Wat is een stoomtrommel van een ketel?
Waterpijpketels maken gebruik van stoomtrommels om ervoor te zorgen dat de stoom die aan gebruikers wordt geleverd, schoon is (vrij van verontreinigingen en vocht). Waterpijpketel stoomtrommels zijn bovenaan de ketel geplaatst, boven alle andere ketelcomponenten. De stoomtrommel heeft een lange, cilindrische vorm en is meestal vervaardigd uit dik staal om de hoge druk en temperaturen te weerstaan waarmee het werkt. Een stoomtrommel kan tot twee meter in diameter en 30 meter in lengte zijn.
Goed om te weten - er zijn verschillende manieren om 'waterpijp' te spellen, 'water-pijp' of 'water pijp', maar de betekenis blijft hetzelfde. Hetzelfde geldt voor 'vuurpijp', 'vuur-pijp' en 'vuur pijp', zoals bijv. vuurpijpketel. Waterpijpen bevatten water, terwijl vuurpijpen uitlaatgassen bevatten (vandaar dat ze ook wel 'rookpijpketels' worden genoemd).
Goed om te weten - vuurpijpketels zijn lage druk ketels. Waterpijpketels worden gebruikt in energiecentrales omdat ze een grote hoeveelheid stoom kunnen leveren, bij hoge temperatuur en hoge druk. Vuurpijpketels zijn beperkt in grootte vanwege hun ketelschaal ontwerp (zie ons vuurpijpketel artikel voor meer details).
Waterpijpketel Stoomtrommel Positie
Wat zijn de belangrijkste functies van een stoomtrommel?
Een stoomtrommel heeft drie hoofdfuncties:
- Het primaire doel is om schone, droge stoom te leveren aan downstream gebruikers, zoals oververhitters en stoomturbines. De stoomtrommel zorgt ervoor dat er geen vocht (waterdruppels) of natte stoom deze downstream componenten bereikt, waardoor ze niet beschadigd raken door problemen zoals carryover, waterhamer en overmatige corrosie.
- Stoomtrommels fungeren ook als een reservoir, dat een kleine hoeveelheid verzadigd water vasthoudt om schommelingen in de stoomvraag binnen het ketelsysteem op te vangen.
- Waterbehandeling vindt plaats binnen de stoomtrommel. Bijvoorbeeld, het mengen van chemicaliën voor interne ketelbehandeling vindt plaats binnen de stoomtrommel, evenals blowdown (een proces dat wordt gebruikt om water eigenschappen zoals totale gesuspendeerde stoffen (TSS) en totale opgeloste stoffen (TDS) te beheersen).
Waterpijpketel Schema
Wat zijn de belangrijkste onderdelen van een waterpijpketel stoomtrommel?
Een gedetailleerde beschrijving van de belangrijkste onderdelen van een stoomtrommel wordt hieronder gegeven. Het is belangrijk om de volgende definities te noteren:
- Voedingswater - water dat is behandeld, maar nog niet de ketel is binnengegaan.
- Ketelwater - water dat zich binnen de ketel bevindt (inclusief de stoomtrommel).
- Condensaat - stoom die is gecondenseerd terug in water. Condensaat wordt weer voedingswater nadat het is behandeld.
Om meer te leren over de water- en stoomstroompaden rond een waterpijpketel, zie ons waterpijpketel artikel. Je kunt ook meer leren over verschillende keteltypes en al hun onderdelen (stoomheader, ovenwand, enz.) in onze Power Engineering Fundamentals Video Cursus.
Ketel Stoomtrommel Onderdelen
- Voedingswater Inlaat: De voedingswaterpijp, die de gehele lengte van de stoomtrommel overspant, verdeelt het voedingswater gelijkmatig binnen de trommel. Voedingswater wordt in de trommel gebracht via gelijkmatig verdeelde gaten binnen de pijp, wat zorgt voor een uniforme verspreiding over de lengte van de trommel.
Goed om te weten - 'voedingswater' wordt ook gespeld als 'voedings water' of 'voedings-water', maar de betekenis blijft hetzelfde.
- Neerkomers en Stijgbuizen: Neerkomers verdelen ketelwater van de stoomtrommel naar de modder trommels aan de basis van de ovenwanden. Terwijl het water wordt verwarmd, stijgt het binnen de ovenwanden door zijn dichtheidsverandering (hetere vloeistoffen zijn minder dicht), en verandert het in een water-stoom mengsel terwijl het dat doet. Het water-stoom mengsel keert dan terug naar de stoomtrommel via de stoomheaders.
