Motto: „Szkoda … , że nie napisał Pan książki dotyczącej projektowania kotłów i nie zamieścił w niej swojej dużej wiedzy przedmiotowej. Myślę, że byłaby to wartościowa pozycja dedykowana do inżynierów i konstruktorów; napisana przez praktyka, a nie teoretyka. Oczywiście z pożytkiem także dla studentów” - naukowiec z IMiUE Politechniki Śląskiej. |
Tarnowskie Góry, 2012.01.29
Kancelaria Prezesa Rady Ministrów Al. Ujazdowskie 1/3 00-942 Warszawa
|
Wykazanie dlaczego nie można poprawić bardzo złej sytuacji energetyki przemysłowej i ciepłownictwa, mimo dysponowania przez Polskę najdoskonalszą w świecie techniką kotłową
autorstwa jednego polskiego inżyniera.
Część 191
Jak przez około sto lat błądzono w skali światowej w pomysłach na spalanie węgla w kotłach rusztowych, to do zorientowania powinno już wystarczyć ich porównanie z rozwiązaniami którymi to spalanie opanował inż. J. Kopydłowski.
Kotłowi szarlatani nie wyrządzaliby tyle szkody, gdyby w swojej działalności nie korzystali z rozwiązań zachodnich oraz z pomysłów krajowych naukowców politechnicznych, lecz przynajmniej trzymali się rozwiązań zastosowanych we wcześniejszych jego dokumentacjach, wstrzymując się zarazem od ich „udoskonalania” - część dziewiętnasta.
Wykazanie które błędy popełniane w eksploatacji kotłów rusztowych z paleniskiem warstwowym oraz „udoskonalenia” wprowadzane w nich przez kotłowych szarlatanów mogły zrodzić debilny pomysł na zasysanie spalin z komory paleniskowej przez leje tylnych stref podmuchowych (zgłoszenie 387645 do UP), polecany do stosowania przez Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej - część trzynasta.
Ustęp siedemnasty. Pomysł na zasysanie spalin z komory paleniskowej przez leje tylnych stref podmuchowych wieńczy - jak dotąd - wszystkie liczne ignoranckie pomysły z ostatnich kilkunastu lat na pogorszenie i tak już złych wyników eksploatacyjnych kotłów z paleniskiem warstwowym z rusztem łuskowym.
f. Z jaką bezmyślnością konstruowano po wojnie w przemyśle kotłowym wodno-rurowe kotły rusztowe w obrębie dolnej części komory paleniskowej, z przekazaniem pałeczki kotłowym szarlatanom aby czynili tak dalej już przez około 20-ścia lat, to dowodzą tego różne rozwiązania komór paleniskowych począwszy od tych z końca 19-tego wieku.
1. Pierwsze ruszty wędrowne miały zmechanizować doprowadzanie węgla do paleniska oraz usuwanie z rusztu żużla. Bez tego nie można było budować coraz to większych kotłów rusztowych, ponad te z okresu wojen napoleońskich, z ich przedstawicielem na Rys. 182f. Sylwetce palacza przedstawionej z prawej strony rysunku brakuje atrybutów jego pracy, jakimi są łopata i graca.
W kotłach, w których znajdowały zastosowanie (Rys. 182a do Rys. 182e), powietrze do spalania zapewniał ciąg naturalny wytwarzany przez komin, mający przede wszystkim służyć do pokonania oporów przepływu spalin przez rury powierzchni konwekcyjnych kotła. Do przepływu powietrza przez pokład rusztowy i leżącą na nim warstwę węgla pozostawała znikoma część tego ciągu. W wentylator podmuchowy wyposażony jest tylko kocioł na Rys. 182c. Z jakim efektem, to stanowi już o tym samo doprowadzenie powietrza podmuchowego - pod przednią część rusztu wyposażonego w koła, do wyjeżdżania z nim spod kotła.
