Stoomproductie : ketels, toepassingen en energiestromen Prof. M. De Paepe Dinsdag 3 februari 2015 Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Overzicht Stoomgebruik in de industrie Stoomproductie Keteltypes and classificatie Vuurgang vlampijp ketels Waterpijp ketels Heat Recovery Steam Generators Rendement van een stoomketel Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Stoom, oud en toch nieuw Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Wat is stoom ? Gasvormige aggregatietoestand van water. Gevonden op http://www.woorden-boek.nl/woord/stoom Stoom is een aggregatietoestand van water. Vaak wordt de naam stoom gegeven aan een nevel van water: kleine zichtbare druppeltjes water boven bijvoorbeeld een fluitketel. Echte stoom is echter onzichtbaar. Gevonden op http://nl.wikipedia.org/wiki/Stoom Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Soorten stoom Natte stoom Verzadigde stoom Oververhitte stoom is stoom waarin kleine waterdeeltjes zweven. Door deze waterdeeltjes is het soortelijk gewicht gestegen. Indien natte stoom verhit wordt, dan zullen allereerst deze waterdeeltjes verdampen. Bij voldoende verwarming wordt de stoom dan droog verzadigd. Verzadigde stoom is stoom die condenseert bij verlaging van temperatuur. Deze stoom is ongeschikt voor het aandrijven van een stoomturbine, maar voldoet prima voor het aandrijven van een stoommachine of voor de overdracht van warmte. Er wordt dan wel gebruikgemaakt van verzadigde stoom die bij hogere druk is gegenereerd. Oververhitte stoom Om oververhitte stoom te maken moet er extra warmte aan de stoom worden toegevoegd. In een fluitketel kan dat niet omdat daar alleen het water wordt verwarmd. In een stoomketel gebeurt hetzelfde, maar de geproduceerde stoom kan vervolgens door een oververhitter worden geleid. De verzadigde stoom stijgt in temperatuur en wordt dan oververhitte stoom genoemd. Bij verlies van warmte zal deze stoom afkoelen zonder dat er minuscule waterdruppeltjes ontstaan die de rotors zouden kunnen beschadigen. Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Gebruik van stoom – associaties van het verleden Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Modern stoomgebruik Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Stoom in de procestechniek Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Stoom in centrales Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Stoom produceren Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Water koken Overgang van vloeibare fase naar gasfase Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Water koken Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Koken op druk Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Fase veranderingen Dampgehalte : Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Verdamping van water in een ketel Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

hp-diagram van stoom Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Indeling van ketels volgens drukniveau Lagedruk ketels Tot circa 25 bar stoomdruk. Middendruk ketels Van 25 tot circa 80 bar stoomdruk. Hogedruk ketels Van 80 tot circa 130 bar stoomdruk. Superkritische ketels > 221 bar Ultra superkritische > 300 bar Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Keteltypes Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Indeling van ketels Naar constructie Tankketel Ketels met kookbuizen Vuurgangketel Vuurgang-vlampijpketel Waterpijpketels Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Indeling van ketels volgens drukniveau Naar watercirculatieprincipe Ketels met natuurlijke circulatie Ketels met geforceerde circulatie Naar toepassing Direct gestookte ketel Afgassenketel restwarmte in gasturbine en diesel afgassen, afvalwarmte in rookgassen huisvuilverbrandingsinstallaties ketels in vergassingsinstallaties. Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Tankketels Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Vuurgang ketel Cornish boiler Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Kookbuizen ketel Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Vuurgang-vlampijp ketel Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Tubular boiler

Cilindrische ketels Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Vlamkeerkasten Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Water tube reverse box

Lancashire boiler – 2 fire tubes

Water separator

Superheater

Water pijp ketel Natuurlijke circulatie Water flows inside the tubes Water is contained in vessels The upper vessel is used for water/steam sepeartion During boiling a fraction of the water evaporates (10%) Hot water and setam rise, this is natural circulation Limited in applicable pressure

Natuurlijke circulatie Types Water flows inside the tubes Water is contained in vessels The upper vessel is used for water/steam sepeartion During boiling a fraction of the water evaporates (10%) Hot water and setam rise, this is natural circulation Limited in applicable pressure

STIRLING boiler

YARROW - boiler

Moderne layout – 1 vat/drum

Moderne layout – 1 steam drum

Circulation druk (bar) natuurlijke circulatie geforceerde 10 20 30 40 50 60 80 100 140 180 30 25 18 14 10 9 8 7 7 7 5 5 5 4 4 3,5 3,5 2,5

Gedwongen circulatie

LA MONT ketel

In de drum

Een-pijpssystemen

BENSON-boiler

Sultzer-boiler

Stoomgenerator

Heat recovery steam generator (HRSG)

Heat recovery steam generator (HRSG)

Modular HRSG

Energie en rendement Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Energie balans van een stoomketel

Energie balans

Rendement verhogen Verlies naar buiten beperken Rookgas zo diep mogelijk koelen Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent

Conclusie Stoom is modern Stoom bevat veel energie Moderne keteltechnologie Begrip rendement Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding – www.FloHeaCom.UGent.be Universiteit Gent – UGent