Tarnowskie Góry, 2011-01-09
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 140
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 31.
Nim po powołaniu Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki doszło do dalszego zwiększania marnotrawstwa węgla w kotłach rusztowych, o osiąganej już wcześniej bardzo niskiej ich sprawności cieplnej:
- w zakresie niższych obciążeń decydowało spalanie z nadmierną ilością powietrza doprowadzanego do paleniska (z bardzo dużym współczynnikiem nadmiaru powietrza);
- w zakresie wyższych obciążeń decydowała duża strata paleniskowa (w częściach palnych zawartych w odpadach paleniskowych).
Ustęp siedemdziesiąty szósty: Jaka była sprawność cieplna kotłów w zakresie niskich ich obciążeń, to nie jest w ogóle wiadome, tak jak i obecnie, ponieważ z reguły nie wykonywano pomiarów cieplnych w zakresie obciążeń poniżej 50 % wydajności znamionowej (katalogowej) kotła.
Nie wiadomo było także jaką maksymalną wydajność osiągał kocioł i zarazem sprawność przy tej wydajności, ponieważ na przeszkodzie w ich zmierzeniu stało graniczne obciążenie cieplne rusztu, który to termin techniczny pochodzi od inż. J. Kopydłowskiego.
Dopiero tym terminem technicznym inż. J. Kopydłowski wykazał, że doprowadzanie do kotła coraz większej ilości węgla wcale nie musi powodować jednoczesnego wzrostu jego wydajności (obciążenia), a wprost przeciwnie - że ze wzrostem ilości doprowadzanego węgla wydajność kotła zamiast rosnąć, może także maleć.
Wzrost ilości węgla doprowadzanego do paleniska powoduje bowiem wzrost wydajności kotła tylko w zakresie poniżej granicznego obciążenia cieplnego rusztu. Po przekroczeniu wartości tego obciążenia, efektem dalszego zwiększania ilości węgla doprowadzanego do paleniska jest spadek wydajności kotła, z jednoczesnym coraz większym obniżaniem się jego sprawności cieplnej. Tego w ogóle nie byli świadomi dokonujący pomiarów cieplnych kotłów rusztowych, czego jednoznacznie dowodzi treść sprawozdań z tych pomiarów.
Przedstawienia skutków przekraczania granicznego obciążenia cieplnego rusztu inż. J. Kopydłowskiemu po raz pierwszy udało się dokonać wykresem na Rys. 7 artykułu zamieszczonego w nr 3 z 1976 r. miesięcznika GPiE. Patrz Rys. 123a.
Jak wynika z najniżej położonej na tym rysunku krzywej sprawności cieplnej kotła w funkcji jego obciążenia (zmiany wydajności), pierwszych pomiarów kotła wodnego typu WLM5 dokonano już przy obciążeniu cieplnym rusztu zbliżonym do granicznego wynoszącym 727 kW/m2 ( 625 Mcal/m2h). Zwiększając dalej ilość węgla doprowadzanego do paleniska, kolejnych drugich pomiarów dokonano następnie przy obciążeniu cieplnym rusztu 834 kW/m2 (717 Mcal/m2h), a trzecich przy obciążeniu 735 kW/m2 (632 Mcal/m2h).
W czasie pierwszych pomiarów kocioł osiągnął wydajność 78,5 % wydajności znamionowej, przy sprawności cieplnej 70 %. Zwiększając następnie ilość energii doprowadzonej w węglu (ilość węgla) do dokonania drugich pomiarów, przekroczono graniczne obciążenie cieplne rusztu przy wydajności rzędu 83 % wydajności znamionowej, powiększając na czas tych pomiarów ilość energii dostarczonej w węglu o 13 %. Jednak w efekcie tego wydajność kotła podczas drugich pomiarów obniżyła się do 76 % wydajności katalogowej, natomiast sprawność cieplna kotła obniżyła się do 58,5 %. Na czas trzecich pomiarów powrócono z ilością doprowadzanego węgla do odpowiadającej praktycznie ilości podczas pierwszych pomiarów, jednak wydajność kotła obniżyła się dalej do 61,5 % wydajności katalogowej, w stosunku do wydajności 78,5 % jaką miał kocioł podczas pomiarów pierwszych. Natomiast jego sprawność obniżyła się kolejno do wartości 54,5 %, kiedy podczas pierwszych pomiarów wynosiła ona 70 %. Powodem tego była zwiększająca się coraz bardziej strata paleniskowa.
