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, 2011.12.04
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 183
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 jedenasta.
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 piąta.
Ustęp piętnasty. Istnienia kilku przesłanek mogących służyć zrodzeniu debilnego pomysłu na zasysanie spalin z komory paleniskowej przez leje tylnych stref podmuchowych dowodzi dokonana w 2002 r. modernizacja dwóch kotłów wodnych typu WR10-010 (WR10-011) w Elbląskim Przedsiębiorstwie Energetyki Cieplnej - ciąg dalszy.
c. Bieżąca eksploatacja zmodernizowanych kotłów typu WR10 w Elblągu z mocą cieplną dochodzącą do 16 MW, jako obsługiwanych przez palaczy, byłaby także niemożliwa bez zastosowania przekrojów wlotów powietrza do stref podmuchowych wielokrotnie mniejszych od stosowanych w rusztach łuskowych już od prawie stu lat.
Strefy podmuchowe służą do zróżnicowania przepływu powietrza przez ruszt na jego długości. To zróżnicowanie przede wszystkim musi być podporządkowane procesowi spalania węgla na nim, jednak akurat nie takiemu, jak podają wszystkie książki o kotłach, poczynając od najstarszych.
Nie powinno być bowiem spiętrzenia intensywności spalania węgla w przedniej części komory paleniskowej, lecz proces ten powinien być jak najbardziej równomierny na całej jej głębokości, z uwzględnieniem jego przebiegu na ruszcie tym dalej w kierunku do tyłu, im większe jest obciążenie kotła. Przy pozostałej długości rusztu z całkowicie odciętym przepływem powietrza przez niego, do czasu osiągania przez kocioł jego obciążenia maksymalnego.
W prawidłowo skonstruowanej komorze paleniskowej na samą intensywność spalania części lotnych - odgazowujących z węgla z przodu paleniska - wpływać nie można. O tym do jakiej odległości od jego ściany przedniej spalają się one decyduje stopień rozdrobnienia węgla (powodując, że jest ona tym krótsza, im jest on bardziej rozdrobniony, co z reguły ma miejsce w polskich kotłach rusztowych spalających węgiel krajowy). Intensywność płomienia spalających się części lotnych jest także tym większa, im większe jest obciążenie kotła.
Do spalania części lotnych nie powinno służyć powietrze podmuchowe (doprowadzane pod ruszt), lecz powietrze wtórne doprowadzone do przestrzeni komory paleniskowej, a więc tam gdzie się one spalają. Dodatkowe powody tego są jeszcze dwa:
1. przez przednią część pokładu rusztowego, z odgazowującymi na niej z węgla częściami lotnymi, nie powinno być przepływu powietrza aby nie utrudniało ono spiekania się powstającego zarazem koksu oraz nie powodowało niczym nieuzasadnionego wydmuchiwania już z tej części rusztu koksiku powstającego przy spalaniu węgla niespiekającego się.
2. spalający się koks zwiększałby i tak już bardzo dużą intensywność płomienia powodowaną paleniem się z przodu rusztu części lotnych.
W kotłach typu WR10 zmodernizowanych w Elblągu przepływ powietrza podmuchowego przez przednią część rusztu uniemożliwia sam brak w tym miejscu strefy podmuchowej, jak to przedstawia Rys. 170 (część 182). Obserwacja przebiegu procesu spalania w zmodernizowanym kotle miała także wykazać, czy powietrze powinno być doprowadzane do pierwszej strefy podmuchowej, a jeśli nawet, to czy nie tylko przy rozpalaniu kotła i ewentualnie pracy przy najniższych jego obciążeniach. Z danych w Tabeli I (z powodów podanych niżej) można jednak tylko domniemać, że dopływ powietrza do tej pierwszej strefy powinien być odcięty przynajmniej po rozpaleniu kotła, a ona sama ma służyć jako strefa buforowa, zapobiegająca wypływowi powietrza podmuchowego poza strefę spalania węgla na ruszcie.
Poza strefą spalania się części lotnych, nad intensywnością spalania się koksu, jako zależną od ilości powietrza do tego spalania, można panować zmniejszoną ilością doprowadzanego powietrza podmuchowego.
O ilości powietrza doprowadzanego do strefy podmuchowej - poza wartością ciśnienia w samej skrzyni podmuchowej - decydują opory przepływu. Na opory te składają się:
1. opory samego pokładu rusztowego, które są stałe (jeśli nie brać pod uwagę wadliwej konstrukcji rusztu, czy złego stanu samego pokładu, przykładowo: brak rusztowin, rusztowiny uszkodzone, nieukładające się równo na ruszcie);
2. opory warstwy koksu pozostałego po odgazowaniu części lotnych oraz narastającej na niej warstwy żużla - stopniowo w kierunku do tyłu rusztu; pomijając takie typowe zjawiska, jak „bruzdy” i „kratery” powstające na powierzchni rusztu, w miejscu których nie ma w ogóle oporu warstwy pokrywającej pokład rusztowy;
3. opory stwarzane przepływem powietrza ze skrzyni podmuchowej do lejów stref podmuchowych przez otwory klap regulacji dopływu powietrza do nich, będące oporami wypływu powietrza z tych otworów; ciśnienie dynamiczne strumienia powietrza przepływającego przez otwór klapy, odpowiadające różnicy ciśnienia statycznego w skrzyni podmuchowej i w leju strefy, przy prawidłowym rozwiązaniu dopływu powietrza traci się we wnętrzu leja, a przy stosowaniu różnych ignoranckich rozwiązań destabilizuje proces spalania na ruszcie.
