1. กังหันไอน้ํา
(Steam Turbine)
ระบบคอนเดนเสต น้ําปอน และน้ําหลอเย็น
(Condensate-feed water and cooling water system)
1

2. กังหันไอน้ํา
• 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

4. www.geothermal.marin.org
4

5. 5

6. http://mechanicalengineer.wordpress.com/2008/01/14/steam-turbine-modeling-by-cad/
6

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

9. การจัดวางกังหันในรูปแบบตางๆ
a. straight through b. single reheat
c. extraction d. induction 9

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

13. http://science.jrank.org/pages/20381/turbine.html
http://cpcrefinery.blogspot.com/2009/06/turbine.html
13

14. โรงไฟฟาพลังงานไอน้ํา กับน้ํา
อุปกรณหลัก ในระบบใหญ จะใชน้ําในการ
• หมอไอน้ํา ระบายความรอน
• กังหันไอน้ํา • น้ําหลอเย็น
• คอนเดนเซอร • ระบบหมอไอน้ํา
• ถังอุนน้ําปอน • ระบบน้ําปอน
• คูลลิ่งทาวเวอร • ระบบน้ําทดแทน
14

15. 15

16. ระบบน้ําหลอเย็น
16

17. คอนเดนเซอร
เพื่อ ชนิดของคอนเดนเซอร
• ลดความดันของไอน้ําที่ออกจาก • แบบผสม
กังหัน • แบบสัมผัส
• นําน้ําที่ผานคอนเดนเซอรกลับมาใช
ปอนสูระบบหมอไอน้ําไดอีก
17

18. แบบผสมหรือแบบโดยตรง (direct contact type condenser)
• ไอน้ําที่มาจากกังหันไอน้ําและน้ําหลอเย็นมาผสมกัน
• ตองระวังคุณภาพน้ําหลอเย็น (หมอไอน้ํา)
คอนเดนเซอรแบบผสม แบงได 3 แบบ
• แบบสเปรยคอนเดนเซอร
• แบบบาโรเมตริกคอนเดนเซอร
• แบบเจ็ตคอนเดนเซอร
18

19. แบบสเปรยคอนเดนเซอร
สมดุลพลังงาน
พลังงานที่เขาสูระบบ = พลังงานที่ออกจากระบบ
m2h2 + m5h5 = m3h3
m5 h2 - h3
m3 = m2 + m5 =
m2 h3 - h5 19

20. แบบบาโรเมตริกคอนเดนเซอร
20

21. แบบบาโรเมตริกคอนเดนเซอร
• เพิ่มพื้นที่แลกเปลี่ยนความรอน
Patm - Pcondenser + DPf = r gH
โดยที่
• r = ความหนาแนนของของผสม (ไอน้ํา + น้ําหลอเย็น)
• H = ความสูงทอ
• DPf = สัมประสิทธิ์ความดันลด
21

22. แบบเจ็ตคอนเดนเซอร
เปนการพัฒนาจาก
แบบบาโรเมตริคอนเดนเซอร
22

23. คอนเดนเซอรแบบสัมผัส (surface condenser)
• ไอน้ําที่มาจากกังหันไอน้ําและน้ําหลอเย็นจะไมผสมกัน แตจะ
แลกเปลี่ยนความรอนกันโดยวิธีสัมผัส เชน ชนิดเชลลและทอ
• โรงไฟฟาสวนใหญจะใชระบบนี้
• โดยน้ําหลอเย็นจะไหลเขาทอและไอน้ําที่มาจากกังหันไอน้ําจะไหลเข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. การหาพื้นที่ทอของคอนเดนเซอร
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. การคํานวณหาความดันลดที่คอนเดนเซอร
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

39. Wet cooling tower
39

40. Wet cooling tower
40

41. Dry cooling tower
41

42. Dry cooling tower
42

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. ประสิทธิภาพของคูลลิ่งทาวเวอร
Tc1 - Tc 2 actual
h= =
Tc1 - Twb theory
โดยที่ Tc1 = อุณหภูมิของน้ําหลอเย็นที่เขาคูลลิ่งทาวเวอร
Tc2 = อุณหภูมิของน้ําหลอเย็นที่ออกจากคูลลิ่งทาวเวอร
Twb = อุณหภูมิกระเปาะเปยกของอากาศที่สภาวะบรรยากาศ
49

50. การคํานวณหาปริมาณน้ําที่ระเหยไป
ma1h1 + mw3 hw3 + xhw = ma 2 h2 + mw 4 hw 4
50

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

55. • ตัวอยาง
55

56. วัฏจักรการหลอเย็น
• แบงการทํางานในระบบได 3 แบบ
• การหมุนเวียนแบบเปด
56

57. การหมุนเวียนแบบปด
การหมุนเวียนแบบผานครั้งเดียว
57

58. น้ําปอนในระบบผลิตไอน้ํา
• ในสวนของการผลิตไอน้ํา
• ในสวนของน้ําหลอเย็นที่คูลลิ่งทาวเวอร
การปรับปรุงคุณภาพ
• pretreatment system
• treatment system
• cooling water system
58

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