"Oil Fired Drum Type Water Tube Boiler နဲ႔ Burner Operation Sequence"

သေဘ္ာေတြမွာ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳတဲ႔ oil fired drum type water tube boiler ေတြရဲ႕ burner operation sequence ကို၊ pre - purging period, ignition period, operating period နဲ႔ post - purging period ဆိုၿပီး၊ ခြဲၿခားသတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။

 

Fig. Boiler fuel oil supply system

boiler ရဲ႕ fuel oil system မွာ၊ fuel oil pump, fuel oil heater,  fuel oil duplex filters နဲ႔ fuel oil burner တို႔ပါဝင္ပါတယ္။ သေဘ္ာ boiler ေတြမွာ အသံုးၿပဳတဲ႔ fuel oil ကေတာ႔ 'residual low-grade fuel oil' ေတြၿဖစ္ပါတယ္။ fuel oil pump ဟာ၊ boiler fuel oil service tank အတြင္းမွ၊ fuel ေတြကို၊ burner သို႔ ပို႔ေပးတဲ႔ gear pump ၿဖစ္ၿပီး၊ individual အေနနဲ႔ သီးသန္႔တတ္ဆင္ထားပါတယ္။ 

 

Fig. Force draft fan with attached fuel  pump

residual low-grade fuel oil ကို၊ အသံုးမၿပဳပဲ MGO လို႔ေခါါတဲ႔ marine gas oil ကိုသာ၊ အသံုးၿပဳတဲ႔ boiler ေတြမွာေတာ႔၊ forced draft fan ရဲ႕ shaft ဝင္ရိုးမွာ direct coupling အေနနဲ႔၊ ခၽိတ္ဆက္ကာ၊ fan နဲ႔ အတူလိုက္ပါ လည္ပတ္ေနမယ္႔ fuel pump ကို၊ အသံုးၿပဳပါတယ္။ boiler စတင္ေမာင္းနွင္တဲ႔ pre-purging period မွာ burner သို႔ fuel oil မေရာက္ရိွေစရန္၊ fuel oil return line မွာတတ္ဆင္ထားတဲ႔၊ normally closed solenoid valve ကိုပြင္႔ေစၿပီး၊ service tank သို႔ၿပန္လည္ေပးပို႔ ပါတယ္။ 

residual low-grade fuel oil ကို၊ အသံုးၿပဳတဲ႔ boiler ေတြမွာ၊ fuel oil heater ကို တတ္ဆင္ထားပါတယ္။ fuel oil heater ဟာ၊ fuel oil service tank မွာ၊ အပူေပးၿပီးသားၿဖစ္တဲ႔ fuel oil ဟာ၊ viscous အေနနဲ႔ ေစးပၽစ္ေနဆဲ ၿဖစ္ခဲ႔လၽွင္၊ ေစးပၽစ္မွဳ ကၽဆင္းေစရန္၊ တနည္းအားၿဖင္႔ temperature တက္လာေစရန္ ထပ္မံအပူေပးတဲ႔၊ electric heater ၿဖစ္ပါတယ္။ fuel oil duplex filters ကေတာ႔၊ duplex fine mesh filters ေတြၿဖစ္ၿပီး၊ အပူေပးထားတဲ႔ fuel oil ရဲ႕ temperature ကို ခံနိဳင္ရည္ရိွပါတယ္။ fuel Oil burner ဟာ boiler ကို မီးထိုးေပးတဲ႔ အဓိက အစိတ္အပိုင္းၿဖစ္ၿပီး၊ pressure jet burner, rotary cap burner, steam blast jet burner, gas burner နဲ႔ dual fuel burner ဆိုၿပီး၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

Pressure jet burner - fuel oil pressure ကို (7 ~ 15) Bar ပမာဏခန္႔ အသံုးၿပဳထားၿပီး၊ pressurized tube ရဲ႕အဆံုးမွာ orifice တတ္ဆင္ထားကာ၊ "ဆီ" ေတြကို၊ ပန္းထုတ္ေပးပါတယ္။ orifice တတ္ဆင္ထားၿခင္းေႀကာင္႔ furnace မွာ "ဆီ" pressure ေလၽွာ႔နည္း ကၽဆင္းသြားၿပီး၊ atomization ၿဖစ္ေပါါလာပါတယ္။ 'P' ဆိုတဲ႕ pressure နဲ႔ 'F' ဆိုတဲ႔ flow rate တို႔ရဲ႕ " √P ∝ F " ဆိုတဲ႔ ဆက္သြယ္ခၽက္အရ၊ fuel oil ရဲ႕ flow rate ကို (50 %) ခန္႔ ေလၽွာ႔ခၽလိုက္တဲ႔အခါ၊ atomization ကိုလည္း (၂၅ %) ခန္႔ ေလၽွာ႔ကၽသြားေစနိဳင္ပါတယ္။

 

