Fonds voor Vakopleiding in de Bouwnijverheid CENTRALE VERWARMING 5.3A. Brandertechnieken. Stookoliebranders. Stookolie: eigenschappen en opslag

Transcriptie

1 Fonds voor Vakopleiding in de Bouwnijverheid CENTRALE VERWARMING 5.3A Brandertechnieken Stookoliebranders

2 2

3 Voorwoord Stookoliebranders Voorwoord Situering De bouwsector, een draaischijf van onze economie, heeft voortdurend te kampen met een groot aantal uitdagingen. Een van deze uitdagingen is ervoor zorgen dat de sector over opgeleide arbeidskrachten beschikt. Om deze nood aan arbeidskrachten te lenigen, besteedt het Fonds voor Vakopleiding in de Bouwnijverheid, fvb-ffc Constructiv, bijzondere aandacht aan het bouwonderwijs en aan de jongeren die kiezen voor een bouwopleiding. Ook de bij- en nascholing van volwassenen blijft een noodzaak omdat de technieken en materialen sterk wijzigen en er meer aandacht zal gegeven worden aan het veilig en duurzaam bouwen. Daarom heeft het fvb, samen met de beroepsorganisaties, opdracht gegeven aan redactieteams om verschillende handboeken uit te werken. Deze modulaire handboeken kunnen een aanvulling zijn aan de publicaties van het WTCB. De redactieteams kunnen worden samengesteld uit instructeurs, docenten en lesgevers. Ook beroepsverenigingen en mogelijk ook fabrikanten kunnen vakspecialisten uitvaardigen om een handboek te ontwikkelen dat overeenstemt met de huidige realiteit op de werkvloer. Het modulair handboek Centrale Verwarming Vele slimme mensen met slimme handen hebben met dit werk een onschatbare bijdrage geleverd om het vakmanschap in ons land op een hoger peil te brengen. Dit handboek richt zich dan ook tot iedereen die het vak onder de knie wil krijgen. In deze handboekenreeks zijn er boekdelen die zich meer richten op de uitvoerder (monteur), terwijl andere eerder interessant zijn voor de onderhoudsmedewerker (technicus) of leidinggevende (installateur). In bevattelijke taal en in een sterk visuele stijl worden alle aspecten van het beroep in de kleinste bijzonderheden omschreven en uitgelegd. Het geeft enerzijds een overzicht van de hedendaagse producten, technieken en toepassingen, én sluit anderzijds aan bij de beroepscompetentieprofielen die omgezet worden in opleidingsprogramma s. Het resultaat is een modulaire handboekenreeks die bruikbaar is als ondersteuning van de lessen voor verschillende opleidingen en doelgroepen. Deze inhouden worden ook gebruikt om het leermateriaal digitaal aan te bieden via de website fvb.constructiv.be Samenvatting Dit handboek beschrijft de oorsprong, eigenschappen en verbranding van stookolie voor huishoudelijk gebruik, evenals een beperkte omschrijving van de opslagmogelijkheden. In het eerste hoofdstuk worden de ruwe olie en de derivaten besproken; in het tweede hoofdstuk worden de eigenschappen van de stookolie verder toegelicht. De verbranding van de stookolie wordt in het derde hoofdstuk uit de doeken gedaan; een beetje chemie kan hier geen kwaad. De algemene informatie over de opslag van stookolie kan je terugvinden in hoofdstuk 4; dit omvat zeker niet de volledige reglementering en de constructienormen. In deze reeks worden volgende handboeken uitgegeven: eigenschappen en opslag stookoliebranders: werking en onderdelen stookoliebranders: verbrandingscontrole en onderhoud Doelpubliek : lesgevers, leerlingen, professionals Robert Vertenueil Voorzitter fvb-ffc Constructiv 3

4 Redactie Coördinatie: Patrick Uten Redactieleden: Paul Adriaenssens Chris De Deyne Inge De Saedeleir Gustaaf Flamant rené Onkelinx Jacques Rouseu Teksten: Tekeningen: Dank aan: Chris De Deyne VDAB CEDICOL Thomas De Jongh CEDICOL CEDICOL VDAB Fonds voor Vakopleiding in de Bouwnijverheid, Brussel, 2014 Alle rechten van reproductie, vertaling en aanpassing onder eender welke vorm, voorbehouden voor alle landen Versie augustus 2014 D/2014/1698/03 Contact Voor opmerkingen, vragen en suggesties kun je terecht bij: fvb-ffc Constructiv Koningsstraat 132/ Brussel Tel.: Fax: website : fvb.constructiv.be 4

