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, 2012.02.26
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 195
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 dwudziesta trzecia.
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 - mógł zrodzić się z samej nieświadomości skutków intensywnego spalania węgla w przedniej części komory paleniskowej.
Ustęp osiemnasty.
a. Twórca polskiego paleniska narzutowego - zapytany dlaczego od 1973 r. dążył nieprzerwanie do maksymalnego udoskonalenia światowej techniki takiego sposobu spalania węgla - od dziesięciu lat wystarczającą według niego odpowiedź miałby tylko jedną: ponieważ w palenisku narzutowym żużel gromadzi się pod spalającym się na ruszcie węglem.
1. Żużel, jako gromadzący się w palenisku narzutowym pod warstwą spalanego węgla, od dołu schładzany jest strumieniem powietrza dopływającego spod rusztu, a z góry osłaniany jest od promieniowania płomienia w komorze paleniskowej narzucanym stale węglem. Dodatkowo, warstwa tego żużla pogrubia się stopniowo w kierunku do przodu komory paleniskowej, gdzie intensywność spalania węgla zarówno w palenisku narzutowym, jak i warstwowym jest największa.
Sposób gromadzenia się żużla w palenisku narzutowym zapewnia więc (niezależnie od wysokości temperatur przemian popiołu) osiąganie przez niego tylko temperatury spiekania się, przy której pozostaje zarówno zwartym, jak i dostatecznie porowatym dla przepływu powietrza.
Sama zwartość warstwy żużla o odpowiedniej grubości, którą w odróżnieniu od paleniska warstwowego można swobodnie regulować zmianą prędkości rusztu, powoduje że stwarza on podstawowy opór dla przepływu powietrza podmuchowego. Dzięki temu uniemożliwia on rozdmuchiwanie wszystkiego co składa się na warstwę leżąca na ruszcie na styku rusztowin i po bokach rusztu. Temu skutecznie dodatkowo zapobiega możliwość spalania węgla przy niskim ciśnieniu powietrza podmuchowego, na co pozwala zarówno porowata struktura żużla jak i bardzo niska warstwa spalającego się na nim węgla.
2. W palenisku warstwowym przy spalaniu węgla niespiekającego się, po odgazowaniu z węgla na przodzie rusztu części lotnych, cała warstwa pokrywająca ruszt składa się bardzo drobnego koksu, kiedy w palenisku narzutowym znajduje się w tym miejscu zwarta warstwa porowatego żużla, często znacznie cieńsza, pokrytego już tylko cienką warstwą dopalającego się koksu.
Zachowanie równomiernego pokrycia rusztu początkowo tylko bardzo drobnym koksem, przemieszanym ze skałą płonną o bardzo różnym składzie ziarnowym, może zapewnić tylko bardzo równomierny przepływ powietrza przez całą powierzchnię rusztu. Ruszt stanowią jednak biegnące wzdłuż niego rzędy rusztowin, a między każdym ich rzędem znajdują się szczeliny, po to aby rusztowiny wydłużające się pod wpływem temperatury z braku miejsca do tego nie wypiętrzyły się w górę, co spowodowałoby szybkie ich zniszczenie. Bardzo niska, a często wręcz prymitywna, kultura eksploatacyjna przede wszystkim nie zapewnia jednakowej długości rusztowin, będącej dostateczną przeszkodą w tym aby ruchowe wielkości szczelin między rusztowinami zapewniały tylko minimalną przerwę niezbędną dla bezpieczeństwa samych rusztowin. Tam gdzie między rusztowinami występują większe przerwy, musi dojść do znacznie intensywniejszego przepływu powietrza, ogałacającego w tym miejscu całkowicie pokład rusztowy, z usypaniem kopców po bokach oraz wydmuchaniem ziaren koksu do góry, z następnym ich unoszeniem jako lotnego koksiku w spalinach w górę komory paleniskowej.
Duże szczeliny z reguły występują także po bokach rusztu, gdzie pokład rusztowy musi przemieszczać się wzdłuż nieruchomych uszczelnień bocznych. W kotłach z ciężkim pokładem rusztowym także nie dba się o zachowanie w tym miejscu możliwe małych szczelin. Natomiast w przypadku wszystkich odmian rusztów z lekkim pokładem, do tej pory nie skonstruowano żadnego z prawidłowo rozwiązanymi uszczelnieniami bocznymi. Ogałacanie pokładu rusztowego po bokach silnym strumieniem powietrza wypływającego przez nadmierne przerwy w uszczelnieniach bocznych bierze się za skutek separacji węgla przy jego zsypywaniu do kosza węglowego. Zaowocowało to między innymi takim pomysłem, jak wózek rewersyjny, mający ową separację eliminować. Oczywiście przy spalania miału węglowego o bardzo dużym rozdrobnieniu, a więc o dużej spoistości, która taką separację wyklucza.
