Tarnowskie Góry, 2011-01-16

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 141

Powody pozostawienia polskich kotłów rusztowych w stanie zacofania technicznego z okresu pierwszych lat istnienia Peerelu.

G. O tym co przede wszystkim złożyło się

na całkowity brak w Polsce nowoczesnych kotłów rusztowych.

III. Trzecim (głównym) powodem była awanturnicza działalność Głównego Inspektoratu Go­spodarki Energetycznej i ówczesnego Ministerstwa Przemysłu Chemicznego - część 32.

Konferencje naukowo-techniczne organizowane przez IMiUE Politechniki Śląskiej od czasu powołania Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki dowodzą także jak ignoranckie jest podejście do roli powietrza wtórnego w kotle z rusztem łuskowym.

Ustęp siedemdziesiąty ósmy: Proces spalania węgla w palenisku z rusztem łuskowym nie ma swojego odpowiednika w żadnym innym przemysłowym procesie spalania węgla, nie mówiąc o procesach spalania pozostałych paliw konwencjonalnych, takich jak gaz i olej opałowy.

Już polska norma G-97002 informuje bowiem, że „zawartość części lotnych V^daf” w węglach typu 31; 32; 33 (uznawanych za „węgiel do celów energetycznych dla palenisk rusztowych … .”) wynosi ponad 28 %.

Natomiast według charakterystyk węgla z poszczególnych kopalń zawartość części lotnych V^daf wynosi:

• dla węgli typu 31: od 37 do 40 procent (sporadycznie 34÷36 %);

• dla węgli typu 32.1: od 39 do 40 procent;

• dla węgli typu 32.2: od 33 do 38 procent (sporadycznie 32 %);

• dla węgli typu 33: od 31 do 33 procent.

W palenisku kotła z rusztem łuskowym (zarówno warstwowym jak i narzutowym) owe części lotne w stanie gazowym pojawiają się nad przednią częścią rusztu jako efekt ich odgazowania z węgla, z pozostawieniem na samym ruszcie węgla stałego w postaci koksu. W sprawie tego, że proces odgazowania części lotnych przebiega z przodu rusztu, a więc i samego paleniska, na ogół wszyscy wszyscy są zgodni. Chociaż nie brakuje wyjątków, wykazanych treścią opowieści.

Nie odpowiada jednak stanowi faktycznemu żadne dotychczasowe schematyczne przedstawianie procesu spalania węgla, mające ilustrować jego przebieg na długości rusztu, a szczególnie przedstawiany prawidłowy przepływ powietrza przez ruszt. Jedną z niezgodności jest to, że w palenisku rusztowym, zarówno warstwowym jak i narzutowym, cały proces spalania się węgla na ruszcie kończy się tym bliżej przodu rusztu, im niższa jest wydajność (obciążenie) kotła.

Jest to między innymi powodem, że im niższe jest obciążenie cieplne kotła, tym bardziej jest zróżnicowana temperatura panująca w komorze paleniskowej na długości rusztu, którą nikt mający pojęcie o procesach cieplnych zachodzących w palenisku rusztowym nie będzie próbował uśredniać żadnym sposobem z przeczytanych w literaturze zagranicznej, z jednoczesnym mieszaniem zróżnicowanego składu spalin jeśli chodzi o zawartość w nich tlenu.

Przy niższych obciążeniach kotła w palenisku warstwowym w kierunku do tyłu rusztu znajduje się na nim już tylko warstwa żużla. W palenisku narzutowym na tylnej części rusztu może zalegać tylko niepaląca się jeszcze warstwa nawracanego lotnego koksiku, przemieszana z największymi ziarnami węgla, a głównie skały płonnej, lecącymi najdalej jako wyrzucane przez narzutniki. Ten obraz nie dotyczy kotłów z krajowym paleniskiem narzutowym konstrukcji byłego CBKK, a szczególnie z procesem spalania w nich węgla zgodnie z teorią „zimnego spalania” autorstwa PT Naukowców z IMiUE Politechniki Śląskiej, a także większości tysięcy kotłów z paleniskiem warstwowym pracujących przy przekroczonym granicznym obciążeniu rusztu (patrz część 140).

