Tarnowskie Góry, 2008.10.08
Instytut Maszyn i Urządzeń
Energetycznych Politechniki
Śląskiej
ul. Konarskiego 22
44-100 Gliwice.
Opowieść o losie polskiej energetyki zgotowanym jej przez jednego agenta SB.
Część dwudziesta czwarta
Powody pozostawienia polskich kotłów rusztowych w stanie zacofania technicznego
z okresu pierwszych lat istnienia Peerelu.
B. O działaniach agenta SB, którymi uniemożliwił opanowanie przez polski przemysł kotłowy produkcji palenisk narzutowych, będących jedynymi pozwalającymi na ekonomiczne i proeko- logiczne spalanie węgla w kotłach rusztowych - część dwudziesta druga.
II. Skutki niewykonania decyzji ze stycznia 1974 r. Rady Technicznej CBKK poprawienia wykazanych przez inż. J. Kopydłowskiego wielu błędnych rozwiązań urządzeń paleniska narzutowego popełnionych w dokumentacjach wykonawczych (warsztatowych) kotłów typu OR6,5-011 i OR16-102 serii informacyjnych oraz polecenia przez tą radę zastosowania zarówno w nich, jak i w nowych dokumentacjach parowych i wodnych kotłów rozwiązań konstrukcyjnych tego paleniska autorstwa inż. J. Kopydłowskiego -część czternasta.
Wyjaśnienie dlaczego inż. J. Kopydłowski na przekór wszystkiemu i wszystkich przez wiele lat udoskonalał światową technikę spalania węgla przy jego narzucie na ruszt, ze zrealizowaniem tego w stworzonym przez siebie polskim palenisku narzutowym - część szósta.
Powód piąty: ponieważ tylko w procesie spalania węgla przy jego narzucie na ruszt -maksy- malnie udoskonalonym w polskim palenisku narzutowym - można ograniczyć do niezbędnego minimum stratę ciepła w spalinach odprowadzanych do atmosfery.
Użytkowników kotłów rusztowych nie miał kto uświadomić nie tylko w sprawie skutków przekraczania granicznego obciążenia cieplnego rusztu (patrz pismo z 2008.09.21 do IMiUE), są bowiem również nieświadomi skutków pracy kotła z dużą zawartością tlenu w spalinach wylotowych z kotła. Przez dziesiątki lat nie zdawali sobie przy tym w ogóle sprawy ile było tego tlenu w spalinach, ponieważ jeśli kocioł nawet był wyposażony w analizator spalin, mający pokazywać zawartość w nich dwutlenku węgla (CO2), to z reguły pełnił funkcję atrapy - zarówno ze względu na swoją konstrukcję, jak i podejście do korzystania z niego.
Od pewnego jednak czasu przynajmniej niektórzy z nich dysponują nowoczesnym pomiarem nie tylko zawartości tlenu w spalinach, lecz nawet zawartości w nich tlenku węgla i tlenków azotu. Wszyscy natomiast sporadycznie mogą dowiedzieć się ile jest tego tlenu ze sprawozdań z badań emisji szkodliwych substancji do atmosfery. W sprawozdaniach tych jak dotąd jest on oczywiście potrzebny wyłącznie do odniesienia ich ilości do tlenu przeliczeniowego O2 = 6 %. Dlaczego natomiast trzeba przeliczać, to już wynika z ułożenia się punktów zawartości tlenu w spalinach z wielu badań kotłów przy krzywej zależności współczynnika nadmiaru powietrza w spalinach od zawartości w nich tlenu na wykresie rys.14.