Nierównomierny przepływ powietrza przez ruszt na jego szerokości powodują także wszystkie pomysły na boczny wlot powietrza do stref podmuchowych.
Warstwę powstałego bardzo drobnego koksu mogłaby stabilizować warstwa gromadzącego się na niej żużla. Po odgazowaniu z węgla części lotnych, ten żużel na ruszcie przemieszczającym się do tyłu dopiero zaczyna powstawać. Przy silniejszym podmuchu w miejscach o mniejszym oporze dla przepływu powietrza podzieli więc on los drobnego koksu, będąc rozdmuchany wraz z nim. Jako znacznie cięższy od koksu i nieulegający rozdrobnieniu nie zostanie jedynie uniesiony w górę komory paleniskowej.
Przy gromadzeniu się na górze spalającej się warstwy koksu, niezależnie od wcześniejszego nagrzania się do wysokiej temperatury, przy której dopiero może zachodzić utlenianie się koksu na tlenek węgla, żużel będzie dalej nagrzewany spalaniem się tego tlenku węgla oraz od promieniowania płomienia spalających się nad nim części lotnych, wobec zachodzenia tego procesu pod przednim sklepieniem, a więc nisko nad pokładem rusztowym. Kiedy więc nawet utrzyma się nad koksem grubsza warstwa żużla, to szybko osiągnie on temperaturę mięknienia i topnienia, przy której nad koksem znajdzie się w stanie płynnym (wystarczy, że ciastowatym). W takim stanie spowoduje stabilizację warstwy znajdującego się pod nim koksu, jednak z jednoczesnym odcięciem dopływu powietrza spod rusztu, kończącym proces spalania się koksu.
Zapobiec samemu zalewaniu koksu rozmiękczonym, czy roztopionym żużlem, można bardzo łatwo. Wystarczy znacznie zwiększyć ilość powietrza doprowadzanego pod przednią część rusztu. Wtedy proporcjonalnie do zwiększonej ilości tego powietrza spadnie temperatura płomienia palących się z przodu części lotnych oraz samego koksu, a tym samym nie dojdzie do rozmiękczenia żużla.
Tyle, że musi to owocować ogromnym wzrostem ilości drobnego koksu wydmuchiwanego z przedniej części pokładu rusztowego w górę komory paleniskowej z unoszeniem ze spalinami oraz spalaniem z bardzo dużym współczynnikiem nadmiaru powietrza, jak ma to miejsce w tysiącach polskich kotłów rusztowych.
b. Zgłoszenie pomysłu 387645 jest kontynuacją wystąpienia 3 grudnia 2007 r. (półtora roku wcześniej) przez tego samego tfurcę do Urzędu Patentowego o uznanie za trzy wynalazki jednego tego samego pomysłu.
1. W opisach wszystkich trzech wcześniejszych zgłoszeń znajduje się identyczne wskazanie potrzeby stosowania owego pomysłu w brzmieniu: Występujące różnice ciśnień pomiędzy przestrzeniami stref podmuchowych (czytaj: strefami podmuchowymi), przestrzenią komory spalania, przestrzenią podrusztową (czytaj: lejami przesypu i żużla) oraz otoczeniem (atmosferą) powodują przepływ niekontrolowanych strumieni powietrza przez występujące między tymi przestrzeniami nieszczelności i zachowanie należytej staranności przy przygotowaniu kotła do eksploatacji nie zapewnia jednak całkowitej szczelności. Także zgodnie z opisami wszystkich trzech: Celem wynalazku jest ograniczenie niekontrolowanych przepływów strumieni powietrza wewnątrz kotła rusztowego, negatywnie wpływających na jego sprawność.