Drugim powodem jest to, że od czasu kiedy na ruszcie łuskowym spalany jest węgiel o tak dużym stopniu rozdrobnienia jak ma to miejsce obecnie, proces odgazowywania części lotnych następuje na stosunkowo krótkim odcinku rusztu, który zmienia się proporcjonalnie do zmiany wydajności (obciążenia) kotła. Do samego procesu odgazowania części lotnych, następującego w warstwie węgla wprowadzanego na ruszcie do paleniska, nie potrzeba przy tym żadnego przepływu powietrza przez nią, które jako przepływające w tym miejscu przez ruszt może tylko ograniczać proces zarówno wysuszenia węgla, jak i spowalniać sam proces odgazowywania części lotnych.

Nad tym krótkim odcinkiem z przodu rusztu wydzielają się z węgla części lotne w ilości odpowiadającej trzeciej części energii doprowadzonej w węglu, jako wykorzystanej w prawidłowym procesie jego spalania. W miarę jednak jak rosną straty w stałych odpadach paleniskowych, pomniejszające ilość energii wykorzystanej ze spalania koksu, udział energii pochodzącej ze spalania części lotnych stopniowo rośnie. Przy wysokiej stracie niecałkowitego spalania, powstającej przykładowo przy pracy paleniska z przekroczonym granicznym obciążeniem cieplnym rusztu, bo od pewnego czasu są także inne powody, udział powietrza potrzebnego do spalenia z samego przodu paleniska części lotnych może znacznie przekraczać nawet połowę jego ilości wykorzystanej do spalenia węgla.

Powietrze wtórne służy przy tym do spalania części lotnych, będących takim samym gazem, jak przykładowo gaz ziemny. Za składniki odgazowanych z węgla części lotnych uważa się bowiem takie węglowodory jak CH₄ i C₂H₂ oraz wodór H₂. Służące temu spalaniu powietrze wtórne ma spełniać taką samą rolę jak powietrze do spalania gazu ziemnego w kotle gazowym, a to już stanowi, że powinno być doprowadzone z tak samą dużą prędkością jak w palniku gazowym. Powietrze doprowadzane w tym miejscu przez ruszt może się natomiast snuć tylko jak przysłowiowy smród po gaciach, bo z prędkością przepływu spalin w kierunku do góry komory paleniskowej.

Powietrze podmuchowe doprowadzane pod ruszt powinno służyć wyłącznie do spalania leżącego na ruszcie koksu pozostałego z procesu odgazowania części lotnych. Jako doprowadzane poza strefą ich odgazowywania, a więc poza przednią częścią rusztu, powinno być przy tym dozowane w kierunku do tyłu rusztu w taki umiarkowany sposób, aby intensywnym procesem utleniania koksu na tlenek węgla (CO), z następnym jego spalaniem na dwutlenek węgla (CO₂), nie spowodować w palenisku warstwowym za strefą spalania się części lotnych nadmiernego spiętrzenia temperatury nad żużlem gromadzącym się coraz to grubszą warstwą nad leżącym na ruszcie koksem, ze skutkiem podanym w części 140. Krzywa ilości powietrza prawidłowo doprowadzanego pod ruszt w żadnym przypadku nie powinna więc przyjmować kształtu kopca, jak to przedstawia się w wydawnictwach książkowych, z bezmyślnym powielaniem.

Doprowadzenie powietrza wtórnego do paleniska rusztowego znalazło swoje prawidłowe rozwiązanie dopiero w polskim palenisku narzutowym, gdzie jest ono konsekwentnie wprowadzane w całości tuż ponad oknami wylotu węgla z narzutników.

W palenisku tym nie ma przy tym takiego spiętrzenia z przodu odgazowanych części lotnych jak w palenisku warstwowym, ponieważ proces odgazowania części lotnych ze wszystkich większych ziaren węgla kończy się dopiero po ich opadnięcie na ruszt - według zasady, że im większe, a więc z mniejszą intensywnością odgazowywania - to lecą one dalej do tyłu rusztu. Ich spalaniu, jako rozłożonemu na dużej powierzchni rusztu, służy z powodzeniem powietrze podmuchowe.

