แนวทางการนำคอนเดนเสทกลับมาใช้ (Condensate recovery)

แนวทางการนำคอนเดนเสทกลับมาใช้ (Condensate recovery)

คอนเดนเสท

     ไอน้ำจากหม้อไอน้ำ และถูกส่งไปตามท่อส่งเพื่อใช้ในอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำ ซึ่งโดยทั่วไปจะมีอยู่ 2 ลักษณะคืออุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำแบบผสมโดยตรง และแบบไม่ผสม ดังนั้นไอน้ำที่ไหลผ่านท่อจะเกิดการสูญเสียความร้อน และเมื่อไหลผ่านอุปกรณ์ใช้ไอน้ำแบบไม่ผสมจะเกิดการแลกเปลี่ยนความร้อน ส่งผลให้เกิดการควบแน่นเป็นของเหลว ซึ่งเรียกว่า คอนเดนเสท โดยคอนเดนเสทนี้เองจะต้องถูกนำออกจากระบบอย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้กับดักไอน้ำ เพื่อประสิทธิภาพการใช้งานของระบบไอน้ำ

รูปที่ 1 ทางการนำคอนเดนเสทกลับมาใช้

กับดักไอน้ำและมีประโยชน์ของการดักไอน้ำ

        กับดักไอน้ำ (Steam trap) คือวาล์วอัตโนมัติที่ทำหน้าที่นำน้ำที่เกิดขึ้นในระบบหรือเกิดจากการควบแน่นของไอน้ำ รวมทั้งก๊าซและอากาศออกจากระบบโดยไม่เกิดการสูญเสียไอน้ำ ทั้งนี้กับดักไอน้ำอาจแบ่งได้ตามหลักการทำงาน หรือตามโครงสร้างทางกลไกของอุปกรณ์ภายใน ดังแสดงในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 การแยกประเภทและหลักการทำงานของกับดักไอน้ำแต่ละประเภท

วิธีการเลือกกับดักไอน้ำให้เหมาะสมกับการใช้งาน

         การเลือกกับดักไอน้ำให้เหมาะสมการใช้กับงาน จะช่วยให้ระบบที่ใช้ไอน้ำสามารถใช้ไอน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยการเลือกใช้กับดักไอน้ำจะต้องพิจารณาจากข้อมูลพื้นฐาน ดังตารางที่ 2

 ตารางที่ 2 การเปรียบเทียบคุณสมบัติของกับดักไอน้ำแบบต่าง ๆ

 ประโยชน์ของการนำคอนเดนเสทกลับมาใช้

         น้ำที่เปลี่ยนสถานะจากไอน้ำมาเป็นน้ำหรือคอนเดนเสทจะมีพลังงานอยู่ ยิ่งอุณหภูมิและความดันสูงเท่าไรพลังงานในคอนเดนเสทก็จะยิ่งสูงมากเท่านั้น ทั้งนี้เราจะสามารถตรวจสอบพลังงานที่มีในน้ำที่อุณหภูมิและความดันต่าง ๆ ได้ในตารางไอน้ำแต่ในที่นี้จะแสดงตัวอย่างบางอุณหภูมิดังตารางที่ 3

 ตารางที่ 3 ค่าพลังงานที่มีอยู่ในน้ำและไอน้ำอิ่มตัวที่ความดันเกจ ต่าง ๆ

         จากตารางจะเห็นว่าหากเราสามารถนำน้ำคอนเดนเสทเหล่านั้นกลับไปใช้งานหรือ นำกลับไปเป็นน้ำป้อนหม้อไอน้ำจะเกิดประโยชน์ดังต่อไปนี้

1) สามารถประหยัดเชื้อเพลิงที่จะใช้ในการผลิตไอน้ำ

2) สามารถประหยัดน้ำ เนื่องจากปัจจุบันหลายพื้นที่ในประเทศได้มีการยกเลิกการใช้น้ำบาดาล ดังนั้นน้ำจึงเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลถึงต้นทุนในการผลิต หลายโรงงานหันมาให้ความสนใจในการลดการใช้น้ำ หากมีการพิจารณานำน้ำคอนเดนเสทกลับมาผสมเพื่อป้อนหม้อไอน้ำ นอกจากจะช่วยลดการใช้น้ำแล้วยังช่วยลดกระบวนการปรับสภาพน้ำ ลดการใช้เคมีในการปรับสภาพน้ำ ลดการใช้ไฟฟ้าในปั๊มน้ำและอื่น ๆ