Ze wszystkich trzech opisów można dowiedzieć się również, że te niekontrolowane przepływy strumieni powietrza, nazywane dalej przedmuchami, przetłaczaniem ich przez zastosowany dodatkowy wentylator, wariantowo: doprowadzane są do stref podmuchowych, odprowadzane są do atmosfery, służą jako powietrze wtórne, z ilustracją głównego wariantu na Rys. 190a
Według treści opisów zastosowanie każdego z tych wariantów daje zmniejszenie współczynnika nadmiaru powietrza w spalinach, co z kolei powoduje zmniejszenie straty wylotowej kotła, a zatem wzrost sprawności kotła zwykle około 2 do 5 % … ;
ponieważ: Celem wynalazku jest ograniczenie niekontrolowanych przepływów strumieni powietrza wewnątrz istniejącego kotła rusztowego, negatywnie wpływających na jego sprawność;
dzięki temu że: Zastosowanie wynalazku zmniejsza ilość powietrza pochodzącego z nieszczelności i łączącego się (czytaj: następnie) ze spalinami … .
2. Ów „wynalazek”, który wynalazkiem stał się jak dotąd tylko na Ukrainie, szybko został zareklamowany przez naukowca z Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej. Zarówno w samym opisie owego „wynalazku” a ściśle trzech zgodnie z ilością zgłoszeń, oraz w jego pracy naukowej, wyjątkowych „kwiatków” znalazło się co niemiara.
Jednym z nich jest już sam tytuł owej pracy naukowej, jako mający dotyczyć recyrkulacji powietrza, kiedy treść samego tytułu zgłoszenia dotyczy szkodliwych przedmuchów powietrza.
Z większych „kwiatków” jest natomiast wyjątkowy przekręt odnośnie miejsca podłączenia dodatkowego wentylatora na ssaniu.
Według zgłoszeń (Rys. 190a) jest to górna część leja żużlowego, natomiast w pracy naukowej (Rys. 190b) są to dwie tylne strefy podmuchowe.
W samym opisie zgłoszenia nie ma informacji w jaki sposób powstają owe „przedmuchy”, do likwidowania ich przetłaczaniem z leja żużlowego do kanału doprowadzającego do stref podmuchowych powietrze z wentylatora podmuchowego. Podchodząc do nich profesjonalnie, wynika że pochodzić one mogą z zasysania fałszywego powietrza z zewnątrz kotła do przestrzeni lejów przesypu i leja żużlowego oraz z nieszczelności samych lejów stref podmuchowych (przykładowo z niedomykanych lub nieszczelnych zasuw usuwania przesypu). Także z wypływu powietrza przez zewnętrzne uszczelnienia przedniej i tylnej strefy podmuchowej.
Natomiast z pracy naukowej można dowiedzieć się, że konieczność „recyrkulacji powietrza” (z przetłaczaniem powietrza z tylnych stref podmuchowych) wynika z niedoskonałości konstrukcyjnych kotła, takich jak szczeliny pomiędzy rusztem a strefami podmuchowymi oraz niedoskonałości konstrukcji, które [uniemożliwiają pełną kontrolę ilości powietrza w poszczególnych strefach], prowadząc do nadmiaru powietrza w tylnej części kotła (czytaj: jeśli już, to komory paleniskowej), którego konsekwencją jest wyższa emisja tlenków węgla oraz wyższa emisja pyłów (niby dlaczego, to treść owej pracy naukowej odpowiedzi na to nie daje).
Zgodnie z treścią ujętą w klamry (z potwierdzeniem Rys. 190b), zadaniem tej recyrkulacji ma więc być tylko zapobieżenie przepływowi powietrza przez ruszt na długości ostatnich dwóch stref podmuchowych, czego profesjonalnym działaniem, dokonuje się zamknięciem klap wlotu powietrza do tych stref.
Wszystkie pozostałe wymienione powody mające uzasadniać recyrkulację powietrza przez tylne strefy podmuchowe pozostają przy tym takie same dla pozostałych stref.
Do wyjątkowych „kwiatków” w tej pracy naukowej zaliczają się i takie stwierdzenia:
* Podstawową zaletą jest wyraźne ograniczenie emisji pyłów, które daje nadzieję na możliwość spełnienia przyszłych ograniczeń emisyjnych bez instalacji kosztownych odpylaczy elektrostatycznych.
Także, że dzięki zmniejszeniu powietrza w tylnej części rusztu zmniejsza się ilość pyłów unoszonych z tej części rusztu.
Dlaczego? Ano, bo do unoszenia pyłu z powierzchni rusztu dochodzi tylko tam gdzie przebiega na nim proces palenia się koksu, do czego potrzeba przepływu powietrza spod rusztu, który działaniem owej recyrkulacji faktycznie byłby odcięty całkowicie. Jednak to samo daje zamknięcie klap wlotu powietrza do tych lejów.