W palenisku warstwowym odpowiednio doprowadzonego powietrza wtórnego z przodu rusztu powinno więc być więcej.

Nad intensywnością spalania odgazowanych z węgla części lotnych panować już nie można (tak samo jak nad intensywnością spalania gazu wypływającego z palnika), a jedynie trzeba im dostarczyć powietrza do tego spalania - w odpowiedniej ilości i w odpowiednim miejscu. Przede wszystkim jednak wzorując się na zasadzie doprowadzenia powietrza palnikami gazu i oleju opałowego, a nawet węgla w postaci pyłu węglowego oraz biorąc pod uwagę, że spalanie odgazowanych z węgla części lotnych przebiega w palenisku rusztowym miejscowo, a nie w całej przestrzeni komory paleniskowej.

Tylko w palenisku narzutowym można do ich spalania wykorzystać nadmiar powietrza przepływającego przez ruszt na długości dopalania się koksu, a także pokrytej już tylko żużlem. Jednak wyłącznie z tego powodu, że ma to miejsce z przodu paleniska, w związku z przemieszczaniem się rusztu w kierunku odwrotnym niż w palenisku warstwowym, oraz dodatkowo z żużlem znajdującym się pod spalającym się na nim koksem. Ten nadmierny przepływ powietrza podmuchowego z przodu paleniska narzutowego nie może mieć negatywnego wpływu ani ani na proces wysuszenia węgla wprowadzanego do paleniska, ani na proces odgazowywania części lotnych, a przede wszystkim na rozmiękczenie żużla na ruszcie.

W tysiącach polskich kotłów z paleniskiem warstwowym, jeśli są one nawet wyposażone w archaiczne instalacje powietrza wtórnego, to z reguły służą one jako atrapa, a jeśli działają, to jedynie zwiększają nadmiar powietrza doprowadzanego do kotła pod jeszcze większe obniżenie jego sprawności stratą ciepła w spalinach odprowadzanych do atmosfery.

Ustęp siedemdziesiąty dziewiąty: Uczestnicy konferencji naukowo-technicznych organizowanych przez IMiUE mogli się natomiast przede wszystkim dowiedzieć, że powietrze wtórne w kotle rusztowym służy głównie do wymieszania spalin bogatych w tlen ze spalinami ubogimi w niego. Dodatkowo w górnej części komory paleniskowej, gdzie w kotle rusztowym nic się już nie udaje spalić.

a. Jak ignoranckie jest podejście do roli powietrza wtórnego w CBKK S.A., to można zorientować się z referatu na konferencję naukowo-techniczną zorganizowaną w 1997 r. (str. 52):

„W palenisku (czytaj: warstwowym) wyposażonym w ruszt taśmowy lub łańcuchowy, na który paliwo podawane jest w postaci warstwy, ma miejsce przejrzysty podział procesu spalania na całej długości rusztu. W kierunku posuwu rusztu, tj. od przodu do tyłu rusztu, następują kolejno następujące procesy: nagrzewanie oraz suszenie, odgazowanie, zapłon, spalanie i wypalanie koksu. Procesy te są mocno uzależnione od zawartości części lotnych w węglu (czytaj: kiedy w kotłach rusztowych spalane są głównie węgle typu 31 i 32, z praktycznie jednakową zawartością części lotnych, natomiast o spiekalności węgla, która przede wszystkim warunkuje proces jego spalania w kotle z paleniskiem warstwowym, nie ma ani słowa) i do nich dopasowuje się podział powietrza pierwotnego za pomocą stref. … Przebieg spalania na wysokości warstwy paliwa jest jednoznaczny: Procesy spalania rozpoczynają się w górnej części i przechodzą do wewnętrznej warstwy. Podawane powietrze dzieli się na pierwotne i wtórne.