Natomiast w sprawie samego tego współczynnika, to w przywoływanej wcześniej książce profesora Teodora Wróblewskiego można przeczytać: ”Stosunek ilości powietrza rzeczywiście doprowadzanego do paleniska do ilości teoretycznej zwiemy współczynnikiem nadmiaru powietrza.” Również, że minimalna jego wartość dla paleniska z rusztem mechanicznym wynosi 1,3, przy którym na wykresie rys. 14 zawartość tlenu w spalinach wynosi około 4,8 %. Czytając dalej tą książkę można dowiedzieć się również, że pożądana wartość tego współczynnika ze względów ekonomicznych nie powinna przekraczać 1,7, odpowiadając zawartości 8,6 % tlenu na rys. 14. Natomiast całemu zakresowi zmiany tego współczynnika od 1,3 do 1,7 odpowiada ilość tlenu w polu zakreskowanym na rys. 14 i rys.15. W książce stoi także napisane, że wartość tego współczynnika „w kotłach starszego typu sięga 1,8 - 2,5, a nawet bywa większa”, która to informacja, jako pochodząca ze źródeł zagranicznych, pojawiła się już chyba w pierwszym wydaniu tej książki z 1953 r.
Polskie kotły rusztowe muszą być jednak wyjątkowo bardzo starego typu, ponieważ podczas badań w 1977 r. kotła parowego typu OR16, jako będącego wśród nich najmniej starego typu, wartość współczynnika nadmiaru powietrza dochodziła prawie do sześciu i nie schodziła poniżej wartości 3,2 (patrz rys, 12). Daleko więc mu było do zejścia poniżej wartości 1,7, jako pożądanej już ponad pół wieku temu ze względów ekonomicznych.
Współczynnik nadmiaru powietrza oznacza, że przy jego wartości 2 ilość doprowadzonego powietrza jest dwukrotnie wyższa od potrzebnej do spalenia węgla, przy wartości 3 jest trzykrotnie wyższa, i tak dalej, ze skutkiem jak to przedstawia rys. 15.
Krzywe współczynnika nadmiaru powietrza w spalinach z badań kotłów z paleniskiem warstwowym naniesione na rys.12 i rys. 13 (z jego wartością łatwo porównywalną z wartością tlenu w spalinach, przy korzystaniu z rys. 14), poza ogólną tendencją wzrostową przy obniżaniu wydajności kotła, cechuje nieprzewidywalny przebieg. Dowodzi to przede wszystkim również całkowicie nieprzewidywalnego efektu spalania w nich węgla na ruszcie, w związku z negatywnym oddziaływaniem na to spalanie własności fizyczno-chemicznych spalanego węgla.
W odróżnieniu od tych krzywych dla palenisk warstwowych, jednakowy przebieg zmiany wartości tego współczynnika mają krzywe z wykonanych w 1976 r. przez CBKK i w 1977 r. przez OBR GIGE badań kotłów amerykańskich z paleniskiem narzutowym firmy Detroit-Stoker naniesione na rys.12, z nieporównywalnie niższymi wartościami tego współczynnika. Zwiększanie się jego wartości z obniżaniem wydajności kotła, było spowodowane konstrukcyjną wadą amerykańskich palenisk narzutowych, jako pozbawionych strefowej regulacji powietrza podmuchowego.
Co natomiast dało wyposażenie polskiego paleniska narzutowego w taką regulację, to wynika również z rys. 12. Oceniając wyniki przebiegu krzywych wartości tego współczynnika z badań kotłów wyposażonych w polskie palenisko narzutowe, trzeba jednak wiedzieć, że pochodzą one z badań wykonanych w latach 1983 -1991, a więc nim inż. J. Kopydłowski zajął się dopracowywaniem samej konstrukcji rusztu w zastosowaniu zarówno dla palenisk narzutowych, jak i warstwowych. Również tylko badania jednego kotła zostały wykonane przy jego obecności, a większość z nich wykonały ówczesne Ośrodki Badawczo Rozwojowe GIGE, gdzie nie miano najmniejszego pojęcia o dostosowywaniu czynnej powierzchni rusztu do zmieniającej się wydajności kotła. Pozostanie jednak faktem, że mimo tego większość zmierzonych wartości tego współczynnika leży poniżej wartości 1,7, uznanej za górną pożądaną wartość ze względów ekonomicznych w książce profesora Teodora Wróblewskiego.
