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, 2011.09.11
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 174
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 druga.
Ustęp drugi: Jak bardzo naukowcom politechnicznym, współpracującym z kotłowymi szarlatanami, potrzebna byłaby wiedza przedmiotowa z książki, którą napisałby inż. J. Kopydłowski, to jednym z dowodów jest treść referatu naukowca z Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej pt. Wstępna ocena wpływu recyrkulacji powietrza podmuchowego na pracę kotła rusztowego.
a. Treść referatu miała przedstawiać (bo to nieprawda) efekt „stosowania systemu recyrkulacji powietrza podmuchowego, zasysającego nadmiarowe powietrze z wnętrza kotła rusztowego i mieszającego go z powietrzem podmuchowym, który to system recyrkulacji powietrza spalania (czytaj: powietrza do spalania) jest chroniony przez zgłoszenie patentowe [6].” W spisie literatury do niego pod poz [6] jest wymienione zgłoszenie patentowe P 383941, z rysunkiem i skrótowym opisem z Biuletynu Urzędu Patentowego przedstawionymi w Załączniku I.
Skrótowy opis (jako Rys 160c) napisany jest wyjątkowo nietechnicznym językiem, nawet do zrozumienia przez użytkowników kotłów. W przełożeniu na ten język, ów opis informuje, że istota wynalazku (zobrazowana Rys. 160a) polega na zastosowaniu w kotle dodatkowego wentylatora powietrza (10) z kanałem ssącym (9') podłączonym do przestrzeni (11) znajdującej się pod skrzynią podmuchową (powietrzną) rusztu oraz z kanałem (wylotowym) tłoczącym (9''), który na trzy różne sposoby:
- może być wprowadzony do kanału (6), z którego powietrze z wentylatora podmuchowego (7) tłoczone jest do stref podmuchowych (5) znajdujących się w skrzyni podmuchowej (4) - jako jedyne z rozwiązań pokazanych na rysunku;
- może być doprowadzony do instalacji powietrza wtórnego, z wentylatorem powietrza wtórnego (8);
- może mieć wylot do atmosfery.
Z tego skrótowego opisu można się także dowiedzieć, że „sposób likwidowania szkodliwych przedmuchów powietrza w kotle rusztowym polega na odprowadzaniu go z przestrzeni podrusztowej, znajdującej się na zewnątrz stref podmuchowych (5) (czytaj: czyli pod skrzynią podmuchową), jako dostającego się tam przez nieszczelności … .” Czyli polega on na odsysaniu fałszywego powietrza przez dodatkowy wentylator z przestrzeni lejów przesypu i lejów żużlowych znajdujących się pod skrzynią podmuchową, o czym jednoznacznie stanowi już Rys. 160a, na którym powietrze do dodatkowego wentylatora pobierane jest z górnej części leja żużlowego kanałem (9'). Jako zasysane stamtąd nie może być ono także „szkodliwym przedmuchem”, bo takowy może mieć miejsce tylko na powierzchni pokładu rusztowego.
Przewidziane opisem odprowadzanie odsysanego fałszywego powietrza także do instalacji powietrza wtórnego, a nawet do atmosfery, wyklucza przy tym uznanie tego sposobu przez autora referatu za „system recyrkulacji powietrza podmuchowego”, o czym nie mówi nawet tytuł wynalazku.
b. Aby natomiast wiedzieć skąd bierze się powietrze do odsysania sposobem według wynalazku P 383941, a nie takim o jakim mowa w referacie (patrz punkt d), to wystarczy zapoznać się z odpowiednimi fragmentami publikacji zamieszczonej w nr 2 z 1998 r. czasopisma Gospodarka Paliwami i Energią.
DOLNA CZĘŚĆ PALENISKA: Poniżej pokładu rusztowego znajduje się duża przestrzeń. W górnej części wypełnia ją tylko skrzynia powietrzna rusztu (czytaj: skrzynia podmuchowa, z umieszczonymi w niej strefami podmuchowymi), pozostawiająca dużo miejsca w części przedniej, tylnej i z dołu (czytaj: to pozostawione duże miejsce w opisie wynalazku zostało nazwane „przestrzenią podrusztową”). W konsekwencji tego, dostające się do tej przestrzeni z zewnątrz powietrze swobodnie przepływa nią w kierunku leja żużlowego. Stamtąd pod tylnym sklepieniem dostaje się do komory paleniskowej i miesza się ze spalinami bez wykorzystywania zawartego w nim tlenu do spalania węgla. Tymczasem w ocenach wyników pomiarów cieplnych kotłów jest ono traktowane jako część powietrza podmuchowego. Nie ma bowiem wpływu na różnicę zawartości CO2 lub O2 w spalinach mierzonych za komorą paleniskową i na wylocie z kotła, braną dotychczas za podstawę do oceny stopnia nieszczelności kotła.
