Ketelvoedingswater - Algemeen

Het water dat in aanmerking komt voor de stoomvorming in de stoomketel moet zo rein mogelijk zijn. De ketelwanden mogen bij het verhitten van het water niet aankoeken. Een korst aan de waterzijde op de binnenwanden van de ketel is heel onvoordelig voor de warmteoverdracht aan het ketelwater. Chemisch gezien zou het ketelwater daarom zo elementair mogelijk moeten zijn. Eigenlijk voldoet alleen gedestilleerd water aan deze eis, maar dat kunnen we in de natuur niet vinden.

Voedingswater

Voor het voeden van stoomketels komen verschillende natuurlijke watersoorten in aanmerking.

Regenwater

• Het zuiverste water in de natuur is regenwater.
• Regenwater is water dat de natuurlijke weg door de atmosfeer heeft afgelegd en is opgevangen in een reservoir. Als het regenwater zorgvuldig is opgevangen, bevat het uitsluitend bestanddelen uit de lucht. De zuurstof en vrij koolzuur kunnen daarentegen wel al last veroorzaken in het stoombedrijf.
• Helaas kan men het regenwater niet in voldoende hoeveelheden verzamelen om dagelijks grote stoomketels te kunnen vullen en tijdens het stoombedrijf van water te blijven voorzien. Zelfs in het geval van het Nederlandse zeeklimaat, waarbij sprake is van zachte regenrijke winters en gematigde koele zomers, kan het rechtstreeks opvangen van regenwater uit de lucht niet aan de vraag voldoen.
• Er blijft ons dus niets anders over dan voor het vullen van de stoomketels naar andere waterbronnen en -voorraden om te zien.

Oppervlaktewater

Oppervlaktewater uit rivieren, meren, kanalen en vaarten. Dit water betreft, naast door rivieren aangevoerd water, meestal ook regenwater dat via de oppervlakte in greppels, sloten, vaarten, kanalen in meren en boezems wordt bijeengebracht. Dit water heeft bovendien in bepaalde gevallen ook nog een betrekkelijk korte weg door de aardbodem afgelegd.

Het oppervlaktewater is meestal verontreinigd door onopgeloste bestanddelen, die er in min of meer fijne toestand in voorkomen en van anorganische of organische oorsprong zijn. Ook bevat het oppervlaktewater colloïdaal opgeloste stoffen, die zo fijn verdeeld zijn, dat ze door filtratie niet verwijderd kunnen worden.

Het neemt door het transport uit de bodem bestanddelen in zich op als: zuurstof, stikstof, koolzuur, magnesiumchloride, gips, koolzure kalk, koolzure magnesia, kiezelzuur, koolzure ijzeroxyde, salpeterzuur en vetzuren. Van deze stoffen zijn vooral de zuurstof en de zuren schadelijk voor de ketelwanden die erdoor worden aangetast. De vorming van ketelsteen vindt vooral plaats uit de dubbelkoolzure kalk, gips en koolzure magnesia.

De zouten zijn op zichzelf minder schadelijk, maar ze moeten wel zo nu en dan worden afgevoerd door ze uit de ketel te spuien (via de spuileiding onder in de ketelwandwand aangebracht)

Grondwater

Grondwater is als regenwater in de bodem gedrongen en dat dieper in de aardbodem voldoende tijd heeft gekregen om uit de bodem verschillende bestanddelen en stoffen op te lossen en op te nemen.

Grondwater bevat weinig of geen zuurstof, omdat dit bij de afbraakprocessen in de bodem door de organische stoffen wordt verbruikt. Het bij deze processen gevormde koolzuur gas wordt door het water opgelost, waardoor het min of meer zuur wordt en bij het lange doordringsproces volop de gelegenheid krijgt om de bestanddelen uit de bodem op te nemen.

Omdat oppervlaktewater en in sommige gevallen ook wel grondwater in Nederland in ruime hoeveelheden voorhanden zijn, worden de stoomketels in het stoombedrijf bijna altijd gevuld met deze watersoorten. De hierin opgenomen bestanddelen hebben wel gevolgen voor de behandeling van dit water, voordat ze als ketelvoedingswater kunnen worden gebruikt.

Behandeling van het oppervlakte- en grondwater ter voorbereiding voor het stoombedrijf

In het begin vormt zich alleen maar een laag slib in de ketel, maar naarmate de verdamping doorgaat zal zich al spoedig een laag ketelsteen vormen, die zolang er geen gips aanwezig is, eerst nog redelijk zacht zal blijven. Als er echter gips afgescheiden wordt, dan zal dit de ketelsteen geleidelijk hard maken.

Deze hardgeworden ketelsteen is voor het stoombedrijf heel onvoordelig, omdat de warmteoverdracht al snel veel slechter wordt. Als de laag ketelsteen 1 mm dik wordt neemt het brandstofverbruik ca. 10 %, bij 10 mm ca, 100 % toe.

Als de laag ketelsteen te dik wordt zal er tenslotte helemaal geen warmteoverdracht meer plaats kunnen vinden, het ketelwater wordt niet meer verhit en stoomvorming blijft uit! Bovendien wordt, andersom gezien, de ketelwand niet meer door het water afgekoeld en dan zal de ketelplaat zo sterk verhit worden dat die uiteindelijk door de stoomdruk gaat scheuren en een ketelexplosie kan volgen.

Hardheid

Om de hoedanigheid van het water te kunnen normeren spreekt men van hard en zacht water. Daarvoor heeft men een schaal van hardheidsgraden vastgesteld. Men onderscheidt hierbij Duitse, Franse en Engelse harheidsgraden.

