ในอุตสาหกรรมปัจจุบัน ไอน้ำถูกใช้อย่างหลากหลาย ที่พบได้บ่อย คือการให้ความร้อน และการน้ำไปขับเคลื่อน turbine ในโรงไฟฟ้า แต่ไอน้ำยังสามารถทำอะไรได้อีกมากมาย

Application หลักในการใช้ไอน้ำ

• Heating/Sterilization
• Propulsion/Drive
• Motive
• Atomization
• Cleaning
• Moisturization
• Humidification

ในหัวข้อนี้ เราจะกล่าวถึงการน้ำไอน้ำไปใช้ประโยชน์ในหลายรูปแบบ พร้อมตัวอย่างจริง

ไอน้ำแรงดันบวก

ไอน้ำจะถูกผลิตออกมาเป็นแรงดันบวก เพื่อให้สามารถส่งไปยังที่ต่างๆ ได้สะดวก อุณภูมิมักสูงกว่า (212°F) ที่แรงดันบรรยากาศ 0 MPaG (0 psig)

การให้ความร้อน (Heating application) โดยการนำเอาไอน้ำแรงดันปานกลางมักใช้กับโรงงานผลิตอาหาร โรงกลั่นน้ำมัน หรือโรงงานสารเคมี เป็นต้น ซึ่งจะใช้ไอน้ำอิ่มตัว (Saturated steam) เป็นแหล่งให้ความร้อน ใช้ใน heat exchangers, reboilers, reactors, combustion air preheaters เป็นต้น

เมื่อไอน้ำส่งผ่านความร้อน จะกลั่นตัวกลายเป็นคอนเดนเสท และปล่อยผ่าน steam trap

ไอน้ำยวดยิ่งหรือ Superheated steam อุณหภูมิตั้งแต่ 200 – 800°C (392 - 1472°F) ใช้งานได้สะดวกมากในเตาอบไอน้ำที่พบเห็นได้ตามบ้าน

Vacuum Steam หรือไอน้ำแรงดันลบ

การใช้ไอน้ำ ในการให้ความร้อนในกระบวนการที่ต้องการอุณหภูมิต่ำกว่า 100°C (212°F) แพร่หลายมากขึ้น แทนที่การใช้น้ำร้อน

ข้อได้เปรียบอย่างมาก เมื่อใช้ไอน้ำแรงดันลบ (Vacuum steam) เมื่อเปรียบเทียบกับน้ำร้อน คือ เมื่อปรับแรงดัน อุณหภูมิของไอน้ำจะปรับตามอย่างรวดเร็ว ต่างจากน้ำร้อนซึ่งการเปลี่ยนอุณหภูมิทำได้ช้ากว่ามาก อย่างไรก็ดี ไอน้ำแรงดันลบจำเป็นต้องมี Vacuum pump สร้างแรงดันลบ เพราะอุณภูมิของไอน้ำจะไม่ต่ำกว่า 100°C (212°F) หากแรงดันสูงกว่าแรงดันบรรยากาศ

เทียบกับน้ำร้อน ไอน้ำสามารถให้ความร้อนได้รวดเร็วกว่า ทั่วถึงมากกว่า การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิทำได้ง่าย เพียงแค่ปรับแรงดัน

ใน steam turbine ไอน้ำถูกใช้เป็นแรงขับดัน ในโรงไฟฟ้าในปัจจุบัน steam turbine เป็นอุปกรณืหลักที่ใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า โดยเฉพาะโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน ไอน้ำที่ใช้ในโรงไฟฟ้าส่วนใหญ่จะมีแรงดันและอุณหภูมิสูงมาก บางที่ใช้ไอน้ำแรงดันสูงถึง 25 MPa abs (3625 psia), 610°C (1130°F) superheated, supercritical สำหรับการผลิตไฟฟ้าเลยทีเดียว

Superheated steam หรือ ไอน้ำยวดยิ่ง เหมาะสำหรับใช้กับ steam turbine เนื่องจากไอน้ำยวดยิ่งสามารถป้องกันปัญหาเรื่องคอนเดนเสท อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิสูงเกินไปอาจสร้างปัญหาให้ turbine ได้ ในบางกรณีการใช้ไอน้ำอิ่มตัวแรงดันสูงจึงถูกนำมาใช้แทน ซึ่งด้วยเหตุนี้ separator จึงจำเป็นมากที่จะต้องติดตั้งที่ท่อ supply เพื่อเอาคอนเดนเสทออกก่อน