5 Inhoud Stookoliebranders Inhoud 1 Ruwe olie en DERIVATEN Ruwe olie en derivaten De winning van ruwe olie Rangschikking Raffinage De distillatie Kraking Vloeibare brandstoffen Indeling Stookolie / mazout / gasolie Stookolie extra Halfzware stookolie Zware stookolie Analysemethodes De massadichtheid, densiteit De relatieve dichtheid Het vlampunt - Flash Point Kinematische viscositeit (symbool = v) Het verwarmingsvermogen Het zwavelgehalte Water en sedimenten Conradson-residu De invloed van lage temperaturen op vloeibare brandstoffen Het productveiligheidsblad De VERBRANDING VAN stookolie Algemeen Samenstelling van zuivere lucht Soorten verbranding De volledige verbranding De onvolledige verbranding De destructieve verbranding De hydroxylatieve verbranding De verbranding van stookolie De verbranding van koolstof De verbranding van waterstof De verbranding van zwavel Bepaling van de hoeveelheid zuurstof Samenstelling van de verbrandingsgassen Hoeveelheid koolstofdioxide (CO 2 ) Hoeveelheid water in de vorm van waterdamp (H 2 O) Hoeveelheid zwaveldioxide (SO 2 ) Hoeveelheid stikstof (N 2 ) Totale hoeveelheid verbrandingsgassen Maximaal theoretische CO 2 -gehalte Vorming van stikstofoxiden Het dauwpunt Luchtfactor Invloed van de luchtovermaat op het CO 2 gehalte Verbrandingsrendement Formule van Siegert Bij meting van het CO 2 -gehalte Bij meting van het zuurstofgehalte Luchthoeveelheid Samenvatting De OPSLAG van stookolie Het reservoir en zijn uitrusting Niet-toegankelijke reservoirs Toegankelijke reservoirs Constructie van een reservoir: Materiaal, plaatdikte en bekleding Het mangat De identificatie van het reservoir De uitrusting De leidingen Systemen tegen overvulling Inhoudsbepaling van een reservoir De plaatsing van reservoirs Plaatsing van toegankelijke reservoirs Plaatsing van ontoegankelijke reservoirs (ingegraven of in een opgevulde groeve) bijlagen

6 6

7 1. Ruwe olie en derivaten Stookoliebranders 1. Ruwe olie en derivaten 1.1 Ruwe olie en derivaten Boorplatform Wikipedia creative commons Aardolie, ruwe olie en petroleum zijn drie benamingen die gebruikt worden om eenzelfde grondstof aan te duiden. Aardolie of ruwe olie is een donkerkleurige vloeistof die in de bodem zit en die ontgonnen wordt op diepten tot m. We spreken van aardolie wanneer de materie nog onder de grond zit en van ruwe olie wanneer ze al gewonnen is. Petroleum is de oudere benaming, die afstamt van de Latijnse woorden petrus (rots) en oleum (olie). Ruwe olie wordt namelijk gewonnen uit rotslagen van sedimentaire aard. Ruwe olie is een complex mengsel van koolwaterstofverbindingen, namelijk koolstof- en waterstofatomen en hun zwavel-, stikstof- en zuurstofverbindingen. Deze laatste zijn echter ongewenste bestanddelen die in geringe mate voorkomen. Aardolie ontstond uit een proces dat al honderden miljoenen jaren geleden van start ging. Dierlijke en plantaardige resten hebben zich circa 300 miljoen jaar geleden in reusachtige hoeveelheden neergezet op de zeebodem, samen met verweringsproducten, die ontstonden door natuurlijke erosie nabij de uitmonding van rivieren en stilstaand water. Langzamerhand werd dit bezinksel bedekt met nieuwe lagen sedimenten. Aangezien er zuurstof ontbrak, konden de resten van de dode organismen hun verrottings- of afbraakproces niet voltooien. Als gevolg van geofysische veranderingen raakten deze sedimenten bedekt onder zand- en kleilagen. Gedurende miljoenen jaren werden deze bedekte lagen blootgesteld aan hoge druk, hoge temperaturen en micro-organismen. Uit de afgestorven organismen ontstond op die manier aardolie. Aardolie verschilt van samenstelling naargelang van de vindplaats, aangezien de omstandigheden van het omvormingsproces niet overal identiek waren. 7