* Zassany zostaje tlenek węgla powstający na końcu rusztu i zawrócony do strefy spalania, gdzie ma szansę ulec spaleniu.
Dlaczego? Ano, bo do utlenienia koksu na tlenek węgla potrzeba przepływu powietrza spod rusztu, który działaniem owej recyrkulacji byłby odcięty całkowicie.
* W przypadku niskiego obciążenia kotła, jakie miało miejsce w opisywanych badaniach, system (czytaj: recyrkulacja) pozwala na zapewnienie właściwej, koniecznej do całkowitego spalania paliwa, ilości powietrza w strefie spalania bez konieczności zwiększenia całkowitego nadmiaru powietrza.
Dlaczego? Ano, bo w pracy naukowej podana jest ilość tlenu w spalinach przy zastosowaniu owej recyrkulacji. Jest to wartość wynosząca 15,4 %, której odpowiada współczynnik nadmiaru powietrza 3,75, kiedy optymalną wartością przy spalaniu węgla w kotle rusztowym jest jego wartość wynosząca 1,4, jako odpowiadająca zawartości tlenu w spalinach 6 %, czyli prawie trzy razy mniejsza.
Natomiast do tego co w tej pracy naukowej przypadkowo jest prawdziwe można zaliczyć stwierdzenie:
Dzięki mniejszemu strumieniowi spalin w całym kotle (czytaj: palenisku) zwiększa się możliwość opadania części grubszych pyłów unoszonych z warstwy, ... .
Oryginalny zgłoszony pomysł w rozwiązaniu na Rys. 190a (czyli nie jako przekręt w pracy naukowej na Rys. 190b), gdyby nadawał się do praktycznej realizacji, służyłby tylko do zmniejszania współczynnika nadmiaru powietrza o ilość fałszywego powietrza dopływającego z zewnątrz do znajdującej się pod rusztem przestrzeni lejów przesypu i leja żużlowego oraz powietrza podmuchowego dostającego się do tej przestrzeni z różnych nieszczelności mogących występować w obrębie skrzyni podmuchowej i lejów stref podmuchowych.
Te nieszczelności w najmniejszym stopniu nie stoją jednak na przeszkodzie pełnej kontroli ilości powietrza w poszczególnych strefach, jak stanowi treść owej pracy naukowej.
c. Rys. 190b z pracy naukowej, okazał się niczym innym, jak jednym z wariantów późniejszego zgłoszenia 387645 do Urzędu Patentowego (Rys. 190c).
To rozwiązanie konstrukcyjne, jako przedmiot zgłoszenia 387645 treścią jego opisu ma jednak całkowicie inne zastosowanie, niż podane dla niego w pracy naukowej, a zastosowania tego nie domyśliłby się żaden inteligentny człowiek mający do czynienia z techniką kotłowa, tak bowiem jest absurdalne.
Według opisu: Celem wynalazku było (czytaj: jest) zmniejszenie udziału pyłów, szczególnie pyłów o małej gęstości, w strumieniu spalin emitowanych przez kocioł do atmosfery.
W tym celu dodatkowy wentylator jest tak samo podłączony na ssaniu do części tylnych stref podmuchowych, z których w pracy naukowej odsysał on dopływające do nich powietrze podmuchowe (Rys. 190b). Jednak przy odciętym dopływie powietrza podmuchowego do tych stref. Dalej jednak ssie, wytwarzając w owych lejach stref podciśnienie. Wartość tego podciśnienia wynosząca do 100 Pa, ma powodować, że warstwa popiołu (czytaj: żużla) znajdująca się na ruszcie i będąca dotychczas jednym z głównych źródeł zapylenia (czytaj: z tego powodu że żużel jako taki nie ma pylistej konsystencji, a przy prawidłowej eksploatacji kotła nie ma dodatkowo żadnego przepływu przez niego powietrza od dołu, aby mogło go ono unosić w górę), zaczęła pełnić rolę swoistej „warstwy filtracyjnej”, wychwytującej unoszące się nad nią pyły (czytaj: które w każdym kotle rusztowym nie unoszą się nad tylną częścią komory paleniskowej, lecz nad przednią). Dzięki temu uzyskano zupełnie nieoczekiwany spadek ilości pyłów emitowanych przez pracujący kocioł, zwłaszcza drobin o małej masie, które szczególnie trudno wyeliminować przy użyciu tradycyjnych urządzeń odpylających. Uzyskiwany poziom zapylenia pozwala na stosowanie takich tradycyjnych urządzeń odpylających nawet w sytuacji stałego obniżania dopuszczalnych poziomów emisji pyłów. Dzięki temu można znacząco ograniczyć wydatki inwestycyjne związane z instalacją nowoczesnych i wysokowydajnych, ale bardzo kosztownych urządzeń odpylających typu elektrofiltry lub filtry workowe.
