Soorten hogedrukketels

Een boiler is een vat waarin water onder druk wordt verwarmd en voor een bepaald doel tot stoom wordt verdampt. Er zijn verschillende soorten ketels, die worden verwarmd met kolen, vaste brandstof, olie of gas. Ketels variëren sterk in grootte, van kleine, draagbare of in de winkel geassembleerde eenheden tot grote ovens die 6 ton steenkool per minuut verbranden. Ketels werken met positieve druk en alle onderdelen moeten sterk genoeg zijn om de druk van de stoom die ze genereren te weerstaan. De meeste hogedrukketels worden gebruikt voor commerciële of industriële doeleinden.

Ketels worden ook geclassificeerd op basis van hun drukcapaciteit, ontwerptype en gebruik. Maximaal toegestane werkdruk, of MAWP, is de hoogste hoeveelheid druk die het vat (ketel) kan weerstaan. Deze druk wordt gemeten in ponden per vierkante inch of "psi", en de overdruk wordt uitgedrukt als "psig". De Nationale Brand Prevention Association en federale normen definiëren een Type II-stoomketel als een stoomketel die hogedrukstoom produceert tussen 16 en 150 psig. Een stoomketel van het type III produceert stoom tussen 151 en 350 psig.

In dit type ketel wordt brandstof in de oven verbrand, waardoor heet gas ontstaat dat water verwarmt dat door de buizen circuleert. Het water wordt omgezet in stoom die opstijgt om te worden opgevangen in een stoomtrommel, waar de verzadigde stoom wordt afgevoerd. Deze gaat via een oververhitter weer de oven in, waar het nog heter wordt. Wanneer de temperatuur van de oververhitte stoom boven het kookpunt ligt, wordt het een droog, onder druk staand gas dat wordt gebruikt om turbines aan te drijven. De meeste ontwerpen van waterpijpketels hebben een capaciteit van 4.500 tot 120.000 kilogram stoom per uur. Waterpijpketels in thermische centrales worden ook wel stoomgeneratoren genoemd.

De Benson-ketel wordt een superkritische stoomgenerator genoemd en wordt vaak gebruikt om elektrische stroom te produceren. Het werkt bij zo'n hoge druk, meer dan 3.200 psi, dat het eigenlijke koken stopt en er geen water-stoomscheiding is. Er is geen borrelen, omdat de watertemperatuur boven de kritische druk ligt waarbij zich bellen kunnen vormen. Deze stoom werkt in een hogedrukturbine en komt vervolgens in de condensor van de generator. De term 'ketel' mag niet worden gebruikt met deze stoomgenerator, omdat koken niet echt voorkomt.

Dit type ketel verdampt water en verwarmt vervolgens de stoom in een oververhitter, waardoor stoom met een veel hogere temperatuur wordt geproduceerd. Hierdoor ontstaat een hogere rookgasafvoertemperatuur tenzij een “economizer” wordt toegepast. De economizer verwarmt het voedingswater, dat door een verbrandingsluchtverwarmer in de baan van de hete rookgasafvoer loopt. Deze oververhitte stoom verhoogt vaak de algehele efficiëntie van stoomopwekking en het gebruik ervan met winsten in de invoertemperatuur naar de turbines. De oververhitte stoom zorgt voor veiligheidsproblemen, want als een systeemcomponent faalt en stoom ontsnapt, kunnen de hoge druk en temperatuur dodelijk zijn. De temperatuur in het gebied van de ketelgasoven ligt meestal tussen 2.400 en 2.900 graden Fahrenheit. Sommige hiervan zijn convectieverwarmers die warmte absorberen van een vloeistofachtig gas, terwijl andere stralingswarmte absorberen.