Goed om te weten - neerkomers hebben een grotere diameter dan stijgbuizen en zijn minder in aantal. Een stijgbuis heeft een kleinere diameter omdat dit de warmteoverdracht snelheid verhoogt, terwijl dit geen vereiste is voor een neerkomer pijp. Zowel stijgbuizen als neerkomers worden meestal vervaardigd van naadloze koolstofstalen leidingen.
Goed om te weten - stijgbuizen worden soms aangeduid als 'stijgbuisbuizen', of 'stijgbuispijpen'. Evenzo worden neerkomers soms aangeduid als 'neerkomerbuizen' of 'neerkomerpijpen'.
- Verzadigde Stoom Uitlaat: Zodra de stoom voldoende gereinigd en gedroogd is, wordt deze afgevoerd via stoomafvoerleidingen die zich aan de bovenkant van de stoomtrommel bevinden. Afgevoerde stoom wordt verwarmd door oververhitters om de temperatuur te verhogen voordat deze naar de eindgebruiker wordt geleid, zoals een stoomturbine. Het is belangrijk op te merken dat verzadigde stoom wordt afgevoerd uit de stoomtrommel, maar het wordt omgezet in oververhitte stoom zodra het door de oververhitters is gegaan; dit vermindert de kans op waterdruppels die zich in de stoom vormen. De stoomuitvoer van een waterpijpketel kan aanzienlijk zijn, soms meer dan 350 kg/s (771 lb/s), waarbij het ketelsysteem mogelijk werkt bij meer dan 190 bar (2.755 psi), en meer dan 500°C (932°F),
Goed om te weten - oververhitters voegen gevoelige warmte toe aan stoom. Gevoelige warmte verhoogt de temperatuur van de stoom, maar verandert de toestand/fase niet, d.w.z. geen verandering van toestand van water naar stoom of vice versa. Latente warmte is de energie die wordt toegevoegd of verwijderd tijdens een verandering van toestand, d.w.z. tijdens het proces van condensatie of verdamping, maar deze energieverandering veroorzaakt geen temperatuurverandering.
Stoomtrommel Interne Onderdelen
- Chemische Doseringslijn: De chemische doseringslijn introduceert chemicaliën in de ketel. Deze chemicaliën, gelijkmatig verdeeld over de lengte van de stoomtrommel, verminderen de kans op corrosie, schaalvorming en andere potentiële problemen binnen het ketelsysteem. De turbulente omgeving binnen de stoomtrommel helpt bij het mengen van deze chemicaliën.
- Continue Blowdown Lijn (CBL): Om de concentratie van chemicaliën binnen de ketel te reguleren, verwijdert de continue blowdown lijn constant een deel van het ketelwater. Dit proces is essentieel omdat waterverdamping kan leiden tot een accumulatie van niet-verdampbare chemicaliën, waardoor het aantal totale opgeloste stoffen (TDS) toeneemt.
- Waterniveau Monitoring: De blauwe lijn aangegeven binnen de stoomtrommel vertegenwoordigt de normale operationele waterlijn (NOWL of NWL), soms ook wel de 'normale waterlijn' genoemd. Instrumentatie gaten in de stoomtrommel accommoderen waterniveau-indicatoren zoals niveausensoren en peilglazen, evenals druksensoren en temperatuursensoren. Deze instrumenten helpen ervoor te zorgen dat het waterniveau van de trommel binnen de gedefinieerde limieten blijft. Zie ons trommel niveau controle artikel voor meer informatie over hoe het waterniveau binnen een waterpijpketel wordt gehandhaafd.
Stoomscheiders - water en stoom worden gescheiden binnen de stoomtrommel met behulp van de volgende methoden:
- Centrifugale Scheiding: Het water-stoom mengsel, bij binnenkomst in de trommel, passeert een centrifugale scheider. Dit apparaat gebruikt het principe van centrifugale kracht om een deel van het water van de stoom te scheiden.
- Gravitatie- en Dichtheidsscheiding: De dichtere watermoleculen zetten zich van nature aan de basis van de stoomtrommel door de zwaartekracht.
Goed om te weten - een dichtheidsverschil binnen een vloeistof wordt altijd gecreëerd wanneer er een temperatuurverschil is, dit is de basis voor natuurlijke convectie.
- Tortuose Stroompad: De halfschone stoom passeert vervolgens een scrubber die zich aan de bovenkant van de stoomtrommel bevindt; dit biedt een tortuose stroompad. Dit pad zorgt ervoor dat watermoleculen botsen met de oppervlakken van de scrubber, waar ze samenkomen tot grotere druppels en terug in de trommel vallen. De scrubber, meestal gemaakt van metalen gaasschermen die tegen elkaar zijn gedrukt, wordt soms aangeduid als een chevron droger of demister, en het zorgt ervoor dat meer dan 99,5% van het water van de stoom wordt gescheiden.