3) สามารถผลิตไอน้ำได้เร็วขึ้น เช่น หากต้องการต้มน้ำที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส ให้เป็นไอจะใช้เวลานานกว่าต้มน้ำที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส

แนวทางในการนำคอนเดนเสทกลับมาใช้ใหม่

        คอนเดนเสทเป็นน้ำที่สะอาดสามารถนำมาใช้เป็นน้ำป้อนหม้อไอน้ำได้ โดยถ้านำคอนเดนเสทกลับมาใช้มากจะทำให้อุณหภูมิน้ำป้อนสูงขึ้น ซึ่งจะทำให้หม้อไอน้ำประหยัดเชื้อเพลิวได้มากขึ้นเท่านั้น แต่ก็มีข้อยกเว้นในบางกรณีที่เราไม่สามารถนำคอนเดนเสทกลับมาใช้ได้ กับหม้อไอน้ำได้โดยตรงและสามารถแก้ไขด้วยวิธีการดังต่อไปนี้

1) ระยะทางระหว่างจุดใช้งานกับหม้อไอน้ำ ถ้าไกลมากจะเกิดการสูญเสียความร้อนของคอนเดนเสทระหว่างทางส่งกลับ ถึงแม้ท่อคอนเดนเสทจะมีการหุ้มฉนวนที่ดีแล้วก็ตาม หลาย โรงงานไม่คุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ ในการติดตั้งท่อคอนเดนเสทกลับ แต่บางโรงงานอาจเหมาะสมถึงแม้คอนเดนเสทจะมีอุณหภูมิลดลงแล้วก็ตาม เนื่องจากค่าใช้จ่ายในการปรับสภาพน้ำดิบมีค่าสูง แต่ทั้งนี้หากไม่สามารถนำน้ำคอนเดนเสทกลับก็อาจนำคอนเดนเสทดังกล่าวไปใช้ประโยชน์ในกระบวนการผลิตอย่างอื่น เช่น ใช้ในรูปของน้ำร้อน

2) คอนเดนเสทถูกปนเปื้อน แต่ก็สามารถนำความร้อนกลับมาใช้ประโยชน์ได้ โดยการนำความร้อนผ่านอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งจะต้องพิจารณาความคุ้มค่าในการลงทุนติดตั้งอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนและประโยชน์ที่เกิดขึ้นจากการนำความร้อนกลับ

ข้อควรระวังในการนำคอนเดนเสทกลับไปใช้

ในการนำคอนเดนเสทกลับสิ่งที่ต้องพิจารณา คือขนาดของท่อ วิธีการนำกลับ เช่นนำกลับด้วยความดันของคอนเดนเสทเอง หรือจะต้องใช้เครื่องสูบ สิ่งสำคัญที่ต้องให้ความระมัดระวังก็คือขนาดของท่อคอนเดนเสตจะต้องสามารถส่งคอนเดนเสทกลับได้เพียงพอ โดยมีสิ่งที่ต้องพิจารณาอยู่สามประการ

1) เมื่อกระบวนการผลิตเริ่มต้นขึ้น จะมีอากาศถูกปล่อยออกมาและเข้าไปในท่อคอนเดนเสท ซึ่งอากาศจะตัองถูกระบายออกได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยไม่เกิดการล็อคของอากาศ

2) ในช่วงเริ่มต้นการผลิต อุปกรณ์ใช้ไอน้ำยังเย็นอยู่ จะเกิดคอนเดนเสทในปริมาณที่สูงกว่าปกติมาก(ประมาณ สองถึงสามเท่าของอัตราปกติ) และมีไอน้ำแฟลชปนมาด้วยจำนวนเล็กน้อย ทำให้เกิดความดันตกคร่อมที่กับดักไอน้ำ (Steam trap) มาก ดังนั้นถ้าขนาดท่อคอนเดนเสทเล็กเกินไออาจเกิดความดันย้อนกลับ ( Back pressure) ของท่อคอนเดนเสท

