Oververhitter en Schotse ketels: verschil tussen pagina's

Uit Wouda's Wiki
(Verschil tussen pagina's)
Naar navigatie springen Naar zoeken springen
imported>Jan Pieter Rottine
 
imported>Jan Pieter Rottine
 
Regel 1: Regel 1:
(deze tekst is nog in bewerking)
(aan deze tekst wordt nog gewerkt)


Het '''oververhitten van de stoom''' wordt '''vanaf circa 1900''' steeds vaker '''toegepast'''.
<strong>Vier nieuwe Schotse ketels van Werkspoor N.V. te Amsterdam</strong>


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.
[[Bestand:Piedboeuf_stokers.JPG|400x290px|link=]]
<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>In '''1955''' moeten de '''zes Piedboeuf-ketels worden vervangen'''. Er zal op dat moment zeker zijn nagedacht over de toekomst van het ir. D.F. Woudagemaal.
<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'''.  
<br>In de meeste voormalige stoomgemalen van ons land zijn dan de '''stoomketels en stoommachines in de periode tussen 1920 en 1950 over het algemeen reeds verdwenen''' en '''vervangen door een aandrijving met dieselmotoren of vaak ook elektrische motoren'''.
<br>Het ligt dus voor de hand dat de eigenaren van het Woudagemaal destijds een serieuze afweging gemaakt zullen hebben tussen het handhaven van de bestaande stoomaandrijving met de stoommachines, of de keuze voor een meer "moderne" vorm van aandrijving.
<br>Men heeft kennelijk gekozen voor de eerste mogelijkheid, want in 1955 worden er '''vier nieuwe Schotse stoomketels geïnstalleerd'''.


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.


[[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)


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.
<br>Die vervanging van de ketels omvat '''een ingrijpende verbouwing'''. De zes oude ketels moeten worden verwijderd, kompleet met de bijbehorende '''[[ketelappendages]]''' (afsluiters, leidingen, hulpapparatuur). Ook het ingenieuze ventilatiesysteem, aangedreven door eigen stoommachines, verdwijnt uit het ketelhuis.
<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.
<br>Voor de afvoer van de afzonderlijke ketels (onderketels en bovenketels) moet de achtermuur van het ketelhuis gedeeltelijk worden opengebroken.
<br>Het omvangrijke '''[[metselwerk met de ingebouwde rookkanalen]]''' van de Piedboeufketels moet worden '''afgebroken en verwijderd'''. Er komen grote hoeveelheden puin en isolatiemateriaal vrij.  
<br>Als alles is afgebroken en verwijderd kan men beginnen aan de '''wederopbouw'''.
<br>De vier Schotse ketels worden één voor één door de achtermuur naar binnen gerold, geplaatst en gemonteerd. De bestaande leidingen van de oude situatie moeten aan de nieuwe ketels worden aangepast en gemonteerd: voedingswaterleidingen, pompen, spuileidingen en stoomleidingen.


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.
<br>'''De nieuwe ketelinstallatie van Werkspoor neemt veel minder ruimte in beslag'''.
<br>De inrichting van het huidige ketelhuis is dus niet meer dezelfde als van 1920. De '''hoogte''' van het ketelhuis is nu erg opvallend: de bovenketels zijn verdwenen en de Schotse ketels komen '''slechts tot halverwege'''.


[[Bestand:Bild16857_gi.jpg|400×200px|link=]]
<br>In '''1967''' vindt er '''nogmaals een verandering''' plaats.
<br>De Nederlandse mijnen worden omstreeks deze tijd afgebouwd en stilgezet. Daarom wordt er voor het ir. D.F. Woudagemaal overgeschakeld op''' het stoken met stookolie'''.
<br>De '''[[vuurgangen]] van de Schotse ketels moeten daarvoor worden aangepast''' voor die oliestook. Dat betekent dat de '''[[roosters]]''' uit de vuurgangen verdwijnen en dat op de plaats van de '''[[vuurdeuren]]''' nu '''[[oliebranders]]''' worden aangebracht.
<br>Voor de oliestook moeten er diverse leidingen worden gelegd naar '''[[opslagtanks]]''' op het terrein, die zijn gevuld met dieselolie en zware stookolie (Rewood 1)