8 Stookoliebranders 1. Ruwe olie en derivaten De winning van ruwe olie De techniek van het boren naar aardolie stamt af van de techniek van het boren naar artesische putten (Artois, 1126). De boortorens die gebruikt worden om aardolie op te sporen, worden ook gebruikt voor de ontginning. Om de lagen van de aardkorst te doorboren, onderscheiden we verschillende procedés. De technieken van het turboboren en het rotary-systeem komen het vaakst voor. De boorbeitels die gebruikt worden, verschillen in vorm naargelang van de aard van de rots en het doel van de boring. Voor zachte rotsen wordt een visstaartbeitel gebruikt, voor middelharde rotsen een rolbeitel en voor de hardste gesteenten een beitel met diamantkroon. Het boren kan onder hoek gebeuren en tegenwoordig wordt zelfs de techniek van het horizontaal boren toegepast. De ontginning kan zowel gebeuren op het vasteland als op de zeebodem. Bij ontginning op zee wordt een boorplatform gebruikt dat na verloop van tijd verplaatst kan worden Rangschikking Een eerste onderverdeling van ruwe olie gebeurt aan de hand van het dichtheidsverschil. Op basis van deze eigenschap verkrijgen we immers een natuurlijke opsplitsing van de verschillende bestanddelen: gas, benzine, lichte en daarna zware fracties. We onderscheiden achtereenvolgens: lichte ruwe olie (dichtheid van ± 0,800 tot 0,830), zoals de olie uit Libië of uit de Noordzee, die veel benzine en halfzware fracties opbrengt; halfzware ruwe olie, die vooral uit het Midden- Oosten afkomstig is; zware ruwe olie met een dichtheid van meer dan 0,890 (zware olie uit Arabië en olie uit Venezuela), die door atmosferische distillatie tot 80 % residuele brandstoffen (zware fuels) oplevert. Scheikundig gezien bevat ruwe olie hoofdzakelijk koolwaterstofstructuren. De aanwezige koolwaterstoffen worden ingedeeld in de volgende groepen: paraffine (verzadigde koolwaterstoffen met open keten), naftenen (verzadigde koolwaterstoffen met ringstructuur), aromaten (onverzadigde koolwaterstoffen met ringstructuur) en olefinen (onverzadigde koolwaterstoffen met open keten). 8

9 1. Ruwe olie en derivaten Stookoliebranders Rotary-boring Wikipedia creative commons Wikipedia creative commons raffinage Zoals ze uit de bodem komt, is ruwe olie een grondstof die bestaat uit verschillende bestanddelen en die onzuiverheden bevat. Tijdens hef raffineren wordt de ruwe olie gescheiden in haar verschillende bestanddelen en gescheiden van deze onzuiverheden De distillatie In een eerste fase worden de verschillende bestanddelen, die een verschillend kookpunt hebben, gescheiden door distillatie. We onderscheiden hier: atmosferische distillatie; vacuümdistillatie. De atmosferische distillatie Atmosferische distillatie is een eenvoudige bewerking waarbij de ruwe oliestroom verhit wordt tot ongeveer 370 C, de temperatuur waarbij de olie overgaat in dampvorm. Daarna worden de dampen op een bepaalde hoogte in de distillatietoren geleid. De zware fracties, die vloeibaar gebleven zijn, scheiden zich af van de lichtere, dampvormige fracties en stromen naar de bodem van de distillatietoren. De lichtere fracties stijgen van de ene naar de andere plaat. Zij borrelen door de al gecondenseerde vloeistof, die tegengehouden wordt door de platen. De fracties, die alsmaar lichter worden naarmate ze dichter bij de top komen, blijven verder stijgen. Tezelfdertijd stroomt het condensaat langs openingen van elke plaat naar een lager liggende plaat. Aangezien de temperatuur daar hoger ligt, verdampen de overgebleven lichtere fracties. Als gevolg van de tegenstroom en de neerwaartse vloeistofstroom vinden er op elke plaats herdistillaties plaats die van de top tot de bodem van de toren een zeer nauwkeurige scheiding van de producten toelaten. Distillatietoren 9

