Inrichting van het ketelhuis en Oververhitter: verschil tussen pagina's

Uit Wouda's Wiki
(Verschil tussen pagina's)
imported>Cierick Goos
k (Categorie toegevoegd)
 
imported>Jan Pieter Rottine
Geen bewerkingssamenvatting
 
Regel 1: Regel 1:
De '''huidige inrichting''' van het ketelhuis van het '''[[ir. D.F. Woudagemaal]]''' is '''niet meer dezelfde als de originele inrichting van 1920'''.
(deze tekst is nog in bewerking)


[[Bestand:Huidig_ketelhuis_k.JPG|300×450px|link=]]
Het '''oververhitten van de stoom''' wordt '''vanaf circa 1900''' steeds vaker '''toegepast'''.


In het '''tijdschrift De Ingenieur''' beschrijft '''prof. ir. J.C. Dijxhoorn''' omstreeks 1920 o.a. de ketelinstallatie van het '''[[ir. D.F. Woudagemaal]]'''.
Deze '''nieuwe stoomtechniek''' blijkt al spoedig '''een succes''' te zijn. In de voorafgaande decennia wordt er veel onderzoek verricht op dit terrein door '''Hirn''', '''Sainte Clair Deville''' en anderen.
<br>(zie ook: '''[[beschrijving van de stoominstallatie van het gemaal bij Lemmer in het tijdschrift "De Ingenieur"]]''')
<br>Uit die experimenten blijkt, dat '''het rendement van de stoommachine sterk''' kan worden '''verhoogd''' door de stoom extra te '''verhitten, tot boven de temperatuur van de bijbehorende spanning, dus tot boven die van het [[verzadigingspunt]]'''.  
<br>Voorafgaand aan deze nieuwe toepassingen was het '''normaal om met verzadigde stoom te werken''': het is '''de stoom''' die gevormd wordt in de stoomketel bij '''een bepaalde temperatuur en bijbehorende druk'''.


In de '''zes [[gecombineerde ketels]]''' wordt stoom geproduceerd van 12 kg per cm2 ('''12 atmosfeer''').
Wanneer de '''verzadigde stoom''' uit de ketel via de stoomleiding naar de stoommachine geleid wordt, '''zal onderweg door afkoeling van de pijpleiding een gedeelte van de stoom gaan condenseren''' en dus is het bijna niet te voorkomen dat '''natte stoom in de cilinder''' toestroomt.
<br>De ketelinstallatie van '''het systeem Piedboeuff''' bestaat '''voor iedere afzonderlijke ketelcombinatie''' uit een '''[[Lancashireketel]]''' beneden en een '''[[vlampijpketel]]''' boven.
<br>Iedere ketelcombinatie heeft een '''verwarmingsoppervlak van 235 m2''' (aan de '''waterzijde van de ketelwand'''). Van de zes ketelsystemen wordt er '''steeds één in reserve''' gehouden, '''ook''' als het gemaal '''met vol vermogen''' in werking is.  


Het '''Piedboeuff-systeem''' wordt voor het gemaal gekozen, speciaal '''met het oog op de bedrijfsaard:'''
[[Bestand:Stoomtoevoerleiding_gtgi.jpeg|600×188px|link=]]
'''Stoomtoevoerleiding, vanaf  de stoomdom schuin aflopend naar de machine'''
<br>(afbeelding uit: G.J. Harterink, "Landketels", Amsterdam 1921)


<ul>
Maar zelfs, al zou de stoom bij binnenkomst in de cilinder echt nog droog zijn, dan '''zal''' '''tijdens de expansie van de stoom''' toch nog '''een deel als water neerslaan''' en daardoor een '''negatieve invloed op het nuttig effect''' uitoefenen.
<li>omdat er steeds na '''lange periodes van stilstand''' gedurende een '''bepaalde korte duur''' met de ketels gestookt moet worden en '''het hierbij passend brandstofverbruik toch zo zuinig mogelijk moet kunnen blijven'''.
<br>Daar komt nog bij dat '''geen enkele stoomketel''' inderdaad '''volkomen droge stoom levert''', dus de toelaat van droge stoom van verzadigingstemperatuur en -druk in de stoomcilinder is veeleer een theoretische hoop.
<li>het '''stokerspersoneel''' zal '''door het onregelmatig gebruik van de ketels betrekkelijk weinig oefening''' hebben, het ketelsysteem mag dus '''van de stokers qua bediening niet al te gecompliceerde vaardigheden vragen'''.
<li>toch is het '''rendement van het gekozen systeem behoorlijk op niveau'''.  


Om deze redenen is bij dit ketelsysteem is ook '''een [[economiser]] weggelaten''':
Daarom ontstaat geleidelijk''' het inzicht''', dat het '''een voordeel zal opleveren''', als men '''de temperatuur van de stoom zoveel verhoogt, dat er in de cilinder geen enkele condensatie''' kan plaatsvinden.
<li>door de '''beperkte inzettijd''' zal het '''wegvallen van het voordeel van een economiser''' bij dit ketelsysteem '''niet zo heel erg veel afbreuk aan het te behalen rendement veroorzaken'''
<li>terwijl '''de bediening eenvoudiger''' kan blijven.  
</ul>


[[Bestand:Piedboeuf_stokers_k.JPG|600×437px|link=]]
[[Bestand:Bild16857_gi.jpg|400×200px|link=]]
'''Stokers in het stoomgemaal Teakesyl voor de Piedboeuf-ketelsystemen'''