Tfurcy tego wynalazku nie okazali się na tyle rozgarnięci, aby zdawać sobie sprawę czego w opisie owego „wynalazku” w żadnym przypadku nie powinni byli zamieścić. Tym jest:
Wytworzenie opisanej wyżej różnicy ciśnień (czytaj: podciśnienia w strefach do 100 Pa) powoduje zanik zapylenia w tylnej części przestrzeni (czytaj: paleniska), a nieliczne pojawiające się smugi kierują się ku tylnej przestrzeni kotła (czytaj: paleniska).
Zapylenie spalin unoszonych z komory paleniskowej przede wszystkim następuje nie w tylnej, lecz w przedniej części komory paleniskowej - patrz pkt a2. Gdyby znikomym podciśnieniem panującym w lejach byłych tylnych stref podmuchowych, można było ściągnąć stamtąd pył w kierunku do tyłu komory paleniskowej (po to aby osiadł na ruszcie), musiałoby to dawać obraz burzy piaskowej, a nie nielicznych smug.
Nie należało także napisać: Przy obciążeniach kotła poniżej 40 % zaobserwować można na warstwie popiołu (czytaj: żużla) ciemną warstwę opadłych, grubszych pyłów.
Przecież owe podciśnienie ma (rzekomo) ściągać na ruszt najdrobniejsze ziarna pyłu, a nie najgrubsze. Natomiast spadanie na tylną część rusztu przy niższych obciążeniach kotła grubszych ziaren pyłu (koksiku) jest zjawiskiem normalnym. Z tego to powodu, że przy niskim obciążeniu kotła z przedniej części rusztu są one wydmuchiwane w górę tak samo jak przy wysokim obciążeniu, z następnym unoszeniem ze spalinami, jednak znad dalszej części rusztu w kierunku do tyłu paleniska spaliny wtedy nie unoszą się. W związku z tym, przy kierowaniu się spalin z przodu paleniska poprzecznie do ich wylotu znajdującego się u góry tylnej ściany komory paleniskowej, unoszone z nimi najgrubsze ziarna pyłu tracą siłę nośną i opadają w dół na tylną część rusztu.
O opadaniu na ruszt grubszych ziaren pyłu pisze nawet w pracy naukowej (pkt b2):
Dzięki mniejszemu strumieniowi spalin w całym kotle (czytaj: palenisku) zwiększa się możliwość opadania części grubszych pyłów unoszonych z warstwy, ... .
Do odpylania spalin w sposób będący przedmiotem zgłoszenia 387645, mogłoby dojść tylko za sprawą działania sił nadprzyrodzonych, co stanowi, że sprawa tego zgłoszenia może być tylko zadaniem dla zakładu psychiatrycznego, a nie urzędu patentowego.
Załącznik I (-) Jerzy Kopydłowski
Wbrew obiegowym stwierdzeniom, spiętrzenie intensywności spalania węgla w przedniej części paleniska narzutowego jest dodatkowo znacznie mniejsze niż w palenisku warstwowym, ponieważ proces odgazowania z węgla części lotnych przebiega w nim na całej czynnej długości rusztu, a nie tylko z przodu, jak ma to miejsce w palenisku warstwowym.
Do jego oddzielania ze spalin siłami nadprzyrodzonymi w sposób będący przedmiotem zgłoszenia 387645 do Urzędu Patentowego - patrz pkt c.
Andrzej Szlęk: Wstępna ocena wpływu recyrkulacji powietrza podmuchowego na pracę kotła rusztowego; XII Forum Ciepłowników Polskich, Międzyzdroje, 14 -17 września 2008 r.
Potwierdzeniem tego jest zdanie: Układ recyrkulacji składa się z wentylatora zasysającego powietrze z tylnej części rusztu.
Kocioł rusztowy, sposób modernizacji kotła rusztowego oraz sposób zmniejszania emisji pyłów w procesie spalania paliw stałych w kotle rusztowym. Zgłoszenia tego dokonano 30 marca 2009 r., co jednoznacznie stanowi, że dotyczące go rozwiązanie dodatkowo już wcześniej zostało podane do powszechnej wiadomości, bo we wrześniu 2008 r. (patrz odsyłacz 3).
5