… W warstwowych paleniskach rusztowych powietrze wtórne służy nie tylko jako dostawca tlenu, ale przede wszystkim także do wymieszania bogatych i ubogich w O₂ spalin w komorze paleniskowej. Zadania te mogą też spełniać recyrkulowane spaliny, które są wdmuchiwane przez dysze na wysokości dotychczasowego powietrza wtórnego.

b. Natomiast z referatu na konferencję naukowo-techniczną zorganizowaną w 2007 r. (str. 267) pochodzącego z „SEFAKO” można dowiedzieć się o „numerycznie symulowanym” poziomym wirze spalin i płomienia w komorze paleniskowej za pomocą powietrza wtórnego:

„Analizie numerycznej (Politechnika Częstochowska) poddano płomień i strumień spalin w komorze paleniskowej kotła. Wyniki symulacji numerycznej wykazały, że w tradycyjnej komorze paleniskowej powstają przepływy wsteczne spalin.

Inspiracją do poszukiwania nowej organizacji spalania było nowatorskie rozwiązanie ECOTUBES zaproponowane przez szwedzką firmę ECOMB AB. Idealny obraz komory spalania kotła rusztowego zakłada istnienie dwu stref. Strefa pierwsza - nadrusztowa traktowana jest jako reaktor, w którym powinno się zrealizować doskonałe wymieszanie produktów spalania na ruszcie. W strefie drugiej (nad pierwszą), powinny panować jednorodne warunki hydrodynamiczne zbliżone do przepływu w reaktorze z przepływem laminarnym tłokowym. Chodzi o uzyskanie bardzo dużych szybkości spalania objętościowego, z czym trudno się nie zgodzić.

Rozwiązanie idealnej komory spalania przez ECOTUBES wydawało się nam zbyt skomplikowane. Po wprowadzeniu wiru poziomego koncentracja węglowodorów, O₂ , CO, oraz innych produktów spalania (w strefie pierwszej) ujednorodniła się. Wyrównały się prędkości spalin w strefie drugiej. Rozciągnęło się jądro płomienia. Stosując wir poziomy uzyskano rezultat podobny do ECOTUBES.”

Brakowało tylko stwierdzenia, że dzięki owemu „wirowi poziomemu” uzyskano doskonałe wyniki spalania w palenisku, ze zbliżeniem się z ilością powietrza do odpowiadającej jego teoretycznemu zapotrzebowaniu - tak samo oczywiście symulowane, jak wszystko pozostałe.

Wobec faktu, że jednym ze sposobów na zmniejszenie zalewania koksu roztopionym żużlem, pod którym nie ma on szans na spalenie się, jest maksymalne wyekranowanie (pokrycie rurami) bocznych ścian komory paleniskowej nad rusztem, w referacie tym na str. 272 jest i taki „kwiatek”:

„Obmurze kotła stanowi sklepienie zapłonowe i wyłożenie ekranów bocznych w obszarze zapłonu węglowodorów. … Wyłożenie obmurzem ekranów bocznych (czytaj: nałożenie betonu ogniotrwałego na rury ekranów bocznych, aby nie odbierały ciepła od spalin) pozwala utrzymywać temperaturę w tym obszarze powyżej temperatury zapłonu węglowodorów. Pozwala to na dość szerokie rozciąganie początku zapłonu bez zagrożenia zgaśnięcia węgla”

(czytaj: który jako koks musi zgasnąć z braku przepływu powietrza przez niego, uniemożliwionego pokryciem koksu w palenisku warstwowym najpierw żużlem rozmiękczonym, a następnie zestalonym w kierunku do tyłu rusztu w zwartą płytę.)

c. Jakie niestworzone brednie w sprawie roli powietrza wtórnego w palenisku rusztowym może wypisywać naukowiec politechniczny, to dowodzi pochodząca już z 1986 r. treść dotycząca techniki spalania węgla w palenisku narzutowym:

„Zmierzać się powinno do prowadzenia ruchu (czytaj: paleniska narzutowego) ze współczynnikiem nadmiaru powietrza dla komory paleniskowej 1,3-1,35, przy czym powietrze dostarczane przez ruszt winno mieć wartość bliska 1,1. Przyrost obejmujący powietrze wtórne oraz powietrze pochodzące z nawrotu lotnego koksiku nie powinien przekraczać wartości 0,2-0,25.