De '''[[stoomketels van het type Piedboeuf|Zes stoomketels van het type Piedboeuf]]''' van het stoomgemaal Teakesyl zijn vervaardigd door de '''Gebr. Deprez te Tilburg'''. Het grondplan van het '''ketelhuis is 32m bij 15m'''.
Het is zelfs zo, dat als als men''' daarboven nog doorgaat met verhitten''', dat er daarbij '''een volumevergroting''' optreedt, dit alles''' bij gelijkblijvende spanning'''.
De volumetoename bedraagt bij een oververhitting van 100 gr. C. al bijna 25%.
<br>Als voorbeeld noemt E.F. Scholl 1 kg stoom van van 6 atm., die in verzadigde toestand een volume heeft van 275 dm3 (liter), maar bij oververhitting met 100 gr. C al een volume heeft van 350 dm3 (liter)!
<br>De '''voordelen van een groter volume''' zijn duidelijk: de '''schadelijke ruimte''' van de cilinder (de inlaatruimte) heeft dan ook '''minder invloed''', het '''stoomverbruik vermindert''', het '''ketelvermogen kan kleiner blijven'''. Bovendien kan men die kleine ketels beter forceren, d.w.z. heftiger laten werken (koken), omdat er bij oververhitting van de stoom toch geen natte stoom naar de machine gaat.


'''Oorspronkelijk''' is er '''in het bestek''' zelfs sprake van '''acht op te stellen stoomketels''' met een gezamenlijk verwarmingsoppervlak van 1600 m2, maar op '''voorstel van de machinefabriek''' is het oppervlak '''uiteindelijk beperkt''' gebleven '''tot 1410 m2''', dat dan verdeeld kan worden over het aantal van '''zes ketels'''.
In het begin staat de '''technische ontwikkeling''' van voldoende '''effectieve oververhitters''' (ook '''superheaters''' genoemd) de toepassing van oververhitte stoom nog in de weg. Er moet naar de '''juiste materialen''' worden gezocht. '''Opwelling''' van de te heet geworden stoompijpen, '''ondichtheid''' van pakkingbussen, zuigers en schuiven of kleppen '''vormen''' daarbij '''een probleem''', want ook het bedrijf met oververhitte stoom '''moet in de praktijk natuurlijk beheersbaar, betrouwbaar en langdurig toepasbaar zijn'''.


Bij de '''keuze''' van de ketels wordt '''een laag stoomverbruik beoogd''':
Daarbij komt ook nog een geheel '''ander probleem''': de eerder '''gebruikelijke smeermiddelen''', plantaardige of dierlijke oliën en vetten, '''ontleden bij de hogere temperaturen gemakkelijke'''r en dus komt de '''goede werking van de machine hierdoor in gevaar'''.


<ul>
[[Bestand:Vroege_OV_Schwörer_gtgi.jpeg|600×285px|link=]]
<li>door de '''speciale inrichting van de stoommachines'''
'''Een vroege oververhitter van Schwörer, geplaatst achter een vuurgangketel'''
<li>een '''regelmatige belasting''' van de machines
<br>'''let op de ringen aan de buitenzijde en de langsstroken aan de binnenzijde van de verhiiterpijpen'''
<li>een daarbij behorend '''continue verlopend stoomverbruik''' zal een belangrijke rol in het geheel hebben gespeeld.
<br>(afbeelding uit: E.F. Scholl, "De Gids voor Machinisten")
<li>de machinefabriek ging daarbij uit van '''12,6 kg stoom per w p k-uur'''. 
</ul>


Men kiest ook voor '''het werken met [[oververhitte stoom]]''': achter elke ketel bevond zich daarvoor een '''[[oververhitter]]''' van '''85 m2 verwarmingsoppervlak''' (buitenwerks).
'''Vanaf circa 1900''' heeft men de oplossingen voor het overgrote deel al wel gevonden en slaagt men er vervolgens in om '''goede oververhitters''' te bouwen. Voor de pakkingbussen en zuigers worden '''nieuwe metallieke materialen''' toegepast en men heeft '''minerale smeeroliën''' gevonden die een '''ontvlammingstemperatuur hebben boven 350 gr. C'''. en die hun '''smerende werking''' bij zulke hoge temperaturen ook '''behouden'''.  


Voor het '''[[stoken met steenkolen]]''' in de ketel wordt '''geforceerde luchttoevoer onder de roosters''' toegepast volgens het systeem van '''Asselbergs en Nachenius'''.
Bij stoomwerktuigen, waarbij de stoom geen pakkingbussen of sluitende zuigers en schuiven of kleppen hoeft te passeren, zoals '''bij stoomturbines''' (De Laval) het geval is, vervalt het probleem van ondichtheid natuurlijk helemaal. '''Voor stoomturbines is oververhitting dus heel goed toepasbaar en de nieuwe ontwikkelingen vertonen daarbij ook nog eens een sterke toename van de stoomdruk'''.


Op de stookplaats '''in het ketelhuis''' zijn daarvoor '''twee ventilatoren''' geïnstalleerd, '''elk''' met '''voldoende capaciteit voor het volle werk'''.
[[bestand:De_Laval_stoomturbine_gtgi.jpeg|568×391px|link=]]
<br>De '''luchttoevoer kan zo worden afgesteld en geregeld''', dat er '''boven de kolenlaag precies de atmosferische druk''' aanwezig is, waardoor er een optimale volledige verbranding kan plaatsvinden met de '''juiste temperatuur en verbrandinsduur'''.
'''Stoomturbine van De Laval in proefopstelling'''


[[Bestand:Stoomm-vent_(2)_k.jpg|391×562px|link=]]
<br>De '''warmtetoevoer aan de oververhitter''' kan op '''twee manieren''' worden ingericht:
'''Stoommachine en bijbehorende ventilator'''
<ul>
<li> oververhitting met een eigen afzonderlijk vuur, dus onafhankelijk van de ketel
<li> Interne oververhitting door de gassen van het ketelvuur
</ul>


Elk van de genoemde '''ventilatoren''' wordt '''aangedreven door een verticaal opgestelde gelijkstroom-stoommachine'''.
De '''eerste manier''' van oververhitting is in de praktijk '''weinig toegepast''', omdat hierbij '''nog eens het zelfde verlies''' optreedt '''als bij alle andere ketelvuren'''. In een enkel geval gebeurde dit, omdat de '''ketel''' eigenlijk '''te klein''' was geworden voor het gevraagde vermogen en men condensatie wilde voorkomen en om zo dan toch nog voor '''droge stoom''' te kunnen zorgen.
<br>De '''afgewerkte stoom''' van deze machines wordt '''in het ketelhuis''', samen met die '''van de stoomvoedingspompen''', '''gecondenseerd in twee voorwarmers''', elk met een '''6 m2 groot verwarmingsoppervlak'''.