Obudowa przodu rusztu: Przód rusztu poniżej kosza węglowego ma odejmowane pokrywy przednie i górne. Przednie trzeba odkręcać bardzo rzadko do wymiany łańcuchów pokładu rusztowego lub remontu wału napędowego. Bez zdjęcia pokryw górnych, nie można jednak nawet sprawdzić stanu rusztowin lub stwierdzić ich braku. …
Dalej znajduje się wyjaśnienie z jakiego powodu po wojnie „zjawiskiem nagminnym stała się konieczność częstej wymiany zniszczonych rusztowin oraz uzupełnianie ciągle wypadających … . Palacze bardzo szybko przestali więc zakładać pokrywy, zwłaszcza że założone nie pozwalały na obserwację stanu pokładu rusztowego. Problemu tego nie było w rusztach konstrukcji przedwojennej, w których pokrywy miały wmontowane szyby do obserwacji stanu powierzchni rusztu.
Autor artykułu, rozmawiając z osobami pełniącymi nadzór techniczny nad kotłownią, miał zwyczaj pytać czy podchodząc do kotła widzą pokład rusztowy. Regułą była odpowiedź twierdząca. A przecież widzieć go można tylko przy zdjętych pokrywach. Zdjęte górne pokrywy (odkręcane bywają również przednie) wystarczą do całkowitego rozszczelnienia kotła w części dolnej (czytaj: w obrębie owej „przestrzeni podrusztowej”).
Odprowadzanie przesypu i żużla spod rusztu: Przed wprowadzeniem do kotłowni nowoczesnej techniki odżużlania, nie było przyssania fałszywego powietrza od strony lejów pod rusztem. Leje żużlowe i leje przesypu przez ruszt (czytaj: przez pokład rusztowy) miały jak obecnie żeliwne zasuwy. Otwierano je tylko w celu opróżnienia ich zawartości do podstawianych koleb.
Rozszczelnienie kotłów przez wyloty lejów żużlowych i przesypu nastąpiło po zastosowaniu mokrego odżużlania. Układ mechanicznego odżużlania w swoich założeniach teoretycznych był szczelny, dzięki zagłębieniu zsypników spod zasuw pod lustro wody w odżużlaczu, a więc przez zastosowanie zamknięcia wodnego.
Głębokość zanurzenia zsypników musi jednak uwzględniać ruchowe wahania poziomu wody i maksymalny ciąg, jaki może powstać w leju przy niekontrolowanej pracy wentylatora wyciągowego. Do tego nie była przystosowana nawet wysokość wanny odżużlacza, nie mówiąc o braku regulacji poziomu wody.
Odżużlacze mechaniczne przystosowane są do pracy ciągłej. Nie można więc zamykać zasuw pod lejami. Tymczasem, już nawet przy niedostatecznym poziomie wody w wannie, otwiera się droga dla przepływu fałszywego powietrza przez zsypniki do przestrzeni pod rusztem (czytaj: do owej „przestrzeni podrusztowej”). W praktyce odżużlacze pracują nagminnie bez wody, lub z ilością potrzebną do zmoczenia żużla. Bywa i tak, że woda jest, natomiast w zsypnikach są otwory powstałe wskutek korozji blach.