Fig.  Pressure jet burner

pressure jet burner နဲ႔ nozzle အသံုးၿပဳထားတဲ႔ အၿခား burner ေတြကို၊ နိွဳင္းယွဥ္ႀကည္႔တဲ႔အခါ၊ turn-down ratio အေနနဲ႔  (2 : 1) ခန္႔ ကြာၿခားတာ ေတြ႔ရပါတယ္။ pressure jet burner ေတြဟာ ၿပဳၿပင္ထိမ္းသိမ္းမွဳ လြယ္ကူစြာေဆာင္ရြက္နိဳင္ၿခင္းနဲ႔ ေစၽးသက္သာၿခင္းစတဲ႔၊ အားသာခၽက္ေတြရိွသလို၊ "ဆီ" မသန္႔ခဲ႔လၽွင္ "ဆီ" မွာ ေရာပါဝင္လာတတ္တဲ႔ debris ဆိုတဲ႔ အစအနေလးေတြေႀကာင္႔၊ အလြယ္တကူ ပိတ္ဆို႔သြားတတ္တဲ႔ အားနည္းခၽက္လည္း ရိွတဲ႔အတြက္၊ ဆီစစ္ဇကာအစိတ္ fine mesh strainer ေတြတတ္ဆင္ၿပီး သံုးသင္႔ပါတယ္။   

Rotary cap burner - central tube မွတဆင္႔ ဝင္ေရာက္လာတဲ႔ "ဆီ" ဟာ၊ လည္ပတ္ေနတဲ႔ rotating cone အတြင္းသုိ႔ ဝင္ေရာက္သြားကာ၊ centrifugal force ရဲ႕သက္ေရာက္မွဳေႀကာင္႔၊ cone နံရံေတြကို ရိုက္ခတ္ၿပီး၊ မူလ oil film ေတြထက္၊ ပိုမိုေသးငယ္ ပါးလြွာတဲ႔ oil film ေတြအၿဖစ္ ၿပိဳကြဲသြားႀကပါတယ္။ 

 

Fig.  Rotary cap burner 

  

ၿပိဳကြဲထြက္သြားတဲ႔ oil film ေတြဟာ၊ fine spray အေနနဲ႔  atomization pressure ၿဖစ္ေပါါေစပါတယ္။ atomization မွာ turn-down ratio အေနနဲ႔ ပိုမို ေကာင္းမြန္လာၿပီး၊ အသံုးၿပဳတဲ႔ "ဆီ" ေႀကာင္႔  block အေနနဲ႔ ပိတ္ဆို႔မွဳ မၿဖစ္ေပါါနိဳင္ၿခင္းဆိုတဲ႔ အားသာခၽက္ရိွသလို၊ ၿပဳၿပင္ထိမ္းသိမ္းမွဳကို အလြယ္တကူ မေဆာင္ရြက္နိဳင္ၿခင္းနဲ႔ ေစၽးနံွဳးႀကီးၿမင္႔ၿခင္းစတဲ႔ အားနည္းခၽက္ေတြလည္းရိွပါတယ္။

Gas burner - fuel အစား gas နဲ႔ ေလ ကိုေရာေနွာလြွတ္ကာ၊ ေလာင္ကၽြမ္းေစတဲ႔ gas burner ေတြကို၊ low pressure gas burner နဲ႔ high pressure gas burner ဆိုၿပီး၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

 

Fig. Low pressure gas burner

low pressure gas burner မွာ gas pressure အေနနဲ႔ (2.5 ~10 mBar) ခန္႔ကို၊ အသံုးၿပဳထားၿပီး၊ boiler ရဲ႕ output ဟာအမၽားဆံုး၊ 1 MW ေလာက္သာရိွပါတယ္။ low pressure gas burner ေတြမွာ၊ needle valve တတ္ဆင္ထားတဲ႔ venturi device ကို အသံုးၿပဳထားပါတယ္။ high pressure gas burner ေတြမွာ gas pressure အေနနဲ႕ (12 ~ 175 mBar) ခန္႔ကို၊ အသံုးၿပဳထားၿပီး၊ nozzles ေတြကို၊ တတ္ဆင္ အသံုးၿပဳထားပါတယ္။

Dual fuel burner - boiler ကို စတင္ေမာင္းတဲ႔အခါ၊ FD fan အရင္ဆံုး လည္ပတ္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ 'pre - purging period' ရဲ႕ အစလည္း ၿဖစ္ပါတယ္။ ယခင္ boiler မီးထိုးစဥ္ကာလမွ flue gas ေတြ ႀကြင္းကၽန္ေနခဲ႔ပါက၊ ignition period မွာ ၿဖစ္ေပါါလာမယ္႔ flame နဲ႔ ထိေတြ႔ၿပီး၊ back fire ဆိုတဲ႔ explosion ၿဖစ္နိဳင္တဲ႔အတြက္၊ flue gas ေတြကို၊ ကုန္စင္သြားေစရန္ FD Fan ကို အသံုးၿပဳၿပီး ဖယ္ရွားၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။  

 

Fig. Dual fuel single package burner  

Pre - purging period - ရဲ႕အဓိကရည္ရြယ္ခၽက္ဟာ၊ flue gas ေတြကို ဖယ္ရွားၿခင္း ၿဖစ္တဲ႔အတြက္၊ FD fan စတင္လည္ပတ္တာနဲ႕ furnace အတြင္းသို႔၊ ၿပင္ပေလ ဝင္ေရာက္လာနိဳင္ေစရန္ burner damper flap အား၊ fully open အေနအထားၿဖင္႔ ဖြင္႔ေပးထားပါတယ္။ အခၽိဳ႕ boiler ေတြမွာ damper solenoid မွတဆင္႔၊  damper flap  အဖြင္႔အပိတ္ကို ေဆာင္ရြက္ေပးၿပီး၊ အခၽိဳ႕ boiler ေတြမွာေတာ႔ stepper motor မွတဆင္႔၊  damper flap အဖြင္႔အပိတ္ကို ေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။

