View
12
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
เทคโนโลย
ONCE THROUGH BOILER
การใชเพอถายเทความรอน
ผศ.ดร. สรชย สนทใจหวหนาศนยวศวกรรมอณหภาพ
ภาควชาวศวกรรมเครองกล
มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร
Email: surachai.san@kmutt.ac.th
เอกสารและเนอหาทใชในการบรรยายนไดรบ
ความอนเคราะหจาก
1. คณศภวฒน ธาดาจารมงคล
สานกเทคโนโลยความปลอดภย กรมโรงงานอตสาหกรรม
2. บรษท K. Y. INTERTRADE CO.,LTD.
3. บรษท MIURA, JAPAN
2
• Fire Tube Boiler (หมอนาทอไฟ)
• Water Tube Boiler (หมอนาทอนา)
• Once Through Boiler (หมอนาแบบไหลผานทางเดยว)
• Hot Water Boiler (หมอตมนารอน)
• Thermal Oil Boiler (หมอตมนามนรอน)
เทคโนโลย Boiler
ประเภทของ BOILERS
• ใชงานไมเกน 20 บาร
• ออกแบบผลตไอไมเกน 20 T/Hr
• โครงสรางมความเสยงตอการระเบดสง
• ถาระเบดจะเกดอนตรายรนแรงมาก
• ขนาดยงใหญ ยงมความเสยงสง อนตรายมาก
เทคโนโลย Boiler
หมอนาทอไฟ (Fire Tube Boiler)
• ประหยดเชอเพลง ถาใชงานภายใตภาระสงคงท และตอเนองโดยไมหยด
• สนเปลองเชอเพลงมาก ถาเดนๆหยดๆหรอภาระการใชงานไมแนนอน
• ประเทศไทย
ใชหมอนาทอไฟ~70%
สถตการระเบดป 2521-2549 จานวน 44 ครง
• ประเทศญปน
ใชหมอนาทอไฟ~5%
เทคโนโลย Boiler
หมอนาทอไฟ (Fire Tube Boiler)
หมอนาแบบทอนา(Water Tube Boiler)
ราคา ขนาดเลกแพง ขนาดใหญถกลง
ออกแบบใชงานไดสงถง 240 บาร
ออกแบบผลตไอตงแต 100 kg/h- 4000 t/h
โครงสรางมความปลอดภยสง
ผลตไอไดเรว ใหพลงงานกล/ความรอน
ตองใชน าปอนทมความบรสทธสง
เทคโนโลย Boiler
WATER TUBE BOILERS
เทคโนโลย Once Through Boiler
หมอนาวนซทร คออะไร? What is Once Through Boiler ?
เทคโนโลย Once Through Boiler
ลกษณะหมอไอนา Once through
Safty valveSteam outlet
BurnerDamper motor
Separator
Water level gauge
Blowdown outletLower headerCaster
Water inletWater pumpInsulation
Exhaust gas path
Upper header
Blower
เทคโนโลย Once Through Boiler
โครงสรางหมอไอนาหมอนาวนซทร
แบบหมอนาตงทอนาขด
- จนานอย ผลตไอไดเรว
- ดแลรกษาทอนายาก
แบบหมอนาตงทอนาตงหลายทอ (Multi Tube)
- จนานอย ผลตไอไดเรว
- ดแลรกษาทอนางายกวาแบบทอนาขด
เทคโนโลย Once Through Boiler
• What is the meaning of once through boiler?
– The term "once-through boiler" refers to a special type of water-tube
boiler composed of tubes, in which water is input at the bottom, and
steam is produced from the top.
– Once Through Boiler เปนเครองกาเนดไอนาแบบทอนาทมลกษณะพเศษ
ประกอบดวยทอนาหลายๆ ทอ ซงมการปอนนาเขาทางดานลาง
และผลตไอนาปลอยออกทางดานบน
• What is the main components of once through boiler?