Przewidując awarię odżużlacza, w zsypnikach spod lejów przewidziano boczne odgałęzienie. Osadzona wahadłowo klapa ma pozwalać na skierowanie żużla i przesypu do koleb podstawionych obok odżużlacza. Klapa nie odcina jednak całkowicie dopływu powietrza przez odgałęzienie już z tego powodu, że nie można zapewnić jej szczelności prostym sposobem. W praktyce zdarza się i tak, że w ścianach zsypników pozostają jedynie otwory po wałku klapy. Fałszywe powietrze dostaje się wtedy swobodnie do kotła, mimo że wanna odżużlacza jest wypełniona wodą do odpowiedniego poziomu. …
Jak niekorzystne w skutkach jest, uchodzące dotychczas uwadze rozszczelnienie dolnej części paleniska (czytaj: owej przestrzeni podrusztowej), dowodzi przypadek kotła sekcyjnego o wydajności 25 t/h pary. Był to jeden z trzech kotłów tego typu podłączonych do wspólnego wentylatora wyciągowego z silnikiem o mocy rzędu 150 kW. Pracował tylko jeden, mając zdjęte pokrywy osłaniające przód dwóch rusztów o szerokości po 2100 mm oraz dziurawe zsypniki żużla i przesypu do odżużlacza zgrzebłowego. … Po założeniu wszystkich pokryw zamykających przednią część rusztów i wykonaniu nowych zsypników, można było wyłączyć wentylator wyciągowy i przejść na ciąg naturalny, jaki dawał komin o wysokości około 60 metrów. (czytaj: oszczędzając od tego czasu na zużywaniu mocy przez silnik o mocy 150 kW wentylatora wyciągowego). Przed wojną kocioł ten pracował również na ciągu naturalnym.
Takie działania, mające na celu uszczelnienie „przestrzeni podrusztowej”, należało podjąć zamiast stosowania owego wynalazku zgłoszenie P 383941.
Zajmujący się profesjonalnie techniką kotłową nie zastosowałby wentylatora do odsysania fałszywego powietrza, dostającego się z zewnątrz do przestrzeni pod rusztem wskutek ciągu (podciśnienia) panującego w komorze paleniskowej. Bo to przecież tak przykładowo logiczne, jak wypompowywanie wody z wnętrza statku w związku z pozostawioną dziurą powstałą w jego burcie.
c. Odsysanie fałszywego powietrza przez dodatkowy wentylator, z następnym wykorzystywaniem go jako powietrza doprowadzanego do stref podmuchowych rusztu, równolegle z powietrzem dostarczanym przez wentylator podmuchowy, przede wszystkim destabilizuje proces spalania węgla na ruszcie.
Według opisu wynalazku P 383941 wydajność dodatkowego wentylatora (10) ma być regulowana od chwilowej wartości temperatury odsysanego powietrza.
Ta temperatura chwilowa musiałaby być zmieniającą się temperaturą fałszywego powietrza dopływającego z zewnątrz przy temperaturze panującej w kotłowni, a więc czasowo stałej.
Fałszywe powietrze zasysane z zewnątrz do przestrzeni lejów żużlowych i lejów przesypu w kotle z paleniskiem warstwowym normalnie wypływa do komory paleniskowej w tylnej jej części nad lejem żużlowym. Tam też skierowana jest na Rys. 160a strzałka prowadząca od poz. (9'), jako zaznaczająca wlot do kanału ssącego dodatkowego wentylatora. Mogłoby się więc ono nieco nagrzać do tego miejsca od rozgrzanego nawracającego pokładu rusztowego oraz od żużla spadającego z rusztu do leja żużlowego. Takie nagrzewanie miałoby jednak charakter stały.
O samej ilości przyssanego fałszywego powietrza decydują zmieniające się wielkości nieszczelności, którymi przykładowo może być czasowe otwieranie zasuw żużla i przesypu kotła z suchym odżużlaniem, oraz zmieniająca się wartość podciśnienia (ciągu) panującego w komorze paleniskowej.
Wielokrotnie jednak wyższe podciśnienie, od panującego w komorze paleniskowej, wytwarza dodatkowy wentylator. Wskutek tego wentylator ten, równolegle z zasysaniem od dołu raczej chłodnego fałszywego powietrza, zasysa od góry (z komory paleniskowej) bardzo gorące spaliny o temperaturze tym wyższej, im wyższe jest obciążenie kotła. Z jego wzrostem dodatkowo maleje udział fałszywego powietrza składającego z zasysanymi spalinami na mieszaninę tłoczoną przez ten wentylator, mającą z różnych powodów chwilowo zarówno bardzo różną temperaturę, jak i bardzo różną zawartość tlenu.