นอกจากการนำไปผลิตไฟฟ้าแล้ว turbine สามารถประยุกต์ใช้กับ compressor หรือ pump ได้อีกด้วย เช่น gas compressors, cooling tower pumps เป็นต้น

แรงขับจากไอน้ำ จะผลักให้ใบพัดใน tubine หมุนด้วยแรงดัน ซึ่งแกน turbine จะไปหมุน generator อีกต่อหนึงเพื่อผลิตไฟฟ้า

ไอน้ำสามารถใช้เป็น Motive เพื่อเคลื่อนไหวของเหลวหรือแก๊สได้ เช่นการใช้ไอน้ำมาใช้เป็น Motive สำหรับ Steam jet ejector เพื่อสร้าง vacuum ในหอกลั่น หรือการเอาอากาศออกจากระบบ อย่างเช่นใน surface condenser เพื่อรักษาระดับแรงดัน vacuum ใน turbine เป็นต้น

ไอน้ำแรงดันสูง จะเข้ามายัง Ejector ผ่าน inlet nozzle และกระจายตัวออก ที่จุดนี้จะเกิดแรงดันลดกะทันหัน ซึ่งดึงเอาอากาศจากด้าน suction เข้ามา

คล้ายกันนี้ ไอน้ำถูกใช้เป็น Motive เพื่อดึงเอาคอนเดนเสทในระบบที่มีแรงดันต่ำมากได้ ช่วยแก้ปัญหา stall ได้ดี

Steam atomization หรือกระบวนการที่ใช้ไอน้ำแยกส่วนของของเหลวออกจากกัน ยกตัวอย่างเช่นในเตาเผา การฉีดไอน้ำไปรวมกันเชื้อเพลิง ช่วยทำให้การเผาไหม้สมบูรณ์และลดการเกิดเขม่าได้ ซึ่งหลักการนี้ถูกนำมาประยุกต์ใช้กับ Boiler ที่ใช้น้ำมันเชื้อเพลิงเป็นแหล่งพลังงาน โดยไอน้ำจะไปทำให้อนุภาคของน้ำมันเชื้อเพลิงเล็กลง เพื่อให้การเผาใหม้สมบูรณ์มากยิ่งขึ้น หรือปล่อง Flare ที่ปลายปล่องก็ใช้ไอน้ำเพื่อลดปริมาณมลพิษอีกด้วย

ไอน้ำบางครั้งถูกทำให้ผสมกับแก๊สเสีย ก่อนทำการเผาไหม้

ไอน้ำถูกนำไปใช้ทำความสะอาดพื้นผิวหลากหลายประเภท เช่น Soot Blower ที่ชะล้างเขม่าที่ฝังอยู่บนผนังของเตาเผาที่ใช้น้ำมันเตาหรือถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง ช่วยรักษาประสิทธิภาพการผลิตไว้ได้

ไอน้ำที่ออกมาจากปลาย Soot blower จะชำระล้างคราบเขม่าบนผนังของ furnace

ไอน้ำบางครั้งถูกใช้เพื่อเพิ่มความชื้นพร้อมกับให้ความร้อน เช่นในอุตสาหกรรมกระดาษ การพ่นไอน้ำลงบนกระดาษช่วยลดการขาดของเยื่อกระดาษได้ดี หรือโรงงานผลิตอาหารสัตว์ ไอน้ำจะถูกฉีดลงไปที่วัตถุดิบโดยตรงเพื่อให้ความร้อนและความชื้นในเวลาเดียวกัน

ความชื้นในไอน้ำช่วยให้วัตถุดิบอ่อนนิ่มลง และยังมีส่วนในการทำให้วัตถุดิบเกาะกันเหนียวแน่นขึ้นด้วย

ในประเทศภูมิอากาศเขตหนาว มักใช้ไอน้ำแรงดันต่ำเพื่อเป็นแหล่งความร้อนแก่อาคารในช่วงอากาศหนาว เครื่องปรับอากาศจึงมักถูกใช้ร่วมกับตัวปรับความชื้น หลักการคือเมื่ออากาศเย็นด้านนอกถูกทำให้ร้อนขึ้น ความชื้นในอากาศก็จะต่ำลง เพื่อปรับความชื้นให้รุ้สึกสบาย ไอน้ำจึงถูกใช้ปรับความชื้นในอากาศนั่นเอง

ไอน้ำจะถูกฉีดลงมายังท่ออากาศก่อนที่อากาศจะถูกส่งไปทั่วโรงงาน