– water tube
• once-through boiler (mechanical engineering)
– A boiler in which water flows, without recirculation, sequentially
through the economizer, furnace wall, and evaporating and
superheating tubes.McGraw-Hill Dictionary of Scientific & Technical Terms, 6E, Copyright © 2003 by The McGraw-Hill Companies, Inc.
หมอนาวนซทร คออะไร? What is Once Through Boiler ?
เทคโนโลย Once Through Boilerหลกการทางาน
Once Through Boiler, A boiler in which water flows, without recirculation, sequentially through the
economizer, furnace wall, and evaporating and superheating tubes.
Once Through Boiler,
in contrast to recirculation
or natural circulation units,
are characterized by
continuous flow paths from
the evaporator inlet to the
superheater outlet without
a separation drum in the
circuit.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Equi
vale
nt o
utpu
t (kg
/h)
YearChanges in evaporation amounts of small once-through boilers
Changes in evaporation amounts of small once-through boilers
(Technological advancements)
Flow of combustion gas (ω flow)
พฒนาการหมอนาวนซทร :
Sizing of Small Once-Through Boilers
70
80
90
100
110
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Effic
ienc
y (%
)
YearChanges in efficiency of small once-through boilers
Changes in efficiency of small once-through boilers (Technological advancements)
Adoption of ω flow pressure vessel
Adoption of economizer
Adoption of ω flow pressure vessel with fin
พฒนาการหมอนาวนซทร :
Sizing of Small Once-Through Boilers
Once-
through
boilers
98%
Others
1%
Fire tube
boilers
1%
Boiler Market in Japan (excluding boilers for power generation)
Year 2011
Fiscal 2011 boiler production status
Boiler types produced by percentages
Production
Once-through
boilers
87%
Others
6%
Fire tube boilers
5% Water tube
boilers
2%
Installation
Boiler installation status
Boiler types installed by percentages
15
จดเดนของหมอนาวนซทร
1. ความปลอดภยสง
2. ประสทธภาพสง ประหยดเชอเพลง
3. ปรมาณความจนานอย ผลตไอนาไดเรว ตอบสนอง
ความตองการใชไอนาไดภายใน 5 นาท
4. ตดตงงาย ใชพนทในการตดตงนอย หมอนาเลก
นาหนกเบา สถานทตดตงลงทนนอย
5. ตดตงหมอนาเพมไดงาย เมอตองการขยายกาลงผลต
ระยะหางระหวางหมอนาไดรบการยกเวนตามกฎหมาย
เทคโนโลย Once Through Boiler
16
จดเดนของหมอนาวนซทร
1. ความปลอดภยสง
หมอนาตองไมระเบด เมอเกด Overheat หรอ Over Pressureหมอนาอาจเสยหายได แตความเสยงจากอบตเหตและความเสยหายจากความรอน
และความดนของหมอนา จะตองไมทาใหเกดความเสยหายตอชวตและทรพยสนทอยใกลเคยง
หมอนาทอไฟ
หมอนาวนซทร
17
140
250 cm.
แรงทเกดจาก Pressure บนเปลอกหมอนา
จากสตรพนฐาน F = P*A
= p * projected area
= p * 2rl
= 10* (2*70*250)
= 350,000 kgcm.
ความปลอดภยจากการระเบดของหมอนา
หมอนาแบบทอไฟขนาด 2 ตน/ช.ม.
แรงกระทาตอพนท(จากความหนาเปลอกหมอนา) สงมาก ทาใหความเสยงสง มกเกดอนตรายโดยรอบหมอนา
18
5
100 cm.
= p * projected area
= p * 2rl
= 10* (2*2.5*100)
= 5,000 kgcm.
แรงทเกดจาก Pressure บนทอนา
จากสตรพนฐาน F = P*A
หมอนาแบบทอนาขนาด 2 ตน/ช.ม.
