STOOMKETEL. (SCHEEPVAART)

         PRODUCTIE VAN STOOM 

          VOOR DE WERKTUIGEN 

EN VOORTSTUWING VAN HET SCHIP.

STOOMKETEL.

Een stoomketel is een apparaat waarin water door verwarming tot stoom wordt omgevormd.

Sinds het gebruik van stoommachines in de scheepvaart is er een ware revolutie ontstaan in de ontwikkeling van de stoomketels.

De stoomketel werd voor de schepen in twee typen gebouwd: de vlampijpketel en de waterpijpketel.

Sinds het gebruik van hogere drukken in de ketelinstallaties aan boord van schepen, maar ook voor elektriciteit centrales aan de wal is de lamellenketel in opkomst gekomen.

VLAMPIJPKETEL.

Schotse ketels (vlampijp ketels) met respectievelijk 1, 2, 3 en 4 vuurgangen en een dubbele ketel.

1. Vuurgang.

2. Vlamkast.

3. Vlampijpen.

4. Waterstand.

De vlampijpketel werd bij aanvang van de stoomvaart in vele uitvoeringen toegepast. Het type dat later het meest gebruikt werd, is de zo geheten 'Schotse ketel'. 

Deze bestaat uit een cilindervormige romp met aangebouwde vlakke fronten. In deze romp (drukvat) zijn, afhankelijk van de grootte van de ketel, een, twee, drie of sommige met vier vuurgangen (stookbuizen of vuurhaarden) ingebouwd.

Deze vuurgangen zijn aan één front zijde met het voorfront verbonden en met de andere zijde aan de vlamkast(en) bevestigd.

In de vlamkast(en) veranderen de verbrandingsgassen van richting. Deze gassen verlaten de ketel door de vlampijpen, die met het ene uiteinde in het voorfront van de vlamkast(en) en met het andere uiteinde in het voorfront van de ketel zijn bevestigd.

Doorsnede van een stoomschip ter hoogte van het ketelruim en de opstelling van de ketels in het schip, kolengestookt.

1.  Wrang.

2.  Waterballast in dubbele bodem.

3.  Knieplaten. kimknieën.

4.  Ketelstoelen, ketelfundatie.

5.  Asgaten, asputten.

6.  Voorste pijpplaten.

7.  Rookkast, schoorsteenoploop.

8.  Rookdeuren.

9.  Zijbunkers.

10. Bunkerstutten.

11. Veiligheidskleppen.

12. Schoorsteen.

13. Schoorsteenkraag.

14. Schoorsteenmantel.

115. Koelkast.

16. Koelkastroosters.

17. Dekbalk brugdek.

18. Doorloop in het brughuis.

19. Officiershut.

20. Dekbalk in bovendek.  

Voor grotere schepen en snellere kanaalboten werden ook dubbele ketels gebouwd, dia aan beide zijden gestookt konden worden.

Hoewel dit keteltype jarenlang werd toegepast, waren er toch praktische bezwaren aan verbonden.

Het gewicht was te groot en de grote waterinhoud vereiste een lange opstooktijd, terwijl ook de stoomproductie aan betrekkelijk lage waarden gebonden was en de constructie van de ketel zich niet leende tot geforceerde stoomproductie. Ondanks dat dit type later werd omgebouwd voor oliestook, deden deze bezwaren de constructeurs en gebruikers uitzien naar een ander keteltype.

Vooral door de eisen die de marine aan het gewicht van de voortstuwingsinstallatie werden gesteld, hebben veel bijgedragen tot de ontwikkeling van de waterpijpketel.

WATERPIJPKETEL.

Waterpijpketels.

c. Type na de WO-II veel gebouwd.

d. Moderne constructie met gelaste pijpwanden, die de vuurhaard insluiten.

1. Stoomhouder.

2. Waterhouder.

3. Vuurhaard.

4. Oververhitter.

5. Valpijp.

6. Roetblazer.

7. Branders.

Dit type ketels werd met zware olie gestookt.

Verder onderscheiden we bij dit type, de waterpijpketel met  hellende pijpen en de waterpijpketel met verticale pijpen.

Waterpijpketel met hellende pijpen, kolengestookt.

1.  Stoomuitlaat.
2.  Waterafscheider.
3.  Stoomhouder.
4.  Stoomruimte.
5.  Voedingwaterpijp.
6.  Mangat.
7.  Waterpeil.
8.  Slingerschot.
9.  Onderste pijpenbundel.
10. Bovenste pijpenbundel.
11. Handgatdeksels.
12. Ketelbekleding, ombouw.
13. Dalende waterkast.
14. Slikkast.
15. Vuurbrug.
16. Roosterstaven, baren.
17. Asgat.
18. Asgatdeur.
19. Vuurgang.
20. Vuurdeur.
21. Grendels op rookkasten.
22. Stijgende waterkast.
23. Terugvoerpijpen.
24. Stoomverdeler.
25. Oververhitter.
26.. Schoorsteen oploop.

Waterpijpketel met verticale pijpen. olie gestookt.

1.  Positie van de oliebranders.
2.  Wandwaterkast.
3.  Vuurgang kijkgaten voor vlam inspectie.
4.  Vuurgang of vuurhaard.
5.  Overhitterpijpen.
6.  Vuurhaardpijpen.
7.  Wand- dakpijpen.
8.  Ketelmantel of ombouw.
9.  Stoomhouder.
10. Stoomuitlaat.
11. Veiligheid of ontlastklep.
12. Stijgpijpen.