10 Stookoliebranders 1. Ruwe olie en derivaten Op sommige platen wordt zo een vloeistof verkregen die perfect aan de gewenste eigenschappen voldoet. Op deze plaatsen zijn aftappingen voorzien: De topstroom bevat producten met een kookpunt lager dan 0 C, die gebruikt worden voor de productie van gas en benzine. De eerste zijstroom wordt gebruikt voor de productie van kerosine en solventen. De tweede en derde zijstromen geven lichte en zware fracties, die gebruikt worden voor de productie van stookolie en dieselolie. De bodemstroom bevat producten met een kookpunt boven 370 C, die nog een vacuümdistillatie of een kraking moeten ondergaan. Vacuümdistillatie De bestanddelen van de ruwe olie waarvan het kookpunt hoger ligt dan 370 C, worden doorgevoerd naar de vacuümdistillatie. De druk in deze distillatietoren bedraagt circa 60 millibar (= 0,06 bar). Door een verlaging van de druk zullen de kookpunten lager liggen dan 400 C. De zware bodemstroom, die uit de atmosferische distillatie komt, wordt zo verder gedistilleerd. 10

11 1. Ruwe olie en derivaten Stookoliebranders Kraking Kraken is een bewerking waarbij de temperatuur en de druk voldoende hoog worden opgevoerd om de koolstof-koolstofbindingen te doorbreken en de moleculaire structuur van de koolwaterstofketens te wijzigen. Dit procedé wordt toegepast op de bodemstroom van de atmosferische distillatietoren, maar ook en vooral op de zware fracties van de vacuümdistillatie. Thermische kraking Thermisch kraken gebeurt door ontbinding van koolwaterstoffen bij hoge druk (± 10 bar) in een oven die tot 400 C is opgewarmd. Onder deze omstandigheden worden grote moleculen gebroken. Hoewel dit procedé nog nauwelijks wordt gebruikt, vinden we de principes ervan terug in de zogenaamde techniek van de viscoreductie (visbreaking). Katalytische kraking Het verloop van een scheikundige reactie kan versneld worden door de aanwezigheid van een katalysator, met andere woorden een scheikundige stof die de reactie bevordert zonder zelf te veranderen. De kraking van petroleumproducten wordt aanzienlijk vergemakkelijkt door de aanwezigheid van sommige katalysatoren, waardoor het mogelijk is om met zeer goede resultaten zware fracties te kraken bij betrekkelijk lage temperaturen (± 500 C) en een betrekkelijk lage druk (± 2 bar). Eenvoudige raffinage (zonder kraking) Complexe raffinage (met kraking) GPL 2 % GPL 3 % Nafta 17 % Nafta 30 % Kerosine 9 % Kerosine 9 % Gasoil 26 % Gasoil 28 % Fuel oil 46 % Fuel oil 30 % (1,5% zwavel) 100 % 100 % Tabel: Resultaten verkregen bij een eenvoudige raffinage (zonder kraking) en een complexe raffinage (met kraking) 11

12 Stookoliebranders 1. Ruwe olie en derivaten Het praktische verloop van de bewerkingen gebeurt als volgt: een stroom van zware fracties, in gasvormige toestand, gemengd met stoom, wordt door een toren (reactor) gestuurd waarin een hoeveelheid poedervormige katalysator aanwezig is. Door de opwaartse blaaskracht komt de katalysator los. Er ontstaat dan een innig contact tussen deze katalysator en de koolwaterstofdampen (de krakingsreacties gebeuren aan het oppervlak van de katalysator). Tijdens de reactie zet er zich koolstof af op de katalysator, waardoor zijn werking vermindert. Daarom wordt de katalysator langs een U-buis naar de tweede toren (regenerator) overgeheveld. Hierin wordt lucht door de katalysator geblazen, zodat de koolstof gewoon verbrandt. Na enkele minuten is deze verbranding beëindigd en vloeit de geregenereerde katalysator door een tweede U-buis naar de reactor om er zijn werking te hervatten. Het hele proces verloopt ononderbroken aan het bijna ongelooflijke tempo van 8 ton per minuut. De typische katalysator is samengesteld uit silicium en aluminiumoxide. Ontzwavelen Na de raffinage kunnen de producten ontzwaveld worden in verschillende ontzwavelingsinstallaties, waarbij het zwavelhoudende gas in een zwavelterugwinningsinstallatie wordt omgezet in zuivere zwavel, die weer wordt gebruikt als grondstof in de rubber-, kunstmest-, chemische en farmaceutische industrie. 12

