Mechanical Stoker (Combustion Furnace)

บอยเลอร์ เชื้อเพลิงชีวมวล เชื้อเพลิงถ่านหิน หรือเชื้อเพลิงจากขยะ จะมีลักษณะทางกายภาพเป็นของแข็ง เราจะเรียกเชื้อเพลิงประเภทนี้โดยรวม ว่าเชื้อเพลิงแข็ง (solid fuel) ซึ้งเจ้าเชื้อเพลิงแข็ง ที่กล่าวมาทั้งหมด นี้จำเป็นที่จะต้องมีเตาเผา หรือ furnace มาช่วยในการเผาไหม้ และการป้อนเชิ้อเพลิงให้กับ furnace เราจำแหน่งออกได้เป็น 3 วิธีหลักๆ คือ overfeed, underfeed และ crossfeed แต่ที่ใช้กันแพร่หลายมีอยู่ด้วยกัน 2 รูปแบบ คือ over feeding และ under feeding ในบทความนี้เราจะมาทำความรู้จักลักษณะ และหลักการทำงานเบื้องต้นของเตาเผาชนิดต่างๆ ที่นิยมนำใช้กับบอยเลอร์เชื้อเพลิงแข็งกันนะครับ เตาเผาแต่หละชนิดต่างก็มีทั้งข้อดี และข้อเสีย แตกต่างกันไป ตาม technology ของผู้ผลิต

Travelling Grate Stroker & Chain Grate Stroker

travelling grate และ chain grate มีโครงสร้าง และหลักการทำงานที่คล้ายคลึงกันเราจึงรวมเอาไว้ในหัวข้อเดียวกัน grate ทั้งสองชนิดนี้จะแตกต่างกันที่การยึดต่อกันของ cast iron bar แต่ลักษณะการทำงานจะเหมือนกัน คือ เชื้อเพลิงจะถูกป้อน จากฝั่งนึงของเตา (จะมี hopper รับเชื้อเพลิงอยู่) และเคลือนที่ไปอีกฝั่งนึง ไปพร้อมๆ กับการเผาไหม้ เมื่อเผาไหม้เชื้อเพลิง จนหมดขี้เถ้า จะตกลงที่อีกด้านนึงของเตา และถูกนำออกไปด้วยระบบลำเลียงขี้เถ้า ส่วนตะกรับเตา (grate bar) หลายๆ ตัวจะยึดติดกับโซ่ จนมีลักษณะเป็นแผงเป็นพื้นเตาและโซ่จะถูกขับเคลือนโดย sprocket ที่ยึดติดกับเพลาขับที่ต่ออยู่กับชุบขับ motor และถูกควบคุม ความเร็วรอบโดยการใช้ inverter control เพื่อปรับความเร็ว ให้เหมาะสม กับการเผาไหม้ และ ความต้องการใช้ไอน้ำ ถ้าเราปรับความเร็วสูงเกิน เชื้อเพลิงก็จะเผาไหม้ไม่หมด ส่วนในด้านที่ป้อนเชื้อเพลิง จะมีแผ่นกั้นที่ใช้สำหรับปรับระดับความหนาของเชื้อเพลิงที่เข้ามาในเตาให้พอดี และเหมาะสม ให้ชั้น layer ของเชื้อเพลิงไม่บางไป หรือหนาจนเกินไป ความหนา ของเชื้อเพลิง และความเร็วของ fuel bed จะต้องปรับให้เหมาะสม ถ้าเชื้อเพลิงหนาเกินไปลมที่ขึ้นมาจากใต้ grate bar ก็อาจจะขึ้นมาไม่เต็มที่ และทำให้เชื้อเพลิงเผาไหม้ไม่หมด แต่ถ้าเราปรับบางจนเกินไปปริมาณเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ก็อาจจะไม่พอใช้ในการผลิตไอน้ำ ทำให้ความดันตกได้ นอกจากความหนาของเชื้อเพลิงแล้วเรายังต้องคำนึงถึงความเร็วของ grate ด้วยไม่ให้เร็วหรือช้าเกินไปต้องปรับให้พอดี ถ้าเรารู้ว่าในกระบวนการผลิตเรา มีความความต้องการใช้ไอน้ำเท่าไหร่กี่ ton/hr เราก็สามารถคำนวณหา ปริมาณเชื้อเพลิงที่ต้องใช้ออกมาเป็น kg/hr แล้วเราก็นำค่าที่ได้มาใช้อ้างอิงในการปรับ layer เชื้อเพลิง ปรับความเร็วของ travelling grate และปรับปริมาณลม ที่ใช้ในการเผาไหม้ให้เหมาะสมได้ ขอเสียของเตาประเภทนี้ คือ ไม่เหมาะที่จะนำมาใช้กับเชื้อเพลิงที่มีลักษณะทางกายภาพไม่สมำเสมอ ความชื้นในแต่หละช่วงของเชื้อเพลิงแตกต่างกันมากเกินไป หรือมีคุณสมบัติของเชื้อเพลิงที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา  และไม่เหมาะกับ ความต้องการใช้ไอน้ำที่ไม่ต่อเนืองหรือไม่คงที่ เพราะคงจะต้องปรับความหนาเชื้อเพลิง และความเร็วรอบกันจนเหนื่อยแน่นอนครับแต่ stoker ชนิดนี้เหมาะสำหรับกระบวนการผลิต ที่ต้องการใช้ไอน้ำอย่างสมำเสมอ ส่วนข้อดี ของมันที่เห็นได้ชัดเจนเลยครับ คือมันอัตโนมัติ ไม่ต้องมาคอยเคลียร์ขี้เถ้า หรือคอย ปิด-เปิด dumping ให้เสียเวลา คือถ้าปรับจูนกันดีๆ operator แถบไม่ต้องทำอะไร นอกจากคอยเติมเชื้อเพลิง และจดบันทึกค่าใน log book เพียงอย่างเดียวเท่านั้น 

ภาพถ่ายแสดงโครงสร้างภายในของ chain grate stoker ในระหว่างการเปลี่ยน grate bar 

Reciprocating Grate

อธิบายลักษณะโครงสร้างแบบคร่าว ดังนี้ครับ มีลักษณะพื้นเตาลาดเอียง และมี grate bar หลายๆ อันซ้อนกันเป็นขั้นบันได ตัว grate bar มีตัวที่ fixed อยู่กับที่ และตัวที่ move เคลือนที่เพื่อดันเชื้อเพลิงให้เคลื่อนที่ไปข้าง หน้า โดยส่วนมากจะขับเคลื่อนด้วยกระบอกสูบ หรือกระบอก hydraulic ขึ้นอยู่กับการออกแบบของแต่ผู้ผลิต ตัว grate bar จะวางอยู่บน trolley และตัว trolley จะถูกขับด้วยกระบอกไฮดรอลิก