'''Al het voedingswater''' passeert '''op zijn weg van de voedingspompen naar de ketels door de voorwarmers'''.
[[Bestand:Aparte_OV_gtgi.jpeg|800×302px|link=]]
'''Apart opgestelde oververhitter met eigen stookinrichting (lengte- en dwarsdoorsnede)'''


Aanvankelijk is er nog '''overwogen''' of '''een mechanische stookinrichting''' bij het ir. D.F. Woudagemaal misschien zijn nut zou kunnen hebben.
Bij de '''tweede manier''' wordt de '''oververhitter''' meestal '''opgenomen in de rookkanalen van de ketel''', zodat de verwarming '''door de gassen van het ketelvuur zelf''' kan gebeuren.
<br>Men heeft daar echter '''uiteindelijk van afgezien''', omdat de '''tijdsduur van het gebruik van de installatie''', de raming is oorspronkelijk ongeveer '''1000 uren per jaar''', '''te kort''' is om het voordeel en de kosten van een dergelijke installatie te kunnen verantwoorden.
 
Toepassing van oververhitte stoom gebeurt '''aanvankelijk nog voorzichtig''': oververhitting met '''temperaturen van 200-250 gr. C.''' wordt gebruikt om een '''rendementstoename van 15-20%''' te bewerkstelligen. Uitgangspunten bij de bouw van '''oververhitters (superheaters)''' zijn dan:


[[Bestand:Auto_stookinr_k.JPG|600×257px|link=]]
<ul>
'''Voorbeeld van een automatische stookinrichting'''
<li>Hij moet zonder problemen '''aan de hogere temperaturen van 250-300 gr. C. weerstand kunnen bieden'''
<br>(Abeelding uit: Stoom, Uitgave der Vereeniging Krachtwerktuigen, Groningen 1929)
<li>Hij moet '''overal gemakkelijk kunnen worden ingebouwd''', hij mag dus in het stoombedrijf '''weinig ruimte in beslag nemen''', maar moet in die kleine ruimte '''wel een zo groot mogelijk verwarmd oppervlak''' hebben
<li>De '''massa van het materiaal''' van de oververhitter moet '''groot genoeg zijn om de temperatuursschommelingen van het verbrandingsproces te kunnen opvangen'''.
</ul>


'''In het ketelhuis''' zijn vervolgens ook '''twee filterpersen''' van '''elk 7 m2 oppervlak''' opgesteld.
Als er '''bijvoorbeeld''' door het openen van de vuurdeuren koude lucht in de ketel wordt toegelaten, dan daalt de verbrandingstemperatuur en die van de rookgassen tijdelijk sterk. De oververhitter wordt dan op dat moment plotseling te weinig verhit en daardoor zou de stoom spontaan afkoelen tot beneden de gewenste temperatuur. Maar als er '''bij voldoende massa van de oververhitter maar voldoende warmte is opgehoopt in het materiaal''', dan kan die warmte '''tijdelijk aan de stoom worden afgegeven en wordt daarmee de temperatuurschommeling voldoende afgevlakt'''.
<br>Ze zijn '''tijdens de maaluren beide gelijktijdig''' '''in bedrijf'''.
De oververhitter is daarmee dus meteen '''een hitte-accumulator'''.    
<br>Het '''condensaat van de afgewerkte stoom uit de hoofd- en hulpmachines''', dat '''na een proces van olieafscheiding''' vanuit de kelders van de machinekamer en met de '''toevoeging van aluminiumsulfaat''' retour komt naar het ketelhuis, wordt '''in het ketelhuis nog eens extra gefiltreerd in deze filterpersen''', waarna het gefiltreerde water met een resttemperatuur '''in de voedingswaterbakken loopt'''.


[[Bestand:Worthington_k.JPG|400×267px|link=]]
De eerste '''bruikbare oververhitters''' worden ontworpen door '''Schwörer''' en '''Hirn'''. Deze eerste oververhitters waren vervaardigd van '''gietijzer'''. Gietijzer was echter '''niet bijzonder betrouwbaar''' bij de hogere stoomspanningen.
'''Worthingtonstoompomp in het Woudagemaal'''
Wel bezit gietijzer '''een flinke ijzermassa''' en dat gaf wel '''mogelijkheden voor hitte-accumulatie'''. De eerste oververhitters hadden '''buizen met daaromheen, aan de buitenzijde, veel ringen (voor de warmte overdracht, maar ook voor de sterkte) en aan de binnenzijde stroken in de langsrichting (die moesten zorgen voor een goede doorstroming van de stoom)'''.