Niska wartość ciągu służąca do zasysania powietrza spod rusztu nie pozwalała na stosowanie małych szczelin w rusztowinach, a stosowane duże czyniły te ruszty nieprzydatnymi do spalania węgla spiekającego się o dużym rozdrobnieniu. Nie nadawały się także do spalania węgla niespiekającego się nawet grubego, ponieważ w procesie odgazowania z niego części lotnych ulega on całkowitemu rozproszkowaniu. Gruby węgiel spiekający się nie mógł być dodatkowo wprowadzany na ruszcie cienką warstwą, ponieważ w procesie odgazowania z niego części lotnych tworzyłyby się z niego duże bryły, z pozostawianiem wokół nich gołego pokładu rusztowego. Konieczne więc było wprowadzanie go na ruszcie grubą warstwą. Mała intensywność spalania się węgla powodowana słabym dopływem powietrza (także konieczność dostosowania się do zmiennego zapotrzebowania na parę), narzucała pracę rusztu z okresowym wyłączaniem jego napędu. Przy kolejnym włączeniu napędu, kiedy już węgiel na podstawowej części rusztu dopalił się, wprowadzany od przodu surowy węgiel musiał się od czegoś zapalać, przechodząc wcześniej etapy jego suszenia i odgazowania części lotnych. Temu służyło bardzo niskie i długie przednie sklepienia wykonane z materiału ceramicznego, pełniące dla surowego węgla odpowiednik nagrzanego pieca chlebowego. Mało intensywny proces palenia się węgla nie wymagał stosowania wysokich komór paleniskowych, a umieszczone nisko nad główną częścią komory paleniskowej rury powierzchni konwekcyjnej skuteczniej schładzały spaliny, bo od intensywnego promieniowania płomienia. Technika pokrywania ścian komory paleniskowej rurami narodziła się dopiero później.
2. Rewolucją w procesie spalania węgla na ruszcie wędrownym było wynalezienie na początku 20-tego wieku rusztów łuskowych ze strefową regulacją dopływu powietrza podmuchowego. Same wentylatory podmuchowe stosowano już wtedy także w pierwotnych konstrukcjach rusztów taśmowych. Spełniały one jednak tak samo źle swoje zadanie, jak wentylatory podmuchowe w tysiącach eksploatowanych obecnie w Polsce kotłów z rusztem łuskowym i strefową regulacją powietrza podmuchowego, wobec całkowitej nieznajomości ich użytkowników jak tej regulacji dokonywać. Pomijając fakt, że ci którzy by to chcieli robić, to nie mają jak.
Zastosowanie wentylatorów podmuchowych o dowolnie wysokim sprężu przede wszystkim zwielokrotniło możliwą do osiągnięcia intensywność procesu spalania węgla na ruszcie, która niestety okazała się także bardzo negatywna w skutkach wobec nieświadomości samych procesów zachodzących przy spalaniu węgla na ruszcie wędrownym paleniska warstwowego.
O tym, że wraz z zastosowaniem podmuchu strefowego należało usunąć z paleniska przednie sklepienie stanowią już same przedwojenne rozwiązania kotłów zachodnich z takimi rusztami, przedstawione na Rys. 183.
To co z niego pozostało (w stosunku do rozwiązań na Rys. 182), jako krótkie znajduje się wysoko nad rusztem, a zastosowanie sklepienia dłuższego uzasadnia chęć wyposażenia istniejącej konstrukcji kotła w dłuższy ruszt; poza rozwiązaniem na Rys. 183g, przedstawionym jako przykład skutków wzorowania się na rozwiązaniu chybionym. Z rozwiązań paleniska, gdzie występuje sklepienie tylne, w żadnym z nich nie zachodzi ono nad obszar rusztu z doprowadzanym od spodu powietrzem podmuchowym.
Nie wiadomo z jakich przedwojennych lat kolejno pochodzą poszczególne rozwiązania. Za optymalne należy uznać rozwiązanie na Rys. 183a, gdzie nie tylko nie ma sklepienia przedniego, lecz dodatkowo wszystkie ściany komory paleniskowej pokryte są rurami (ekranowane). Rozwiązanie na Rys. 183e różni się od niego obecnością materiału ceramicznego na dolnej części rur ekranu przedniego i tylnego. Brak pokrycia rurami ściany przedniej można tłumaczyć trudnością dokonania tego w kotłach sekcyjnych (Rys. 183b, 183d, 183f).
3. Na Rys. 184 zostały przedstawione wszystkie duże parowe kotły rusztowe z ich produkcją wznowioną w Polsce po wojnie. Wzorem przedwojennych rozwiązań zachodnich, jako że żadnej konstrukcji takiego kotła w Polsce nie skonstruowano, także nie mają one tylnych sklepień, a w swoim pierwotnym wykonaniu nie miały także sklepień przednich, poza tym co wynikało ze stosowania grubych ścian komory paleniskowej jako wykonywanych z materiałów ceramicznych.
