Kwaliteit en eigenschappen van steenkolen
De oudste vaste brandstof is de steenkool, die op aarde in grote hoeveelheden voorkomt en dus ook voor de stoomvorming het meest wordt toegepast.
Steenkolen zijn ontledingsproducten van de planten die in het tijdperk van het Carboon op aarde groeien. Door drift van de landschollen in de aardkorst heeft de plantengroei van het Carboon er uiteindelijk voor gezorgd dat de steenkool op aarde wijd verspreid voorkomt.
In het Carboon is de plantengroei zeer welig, terwijl de soortenrijkdom (biodiversiteit) dan nog gering is. Daarom lopen de eigenschappen van de steenkolen uiteindelijk weinig uitéén.
Er zijn ook steenkolen die uit plantengroei van jongere perioden stammen (bijvoorbeeld in Indonesië. Deze steenkolen komen dicht bij de eigenschappen van bruinkool).
De steenkolen kunnen ingedeeld worden in verschillende soorten met als criterium de mate van verkoling. Twee eigenschappen van de steenkolen spelen hierbij een rol.
- het percentage vluchtige bestanddelen
- het bakkend vermogen
Vaak is er bij deze eigenschappen overeenkomst met het zuurstofgehalte van de kool, dat minder wordt, naarmate de verkoling in een verder stadium is gekomen.
Daarnaast is echter ook het waterstofgehalte van belang, meestal schommelt dat om de 5 %.
Men onderscheidt op grond van deze eigenschappen:
Deze onderscheiding heeft geen scherpe grenzen, in werkelijkheid overlappen de soorten zich voor een deel qua eigenschappen.
De kolen worden gebruikt om de warmte, het warmteleverend vermogen is dus van belang. Dat wordt uitgedrukt in de calorische waarde van de brandstof, waarbij we de verbrandingswarmte en de stookwaarde onderscheiden, afhankelijk van de methode waarop men bepaalde metingen doet.
De stookwaarde is de gemeten verbrandingswarmte, verminderd met 600 kilicalorieën voor iedere kilogram bij de verbranding gevormd water.
Zo ligt dus de stookwaarde wat lager dan de verbrandingswarmte.
Voor het gebruik is het van belang dat die warmte zo volledig mogelijk en goed regelbaar, zonder veel moeite of kosten ontwikkeld kan worden. Daarbij is het bakkend vermogen en het vluchtige gehalte van belang. Bovendien speelt ook de structuur van de kolen een rol.
Fijne, niet bakkende kool en in het vuur uiteenvallende kool veroorzaken namelijk doorval van de kolen door het rooster en een groot vliegasverlies.
Tot deze groep behoren antraciet, mager fijnkolen, vlamkolen en poedervormige cokes.
Kolen met een sterk bakkend vermogen, met samengesmolten cokes, veroorzaken wel eens problemen, omdat de cokeskoek dan de luchttoevoer weer te sterk belemmert en het vuur daardoor niet gemakkelijk gelijkmatig onderhouden kan worden.
Hierbij gaat het dan om vet(cokes)kolen en gaskolen.
Kolen met een laag vluchtig gehalte moeten de zuurstof uit de lucht in de kolenlaag zelf verbruiken, daarom moet deze laag wat dunner zijn dan bij meer vluchtige kolen, waarbij een gedeelte van de lucht door de uit de kolen komende vluchtige gassen verbruikt kan worden.
Kolen met veel vluchtig laten dit zo snel ontsnappen , dat de volledige verbranding moeilijk wordt. Het niet verbrandend vluchtig betekent ook ernstige verliezen, roetvorming en vervuiling van de ketel. Het verlies aan algemeen rendement is dan al snel een gevolg.
Natuurlijk is ook de samenstelling van de gassen van groot belang. Dat is een eigenschap van de gebruikte kolen, waarbij het waterstofgehalte van de kolen bepalend is.
Antraciet en magerkolen, ook cokes, kunnen daarom gemakkelijker met onderwind worden gestookt. Voor handstoken zonder of met onderwind zijn de magernootjes in de vorm van stukkolen nootjes V, esskolen in alle stukgroottes, vetstukkolen, vetnootjes, mengsels van magere en bakkende kolen, en cokes de meest in aanmerking komende steenkolen.
Staatsmijnen in Limburg
Analyse van de kolen uit de mijnen Emma en Maurits (vetkolen), Hendrik (vetkolen en esskolen) en Wilhelmina (magerkolen)
Bij de Limburgse mager- en vetkolen is de verbrandingswarmte van de brandbare stof behoorlijk constant.
Bij de Engelse gasvlamkolen loopt de verbrandingswaarde zover uiteen dat ze minder bruikbaar zijn gebleken.
In de praktijk worden kolensoorten vaak gemengd, om een mengsel te krijgen dat een bepaald gehalte aan vluchtige stoffen heeft. Hierbij gaat het vaak om de prijs: mager fijn-kool is goedkoper, maar ook het beoogd bakkend vermogen speelt een rol, dit is van belang om de fijnkool te kunnen verstoken, terwijl men dan een aangeblazen vuur gebruikt. De bakkende kool omhult dan de de grovere stukken van de niet-bakkende kool. Een goede menging is 2 a 3 delen Wilhelmina op 1 deel Emmafijn, zodat er niet te veel kool weggeblazen wordt door de mechanische luchttoevoer onder de roosters.
De cijfers in de afbeelding vóór de namen van de mijnen verwijzen naar de leveranciers van Nederlandse kolen:
- 1 Dominiale Mijn Maatschappij te Kerkrade
- 2 Mij. tot Exploitatie de Steenkolenmijnen Laura & Vereeniging te Eygelshoven
- 3 N.V. Mij. tot Exploitatie van Limburgse Steenkolenmijnen, genaamd Oranje-Nassau Mijnen te Heerlen
- 4 Staatsmijnen in Limburg te Heerlen
- 5 N.V. Ned. Steenkolenmijnen Willem Sophia te Spekholzerheide
Zodra de brandstof een lagere verbrandingswaarde heeft wordt die vaak gerekend tot de minderwaardige brandstoffen, zoals bijvoorbeeld turf, bruinkoolbriketten en gewassen fijnkolen. Toch is het niet zo dat deze brandstoffen ongeschikt zijn: op speciale aangepaste stookinrichtingen (roosters en ventilatie) produceren ze bijna evenveel stoom. Deze aangepaste stookinrichtingen zijn dan vaak uitgerust met mechanische zelfreinigende roosterconstructies, waarbij de slakken automatisch worden verwijderd.
(Bij de samenstelling van tekst en afbeeldingen is gebruik gemaakt van:
Stoom, uitgave der Vereeniging Krachtwerktuigen, Groningen 1942)