Fabrieksschoorstenen en Schotse ketels: verschil tussen pagina's

Uit Wouda's Wiki
(Verschil tussen pagina's)
imported>Jan Pieter Rottine
Geen bewerkingssamenvatting
 
imported>Jan Pieter Rottine
Geen bewerkingssamenvatting
 
Regel 1: Regel 1:
=='''De fabrieksschoorsteen'''==
(aan deze tekst wordt nog gewerkt)


De '''historische fabrieksschoorstenen''' vormen een bijzondere groep binnen de industriële erfgoederen. Door hun '''hoogte''' vormen ze vaak '''markante elementen''' '''in het landschap of het stadsbeeld'''. De herwaardering van de schoorsteen als '''monument van voormalige bedrijvigheid''' heeft ondertussen grote vormen aangenomen. Groeiende erkenning heeft geleid tot aanwijzingen als rijksmonument.
<strong>Vier nieuwe Schotse ketels van Werkspoor N.V. te Amsterdam</strong>


==='''Historische ontwikkeling'''===
Foto 1
Door het in gebruik nemen van stoommachines worden er '''in de negentiende eeuw veel fabrieksschoorstenen''' gebouwd. In elke bedrijfstak waar behoefte is aan kracht of energie zijn schoorstenen nodig, zoals bij '''steenfabrieken, wasserijen en zuivelfabrieken'''. Naast stoombedrijven zijn er ook schoorstenen gebouwd bij '''gemalen''' en ketelhuizen van '''tuinbouwbedrijven, kloosters, zorginstellingen en openbare nutsbedrijven, zwembaden en scholen'''.


In '''1775''' wordt er in Nederland het '''eerste stoomgemaal in gebruik''' genomen. Tussen 1820 en 1850 worden de '''schoorstenen steeds hoger''', maar de traditionele bouwmethoden blijven gelijk.
<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>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'''.


[[Bestand:Schoorsteen_15_v2.jpg|200x275px|link=]]


Er ontstaan bovendien nieuwe bedrijfstakken, zoals '''gas- en elektriciteitsbedrijven'''.
In de '''berekening van de maatvoering en de noodzakelijke hoogte, diameter en trek is het verwarmende oppervlak van de ketel(s)''' een belangrijk gegeven. Bovendien speelt de '''soort ketel, de hitte en de chemische samenstelling van de rookgassen''' een rol.


In het '''begin van de twintigste eeuw''' ontstaan er door de grote aantallen te bouwen schoorstenen al spoedig '''standaardmodellen''' voor de kleinere schoorstenen tot ongeveer twintig meter hoogte. Ze zijn vaak aan '''de diverse uitvoeringen van de kop''' te herkennen.
<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.
Vaak leveren de steenfabrieken series van speciaal gebogen stenen, waarmee deze standaardkoppen kunnen worden gerealiseerd.  
<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.


'''Tot de tweede wereldoorlog blijft de vormgeving traditioneel'''. Daarna ontstaan er fabrieksschoorstenen van nieuw toegepaste materialen zoals beton en staal.
<br>'''De nieuwe ketelinstallatie van Werkspoor neemt veel minder ruimte in beslag'''.  
Door de afname van het gebruik van stoommachines worden er '''na 1970 vrijwel geen nieuwe schoorstenen meer''' gebouwd. De nog bestaande schoorstenen zijn zodoende evenzovele '''monumenten''' geworden.
<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'''.


In Nederland zijn in totaal '''ooit''' ongeveer '''10.000 schoorstenen''' gebouwd.
<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'''.
==='''Bouw'''===
<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.
In Nederland worden '''voor 1880 veel schoorstenen door buitenlandse bedrijven''' gebouwd, met name de hogere van boven de veertig meter.
<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)
Vanaf 1880 ontstaan er '''gespecialiseerde schoorsteenbouwbedrijven''', die langzaam de markt veroveren, nadat ze ervaring hebben opgedaan met de lagere schoorstenen.


De '''oudste fabrieksschoorstenen worden van de zelfde stenen gebouwd als de bijbehorende gebouwen'''. In Friesland gebeurde dat van zogenoemde “Friese mop”, vaak in “kops verband” in de schoorsteen verwerkt. Dat kan, omdat de af te voeren rookgassen dan nog geen hoge temperaturen bereiken.  
<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.
<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>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'''.