Het is zelfs zo, dat als als men''' daarboven nog doorgaat met verhitten''', dat er daarbij '''een volumevergroting''' optreedt, dit alles''' bij gelijkblijvende spanning'''.
<br>De ketels worden bij het opstoken eerst gestookt met '''[[dieselolie]]'''. De eerste stoomproduktie wordt gebruikt voor het verdunnen van de zware stookolie in de opslagtanks.  
De volumetoename bedraagt bij een oververhitting van 100 gr. C. al bijna 25%.
<br>Vanuit het ketelhuis zijn stoomleidingen aangelegd naar de opslagtanks voor de zware stookolie. De eerstgevormde  stoom moet er voor zorgen dat de dikke stookolie via een '''[[warmtewisselaar]]''' in de tank vloeibaar wordt gemaakt door een drastische verhoging van de temperatuur. De '''nu vloeibare zware stookolie''' kan daarop naar het ketelhuis worden gepompt.
<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>In het ketelhuis wordt de temperatuur van de stookolie opnieuw door middel van stoom '''nog eens verhoogd tot 110 gr. C.''', waarna de olie door de branders verneveld kan worden.
<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.
Dat is het moment dat het stoken met dieselolie kan worden beëindigd en er kan worden '''overgeschakeld op het stoken met stookolie'''.


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'''.
<br>De Schotse ketel wordt het meest toegepast op schepen. Deze ketel heeft de vorm van een cilinder en is aan de beide uiteinden door een [[vóórfront]] en een [[achterfront]] afgesloten.
<br>In het voorfront zitten de '''[[vuurgangen]]'''. Het aantal vuurgangen in de Schotse ketel kan varieren: van één tot zelfs vier. De ketels van het Woudagemaal hebben twee vuurgangen.
<br>De [[stookinrichting]] bevindt zich bij een Schotse ketel dus in de ketel zelf. Op die manier zijn de vuurgangen omringd door het ketelwater. Hij behoort daarom tot de groep van "inwendig gestookte ketels".


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'''.
<br>De '''[[vuurgangen]]''' zijn aan de voorkant bevestigd aan het voorfront en aan de achterkant met de '''[[vlamkast]]''' D. De bij de verbranding vrijkomende rookgassen zijn '''voor een deel nog brandbaar''' en zij kunnen in de vlamkast nog tot '''volledige verbranding''' komen ("[[combustion chamber]]", [[verbrandingskamer]]). De vlamkast wordt gevormd door een voorwand of pijpenplaat E, een achterwand F, een topplaat G en een rondgaande, met de romp evenwijdig lopende zijwand H, waarmee de topplaat meestal één geheel vormt.


[[Bestand:Vroege_OV_Schwörer_gtgi.jpeg|600×285px|link=]]
<br>De verbrandingsruimte in de vlamkast staat met de ruimte in de rookkast J in verbinding door een groot aantal buizen K, vlampijpen genoemd. De ketel wordt '''door de aanwezigheid van die vlampijpen''' ook wel '''[["vlampijpketel"]]''' genoemd. Omdat de pijpen hoog boven de vuurgangen liggen, wordt de ketel ook wel een <strong>"hoogtubulaire"</strong> ketel genoemd.
'''Een vroege oververhitter van Schwörer, geplaatst achter een vuurgangketel'''
<br>Bij veel Schotse ketels maakt de ruimte J als rookkast geen deel meer uit van de ketel, maar is dan al een deel van de schoorsteen.
<br>'''let op de ringen aan de buitenzijde en de langsstroken aan de binnenzijde van de verhiiterpijpen'''
<br>In het Woudagemaal behoort de rookkast wel tot de ketel, vanuit de rookkast aan de voorzijde gaan de rookgassen nog eens door de helft van de vlampijpen in het water terug naar de verbrandingskamer om vervolgens langs de '''[[oververhitter]]''' naar de schoorsteen te ontwijken.
<br>(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'''.  
<br>Omdat de Schotse ketels aanvankelijk met steenkolen worden gestookt, bevinden zich '''in de vuurgangen [[roosters]]''' (een systeem van gietijzeren staven, zogenoemde <strong>[["baren"]]</strong>, steeds met een vrije tussenruimte). Aan de voorkant van de [[vuurgang]] bevindt zich boven het rooster een [[vuurdeur]], waardoor gestookt wordt.
<br>Door deze deur wordt de steenkool op het rooster geworpen, de voor de verbranding nodige lucht wordt onder het rooster toegelaten en komt tussen de rooster-baren door bij het vuur. Aan de achterzijde van het rooster bevindt zich de <strong>[[vuurbrug]]</strong>, vaak gemetseld van <strong>[[vuurvaste steen]]</strong>.
<br>De vlammen en hete rookgassen stromen over de [[vuurbrug]] naar de verbrandingskamer, trekken door de eerste helft van de vlampijpen naar de rookkast en door de tweede helft van de vlampijpen weer terug naar de verbrandingskamer. Zij worden dus een paar maal heen en weer '''langs het ketelwater geleid'''. Tenslotte verhogen zijn nog via de <strong>[[oververhitter]]</strong> de temperatuur van de stoom om dan via de schoorsteen naar buiten te stromen.


