05/11/2025
ตัวอย่างการคำนวณประสิทธิภาพหม้อไอน้ำเชื้อเพลิงแข็ง อ้างอิง ASME PTC 4.1
ตัวอย่างการ— คำนวณทีละขั้นตอน (Indirect / Heat-loss method ตามแนวทาง PTC 4.1)
เอกสารนี้แสดงการแทนค่าตัวเลขจริงลงในสูตรสำหรับ Loss หลัก ๆ (L1–L4) และนำค่าตัวอย่างสำหรับ L5–L8 มาใช้เพื่อสรุปประสิทธิภาพสุดท้าย โดยอ้างอิงตามเอกสารคู่มือ ASME PTC, คู่มือ BEE และคู่มือเชิงปฏิบัติ
ข้อมูลตัวอย่าง (ค่าที่ใช้แทน)
GCV (เชื้อเพลิง) = 3501 kcal/kg
Tf (อุณหภูมิก๊าซไอเสีย) = 190 °C
Ta (อุณหภูมิแวดล้อม) = 31 °C
Cp,gas (ค่าเฉลี่ยของก๊าซแห้ง) = 0.23 kcal/(kg·°C)
มวลก๊าซแห้งต่อ 1 kg เชื้อเพลิง (m_gas,dry) = 7.543 kg/kg fuel
สาระสำคัญ H ในเชื้อเพลิง (W_H) = 0.02041 kg H / kg fuel (2.041%)
ความชื้นในเชื้อเพลิง (M) = 0.03156 kg water / kg fuel (3.156%)
อากาศจริงที่ป้อนต่อ kg เชื้อเพลิง (AAS) = 6.543 kg air / kg fuel
ความชื้นของอากาศ = 0.0204 kg water/kg air
ค่า latent heat ที่ใช้ (ตัวอย่าง) (h_fg) = 584 kcal/kg
ค่า Cp สำหรับ steam (superheat term) ที่ใช้ใน L2/L3 = 0.45 kcal/(kg·°C)
ค่า L5–L8 ใช้ค่าตัวอย่างจากการคำนวณ/ตัวอย่างงานสอน:
L5 (CO) = 2.58%
L6 (radiation & convection) = 0.25%
L7 (fly ash unburnt) = 0.11%
L8 (bottom ash unburnt) = 1.77%
สูตรและการแทนค่า (ทีละข้อ — คำนวณตัวเลขจริง)
วิธีคิดรวม:
ประสิทธิภาพ (%) = 100 - ผลรวมของ Loss ทั้งหมด
L1 — Dry flue-gas loss (การสูญเสียความร้อนจากก๊าซไอเสียแห้ง)
สูตร:
L1(%) = (m_gas,dry * Cp * (Tf - Ta) / GCV) * 100
แทนค่า:
m_gas,dry = 7.543 kg/kg fuel
Cp = 0.23 kcal/(kg·°C)
Tf - Ta = 190 - 31 = 159 °C
GCV = 3501 kcal/kg
คำนวณทีละขั้น:
m * Cp = 7.543 * 0.23 = 1.73489 kcal/(kg·°C)·kg = kcal/°C per kg fuel
1.73489 * 159 = 275.878 kcal/kg_fuel (พลังงานที่พาไปกับก๊าซต่อ 1 kg เชื้อเพลิง)
แปลงเป็น %: L1 = (275.878 / 3501) * 100 = 7.8791%
ผล L1 = 7.8791 %
L2 — Loss from hydrogen in fuel → formation of H₂O (latent + sensible)
สูตร (ปกติ):
L2(%) = (9 * W_H * (h_fg + Cp,steam * (Tf - Ta)) / GCV) * 100
แทนค่า:
9 * W_H = 9 * 0.02041 = 0.18369 kg water (ผลิตจาก H ต่อ kg fuel)
h_fg + Cp,steam * (Tf - Ta) = 584 + 0.45 * 159 = 584 + 71.55 = 655.55 kcal/kg
ผลคูณ: 0.18369 * 655.55 = 120.202 kcal/kg_fuel
แปลงเป็น %: L2 = (120.202 / 3501) * 100 = 3.4395%
ผล L2 = 3.4395 %
L3 — Loss due to moisture present in fuel (evaporation + superheat)
สูตร:
L3(%) = (M * (h_fg + Cp,steam * (Tf - Ta)) / GCV) * 100
แทนค่า:
M = 0.03156 kg water/kg fuel
h_fg + Cp,steam * (Tf - Ta) = 655.55 (จาก L2)
ผลคูณ: 0.03156 * 655.55 = 20.709 kcal/kg_fuel
แปลงเป็น %: L3 = (20.709 / 3501) * 100 = 0.5909%
ผล L3 = 0.5909 %