Het '''voedingswater''' wordt door de beide '''Worthington-stoomvoedingspompen''' in de ketel geperst. Daarbij '''passeert''' het eerst nog '''de voorwarmers''', waarin het wordt '''voorverwarmd door de afgewerkte stoom van de voedingspompen en de ventilator-aandrijvingsstoommachines'''.
[[Bestand:Böhmer_OV_gtgi.jpeg|300×505px|link=]]
<br>Het '''oliehoudende condensaat van deze beide hulpmachines''' wordt '''eerst eveneens naar de warmwaterbakken in de machinekelder''' gevoerd, om daar '''op dezelfde wijze van olie''' te worden '''ontdaan''' '''als het condensaat uit de condensors'''.
'''Oververhitter van Gebr. Böhmer'''
<br>(afbeelding: Het Stoombedrijf, N.A. Imelman)


[[Bestand:Filterpers_k.JPG|500×333px|link=]]
De '''Gebr. Böhmer in Magdeburg-Neustadt''' gebruikten '''buizen die aan één zijde waren afgesloten''' en '''vrij stonden opgesteld''', met daarbij '''een wand in het midden''', zodat de stoom gedwongen was om de buizen aan beide zijden te bestrijken.
'''Filterpers in het Woudagemaal'''


De '''beide voedingswaterbakken met de filterpersen zijn nog steeds in het ketelhuis aanwezig''' en het '''filtersysteem is nog altijd volop in gebruik als integraal onderdeel van het stoombedrijf in het Woudagemaal'''.
Het '''materiaal''' dat later veelal voor de oververhitters werd gebruikt was '''gietijzer, gietstaal, smeedijzer of staal''' en in enkele gevallen '''nikkelstaal'''.
<br>Bovendien is er '''nog steeds één van de beide Worthington-stoomvoedingspompen in het ketelhuis''' aanwezig. Men probeert deze te '''reviseren''' om hem weer '''werkend''' te kunnen opleveren


Tegenwoordig zorgen de '''elektromotoren en hun bijbehorende pomphuizen''' voor de '''suppletie van het ketelwater'''.
Het aanbrengen van de '''oververhitter''' hangt '''qua locatie''' hoofdzakelijk af van '''het gebruikte ketelsysteem'''.
<br>Bij '''ketels met binnenvuren''' bouwt men de '''oververhitter achter de vuurgangen''', zodat meestal de hete gassen '''eerst door de buizen''' gaan, '''dan de oververhitter''' bestrijken en vervolgens '''nog eens de ketel beneden''' verwarmen, voordat ze ontwijken via de schoorsteenkanalen.
<br>Bij '''waterpijpketels''' ligt de '''oververhitter meestal tussen de waterpijpen en de bovenketel'''.


[[Bestand:Voedingswaterpomp_k.JPG‎|400×253px|link=]]
[[Bestand:Resolveb_a.jpg|600×458px|link=]]
'''Elektrisch aangedreven voedingswaterpomp'''
'''Plaatsing van de oververhitter tussen de waterpijpen en bovenketel'''


Bij de '''oorspronkelijke inrichting''' van het ketelhuis behoort zeker ook '''de stalen vloer voor de ketels'''. Deze diende destijds als ondergrond '''voor het opscheppen van de steenkolen'''.
Het is natuurlijk wel zo, dat men, '''om de stoom een hogere temperatuur te kunnen geven''', er '''meer warmte''', dus ook '''meer brandstof''', moet toevoeren, maar '''meestal''' gaan de gassen zonder oververhitting '''toch al met een veel te hoge temperatuur de schoorsteen uit''', zodat met oververhitting nog een deel van de normale warmte door de oververhitter kan worden opgenomen.  
<br>Gedurende de jaren dat men stookte met '''steenkolen''' (van 1920 tot 1967) werden de kolen met de stalen kruiwagens '''op deze vloer gestort'''. Voor de ketel stond op de vloer een '''boogvormige stalen wand''' waartegen '''de stokers''' de kolen op konden scheppen om ze vervolgens '''door de vuurdeur op de roosters te werpen en te verspreiden'''.
<br>De vloer vertoont door het intensief gebruik '''nog duidelijk''' de '''slijtsporen van de kolenschoppen'''.


[[Bestand:6_ketels_1920_k.jpg‎|400×314px|link=]]
De '''oververhitte stoom''' heeft '''als bijzondere eigenschap''', dat die '''buitengewoon slecht warmtegeleidend''' is.
<br>De '''oververhitter''' wordt '''daarom samengesteld uit dunne pijpen''', om de toetreding van de warmte van de gassen '''ook tot de kern van de stoomstroom te laten doordringen'''. In zijn normale vorm bestaat de oververhitter uit pijpen in '''bundels van slangen van een gebogen vorm''', waarvan het '''ene uiteinde uitkomt in een verzamelkast voor de stoomtoelaat''' (invoer) en '''het andere einde uit mondt in een dergelijke kast voor de stoomuitlaat''' (afvoer). De kasten zijn rechthoekig van doorsnede en gemaakt van naadloze pijp. De pijpen zijn "uitgerold"in de kasten, waarin tegenover elke pijp een gasprop of '''dekseltje met knevel''' is aangebracht.


In 1955 worden de '''[[stoomketels van het type Piedboeuf|Zes stoomketels van het type Piedboeuf]]''' vervangen door '''[[Schotse ketels|vier nieuwe Schotse ketels]]'''.
[[Bestand:Afb_97_Stoom_gtgi.jpeg|600×529px|link=]]
<br>De Piedboeuffketels worden '''afgekeurd''' en '''moeten dus worden ontmanteld'''. De installatie van de nieuwe Werkspoorketels vereist '''een belangrijke aanpassing en verbouw van het oorspronkelijke ketelhuis'''.
<br>Het '''resultaat van de ingreep''' is dat de installatie en '''de inrichting van het oorspronkelijke ketelhuis zich in 1955 sterk heeft gewijzigd''' en dus '''niet meer de oorspronkelijke van 1920 is'''.