Zwelling en Krimp in Stoomtrommels
Plotselinge drukschommelingen spelen een rol in het gedrag van water en stoom binnen een stoomtrommel. Er zijn twee hoofdproblemen die drukschommelingen veroorzaken: zwelling en krimp.
- Zwelling - er is plotseling een hoge stoomvraag, waardoor een drukverlaging binnen de stoomtrommel ontstaat, en dit zorgt ervoor dat het waterniveau stijgt. De toename van het waterniveau vindt plaats omdat stoomdampbellen die in het water zijn gesuspendeerd uitzetten (in volume toenemen) als de trommeldruk afneemt, wat ervoor zorgt dat het waterniveau stijgt. In een eenvoudige enkelvoudige elementbesturingsketel sluit de automatische voedingswaterinlaatklep als reactie op het verhoogde waterniveau, wat effectief betekent dat het water dat in de ketel wordt gevoerd is verminderd, zelfs als het stoomverbruik is toegenomen (een gevaarlijke situatie als deze niet wordt gecorrigeerd).
- Krimp - omgekeerd, wanneer er een plotselinge vermindering van de stoomvraag is, neemt de druk in de stoomtrommel toe, waardoor de gesuspendeerde stoomdampbellen in volume afnemen en het waterniveau afneemt. De automatische voedingswaterinlaatklep opent als reactie op het verminderde waterniveau, wat een nog grotere waterniveauvermindering veroorzaakt. Dit gebeurt omdat het relatief koude water dat de stoomtrommel binnenkomt het water en de stoomdampbellen afkoelt, waardoor de dampbellen instorten.
Schommelingen in druk, en de daaropvolgende uitzetting of inkrimping die het veroorzaakt, kunnen het waterniveau van een stoomtrommel aanzienlijk beïnvloeden. Als deze veranderingen niet goed worden beheerd, kunnen ze leiden tot water carryover naar de oververhitters en stoomturbines, met risico op schade en inefficiënties. Als het waterniveau afneemt door thermische inkrimping, kunnen de warmteoverdracht oppervlakken van de ketel (ketelbuizen enz.) mogelijk niet voldoende water ontvangen en kunnen ze oververhitten, wat een risico vormt voor de integriteit van de ketel.
Stoomtrommel Drie-Elementen Controle
Er zijn veel factoren die het waterniveau binnen een stoomtrommel kunnen beïnvloeden. Het waterniveau moet te allen tijde binnen de gedefinieerde limieten worden gehouden om de veilige werking van de ketel, efficiënte werking en de bescherming van downstream componenten te waarborgen. Om nauwkeurige trommel niveau metingen te garanderen, maakt het ketelsysteem gebruik van een methode die bekend staat als drie-elementen controle. Drie-elementen controle meet:
- Stoomstroomuitvoer.
- Voedingswaterstroominvoer.
- Stoomtrommeldruk.
- Werkelijk waterniveau binnen de stoomtrommel.
Drie Elementen Controle
Deze factoren helpen bij het bepalen van de massabalans van de ketel (wat in de ketel is gestopt vergeleken met wat eruit is gekomen). Door al deze factoren in overweging te nemen, kan het systeem nauwkeurig het waterniveau bepalen, rekening houdend met mogelijke discrepanties veroorzaakt door drukveranderingen. Je kunt meer leren over enkelvoudige elementbesturing, twee-elementen besturing en drie-elementen besturing in onze Power Engineering Fundamentals Video Cursus.
Wat is het verschil tussen een stoomtrommel en moddertrommel?
Stoomtrommels bevinden zich aan de bovenkant van de ketel, terwijl moddertrommels (of moddertrommel) zich op het laagste punt van de ketel bevinden. De naam 'moddertrommel' is afgeleid van het vuile materiaal ('modder') dat zich binnen de trommels ophoopt.
Gerelateerde Online Technische Cursussen
Uitleg over Stoomtrommels van Ketels
Subkritische, Superkritische en Ultra-Superkritische Ketels
Aanvullende Bronnen
https://boilersinfo.com/boiler-steam-drum-internals-function/
https://www.rasmech.com/blog/steam-drum-101-boiler-basics/
https://www.processindustryinformer.com/optimising-boiler-and-steam-drum-level-control/
https://www.vega.com/en/company/blog/2020/steam-boiler-drum-level-measurement-technology-comparison