Warmteproductie in ketelsystemen

Bij verbrandingsprocessen wordt thermische energie (warmte) geproduceerd. Om deze warmte te kunnen benutten, moet de warmte overgedragen worden op een medium, namelijk water, stoom of thermische olie. Er bestaan verschillende keteltypes afhankelijk van de manier waarop de warmte wordt overgedragen.

Vlampijpketel

Een vuurgangvlampijpketel of cilindrische ketel, bevat binnen de cilindrische ketelwand een of meer vuurgangen, vlampijpen, een vlamkast, water en stoom. Het geheel is van isolatie voorzien. Elke vuurgang heeft een brander.

In een vlampijpketel lopen de rookgassen van de verbranding vanuit de vuurgang doorheen pijpen, welke omgeven zijn door water. De warmte van de rookgassen wordt door thermische geleiding doorheen de wand afgegeven aan het water dat zich in het ketellichaam bevindt. Doorgaans wordt het warme water gebruikt voor verwarmingsdoeleinden of wordt het omgezet tot stoom voor gebruik in processen.

Dit type ketel wordt voornamelijk toegepast voor het produceren van lage- en middendrukstoom van 1-20 bar met vermogens van ca. 0,3–10 MW (meestal processtoom). De wanddikte van de pijpen zal immers toenemen naarmate de stoomdruk (extern) toeneemt. Hoe dikker de wand, hoe trager de warmtegeleiding.

Vlampijpketels bestaan in drietreks- en viertreksuitvoering. Historisch gezien zijn er ook nog de tweetreksketels, maar die vindt men vandaag de dag nog zelden. Hoe meer ‘trekken’ een boiler heeft, hoe meer warmte van de rookgassen kan worden overgedragen: de ketel is dus efficiënter.

Figuur : Voorbeeld van een drietreks vlampijpketel (Spirax Sarco, 2010)

Meestal vindt men deze ketels in de grotere vermogens terug, bijvoorbeeld voor industriële verwarming of stoomproductie. Uit gesprekken met leveranciers blijken vooral de kleine vermogens voornamelijk en bijna uitsluitend uit condenserende ketels te bestaan. Vanaf een of enkele MW vindt men wel klassieke ketels, voornamelijk vlampijpketels.

Waterpijpketel

Een waterpijpketel is in feite het omgekeerde van een vlampijpketel. Zoals de naam reeds zegt, bevinden water en stoom zich in deze ketel in de pijpen, omringd met de rookgassen. Na het verlaten van de vuurhaard passeren de verbrandingsgassen doorgaans een of meer economizers en een luchtverhitter.

Figuur : Voorbeeld van een waterpijpketel (Spirax Sarco, 2010)

Waterpijpketels kenmerken zich doorgaans door hun grote afmetingen en rechthoekige vormen. De ketels kunnen voorzien zijn van meerdere branders. Deze ketels kennen de meeste toepassingen daar waar nood is aan hogedrukstoom (50-300 bar) met vermogens van 10-1500 MW bij elektrische centrales en industrie, zoals grote papierfabrieken.

Waterpijpketels kennen verschillende uitvoeringen.

Thermische olieketel

In dit type ketel wordt thermische olie opgewarmd, in plaats van water, en als medium voor warmteoverdracht ingezet. Thermische olieketels worden ingezet waar processen hele hoge temperaturen verlangen. Warm water ketels gaan typisch tot 110°C, stoom/heet water ketels tot ca. 225°C en met thermische olie kun je processen bedienen tot doorgaans ca. 320°C.