Door de '''plaatsing van de nieuwe ketels''' wordt er '''een aanmerkelijke vermindering aan ruimtebeslag in het ketelhuis''' gerealiseerd.
Soms zijn '''de slangen liggend''' aangebracht, maar zij kunnen '''ook staand''' zijn opgesteld, '''zoals bij de Werkspoorketels van het [[ir. D.F. Woudagemaal]]'''
<br>De vrijgekomen vloerruimte kan gebruikt worden voor '''andere doeleinden''': zo wordt er ter plaatse o.a. '''een werkplaats voor de technici van het waterschap''' ingericht.
<br>Opvallend is ook de '''enorme lege ruimte onder het hoge dak van het ketelhuis''', een gevolg van het feit dat de '''oorspronkelijke ketelsystemen met onder- en bovenketels''' zijn verdwenen.


De '''herinrichting''' moet '''een geweldige klus''' zijn geweest.
'''Bij de oververhitters''' past men '''vaak het principe van gelijk- en tegenstroom toe'''.
<br>Het betekent dat allereerst de totale '''inmetseling''' van de ketels moet worden '''afgebroken''', waarna de '''ketelappendages''' en veelvuldig gebruikte '''isolatiematerialen''' moeten worden verwijderd, om uiteindelijk de ketels zelf te kunnen '''demonteren en versnijden'''. Vervolgens komt het leidingwerk aan de beurt, '''overtollig leidingwerk moet worden verwijderd''' en daarbij worden ook de '''ventilatoren en hun hulpmachines verwijderd'''.
<br>Bij '''gelijkstroom''' is '''het gemiddeld temperatuurverschil tussen stoom en gas kleiner''' dan '''in het geval van zuivere tegenstroom'''.
<br>Tenslotte zal het vrijgekomen afbraak- en sloopmateriaal '''op geordende wijze''' moeten worden '''afgevoerd'''.
<br>Daar waar '''de heetste verbrandingsgassen de zuivere tegenstroom-oververhitter bereiken''', is dus '''de hoogste stoomtemperatuur'''. De pijpwand krijgt dan zulk een hoge temperatuur , dat de '''kans op gloeiend worden''' groot is, en een dergelijke oververhitter '''zal al gauw verbranden'''.
<br>Daarvoor wordt dus het '''gelijk- en tegenstroom-principe''' toegepast.
<br>De stoom gaat '''in de eerste slangen in tegenstroom''', om '''daarna in gelijkstroom tot de vereiste temperatuur verhit''' te worden. De '''het eerst door de verbrandingsgassen bestreken pijpen''' worden '''daardoor voldoende afgekoeld'''.


'''Daarna''' kan uiteraard het '''opbouwwerk''' beginnen.
Het '''inzetten van een oververhitter''' betekent '''ook een toename van de weerstand voor de doorstroming van de rookgassen'''. Men moet dus altijd eerst '''onderzoeken of de schoorsteen genoeg trek kan leveren'''.  
<br>Als voorbereiding op de '''nieuwe ketelinstallatie''' zullen er ook '''onder de ketelhuisvloer''' in de '''funderingen''' veel veranderingen zijn aangebracht. <br>Bij een nieuw ketelsysteem behoort een nauwkeurig ontworpen '''fundatieplan voor de leidingen en het ketelstoelen''', het '''leidingwerk''' moet daarbij zijn weg kunnen vinden en de '''nieuwe ketels''' moeten stevig op hun plaats kunnen worden '''verankerd'''.


'''Voor de nieuwe ketels''', die voor een belangrijk deel in hun definitieve '''ronde vorm''' bij '''Werkspoor''' zijn voorbereid, moet '''een doorgang''' worden '''gecreëerd'''.
[[Bestand:Gelijk-tegenstroom_OV_gtgi.jpeg|500×155px|link=]]
<br>Het '''binnenbrengen van de ketels''' in het ketelhuis gebeurt '''door de achtermuur''' (bij de schoorsteen) van het ketelhuis, waarvoor speciaal voor deze bouwfase '''een ruime doorgang in de muur''' is gemaakt.
De ketels worden min of meer '''rollend naar binnen gebracht'''.


[[Bestand:Werkspoor kolenstook.JPG|400x290px|link=]]
De '''afregeling van de oververhitter''' kan op verschillende manieren gebeuren:
'''De nieuwe Werkspoor-ketels aanvankelijk voorzien van vuurduren, geschikt voor het stoken met steenkolen'''
<ul>
 
<li>door '''verandering van de hoeveelheid rookgassen''' die de oververhitter bestrijken. Deze regeling is '''eenvoudig te verwezenlijken''' en wordt het meest toegepast. De oververhitter ligt hierbij in een afzonderlijke ruimte en wordt '''door kleppen of schuiven''' geheel of gedeeltelijk van de rookgassen gescheiden
Als de hele '''verbouw en herinstallatie''' achter de rug is, heeft '''het ketelhuis voor een belangrijk deel het aanzicht gekregen van heden ten dage'''.
<li>door '''bij het begin van het stoken''', dus voordat er stoom in de oververhitter kan doorstromen, '''water in de oververhitter te laten lopen, wordt het verwarmend oppervlak van de ketel vergroot, zodat men sneller stoom heeft'''. Men kan dan '''het water snel aftappen als er voldoende stoomvorming optreedt'''
<br>Wel worden op dat moment ook de nieuwe ketels '''aanvankelijk nog gestookt met steenkolen'''. Daarom zijn er '''in het ketelfront eerst nog de vuurdeuren aanwezig'''.
<li>door '''het veranderen van de grootte van het verwarmend oppervlak van de oververhitter'''. Men bereikt dat door een '''gedeeltelijke uitschakeling van de oververhitter door afsluiting van segmenten'''
<br>'''Van 1955 tot 1967''' werpen de stokers hun '''steenkolen (nootjes vier) op de nieuwe roosters via deze vuurdeuren'''. Eén van de vuurdeuren is '''bewaard gebleven''' en maakt deel uit van de '''expositie in [[Bezoekerscentrum van het Woudagemaal|het nieuwe Bezoekerscentrum van het Woudagemaal]]'''.
<li>door '''afkoeling van de oververhitte stoom''', door''' verzadigde stoom of door het voedingswater, of door de oververhitte stoom, gedeeltelijk door pijpen door de waterruimte van de ketel te voeren'''
<br>(voor informatie over de ketels: '''[[Schotse ketels|vier nieuwe Schotse ketels]]''')
</ul>
 