Wyniki pracy kotła podczas tych trzech postępujących po sobie pomiarów dowodzą jak negatywnie oddziałuje przekroczenie granicznego obciążenia rusztu na spadek sprawności cieplnej kotła, której nie można było już podnieść do wartości jaką miał kocioł przed dojściem do tego przekroczenia - porównaj podkreślone wartości sprawności - mimo następnego powrócenia do ilości węgla doprowadzanego poprzednio do paleniska.
Tymczasem nawet świadomości tego nie ma ogół użytkowników tysięcy polskich kotłów z paleniskiem warstwowym z rusztem łuskowym.
Ustęp siedemdziesiąty siódmy: Do przekraczanie granicznego obciążenia cieplnego rusztu dochodzi wyłącznie w palenisku warstwowym. Powodem jest sam proces spalania węgla w nim przebiegający w warstwie na ruszcie, po odgazowaniu części lotnych i przejściu węgla stałego w postać koksu.
W tej sprawie powszechna znajomość panuje tylko w sprawie, że proces spalania się koksu następuje od góry jego warstwy leżącej na ruszcie w kierunku ku dołowi. Brak jest jednak świadomości jaki jest negatywny skutek takiego spalania.
Ze spalającego się od góry koksu, nad znajdującym się niżej w kierunku do tyłu rusztu gromadzi się coraz grubsza warstwa żużla,pochodzącego z zawartego w węglu popiołu (ściśle skały płonnej). Żużel ten pod wpływem wysokiej temperatury zmienia swoją postać od spieczonej, na mięknącą, a następnie coraz bardziej cieknącą.
Sama spieczona postać żużla (nim zacznie on mięknąć) w procesie spalania węgla na ruszcie jest zjawiskiem korzystnym, ponieważ powstała wtedy jego porowata struktura ułatwia wypływ powietrza spod rusztu. Problem powstaje, kiedy żużel pod wpływem wysokiej temperatury przyjmuje postać coraz bardziej ciekłej lawy, pokrywającej od góry niespalone jeszcze ziarna koksu i stwarzającej coraz większe utrudnienie dla przepływu powietrza podmuchowego.
W przedniej części rusztu temperaturę narastającej od góry coraz grubszej warstwy żużla podnoszą najpierw palące się z przodu komory paleniskowej odgazowane z węgla części lotne, a następnie sam proces utleniania się leżącego na ruszcie koksu na tlenek węgla (CO), spalającego się dalej na dwutlenek węgla (CO2); oba te procesy zachodzą bowiem już pod warstwą żużla gromadzącego się nad spalającym się koksem.
Na utrudnianie spalania się koksu znajdującego się pod coraz grubszą warstwą żużla (idąc w kierunku do tyłu rusztu), łącznie z całkowitym uniemożliwieniem tego spalania, wpływa dużo czynników.
Trudności w spalaniu muszą rosnąc w miarę im niższe są temperatury przemian popiołu, przy których zaczyna on szybciej tracić swoją spieczoną, a więc porowatą postać, przechodząc w gąbczastą, a kończąc na ciekłej. Powiększają się także w miarę im wyższa jest zawartość popiołu w węglu oraz im grubsza jest warstwa węgla wprowadzanego na ruszcie.
O przyjmowaniu przez żużel niekorzystnej konsystencji, a także w jakiej odległości od przodu rusztu już to następuje decyduje temperatura panująca w przedniej części komory paleniskowej. Wysokość tej temperatury zależy z kolei zarówno od intensywności spalania, jak i od stopnia schładzania płomienia odbiorem ciepła przez pokryte rurami (ekranowane) ściany komory paleniskowej.
Intensywność oddziaływania palących się części lotnych na warstwę węgla wprowadzanego na ruszcie powinna więc ograniczać się do niezbędnej do wysuszenia węgla i jego przejścia w postać koksu, z jednoczesnym odgazowaniem części lotnych. Hamowany powinien być także sam proces spalania koksu na przedniej części rusztu.