W kotle typu WR10 zmodernizowanym w Elblągu otwory wlotu powietrza do stref podmuchowych były tak dobrane aby od pewnego stopnia otwarcia klapy regulacyjnej, dla określonej wartości ciśnienia w skrzyni podmuchowej - ściśle: przy określonej różnicy ciśnienia w skrzyni i w leju strefy podmuchowej - utrzymywały już stałą ilość powietrza wlatującego do niego.
Na zachowanie stałej ilości powietrza wlatującego do leja strefy podmuchowej, mimo dalszego otwierania klapy regulacyjnej, pozwala specjalne rozwiązanie samej klapy, które jednocześnie pozwala na optymalne zastosowanie sprzężonego otwierania klap stref podmuchowych (z wykorzystaniem cięgien teleskopowych) wspólną dla wszystkich stref jedną ręczną dźwignią, lub siłownikiem sterowanym zdalnie, czy w automatyce kotła.
d. Do dojścia do ustawień regulacyjnych kotła typu WR10 w Elblągu przy różnych jego obciążeniach, jak to wcześniej miało miejsce w kotle typu WCO80 w Tarnowskich Górach (z wynikami powtórzonymi w kolumnach lewej strony Tabeli II) potrzeba by było jednak wielu przeregulowań kotła, a następnie jeszcze potwierdzenia tych ustawień bieżącą eksploatacją, z wprowadzeniem niezbędnych korekt. Łącznie z bardzo łatwą do dokonania ewentualną zmianą wielkości otworów wlotu powietrza do poszczególnych lejów stref podmuchowych.
Jak jednak wynika z Tabeli I, autor dokumentacji modernizacji - kontaktem przez telefon - miał na to dziewięć dni pracy kotła, w czasie których dodatkowo całkowicie niepotrzebnie (bez porozumienia się z nim) wymieniono silnik wentylatora podmuchowego (z mającego obroty 950 min-1, na silnik o 1440 obrotach), przez co znacznie zwiększyło się ciśnienie powietrza tłoczonego przez niego. Uczyniło to nieporównywalnymi wyniki ustawień regulacyjnych w dniach 23÷ 28.10.2002 r. oraz w dniach od 31.10.2002 r. do 12.11.2002 r.
Dodatkowym skutkiem tego chybionego pomysłu, na czas tych drugich przeregulowań (także bez porozumienia z autorem dokumentacji) była praca kotła z odciętym powietrzem wtórnym (poz. 24 drugiej części Tabeli I), które akurat najbardziej było potrzebne przy pracy kotła w zakresie najwyższych jego obciążeń.
Czy z tych powodów palacze mogą dysponować ustawieniami regulacyjnymi kotła, jak w przypadku kotła typu WCO80, to do oceny pozostają parametry nastawione i zmierzone zestawione w Tabeli II dla kotła WR10.
Nie doszło także następnie do wyposażenia kotłów w sprzężone otwieranie klap stref podmuchowych jedną dźwignią, chociaż sama konstrukcja rusztu była do tego przystosowana, a koszt jego zastosowania byłby znikomy.
Pozostanie jednak faktem, że według wykonanych dwa lata później (na koniec 2004 r.) przez Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla badań energetyczno-emisyjnych maksymalna moc cieplna kotła typu WR10 w Elblągu wynosiła 16,2 MW, przy jego sprawności cieplnej η =82,3%. Na czas tych badań spalał on dodatkowo niespiekający się węgiel (RI = 0) o wartości opałowej Qr = 22,6 MJ/kg.
Gdyby taką wartość opałową miał węgiel podczas ustawień regulacyjnych, to zgodnie z Tabelą II rozpiętość jego sprawności wynosiłaby od η = 74 %, do η = 88, 7 % (odpowiednio z kolumn VII i XXI).
Stosunek wartości tych sprawności daje różnicę w ilości zużytego węgla wynoszącą 19 %. Ewentualne kierowane pytanie, czy choćby dla takiej różnicy w spalanym węglu warto mieć możliwość prawidłowej regulacji kotła, jak dotąd wszędzie pozostawałoby bez odpowiedzi.
Załączniki I i II (-) Jerzy Kopydłowski
Kiedy ogół tych kotłów przeważnie nie osiąga mocy cieplnej wyższej od 80 % ich mocy nominalnej (katalogowej), a nazywanej także znamionową. Poza oczywiście „modernizowanymi” przez kotłowych szarlatanów w oparciu o pierwszą dokumentację modernizacji tych kotłów wykonaną przez inż. J. Kopydłowskiego w 1994 r. dla obecnego Zakładu Gospodarki Ciepłowniczej w Tomaszowie Mazowieckim.
Według zmierzonych parametrów (kolumny XXX i XXXI Tabeli I) dopiero po osiągnięciu przez kocioł mocy cieplnej kotła 18,5 MW doszło do przekroczenia granicznego obciążenia cieplnego rusztu. Nie udało się już jednak ówcześnie ustalić co było tego powodem, a zwłaszcza czy powodem tego nie była tylko za wysoka warstwa węgla wprowadzanego na pokładzie rusztowym, bo wynosząca 16 centymetrów.
Centrum Innowacji Technologicznych Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze, ul. Zamkowa 1: Raport z wykonania Badań energetyczno-emisyjnych kotła WR10 nr 2 w EPEC Elbląg, ICHPW 3123/2004.
1