Występujące na Rys. 184b i Rys. 184e dłuższe sklepienie przednie, to skutek wyposażenia takiego kotła po wojnie w dłuższy ruszt, w czym błędnie oczekiwano poprawienia spalania węgla na ruszcie. Bezmyślne umieszczenie w kotle na Rys. 184a strefy podmuchowej całkowicie poza paleniskiem, zostało powtórzone jeszcze w drugiej połowie lat 70-tych u. w. w konstrukcjach kotłów typoszeregów ORp i WRp, wyposażonych w debilne rozwiązania paleniska narzutowego.
Jeśli chodzi o samą konieczność pokrycia rurami ścian komory paleniskowej, to w kotłach na Rys. 184a i 184c wszystkie pozostawiono nadal gołe (porównaj Rys. 183), mimo kontynuowania ich produkcji do początku lat 60-tych u. w. Nie pokryto także rurami tylnych ścian komory paleniskowej kotłów na Rys. 184b i Rys. 184d, chociaż konstrukcyjnie nie stanowiło to żadnego problemu. Wszystkie ściany miał pokryte rurami tylko kocioł na Rys. 184f, ponieważ takie było przedwojenne rozwiązanie tego kotła niemieckiej firmy Stirling.
4. Natomiast Rys. 185 przedstawia efekt „radosnej twórczości” konstrukcyjnej, jakim okazały się wszystkie powojenne konstrukcje dużych kotłów rusztowych z paleniskiem warstwowym. Wraz z zastosowaniem długich przednich i tylnych sklepień (poza kotłami na Rys. 185a, z adaptowaną dokumentacją poniemiecką), dopuszczono się dodatkowo dużego zmniejszenia głębokości komory paleniskowej w stosunku do długości rusztu oraz umieszczenia znacznej tylnej części rusztu pod niskim sklepieniem, wyłączającym płomień ze spalającego się tam węgla z jego udziału w promieniowaniu na pokryte rurami ściany komory paleniskowej. W kotle na Rys. 185d dopuszczono się dodatkowo pozostawienia gołymi dolnych części obu ścian bocznych.
Wszystkie te kotły osiąganą wydajnością i sprawnością okazały się gorsze od produkowanych w oparciu o dokumentację przedwojenną.
5. W sprawie samego tylnego sklepienia (w sprawie przedniego patrz część 190) z różnych książek można dowiedzieć się:
a. W przypadku spalania paliw o małej zawartości części lotnych np. koksu buduje się długie tylne sklepienie, sięgające 60÷75 % długości rusztu … . Przewidując spalanie miału węglowego, wskazane jest uwzględnienie, że około 50÷60 % miału spalane jest pod sklepieniem tylnym na długości ok 4 m. [Temperatura spalin pod sklepieniem powinna wynosić 1350 0C]. Tylne sklepienie powinno być ustawione prawie poziomo … .
b. Zadanie tylnego sklepienia … polega z jednej strony na wysyłaniu ciepła na ruszt w celu możliwie najdogodniejszego wypalenia pozostałych w żużlu części palnych oraz z drugiej strony na przemieszaniu powietrza z gazami tworzącymi się w strefie palenia się koksu. Efekt przemieszania uzyskuje się przez skierowanie spalin ku przodowi paleniska. Jak wykazała praktyka, oddziaływanie tylnego sklepienia jest jednak niewielkie.
c. Niekiedy w końcowej części rusztu wykonuje się także sklepienie tylne kierujące spaliny wstecz, by polepszyć przemieszanie. Przy spalaniu paliwa drobnoziarnistego o małej zawartości części lotnych (antracyt, miał koksowy, itp.) wskazane jest zastosowanie sklepienia tylnego, dla lepszego wymieszania spalin z powietrzem, obniżenia strat wskutek porywania drobnych niedopalonych cząstek paliwa, a głównie do podwyższenia temperatury, co ułatwi zapłon świeżego paliwa.
d. W sprawie spalania węgli bogatych w części lotne i umiarkowanie mokrych: Przednie i tylne sklepienie dla tego rodzaju paliw początkowo skrócono i podniesiono, a w końcu całkowicie usunięto.
Zdanie pkt d pochodzi z książki napisanej przed wykonaniem dokumentacji na kotły z Rys. 185, a autorzy żadnej z nich niewątpliwie nie czytali go, tak samo jak następnie kotłowi szarlatani oraz liczni inni wypowiadający się w ciągu ostatnich kilkunastu lat w sprawie spalania węgla na ruszcie wędrownym (łuskowym).
Przy spalaniu węgla dostępnego dla polskich kotłów rusztowych, zadanie tylnego sklepienia może być tylko jedno - stworzyć lepsze warunki temperaturowe do spalania koksu na tylnej części rusztu. To jednak w żadnym przypadku nie może być temperatura rzędu 1350 0C, a więc powyżej temperatury mięknienia popiołu, która to temperatura nie może panować nad przednią częścią rusztu paleniska warstwowego (nie mylić z narzutowym) aby nie dochodziło do przekraczania granicznego obciążenia cieplnego rusztu, ze wszystkimi tego negatywnymi skutkami.