W skrzyni podmuchowej należy jednak utrzymać stałe ciśnienie w całym zakresie zmiany obciążenia kotła, o czym przy zastosowaniu dodatkowego wentylatora musiałaby decydować łącznie jego wydajność i wydajność wentylatora podmuchowego. Także mieszanina powietrza i spalin o chwilowo zmiennym składzie musi zapewnić odpowiednią stałą ilość tlenu dla spalającego się na ruszcie węgla. Jednego i drugiego - przy zastosowaniu dodatkowego wentylatora mającego odsysać fałszywe powietrze dostające się do przestrzeni pod rusztem, a odsysającego faktycznie wraz z nim spaliny z komory paleniskowej - zapewnić nie sposób.
Do doprowadzenia w mieszaninie powietrza i spalin ilości tlenu odpowiadającej ilości węgla spalanego na ruszcie, chwilowej zmianie wydajności dodatkowego wentylatora musiałaby odpowiadać nie tylko chwilowa zmiana wydajności wentylatora podmuchowego. Bowiem nawet gdyby się to udało dokonać współczesną automatyką, to w chwilowej zmianie wydajności obu wentylatorów należałoby jeszcze uwzględnić zmianę zawartości tlenu w zmieniającym się chwilowo składzie mieszaniny powietrza i spalin tłoczonej pod ruszt.
d. Dlaczego autor referatu na czas jego pisania nawet nie był świadom działania chybionego rozwiązania zgłoszonego do Urzędu Patentowego jako P 383941, to niemożliwość dojścia do tego wyjaśnia treść Załącznika III.
Według tego jak to działanie zwidziało mu się, a co przedstawia Rys. 160b (do porównania z Rys.160a) wraz z wyjaśnieniami treścią referatu :
1. Dodatkowy wentylator nie służy do odsysania fałszywego powietrza dostającego się z zewnątrz do przestrzeni lejów przesypu i żużla pod rusztem (faktycznie wraz ze spalinami z komory paleniskowej), lecz do odsysania powietrza z lejów tylnych stref podmuchowych, a wraz z nim spalin z komory paleniskowej. Z ich zasysaniem poprzez te leje, nad którymi znajduje się pokład rusztowy pokryty grubą warstwą dopalającego się, a przy niższych obciążeniach kotła całkowicie już wypalonego żużla - że to nie jest opowiadanie dowcipów, to wystarczy spojrzeć na Rys. 160b.
2. Mieszanina wszystkiego co tłoczą oba wentylatory (podmuchowy i dodatkowy) doprowadzana jest wyłącznie do siedmiu przednich stref podmuchowych, gdzie nad pierwszymi dwoma nic się nie pali. Nie jest natomiast doprowadzana do dwóch tylnych, z zasysanymi przez ich leje spalinami z komory paleniskowej, nad którymi także nic się nie pali.
Wytłumaczeniem celowości takiego doprowadzenia jest stwierdzenie w referacie: „zmniejszeniu ulega strumień spalin emitowanych z kotła, co prowadzi do zmniejszenia straty wylotowej fizycznej, jednocześnie nie ulega zmniejszeniu strumień gazów przepływających przez warstwę paliwa, co mogłoby prowadzić do zwiększenia straty w żużlu.”
3. Konieczność zastosowania dodatkowego wentylatora nie jest spowodowana nieszczelnościami kotła w obrębie lejów przesypu i żużla, lecz nieszczelnościami uszczelnień międzystrefowych rusztu i pozostałej jego konstrukcji. Te nieszczelności zdaniem autora referatu „prowadzą do nadmiaru powietrza w tylnej części kotła (czytaj: rusztu), którego konsekwencją jest wyższa emisja pyłów”, a także „uniemożliwiają pełną kontrolę ilości powietrza w poszczególnych strefach.”
Uzasadnieniem odsysania powietrza z tylnych stref podmuchowych oraz dodatkowo przez nie spalin z komory paleniskowej ma być:
- „ … dzięki zmniejszeniu (czytaj: całkowitemu odcięciu przepływu ) powietrza w tylnej części rusztu zmniejsza się ilość pyłów unoszonych z tej części rusztu.”
- „zassany zostaje tlenek węgla powstający nad końcem rusztu i zawrócony do strefy spalania, gdzie ma szansę ulec spaleniu.”
