การกัดกรอน และความผิดปกติอื่นๆ (แพง) 59