13 2. Vloeibare brandstoffen Stookoliebranders 2. Vloeibare brandstoffen Stookolie en vloeibare brandstoffen in het algemeen zijn afkomstig van een mengsel van fracties die verkregen worden door distillatie, kraking of door behandelingsprocedés met waterstof en die gebruikt worden voor de warmteproductie in verwarmingsinstallaties voor woningen en industrie. De wetgever bepaalt de kenmerken van deze brandstoffen. Alle zware minerale oliën die als brandstof worden gebruikt, moeten samengesteld zijn uit een mengsel van koolwaterstoffen dat bij distillatie bij 250 C niet meer dan 65 % mag overdistilleren. De in de handel gebrachte zware minerale oliën hebben benamingen en kenmerken gekregen waaraan ze moeten voldoen. 2.1 Indeling Er zijn verschillende soorten stookolie, afhankelijk van de raffinage van de aardolie Stookolie / mazout / gasolie De verzamelnaam stookolie wordt als brandstof gebruikt in verwarmingsinstallaties en dieselmotoren. De aan het Russisch ontleende naam mazout (Russisch: мазут ; mazoet) wordt ook vaak gebruikt in België. Stookolie is een lichte stookolie en wordt gebruikt als brandstof in verwarmingsinstallaties van gebouwen, dieselmotoren, auto s, vrachtwagens, tractors en schepen. Aan de stookolie bestemd voor gebruik voor verwarming en buiten het wegverkeer (rode diesel), wordt een rode kleurstof en furfural toegevoegd om te vermijden dat men de stookolie als motorbrandstof bij auto s zou gebruiken (omwille van hogere accijnzen op motorbrandstof ). De kleurstof is in principe gemakkelijk te verwijderen, maar het furfural blijft geruime tijd in kleine hoeveelheden in de tank aanwezig, waardoor men alsnog kan nagaan of men rode stookolie als brandstof in de auto heeft gebruikt. Er worden geregeld controles uitgevoerd op het gebruik van rode stookolie; er staan zware boetes op overtredingen omdat dit een vorm van belastingontduiking is. 13

14 Stookoliebranders 2. Vloeibare brandstoffen Stookolie extra Er bestaat ook stookolie met een extra laag zwavelgehalte van 0,005%, speciaal voor condensatieketels en vergassingsbranders (blauwe vlam). Deze wordt stookolie extra of mazout extra genoemd Halfzware stookolie Een zwaardere stookolie wordt veel gebruikt voor de verwarming van serres in de glastuinbouw, voor schepen, voor grote verwarmingsinstallaties en voor industriële warmtetechniek. Deze olie moet voorverwarmd worden Zware stookolie Zware stookolie is moeilijk te verwerken omdat ze zeer stroperig is. Zij moet verwarmd opgeslagen worden. Zeeschepen gebruiken deze stookolie. 2.2 Analysemethodes Het is noodzakelijk inzicht te hebben in de betekenis en de praktische toepassing van de waarden die toegekend worden aan de kenmerken. Het is ook nuttig de genormaliseerde analysemethode terug te vinden die bij de bespreking van de verschillende kenmerken wordt opgegeven De massadichtheid, densiteit De massadichtheid van een vloeistof bij een gegeven temperatuur is gelijk aan haar massa, gedeeld door haar volume: ρ = m (kg) v (m 3) Ze wordt uitgedrukt in kilogram per kubieke meter, in kilogram per liter of in gram per milliliter. Voor aardolieproducten wordt ze veelal gegeven bij 15 C. De densiteit speelt zowel een belangrijke rol bij de facturatie in liter van een in gewicht geleverd product als bij de te nemen voorzorgsmaatregelen bij het opslaan en het vervoer van de producten, omdat de kans bestaat dat het volume van de producten toeneemt bij een temperatuursverhoging. 14

15 2. Vloeibare brandstoffen Stookoliebranders De relatieve dichtheid De relatieve dichtheid (of kortweg de dichtheid) van een product bij een temperatuur Θ1 is de verhouding van de massa van een volume van dit product bij deze temperatuur Θ1 tot de massa van een gelijk volume water bij een referentietemperatuur Θ2. Voor vloeibare brandstoffen is de relatieve dichtheid de verhouding van de massa van een volume vloeibare brandstof bij een temperatuur van 15 C tot de massa van een identiek volume gedistilleerd water bij een temperatuur van 4 C (dichtheid 15/4 C) bij een normale atmosferische druk op zeeniveau (1.013 mbar). Met de relatieve dichtheid kan het gewicht van een brandstof bepaald worden, uitgedrukt per volume-eenheid. De relatieve dichtheid van een vloeibare brandstof wordt beïnvloed door de temperatuur. De relatieve dichtheid 15/4 C van een vloeibare brandstof die op het ogenblik van de meting niet deze temperatuur heeft, kan bepaald worden aan de hand van de onderstaande tabel. Basiscorrectie voor dichtheidsmeting Relatieve dichtheid Basiscorrectie 1 C temperatuurverschil minder of meer van 0,600 tot 0,700 0,00090 van 0,700 tot 0,800 0,00080 van 0,800 tot 0,840 0,00075 van 0,840 tot 0,880 0,00070 van 0,880 tot 0,920 0,00065 van 0,920 tot 1,000 0,