Ten tlenek ma powstawać „nad końcem rusztu”, a więc nad dwoma tylnymi strefami podmuchowymi z całkowicie odsysanym z ich lejów powietrzem, bez którego koks nie może utlenić się na tlenek węgla, a dodatkowo w miejscu gdzie te go koksu nie ma, jako „warstwy paliwa” - patrz treść przywołaną w pkt 2.
Samo odsysanie powietrza przez dodatkowy wentylator z lejów tylnych stref podmuchowych mogłoby służyć tylko odcinaniu wypływu powietrza spod nich przez pokład rusztowy, jako dopływającego do nich w odpowiednio skonstruowanym ruszcie w sposób niekontrolowany znany tylko autorowi referatu.
Jak bowiem wynika z Załącznika II, w kotle z zastosowaną sprzężoną regulacją dopływu powietrza do stref podmuchowych (patrz także część 173) wystarczy tylko odpowiednio przymykać dźwignię tej regulacji, aby od tyłu rusztu kolejno odcinać całkowicie dopływ powietrza do stref podmuchowych. Dowodzą tego zerowe wartości ciśnienia w strefach podmuchowych pod poz. 12÷14 Tabeli.
Załączniki: I - III (-) Jerzy Kopydłowski
Errata: W części 173 w pierwszy wierszu dolnego akapitu na pierwszej stronie nie powinno być pod strefami, lecz nad strefami.
Otrzymujący do wiadomości są tacy sami jak w części 173.
Wygłoszonego na XII Polish District Heating Forum, jakie odbyło się w dniach 14÷17 września 2008 r. w Międzyzdrojach, jako zorganizowanego przez Izbę Gospodarczą Ciepłownictwo Polskie.
Jerzy Kopydłowski: Jak zapobiec przyssaniu fałszywego powietrza do kotła, GPiE, nr 2/1998 r.
W skrótowym opisie wynalazku ma to brzmienie: „ … chwilowa wydajność wbudowanego w kanał wentylatora (10) jest proporcjonalna do chwilowej różnicy temperatury powietrza doprowadzanego do stref podmuchowych (5) i temperatury w dodatkowym kanale powietrznym (6). W opisie tym jest błąd, ponieważ dodatkowym kanałem powietrznym może być tylko oznaczony na Rys. 160a jako (9).
Powietrze przyssane do kotła z zewnątrz nazywane jest w terminologii kotłowej „fałszywym” ze względu na to, że dopływa do kotła przez różne nieszczelności jego ścian zewnętrznych, którymi są także pozbawione wodnego zamknięcia wyloty zsypów żużla i przesypu do odżużlacza zgrzebłowego.
O zasysaniu powietrza z lejów tylnych stref podmuchowych i jednocześnie przez nie spalin z komory paleniskowej stanowią i takie treści referatu: „układ recyrkulacji składa się z wentylatora zasysającego powietrze z tylnej części rusztu” oraz „ analizowana metoda poprawy działania kotła rusztowego poprzez zastosowanie recyrkulacji gazów (czytaj: spalin) z wnętrza komory spalania jest rozwiązaniem przynoszącym wiele korzyści … .”
Natomiast odwrotnie - bo o tym, że rozwiązanie według zgłoszonego wynalazku P 383941 dotyczyło odsysania fałszywego powietrza - stanowi i taka internetowa informacja z 2008 r.: Profesor Politechniki Śląskiej dr hab. inż. Andrzej S.... przeprowadził badania wstępne działania tzw. wentylatorów recyrkulacji powietrza podmuchowego (wentylatorów fałszywego powietrza). Zastosowanie tych wentylatorów na praktycznie wszystkich kotłach ciepłowni z Grupy Praterm, pozwoliło na zwiększenie efektywności energetycznej, a więc i zmniejszenie emisji CO2 o kolejnych kilka punktów procentowych.
Dlaczego całkowitemu odcięciu? Ano bo jeśli poprzez te leje są zasysane spaliny z komory paleniskowej, to w kierunku odwrotnym, czyli z lejów do komory paleniskowej nic płynąć nie może. Inaczej byłby także możliwy jednoczeny przepływ wody w korycie rzeki w dół i w górę. Zimnej wody z rzeki z normalnym przepływem w dół przydałoby się nie tylko autorowi owego referatu.
4