หมายเหตุ: ค่านี้จะน้อยหรือมากขึ้นตาม % ความชื้นในเชื้อเพลิงที่แท้จริง — ถ้าเชื้อเพลิงชื้นมาก (เช่น ชีวมวลเปียก) L3 จะใหญ่ขึ้นมาก
L4 — Loss due to moisture in combustion air
สูตร (แบบประยุกต์):
L4(%) = (AAS * (humidity_air) * (h_fg + Cp,steam * (Tf - Ta)) / GCV) * 100
แทนค่า:
AAS = 6.543 kg air/kg fuel
humidity_air = 0.0204 kg water/kg air
h_fg + Cp,steam * (Tf - Ta) = 655.55 kcal/kg
ผลคูณ: 6.543 * 0.0204 * 655.55 = 87.394 kcal/kg_fuel
แปลงเป็น %: L4 = (87.394 / 3501) * 100 = 2.4993%
ผล L4 = 2.4993 %
L5–L8 (ค่าตัวอย่างที่ใช้ในสรุป)
เพื่อไม่ให้ตัวอย่างยาวเกินไป เอกสารนี้ได้ใส่ค่าตัวอย่างสำหรับหัวข้อเหล่านี้ (ซึ่งในงานจริงต้องคำนวณจากการวัด/วิเคราะห์จริง):
L5 (CO / incomplete combustion) = 2.58% (ตัวอย่าง)
L6 (Radiation & convection) = 0.25% (ตัวอย่าง/ประเมิน)
L7 (Unburnt in fly ash) = 0.11% (ตัวอย่าง)
L8 (Unburnt in bottom ash) = 1.77% (ตัวอย่าง)
ตัวอย่างการคำนวณ L5–L8 (แทนค่าตัวเลขทีละขั้นตอน) — ตามวิธี Indirect (สูตรจากคู่มือ BEE / แนวทาง PTC-4.1)
เอกสารนี้ใช้ชุดข้อมูลตัวอย่างเดียวกับตัวอย่างในคู่มือ Bureau of Energy Efficiency (BEE) ซึ่งสอดคล้องกับแนวทางที่ ASME PTC-4.1 อธิบาย (ค่าที่ระบุในตัวอย่างนี้อยู่ในเอกสารอ้างอิง) ค่าหลักที่ใช้คือ:
ค่าพื้นฐาน (ตัวอย่าง)
GCV (coal) = 3501 kcal/kg
%CO ในก๊าซไอเสีย = 0.55 % (โดยปริมาตร)
%CO₂ ในก๊าซไอเสีย = 14.0 % (โดยปริมาตร)
ปริมาณคาร์บอน (เชื้อเพลิง) (C) = 41.65 % = 0.4165 kg C / kg fuel
อัตราการป้อนเชื้อเพลิง (M_f) = 5599.17 kg/hr (ใช้เมื่อแปลงการสูญเสียผิวเป็นค่าต่อ kg fuel)
อุณหภูมิพื้นผิว = 70 °C → Ts = 343.15 K
อุณหภูมิแวดล้อม = 31 °C → Ta = 304.15 K
ความเร็วลม (V_m) = 3.5 m/s
พื้นที่ผิวทั้งหมด = 90 m²
เถ้าในเชื้อเพลิง = 8.63 % = 0.0863 kg ash / kg fuel
Fly ash : bottom ash = 10% : 90%
GCV ของ fly ash = 452.5 kcal/kg, GCV ของ bottom ash = 800 kcal/kg
L5 — Loss due to partial conversion of C → CO (การสูญเสีย CO)
สูตร (จาก BEE):
L5(%) = ((%CO * C) / (%CO + %CO₂)) * (5744 / GCV of fuel) * 100
แทนค่า:
(%CO * C = 0.55 * 0.4165 = 0.229075)
(%CO + %CO₂ = 0.55 + 14.0 = 14.55)
อัตราส่วน = (0.229075 / 14.55 = 0.01575)
คูณด้วย (5744 / 3501 = 1.6402) → (0.01575 * 1.6402 = 0.02583)
แปลงเป็นเปอร์เซ็นต์ → L5 = 2.5831 %
ผล: L5 ≈ 2.583 %
L6 — Radiation & convection (การสูญเสียความร้อนที่ผิว)
BEE ให้สูตรเพื่อหาค่า การสูญเสียผิว (W/m²) แบบประมวลผลจากอุณหภูมิผิว ลม และนิยาม แล้วแปลงเป็นพลังงานรวม (คูณพื้นที่) และเป็น % ของ GCV ต่อ kg fuel สูตรที่ใช้อ้างอิงจาก BEE คือ:
สูตร (ตาม BEE):
L6_W/m² = [0.548 * (Ts/55.55)^4 - 0.548 * (Ta/55.55)^4 + 1.957 * (Ts - Ta)] * 1.25 * sqrt((196.85 * Vm + 68.9) / 68.9)