16 Stookoliebranders 2. Vloeibare brandstoffen Densimeter a) stookolie b) water c) thermometer CEDICOL Wikipedia creative commons Voorbeelden van correcties: Stookolie met een dichtheid van 0,845 bij 10 C: het temperatuurverschil naar beneden toe bedraagt 5 C (15-10 ). De basiscorrectie bedraagt 0,0007. Het correctiecijfer zelf zal gelijk zijn aan 0,0007 x 5 = 0,0035. Aangezien de meettemperatuur lager ligt dan 15, zullen we het correctiecijfer aftrekken en verkrijgen we een dichtheid van 0,841 bij 15 C (0,845-0,0035). Stookolie met een dichtheid van 0,828 bij 25 C: het temperatuurverschil naar boven toe bedraagt 10 C (25-15 ). De te gebruiken basiscorrectie is 0, Het correctiecijfer is gelijk aan 0,00075 x 10 = 0,0075. Aangezien de meettemperatuur hoger ligt dan 15 C, wordt het correctiecijfer bij de dichtheid bij 25 C geteld en verkrijgen we een dichtheid van 0,835 bij 15 C (0, ,0075). De dichtheid van stookolie schommelt in het algemeen tussen 0,800 en 0,880 bij 15 C. Voor producten met een temperatuur lager dan 15 C kan de samentrekking van het product of het volumeverlies als volgt berekend worden: 7,5 liter per graad minder en per liter voor een nominale dichtheid van 0,800 tot 0,840 bij 15 C; 7 liter per graad minder en per liter voor een nominale dichtheid van 0,840 tot 0,880 bij 15 C. Omgekeerd berekenen we de uitzetting van het product of de volumetoename als volgt voor producten met een temperatuur hoger dan 15 : 7,5 liter per graad meer en per liter voor een nominale dichtheid van 0,800 tot 0,840 bij 15 C; 7 liter per graad meer en per liter voor een nominale dichtheid van 0,840 tot 0,880 bij 15 C. De dichtheid wordt vooral gecontroleerd met behulp van een dichtheidsmeter (densimeter). Deze meter werkt volgens het volgende principe: een lichaam dat in een vloeistof wordt ondergedompeld, heeft hetzelfde gewicht als de verplaatste hoeveelheid vloeistof. 16

17 2. Vloeibare brandstoffen Stookoliebranders Het toestel van Pensky-Martens a) Brander b) Verwarmingsfluïdum c) Staal d) Opening e) Waakvlam f ) Thermometer CEDICOL aliexpress.com Het vlampunt - Flash Point Het vlampunt is de laagste temperatuur waarop een product verwarmd kan worden en waarbij de ontwikkelde dampen nog ontvlammen in aanwezigheid van een vlam. Het vlampunt wordt in een laboratorium bepaald in een gesloten vat (toestel van Pensky-Martens). Het vlampunt bepaalt de veiligheidsgrens voor het gebruik van vloeibare brandstoffen. In de praktijk mogen we beschouwen dat vloeibare brandstoffen (lamppetroleum uitgesloten) onder een temperatuur van 60 C principieel geen enkel gevaar opleveren tijdens hun behandeling, vervoer en opslag. Wanneer stookolie wordt opgeslorpt door brandbare materialen zoals hout, vodden, papier, enz., ontstaat er werkelijk een ernstig brandgevaar. Daarom verbieden de Inspectiediensten voor de Arbeidsbeveiliging de aanwezigheid van brandbare stoffen in opslagplaatsen voor vloeibare brandstoffen en in stookplaatsen. Opgeslagen brandstoffen en brandstoffen in leidingen mogen bijgevolg nooit verwarmd worden op een temperatuur die hoger ligt dan het vlampunt. De indeling in licht ontvlambare, ontvlambare en brandbare stoffen gebeurt op basis van het vlampunt (zie tabel): Vlampunt P-Product Benzine VP < 21 C P1 Kerosine 21 C < VP < 55 C P2 Stookolie, diesel 55 C < VP < 100 C P3 Smeerolie VP > 100 C P4 17