แรงกระทาตอพนท(จากความหนาทอนา) ตามาก ทาใหความเสยงตา ไมเกดอนตรายโดยรอบหมอนา
ความปลอดภยจากการระเบดของหมอนา
19
Boiler Design – Thermal Shock
20
Boiler Design – Thermal Shock
Source: Boiler & Crane Safety Association Homepage as of June 3,2013, Japan
Year Boilers Small boilers Simple boilers
2011 1 0 0
2010 0 0 0
2009 0 0 0
2008 1 0 0
2007 0 0 0
2006 2 0 0
2005 0 0 0
2004 1 0 0
2003 0 0 0
2002 3 0 0
2001 0 0 0
2000 0 0 0
1999 0 0 0
Total 8 0 0
Number of boiler related fatalities by boiler type in JAPAN
22
จดเดนของหมอนาวนซทร
2. ประสทธภาพสง พจารณาไดจาก
ประสทธภาพการเปลยนเชอเพลงเปนไอนา (Fuel to Steam Efficiency) ควรสงทสด
• หมอนาแบบทอไฟนอน (Package Boiler) ประสทธภาพสงสด ๘๐-๙๐ %
• หมอนาแบบทอนาชนดไหลผานทางเดยว (Once Through Boiler) ประสทธภาพสงสด ๘๕-๙๘ %
ประสทธภาพการใชงานจรง (In Service Efficiency) โดยเฉลย ควรสงทสด
• หมอนาแบบทอไฟนอน (Package Boiler) ประสทธภาพเฉลย ๗๐-๘๕ %
• หมอนาแบบทอนาชนดไหลผานทางเดยว (Once Through Boiler) ประสทธภาพเฉลย ๘๐-๙๕ %
ประสทธภาพ มผลตอคาใชจาย ตอวน ตอเดอน ตอป และความคมคาในระยะยาว
ในกรณใชหมอนาเฉลย ๒ ตน/ชม. วนละ ๘ ชม. ปละ ๓๐๐ วน ใชนามนดเซล ๓๐ บาทตอลตร
• ประสทธภาพในการเดนเครองทแตกตางกน ๑๐-๒๐ % จะสนเปลองคาใชจายตางกน
วนละประมาณ ๔,๐๐๐-๙,๐๐๐ บาท ปละประมาณ ๑,๒๐๐,๐๐๐-๒,๗๐๐,๐๐๐ บาท
23
What is Boiler Efficiency?
ประสทธภาพขณะทางานในสภาวะจรง (Service Efficiency)
24
What is Boiler Efficiency?
ประสทธภาพขณะทางานในสภาวะจรง (Service Efficiency)
25
What is Boiler Efficiency?
ประสทธภาพขณะทางานในสภาวะจรง (Service Efficiency)
26
What is Boiler Efficiency?
ประสทธภาพขณะทางานในสภาวะจรง (Service Efficiency)
27
What is Boiler Efficiency?
ประสทธภาพขณะทางานในสภาวะจรง (Service Efficiency)
◎SQ-2500AS *5 Units
Steam Load 2500kg/h,Feed water temperature 15 oC
System Efficiency101.5%
Without Low fired priority control
System Efficiency
98%
101.5% 101.5% 101.5% 101.5%101.5%
98%
[Condition] Pressure0.49MPa、Temp.35℃、No blow
Low fired priority control
High Efficiency Economic operation by MI Control
Economizer : Downflow <Latent Heat Collection Effect Up>
・When water supply temperature is low, water in effluent gas is condensed. (Latent heat Collection)
・In the case when an effluent gas flow is down flow, condensed water drops immediately without staying in heat
transfer part.
・During normal temperature water supply and low load operation, latent heat collection effect becomes high.
SQ-2500AS、Pressure 0.49MPa、Feed Temp.35 、Fiuel13A、measured value
Due to latent heat collection
Effect, efficiency is high during
law load operation!