W stosowanych rozwiązaniach komór paleniskowych większości eksploatowanych w Polsce kotłów rusztowych wyjątkowo irracjonalnym jest pozbawienie ekranowania ścian komory paleniskowej w obrębie jej dolnej części nad rusztem. Jest to zarówno relikt kotłów przedwojennej konstrukcji, jak i efekt bezmyślnego wzorowania się na nich w nielicznych konstrukcjach późniejszych, powstałych do lat sześćdziesiątych u. w. Z tego samego powodu wyjątkowo irracjonalne jest stosowanie długich przednich sklepień zapłonowych, których nie powinno być wcale. Niejakim potwierdzeniem tego powinny być rozwiązania przedniej ściany komory paleniskowej kotłów z paleniskiem narzutowym. Te długie sklepienia, stosowane zwłaszcza w powojennych konstrukcjach kotłów, są efektem bezmyślnego wzorowania się na konstrukcjach kotłów rusztowych z początku dwudziestego wieku.
Do zmniejszenia skutków pokrywania coraz grubszą warstwą żużla mającego się spalić koksu należałoby więc także dokonać zasadniczych zmian konstrukcyjnych w obrębie komory paleniskowej.
Sam mechanizm gromadzenia się żużla nad warstwą palącego się koksu powinien już dostatecznie dowodzić wadliwości procesu spalania węgla w palenisku warstwowym, z potwierdzeniem tego wynikami spalania węgla w palenisku narzutowym, gdzie żużel gromadzi się akurat pod warstwą spalającego się węgla, wskutek czego o występowaniu granicznego obciążenia cieplnego rusztu w tym palenisku nie może być mowy.
Ustęp siedemdziesiąty ósmy: Do przekroczenia granicznego obciążenia cieplnego rusztu dochodzi, kiedy przy zwiększaniu ilości węgla doprowadzanego do paleniska przestaje podnosić się wydajność kotła.
Jak to ilustruje dolna krzywa na Rys. 123a, dochodzenie do tego obciążenia poprzedzane jest znacznym obniżaniem się sprawności cieplnej. Natomiast po jego przekroczeniu, przy dalszym zwiększaniu ilości doprowadzanego węgla obniża się zarówno sprawność kotła, jak i jego wydajność.
Krzywa sprawności nie tylko opada wtedy w dół, lecz dodatkowo zawija się pod jej górną część obrazującą efekt pracy kotła przed przekroczeniem granicznego obciążenia rusztu.
Spadkowi zarówno sprawności, jak i wydajności kotła można zapobiec dopiero znacznym zmniejszeniem ilości węgla doprowadzanego do paleniska, ponieważ zwiększanie jej czyni bardziej intensywnym proces spalania odgazowujących z przodu paleniska części lotnych oraz powstałego koksu, co jeszcze bardziej przyśpiesza proces mięknięcia, a następnie stopienia się żużla nad koksem pozostającym do spalenia na dalszej długości rusztu.
W warunkach ruchowych powodem bardzo dużego wzrostu zużycia węgla jest nieświadomość konsekwencji przekroczenia granicznego obciążenia cieplnego rusztu, którą jest praca kotła według krzywej sprawności cieplnej kotła zawiniętej ku dołowi.
Sposobem na zaradzenie temu jest wyłączenie napędu rusztu i odczekanie aż palenisko wychłodzi się, z następnym podnoszeniem obciążenia kotła do jego pracy według górnej części analizowanej krzywej sprawności na Rys. 123a.Tymczasem typową reakcją na spadek wydajności kotła (także wyposażonego w automatyczną regulację paleniska) jest zwiększanie ilości doprowadzanego węgla, a nie jej zmniejszanie, co może tylko powodować coraz większy spadek sprawności.
Kto jednak ma uświadomić w tym palacza kotła, szkolonego przez mających taką wiedzę o procesach zachodzących przy spalaniu węgla w kotłach rusztowych, jak przykładowo naukowcy z Politechniki Śląskiej.
