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, 2011.06.26 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 164

O powodach udaremniających poprawę losu polskiej energetyki przemysłowej i ciepłownictwa

Do ich przedstawienia bardzo pomocny okazał się Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej - część czternasta.

Wykazanie jak nieprawdziwe było stwierdzenie w 1997 r. przez naukowców z IMiUE, że „obecnie uważa się że kotły narzutowe (czytaj: konstrukcji CBKK) zostały opanowane eksploatacyjnie ...”,

bowiem przemysł kotłowy - bez udziału inż. J. Kopydłowskiego - pozostał całkowicie bez szans na prawidłowe rozwiązanie doprowadzenia powietrza do spalania w nich węgla - część pierwsza.

Nieprawidłowe pokrywanie rusztu węglem jest tylko jednym z głównych powodów czyniących niemożliwym prawidłową eksploatację kotłów z paleniskiem narzutowym konstrukcji CBKK, w sprawie którego naukowcy z IMiUE nie byli nawet w stanie wypowiedzieć się, jako umykającemu ich świadomości.

Drugim z głównych tego powodów, z niezdolnością do ówczesnego pojmowania przez nich, jest nieprawidłowe doprowadzenie powietrza do spalania węgla. Oni sami okazali się jedynie zdolni do wskazania jednego ze skutków tego, pisząc o „wzroście emisji tlenku węgla CO z kotłów rusztowych z paleniskiem narzutowym w stosunku do kotłów rusztowych posiadających palenisko warstwowe”, z napomknięciem, że powodem jest „lokalny brak powietrza”.

Pozostanie jednak faktem, że mimo powstania już sto lat temu pierwowzorów współczesnych palenisk warstwowych i narzutowych, nie ma dotąd teoretycznych podstaw ich konstruowania oraz eksploatacji, z podaniem uwarunkowań czyniących ją prawidłową, a nie kto inni, jak owi naukowcy w 1997 r. napisali także: „Kotły rusztowe z rusztem mechanicznym o odpowiedniej konstrukcji będą istniały tak długo, jak długo będzie wydobywany i spalany węgiel”. Jest także faktem, że na czas tego stwierdzenia i nadal spalanych jest go w nich w Polsce kilkadziesiąt milionów ton rocznie.

Pozostanie także faktem, że organizowane od 1997 r. przez IMiUE Politechniki Śląskiej owe „naukowo-techniczne konferencje” służyły wyłącznie reklamowaniu ignoranckich rozwiązań konstrukcyjnych oraz takich samych pomysłów na eksploatację kotłów rusztowych z paleniskiem warstwowym (wynikających z braku elementarnej wiedzy technicznej ich autorów), mogących powodować tylko dalsze zwiększenie jego zużycia, spowodowanego spalaniem z bardzo niską sprawnością - czego użytkownicy tych kotłów nie są nawet świadomi, będąc dodatkowo skutecznie otumaniani nie tylko konferencjami organizowanymi przez IMiUE Politechniki Śląskiej.

Ustęp dwudziesty siódmy:

a. Wymogiem stawianym palenisku kotłów jest równomierna intensywność spalania w całej przestrzeni komory paleniskowej przy jego obciążeniu maksymalnym, pod które dobierane są wszystkie urządzenia paleniska. Ma ona służyć skutecznemu odbieraniu ciepła przez rury pokrywające ściany komory paleniskowe, spalaniu z możliwie najmniejszym udziałem tlenków azotu w spalinach i zawartości pyłu (lotnego koksiku) unoszonego z nimi z komory paleniskowej. Także zapobieżeniu miejscowemu spiętrzeniu temperatury w komorze paleniskowej, wpływającemu niekorzystnie na cyrkulację wody w kotle parowym i przepływ wody w kotle wodnym, na trwałość samych rur części ciśnieniowej i fragmentów ścian komory wykonanych z materiałów ceramicznych.

W przypadku kotłów rusztowych można jednak mówić tylko o takiej równomierności na długości rusztu, ponieważ nawet w prawidłowo skonstruowanej komorze paleniskowej płomień ze spalanego węgla nie sięga zbyt wysoko. Spełnienie tego wymogu nie jest w nich zadaniem prostym, ponieważ w ich palenisku (zarówno narzutowym, jak i warstwowym) występuje wyodrębnione spalanie części lotnych (odgazowujących z węgla surowego) oraz koksu (w postać którego przechodzi węgiel stały w procesie odgazowania części lotnych). Na wyodrębnienie tego spalania nie ma żadnego znaczenia fakt, że w palenisku narzutowym do odgazowania z węgla części lotnych dochodzi w przestrzeni komory paleniskowej, a w palenisku warstwowym w warstwie węgla wprowadzanego na przemieszczającym się do tyłu pokładzie rusztowym.