Dew
condensation
water
Economizer
Boiler Proper
Combustion Gas
Latent Heat CollectionHigh Efficiency
Advanced steam boilers Further energy savings: MI system for small SQ series
・High efficiencyTDR
1:5
Rated efficiency
98%
【New high-speed and multi-position control】 【Conventional MI control】
High-speed & multi-position
control (with eco operation)
Load factor 20%Output (total) 3t/h
System efficiency 101.5%Power
consumption (total)
7.0kW
Boiler 1
600kg/h101.5%1.4kW
Boiler 2
600kg/h101.5%1.4kW
Boiler 3
600kg/h101.5%1.4kW
Boiler 4
600kg/h101.5%1.4kW
Boiler 5
600kg/h101.5%1.4kW
MI control(without ecooperation)
Load factor 20%Output (total) 3t/h
System efficiency 98%Power
consumption (total)
11.4kW
Boiler 1
3000kg/h98%
11.4kW
Boiler 2 Boiler 3 Boiler 4 Boiler 5
Based on eco operation output,determine the number of boilers to be burned.
Example: when 5 units of SQ-3000 are used
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Effic
ienc
y[%
]
Fire tube boiler
Water tube boiler
Load Ratio [%]
SQ-AS Model multiple installation system
Energy Savings of Small Once-Through Boilerscomparison In actual site
Once through boiler & MI system
※This data is based on our own survey.※This example is based on 30℃ feed water.
Efficiency of small once-through boiler multiple installation system (from analysis of daily reports)
Load factor and efficiency
32
ถาใชไอนา Fire Tube เพยง 50%
ของขนาดกาลงผลตไอนาสงสด หมอนา
จะมประสทธภาพเพยงประมาณ 70%
มคาใชจายเชอเพลง 300,000 บาท
ตอเดอน
ถาใชไอนา Once T เพยง 50% ของขนาดกาลงผลต
สงสด หมอนาจะมประสทธภาพประมาณ 90%
มคาใชจายเชอเพลง 240,000 บาทตอเดอน
ประหยดไดเดอนละ 60,000 บาท
Service Service Standby Standby
Once Through Boiler 2 ton x 4 units
Fire Tube Boiler 8 ton x 1 units
ประสทธภาพขณะทางานในสภาวะจรง
(Service Efficiency)
33
จดเดนของหมอนาวนซทร
3. ตอบสนองความตองการใชไอนาไดเรวมาก
หมอนาทผลตไอนาเพอตอบสนองความตองการใชงานทงปรมาณและความดนไอนา
ไดเรวทสด จะชวยใหไมจาเปนตองเกบสะสมไอนา ไอนามคณภาพสมาเสมอ การใชงานม
ประสทธภาพ และลดอนตรายจากพลงงานสะสม
เปรยบเทยบการตอบสนองความตองการใชงานของหมอนาขนาด ๒ ตน/ชม.
อตราปอนเชอเพลง 300,000 kcal / ช.ม. อณหภมนาปอน 25 oC
หมอนาทอไฟนอน (Package Boiler) ความจนา 2,000 ลตร
• ความรอนทตองใชเพอทาใหนาเดอด : 2000 * (100-25) = 150,000 kcal ตองใชพลงงาน 150,000 kcal
• ใชเวลาทาใหเดอด: (150,000 kcal ÷ 300,000 kcal/ช.ม.) * 60 นาท = 30 นาท ใชเวลาทงสน 30 นาท
หมอนาแบบทอนาชนดไหลผานทางเดยว (Once Through Boiler) ความจนา 150 ลตร
• ความรอนทตองใชเพอทาใหนาเดอด : 150 * (100-25) = 11,250 kcal ตองใชพลงงาน 11,250 kcal
• ใชเวลาทาใหเดอด: (11,250 kcal ÷ 300,000 kcal/ช.ม.) * 60 นาท = 2 นาท ใชเวลาทงสน 2 นาท
34
จดเดนของหมอนาวนซทร
3. ตอบสนองความตองการใชไอนาไดเรวมาก
Pre-purge
15 Seconds
10 Second
Tiring Try. PilotMain
Combustion
4秒Main
conbustion
21 Seconds time savingBlower
acceleration
No continuous pilot function
Continuous Pilot function
Loss prevention function due to frequent boiler start and stop.
By doing continuous pilot control, pre-purge is not necessary so that a heat
ventilation loss can be largely reduced.