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'''.
<br>De door de verbranding beschikbaar komende warmte wordt via de wanden van de vuurgang, verbrandingskamer en vlampijpen '''overgedragen en weer afgegeven aan het water'''.
<br>Van deze wanden wordt het oppervlak, dat de warmte ontvangt, het '''verwarmd oppervlak''' genoemd, het tegenoverliggend oppervlak dat de warmte afgeeft aan het water, wordt het '''verwarmend oppervlak''' genoemd.


[[bestand:De_Laval_stoomturbine_gtgi.jpeg|568×391px|link=]]
<br>De ketel moet zover met water zijn gevuld, dat elk deel van het verwarmd oppervlak zijn opgenomen warmte weer aan het water kan afgeven, om de temperatuur van de wand onder controle te kunnen houden.
'''Stoomturbine van De Laval in proefopstelling'''
<br>Daarom heeft een ketel een '''[[L.T.W.]]''' '''[[L.T.W.|Laagst Toegestane Waterstand]]''' ten opzichte van het hoogste punt van het verwarmd oppervlak. Vaak wordt een minimum hoogte boven dit punt aangehouden van ca. 15 cm.


<br>De '''warmtetoevoer aan de oververhitter''' kan op '''twee manieren''' worden ingericht:
De '''ruimten in een Schotse ketel''' bevinden zich tussen:
<ul>
<li>de vuurgangen en de romp
<li> oververhitting met een eigen afzonderlijk vuur, dus onafhankelijk van de ketel
<li>de zijwanden van de vlamkasten en de romp
<li> Interne oververhitting door de gassen van het ketelvuur
<li>de zijwanden van de vlamkasten onderling
</ul>
<li>de achterwanden van de vlamkasten en het achterfront
 
<br>Zij worden '''[[waterspaties]]''' genoemd.  
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>Soms zijn de waterspaties aan de bovenzijde iets ruimer dan onder in de ketel. De bedoeling hiervan is dat de naar boven toenemende hoeveelheid stoom gemakkelijker een doorgang naar boven kan vinden. Daarom loopt ook de achterzijde van de verbrandingskamer vaak schuin op en komt de bovenkant van de verbrandingskamer wat lager te liggen.
 
<br>De Schotse ketels hebben een ruim wateroppervlak, waardoor de stoom op een rustige wijze aan de oppervlakte komt en zodoende vrij '''[[droog]]''' kan blijven.
[[Bestand:Aparte_OV_gtgi.jpeg|800×302px|link=]]
<br>
'''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:
 
<ul>
<li>Hij moet zonder problemen '''aan de hogere temperaturen van 250-300 gr. C. weerstand kunnen bieden'''
<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>
 
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)'''.
 
[[Bestand:Böhmer_OV_gtgi.jpeg|300×505px|link=]]
'''Oververhitter van Gebr. Böhmer'''
<br>(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'''.
<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:Resolveb_a.jpg|600×458px|link=]]
'''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.
<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.
 