Ignition period - pre - purging period ၿပီးဆံုးသြားတဲ႔အခါ၊ ignition transformer မွ၊ supply voltage ေပးသြင္းလိုက္တဲ႔အတြက္၊ electrode (၂) ခုဟာ ignited အေနနဲ႔ မီး စ "ခပ္" ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ 'ignition period' အစလည္း ၿဖစ္ၿပီး၊ burner damper flap ဟာ fully closed အေနအထားၿဖင္႔ ပိတ္သြားပါတယ္။ တၿပိဳင္နက္ထဲမွာ MDO ဆိုတဲ႔ marine diesel oil သို႔မဟုတ္ MGO ဆိုတဲ႔ marine gas oil solenoid valve တနည္းအားၿဖင္႔ pilot burner solenoid valve အား၊ ပြင္႔ေစၿပီး၊ pilot burner nozzle မွ၊ ဆီေတြကို atomizing pressure ၿဖင္႔ ပန္းထုတ္ေပးလိုက္ပါတယ္။ pilot burner fuel oil အဖြင္႔၊ အပိတ္ကို 3 way solenoid valve တလံုးတည္းၿဖင္႔ ေဆာင္ရြက္သလို၊ 'NO' ဆိုတဲ႔ normally opened solenoid valve တလံုးနဲ႔ 'NC' ဆိုတဲ႔ normally closed solenoid တလံုးတို႔ကို၊ တတ္ဆင္ၿပီး၊ ေဆာင္ရြက္တဲ႔ burner ေတြကိုလည္း၊ ေတြ႔ရတတ္ပါတယ္။

electrodes (၂) ခုမွ ignition 'မီးစ' နဲ႔ pilot burner nozzle မွ၊ atomizing pressure ၿဖင္႔ ပန္းထြက္လာတဲ႔ 'ဆီ' တို႔၊ ေတြ႔တဲ႔အခါ firing ၿဖစ္ေပါါလာၿပီး၊ 'မီးေလာင္' ပါေတာ႔တယ္။ pilot burner မွာ flame အေနနဲ႔ 'မီးစြဲ' တာကို၊ low flame လို႔ေခါါပါတယ္။ burner မွာ မီးစေလာင္တာနဲ႔ electrodes (၂) ခုမွ ignition ဟာ ရပ္တန္႔သြားပါတယ္။ burner မွာ၊ low flame အေနနဲ႔ မီးစေလာင္ၿခင္း ရိွမရိွကို flame eye လို႔ေခါါတဲ႔ photo cell တနည္းအားၿဖင္႔ flame detector မွ ေစာင္႔ႀကည္႔ေနပါတယ္။ burner မွာ မီးစြဲၿပီဆိုတာေသၿခာမွ၊ flame eye ဟာ burner control unit သို႔၊ signal ေပးပို႔ၿပီး၊ main burner solenoid valve အားပြင္႔ေစပါတယ္။ main burner အတြက္ HFO ဆိုတဲ႔ heavy fuel oil ကိုေလာင္စာအၿဖစ္၊ အသံုးၿပဳပါတယ္။

main burner 'မီးစြဲ' တာနဲ႔ pilot burner fuel oil solenoid valve လည္း၊ ပိတ္သြားၿပီး၊ burner fuel oil return line solenoid valve ၿပန္ပြင္႔သြားပါတယ္။ main burner မီးစြဲတာကို၊ high flame လို႔ေခါါပါတယ္။ burner မွာ၊  high flame အေနနဲ႔ မီးလာင္ၿခင္း ရိွမရိွကို flame detector မွ၊ ေစာင္႔ႀကည္႔ေနပါတယ္။ အေႀကာင္းတစံုတရာေႀကာင္႔ မီးမေလာင္နိဳင္ေတာ႔တဲ႔အခါ၊ flame detector မွ တစ္ဆင္႔၊ flame failure alarm ကို၊ activated ၿဖစ္ၿပီး၊ ignition period ရဲ႕ operation တခုလံုးကို အလိုအေလၽွာက္ ရပ္တန္႔ေစပါတယ္။

 

Fig. Boiler safety cut - off 

ignition period ရဲ႕ operation ကို၊ ရပ္တန္႔ၿခင္းဟာ၊ burner သို႔ေပးပို႔ေနတဲ႔ fuel supply အား၊ ၿဖတ္ေတာက္ၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ အကယ္၍ burner မွာ၊ 'မီးမစြဲ' ပဲ၊ burner nozzle မွ 'ဆီ' ေတြကို atomizing pressure ၿဖင္႔၊ ဆက္လက္ ပန္းထုတ္ေပးေနခဲ႔လၽွင္ boiler furnace အတြင္း၊ ေလာင္စာဆီ အမၽားအၿပားေရာက္ရိွေနမွာၿဖစ္သလို၊ ရုတ္တရက္ ignition နဲ႔ ေပါင္းစပ္ လိုက္တဲ႔အခါ၊ miss - fire သို႔မဟုတ္ back fire ဆိုတဲ႔  ၿပင္းထန္တဲ႔  explosion ေပါါေပါက္ လာနိဳင္ပါတယ္။ ignition period ရဲ႕ operation ရပ္တန္႔ သြားတာနဲ႔ damper flap အလိုအေလၽွာက္ ၿပန္ပြင္႔သြားၿပီး၊ FD fan ဟာ furnace အတြင္း၊ အကုန္အစင္ေလာင္ကၽြမ္းၿခင္းမရိွပဲ၊ ႀကြင္းကၽန္ရိွေနတဲ႔ flue gas  ေတြကို၊ ဖယ္ရွားၿပစ္ပါတယ္။  