Met de komst van grotere stoomketels, grotere vuurhaarden en daarbij horende '''hogere schoorstenen''' neemt de '''behoefte aan grotere, eenvoudig te verwerken stenen''' toe.
<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.
De Duitse uitvinding van de '''strengpers voor de steenfabricage''' maakt het vanaf 1855 mogelijk '''de stenen in een bepaalde vorm te persen''' met bijbehorende industriële productie.
<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.
Hierdoor was het mogelijk voor de schoorsteenbouw gebruik te gaan maken van zogenoemde '''vormsteen of radiaalsteen'''. Dit zijn '''stenen in de vorm van een taartpunt''', waarmee gemakkelijk de ronde hogere schoorstenen kunnen worden gebouwd. Bovendien heeft deze steensoort een '''hogere hittebestendigheid'''. De '''vorm van de radiaal- of façonstenen moet veranderen naarmate de hoogte van de schoorsteen toeneemt'''.
<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".


[[Bestand:Schoorsteen_3.jpg|382x274px|link=]]
<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.
De firma '''Canoy-Herfkens uit Tegelen''' wordt in 1880 opgericht als steenfabriek met daarbij een '''schoorsteenbouwafdeling'''. Een andere Nederlandse schoorsteenbouwer was de firma '''De Ridder''', die na 1900 een eigen steenfabriek kreeg in Oegstgeest. Bovendien was er nog '''een twintigtal kleinere schoorsteenbouwbedrijven die bouwen met de stenen van Canoy-Herfkens of De Ridder'''.


[[Bestand:Schoorsteen_4.jpg|172x282px|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.
<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>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.


De''' radiaalsteen''' zorgt ook voor '''een omwenteling''' in de methode van schoorsteenbouw. Zij zijn veel groter dan de waalstenen of andere soorten en daarom '''kan er ook veel sneller mee worden gebouwd'''. De nieuwe werkwijze bestaat uit het feit dat men de schoorstenen steeds vaker '''van binnenuit''' gaat '''opmetselen''' en daarom '''geen buitenwerkse steiger meer''' hoeft te gebruiken.
<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.


==='''Vormgeving'''===
<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'''.  
In de jaren '''tussen 1775 en 1820''' worden er vooral '''vierkante schoorstenen''' gebouwd, zonder enige versterking van de voet of sokkel.
<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.
<br>'''Na 1820''' worden er ook '''vierkante voeten met ronde schachten''' gebouwd. De '''oudste''' van dit model '''met nog zeer hoge vierkante voeten''', soms '''tot de helft van de pijphoogte'''.
<br>'''Bij de latere ronde schoorstenen''' is er '''minder aanhechting van roet''' en dus wordt '''na de eeuwwisseling de ronde voet regel en de vierkante een uitzondering'''.


Fabrieksschoorstenen zijn altijd een demonstratie van vakmanschap van de metselaars. Deze in het oog lopende bouwwerken worden nog altijd bewonderend bekeken door het grote publiek.
<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.
<br>De''' vaardigheden van de bouwers zijn echter niet alleen zichtbaar''': ook '''onder de grond zit een wereld van kennis en vakmanschap''' in het '''ontwerp van de fundatie en voet'''. De schoorsteen dient '''een grote stabiliteit''' te bezitten en moet jarenlang de winddruk en bijkomende elementen kunnen trotseren.
<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>Het fundament van een schoorsteen bestaat vaak uit''' een onderheiing met palen, die onderling verweven zijn met betonijzer en afgedekt worden door een betonnen plaa'''t. De blauwdrukken van destijds getuigen nog steeds van de kennis van de bouwkundigen.


[[Bestand:Schoorsteen_2_k.jpg|416X376PX|link=]]
De '''ruimten in een Schotse ketel''' bevinden zich tussen:
<li>de vuurgangen en de romp
<li>de zijwanden van de vlamkasten en de romp
<li>de zijwanden van de vlamkasten onderling
<li>de achterwanden van de vlamkasten en het achterfront
<br>Zij worden '''[[waterspaties]]''' genoemd.
<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.
<br>


De '''vroegste schoorstenen hebben nog geen uitkragende kop''', zoals later steeds meer wordt toegepast. '''Uitkraging''' heeft '''als voordeel een versteviging van de schoorsteen''' en '''minder last van de temperatuurverschillen''' tussen de rookgassen en de buitenlucht.
<br>'''Eigenschappen''' van het <strong>type "Schotse ketel"</strong>
Vaak kan '''de bouwer van de schoorsteen''' worden '''herkend aan de vorm van de uitkraging'''.