18 Stookoliebranders 2. Vloeibare brandstoffen Kinematische viscositeit (symbool = v) De kinematische viscositeit van stookolie is haar vermogen om meer of minder vloeibaar te zijn, met andere woorden haar vermogen om meer of minder weerstand te bieden bij het oppompen of doorstromen in een opening of een leiding. De kinematische viscositeit wordt in een laboratorium gemeten met een viscosimeter. Een nauwkeurig bepaalde hoeveelheid stookolie wordt door een capillaire buis (een zeer fijn buisje, ook wel haarbuisje genoemd) gestuurd. De tijd die hiervoor nodig is, bepaalt de kinematische viscositeit. In het Internationale Eenhedenstelsel (SI) wordt de kinematische viscositeit uitgedrukt in mm 2 /s, wat overeenkomt met de oude benaming cst (Centistokes). Voor de invoering van het Internationale Eenhedenstelsel werden nog andere eenheden gebruikt, zoals graden Engler, Saybolt, Redwood of Oswald. Engler graden is de uitstroomtijd van 200 cm³ (1/5 liter) van een vloeistof door een boring van 2,8 mm diameter (doorsnede is 1 mm²) te vergelijken met water (1/5 l) bij een temperatuur van 20 C. Vandaar de eenheid mm²/s. De temperatuur speelt een belangrijke rol bij de viscositeitsmeting. Bij hogere temperaturen wordt stookolie vloeibaarder en neemt de kinematische viscositeit af. Koudere stookolie daarentegen wordt dikker en minder vloeibaar, terwijl de kinematische viscositeit toeneemt. De kinematische viscositeit van stookolie is van groot belang voor de brander. Bij een verstuivingsbrander moet de brandstof zo vloeibaar mogelijk zijn, omdat een zeer vloeibare brandstof gemakkelijker opgepompt kan worden en een betere verstuiving mogelijk maakt. Een fijnere verstuiving verbetert de mengeling van lucht en stookolie en bevordert bijgevolg de verbranding. Bij een vergassingsbrander daarentegen vermindert het debiet van stookolie naarmate de kinematische viscositeit hoger wordt. Sommige verstuivingsbranders zijn uitgerust met een voorverwarmer, die de stookolie opwarmt om de kinematische viscositeit te stabiliseren. Omzettingstabel van kinematische viscositeiten (als bijlage). Thomas De Jongh Grafiek van de viscositeit in functie van de temperatuur 18

19 2. Vloeibare brandstoffen Stookoliebranders Het verwarmingsvermogen Het verwarmingsvermogen van een brandstof is de hoeveelheid warmte-energie die vrijkomt bij de volledige verbranding van een kilogram vloeibare of vaste brandstof of een kubieke meter gas. Het verwarmingsvermogen wordt uitgedrukt in kilojoule (kj) per kilogram of kubieke meter brandstof. We onderscheiden twee verwarmingsvermogens, die in een laboratorium bepaald worden door middel van een calorimetrische bom of door een berekening. De verbrandingswaarde of calorische bovenwaarde De bovenste verbrandingswaarde van een brandstof is de hoeveelheid warmte die vrijkomt bij een volledige verbranding van één kg brandstof, waarbij de verbrandingsproducten afgekoeld worden tot de begintemperatuur en waarbij de bij de verbranding gevormde waterdamp gecondenseerd wordt. De stookwaarde of calorische onderwaarde De stookwaarde of onderste verbrandingswaarde is de warmtehoeveelheid die ontwikkeld wordt bij de volledige verbranding van één kg brandstof, maar waarbij de gevormde waterdamp niet gecondenseerd wordt terwijl de verbrandingsproducten worden afgekoeld tot de aanvangstemperatuur. De latente verdampingswarmte wordt dus niet teruggewonnen. Het verschil tussen de bovenste verbrandingswaarde en de onderste verbrandingswaarde van een brandstof is bijgevolg de warmte van de bij de verbranding gevormde waterdamp. De warmte van de waterdamp die vrijkomt bij de verbranding van één kg stookolie, bedraagt ongeveer 814 W/kg of 2931 kj/kg. Waarden: Voor een brandstoftype blijft het verwarmingsvermogen vrij constant. De eenheid van het verwarmingsvermogen was vroeger de kilocalorie (kcal). De internationale eenheid is nu de joule (J). Noteer dat: 1 cal = 4,1868 J 1 kcal = 4186,81 = 4,187 kj 1 kj = 0,238 kcal 1 MJ = Joule 1 W= 1 J/s 1 kwh = 3,6 MJ 1 kcal/h = 1,163 W Het latente verdampingsverlies van water ligt tussen 2500 en 2930 kilojoule per kilogram (kj/kg) vloeibare brandstof (tussen 700 en 814 W/kg), dus ongeveer 6%. 19