Operation period - main burner မွာ 'မီးစြဲ' ေလာင္ကၽြမ္းမွဳ ၿဖစ္ေပါါၿခင္း ေသၿခာ သြားတဲ႔အခါ၊ burner damper flap ဟာ partial opened အေနအထားၿဖင္႔ ၿပန္ပြင္႔လာပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ 'operation period' ရဲ႕ အစလည္းၿဖစ္ပါတယ္။ burner ဟာ လိုအပ္တဲ႔ desired steam pressure ရရိွလာတဲ႔အထိ၊ မီးထိုးေပးေနမွာ ၿဖစ္ၿပီး၊ setting pressure သို႔ေရာက္ရိွသြားတဲ႔အခါ၊ fuel supply အား၊ ၿဖတ္ေတာက္လိုက္ၿခင္းၿဖင္႔ operation period ကို အဆံုးသတ္ပါတယ္။ flame detector ဟာ၊ ignition period မွာၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔ low flame နဲ႔ high flame တို႔ကို၊ detect လုပ္ရံုတင္မက၊ operation period တေလၽွာက္လံုးမွာလည္း flame ကို detect လုပ္ကာ၊ ေစာင္႔ႀကည္႔ေနပါတယ္။

Post - purging period - fuel supply ၿဖတ္ေတာက္လိုက္ၿခင္းဟာ၊ 'post purging period' အစလည္းၿဖစ္ပါတယ္။ FD fan ဟာ ဆက္လည္ေနမွာၿဖစ္သလို၊ burner damper flap ကို fully opened အေနအထားၿဖင္႔ ၿပန္ဖြင္႔ၿပီး၊ furnace အတြင္းမွ၊ flue gas  ေတြကို၊ ဖယ္ရွားၿပစ္ပါတယ္။ 

Combustion Control (Two-term Controllers - Air Sub-loop & Fuel Sub-loop Method) - 'ေရ' ကိုအပူေပးၿပီး steam ထုတ္ယူတဲ႔အခါ၊ fuel အား၊ ေလာင္ကၽြမ္းေစတဲ႔ အတြက္၊ boiler ရဲ႕ မီးေလာင္ခန္း furnace အတြင္းမွာ temperature နဲ႔ pressure ေပါါေပါက္လာပါတယ္။ fuel ကိုေလာင္ကၽြမ္းေစတဲ႔အခါ၊ air ဆိုတဲ႔ 'ေလ နဲ႔ fuel ဆိုတဲ႔ 'ေလာင္စာ' တို႔၊ အခၽိဳးညီစြာေပါင္းစပ္ေလာင္ကၽြမ္းရန္ လိုအပ္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ complete combustion ၿဖစ္ေပါါေစရန္ combustion control ကို၊ စနစ္တကၽ ခၽိန္ညွိေပးရန္လိုအပ္ပါတယ္။ combustion control ခၽိန္ညွိၿခင္းဟာ၊ damper နဲ႔ fuel ကို ခၽိန္ညွိေပးၿခင္းလည္းၿဖစ္ပါတယ္။ 

 

Fig. Combustion control system

combustion control ကို၊ ေဆာင္ရြက္ရာမွာ၊ steam flow နဲ႔ steam pressure တို႔ကို၊ control element အေနနဲ႔ အသံုးၿပဳေလ့ရိွပါတယ္။ combustion control system မွာ steam pressure signal ကို၊ two-term controller သို႔ေပးပို႔ၿပီး၊ desired value ၿဖင္႔နိွဳင္းယွဥ္ပါတယ္။ ရရိွလာတဲ႔ deviation results ေပါါမူတည္ၿပီး၊ summing relay ကို၊ activated ၿဖစ္ေစပါတယ္။ steam flow signal ကိုလည္း၊ summing relay မွ လက္ခံရယူပါတယ္။

'summing relay' ဟာ ရရိွလာတဲ႔ steam pressure signal နဲ႔ steam flow signal တို႔အပါါ မူတည္ၿပီး၊ out put signal ထုတ္ေပးပါတယ္။ out put signal ဟာ variable desired value signal ၿဖစ္ပါတယ္။ fuel control and combustion air control loops ရဲ႕ two-term controllers ကို activated ၿဖစ္ေစၿပီး၊ လိုအပ္မယ္႔ burner fuel input requirements ကို adjusted အေနနဲ႔ ခၽိန္ညိွေပးပါတယ္။