W obu paleniskach do odgazowania części lotnych dochodzi w przedniej części komory paleniskowej (w palenisku narzutowym głównie), z koniecznością natychmiastowego ich spalenia. Niedostateczna ilość powietrza do tego spalania musi powodować spalanie niezupełne, objawiające się obecnością w spalinach tlenku węgla i sadzy.

W obu paleniskach spalaniu temu ma służyć t. zw. powietrze wtórne doprowadzone bezpośrednio do przestrzeni komory paleniskowej, a jedynym prawidłowym rozwiązaniem jest wprowadzenie go przez przednią jej ścianę. Z różnych powodów nie może służyć do tego część powietrza podmuchowego, jako doprowadzanego pod przednią część rusztu.

Tysiące polskich kotłów z paleniskiem warstwowym pozbawionych jest jednak konstrukcyjnie instalacji powietrza wtórnego, a w tych gdzie ją zastosowano pełni ona funkcję atrapy. Za takie w działaniu trzeba także uznać rozwiązanie zastosowane w kotłach z paleniskiem narzutowym konstrukcji CBKK. W żadnym ze znanych inż. J. Kopydłowskiemu ignoranckich rozwiązań i pomysłów na rzekome usprawnienie procesu spalania węgla w kotle rusztowych nie wzięto również pod uwagę możliwość dokonania tego prawidłowo skonstruowaną instalacją powietrza wtórnego. Do jej skutecznego działania stoi między innymi na przeszkodzie wadliwe rozwiązanie przedniej ściany komory paleniskowej dotychczasowych kotłów.

Do spowodowania prawidłowego spalania odgazowujących z węgla części lotnych na nic nie zdał się fakt, że najdoskonalsze w świecie rozwiązanie takiej instalacji konstrukcji inż. J. Kopydłowskiego, w zastosowaniu w palenisku narzutowym, powstało już w 1974 r.

b. Koks (w postać którego przechodzi węgiel stały w procesie odgazowania części lotnych) w palenisku warstwowym powstaje grubą warstwą (bo odpowiadającą warstwie węgla wprowadzanego na ruszcie) na przedniej części rusztu i następnie przemieszcza się na nim w kierunku tylnej ściany komory paleniskowej. Natomiast w palenisku narzutowym jest on rozsiewany wzdłuż całego rusztu (oprócz powstającego z odgazowania części lotnych z ziaren najdrobniejszych, które spalają się wraz z częściami lotnymi, lub unoszone są z paleniska w spalinach jako lotny koksik). W palenisku tym także sam proces odgazowania z węgla części lotnych kończy się po spadnięciu ziarna węgla na ruszt w tym większym stopniu im jest ono grubsze. Pozwala to na obniżenie w nim intensywności płomienia w przedniej części komory pochodzącego ze spalania części lotnych.

W obu paleniskach efektem prawidłowego spalania w nich węgla na samym ruszcie jest jednakowy kształt warstwy pokrywającej ruszt na jego długości. Zarówno w palenisku narzutowym jak i warstwowym, swoją wysokością przyjmuje ona kształt trapezu, którego wyższy bok (nawet o zbliżonej wysokości) znajduje się z przodu rusztu.

Całkowicie różny jest jedynie skład tej warstwy na długości rusztu.

W palenisku narzutowym (z pokładem rusztowym przemieszczającym się do przodu komory paleniskowej) z przodu rusztu na wyższy bok trapezu składa się wyłącznie sam żużel, którego grubość maleje stopniowo w kierunku do tyłu komory paleniskowej teoretycznie do zera. Pozostałe pole trapezu od góry stanowi cienka warstwa ziaren koksu oraz ziaren węgla z kończącym się w nich procesem odgazowania części lotnych, palących się na całej wysokości tej warstwy dzięki spadaniu na ziarna dopalające się już, jako narzucone wcześniej na warstwę wypalonego już żużla - z pozostawianiem kolejno po sobie żużla powiększającego stopniowo (wskutek przemieszczania się pokładu rusztowego do przodu) jego warstwę do wysokości wyższego boku trapezu, przy której to wysokości spada on z rusztu do leja żużlowego. Ilość koksu pozostającego do dopalenia się jest coraz mniejsza w kierunku do przodu komory paleniskowej, z kończeniem się jego spalania przed spadnięciem żużla do leja żużlowego, znajdującego się także z przodu.

