Alles over het gebruik van een ketel voor stoom

Een ketel voor stoom is een apparaat voor het opwekken van stoom, gewoonlijk onder verhoogde druk en dienovereenkomstig bij temperaturen van aanmerkelijk meer dan 100 °C. Het is het centrale onderdeel van een stoomgenerator. Het is de centrale component van een stoomgenerator, die naast de stoomketel nog andere componenten kan bevatten, bijvoorbeeld een oven voor de verbranding van een brandstof, een pomp voor het voedingswater, apparatuur voor de behandeling (b.v. deïonisatie) van het voedingswater, alsmede regel- en controleapparatuur. De term stoomketelinstallatie verwijst naar alle onderdelen van de installatie die nodig zijn voor het opwekken van stoom.

Soms wordt een oven ook beschouwd als een onderdeel van een stoomketel – vooral in het geval van de wijdverbreide vlampijpketels, waar een brander voor bijvoorbeeld aardgas of stookolie direct op de ketel is geflensd.

Een ketel voor stoom in thermische centrales

Grote ketels voor stoom worden gebruikt in zeer veel thermische centrales die op stoomturbines zijn gebaseerd. In grote krachtcentrales worden enorme hoeveelheden stoom (vaak enkele duizenden tonnen per uur) geproduceerd bij zeer hoge temperaturen en drukken. Een moderne kolengestookte elektriciteitscentrale kan een stoomtemperatuur van ongeveer 600 °C en een druk van b.v. 285 bar gebruiken, wat al ver in het “superkritische” bereik ligt. In kerncentrales zijn de druk en de temperatuur gewoonlijk veel lager.

In de industrie wordt stoom echter ook vaak gebruikt als zogenaamde processtoom. Afhankelijk van de toepassing zijn zeer verschillende hoeveelheden stoom, drukken en temperaturen vereist.

Het opwekken van stoom kost veel energie

De opwekking van stoom is zeer energie-intensief, voornamelijk als gevolg van de hoge enthalpie bij de verdamping van water. Daarom is het belangrijk stoomketels met een hoog energierendement te laten werken en waar mogelijk gebruik te maken van afvalwarmte of hernieuwbare energie.

Niet elk apparaat voor het opwekken van stoom is een stoomketel. In een zonne-energiecentrale kunnen parabolische trogcollectoren bijvoorbeeld ook worden gebruikt voor directe stoomopwekking, zolang zij niet worden doorstroomd door een thermische olie die een stoomgenerator voedt.

Opwekking van verzadigde stoom

Vaak bevat een stoomketel gewoon een warmtewisselaar (de verdamper) waarmee warmte wordt overgedragen aan het voedingswater zodat het kookt. Op deze wijze wordt zogenaamde verzadigde stoom verkregen, waarvan de temperatuur wordt bepaald door de in de ketel heersende druk. Als deze stoom ook maar een beetje wordt afgekoeld nadat hij de ketel heeft verlaten, worden er weer waterdruppels gevormd.

Productie van oververhitte stoom

Oververhitte stoom wordt verkregen door de gegenereerde verzadigde stoom nog verder te verhitten (eventueel nadat deze door een waterafscheider is gegaan die eventuele resterende waterdruppels verwijdert). Daartoe kan een stoomketel een extra warmtewisselaar bevatten (b.v. in de vorm van oververhitterspoelen), waarin hogere temperaturen heersen dan in de verdamper, waar het water kookt. Bij gebruik van een stooksysteem worden de verbrandingsgassen gewoonlijk eerst naar deze oververhitter geleid en pas daarna gebruikt voor het koken in de verdamper. In principe kunnen ook twee verschillende ovens voor dit doel worden gebruikt.

Oververhitte stoom is bijvoorbeeld vaak nodig voor de werking van stoomturbines, vooral omdat deze daarmee een hoger rendement bereiken.

Opwekking van warm water

Een stoomketel kan ook zo worden bediend dat het water in de ketel niet kookt en de ketel verlaat als warm water. Dit is het geval wanneer de temperatuur van het water dat door de ketel stroomt, lager blijft dan de kooktemperatuur voor de heersende druk. Er wordt bijvoorbeeld warm water verkregen wanneer de temperatuur van de boiler lager is dan ca. 220 °C bij een druk van 30 bar. De term stoomketel is dan twijfelachtig, omdat er geen stoom meer wordt geproduceerd; warmwatergenerator of warmwaterketel is dan meer op zijn plaats.