High Efficiency
・High-speed response
Continuous pilot allowing high-speed response
36
จดเดนของหมอนาวนซทร
3. ตอบสนองความตองการใชไอนาไดเรวมาก
37
จดเดนของหมอนาวนซทร
4. ใชพนทในการตดตงนอย (หมอนาเลก นาหนกนอย)
ชวยลดคาใชจายในการกอสรางอาคารทจะตดตงหมอนา สามารถใชพนทอาคารใหเกดประโยชนสงสด
• หมอนาแบบทอไฟนอน (Package Boiler) มนาหนกรวมกบนาทบรรจ มากกวา หมอนาแบบ Once Through Boiler ประมาณ 2-3 เทา และตองการพนทในการตดตงมากกวา ประมาณ 2-3 เทา ดวย
38
ประสทธภาพขณะทางานในสภาวะจรง
(Service Efficiency)
■ Example of replacement: Fire tube boiler ⇒ Small once-through boilers
Before
Old equipment
AfterNew equipment
Fire tube boiler8000 kg/h, 1 unit
Small once-through boilers2000 kg/h, 4 units
45%Space savings of
★Calculation conditionOperation hours and days: 10 hours/day, 300
days/yearload factor : 30%Fuel used : Natural gas (70
yen/m3)Fuel cost and CO2 emissions reduced by 11%
Fire tube boiler Small once-through boiler Advantage
efficiency (%) 78 87.5 9.5 point increased
Fuel cost (yen/year) 43,020,000 38,350,000 4,670,000 reduced
CO2 emissions (t-CO2/year) 1,371 1,222 149 reduced
40
จดเดนของหมอนาวนซทร
5. ตดตงหมอนาเพมไดงาย เมอตองการขยายกาลงผลต
• โครงสรางหมอนา Once Through Boiler มความปลอดภยสงมาก มการออกแบบ
เพอการบารงรกษาเฉพาะดานหนาและดานหลงของหมอนา สามารถตดตงหมอนา
ตอเนองจากดานขางของหมอนาแตละเครองได
• ประกาศกระทรวงอตสาหกรรม เรอง มาตรการความปลอดภยเกยวกบหมอนา ฯ
พ.ศ. ๒๕๔๙ ในเรองการตดตงหมอนา ไดมการยกเวนระยะหางระหวางหมอนาไว
41
Once Through Boiler
42
เทคนคการเพมประสทธภาพและความปลอดภย
• ใชระบบการเผาไหมตอเนอง เมอความตองการใชไอนาตาลงจน Low Fire หยดทางาน
จะเลยงไฟดวย Pilot Burner ทาใหไมมการ Pre Purge - Post Purge จงไมมการ
สญเสยความรอน
• Turn Down Ratio สง ดวยระบบ Multiple Installation (MI) System
• มระบบและอปกรณควบคมอตโนมต พรอมดวยระบบ Self Monitoring
– เพอลดโอกาสการเกดความเสยหายของหมอนา
– ชวยใหการเดนเครองสามารถรกษาประสทธภาพสงตลอดเวลา
พฒนาการหมอนาวนซทร :
Sizing of Small Once-Through Boilers
43
MI-System
Advanced steam boilers
Gas fired small once-through boilers
Continuous pilot
High speed,Multi-
position
Rated efficiency
98%TDR1:5
NOx25 ppm
Further energy savings
Multiple Installation (MI) System
พฒนาการหมอนาวนซทร :
Sizing of Small Once-Through Boilers
45
MI-System Diagram
46
MI-System Diagram
47
MI-System Diagram
48
MI-System
การจดการภาระ (Load) ของหมอนาทวไป
49
MI-System
การจดการภาระ (Load) ของหมอนา ทใช MI System
50
MI-System
Modular boiler system optimizes energy efficiency by quickly-responding to changing load demands.
51
MI-System
52
MI-System
53
MI-System
54
MI-System
55
MI-System
56
MI-System
57
58
59
60
61
Environmental Technology of
Small Once-Through Boilers
NOx reduction with low-temperature combustion system and
energy saving by low air ratio combustion (gas fired boiler)
Analysis of gas and air mixing analysis in wind boxImage of flame from “non-furnace pressure vessel”
The combination of a non-furnace pressure vessel without combustion chamber and a large mixing burner decreases flame temperature during burning and significantly reduces thermal NOx.The improved mixing of gas and air realizes uniform combustion, further reducing the NOx value by 30%.