[[Bestand:Afb_97_Stoom_gtgi.jpeg|600×529px|link=]]
 
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'''.
<br>Bij '''gelijkstroom''' is '''het gemiddeld temperatuurverschil tussen stoom en gas kleiner''' dan '''in het geval van zuivere tegenstroom'''.
<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'''.
 
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'''.


[[Bestand:Gelijk-tegenstroom_OV_gtgi.jpeg|500×155px|link=]]
<br>'''Eigenschappen''' van het <strong>type "Schotse ketel"</strong>


De '''afregeling van de oververhitter''' kan op verschillende manieren gebeuren:
<ul>
<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
<li>Schotse ketels nemen weinig plaats in, terwijl de '''bemetseling''' die bij vele landketels dient tot het vormen van rookkanalen bij deze ketel '''overbodig''' is
<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'''
<li>De ketels zijn '''weinig gevoelig voor onzuiverheid van het voedingswater''', omdat de bezonken slib terechtkomt onder in de ketel en dat maakt geen deel uit van het verwarmd oppervlak
<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'''
<li>De Schotse ketels hebben '''een grote waterinhoud''' en hebben dus een '''grote capaciteit aan warmteoverdracht'''. Daarom is de druk in de ketel behoorlijk constant
<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'''
<li>De Schotse ketel heeft een '''zeer groot verwarmd oppervlak''' en daarom daalt het peil in de ketel maar langzaam, zodat de '''toevoer van ketelwater niet kritisch''' is. Hierdoor blijft de stoom ook '''droog'''
<li>Het opstoken voor het in bedrijf stellen gaat langzaam en heeft tijd nodig
<li>Het stoken en werken van de '''Schotse ketel vraagt weinig specifieke ervaring''' en is gemakkelijk uit te voeren. Voor een niet-continue-bedrijf is dat gunstig voor het bedienend personeel. Zij bouwen immers geen dagelijkse routine op             
</ul>
</ul>
 
'''Oververhitters hebben vaak de slangvorm, maar ook wel de U-vorm''', b.v. voor '''toepassing in waterpijpketels (Babcock en Wilcox)'''
(Bij het samenstellen van de tekst is gebruik gemaakt van informatie en gegevens uit: "stoomketels", door J.P.P. Morré en T.J. Kloet, Amsterdam 1940)
 
[[Bestand:
 
'''Ook in het Woudagemaal wordt oververhitting toegepast.'''
<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 5 dec 2011 12:09

(aan deze tekst wordt nog gewerkt)

Vier nieuwe Schotse ketels van Werkspoor N.V. te Amsterdam

Piedboeuf stokers.JPG
In 1955 moeten de zes Piedboeuf-ketels worden vervangen. Er zal op dat moment zeker zijn nagedacht over de toekomst van het ir. D.F. Woudagemaal.
In de meeste voormalige stoomgemalen van ons land zijn dan de stoomketels en stoommachines in de periode tussen 1920 en 1950 over het algemeen reeds verdwenen en vervangen door een aandrijving met dieselmotoren of vaak ook elektrische motoren.
Het ligt dus voor de hand dat de eigenaren van het Woudagemaal destijds een serieuze afweging gemaakt zullen hebben tussen het handhaven van de bestaande stoomaandrijving met de stoommachines, of de keuze voor een meer "moderne" vorm van aandrijving.
Men heeft kennelijk gekozen voor de eerste mogelijkheid, want in 1955 worden er vier nieuwe Schotse stoomketels geïnstalleerd.



Die vervanging van de ketels omvat een ingrijpende verbouwing. De zes oude ketels moeten worden verwijderd, kompleet met de bijbehorende ketelappendages (afsluiters, leidingen, hulpapparatuur). Ook het ingenieuze ventilatiesysteem, aangedreven door eigen stoommachines, verdwijnt uit het ketelhuis.
Voor de afvoer van de afzonderlijke ketels (onderketels en bovenketels) moet de achtermuur van het ketelhuis gedeeltelijk worden opengebroken.
Het omvangrijke metselwerk met de ingebouwde rookkanalen van de Piedboeufketels moet worden afgebroken en verwijderd. Er komen grote hoeveelheden puin en isolatiemateriaal vrij.
Als alles is afgebroken en verwijderd kan men beginnen aan de wederopbouw.
De vier Schotse ketels worden één voor één door de achtermuur naar binnen gerold, geplaatst en gemonteerd. De bestaande leidingen van de oude situatie moeten aan de nieuwe ketels worden aangepast en gemonteerd: voedingswaterleidingen, pompen, spuileidingen en stoomleidingen.