Na rys. 15 zostały naniesione wartości straty kotła w spalinach wylotowych wszystkich badanych kotłów, dla których na rys.12. rys.13 naniesiono wartości współczynnika nadmiaru powietrza w funkcji zmiany ich wydajności. Wartość straty w spalinach wylotowych na rzędnej wykresu rys. 15 to ta część energii cieplnej kilograma węgla doprowadzanego do kotła (wyrażana jego wartością opałową), która służy jedynie powiększaniu efektu cieplarnianego dwutlenkiem węgla emitowanym do atmosfery.
Cztery naniesione na rys. 15 krzywe straty wylotowej w funkcji temperatury spalin wylotowych 1500C, 2000C, 2500C i 3000C powstały w oparciu o obliczenia tej straty przy spalaniu węgla o wartości opałowej 20000 kJ/kg, z ekonomiczną stratą w odpadach paleniskowych 3 %. To, że część punktów z naniesionych na wykresie wartości strat z badań cieplnych kotła podaną dla nich temperaturą spalin wylotowych nie odpowiada krzywym wykresu, wynika przede wszystkim z tego że wartość straty wylotowej maleje ze wzrostem strat kotła w stałych odpadach paleniskowych.
Wyjaśnienie to powinno być zrozumiałe dla wszystkich, a nie tylko dla naukowców z IMiUE Politechniki Śląskiej. Im więcej bowiem niedopalonego węgla zawiera odprowadzany z rusztu żużel oraz lotny koksik unoszony z kotła ze spalinami, tym mniejsza jest ilość spalin powstająca ze spalania jednego kilograma węgla, a tym samym niższa wartość straty cieplnej w spalinach mających tą samą temperaturę co odpowiednia krzywa na wykresie. Na zróżnicowanie wartości strat wylotowych ma również wpływ, chociaż już nie tak duży, różna wartość opałowa spalanego węgla, zarówno jeśli jest ona większa od tej dla której zostały opracowane krzywe, jak i mniejsza. Rozrzut punktów z pomiarów w stosunku do wartości temperatury odpowiedniej krzywej może także wynikać z błędnego obliczenia samej straty wylotowej.
Każdy, kogo przypadkowo interesuje rozmiar strat cieplnych kotłów w spalinach odprowadzanych do atmosfery (również bezużyteczny wzrost emitowanego do atmosfery dwutlenku węgla pod większy efekt cieplarniany), może się w tym zorientować z rys.15, znając tylko temperaturę spalin i zawartość w nich tlenu.
Skutków spalania węgla w kotle z paleniskiem warstwowym z bardzo dużą zawartością tlenu w spalinach, a więc z bardzo dużym nadmiarem powietrza, nie dowodzi jednak sama wartość straty wylotowej - do łatwego odczytania z rys. 15. Wykazuje ona bowiem tylko procentowe niewykorzystanie z tego powodu energii doprowadzonej do kotła w wartości opałowej węgla. Do wytworzenia przez kocioł określonej ilości pary, lub podgrzania wody krążącej w sieci centralnego ogrzewania, trzeba bowiem mocy cieplnej będącej iloczynem uzyskiwanej przez kocioł sprawności i ilości doprowadzonego do niego węgla.
Jeśli więc przykładowo kocioł zamiast osiągać sprawność 90 %, osiąga tylko sprawność 45 %, to przy tej drugiej bardzo niskiej sprawności musi spalić dwa razy tyle węgla.
Te obie tak skrajne wartościowo sprawności to jednak polska rzeczywistość. Prawidłowo skonstruowany i eksploatowany kocioł z polskim paleniskiem narzutowym może bowiem osiągać sprawność powyżej 90 %, dodatkowo w bardzo szerokim zakresie zmiany jego wydajności.
Natomiast jak bardzo niska może być sprawność tysięcy eksploatowanych w Polsce kotłów z paleniskiem warstwowym, również wskutek spalania w nich węgla z ogromnym nadmiarem powietrza, to nikogo to przecież nie obchodzi, a „najśmieszniejsze” jest, że łącznie z ich uży- tkownikami.
Załączniki: Rys. 12, rys. 13, rys. 14 i rys. 15.