W innym przypadku [powietrze wtórne z tylnej ściany ekranowanej (czytaj: wprowadzone przez tylną ścianę komory paleniskowej) kieruje gazy spalinowe z tylnej strefy rusztu, tj. tam gdzie następuje stosunkowo silne wydzielanie się części lotnych, w kierunku ekranu przedniego (czytaj: w każdym palenisku z rusztem łuskowym odgazowywanie z węgla części lotnych nie ma miejsca z tyłu komory paleniskowej, lecz z przodu). W ten sposób uzyskujemy intensyfikację procesu mieszania produktów niezupełnego spalania i dopalania sadzy.]

(czytaj: z treści zdania oraz z następnego wynika, że nie może w nim być pierwszych słów: W innym przypadku …,lecz tylko treść ujęta w klamry).

Wymieszanie wydzielonych, bogatych w części lotne gazów spalinowych z tylnej części komory, zawierających tlenek węgla, wodór, węglowodory (czytaj: które mogą znajdować się tylko odwrotnie, bo z przodu komory paleniskowej), z nadmiarowym tlenem w końcowej części rusztu i tlenu z nadmuchu dysz ekranu przedniego (czytaj: z dysz powietrza wtórnego umieszczonych na przedniej ścianie komory paleniskowej), powinno spowodować właściwy przebieg procesu spalania w zawieszeniu i na ruszcie oraz prowadzenie procesu w sposób zbliżony jak dla kotłów pyłowych.”

Ustęp osiemdziesiąty: W referatach na owe konferencje naukowo-techniczne pojawiają się także, chociaż wyjątkowo rzadko, stwierdzania całkowicie logiczne:

a. Z referatu na konferencję w w 2007 r. ( str. 35) można dowiedzieć się:

„W procesach zanieczyszczania się powierzchni ogrzewalnych kotła niedoceniane jest znaczenie powietrza wtórnego w kotłach rusztowych. Powietrze takie jest dla paliw o dużej zawartości części lotnych bardzo istotne. Szybkie wydzielanie się tych części pod sklepieniem zapłonowym daje lokalny niedobór powietrza opałowego (czytaj: do spalania) i oprócz CO generuje znaczące ilości bardzo drobnej sadzy. Sadzę trudno jest spalić mimo nadmiaru powietrza w dalszych obszarach kotła.”

b. Z referatu na konferencję w w 2007 r. (str. 98), autorstwa naukowców z Politechniki Wrocławskiej, można dowiedzieć się:

„Od miejsca zsypu węgla na ruszt (czytaj: czyli od przodu komory paleniskowej), w kierunku posuwu rusztu następują kolejno procesy nagrzewania i suszenia, odgazowania, zapłonu i spalania części lotnych oraz zapłonu i wypalania koksu.

Wydzielone części lotne spalają się w przedniej części komory w pobliżu ściany frontowej przy pomocy tlenu doprowadzonego z powietrzem „wtórnym”.

Koks zalegający w warstwie spala się na ruszcie przy pomocy przepływającego strumienia powietrza „pierwotnego” podanego do stref podmuchowych. Koks na ruszcie musi tworzyć jednorodną strukturalnie porowatą warstwę o tej samej lub bardzo zbliżonej reakcyjności. Podobna na całej szerokości reakcyjność koksu zapewnia zbliżoną szybkość ubywania koksu, a więc zbliżoną strukturę wymiarową porów warstwy koksu na ruszcie. Konsystencja warstwy na całej szerokości rusztu w danej strefie podmuchowej jest tak zbliżona do siebie, że przepływ powietrza podmuchowego jest w całej strefie jednorodny

Treścią tego ustępu są oczywiście tylko trafnie sprecyzowane wymagania dla prawidłowego przebiegu procesu spalania koksu na ruszcie poza strefą odgazowania z węgla części lotnych z przodu komory paleniskowej.

Nie powinno być miejsc o mniejszych lub większych oporach przepływu, nie tworzą się (czytaj: nie powinny tworzyć się) bruzdy i kratery, w pobliżu których powstają pryzmy wydmuchiwanego lotnego koksiku, przez które (czytaj: nie przez pryzmy, tylko przez znajdujące się między nimi bruzdy) przepływa bezużyteczne powietrze niebiorące udziału w procesie spalania, co zwiększa dodatkowo unoszenie lotnego koksiku z rusztu, który w górnych częściach komory nie ma możliwości dopalić się. Niejednorodnie upakowana warstwa koksu na ruszcie licznymi kraterami i bruzdami jest przyczyną generowania straty niezupełnego (czytaj: niecałkowitego) spalania z uwagi na unoszony przez spaliny lotny koksik oraz straty kominowej z uwagi na ucieczkę powietrza, które nie bierze udziału w procesie spalania koksu.