20 Stookoliebranders 2. Vloeibare brandstoffen 20 Brandstof Lamppetroleum Stookolie Stookolie extra EN 590 Zware stookolie Extra zware stookolie Verbrandingswarmte per kg, liter of Nm 3 De warmtevermogens: worden gebruikt voor de berekening van het nuttig rendement van een stookketel. Hierbij moeten we even herhalen dat de stookwaarde of onderwaarde voor de berekening van het stookketelrendement alleen wordt gebruikt wanneer het water dat gevormd werd tijdens de verbranding in de vorm van damp, in verbrandingsgassen ontsnapt; maken het mogelijk om het debiet te bepalen van de verstuiver die op de brander wordt geplaatst, in functie van het vermogen van het verwarmingstoestel; maken het mogelijk om de energiekostprijs van de verschillende brandstoffen te vergelijken; maken het mogelijk om het brandstofverbruik te berekenen voor een gegeven gebouw en voor de bereiding van het sanitair warm water. Praktisch gezien is de stookwaarde (onderste verbrandingswaarde) het belangrijkst. Zodra het water gevormd wordt in de vlam, door de verbinding van de waterstof uit de olie en de zuurstof uit de lucht, gaat het op in dampwarmte. Deze warmte is niet meer bruikbaar voor de verwarming van het medium (uitgezonderd bij condenserende olieketels, waar een deel van deze dampwarmte wordt gerecupereerd). Stookwaarde per kg, liter of Nm 3 kilocalorie kilojoule kilowattuur kilocalorie kilojoule kilowattuur kcal/kg kj/kg 12,888 kwh/kg kcal/kg kj/kg 12,016 kwh/kg 8900 kcal/l kj/l 10,351 kwh/l 8295 kcal/l kj/l 9,647 kwh/l kcal/kg kj/kg 12,677 kwh/kg kcal/kg kj/kg 11,863 kwh/kg 9150 kcal/l kj/l 10,641 kwh/l 8550 kcal/l kj/l 9,945 kwh/l kcal/kg kj/kg 12,677 kwh/kg kcal/kg kj/kg 11,863 kwh/kg 9150 kcal/l kj/l 10,641 kwh/l 8550 kcal/l kj/l 9,945 kwh/l kcal/kg kj/kg 12,037 kwh/kg 9800 kcal/kg kj/kg 11,397 kwh/kg 9729 kcal/l kj/l 11,315 kwh/l 9210 kcal/l kj/l 10,711 kwh/l kcal/kg kj/kg 11,833 kwh/kg 9700 kcal/kg kj/kg 11,281 kwh/kg 8852 kcal/l kj/l 10,295 kwh/l 8439 kcal/l kj/l 9,814 kwh/l Cokes 7100 kcal/kg kj/kg 8,260 kwh/kg 6500 kcal/kg kj/kg 7,560 kwh/kg Antraciet 7800 kcal/kg kj/kg 9,071 kwh/kg 7500 kcal/kg kj/kg 8,722 kwh/kg Propaan (**) 24174kcal/Nm³ kj/nm³ 28,11 kwh/nm³ kcal/nm³ kj/nm³ 26,00 kwh/ Nm³ Butaan (**) kcal/nm³ kj/nm³ 37,14 kwh/nm³ kcal/nm³ kj/nm³ 34,34 kwh/ Nm³ Elektriciteit kcal/kwh 3600 kj/kwh 1 kwh Aardgas L (*) (Slochteren) 8754,8 kcal/nm³ kj/nm³ 10,18 kwh/nm³ 7903,4 kcal/nm³ kj/nm³ 9,19 kwh/nm³ Aardgas H(*) (Rijk gas) 9847 kcal/nm³ kj/nm³ 11,45 kwh/nm³ 8892,4 kcal/nm³ kj/nm³ 10,34 kwh/nm³ (*) Voor aardgas moet rekening gehouden worden met de oorsprong, de druk en de leveringstemperatuur om het warmtevermogen te bepalen. Bron: KVBG Cerga. (**) Bron: Febupro