Als het stoken van steenkolen in 1967 een '''knelpunt''' wordt, omdat men '''daarvoor onvoldoende personeel kan aantrekken''' en  de steenkolen '''bovendien''' tenslotte, '''na het sluiten van de Nederlandse mijnen in Zuid-Limburg''', te duur dreigen te worden, gaat men in 1967 voor het ir. D.F. Woudagemaal '''over op het stoken met zware stookolie'''.
<br>(zie ook: '''[[Overgang naar oliestook]]''')
<br>Nogmaals volgt er een verbouwing en herinstallatie. '''Na deze aanpassing heeft het ketelhuis zijn definitieve huidige inrichting gekregen'''.
 
[[Bestand:Ketel_in_bedrijf_k.JPG‎|400×267px|link=]]
'''Voor het stoken met stookolie worden de Werkspoorketels voorzien van nieuwe fronten'''
 
Met de invoering van '''het stoken op zware stookolie''', bij lage temperaturen weinig vloeibaar, moet deze '''stookolie kunnen worden voorverwarmd'''.
<br>Via een '''stoomleidingen naar en een warmtewisselaar in de opslagtank''' wordt de koude stookolie zodanig (ca. 80 gr, C.) verwarmd dat ze '''naar het ketelhuis kan worden gepompt'''. In het ketelhuis wordt de stookolie nog eens '''opgewarmd naar ca 110 gr. C'''. waarna ze voor het verbrandingsproces kan worden verneveld. Dit opwarmen gebeurt in een speciale '''unit''' '''die in het ketelhuis staat opgesteld'''.
 
[[Bestand:Olieverwarming_k.JPG|400×359px|link=]]
'''De voorwarmer voor de stookolie'''


In het ketelhuis bevindt zich verder nog de kast met '''elektrische regelapparatuur''' voor het '''geautomatiseerde stookproces'''
'''Oververhitters hebben vaak de slangvorm, maar ook wel de U-vorm''', b.v. voor '''toepassing in waterpijpketels (Babcock en Wilcox)'''


[[Bestand:Ketelbesturing_k.JPG|500×333px|link=]]
[[Bestand:Resolve6_gtgi.jpeg|482×381px|link=]]
<br>'''Oververhitter voor een Babcock en Wilcox waterpijpketel'''


<br>
'''Ook in het Woudagemaal wordt oververhitting toegepast.'''
[[Category:Techniek in ketelhuis en rookgasafvoer]]
<br>De '''installatie van 1920''' is geheel '''ontworpen met toepassing van de de laatste ontwikkelingen uit het stoomtijdperk en daar hoort uiteraard ook het principe van oververhitting bij'''. Zowel '''de oorspronkelijke Pied-Boeufketels''' als de latere''' Schotse Werkspoorketels''' zijn '''uitgerust met een oververhitter'''. De '''stoomtemperatuur uit de oververhitter is circa 320 gr. C'''. Deze oververhitte stoom wordt '''per ringleiding naar de machinekamer geleid'''. In een ringleiding is de stoom '''voortdurend in beweging''' en ook op deze wijze wordt '''afkoeling en condensatie''' weer '''voorkomen'''.

Versie van 25 feb 2013 13:24

(deze tekst is nog in bewerking)

Het oververhitten van de stoom wordt vanaf circa 1900 steeds vaker toegepast.

Deze nieuwe stoomtechniek blijkt al spoedig een succes te zijn. In de voorafgaande decennia wordt er veel onderzoek verricht op dit terrein door Hirn, Sainte Clair Deville en anderen.
Uit die experimenten blijkt, dat het rendement van de stoommachine sterk kan worden verhoogd door de stoom extra te verhitten, tot boven de temperatuur van de bijbehorende spanning, dus tot boven die van het verzadigingspunt.
Voorafgaand aan deze nieuwe toepassingen was het normaal om met verzadigde stoom te werken: het is de stoom die gevormd wordt in de stoomketel bij een bepaalde temperatuur en bijbehorende druk.

Wanneer de verzadigde stoom uit de ketel via de stoomleiding naar de stoommachine geleid wordt, zal onderweg door afkoeling van de pijpleiding een gedeelte van de stoom gaan condenseren en dus is het bijna niet te voorkomen dat natte stoom in de cilinder toestroomt.

600×188px Stoomtoevoerleiding, vanaf de stoomdom schuin aflopend naar de machine
(afbeelding uit: G.J. Harterink, "Landketels", Amsterdam 1921)

Maar zelfs, al zou de stoom bij binnenkomst in de cilinder echt nog droog zijn, dan zal tijdens de expansie van de stoom toch nog een deel als water neerslaan en daardoor een negatieve invloed op het nuttig effect uitoefenen.
Daar komt nog bij dat geen enkele stoomketel inderdaad volkomen droge stoom levert, dus de toelaat van droge stoom van verzadigingstemperatuur en -druk in de stoomcilinder is veeleer een theoretische hoop.

Daarom ontstaat geleidelijk het inzicht, dat het een voordeel zal opleveren, als men de temperatuur van de stoom zoveel verhoogt, dat er in de cilinder geen enkele condensatie kan plaatsvinden.