3) เมื่อทำงานไปสักระยะอุปกรณ์ใช้ไอน้ำร้อนขึ้น ปริมาณคอนเดนเสทที่เกิดขึ้นจะลดลงเท่ากับปริมาณปกติที่ทำงาน แต่คอนเดนเสทจะมีอุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิของไอน้ำและจะมีไอน้ำแฟลชเกิดขึ้น เมื่อคอนเดนเสทถูกปล่อยออกจากกับดักไอน้ำ (Steam trap) ดังนั้นอาจไปขัดขวางการเคลื่อนที่ของคอนเดนเสทที่เป็นของเหลวได้

ตารางที่ 4 ขนาดของท่อในการนำคอนเดนเสทกลับที่เหมาะสม 

        ในบางกรณีการนำคอนเดนเสตกลับอาจเกิดปัญหา เนื่องจากเมื่อคอนเดนเสทที่มีอุณหภูมิสูงมากถูกปั๊มดูดจะเกิดโพรงอากาศ (Cavitation) ขึ้นที่เครื่องสูบ ซึ่งอาจทำให้ปั๊มน้ำเกิดความเสียหาย ดังนั้นอาจใช้เครื่องสูบที่มีความดันด้านดูดเป็นบวกหรือเครื่องสูบคอนเดนเสทโดยเฉพาะ หรือทำการเพิ่มระดับความสูงของถังน้ำป้อนหรือถังคอนเดนเสทให้มีความสูงจากเครื่องสูบมกขึ้นโดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของน้ำป้อนหรือคอนเดนเสท ดังรูปที่ 2 

 รูปที่ 2 การเกิดฟองอากาศ

การนำคอนเดนเสทกลับไปใช้จะประหยัดเชื้อเพลิง 

สมดุลมวล

........................................1

สมดุลความร้อน

........................2

อุณหภูมิหลังจากผสม (t3)

........................3

ปริมาณเชื้อเพลิงที่ประหยัด

..................4

เมื่อ

= อัตราการไหลของน้ำคอนเดนเสท kg/y

= อัตราการไหลของน้ำเข้าผสม kg/y

= อัตราการไหลของน้ำหลังผสม ( น้ำป้อนหม้อไอน้ำ ) kg/y

t 1 = อุณหภูมิคอนเดนเสทที่เข้าผสม o C  

t 2 = อุณหภูมิน้ำเข้าผสม °C  

t 3 = อุณหภูมิน้ำหลังจากการผสมหรืออุณหภูมิน้ำป้อนหม้อไอน้ำ °C  

HL = ค่าความร้อนต่ำของเชื้อเพลิง kJ/Unit  

h B = ประสิทธิภาพหม้อไอน้ำ  

Cp = ค่าความจุความร้อนของน้ำ ประมาณ 4 .187 kJ/kg °C

ขั้นตอนการหาอุณหภูมิน้ำหลังจากผสมกับคอนเดนเสท

1. วัดอุณหภูมิของน้ำที่จะนำไปผสมกับคอนเดนเสท และอุณหภูมิคอนเดนเสท โดยใช้เครื่องมือวัดอุณหภูมิน้ำ ในตำแหน่งที่น้ำและคอนเดนเสทก่อนเข้าผสม

2. ประเมินหรือตรวจวัดปริมาณน้ำที่เข้าผสมและคอนเดนเสทว่ามีสัดส่วนระหว่างคอนเดนเสทต่อน้ำที่เข้าผสมเท่าใด

3.นำค่าอุณหภูมิน้ำที่เข้าผสมและคอนเดนเสท รวมทั้งสัดส่วนระหว่างคอนเดนเสทต่อน้ำไปเปิดตารางที่ 4.5 หรือรูปที่ 4.3 ถึง 4.6 โดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิน้ำที่เข้าผสมกับคอนเดนเสทจะได้อุณหภูมิน้ำหลังจากผสมกับคอนเดนเสท