Zawartość części mineralnych podawanych łącznie z paliwem na ruszt nie hamuje procesu spalania o ile charakterystyka topliwości popiołu, a zwłaszcza temperatura mięknięcia i temperatura topliwości nie wpływają na wzrost szlakowania kotła. … Proces spalania powinien być tak prowadzony na ruszcie, aby następowało całkowite i zupełne spalanie, aby nie następowało szlakowanie powierzchni ogrzewalnych i aby nie były generowane w dużych ilościach substancje szkodliwe dla otoczenia i aby ilość doprowadzonego powietrza do spalania była bliska ilości stechiometrycznej.”

Stworzeniu rozwiązań po to aby tak się mogło dziać inż. J. Kopydłowski poświęcił swój czas liczony w wielu latach.

(-) J. Kopydłowski

Do wiadomości: 1. Raciborska Fabryka Kotłów „RAFAKO” ul. Łąkowa 31; 47-300 Racibórz 2. Sędziszowska Fabryka Kotłów „SEFAKO” ul. Przemysłowa 9; 28-340 Sędziszów 3. Fabryka Palenisk Mechanicznych ul. Towarowa 11; 43-190 Mikołów 4. Zakłady Urządzeń Kotłowych „Stąporków” ul. Górnicza 3; 26-220 Stąporków 5. Krajowa Agencja Poszanowania Energii ul. Mokotowska 35; 00-560 Warszawa 6. Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska ul. Powstańców 41 a; 40-024 Katowice W wiadomej sprawie: 1. JM Rektor Akademii Górniczo-Hutniczej 2. JM Rektor Politechniki Białostockiej 3. JM Rektor Politechniki Częstochowskiej 4. JM Rektor Politechniki Gliwickiej

7. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja ul. Czackiego 3/5, 00-043 Warszawa 8. Energetyka, Redakcja ul. Jordana 25; 40-952 Katowice 9. 10. Izba Gospodarcza Ciepłownictwo Polskie ul. Eligijna 59, 02-787 Warszawa Także kilkudziesięciu PT Użytkowników kotłów z polskim lub krajowym paleniskiem narzutowym i mających te kotły na stanie oraz kilkuset innych. 5. JM Rektor Politechniki Krakowskiej 6. JM Rektor Politechniki Łódzkiej 7. JM Rektor Politechniki Poznańskiej 8. JM Rektor Politechniki Warszawskiej 9. JM Rektor Politechniki Wrocławskie

Każdego kto może uzupełnić treść opowieści lub ma uwagi do niej uprasza się o podzielenie się z nimi, z gwarancją załączenia ich do kolejnej części opowieści dla zapoznania z nimi wszystkich otrzymujących ją. Uwaga do treści Rzecznika Odbiorców Paliw i Energii URE: „Poruszane przez Pana zagadnienia dotyczą zagadnień sprzed rozpoczęcia działalności Prezesa URE, który został powołany w 1997 r. na mocy ustawy z dnia 10 kwietnia 1997 r. … .”

W stanie bezwodnym i bezpopiołowym.

Inż. J. Kopydłowski modernizując pierwszy kocioł WR10-010 z zachowanym paleniskiem warstwowym, przez konstrukcyjne odcięcie dopływu powietrza do pierwszych stref podmuchowych, spowodował odgazowywanie części lotnych poza jego sklepieniem zapłonowym. Natomiast w kolejnej dokumentacji modernizacji tego kotła pozbawił go całkowicie sklepienia zapłonowego, dokładnie pokrywając rurami zarówno dolne części bocznych ścian komory paleniskowej, jak i pionową jego ścianę przednią, którą zastąpił owe sklepienie zapłonowe.

Doc. dr inż. Rudolf Ż...... (Politechnika Wrocławska): Ogólna charakterystyka palenisk narzutowych oraz wymagania stawiane paliwu dla tego typu palenisk.

5

---