Inleiding
Dit artikel introduceert ketels. Veelvoorkomende ketelontwerpen worden besproken, evenals hun werking en toepassingen.
Doel van een Ketel
Ketels worden gebruikt om warm water of stoom te leveren. Een ketel die warm water levert, is technisch gezien geen ketel, omdat het water onder het kookpunt blijft. Desondanks worden warmwaterverwarmers in de volksmond ketels genoemd.
Ongeacht of een ketel warm water of stoom levert, het doel van een ketel is om warmte te leveren die kan worden gebruikt om een gewenst doel te bereiken. Het leveren van de warmte die nodig is om een gebouw of kamer te verwarmen (ook wel ruimteverwarming genoemd) is een veelvoorkomende taak van een ketel. Een typische systeemopstelling voor ruimteverwarming met warm water wordt hieronder getoond.
Typisch Warmwatersysteem
Een typische systeemopstelling voor ruimteverwarming met stoom wordt hieronder getoond.
Typisch Stoomsysteem
Gestookt en Ongestookt
Open ketelvaten worden niet gebruikt vanwege hun inefficiëntie, gesloten vaten worden in plaats daarvan gebruikt. Gesloten vaten met een interne oven zijn het meest voorkomende industriële ketelontwerp. Een gesloten vat onder druk wordt een ongestookt drukvat genoemd.
Gecomprimeerd Luchtsysteem Ongestookt Drukvat
Een gesloten vat dat een middel van verbranding gebruikt om druk binnen het vat te genereren, wordt een gestookt drukvat genoemd. Verbranding vindt meestal plaats binnen het drukvat, d.w.z. een intern gestookt drukvat, of buiten het drukvat, d.w.z. een extern gestookt drukvat.
Vuurbuisketels (Intern Gestookt Drukvat)
Vuurbuis en Waterbuis
Er zijn twee hoofdtypen ketels die in de industriële techniek worden gebruikt, namelijk de vuurbuisketel en waterbuisketel. Zoals de naam al aangeeft, is het verschil tussen de twee ketels waar de verbrandingsgassen en het water zich bevinden ten opzichte van de ketelbuizen
Waterbuisketels hebben water in de buizen en verbrandingsgassen buiten de buizen.
Vuurbuisketels hebben verbrandingsgassen binnen de buizen en water buiten de buizen.
Waterbuisketelovens zijn omgeven door buizen (pijpen) vol water, waardoor een grote hoeveelheid warmte van verbranding zeer snel naar de buizen kan worden overgedragen.
Vuurbuisketelovens bevinden zich meestal binnen het drukvat, maar kunnen ook buiten het drukvat zijn. Uitlaatgassen van verbranding reizen door buizen omgeven door water.
Richting van Warmteoverdracht
Bijna alle grote industriële fabrieken hebben een ketel ter plaatse. De meeste industriële fabrieksketels zijn van het vuurbuistype, terwijl waterbuisketels meer worden geprefereerd in de energieopwekkingsindustrie. Grote en zeer grote stoomcapaciteitsketels zijn altijd waterbuisketels.
Waterbuis Ketelbuizen
Vergelijking Water- en Vuurbuisketels
Een gedetailleerd overzicht van waterbuis- en vuurbuisketels is niet mogelijk binnen de grenzen van deze cursus, maar de onderstaande tabel benadrukt enkele van de belangrijkste verschillen tussen de twee ontwerpen.
|
Waterbuis |
Vuurbuis |
|
Water in de buizen. |
Verbrandingsgassen in de buizen. |
|
Verbrandingsgassen omringen de buizen. |
Water omringt de buizen. |
|
Maximale toegestane werkdruk (MAWP) boven 2.900 psi (200 bar). |
Maximale toegestane werkdruk (MAWP) tot 362 psi (25 bar). |
|
Zeer hoge stoomproductiesnelheid. |
Relatief lage stoomproductiesnelheid. |
|
Efficiënter dan een vuurbuisketel (meestal meer dan 90%). |
Minder efficiënt dan een waterbuisketel (meestal 80-85%). |
|
Explosiegevaar is hoger vanwege hogere MAWP. |
Explosiegevaar is lager vanwege lagere MAWP. |
|
Geschikt voor de energieopwekkingsindustrie. |
Niet geschikt voor de energieopwekkingsindustrie. |
Vergelijking Waterbuis en Vuurbuis
Voor een gedetailleerde kijk op vuurbuis- en waterbuisketels, zie de bijbehorende saVRee-cursussen.
Elektrische Ketels
Er zijn twee veelvoorkomende typen elektrische ketels, namelijk de elektrodeketel en weerstandsketel. Beide ketelontwerpen zijn relatief eenvoudig omdat ze geen verbrandingssysteem vereisen.
Elektrodeketels genereren elektrische bogen die het water verwarmen totdat er stoom ontstaat. Het aantal elektroden per ketel, MAWP en hun stoomproductiesnelheden variëren afhankelijk van het ketelontwerp.
Elektrodeketel
Weerstandsketels laten elektrische stroom door ondergedompelde weerstandscomponenten lopen om warmte te genereren. Warmte van de elementen wordt overgedragen aan het omringende water, dat geleidelijk in stoom verandert. Weerstandsketels worden vaak gebruikt voor warmwaterverwarmingstoepassingen.
Weerstandsketels
Elektrische ketels zijn emissievrij (geen verbrandingsgassen) en relatief klein vergeleken met ketels op verbranding. Het grootste nadeel van elektrische ketels is de kosten in vergelijking met ketels op verbranding.
Ketel Weerstandselementen
Pakket- en Ter Plaatse Gebouwde Ketels
Pakketketels worden verkocht als turn-key ketels, ze worden volledig geassembleerd op de locatie afgeleverd en hoeven alleen te worden aangesloten op de verschillende systemen die ze nodig hebben om te functioneren (voedingswater, stoom, brandstof, uitlaatgas, enz.).
Een groot voordeel van pakketketels is dat ze volledig kunnen worden getest door de oorspronkelijke apparatuurfabrikant (OEM) in de fabriek voordat ze worden verzonden, en dat ze snel kunnen worden vervangen door hetzelfde (of een vergelijkbaar) model.
Ter plaatse gebouwde ketels zijn te groot om als één product te worden verzonden en moeten ter plaatse worden geassembleerd. Waterbuisketels die in de energieopwekkingsindustrie worden gebruikt, zijn voorbeelden van ter plaatse gebouwde ketels.
Gerelateerde Online Technische Cursussen
Inleiding tot Stoom, Ketels en Thermodynamica
Subkritische, Superkritische en Ultra-Superkritische Ketels
Warmteterugwinning Stoomgeneratoren Uitgelegd
Laagwater Brandstofafsluiters Uitgelegd
Aanvullende Bronnen
https://en.wikipedia.org/wiki/Boiler
https://www.heat-timer.com/domestic-hot-water-systems
https://mirmarine.net/stati-na-anglijskom/marine-boiler/692-types-and-working-of-marine-boiler