Stoken met steenkolen: verschil tussen versies

Een stoomketelinstallatie moet van een schoorsteen worden voorzien om de rookgassen af te kunnen voeren. Het licht voor de hand om de trek van de schoorsteen te gebruiken om ook de verbrandingslucht door de brandstoflaag heen aan te zuigen.

Als de trek daarvoor op een gegeven moment te klein is, of door atmosferische omstandigheden of omdat de brandstoflaag te dik is, dan moet men zijn toevlucht nemen tot het kunstmatig aanvoeren van verbrandingslucht, we spreken dan van een aangeblazen vuur. Stoom fig 31

Daarvoor moet de aspit, de asruimte, goed luchtdicht worden afgesloten. Een ventilator zorgt ervoor dat de asruimte onder druk komt te staan. Bovendien moet de luchttoevoer onder de rooster gelijkmatig onder de rooster worden verspreid.

In sommige gevallen kan deze lucht ook door een stoomstraal onder druk worden gebracht, voor sommige steenkoolsoorten is dat voordelig, maar vooral ook voor de koeling van de roosterstaven. De ventilator is echter economischer gebleken.

De regeling van de geforceerde luchttoevoer gebeurt met smoorkleppen in de toevoerleiding en windkast.

Een stoomblaasinrichting is soms ook nog aanwezig om gebrukt te worden bij stilstand van de ventilator of als noodhulp, bij bepaalde kolensoorten.

Het oorspronkelijke systeem van gecombineerde ketels van het type Piedboeuf in het Ir. D. F. Woudagemaal werd gestookt met steenkool, waarbij geforceerde luchttoevoer onder de roosters werd toegepast van het systeem Asselbergs en Nachenius. Op de stookplaats bevonden zich twee ventilatoren, aangedreven met stoomkracht, die ieder op zichzelf voldoende waren voor de volle belasting. De luchttoevoer kon zodanig worden geregeld, dat er boven de brandende kolen precies atmosferische druk heerste (zogenaamde evenwichtstrek).

Met de instelbare onderwind kan dus de juiste verbranding worden benaderd. Het aanblazen en daardoor het gemakkelijker laten toetreden van lucht kan het verbrandingsproces, vooral de fase van het vergassen, het generatorproces, versnellen, waardoor een hoger rendement mogelijk wordt.

Men moet over een behoorlijk sterke schoorsteentrek kunnen beschikken om de Limburgse magerkolen met een snelheid van 100 kg per m2 roosteroppervlak per uur tot verbranding te kunnen brengen. Daarbij wordt dan ook de ontgassingsperiode versneld, zodat bij het verstoken van gasrijkere steenkool, de schoorsteen zwaar kan gaan roken als de stoker onvoldoende stooktechnische kennis zou hebben.  

Aan de verbranding nemen de minerale bestanddelen van de steenkool, de plantenas en het ganggesteente geen deel, omdat dat reeds praktisch verzadigde zuurstofverbindingen zijn. Men vindt deze terug in de as en de slakken.

Soms blijft het gesteente achter als losse as, wat geen probleem vormt, maar soms ook ontstaat er een platte pannenkoek. Ook deze kan men gemakkelijk van het rooster verwijderen.

Echter als het ganggesteente gaat smelten en als vloeibare masse tussen de staven loopt, dan wordt het verwijderen daarvan een lastig karwei. Hierin zitten siliciumverbindingen en in vloeibare toestand tast dit de metalen roosters en de vuurvaste steen zeer sterk aan. De roosters worden op deze wijze gedeeltelijk weggevreten. Ter voorkoming worden dan vaak kolensoorten gemengd of worden de roosterstaven gekoeld: in gestolde vaste vorm tasten de siliciumzuren het metaal niet meer aan.