Do wiadomości:
1. Raciborska Fabryka Kotłów „RAFAKO”
ul. Łąkowa 31, 47-300 Racibórz
2. Sędziszowska Fabryka Kotłów „SEFAKO”
ul. Przemysłowa 9, 28-340 Sędziszów (-) Jerzy Kopydłowski
3. Fabryka Palenisk Mechanicznych,
ul. Towarowa 11, 43-190 Mikołów
4. Zakłady Urządzeń Kotłowych „Stąporków”
ul. Górnicza 3, 26-220 Stąporków
5. Biuro Techniki Kotłowej, ul Zagórska 83,
42-680 Tarnowskie Góry, mgr inż. Józef Wasylów,
mgr inż. Karol Machura.
6. Polska Dziennik Zachodni,
Z-ca Redaktora Naczelnego Stanisław Bubin.
7. Redakcja Energia i Budynek, ul. Świętokrzyska 20
00-002 Warszawa, Redaktor Naczelny inż. Mirosław Jankowski.
Także kilkudziesięciu PT Użytkowników kotłów z polskim lub
krajowym paleniskiem narzutowym oraz mających te kotły na stanie
i inni.
Przez co poza energetyką zawodową dysponuje ona kotłami o konstrukcjach pochodzących sprzed wojny i sięgających w zakresie kotłów o małych wydajnościach okresu wojen napoleońskich.
W zakresie zawartości tlenu do 6 %, są tam tylko punkty zawartości tlenu z badań sprzed kilkunastu lat kotłów z polskim paleniskiem narzutowym.
Ilość teoretyczna powietrza to taka, przy której cały tlen doprowadzony w powietrzu do spalania zostaje wykorzystany i nie ma go w ogóle w spalinach powstałych z procesu spalania jednego kilograma węgla doprowadzonego do paleniska; spalania, a nie spalenia węgla, ponieważ w dotychczasowych paleniskach warstwowych bywa, że pozostający z tego spalania koks stanowi bardzo duży udział w odpadach paleniskowych (patrz pismo z 2008.09.21 do IMiUE). Natomiast teoretyczną i rzeczywistą ilość powietrza odpowiadającą zawartości tlenu w spalinach może obliczyć każdy posługując się artykułem inż. J. Kopydłowskiego: Obliczanie ilości powietrza i spalin oraz ich składu (Drugi artykuł z serii: Obliczenia cieplne kotłów), GPiE nr 8÷9/1964 r .
Prawidłowo obliczone do jej określenia ilości spalin pokrywają się z wynikami według obliczeń z artykułu nr 8÷9 GPiE, co zostało wielokrotnie sprawdzone na początku lat siedemdziesiątych w Centralnym Biurze Konstrukcji Kotłów programem komputerowym, opracowanym tam wyłącznie dla prywatnych potrzeb inż. J. Kopydłowskiego.
Krzywe na wykresie obejmują jedynie pole zmierzonych strat wylotowych kotłów ze sprawozdań z ich badań z raczej odległej przeszłości. Jeśli występujących obecnie zawartości tlenu w spalinach wykres ten nie obejmuje, to jego krzywe można łatwo pociągnąć w górę o następujące dane: dla temperatury spalin 3000C przy nadmiarze 4 strata wylotowa wynosi 41 %, przy nadmiarze 5 wynosi 51 %, a przy nadmiarze 6 wynosi 61 %; dla temperatury spalin 2500C tym kolejnych nadmiarom odpowiadają straty: 34, 42 i 50 %. Również poszerzając odpowiednio wykres w prawą stronę w kierunku zawartości tlenu 21 %, przy której wartość współczynnika nadmiaru powietrza będzie zmierzała do nieskończoności, na co wskazuje już dotychczasowy charakter przebiegu krzywych na tym wykresie.
Jerzy Kopydłowski: Bilans cieplny kotła (Pierwszy artykuł z serii: Obliczenia cieplne kotłów), GPiE, nr 6/1964 r.
Może przynajmniej jeden z nich czegoś się w wreszcie nauczy.
2