high သို႔မဟုတ္ low signal selector ဟာ၊ boiler ရဲ႕ load အေပါါမွာ မူတည္ၿပီး၊ combustion air flow ကို၊ fuel requirements ထက္၊ အၿမဲပိုမၽား ေနေစရန္ ေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။ combustion air flow ဟာ၊ fuel requirements ထက္ နည္းေနခဲ႔လၽွင္ boiler exhaust gas မွာ၊ black smokey အေနနဲ႔ မီးခိုးမဲေတြ အေၿမာက္အမၽား ထြက္ေပါါေနမွာၿဖစ္ပါတယ္။ boiler ရဲ႕ load အေပါါမွာ မူတည္ၿပီး၊ steam flow အားၿမွင္႔တင္ရန္၊ master signal ကို variable desired signal အေနနဲ႔ high signal selector သို႔ေပးသြင္းၿပီး၊ air sub - loop မွ တဆင္႔၊ combustion air flow ကိုပါ increase အေနနဲ႔ ၿမွင္႔တင္ေပးသလို၊ fuel requirements ကိုလည္း၊ fuel sub - loop မွတဆင္႔၊ ၿမွင္႔တင္ေပးပါတယ္။ air flow ကို increase အေနနဲ႔ အရင္ဆံုးၿမွင္႔တင္ေပးရာမွွာ air flow signal line မွာရိွတဲ႔၊ ratio relay မွ တဆင္႔ ေဆာင္ရြက္ပါတယ္။

Boiler Efficiency - တြက္ယူတဲ႔အခါ၊ အသံုးၿပဳတဲ႔ fuel အေပါါမူတည္ၿပီး နည္းလမ္း အမၽိဳးမၽိဳးရိွတဲ႔အနက္၊ 'ASME method for Boiler Efficiency Calculation PTC 4' ဆိုတဲ႔ Code ကို၊ အသံုးၿပဳကာ၊ အနည္းငယ္ေဖာ္ၿပပါဦးမယ္။

oil fire boiler ရဲ႕ efficiency ကို၊ 'ASME method for Boiler Efficiency Calculation PTC 4' ဆိုတဲ႔ Code အရ၊ အထက္မွာ ေဖာ္ၿပထားတဲ႔ ပံုေသနည္းၿဖင္႔ တြက္ယူနိဳင္ပါတယ္။ 'heat exported by the fluid' ဟာ boiler ရဲ႕ 'output' ၿဖစ္ၿပီး၊ 'heat provided by the fuel' ကေတာ႔ boiler ရဲ႕ 'input' ၿဖစ္ပါတယ္။ 'ေရ' ကို အပူထုတ္ေပးရာ 'heat export media' အေနနဲ႔ အသံုးၿပဳၿပီး၊ 'Steam Tables' မွာ ပါဝင္တဲ႔၊ feed water temperature, exported steam pressure နဲ႔ steam flow rate တို႔ကို ကိုးကားရန္လိုအပ္ပါတယ္။

q = ( m / t ) c_p dT  

heat exported ကို၊ 'output' အၿဖစ္၊ ယူဆတဲ႔အခါ၊ q = heat exported (kJ/ s, kW), m / t = mass flow (kg/ s), m = mass (kg), t = time (s), c_p = specific heat capacity (kJ/ kg ^oC), dT = temperature difference between inlet and outlet of the boiler ( ^oC) ဆိုၿပီး အထက္ပါ၊ ပံုေသနည္းၿဖင္႔ တြက္ယူနိဳင္ပါတယ္။ 

q = ( m / t ) h_e

'ေရ' ကို အပူေပးစဥ္၊ အေငြ႔ၿပန္တဲ႔အတြက္၊ heat saturation temperature မွာရိွမယ္႔ heat export 'q' ကို၊ အထက္ပါ ပံုေသနည္းၿဖင္႔ တြက္ယူနိဳင္ၿပီး၊ m = mass flow of evaporated water (kg), t = time (s),  h_e =  evaporation energy in the steam at the saturation pressure the boiler is running (kJ/ kg)  အၿဖစ္၊ သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။

'heat provided by fuel' ဆိုတဲ႔ boiler 'input' အတြက္ေပးသြင္းတဲ႔ fuel ကို၊ 'Gross' သို႔မဟုတ္ 'Net Calorific Value' အေနနဲ႔ေဖာ္ၿပပါတယ္။ oil fired boiler ေတြမွာ၊ ေလာင္စာအၿဖစ္ အသံုးၿပဳထားတဲ႔ Gross Calorific Values of some common Fuels  အခၽိဳ႕ရဲ႕ 'Gross Calorific Value' မွာ၊ burner အတြင္း flue gases ေတြအေနနဲ႔ ၿဖစ္ေပါါလာမွဳကို၊ ထည္႔သြင္းစဥ္းစားၿခင္း မရိွတဲ႔အတြက္၊ 'input' ကို fuel ရဲ႕ 'Gross Calorific Value'  တန္ဘိုးၿဖင္႔ တြက္ယူတဲ႔အခါ၊ boiler မွာ ရရိွလာမယ္႔ 'actual heat amount' ပမာဏ ေလၽွာ႔နည္းသြားတာကို ေတြ႔ရမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ 

 

Fig. Gross Calorific Value for 'Fuel'  