Zawijający się w dół przebieg krzywej sprawności kotła, ze skutkami przedstawionymi wyżej, znalazł następnie potwierdzenie w wynikach pomiarów cieplnych kotłów poprzedzających ich modernizację z zastąpieniem paleniska warstwowego polskim paleniskiem narzutowym. Przykładem mogą służyć zawijające się krzywe sprawności z lewej strony wykresu na Rys. 123b.
W praktyce, z bardzo wielu powodów, te zawijające się krzywe sprawności kotła z paleniskiem warstwowym układają się na różnych poziomach wykresu zależności sprawności kotła od jego wydajności, jak to ilustruje pole oznaczone poz. 1 na Rys. 123c. Modernizujący kocioł z zachowanym paleniskiem warstwowym techniką inż. J. Kopydłowskiego i zarazem wiedzący jak go eksploatować, zawsze jednak mogą oczekiwać położenia tych krzywych znacznie wyżej - tak jak ilustruje pole oznaczone poz. 2. Jednak i w tym przypadku nie udaje się uniknąć przekroczenia granicznego obciążenia cieplnego rusztu, które to zjawisko nie ma miejsca w kotle z prawidłowo zmodernizowanym i eksploatowanym paleniskiem narzutowym, z krzywymi sprawności układającymi się w polu oznaczonym poz. 3. Wszystkie trzy pola układania się krzywych sprawności mają oczywiście swoje potwierdzenie w niezafałszowanych wynikach pomiarów cieplnych. Jako pola sprawności, ponieważ ruchowa praca kotła nie przebiega według sprawności wykreślonej jedną linią.
Już sam fakt gromadzenia się żużla w palenisku warstwowym na powierzchni mającego się spalać koksu (nawet bez wykazywania jakie są tego skutki), w zestawieniu z gromadzeniem się tego żużla w palenisku narzutowym pod warstwą węgla spalającego się na ruszcie, powinien być dostatecznym argumentem na to, w jakie palenisko powinny być wyposażone kotły rusztowe.
Ułatwieniu pojmowania tego przez takich jak PT Naukowcy z Politechniki Śląskiej powinien służyć fakt, że w byłym Związku Radzieckim już w latach 70-tych u. w. paleniska warstwowe z rusztem łuskowym były produkowane wyłącznie do spalania antracytu, będącego węglem o znikomej zawartości części lotnych. Natomiast do spalania wszystkich pozostałych węgli, a więc i tych importowanych obecnie stamtąd w milionach ton rocznie, produkowane już były paleniska narzutowe. Dodatkowym argumentem powinien być fakt, że o konstrukcji nieporównywalnie gorszej od najdoskonalszej w świecie polskiej konstrukcji paleniska narzutowego.
Niech więc nikogo nie dziwi, że inż. J. Kopydłowski ponownie trwa w działaniu nad spowodowaniem opanowania techniki spalania węgla w palenisku narzutowym przez użytkowników kotłów wyposażonych w to palenisko, za nic mając w tym między innymi stanowisko PT Naukowców z IMiUE Politechniki Śląskiej, że palenisko narzutowe to szmelc.
Załącznik I (-) 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. … .”
|
Obciążenie cieplne rusztu to ilość energii cieplnej węgla doprowadzonego do kotła w ciągu godziny podzielonej przez powierzchnię rusztu. Samą ilość doprowadzonej energii otrzymuje się z pomnożenia ilości węgla w kg przez jego wartość opałową w MJ/kg. Ponieważ wartość obciążenia cieplnego rusztu podaje się w kW/m2, to otrzymany wynik z jej podzielenia przez powierzchnię rusztu trzeba dodatkowo podzielić przez 3,6. Wartość obciążenia cieplnego rusztu jest proporcjonalna do ilości energii cieplnej doprowadzonej w węglu do paleniska kotła, z czym byli „na bakier” niektórzy dokonujący pomiarów cieplnych kotłów.
Jerzy Kopydłowski: Dlaczego paleniska narzutowe, nr 3/1976, GPiE.
Z powodów przedstawionych wcześniej od tego czasu kluczowy przemysł kotłowy nie opanował już produkcji żadnego kotła rusztowego konstrukcji CBKK, a produkcję kotłów konstrukcji inż. J. Kopydłowskiego udaremnili wymienieni wyżej.
4