De nieuwe ketelinstallatie van Werkspoor neemt veel minder ruimte in beslag.
De inrichting van het huidige ketelhuis is dus niet meer dezelfde als van 1920. De hoogte van het ketelhuis is nu erg opvallend: de bovenketels zijn verdwenen en de Schotse ketels komen slechts tot halverwege.


In 1967 vindt er nogmaals een verandering plaats.
De Nederlandse mijnen worden omstreeks deze tijd afgebouwd en stilgezet. Daarom wordt er voor het ir. D.F. Woudagemaal overgeschakeld op het stoken met stookolie.
De vuurgangen van de Schotse ketels moeten daarvoor worden aangepast voor die oliestook. Dat betekent dat de roosters uit de vuurgangen verdwijnen en dat op de plaats van de vuurdeuren nu oliebranders worden aangebracht.
Voor de oliestook moeten er diverse leidingen worden gelegd naar opslagtanks op het terrein, die zijn gevuld met dieselolie en zware stookolie (Rewood 1)


De ketels worden bij het opstoken eerst gestookt met dieselolie. De eerste stoomproduktie wordt gebruikt voor het verdunnen van de zware stookolie in de opslagtanks.
Vanuit het ketelhuis zijn stoomleidingen aangelegd naar de opslagtanks voor de zware stookolie. De eerstgevormde stoom moet er voor zorgen dat de dikke stookolie via een warmtewisselaar in de tank vloeibaar wordt gemaakt door een drastische verhoging van de temperatuur. De nu vloeibare zware stookolie kan daarop naar het ketelhuis worden gepompt.
In het ketelhuis wordt de temperatuur van de stookolie opnieuw door middel van stoom nog eens verhoogd tot 110 gr. C., waarna de olie door de branders verneveld kan worden. Dat is het moment dat het stoken met dieselolie kan worden beëindigd en er kan worden overgeschakeld op het stoken met stookolie.


De Schotse ketel wordt het meest toegepast op schepen. Deze ketel heeft de vorm van een cilinder en is aan de beide uiteinden door een vóórfront en een achterfront afgesloten.
In het voorfront zitten de vuurgangen. Het aantal vuurgangen in de Schotse ketel kan varieren: van één tot zelfs vier. De ketels van het Woudagemaal hebben twee vuurgangen.
De stookinrichting bevindt zich bij een Schotse ketel dus in de ketel zelf. Op die manier zijn de vuurgangen omringd door het ketelwater. Hij behoort daarom tot de groep van "inwendig gestookte ketels".


De vuurgangen zijn aan de voorkant bevestigd aan het voorfront en aan de achterkant met de vlamkast D. De bij de verbranding vrijkomende rookgassen zijn voor een deel nog brandbaar en zij kunnen in de vlamkast nog tot volledige verbranding komen ("combustion chamber", verbrandingskamer). De vlamkast wordt gevormd door een voorwand of pijpenplaat E, een achterwand F, een topplaat G en een rondgaande, met de romp evenwijdig lopende zijwand H, waarmee de topplaat meestal één geheel vormt.


De verbrandingsruimte in de vlamkast staat met de ruimte in de rookkast J in verbinding door een groot aantal buizen K, vlampijpen genoemd. De ketel wordt door de aanwezigheid van die vlampijpen ook wel "vlampijpketel" genoemd. Omdat de pijpen hoog boven de vuurgangen liggen, wordt de ketel ook wel een "hoogtubulaire" ketel genoemd.
Bij veel Schotse ketels maakt de ruimte J als rookkast geen deel meer uit van de ketel, maar is dan al een deel van de schoorsteen.
In het Woudagemaal behoort de rookkast wel tot de ketel, vanuit de rookkast aan de voorzijde gaan de rookgassen nog eens door de helft van de vlampijpen in het water terug naar de verbrandingskamer om vervolgens langs de oververhitter naar de schoorsteen te ontwijken.