• 1 Duitse harheidsgraad komt overeen met 1 deel calciumoxyde (CaO) op 100.000 delen water
• 1 Franse hardheidsgraad komt overeen met 1 deel koolzure kalk (CaCO3) op 100.0000 delen water
• 1 Engelse hardheidsgraad komt overeen met 1 deel koolzure kalk (CaCO3) op 70.000 delen water

Als men rekent met de scheikundige verbindingsgewichten, bevat 1 m₃ water met 1 Duitse hardheidsgraad dan: 10 gr calciumoxyde (CaO), 17,9 g koolzure kalk (CaCO3), 7,15 g magnesiumoxyde (MgO), 24,5 g gips (CaSO4) en 15 g koolzure magnesia (MgCO3), waaruit we kunnen afleiden dat 1 Duitse hardheidsgraad = 1,79 Franse = 1,25 Engelse hardheidsgraden.

Door middel van een zeepoplossing kan men in zekere zin bepalen, of het water hard is. Een zeepoplossing schuimt namelijk niet in hard water en wordt door de magnesia- en kalkzouten ontleed. Pas als alle kalk- en magnesiazouten door de zeep zijn gebonden, zal die beginnen te schuimen. Hoe meer zeep men hiervoor nodig heeft, hoe harder het water is.

Het is goed om het water, dat voor de ketelvoeding gebruikt gaat worden, eerst scheikundig te gaan onderzoeken, omdat de maximum toegestane hardheid afhankelijk is van de soort ketel in de stoominstallatie. Zo moet men het water bij vuurhaard-ketels gaan reinigen, als het water meer dan 6 a 7 hardheidsgraden bezit.

Reiniging van ketelvoedingswater

De reiniging van het voedingswater kan op verschillende manieren gebeuren:

• mechanische reiniging
• reiniging door verwarming
• scheikundige reiniging, die nog onderverdeeld kan worden in:
  • reiniging met soda
  • reiniging met gebluste kalk, etsnatron en koolzure baryt
  • reiniging door middel van de permutiet-methode
• thermisch-chemische reiniging
• verdamping
• het gebruik van condensatiewater voor het voedingswater

De mechanische reiniging

De stoffen, die zwaarder dan water zijn bezinken als het water een tijdje stilstaat. De stoffen die echter in fijnverdeelde toestand in het water zitten, bezinken niet zo gemakkelijk. Het water moet eerst door een filter geleid worden. Het filtermateriaal moet niet te grofkorrelig zijn, men gebruikt hiervoor vaak kiezel of cokes. Het water moet eerst door het grove materiaal gevoerd worden en dan door het fijn korrelige materiaal.

Het is duidelijk dat deze reinigingsvorm alleen toegepast kan worden als scheikundige reiniging niet nodig wordt geacht. Men kan ook mechanische en scheikundige reiniging combineren.

Reiniging door verwarming

Reiniging door verwarming berust op een eenvoudig principe. Bij normale temperatuur zijn koolzure kalk, koolzure magnesia en gips in het water opgelost. Deze ketelsteenvormende stoffen worden bij temperaturen hoger dan 145 °C uit het water afgescheiden.

Als men het water dus verwarmd tot boven deze temperatuur, voordat het in de ketel komt voor de stoomvorming en zodoende dus pas later met de ketelwanden in aanraking komt, zal er nog maar heel weinig afzetting plaatsvinden.

Hiervoor zijn verschillende toestellen uitgedacht. Bij het Woudagemaal is dit reinigingsprincipe nooit toegepast.

Scheikundige reiniging

Alle scheikundige waterreinigingsmiddelen zorgen ervoor dat de toegevoegde stoffen zich met de ketelsteenvormers chemisch verbinden, zodat die laatste dan van het voedingswater worden afgescheiden.

De ketelsteenvormers worden als volgt aangepakt:

• Koolzure kalk (uit dubbelkoolzure kalk) (CaCO3) laat zich uitscheiden door
  1. gebluste kalk (Ca(OH)2)
  2. soda (Na2CO3)
  3. natronloog (NaOH)
• Zwavelzure kalk laat zich uitscheiden door
  1. alleen door soda, volkomen en alleen bij hoge verhitting
• Koolzure magnesia laat zich uitscheiden door
  1. gebluste kalk bij verhitting
  2. natronloog

De te gebruiken chemicaliën zijn dus vooral gebluste kalk, soda en natronloog. De soort en hoeveelheid van deze chemicaliën kunnen dus slechts op grond van scheikundig onderzoek worden bepaald. Als er in het voedingswater hoofdzakelijk zwavelzure kalk aanwezig is, zal men soda gebruiken, terwijl bij veel dubbelkoolzure kalk goedkope kalk, en bij een combinatie van dubbelkoolzure kalk, gips en magnesium eerder natronloog met soda wordt toegepast.

Condensatiewater als voedingswater

Eén van de beide olieafscheiders in het ir D. F. Woudagemaal

Wanneer het condensatiewater vrij van olie is (bij stoomturbines), zal dit het beste voedingswater vormen. Bij stoommachines zal er door smering altijd olie in het condensaat zitten en dus zal de olie eerst van het water moeten worden afgescheiden. Het water simpelweg van de stoom gaan scheiden door het toepassen van een reservoir met houtwol of met een spons is niet altijd voldoende, om de ketelwanden te beschermen voor intering.

In het Woudagemaal past men nog aanvullende methoden toe: men laat in de compartimenten van de olieafscheider de olie eerst opdrijven, en verwijderd de olie vervolgens door afroming. Door het vervolgens toevoegen van aluminiumsulfaat aan het afgeroomde condensaat, vlokken de laatste olieresten uit en deze vormen in het doeken-persfilter een geschikt substraat, dat als eindfilter dient voor het condensatiewater. Daarna is het water geschikt om als voedingswater te dienen en zodoende te worden hergebruikt.

zie ook: http://www.gerwers.net/waterbehandeling.htm