400×200px

Het is zelfs zo, dat als als men daarboven nog doorgaat met verhitten, dat er daarbij een volumevergroting optreedt, dit alles bij gelijkblijvende spanning. De volumetoename bedraagt bij een oververhitting van 100 gr. C. al bijna 25%.
Als voorbeeld noemt E.F. Scholl 1 kg stoom van van 6 atm., die in verzadigde toestand een volume heeft van 275 dm3 (liter), maar bij oververhitting met 100 gr. C al een volume heeft van 350 dm3 (liter)!
De voordelen van een groter volume zijn duidelijk: de schadelijke ruimte van de cilinder (de inlaatruimte) heeft dan ook minder invloed, het stoomverbruik vermindert, het ketelvermogen kan kleiner blijven. Bovendien kan men die kleine ketels beter forceren, d.w.z. heftiger laten werken (koken), omdat er bij oververhitting van de stoom toch geen natte stoom naar de machine gaat.

In het begin staat de technische ontwikkeling van voldoende effectieve oververhitters (ook superheaters genoemd) de toepassing van oververhitte stoom nog in de weg. Er moet naar de juiste materialen worden gezocht. Opwelling van de te heet geworden stoompijpen, ondichtheid van pakkingbussen, zuigers en schuiven of kleppen vormen daarbij een probleem, want ook het bedrijf met oververhitte stoom moet in de praktijk natuurlijk beheersbaar, betrouwbaar en langdurig toepasbaar zijn.

Daarbij komt ook nog een geheel ander probleem: de eerder gebruikelijke smeermiddelen, plantaardige of dierlijke oliën en vetten, ontleden bij de hogere temperaturen gemakkelijker en dus komt de goede werking van de machine hierdoor in gevaar.

600×285px Een vroege oververhitter van Schwörer, geplaatst achter een vuurgangketel
let op de ringen aan de buitenzijde en de langsstroken aan de binnenzijde van de verhiiterpijpen
(afbeelding uit: E.F. Scholl, "De Gids voor Machinisten")

Vanaf circa 1900 heeft men de oplossingen voor het overgrote deel al wel gevonden en slaagt men er vervolgens in om goede oververhitters te bouwen. Voor de pakkingbussen en zuigers worden nieuwe metallieke materialen toegepast en men heeft minerale smeeroliën gevonden die een ontvlammingstemperatuur hebben boven 350 gr. C. en die hun smerende werking bij zulke hoge temperaturen ook behouden.

Bij stoomwerktuigen, waarbij de stoom geen pakkingbussen of sluitende zuigers en schuiven of kleppen hoeft te passeren, zoals bij stoomturbines (De Laval) het geval is, vervalt het probleem van ondichtheid natuurlijk helemaal. Voor stoomturbines is oververhitting dus heel goed toepasbaar en de nieuwe ontwikkelingen vertonen daarbij ook nog eens een sterke toename van de stoomdruk.

568×391px Stoomturbine van De Laval in proefopstelling


De warmtetoevoer aan de oververhitter kan op twee manieren worden ingericht:

  • oververhitting met een eigen afzonderlijk vuur, dus onafhankelijk van de ketel
  • Interne oververhitting door de gassen van het ketelvuur

De eerste manier van oververhitting is in de praktijk weinig toegepast, omdat hierbij nog eens het zelfde verlies optreedt als bij alle andere ketelvuren. In een enkel geval gebeurde dit, omdat de ketel eigenlijk te klein was geworden voor het gevraagde vermogen en men condensatie wilde voorkomen en om zo dan toch nog voor droge stoom te kunnen zorgen.

800×302px Apart opgestelde oververhitter met eigen stookinrichting (lengte- en dwarsdoorsnede)

Bij de tweede manier wordt de oververhitter meestal opgenomen in de rookkanalen van de ketel, zodat de verwarming door de gassen van het ketelvuur zelf kan gebeuren.

Toepassing van oververhitte stoom gebeurt aanvankelijk nog voorzichtig: oververhitting met temperaturen van 200-250 gr. C. wordt gebruikt om een rendementstoename van 15-20% te bewerkstelligen. Uitgangspunten bij de bouw van oververhitters (superheaters) zijn dan:

  • Hij moet zonder problemen aan de hogere temperaturen van 250-300 gr. C. weerstand kunnen bieden
  • Hij moet overal gemakkelijk kunnen worden ingebouwd, hij mag dus in het stoombedrijf weinig ruimte in beslag nemen, maar moet in die kleine ruimte wel een zo groot mogelijk verwarmd oppervlak hebben
  • De massa van het materiaal van de oververhitter moet groot genoeg zijn om de temperatuursschommelingen van het verbrandingsproces te kunnen opvangen.

Als er bijvoorbeeld door het openen van de vuurdeuren koude lucht in de ketel wordt toegelaten, dan daalt de verbrandingstemperatuur en die van de rookgassen tijdelijk sterk. De oververhitter wordt dan op dat moment plotseling te weinig verhit en daardoor zou de stoom spontaan afkoelen tot beneden de gewenste temperatuur. Maar als er bij voldoende massa van de oververhitter maar voldoende warmte is opgehoopt in het materiaal, dan kan die warmte tijdelijk aan de stoom worden afgegeven en wordt daarmee de temperatuurschommeling voldoende afgevlakt. De oververhitter is daarmee dus meteen een hitte-accumulator.

De eerste bruikbare oververhitters worden ontworpen door Schwörer en Hirn. Deze eerste oververhitters waren vervaardigd van gietijzer. Gietijzer was echter niet bijzonder betrouwbaar bij de hogere stoomspanningen. Wel bezit gietijzer een flinke ijzermassa en dat gaf wel mogelijkheden voor hitte-accumulatie. De eerste oververhitters hadden buizen met daaromheen, aan de buitenzijde, veel ringen (voor de warmte overdracht, maar ook voor de sterkte) en aan de binnenzijde stroken in de langsrichting (die moesten zorgen voor een goede doorstroming van de stoom).

