Kolen

Samenstelling en eigenschappen

Steenkool bestaat in hoofdzaak uit de elementen koolstof (C), waterstof (H), zuurstof (O) en een kleine hoeveelheid stikstof (N) en zwavel (S). Ook bevat steenkool een bepaald percentage water en as. De eigenschappen van de verschillende kolensoorten hangen samen met hun chemische samenstelling. Belangrijk voor het stoken zijn de volgende eigenschappen:

Het percentage aan vluchtige bestanddelen.
Het bakkend vermogen.

Percentage aan vluchtige bestanddelen

Het percentage aan vluchtige bestanddelen is afhankelijk van de ouderdom van de steenkool. Oude steenkool heeft een laag percentage vluchtig, terwijl dit bij jonge steenkool hoog is. Oude steenkool noemt men daarom ook wel gasarme of magere kool en jonge steenkool gasrijke kool. Naarmate het gasgehalte van de steenkool hoger wordt, brandt zij met een langere vlam. Het gehalte vluchtig varieert van 5% bij magere kool tot 45% bij vluchtige kool. Voor handstoken op een gewoon vlak rooster is een kolensoort met een vluchtigheidspercentage van 15% tot 20% het meest geschikt.

Bakkend vermogen

Onder het bakkend vermogen verstaat men de eigenschap van de steenkool om in het vuur een samenhangende poreuze cokeskoek te vormen. Van de steenkool die verstookt wordt moet het bakkend vermogen niet te groot zijn, maar ook niet te klein. Bij een sterk bakkende steenkool wordt een cokeskoek gevormd. Deze cokeskoek belemmert de toevoer van de lucht, die nodig is voor de verbranding. Om het vuur goed brandend te houden moet de cokeskoek regelmatig gebroken worden en het vuur schoongemaakt. Bij een weinig bakkende steenkool valt een deel van de fijne kool onverbrand door het rooster. Deze doorval bedraagt soms 5% tot 8% van de verstookte hoeveelheid brandstof. Steenkool met een vluchtigheidspercentage van 20% tot 30% vormt meestal een goed samenbakkende cokeskoek. Magere kool, onder andere anthraciet, bakt in het geheel niet.

Verbrandingswarmte

Een belangrijk gegeven van een brandstof is de verbrandingswarmte. Onder de verbrandingswarmte verstaat men de hoeveelheid warmte in kcal, die bij volledige verbranding van 1 kilogram brandstof ontwikkeld wordt. De ontwikkelde warmte is afhankelijk van de samenstelling van de brandstof. De elementen van de steenkool die bij verbranding de warmte ontwikkelen zijn: koolstof, waterstof en in mindere mate zwavel. Koolstof verbrandt bij volledige verbranding tot kooldioxyde en bij onvolledige verbranding tot koolmonoxyde. Bij volledige verbranding van 1 kg koolstof tot kooldioxyde worden circa 8100 kcal ontwikkeld en bij onvolledige verbranding tot koolmonoxyde circa 2440 kcal. Hieruit volgt dat bij onvolledige verbranding van 1 kg koolstof circa 5660 kcal aan warmte verloren gaan. Waterstof verbrandt tot water. Dit water verdampt en wordt in de vorm van stoom met de rookgassen afgevoerd via de schoorsteen. Bij volledige verbranding van 1 kg waterstof worden circa 34400 kcal ontwikkeld. Zwavel verbrandt tot zwaveldioxyde. Bij volledige verbranding van 1 kg zwavel worden ongeveer 2500 kcal ontwikkeld. Zwaveldioxyde vormt met water een zwavelig zuur dat de ketelromp, de rookgaskanalen en de schoorsteen ernstig kan aantasten. De verbrandingswarmte wordt proefondervindelijk bepaald. De verbrandingswarmte wordt ook wel calorische waarde of bovenwaarde genoemd.

Stookwaarde

Bij het bepalen van de verbrandingswarmte is geen rekening gehouden met de hoeveelheid water die aanwezig is in de steenkool en met het water dat tijdens de verbranding van de waterstof gevormd wordt. Dit water wordt tijdens de verbranding omgezet in stoom. Voor het veranderen van water in stoom is warmte nodig. Deze warmte wordt onttrokken aan de warmte uit de brandstof. De stoom en de hierin aanwezige warmte verlaten met de rookgassen de schoorsteen. Deze warmte is dus verloren voor de stoomproductie van de ketel. Voor de stoomproductie van de ketel is dus niet de verbrandingswarmte beschikbaar, maar de verbrandingswarmte verminderd met de warmte die nodig is voor het vormen van bovengenoemde stoom. Deze werkelijk beschikbare hoeveelheid warmte noemt men de stookwaarde. De stookwaarde is afhankelijk van de kolensoort en ligt ongeveer tussen de 6.000 en 8.000 kcal/kg. De stookwaarde wordt ook wel benedenwaarde van de brandstof genoemd.

Smeltbaarheid van de as

Wanneer de as op het roosterbed vloeibaar wordt raken de luchtspleten verstopt en verbranden de roosterbaren. Daarbij komt nog dat de gevormde slak moeilijk te verwijderen is. Kolen waarvan de as vloeibaar wordt tijdens het verbranden zijn dan ook minder geschikt om te verstoken op een gewoon rooster.

Soorten steenkool

Kolen worden ingedeeld naar het percentage vluchtige bestanddelen. De indeling is niet genormaliseerd zodat het aangegeven percentage vluchtig nog wel eens kan afwijken. De indeling is ongeveer als volgt:

Anthraciet, percentage vluchtige bestanddelen tot 10%.

Anthraciet brandt met een korte tot zeer korte blauwe, niet lichtgevende vlam. Bij verhitting springt deze kolensoort sterk uiteen. Het aanrakingsoppervlak wordt daardoor vergroot wat een gunstig effect heeft op de roosterbelasting. De gevormde cokes is poedervormig. Anthraciet bakt niet.

Magerkool, percentage vluchtige bestanddelen 10% tot 15%.

Gedraging in het vuur is als van anthraciet.

Ess- of stoomkool, percentage vluchtige bestanddelen 15% tot 20%.

Brandt met een langere vlam dan anthraciet en heeft enigszins samenbakkende cokes. Deze kolensoort is uitermate geschikt voor het met de hand verstoken op een gewoon vlak rooster.

Cokeskool, percentage vluchtige bestanddelen 20% tot 30%.

Cokeskool is een vette kolensoort. De kool brandt met een lange vlam. De gevormde cokes is vast en weinig tot zeer sterk opgezwollen. De kans op roeten is groot.

Gaskool, percentage vluchtige bestanddelen 30% tot 35%.

Gascokeskool is evenals cokeskool een vette kolensoort. De gedraging in het vuur is als van cokeskool.

Gasvlamkool, percentage vluchtige bestanddelen 35% tot 40%.

Gasvlamkool is een jonge kolensoort. De kool brandt met een zeer lange vlam. De gevormde cokes is poedervormig tot licht samengebakken en vergast snel. De verbrandingswarmte van het gas is laag waardoor bij plaatselijke afkoeling, bijvoorbeeld tegen de vuurgang, gemakkelijk roeten optreedt.

Vlamkool, percentage vluchtige bestanddelen 40% tot 45%.

Vlamkool is evenals gasvlamkool een jonge kolensoort. De gedraging in het vuur is als van gasvlamkool.