 Fig. Gross Calorific Value for 'Gas' 

boiler ရဲ႕ efficiency ဟာ၊ furnace အတြင္းေပးသြင္းတဲ႔ supply air flow အေပါါမွာလည္း၊ မူတည္ပါတယ္။ supply air flow ပမာဏ 'မၽား' တဲ႔အခါ၊ useful heat ကို ဖယ္ထုတ္မွာၿဖစ္ၿပီး၊ ပမာဏ 'နည္း' တဲ႔အခါမွာေတာ႔၊ incomplete combustion မွတဆင္႔ မီးမေလာင္ေသးတဲ႔ unburned fuel ေတြနဲ႔ smoke ေတြ ေပါါေပါက္လာမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ 

 

'Net calorific value' မွာေတာ႔၊ combustion process အတြင္းၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔ water vapor discharged ေတြပါဝင္ပါတယ္။ 'combustion process' ကို၊ အထက္ပါ ပံုေသနည္းၿဖင္႔ ေဖာ္ၿပၿပီး၊ C = carbon, H = hydrogen, O = oxygen, N = nitrogen အၿဖစ္၊ သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။  

Net Calorific Value = (Gross Calorific Value) - 10 %

'Net Calorific Value' နဲ႔  'Gross Calorific Value' တို႔ရဲ႕၊ အနီးစပ္ဆံုး ဆက္သြယ္ခၽက္ကို၊ အထက္မွာ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ oil fire boiler ေတြမွာ၊ အသံုးၿပဳတဲ႔ fuel ေတြရဲ႕ BTU Content ပမာဏေတြကေတာ႔ No. 1 Oil = 13, 7400 BTU per Gallon, No. 2 Oil = 13, 9600 BTU per Gallon, No. 3 Oil = 14, 1800 BTU per Gallon, No. 4 Oil = 14, 5100 BTU per Gallon, No. 5 Oil = 14, 8800 BTU per Gallon, No. 6 Oil = 15, 2400 BTU per Gallon, Natural Gas = 9, 50 - 1, 050 BTU per cu. ft, Propane = 2, 550 BTU per cu. ft  နဲ႔ Butane = 3, 200 BTU per cu. ft တို႔ၿဖစ္ပါတယ္။  

boiler တလံုးမွာ အေကာင္းဆံုး efficiency ရရိွရန္၊ တနည္းအားၿဖင္႔ 'perfect combustion' ဆိုတဲ႔၊ 'stoichiometric combustion' ရရိွနိဳင္ရန္၊ လက္ေတြ႔မွာ ခက္ခဲတာကိုေတြ႔ရပါတယ္။ fuel ဟာ combustion ၿဖစ္တဲ႔အခါ၊ carbon, hydrogen နဲ႔ oxygen molecules ေတြ ေပါါေပါက္လာၿပီး၊ အခၽိဳ႕ oxygen molecules ေတြဟာ၊ nitrogen molecules ေတြနဲ႔ေပါင္းစပ္ကာ၊  nitrogen oxides ကိုၿဖစ္ေပါါေစပါတယ္။  furnace အတြင္းသို႔၊  'excess air' ကို၊ လံုေလာက္စြာေပးသြင္းၿပီး၊ complete combustion ၿဖစ္ေပါါေစမွသာ၊ အေကာင္းဆံုး 'efficiency' ကိုရနိဳင္မွာၿဖစ္ပါတယ္။ 

'closed loop system' အသံုးၿပဳထားတဲ႔ boiler ေတြမွာ oxygen sensor တနည္းအားၿဖင္႔ oxygen analyzer ေတြကို တတ္ဆင္ၿပီး၊ combustion air damper ကို steeper motor ၿဖင္႔ control အေနနဲ႔ ထိမ္းညိွေပးပါတယ္။  'opened loop system' ကို အသံုးၿပဳထားတဲ႔ boiler ေတြမွာေတာ႔၊ cams ေတြနဲ႔ levers ေတြကို တတ္ဆင္ၿပီး၊ combustion air damper အား၊ control အေနနဲ႔ ထိမ္းညိွေပးပါတယ္။ air/ fuel mixture ratio ကို ထိန္းညွိတဲ႔ burner ေတြမွာ၊ အေကာင္းဆံုး efficiency ရရိွေစရန္၊ တတ္ဆင္ထားတဲ႔အစိတ္အပိုင္းေတြကို၊ ပံုမွန္ calibrated လုပ္ေပးဖို႔ လိုအပ္ပါတယ္။

နိဳင္ငံေပါင္း (၁၆၀) သေဘာတူ လက္မွတ္ေရးထိုးထားတဲ႔၊ 'Kyoto Agreement of 1997' လို႔ေခါါတဲ႔၊ သဘာဝ ပတ္ဝန္းကၽင္ ထိမ္းသိမ္းေရးဆိုင္ရာ သေဘာတူညီခၽက္ ဟာလည္း၊ residual low - grade fuel oil ေတြကို အသံုးၿပဳထားတဲ႔၊ boiler ေတြနဲ႔ လာေရာက္ သက္ဆိုင္ေနတာ ေတြ႔ရပါတယ္။ 'Climate Change Programme' အရ ေရးဆြဲခဲ႔တဲ႔၊ 'Kyoto Agreement of 1997' ကိုေလ့လာႀကည္႔လၽွင္၊ atmosphere အတြင္းသို႔ harmful gases ေတြ ထုတ္လြွင္႔မွဳကို၊  (80 %) အထိ ေလၽွာ႔ခၽရန္ ရည္ရြယ္ထားတာ ေတြ႔ရမွာၿဖစ္ပါတယ္။ နွစ္ကာလအပိုင္းအၿခား အလိုက္ non - polluting energy sources ေတြကို အစားထိုးအသံုးၿပဳရန္ သတ္မွတ္ထားပါတယ္။ 