- คำนวณผลการประหยัดพลังงานอย่างไร

1. ใช้ตารางสำเร็จรูปเพื่อให้ง่ายต่อการคำนวณ

2. กรอกข้อมูลต่าง ๆ ลงในส่วนข้อมูลเบื้องต้นให้ครบ

3. วิเคราะห์ข้อมูลโดยนำตัวเลขในส่วนข้อมูลเบื้องต้นไปแทนค่าในสมการตามรหัสที่แจ้งไว้ในแหล่งที่มาของข้อมูล

4. ดำเนินการต่อไปจนจบตารางการคำนวณ

 ตารางที่ 5 อุณหภูมิของน้ำหลังจากผสมกับคอนเดนเสท (t3 ; °C)

 รูปที่ 3 อุณหภูมิน้ำหลังผสมที่ อุณหภูมิน้ำผสม 25 °C 

รูปที่ 4 อุณหภูมิน้ำหลังผสมที่ อุณหภูมิน้ำผสม 30 °C

รูปที่ 5 อุณหภูมิน้ำหลังผสมที่ อุณหภูมิน้ำผสม 35 °C

 รูปที่ 6 อุณหภูมิน้ำหลังผสมที่ อุณหภูมิน้ำผสม 40 °C

ตัวอย่างการหาผลประหยัดพลังงานจากการนำคอนเดนเสทกลับ

         โรงงาน ECON ติดตั้งหม้อไอน้ำใช้น้ำมันเตาซีขนาด 10 ตันไอน้ำ ซึ่งไปผลิตไอน้ำเพื่อใช้งาน 33,600,000 kg/y มีการปล่อยคอนเดนเสททิ้งที่อุณหภูมิ 100 ?C และอุณหภูมิของน้ำป้อนหม้อไอน้ำเดิม 30 ?C โรงงานมีแนวความคิดที่จะนำคอนเดนเสทกลับมาผสมกับน้ำก่อนจ่ายให้กับหม้อไอน้ำ โดยจะนำกลับประมาณ 40 % ของน้ำที่ป้อนเข้าหม้อไอน้ำเดิม ดังนั้นอัตราส่วนผสมระหว่างคอนเดนเสทกับน้ำที่เข้าผสมจะเป็น 40 : 60 จงหาว่าจะประหยัดเชื้อเพลิงเท่าใด

ก่อนนำคอนเดนเสทกลับ 

การนำความร้อนจากไอน้ำแฟลชกลับมาใช้งาน

     ไอน้ำแฟลชเป็นไอน้ำที่สามารถนำกลับมาใช้ประโยชน์ได้กับอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำความดันต่ำ ปริมาณไอน้ำแฟลชจะมากขึ้นเมื่อความแตกต่างระหว่างความดันคอนเดนเสทกับความดันของไอน้ำแฟลชมาก

     ไอน้ำแฟลชเกิดขึ้นได้โดยการนำคอนเดนเสทที่ออกจากกับดักไอน้ำ (Steam trap) มารวมกันแล้วต่อเข้ากับถังแฟลช ซึ่งมีความดันต่ำกว่าความดันคอนเดนเสท จะทำให้คอนเดนเสทเกิดการระเหยกลายเป็นไอ ซีงไอน้ำแฟลชที่ได้จากถังแฟลชนี้สามารถนำไปใช้กับอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำความดันต่ำ สำหรับขนาดของถังไอน้ำแฟลชที่เหมาะสมสามารถดูได้จาก ตารางที่ 6

ตารางที่ 6 ขนาดของถังไอแฟลชที่เหมาะสม

รูปที่ 7 อุปกรณ์ในการนำไอน้ำแฟลชกลับมาใช้งาน 

      การปล่อยไอน้ำแฟลชทิ้งไปนอกจากสูญเสียความร้อนและน้ำแล้วยังส่งผลให้เกิดหมอกควันรบกวน ดังนั้นเพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว ควรรวบรวมไอน้ำแฟลชผ่านท่อแล้วฉีดน้ำให้ไอแฟลชเกิดการควบแน่น ดังรูปที่ 4.8 วิธีการนี้จะทำให้ได้น้ำร้อนซึ่งอาจนำไปใช้ในกระบวนการผลิตหรือเป็นน้ำป้อนหม้อไอน้ำ และถ้ามีสิ่งสกปรกติดมากับไอน้ำก็ควรใช้อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนแทนการผสมโดยตรง

รูปที่ 8 ไอแฟลชเกิดการควบแน่น

ปริมาณไอน้ำแฟลชที่สูญเสีย

รูปที่ 9 แสดงการเกิดไอน้ำแฟลช

ร้อยละของไอน้ำแฟลชที่เกิดขึ้น

.........................5

ปริมาณความร้อนสูญเสียจากไอน้ำแฟลช

....................6

ปริมาณเชื้อเพลิงที่สูญเสียจากไอน้ำแฟลช

Fuel Loss = Q flash x 10 –3 /(HL x h B ) .................7

เมื่อ  = ปริมาณไอน้ำแฟลช (kg/y)

= ปริมาณน้ำคอนเดนเสท ;(kg/y)

h P1 = เอนธาลปีของน้ำคอนเดนเสทที่ความดัน P 1 (kJ/kg) จากตารางที่ 3  

h P2 = เอนธาลปีของน้ำคอนเดนเสทที่ความดัน P 2 (kJ/kg) จากตารางที่ 3  

h fg (P2) = เอนธาลปีของไอน้ำที่ความดัน P2 (kJ/kg) จากตารางที่ 3  

HL = ค่าความร้อนต่ำของเชื้อเพลิง MJ/kg  

hB = ประสิทธิภาพหม้อไอน้ำ

 ขั้นตอนการหาร้อยละของไอน้ำแฟลชที่เกิด

1. ตรวจวัดความดันของน้ำร้อนก่อนเข้าถังแฟลชหรือก่อนลดความดัน (ด้านความดันสูง) โดยใช้เครื่องมือวัดความดัน

2. ตรวจวัดความดันของไอน้ำหลังจากเข้าถังแฟลชหรือหลังจากลดความดัน (ด้านความดันต่ำ) โดยใช้เครื่องมือวัดความดัน

3. นำความดันทั้งสองไปเปิดตารางที่ 4.7 หรือรูปที่ 2.4-9 จะได้ร้อยละของไอน้ำแฟลชที่เกิด

คำนวณผลการประหยัดพลังงานอย่างไร

•  ใช้ตารางสำเร็จรูปเพื่อให้ง่ายต่อการคำนวณ

•  กรอกข้อมูลต่าง ๆ ลงในส่วนข้อมูลเบื้องต้นให้ครบ

•  วิเคราะห์ข้อมูลโดยนำตัวเลขในส่วนข้อมูลเบื้องต้นไปแทนค่าในสมการตามรหัสที่แจ้งไว้ในแหล่งที่มาของข้อมูล

•  ดำเนินการต่อไปจนจบตารางการคำนวณ

ตารางที่ 7 ร้อยละของการเกิดไอน้ำแฟลช

รูปที่ 10 ร้อยละของการเกิดไอน้ำแฟลช

ตัวอย่างการหาการสูญเสียความร้อนจากไอน้ำแฟลช

       โรงงาน ECON ติดตั้งหม้อไอน้ำน้ำมันเตาซีขนาด 10 ตันต่อชั่วโมง ผลิตไอน้ำเพื่อใช้งาน 33,600,000 kg/y โดยหม้อไอน้ำมีประสิทธิภาพ 70 % มีการนำคอนเดนเสทกลับเข้าถังไอน้ำแฟลชประมาณ 40 % คิดเป็น 13,440,000 kg/y คอนเดนเสทก่อนป้อนเข้าถังแฟลชมีความดัน 3.0 Barg และความดันในถังแฟลช 0.5 Barg จงหาว่าโรงงานจะมีการสูญเสียพลังงานความร้อนจากไอน้ำแฟลชเท่าใด

ตารางวิเคราะห์หาการสูญเสียความร้อนจากไอน้ำแฟลช

ขอขอบคุณข้อมูลจาก

ภาควิชาครุศาสตร์เครื่องกล  คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรมและเทคโนโลยี  มหาวิทลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

http://mte.kmutt.ac.th/elearning/Energy_Conservation_in_Industrial_Plant/5_1_4.html