Te warunki temperaturowe może stworzyć sklepienie tylne o odpowiednio dużym kącie, dodatkowo spełniające wtedy swoje zadanie wyłącznie w zakresie najwyższych obciążeń, ponieważ przy niższych obciążeniach promieniowanie płomienia z przodu paleniska do niego nie dociera. Przy sklepieniu niskim i o małym pochyleniu, jak na Rys. 185e, to promieniowanie nie jest jednak nawet w stanie go nagrzać.
W prawidłowo skonstruowanym i eksploatowanym palenisku o wymieszaniu powietrza znad tylnej części rusztu ze spalinami z przedniej części komory paleniskowej nie może być mowy, choćby z tego powodu, że pod ruszt musi być doprowadzana tylko taka ilość powietrza, jaka w zależności od obciążenia kotła potrzebna jest w danym miejscu rusztu na jego długości.
6. Z kilku przypadków modernizacji wodno-rurowych kotłów rusztowych w okresie ćwierć wieku - z zachowaniem paleniska warstwowego - inż. J. Kopydłowski miał tylko jedną okazję do usunięcia sklepienia przedniego oraz dokonania zmiany sklepienia tylnego, jak to przedstawia Rys. 186.
W tak zmodernizowanym kotle wodnym typu WR10 , z pierwotnym jego rozwiązaniem na Rys. 185d, trzeba było dostosować się do zachowanego rozwiązania górnej części komory paleniskowej, uwidocznionego pokryciem jej ścian rurami o małej średnicy. Pionową ścianę przednią komory paleniskowej (po usuniętym sklepieniu przednim) można więc było doprowadzić tylko do wysokości dolnego rzędu tych rur.
Wymuszone zachowaniem dotychczasowego ekranowania górnej części komory paleniskowej, rozwiązanie pokrycia rurami wszystkich ścian dolnej części komory paleniskowej nie pozwoliło także na pokrycie rurami stropu powstałego z przodu nad rusztem. Ten strop miał być usunięty przy remoncie kapitalnym kotła polegającym na wymianie wszystkich rur części ciśnieniowej kotła. Wtedy nowy ekran górnej części przedniej ściany komory paleniskowej znalazłby się na przedłużeniu w górę pionowego ekranu zastosowanego w miejscu po usuniętym sklepieniu przednim. Sam strop swoim rozwiązaniem miał służyć do spalania w kotle wraz z węglem paliwa odnawialnego, jako zsypywanego z góry na przednią część rusztu, do czego także nie doszło.
Samo położenie leja ostatniej strefy podmuchowej stanowi, że nowe rozwiązanie sklepienia tylnego nie ma brać żadnego udziału w procesie spalania węgla na ruszcie, a jedynie stanowi górną część tylnej obudowy paleniska w miejscu odprowadzania żużla do leja żużlowego. O tym, że nie ma ono podlegać intensywnemu nagrzewaniu się stanowi już sama cienka warstwa betonu ogniotrwałego, z którego zostało wykonane.
Załączniki I÷V (-) Jerzy Kopydłowski
W latach siedemdziesiątych u. w. w samych gorzelniach było ich tysiąc, a parę do eksploatacji tarnobrzeskiego zagłębia siarkowego dostarczały stawiane bateriami po kilkadziesiąt sztuk w jednej. Po wojnie do 1972 r. wyprodukowano ich: typu P65 - 1048 sztuk, typu P80 - 403 sztuki, typu P100 - 406 sztuk, typu P125 - 777 sztuk. Ze spalanego w nich węgla ponad połowa służy wyłącznie do ogrzewania atmosfery nad kotłowniami, z odpowiadającą jej emisją dwutlenku węgla pod efekt cieplarniany. Zadaniem kotłowych szarlatanów i co poniektórych naukowców politechnicznych jest aby zbytnio nie odstawały w tym także kotły wodno-rurowe, bo wszystkie kotły płomienicowo-płomieniówkowe z Rys. 182g z tymi konstrukcji sprzed dwustu lat idą łeb w łeb.
W związku z taką między innymi treścią jak ujęta w klamry, nie podaje się tytułów książek ze względu na pamięć po ich autorach.
W 2002 r. w Elbląskim Przedsiębiorstwie Energetyki Cieplnej.
3