300×505px Oververhitter van Gebr. Böhmer
(afbeelding: Het Stoombedrijf, N.A. Imelman)

De Gebr. Böhmer in Magdeburg-Neustadt gebruikten buizen die aan één zijde waren afgesloten en vrij stonden opgesteld, met daarbij een wand in het midden, zodat de stoom gedwongen was om de buizen aan beide zijden te bestrijken.

Het materiaal dat later veelal voor de oververhitters werd gebruikt was gietijzer, gietstaal, smeedijzer of staal en in enkele gevallen nikkelstaal.

Het aanbrengen van de oververhitter hangt qua locatie hoofdzakelijk af van het gebruikte ketelsysteem.
Bij ketels met binnenvuren bouwt men de oververhitter achter de vuurgangen, zodat meestal de hete gassen eerst door de buizen gaan, dan de oververhitter bestrijken en vervolgens nog eens de ketel beneden verwarmen, voordat ze ontwijken via de schoorsteenkanalen.
Bij waterpijpketels ligt de oververhitter meestal tussen de waterpijpen en de bovenketel.

600×458px Plaatsing van de oververhitter tussen de waterpijpen en bovenketel

Het is natuurlijk wel zo, dat men, om de stoom een hogere temperatuur te kunnen geven, er meer warmte, dus ook meer brandstof, moet toevoeren, maar meestal gaan de gassen zonder oververhitting toch al met een veel te hoge temperatuur de schoorsteen uit, zodat met oververhitting nog een deel van de normale warmte door de oververhitter kan worden opgenomen.

De oververhitte stoom heeft als bijzondere eigenschap, dat die buitengewoon slecht warmtegeleidend is.
De oververhitter wordt daarom samengesteld uit dunne pijpen, om de toetreding van de warmte van de gassen ook tot de kern van de stoomstroom te laten doordringen. In zijn normale vorm bestaat de oververhitter uit pijpen in bundels van slangen van een gebogen vorm, waarvan het ene uiteinde uitkomt in een verzamelkast voor de stoomtoelaat (invoer) en het andere einde uit mondt in een dergelijke kast voor de stoomuitlaat (afvoer). De kasten zijn rechthoekig van doorsnede en gemaakt van naadloze pijp. De pijpen zijn "uitgerold"in de kasten, waarin tegenover elke pijp een gasprop of dekseltje met knevel is aangebracht.

600×529px

Soms zijn de slangen liggend aangebracht, maar zij kunnen ook staand zijn opgesteld, zoals bij de Werkspoorketels van het ir. D.F. Woudagemaal

Bij de oververhitters past men vaak het principe van gelijk- en tegenstroom toe.
Bij gelijkstroom is het gemiddeld temperatuurverschil tussen stoom en gas kleiner dan in het geval van zuivere tegenstroom.
Daar waar de heetste verbrandingsgassen de zuivere tegenstroom-oververhitter bereiken, is dus de hoogste stoomtemperatuur. De pijpwand krijgt dan zulk een hoge temperatuur , dat de kans op gloeiend worden groot is, en een dergelijke oververhitter zal al gauw verbranden.
Daarvoor wordt dus het gelijk- en tegenstroom-principe toegepast.
De stoom gaat in de eerste slangen in tegenstroom, om daarna in gelijkstroom tot de vereiste temperatuur verhit te worden. De het eerst door de verbrandingsgassen bestreken pijpen worden daardoor voldoende afgekoeld.

Het inzetten van een oververhitter betekent ook een toename van de weerstand voor de doorstroming van de rookgassen. Men moet dus altijd eerst onderzoeken of de schoorsteen genoeg trek kan leveren.

500×155px

De afregeling van de oververhitter kan op verschillende manieren gebeuren:

  • door verandering van de hoeveelheid rookgassen die de oververhitter bestrijken. Deze regeling is eenvoudig te verwezenlijken en wordt het meest toegepast. De oververhitter ligt hierbij in een afzonderlijke ruimte en wordt door kleppen of schuiven geheel of gedeeltelijk van de rookgassen gescheiden
  • door bij het begin van het stoken, dus voordat er stoom in de oververhitter kan doorstromen, water in de oververhitter te laten lopen, wordt het verwarmend oppervlak van de ketel vergroot, zodat men sneller stoom heeft. Men kan dan het water snel aftappen als er voldoende stoomvorming optreedt
  • door het veranderen van de grootte van het verwarmend oppervlak van de oververhitter. Men bereikt dat door een gedeeltelijke uitschakeling van de oververhitter door afsluiting van segmenten
  • door afkoeling van de oververhitte stoom, door verzadigde stoom of door het voedingswater, of door de oververhitte stoom, gedeeltelijk door pijpen door de waterruimte van de ketel te voeren

Oververhitters hebben vaak de slangvorm, maar ook wel de U-vorm, b.v. voor toepassing in waterpijpketels (Babcock en Wilcox)

482×381px
Oververhitter voor een Babcock en Wilcox waterpijpketel

Ook in het Woudagemaal wordt oververhitting toegepast.
De installatie van 1920 is geheel ontworpen met toepassing van de de laatste ontwikkelingen uit het stoomtijdperk en daar hoort uiteraard ook het principe van oververhitting bij. Zowel de oorspronkelijke Pied-Boeufketels als de latere Schotse Werkspoorketels zijn uitgerust met een oververhitter. De stoomtemperatuur uit de oververhitter is circa 320 gr. C. Deze oververhitte stoom wordt per ringleiding naar de machinekamer geleid. In een ringleiding is de stoom voortdurend in beweging en ook op deze wijze wordt afkoeling en condensatie weer voorkomen.