Omdat de Schotse ketels aanvankelijk met steenkolen worden gestookt, bevinden zich in de vuurgangen roosters (een systeem van gietijzeren staven, zogenoemde "baren", steeds met een vrije tussenruimte). Aan de voorkant van de vuurgang bevindt zich boven het rooster een vuurdeur, waardoor gestookt wordt.
Door deze deur wordt de steenkool op het rooster geworpen, de voor de verbranding nodige lucht wordt onder het rooster toegelaten en komt tussen de rooster-baren door bij het vuur. Aan de achterzijde van het rooster bevindt zich de vuurbrug, vaak gemetseld van vuurvaste steen.
De vlammen en hete rookgassen stromen over de vuurbrug naar de verbrandingskamer, trekken door de eerste helft van de vlampijpen naar de rookkast en door de tweede helft van de vlampijpen weer terug naar de verbrandingskamer. Zij worden dus een paar maal heen en weer langs het ketelwater geleid. Tenslotte verhogen zijn nog via de oververhitter de temperatuur van de stoom om dan via de schoorsteen naar buiten te stromen.


De door de verbranding beschikbaar komende warmte wordt via de wanden van de vuurgang, verbrandingskamer en vlampijpen overgedragen en weer afgegeven aan het water.
Van deze wanden wordt het oppervlak, dat de warmte ontvangt, het verwarmd oppervlak genoemd, het tegenoverliggend oppervlak dat de warmte afgeeft aan het water, wordt het verwarmend oppervlak genoemd.


De ketel moet zover met water zijn gevuld, dat elk deel van het verwarmd oppervlak zijn opgenomen warmte weer aan het water kan afgeven, om de temperatuur van de wand onder controle te kunnen houden.
Daarom heeft een ketel een L.T.W. Laagst Toegestane Waterstand ten opzichte van het hoogste punt van het verwarmd oppervlak. Vaak wordt een minimum hoogte boven dit punt aangehouden van ca. 15 cm.

De ruimten in een Schotse ketel bevinden zich tussen:

  • de vuurgangen en de romp
  • de zijwanden van de vlamkasten en de romp
  • de zijwanden van de vlamkasten onderling
  • de achterwanden van de vlamkasten en het achterfront
    Zij worden waterspaties genoemd.
    Soms zijn de waterspaties aan de bovenzijde iets ruimer dan onder in de ketel. De bedoeling hiervan is dat de naar boven toenemende hoeveelheid stoom gemakkelijker een doorgang naar boven kan vinden. Daarom loopt ook de achterzijde van de verbrandingskamer vaak schuin op en komt de bovenkant van de verbrandingskamer wat lager te liggen.
    De Schotse ketels hebben een ruim wateroppervlak, waardoor de stoom op een rustige wijze aan de oppervlakte komt en zodoende vrij droog kan blijven.

    Eigenschappen van het type "Schotse ketel"
    • Schotse ketels nemen weinig plaats in, terwijl de bemetseling die bij vele landketels dient tot het vormen van rookkanalen bij deze ketel overbodig is
    • De ketels zijn weinig gevoelig voor onzuiverheid van het voedingswater, omdat de bezonken slib terechtkomt onder in de ketel en dat maakt geen deel uit van het verwarmd oppervlak
    • De Schotse ketels hebben een grote waterinhoud en hebben dus een grote capaciteit aan warmteoverdracht. Daarom is de druk in de ketel behoorlijk constant
    • De Schotse ketel heeft een zeer groot verwarmd oppervlak en daarom daalt het peil in de ketel maar langzaam, zodat de toevoer van ketelwater niet kritisch is. Hierdoor blijft de stoom ook droog
    • Het opstoken voor het in bedrijf stellen gaat langzaam en heeft tijd nodig
    • Het stoken en werken van de Schotse ketel vraagt weinig specifieke ervaring en is gemakkelijk uit te voeren. Voor een niet-continue-bedrijf is dat gunstig voor het bedienend personeel. Zij bouwen immers geen dagelijkse routine op

    (Bij het samenstellen van de tekst is gebruik gemaakt van informatie en gegevens uit: "stoomketels", door J.P.P. Morré en T.J. Kloet, Amsterdam 1940)