[[Bestand:Schoorsteen_9.jpg|111x139px|link=]]
<ul>
 
<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
Naast de uitkraging van de kop kan de schoorsteen '''ook worden versierd met contrasterende kleuren''' van stenen, soms ook wordt op deze wijze '''de bedrijfsnaam aangebracht''', eventueel ook met verspringend metselwerk.
<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>De Schotse ketels hebben '''een grote waterinhoud''' en hebben dus een '''grote capaciteit aan warmteoverdracht'''. Daarom is de druk in de ketel behoorlijk constant
Een schoorsteen kan '''schade''' oplopen '''door vochtproblemen en vorstinvloeden, kromtrekken door opname van water, vergipsing van de mortel door inwerking van de chemische samenstelling van de rookgassen'''. Hierbij is de hardheid van de stenen een belangrijke factor: de '''hardere Canoy-stenen''' bieden meer weerstand tegen deze invloeden dan de De Ridder-stenen.
<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
[[Bestand:Schoorsteen_7.jpg|98x154px|link=]]
<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>
==='''Klimijzers en trekbanden'''===
Om inspecties zowel inwendig als uitwendig mogelijk te maken, worden er ijzeren '''klimijzers''' in de schoorstenen gemetseld.
(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)
<br>Voor de stevigheid, vooral bij hogere temperaturen, worden nieuwe schoorstenen een enkele keer meteen '''ingebonden met metalen trekbanden'''.
<br>'''Meestal''' worden trekbanden echter '''pas na vele jaren van gebruik''' aangebracht.
<br>De staat van de ijzeren klimijzers is van belang. Als die '''door roest''' gaan '''uitzetten''' kan er schade ontstaan aan het metselwerk, vaak aan de binnenkant van de schoorsteen. Het gebruik van '''trekbanden van roestvast staal''' is beter dan gegalvaniseerd of geschilderd ijzer.
 
[[Bestand:IMG_1956_k.jpg|400x600px|link=]]
 
==='''Bliksembeveiliging'''===
Voor elke schoorsteen betekent '''blikseminslag een groot risico'''. Bij de bouw van de schoorsteen van het '''[[ir. D.F. Woudagemaal]]''' '''vond blikseminslag plaats''' die een totale verwoesting van de nieuwe schoorsteen betekent. De schoorsteen moet opnieuw worden gebouwd. Bliksembeveiliging is voor een fabrieksschoorsteen dus een absolute voorwaarde.
 
[[Bestand:Schoorsteen_10.jpg|108x160px|link=]]
 
'''(voor de informatie van deze tekst is gebruik gemaakt van de brochure Cultuurhistorie 10 – 2008 Rijksdienst voor archeologie, cultuurlandschap en monumenten)'''
 
==='''Functie van de schoorsteen'''===
 
De schoorsteen van de stookinrichting van een stoombedrijf heeft een '''tweeledig doel'''.
In de eerste plaats is dat '''het aanzuigen van de nodige luchthoeveelheid''' en '''ten tweede gaat het om het verwijderen van de verbrandingsproducten''' op een dergelijke hoogte, dat er voor de omwonenden geen gevaar en last ontstaat.
Daarvoor wordt vaak in de hinderwetvergunning '''een minimum hoogte vastgesteld''', die zeker ook '''afhangt van de aard van het ketelsysteem en de grootte van het verwarmend oppervlak'''.
 
[[Bestand:IMG_1976_ketelhuis_k.jpg|400x267px|link=]]
 
De '''werking van de schoorsteen''' berust op '''het verschil in het soortelijk gewicht van de hete rookgassen en de omringende lucht van de atmosfeer'''.
De hete gaskolom in de schoorsteen ontwikkelt een '''opstijgende kracht''', die zo weinig mogelijk gehinderd wordt door de toestromende lucht onder het rooster (bij vaste brandstoffen) of in de brander (bij oliestook).
 
De '''doorstroomsnelheid''' is '''afhankelijk van de weerstand in de rookkanalen en de schoorsteen''', die weer bepaald wordt door de '''doorsnede''' en de '''hoogte'''.
<br>Uiteraard speelt '''ook de temperatuur van de gassen''' een belangrijke rol.
 
Als de kwaliteit van het ontwerp en de daaropvolgende bouw in orde is, heeft de schoorsteen '''weinig onderhoud''' nodig. Eventueel onderhoud hoeft slechts met lange tussenliggende periodes  plaats  te vinden.
De '''doorsnede van de schoorsteen is vaak in overeenstemming met de doorsnede van het laatste rookkanaal of de som van de rookkanalen'''. Deze rookkanalen en de schoorsteen  hebben '''een ronde vorm''', omdat door een bepaalde omtrek het grootste oppervlak wordt ingesloten. De ronde wanden zijn daarbij een weerstand bepalende factor.
 
[[Bestand:IMG_1964_voet_k.jpg|500x333px|link=]]
 
Het '''kanaal aan de bovenkant''' van de schoorsteen moet '''in principe niet nauwer''' worden gemaakt '''dan aan de onderzijde''', het is zelfs beter om het aan de bovenzijde wijder te maken.
Voor een goede trek moet '''de schoorsteenmiddellijn inwendig geheel, of nagenoeg geheel constant''' blijven. Daarom zou de schoorsteen beneden wel een zeer grote wanddikte moeten krijgen.
 