Spalaniu się koksu sprzyja podgrzewanie się powietrza podmuchowego dopływającego spod rusztu przez warstwę leżącego na nim żużla. Natomiast powietrze podmuchowe, schładzając zarazem ten żużel, utrzymuje go w temperaturze poniżej temperatury mięknienia popiołu, zapewniając dzięki temu odpowiednią jego porowatość dla przepływu powietrza na całej długości rusztu w kierunku do przodu komory paleniskowej. Żużel, leżący w tym palenisku na spodzie pokładu rusztowego, ulega bowiem jedynie spieczeniu. Opór warstwy żużla dla przepływu przez nią powietrza można przy tym dowolnie regulować zmianą prędkości rusztu, co powoduje zmianę jej grubości.

W palenisku warstwowym (z pokładem rusztowym przemieszczającym się do tyłu komory paleniskowej) z przodu rusztu na wyższy bok trapezu składa się wyłącznie surowy węgiel wprowadzany na nim do paleniska spod kosza węglowego. Po jego wysuszeniu i odgazowaniu z niego części lotnych, przy którym węgiel stały przechodzi w koks, na dalszej części rusztu rozpoczyna się proces spalania tego koksu następujący od góry jego warstwy, z narastaniem nad nią w kierunku do tyłu rusztu coraz grubszej warstwy żużla.

Efektem tego, jeśli przy różnych uwarunkowaniach udaje się koks spalić całkowicie, krótszym bokiem trapezu jest wysokość warstwy żużla odpowiadająca udziałowi popiołu w spalanym węglu, pomniejszonemu o popiół zawarty w lotnym koksiku unoszonym z komory paleniskowej ze spalinami, którego w palenisku narzutowym nie nawraca się do paleniska do jego dopalenia.

W praktyce ruchowej już z samym przepływem powietrza podmuchowego przez grubą warstwę koksu, zaczynającą się od przodu rusztu, nie ma problemu tylko przy spalaniu węgla o odpowiedniej spiekalności, dającej porowaty spiek koksu i jednocześnie zwarty do stabilizowania jego warstwy na ruszcie. Natomiast węgiel niespiekający w procesie skoksowania ulega rozproszkowaniu, czego skutkiem w palenisku warstwowym są opisywane powstające na ruszcie bruzdy (na styku rzędów rusztowin) i kopce między nimi oraz kratery z całkowicie wydmuchanymi z pokładu rusztowego drobnymi ziarnami koksu. Całkowite odsłanianie pokładu rusztowego z koksu (działaniem strumienia powietrza wypływającego spod rusztu) ma także miejsce po bokach rusztu.

Taki obraz warstwy na ruszcie nie występuje przy spalaniu węgla niespiekającego się w palenisku narzutowym, ponieważ sama warstwa koksu na całej powierzchni rusztu jest bardzo niska, a pozostałą warstwę pokrywającą ruszt stanowi stabilna warstwa żużla, narastająca stopniowo od tyłu rusztu, gdzie takiemu jej powstawaniu sprzyja mało intensywny przepływ powietrza przez ruszt.

Proces spalania w palenisku warstwowym grubej warstwy koksu może następować tylko od góry z tego powodu, że inicjuje go temperatura płomienia spalających się nad nią części lotnych. Od powierzchni pokładu rusztowego koks jest dodatkowo schładzany wypływającym spod rusztu zimnym powietrzem podmuchowym. Natomiast pozostawiana u góry po spalającym się koksie coraz grubsza warstwa żużla od dołu nagrzewana jest palącym się pod nim koksem (utleniającym się w warstwie na tlenek węgla), natomiast od góry najpierw intensywnym płomieniem spalających się nad nią części lotnych, a dalej w kierunku tyłu komory paleniskowej płomieniem ze spalającego się nad koksem tlenku węgla. Samo spalanie się koksu jest przy tym najintensywniejsze w przedniej części komory paleniskowej, o czym informują rysunki we wszystkich książkach o kotłach.

Temperatura żużla gromadzącego się nad warstwą palącego się koksu - w odróżnieniu od paleniska narzutowego, gdzie żużel od początku jego gromadzenie się na ruszcie chłodzony jest dodatkowo przepływającym przez niego zimnym powietrzem podmuchowym - musi wskutek tego szybko osiągać nie tylko temperaturę mięknienia popiołu, lecz także temperaturę jego topnienia. Skutkiem tego jest przejście żużla w stan gąbczasty ( nie mówiąc o płynnym, z którego wzięło się „zlewanie się żużla na ruszcie”), blokujący dopływ powietrza spod rusztu, z przerywaniem procesu palenia się koksu. Bez obecności tlenu zawartego w powietrzu koks palić się nie będzie przy dowolnie wysokiej jego temperaturze. Odcinanie przepływu powietrza przez ruszt następuje tym szybciej, im niższe są temperatury przemian popiołu i większa jest zawartość w węglu skały płonnej (popiołu) oraz wyższe obciążenie kotła. Przyczynia się także do tego nieodpowiednie ukształtowanie dolnej części komory paleniskowej oraz niedostateczne pokrycie jej ścian rurami ekranowymi.