De Limburgse kool geeft vaak last door een lopende slak, zodat het vuur moeilijk is schoon te maken en de roosterstaven worden aangetast. Daarom gaat men de roosterstaven koelen door de aangeblazen lucht te bevochtigen met stoom of verstoven water. Ook kan men de staven koelen door ze in dwarsrichting te plaatsen met grotere openingen voor de luchttoevoer of door ze aan de onderzijde in een bak met water te hangen. Door de warmte van de staaf verdampt het water, de damp komt door de roosterspleten en koelt dan de slak.

Steeds nadat nieuwe brandstof op de rooster is geworpen, ontstaan er grote hoeveelheden koolwaterstofgassen, waarvoor voor de verbranding een grote luchthoeveelheid nodig is. Naarmate de brandstof meer en meer gaat gloeien, vermindert de vorming van deze gassen, verbrandt de koolstof direct tot koolzuur en wordt de vereiste hoeveelheid lucht minder. Tenslotte, bij een geheel doorgebrand vuur, loopt de vereiste hoeveelheid lucht terug tot een minimum.

Bij het opwerpen van brandstof zorgt de stoker voor het instellen van een bepaalde stand van het register in de vuurdeur, waardoor er voor het vuur voldoende lucht wordt toegevoerd. Geleidelijk moet daarna steeds voor een optimale verbranding de luchttoevoer door de stoker worden getemperd tot de minimumstand, waarna er opnieuw brandstof moet worden opgeworpen.

Hiervoor zijn ook automatisch werkende en instelbare registers ontworpen: bijvoorbeeld de trekregelaar van Hörenz.

De vuurbrug

De vuurbrug, die men in verschillende gedaante, maar bijna in alle typen van vuurhaarden aantreft, heeft tot doel om door middel van een tijdelijke insnoering van de vuurruimte, een wervelende beweging achter de vlammen te veroorzaken, waardoor een intensieve vermenging van de lucht en gassen kan plaatsvinden.

De lucht komt meestal van onder het rooster omhoog en mengt zich juist voor de vuurbrug met de verbrandingsgassen. Hoe beter de vermenging plaats vindt, des te beter ook zal sprake zijn van een rookvrije verbranding.

Door de vernauwing loopt de temperatuur boven en achter behoorlijk hoog op, zodat de ketelplaten op die plaats behoorlijk te lijden hebben. Daarom mag de afstand tussen de vuurbrug en de ketelwand niet te klein worden genomen, minimaal 25 cm.

Ketelsystemen worden vaak ingemetseld. In het metselswerk legt men daarbij vuurgangen of rookkanalen aan. De hete rookgassen die in de vuurruimte zijn gevormd, worden zo door de rookkanalen geleid, dat zij daarbij een aantal malen langs de ketelwand strijken, zodat er een zo volledig mogelijke overdracht van warmte plaats kan vinden. Nauwe en lange rookkanalen eisen daarbij natuurlijk een sterkere trek dan wijde, korte kanalen.

In het tussen de ketel en schoorsteen gelegen rookkanaal, dus in de inmonding naar de schoorsteen of rookvang, bevindt zich meestal een schuif of klep die eveneens dient voor de regeling van het vuur door middel van de vernauwing of afsluiting van het rookkanaal.

Inmetseling van de ketels

Vaak worden de ketels ingemetseld.  

De ommetseling, dus de buitenbekleding van de vuurhaard en vuurgangen, mag niet te dun worden uitgevoerd. Bij metselwerk in baksteen is de wanddikte meestal anderhalf tot twee en een half steen dikte. Als er meerdere ketels naast elkaar liggen dan kunnen de tussenmuren dunner worden gehouden. Wel moet er dan op worden gelet dat als er een rookkanaal bij de ene wordt weggebroken, die van de naastliggende ketel in tact kan worden gelaten. Daarom is het ook handig om luchtspouwen tussen de systemen aan te brengen.

Vaak blijft ook een gedeelte van de bovenomtrek van de ketel zonder bemetseling, voor een deel om bij flenzen van pijpen en kleppen en bij het mangat te kunnen komen, voor een ander deel ook om op het metselwerk te besparen.