Environmental Technology of
Small Once-Through Boilers
Economizer : Downflow <Latent Heat Collection Effect Up>
・When water supply temperature is low, water in effluent gas is condensated. (Latent heat Collection)
・In the case when an effluent gas flow is down flow, condensated water drops immediately without staying in
heat transfer part.
・During normal temperature water supply and low load operation, latent heat collection effect becomes high.
SQ-2500AS、Pressure 0.49MPa、Feed Temp.35 、Fiuel13A、measured value
Due to latent heat collection
Effect, efficiency is high during
law load operation!
Dew
condensation
water
Economizer
Boiler Proper
Combustion Gas
Latent Heat CollectionHigh Efficiency
Boiler proper:Canned corner type body<Low NOx・Purge loss reduction>・Due to non furnace boiler proper and corrugate burner, Nox discharge is largely redued.
NOx Value:25ppm(O2=0% Conversion、13A actual value)・In caes of canned corner type body, purge loss became 1/5(compared to our company’s
product)、
Pre-mixed gas burner
Combustion
roomFurnace volume comparison(Equivalent steam 2000kg/h compared to our company’s product)
Combustion
Flame image
Low NOxLow CO2
SQ Model
Environmental
load reduction
Radiation loss is
Proportional to the volume
of
Furnace.
Furnace
Low NOX technology and high
efficiency boiler proper
65
High Efficiency
66
High Efficiency
Flame sensor with self-diagnosis function
This sensor contains a self-diagnosis function using a shutter to check at regular intervals whether the UV flame sensor (flame sensing part) is malfunctioning.
(Self-developed product)
Shutter is open.
Normal
Normal
Malfunctioning
Flame
No flame
Flame Flame
Shutter is closed.
Shutter
SensorFlame
เทคนคการเพมประสทธภาพและความปลอดภย• มระบบและอปกรณควบคมอตโนมต พรอมดวยระบบ Self
Monitoring
– เพอลดโอกาสการเกดความเสยหายของหมอนา
– ชวยใหการเดนเครองสามารถรกษาประสทธภาพสงตลอดเวลา
Fail-safe type steam temperature switch
The operating principle of this switch is based on the physical phenomenon that the thermostatic ferrite loses its magnetism when a set temperature has been reached (called the Curie point).
Steam temperature Set temperature Contact ON
N
S
Steam temperature Set temperature Contact OFF
Magnet
Thermostaticferrite
Magnet
N
S
N
S
N
S
N
S
69
70
71
Description Fire Tube Boiler Once Through
Evaporation Max. Demand 6 tons/ hour
Load Ratio (Average) 50 %
Boiler System 6 tons x 2 units 2 tons x 4 units
Efficiency
Design Efficiency 85 % X 95 % O
In Service Efficiency
Blow Loss
Startup Loss
Radiation Loss at Low Load
71 % X 90 % O
Start up Time More than 40 min. X 3~5 min. O
Fuel Loss in Start up Too much X Little O
Space Requirement for Installation Large X Little O
Carry in and out Efficiency Poor X Good O
Steam Explosion Possible X Non O
Fire tube and Once through Comparison
72
Once throughMI-System
Fire tube
Initial Cost 6,500,000 Baht 6,000,000 Baht
Running Cost 58,650,000 Baht 68,180,000 Baht
Total 65,150,000 Baht 74,180,000 Baht
Difference in Price 9,030,000 Baht
Comparison of 4 tons capacity boiler in 5 years
< Calculating condition for running cost>
Equivalent Evaporation : 4000 kg/h, Fuel: 28 Baht/kg (LPG)
In Service Efficiency: 93% (Once Through Boiler)
80% (Fire Tube Boiler)
Use Condition: 24 hr/day , 250 days/year , Load factor 60%
การลงทน
จบการ
นาเสนอ
73
Recommended