boiler (บอยเลอร์) คือ อุปกรณ์ หรือ เครื่องจักรที่ใช้ในการผลิตไอน้ำ เพื่อนำความร้อน จากไอน้ำ ไปใช้ในกระบวนการผลิต ในภาคอุตสาหกรรม และยังนำมาใช้ประโยชน์ในการขับเคลื่อน turbine เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าได้อีกด้วย บอยเลอร์ แบ่งตามลักษณะ โครงสร้างการใช้งานได้เป็น 3 ประเภทใหญ่ คือ แบบท่อไฟ (fire tube boiler) แบบท่อน้ำ (water tube boiler) และแบบผสม (hybrid boiler)
ไอน้ำ (steam) ที่ผลิตได้จากบอยเลอร์ โดยทั่วไป ถ้านำมาใช้ ตามโรงงาน อุตสาหกรรม เพื่อนำความร้อนจาก ไอน้ำมาใช้ ในการ แลกเปลี่ยนความร้อน กับเครื่องแลกเปลี่ยน (heat exhanger) ชนิดต่าง เรามักจะออกแบบ ให้เป็นไอน้ำอิ่มตัว (saturated steam) เนื่องจาก เราต้องการใช้ พลังงาน ความร้อนแฝง จากการเปลี่ยนสถานะของไอน้ำ (latent heat) ซึ่งจะมีปริมาณพลังงาน ความร้อนมากกว่าพลังงานที่ได้จากการ เปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของไอน้ำหรือความร้อนสัมผัส (sensible heat) และในกรณี ที่เราต้องการนำไอน้ำไปใช้ในการขับ turbine เราต้องออกแบบ ไอน้ำที่ใช้ให้เป็นไอดง (superheated steam) และ คงสถานะ ของไอดงไว้จน ไอน้ำออกมาจาก turbine เนื่องจากในเวลาไอน้ำไหลผ่าน turbine จะทำให้ไอน้ำ สูญเสียพลังงานส่วนนึงไปในระหว่างที่ไอน้ำไหลผ่าน turbine และทำให้เกิดไอน้ำกลั่นตัวขึ้นหรือว่า condensate และอาจทำให้เกิด water hammer และไอน้ำที่กลั่นตัวออกมาอาจ จะสร้างความเสียหายให้กับ turbine ได้
รูปแสดงโครงสร้างภายในของ หม้อน้ำแบบท่อไฟ : (รูปภาพจากคู่มือการใช้งาน และ ดูและรักษาหม้อน้ำ: กรมโรงงานอุตสาหกรรม)
Fired Tube Boiler
หม้อน้ำแบบท่อไฟ คือ หม้อน้ำ ที่มี ก๊าซร้อนไหลผ่านอยู่ภายในท่อไฟ และมีน้ำที่รับความร้อนเพื่อกลายเป็นไอน้ำ อยู่ภายนอกท่อ จากรูปด้านบน เราจะสังเกตุเห็นว่า หัวเผา (burner) จะทำหน้าจุดระเบิด และเผาไหม้เชื้อเพลิง โดยพ่นไฟออกมาผ่าน ท่อไฟใหญ่ หรือเรียกอีกอย่างนึงว่า ลูกหมู (furnace) และ วกกลับผ่านมาทาง ท่อไฟเล็ก (fire tube) ท่อไฟใหญ่ หรือ ลูกหมูโดยทัวไปมี 2 รูปแบบ ทั้งแบบขึ้นรูปเป็นลอน และแบบเรียบ ซึ่งแบบขึ้นรูปเป็นลอน จะมีความแข็งแรง มากกว่า และถ่ายเทความร้อนได้ดีกว่า แบบเรียบ ส่วนท่อไฟเล็กก็มี 2 ลักษณะเช่นกัน คือ มีทั้งแบบเรียบ และแบบเกลียว โดยแบบเกลียว จะทำให้แก๊ซ ร้อนหมุนวน ช่วยเพิ่ม ประสิทธิภาพ ในการ ถ่ายเทความร้อน ได้ดีกว่า การติดตั้งท่อไฟเล็ก มีอยู่ด้วยกัน 2 แบบ คือ แบบเชื่อม และแบบเบ่ง ในการออกแบบท่อไฟเล็กของหม้อน้ำ ส่วนมากจะออกแบบให้ ก๊าซร้อนมีทิศทางไหลกลับไป กลับมา ภายในหม้อน้ำ เพื่อเพิ่มระยะทาง และเวลาในการ แลกเปลี่ยนความร้อน ทำให้มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น เรียกจำนวนครั้งในการไหลผ่าน หม้อไอน้ำ ว่าเป็นจำนวนกลับ เช่น ถ้าก๊าซร้อนไหลผ่าน 4 ครั้ง ก็เรียกว่า บอยเลอร์ท่อไฟ แบบ 4 กลับ และมีการ จำแนกลักษณะ เฉพาะอีกอย่าง ของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ คือ บริเวณ ด้านหัว และ ท้ายของหม้อไอน้ำ จะเป็นส่วนที่ ไฟไหลกลับทิศทาง จะเรียกบริเวณนี้ ว่าห้องไฟกลับ (reversal chamber) ถ้าหากบริเวณ ห้องไฟกลับ มีน้ำล้อมรอบ เราจะเรียก หม้อไอน้ำ แบบนี้ว่า wet back boiler ในอีกกรณีนึง ถ้าบริเวณห้องไฟกลับ ไม่มีน้ำล้อมรอบ แต่เป็นห้องที่ต่อยื่น ออกมาจากตัว บอยเลอร์ และมีวัสดุทนไฟล้อมรอบ เราจะเรียกว่า dry back boiler
รูปอธิบายลักษณะของ dry back & wet back boiler
Vertical Fired Tube Boiler และ Tubeless Boiler
เป็นหม้อน้ำแบบท่อไฟ ขนาดเล็ก มีลักษณะเป็นทรงตั้ง ส่วนมากจะมีกำลังการผลิตไอน้ำไม่เกิน 2,500 kg/hr ความดันอนุญาติใช้งานสูงสุดไม่เกิน 1.0 Mpa มีแบบที่เป็นท่อไฟเล็ก จำนวนหลายๆ ท่อรวมกัน (vertical fire tube) และแบบห้องเผาไหม้เดียว หรือท่อไฟใหญ่ท่อเดียวอยู่ตรงกลาง (tubeless boiler) มีทั้งแบบเชื้อเพลิงแก็ส และน้ำมัน เหมาะกับการผลิตไอน้ำปริมาณน้อย และมี load การใช้ไอน้ำที่คงที่ และไม่มีการเปลี่ยนแปลงภาระไอน้ำอย่างรวดเร็ว ข้อดีของบอยเลอร์ชนิดนี้คือ มีราคาถูก และใช้พื้นที่ในการติดตั้งน้อย
ภาพแสดงโครงสร้างภายในของ vertical fire tube boiler
ภาพแสดงโครงสร้างภายในของ tubeless boiler