မူလကတည္းက low - grade fuel oil တနည္းအားၿဖင္႔ high sulpher content HFO ဆိုတဲ႔ 'မီးထိုးဆီအပၽစ္' ေတြကို၊ စီးပြားေရးအရ တြက္ေၿခကိုက္ရန္ ေလာင္စာအၿဖစ္ သံုးစြဲထားတဲ႔ marine used boiler ေတြမွာ၊ efficiency ေကာင္းေစရန္နဲ႔၊ ထုတ္ၿပန္သတ္မွတ္ထားတဲ႔ နည္းဥပေဒေတြ နဲ႔ ကိုက္ညီေစရန္၊ ၿပဳၿပင္ေၿပာင္းလဲမွဳေတြ  ေဆာင္ရြက္ရန္၊ လိုအပ္လာပါတယ္။ 

'ေလထုညစ္ညမ္းမွဳ' ဆိုတဲ႔ 'air pollution' ၿဖစ္ေပါါေစတဲ႔ mono-nitrogen oxide တနည္းအားၿဖင္႔ nitric oxide (NO) နဲ႔ nitrogen dioxide (NO2) အစရိွတဲ႔ NOx ေတြနဲ႔ပက္သက္ၿပီး၊ ေလၽွာ႔ခၽနိဳင္ရန္၊ 'Emission standards' ေတြကို၊ သတ္မွတ္ ၿပဌာန္းထားပါတယ္။ nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides, particulate matter (PM) လို႔ေခါါတဲ႔ soot နဲ႔ carbon monoxide (CO) သို႔မဟုတ္ volatile hydrocarbons ေတြေႀကာင္႔ air pollution ၿဖစ္ေပါါရပါတယ္။ ဖန္လံုအိမ္ အာနိသင္ဆိုတဲ႔ 'greenhouse effect' ၿဖစ္ေပါါေစတဲ႔ nitrous oxide (N2O) နဲ႔ ေလထုညစ္ညမ္းမွဳ ဆိုတဲ႔ 'air pollution' ၿဖစ္ေပါါေစတဲ႔ (NOx) တို႔ကို၊ ေရာေထြး မွတ္သားတတ္ပါတယ္။  

'NOx' ထြက္ေပါါလာမယ္႔ primary sources ေတြကို thermal NOx, fuel NOx နဲ႔ prompt NOx ဆိုၿပီး ခြဲၿခားနိဳင္ပါတယ္။ 'thermal NOx' ဟာ၊ high temperature oxidation ေႀကာင္႔ၿဖစ္ေပါါၿပီး၊ hydrocarbon molecules ေတြဟာ carboxylic acids အၿဖစ္၊ converted အေနနဲ႔ အသြင္ကူးေၿပာင္းသြားၿခင္းကို 'oxidation' လို႔ေခါါပါတယ္။ 'fuel NOx' ကေတာ႔ ေလာင္စာေတြ မီးေလာင္ေပါက္ကြဲမွဳ combustion ေႀကာင္႔ ၿဖစ္ေပါါပါတယ္။ fuel NOx ဟာ NOx ထြက္ေပါါမယ္႔ အဓိက major source ၿဖစ္ပါတယ္။ 'Prompt Nox' ကေတာ႔ ေလာင္စာေတြရဲ႕ မီးေလာင္ေပါက္ကြဲမွဳအစ တနည္းအားၿဖင္႔ combustion ရဲ႕ earliest stage မွာ ၿဖစ္ေပါါပါတယ္။  

 

Fig. low pressure air atomized burner

boiler ရဲ႕ furnace အတြင္း incomplete combustion အေနနဲဲ႔ အကုန္အစင္ ေလာင္ကၽြမ္းမွဳမၿဖစ္ေပါါပဲ၊ ႀကြင္းကၽန္ရစ္ခဲ႔တဲ႔ flue gas ေတြကို၊ minimum excess air ေပးသြင္းၿပီး၊ optimum combustion အၿဖစ္၊ ေလာင္ကၽြမ္းေစရန္ burner design ပံုသ႑န္အား၊ ေၿပာင္းလဲမွဳေတြ ၿပဳလုပ္လာတာကို ေတြ႔ရပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ flue gas ကၽန္ရိွေနမွဳကို၊ 'sophisticated electronic control system' မွေစာင္႔ႀကည္႔ၿပီး၊ fuel နဲ႔ air flow အား၊ လိုအပ္သလို အလိုအေလၽွာက္ ထိန္းညွိေပးတဲ႔ စနစ္ကိုလည္း တတ္ဆင္အသံုးၿပဳလာႀကပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ boiler turn - down ratios လို႔ေခါါတဲ႔ 'maximum and minimum firing rates' အတြင္းမွာ၊ efficiency နဲ႔ emission rate ကို၊ ထိန္းညွိၿခင္း ၿဖစ္ပါတယ္။  