Węgiel spalający się na samym ruszcie znajduje się więc w sytuacji całkowicie odmiennej niż w palenisku narzutowym, gdzie coraz to nowe ziarna węgla spadają na ziarna już spalające się na ruszcie, natomiast samo powietrze podmuchowe nim dotrze do palącego się węgla przepływa przez warstwę rozżarzonego żużla nagrzewając się od niego do wysokiej temperatury, którą intensyfikuje spalanie węgla pokrywającego go od góry, przy jednoczesnym schładzaniu żużla odbieranym od niego ciepłem.

========================================================================

W zorientowaniu się o doskonałości procesu spalania węgla przy jego narzucie na ruszt powinna wystarczyć już sama świadomość efektu gromadzenia się w nim żużla pod warstwą węgla spadającego na całą powierzchnię rusztu, z jednoczesnym przemieszczaniem się jego pokładu do przodu paleniska, pod spalające się tam w przestrzeni komory paleniskowej odgazowujące z węgla części lotne.

Takie gromadzenie się żużla powinno służyć również do uświadomienia dlaczego w palenisku tym można w sposób bardzo ekonomiczny i bez żadnych trudności spalać węgiel o bardzo dużej zawartości skały płonnej (popiołu), w związku z faktem, że spalającym się na ruszcie ziarnom węgla nie przeszkadza w tym ilość leżących obok nich ziaren skały płonnej, spadających wraz nimi na warstwę żużla. Ze wzrostem zawartości popiołu w węglu wystarczy jedynie odpowiednio zwiększyć prędkość rusztu, aby zachować ten sam opór przepływu powietrza podmuchowego przez pokrywającą go warstwę żużla. Opór leżących na tej warstwie ziaren węgla, wspólnie ze spadającymi na nią ziarnami skały płonnej, jest znikomy.

Natomiast w sprawie głównego powodu złego spalania węgla w palenisku warstwowym powinien był już zorientować realizowany od 1975 r. (pochodzący z Zachodu) pomysł zastąpienia paleniska warstwowego paleniskiem fluidalnym, także z jego odmianą jako „igni-fluid”. Trwająca następnie kilkanaście lat jego realizacja przez krajowy przemysł kotłowy, niemogąca przynieść żadnego pozytywnego efektu, zmarginalizowała całkowicie działalność nad opanowaniem techniki spalania węgla przy jego narzucie na ruszt. Spalanie fluidalne miało wyeliminować gromadzenie się żużla na powierzchni spalającego się koksu, z żużlem pozostającym w rozdrobnieniu i jako takim przemieszanym z ziarnami spalającego się węgla.

(-) Jerzy 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. Kancelaria Prezesa Rady Ministrów 00-583 Warszawa; Aleje Ujazdowskie 1/3 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 Wrocławskiej.
	Każdego kto może uzupełnić treść opowieści lub ma uwagi do niej uprasza się o podzielenie się nimi, z gwarancją załączenia ich do kolejnej części opowieści dla zapoznania z nimi wszystkich otrzymujących ją. Uwaga do treści mgr inż. Andrzeja Chrzana, jako szefa Marketingu Zakładów Urządzeń Kotłowych „Stąporków”: „Swoista” gloryfikacja własnych rozwiązań polegająca na krytyce tego co ktoś wcześniej zaprojektował, dla mnie jako byłego projektanta, a obecnie Szefa Marketingu ZUK „Stąporków” S.A. jest zupełnie niezrozumiałe i w pewnych fragmentach otrzymywanych pism wręcz obraźliwe. Zastanawiam się … - dalej jak w części 156.

Jak dotąd, dzięki między innymi takich jak oni, ich tysiące eksploatowane w Polsce są akurat konstrukcji wyjątkowo nieodpowiedniej. Dzięki jeszcze komu oraz dlaczego obecnie nic w tej sprawie nie można zmienić, to do przedstawienia może nie starczyć czasu, bo dowodów na to ciągle przybywa.

Jest to kształt warstwy przy maksymalnym obciążeniu kotła, ponieważ przy jego obciążeniach częściowych za warstwą o kształcie trapezu, w kierunku do tyłu rusztu i zarazem tylnej ściany komory paleniskowej: w palenisku narzutowym ruszt pokrywa pozioma warstwa nawracanego na ruszt lotnego koksiku, a w palenisku warstwowym także pozioma warstwa wypalonego żużla.

4

---