Om onnodige dikte van de steenmassa van de schoorsteenwanden te voorkomen, maakt men '''de wanddikte op bepaalde hoogte verspringend''', zodat de wanddikte '''niet dikker wordt dan voor de stabiliteit van de schoorsteen noodzakelijk''' is.
 
Zo krijgt men echter inwendig een pijp die beneden veel groter is dan boven. Om de constante binnenwerkse middellijn te realiseren , brengt men '''inwendig nog een losstaande, dunne pijp''' aan, de zogenoemde '''schutwand''', die '''binnenwerks ongeveer dezelfde middellijn heeft als de schoorsteen inwendig van boven'''.
De schutwand heeft bovendien als '''voordeel''', dat '''de buitenwand beschermd''' wordt tegen de hoge temperatuur van de doorstromende gassen.
 
[[Bestand:Schutwand.JPG|200x707px|link=]]
 
Omdat steen een slecht warmtegeleidende stof is, bestaat er een '''risico''' van scheuren in de dikke stenen wand. Er kunnen ook scheuren in de wand ontstaan door onjuiste constructie, verzakking (onvoldoende sterkte van het fundament), metselen onder onjuiste weersomstandigheden (vorst), etc.
Schoorsteenbouw vereist dus vakmanschap en bijbehorende ervaring.
 
In de laatste bouwperiode van fabrieksschoorstenen metselt men de schoorsteen '''van binnenuit''' op.  Hiervoor gebruikt men de '''passende radiale vormstenen, strengpersstenen met gaten'''. De gaten worden gedeeltelijk met specie gevuld, zodat er een sterke onderlinge verbinding tussen de steenlagen ontstaat.
 
Voor de schoorstenen worden alleen '''de beste, goed doorbakken stenen''', de zogenoemde klinkers,  gebruikt. Zo worden dus '''nauwkeurig geselecteerd''' voordat ze op het werk worden aangevoerd.
 
[[Bestand:Schoorsteen_11_k.jpg|318×455px|link=]]
 
Wanneer er '''meerdere metselaars''' gelijktijdig aan dezelfde schoorsteen werken, laat men ze '''voortdurend van plaats wisselen'''. Als de ene metselaar individueel wat meer specie gebruikt dan de andere en zou hij daarvoor ook dunnere stenen gebruiken ter compensatie, dan treedt er toch een nog een kromtrekken van de schoorsteen op als die zich “zet” tijdens de uitharding!
 
Omdat men van binnenuit metselt, gebruikt men later '''geen steigers meer aan de buitenzijde''', die onnodig duur zijn gebleken.
<br>De metselaars staan daarbij op een planken vloer, waarvan de dragers in uitgespaarde holten in de binnenzijde geplaatst zijn en die van tijd tot tijd worden verhoogd, waarna de lagere holten passend met stenen worden opgevuld. Voor de metselaars wordt het materiaal via de buitenzijde omhoog gehesen. Daarvoor gebruikt men een bok, die ook steeds omhoog gebracht kan worden.
 
[[Bestand:Schoorsteenbok_k.JPG|300x257px|link=]]
 
Als bij een stookinstallatie de rookgassen een aantal malen langs de verwarmde oppervlakken worden geleid zullen de '''rookgassen al binnen het ketelsysteem sterk afkoelen'''. Als de rookgasweerstand in de rookkanalen verder redelijk groot is (ruwe oppervlakken), '''neemt de doorstroomsnelheid af''' en kan men '''onvoldoende trek''' verkrijgen.
 
In zulke gevallen gaat men over tot '''kunstmatige trek'''.  Hiervoor kan men '''in de rookgasweg een ventilator''' plaatsen. Door het uitschakelen van de ventilator of door gebruik te maken van '''een regelbare klep in het rookkanaal''' kan men gemakkelijk overschakelen naar natuurlijke trek. Door tussenvormen heeft men '''een groot regelbereik'''.
 
Bij het stoken van de ketel kan men ook gebruik maken van '''geforceerde luchttoevoer onder de verbrandingsroosters''''. Ook hier maakt men dan gebruik van''' ventilatoren''', waarbij bovendien weer regelmogelijkheden zijn door tussenstappen. Het beheer van deze mogelijkheden behoort tot het vakmanschap van de stokers.
 
[[Bestand:Stoomm-vent.jpg|300x460px|link=]]
 
Dit systeem wordt ook toegepast bij de zes eerste Piedboeuf-ketels van het <strong>[[ir. D.F. Woudagemaal]]</strong>.
 
'''Voor de teksten is gebruik gemaakt van:'''
<br>'''De Gids voor Machinisten, door E.F. Scholl, Leiden 1903'''
<br>'''Stoom, uitgave der vereniging Krachtwerktuigen, Groningen 1942'''

Versie van 5 dec 2011 10:52

(aan deze tekst wordt nog gewerkt)

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

Foto 1


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)