De waterpijpketel is samengesteld uit twee of meer ketelrompen., met daartussen aangebrachte waterpijpen. In tegenstelling tot de vlampijpen bevindt zich het water in de pijpen en worden deze laatste uitwendig door de verbrandingsgassen verhit.
De stookruimte of vuurhaard wordt grotendeels door waterpijpen omsloten. De toegenomen kennis van de warmteoverdracht   in pijpwanden, alsmede die van circulatie van het water in het pijpsysteem van de ketel, hebben het mogelijk gemaakt de afmetingen van de waterpijpketel aanzienlijk kleiner te maken voor eenzelfde stoomproductie, in tonnen stoom per uur.
Daar de diameter van de ketelrompen veel kleiner is dan die van Schotse ketel s, kan een veel hogere stoomdruk worden toegepast.

(Opstelling van twee waterpijpketels aan boord van een schip.) 

De constructie maakt het mogelijk de oververhitter. een stoomdroger, in de ketel aan te brengen op een plaats waar de rookgassen nog voldoende heet zijn om de vereiste stoomtemperatuur te kunnen bereiken, terwijl de elastische bouw een geforceerde stoomproductie mogelijk maakt. Tegenwoordig is dit het meest gebruikte soort stoomketel.

OPSTOKEN VAN STOOMKETELS.

Het opstoken van stoomketel dient ten aller tijden in fases te geschieden om materiaalspanningen te voorkomen.

Vooral bij het opstoken van de Schotse ketel moet veel zorg geschieden, om hoge materiaalspanningen in het druklichaam tengevolge van ongelijke uitzetting te voorkomen. De opstooktijd van de koude tot de bedrijfstoestand beloopt, afhankelijk van de stoomdruk en van de grootte van de ketel, 12 tot 16 uur.

Anderzijds heeft de Schotse ketel door de grote waterinhoud en door de hoge waterwaarde van het druklichaam, een grote warmte-accumulatie. Hierdoor kan gemakkelijk, bij een plotselinge grotere stoom vraag, meer stoom worden geleverd, zonder dat de stoomdruk te veel daalt en zonder directe extra warmtetoevoer.

Voor waterpijpketels, is afhankelijk van de stoomdruk, slechts 4 tot 6 uur nodig om de ketel van koude tot de bedrijfstoestand op te stoken

VOORBEELD.

                                                         Schotse ketel                                          Waterpijpketel
                                                         fig. C                                                       fig. D
Diameter romp resp.
afmeting grondvlak.                         5,10                                                         3,9 x 5,8 meter.
Lengte romp, 
resp. hoogte.                                     3,75                                                         6,4 meter
Verwarmend oppervlak ketel.           325                                                          6,4 m².
Verw. opp. oververhitter.                   -                                                              200 m².
Werkdruk.                                         15                                                            60 bar.
Stoomtemperatuur.                            -                                                              510 Celcius.
Gewicht ketel leeg, resp.
plus oververhitter.                             60.000                                                      67.000 kg. 
Gewicht water, 
ketel op peil.                                     30.000                                                      10.000 kg.
                                                         ----------                                                    --------------
Totaal gewicht.                                 90.000                                                       77.000 kg.

                        Scheeps-waterpijpketel met gelaste pijpwanden van het type Schelde-CE.

1.  Stoomhouder.
2.  Ribbenbuis-economiser of voedingwatervoorwarmer.
3.  Roetblazers.
4.  Convectie pijpenbundel.
5.  Valpijpen.
6.  Waterhouder.
7.  Oververhitter.
8.  Oververhitter-verzamelkasten.
9.  Stoomdrogers.
10. Gelaste pijpwand.
11. Onderverzamelkast voorste pijpwand.
12. Omkasting en isolatie.
13. Pijpenbundel voor oververhitter.
14. Vuurhaard-dakpijpen. 
15. Luchtkast. toevoer verbrandingslucht vanuit luchtverhitter in schoorsteen oploop.
16. Luchtregister oliebrander.
17. Oliebrander geplaatst in het dak van de vuurhaard.
18. Veiligheden.
19. Stijgpijpen.
20. Vuurhaard.

KETELRENDEMENT.

Het ketelrendement is de verhouding tussen de warmte die nuttig wordt besteed en die wordt toegevoegd. het rendement van de stoomketel is 90%; dat van een stoomturbine 33,3%. Totaal rendement van de installatie: 30% (= 33,3 x 90%).

Werden tot WO-II nog veel ketelinstallaties met kolen gestookt, tegenwoordig wordt bijna uitsluiten zware stookolie gebruikt. Aan boord van schepen met een kernreactor wordt daarin de vrijkomende warmte aangewend in warmtewisselaars (stoomketels) voor het produceren van de benodigde stoom voor de voortstuwingsturbines.

note; Tegenwoordig is de stoomketel grotendeels verdrongen door de scheepsdieselmotor, die men steeds compacter weet te bouwen en ook zware brandstof kan verwerken. Bij dergelijke installaties heeft men wel een kleine hulpketel aan boord voor de productie van verwarmingsstoom of het verwarmen van de thermische olie, voor het verwarmen van de zware brandstof voor de hoofdmotor.