โดย Ts, Ta ต้องใช้หน่วย K (ตามเอกสาร) และ Vm = ความเร็วลม (m/s) เมื่อได้ W/m² ให้คูณด้วยพื้นที่ (m²) → ได้ W → แปลงเป็น kcal/hr (1 W = 0.860421 kcal/hr) → หารด้วยอัตราเชื้อเพลิง (kg/hr) → แปลงเป็น % ของ GCV
แทนค่า (ตัวอย่าง):
Ts = 70°C = 343.15 K, Ta = 31°C = 304.15 K, Vm = 3.5 m/s, area = 90 m², Mf = 5599.17 kg/hr
คำนวณได้ (รายละเอียดตัวเลข):
L6_W/m² ≈ 1,582.81 W/m²
รวมทั้งผิว: L6_total = 1,582.81 * 90 = 142,452.6 W
เป็นพลังงานต่อชั่วโมง: 142,452.6 * 0.860421 = 122,569.2 kcal/hr
ต่อ kg fuel: 122,569.2 / 5599.17 = 21.8906 kcal/kg_fuel
แปลงเป็น % ของ GCV: (21.8906 / 3501) * 100 = 0.6253%
ผล (จากการแทนค่านี้): L6 ≈ 0.6253 %
หมายเหตุ: สูตร/การจัดวงเล็บมีความอ่อนไหว — บางแหล่ง/การตีความวงเล็บอาจให้ค่า W/m² ต่างไปเล็กน้อย และบางคู่มืออนุญาตใช้ค่าประเมินตามประเภทหม้อไอน้ำ (ตัวอย่างเช่น ให้ค่า R&C เป็น 1–3% ตามชนิด) แทนการคำนวณเต็มรูปแบบ
L7 — Unburnt in fly ash (คาร์บอนที่เหลือใน fly ash)
สูตร (BEE):
L7(%) = (Total fly ash collected per kg fuel * GCV of fly ash / GCV of fuel) * 100
แทนค่า (ตัวอย่าง):
Ash per kg fuel = 8.63% = 0.0863 kg ash/kg fuel
Fly ash fraction = 10% → fly ash per kg fuel = (0.0863 * 0.10 = 0.00863) kg/kg_fuel
GCV of fly ash = 452.5 kcal/kg
คำนวณ: L7 = (0.00863 * 452.5) / 3501 * 100 = 0.11154%
ผล: L7 ≈ 0.1115 %
L8 — Unburnt in bottom ash (คาร์บอนที่เหลือใน bottom ash)
สูตร (BEE):
L8(%) = (Total bottom ash collected per kg fuel * GCV of bottom ash / GCV of fuel) * 100
แทนค่า (ตัวอย่าง):
Bottom ash per kg fuel = (0.0863 * 0.90 = 0.07767) kg/kg_fuel
GCV bottom ash = 800 kcal/kg
คำนวณ: L8 = (0.07767 * 800) / 3501 * 100 = 1.7748%
ผล: L8 ≈ 1.7748 %
สรุปตัวเลข L5–L8 (จากการแทนค่าตัวอย่าง)
L5 (CO loss) ≈ 2.5831 %
L6 (Radiation & convection) ≈ 0.6253 % (การคำนวณตามสูตร BEE; ถ้าใช้การประเมินตามประเภทหม้อไอน้ำ ค่านี้อาจถูกแทนด้วยช่วง 0.4–3% ขึ้นกับชนิด)
L7 (fly ash unburnt) ≈ 0.1115 %
L8 (bottom ash unburnt) ≈ 1.7748 %
ถ้านำตัวเลขเหล่านี้ไปรวมกับ L1–L4 ที่คำนวณก่อน จะได้ Boiler efficiency แบบ Indirect ตามตัวอย่าง (ในเอกสาร BEE ตัวอย่างหนึ่งได้สรุปเป็น ~77.77% ขึ้นกับชุดค่าที่นำมาใช้)
สรุปตัวเลข (รวม)
L1 = 7.88 %
L2 = 3.44 %
L3 = 0.59 %
L4 = 2.50 %
L5 = 2.58 % (ตัวอย่าง)
L6 = 0.62 % (ตัวอย่าง)
L7 = 0.11 % (ตัวอย่าง)
L8 = 1.77 % (ตัวอย่าง)
รวมการสูญเสียทั้งหมด = 19.49 %
ประสิทธิภาพหม้อไอน้ำ (Indirect) = 100 − 19.49 = 80.51%
หมายเหตุสำคัญและข้อแนะนำปฏิบัติ
ความแม่นยำขึ้นกับการวัด/การวิเคราะห์ — L5 ต้องการการอ่าน %CO (ppm → แปลงเป็น %), L7–L8 ต้องการการวิเคราะห์ %C ในเถ้าและปริมาณเถ้าต่อ kg เชื้อเพลิงจริง ๆ L6 อ่อนไหวต่อวิธีตีความสูตรและการวัดอุณหภูมิผิว/ความเร็วลม/พื้นที่ #ผู้ตรวจสอบและรับรองการจัดการพลังงาน