boiler မီးထိုးစဥ္ combustion process အတြင္း၊ losses ေတြၿဖစ္ေပါါၿပီး၊ losses ေတြကို၊ flue gas မွာၿဖစ္ေပါါတဲ႔ heat losses နဲ႔ boiler insulation ေႀကာင္႔ၿဖစ္ေပါါတဲ႔ radiation losses ဆိုၿပီး၊ ေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။ burner နဲ႔ damper တို႔ရဲ႕ mechanism ပိုင္းမွာ၊ setting ေတြ လြဲမွားေနၿခင္းေႀကာင္႔၊ boiler အတြက္ လိုအပ္တဲ႔ specific load ထက္ပိုၿပီး၊ burner မီးထိုးေပးေနရတဲ႔အခါ၊ furnace အတြင္းမွာ အပူခၽိန္ၿမင္႔မားတဲ႔ flue gas ေတြၿဖစ္ေပါါလာပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ hot gas လို႔ေခါါၿပီး၊ efficiency ကို ကၽဆင္းေစပါတယ္။ boiler ရဲ႕ heat transfer surface ေတြကို၊ ပံုမွန္သန္႔ရွင္းေရးမေဆာင္ရြက္တဲ႔အခါ၊ contaminated ၿဖစ္ေပါါၿပီး၊ burner ဟာ၊ မီးထိုးေပမယ္႔ လိုအပ္တဲ႔ required heat transferring အပူကူးေၿပာင္းမွဳကို၊ အၿပည္႔အဝ မေဆာင္ရြက္နိဳင္ၿခင္းေႀကာင္႔လည္း efficiency ကၽဆင္းပါတယ္။  

 

flue gas ဟာ dew point အမွတ္ေအာက္ေရာက္ေနေအာင္ cooled  အေနနဲ႔ 'ေအး' ေနခဲ႔လၽွင္၊ contaminated ဆိုတဲ႔၊ formation ေတြကို၊ ၿဖစ္ေပါါေစပါတယ္။ boiler မီးထိုးတဲ႔အခါ combustion air flow မွာပါဝင္လာတဲ႔၊ nitrogen ေႀကာင္႔၊ nitric acid ဓါတ္နဲ႔၊ ေလာင္စာအၿဖစ္အသံုးၿပဳထားတဲ႔ high sulpher content low-grade heavy fuel oil မီးထိုးဆီတို႔ေႀကာင္႔၊ sulphuric acid ဓါတ္ေတြဟာ၊ formation အေနနဲ႔ ၿဖစ္ေပါါလာသလို၊ boiler ရဲ႕ အတြင္းအစိတ္အပိုင္း internal parts ေတြမွာ၊ corrosion ၿဖစ္ေပါါေစနိဳင္ၿပီး 'flue gas dew point corrosion' လို႔ေခါါပါတယ္။  

 

  Fig. Typical net boiler efficiencies

boiler ဟာ အပူရိွန္ရိွေနတဲ႔အတြက္၊ ေဘးပတ္ဝန္းကၽင္သို႔  heat radiation အေနနဲ႔ အနည္းနဲ႔အမၽား အပူၿဖာထြက္ပါတယ္။ heat radiation ေႀကာင္႔ heat losses ၿဖစ္ေပါါလာၿပီး၊ insulation ေတြ၊ ေပါက္ၿပဲေနခဲ႔လၽွင္ သို႔မဟုတ္  poorly installed insulation ဆိုတဲ႔ လံုေလာက္တဲ႔ insulation ေတြကို အသံုးမၿပဳခဲ႔လၽွင္၊ heat losses ပမာဏ ပိုမၽားလာနိဳင္ပါတယ္။  well - insulated အေနနဲ႔ လံုေလာက္တဲ႔ insulation ေတြကို၊ အသံုးၿပဳထားတဲ႔ 5.0 MW capacity water-tube boiler တလံုးဟာ၊ ေဘးပတ္ဝန္းကၽင္ကို၊ အပူၿဖာထြက္မွဳေႀကာင္႔ (0.3 ~ 05 %) ခန္႔ energy losses ပမာဏရိွတာေတြ႔ရပါတယ္။ 

boiler ဟာ အပူရိွန္ရိွေနတဲ႔အတြက္၊ ေဘးပတ္ဝန္းကၽင္သို႔  heat radiation အေနနဲ႔ အနည္းနဲ႔အမၽား အပူၿဖာထြက္ပါတယ္။ heat radiation ေႀကာင္႔ heat losses ၿဖစ္ေပါါလာၿပီး၊ insulation ေတြ၊ ေပါက္ၿပဲေနခဲ႔လၽွင္ သို႔မဟုတ္  poorly installed insulation ဆိုတဲ႔ လံုေလာက္တဲ႔ insulation ေတြကို အသံုးမၿပဳခဲ႔လၽွင္၊ heat losses ပမာဏ ပိုမၽားလာနိဳင္ပါတယ္။  well - insulated အေနနဲ႔ လံုေလာက္တဲ႔ insulation ေတြကို၊ အသံုးၿပဳထားတဲ႔ 5.0 MW capacity water-tube boiler တလံုးဟာ၊ ေဘးပတ္ဝန္းကၽင္ကို၊ အပူၿဖာထြက္မွဳေႀကာင္႔ (0.3 ~ 05 %) ခန္႔ energy losses ပမာဏရိွတာေတြ႔ရပါတယ္။ 

Reference and image credit to : Steam Engineering Tutorials, http://www.steamesteem.com/, 

Remark : All publications and images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.