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, 2012.07.21
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 211
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 trzydziesta dziewiąta.
Głównym powodem ogromnego marnotrawstwa węgla w tysiącach polskich kotłów rusztowych nie są jednak aeroseparacja, węglospady, czy odpylanie spalin ich zasysaniem przez tylne leje stref podmuchowych, lecz jest powszechna nieświadomość jak trzeba doprowadzać powietrze do paleniska.
Ustęp dwudziesty pierwszy.
Jakiej ignorancji w sprawie samego doprowadzenia powietrza do paleniska warstwowego z rusztem łuskowym próbuje przeciwstawiać się polski konstruktor kotłów, to jednym z wielu dowodów na to jest treść Załącznika I oraz będąca jego uzupełnieniem treść Załącznika II. Jest to zasadnicza treść pięciu książek wydanych w przeciągu 20-stu lat (od 1952 r. do 1972 r.) dotycząca procesu spalania węgla w palenisku warstwowym z rusztem łuskowym oraz doprowadzania powietrza mającego służyć temu spalaniu.
g. Jak polski konstruktor kotłów w pierwszej dekadzie 21 - go wieku maksymalnie udoskonalił światową technikę samego doprowadzania powietrza pod ruszt łuskowy, będący jedną z odmian rusztów wędrownych znanych już w 19-tym wieku, to powinno wynikać z Załącznika IX - ciąg dalszy.
g.7. Powszechnej nieświadomości użytkowników kotłów, że dopływ powietrza do stref podmuchowych - idąc od tyłu rusztu - trzeba stopniowo odcinać całkowicie w miarę jak zmniejsza się obciążenie cieplne kotła, dowodzą treści instrukcji eksploatacji paleniska warstwowego z okresu minionego pół wieku.
Treść tych instrukcji musiała przy tym w dużej mierze wynikać z nieprawdziwej wiedzy książkowej (zilustrowanej rysunkami będącymi Załącznikiem II do części 201) o przebiegu spalania węgla na ruszcie, który przy zmieniającym się obciążeniu cieplnym kotła, dopiero po prawie stu latach od wynalezienia strefowej regulacji powietrza podmuchowego został przedstawiony na na Rys. 203 (część 210).
Oto zestawione chronologicznie treści tych instrukcji.
A. Autorstwa CBKK, z 1962 r.:
Ruch normalny.
Obsługa rusztu w ruchu normalnym polega na obserwacji i regulacji procesu spalania. W zależności od obciążenia (czytaj: kotła) należy regulować zasilanie paliwem i podmuchem tak, aby spalanie na całej szerokości rusztu było równomierne. ... Grubość warstwy, szybkość posuwu, podmuch należy tak regulować, by spalanie miału węglowego było zupełne i całkowite, a do leja żużlowego schodziły tylko pozostałości po spaleniu: popiół i żużel.
Dobre spalanie paliwa określa zawartość CO2 (czytaj: obecnie O2) w spalinach za kotłem. Przy ... normalnym (czytaj: nominalnym) obciążeniu kotła zawartość CO2 w spalinach za kotłem winna wynosić 10÷12 %. Na uzyskanie tej zawartości CO2 w spalinach wpływa odpowiednia regulacja podmuchu i w strefach oraz regulacja ciągu.
Ilość powietrza potrzebnego do spalania zależna jest od rodzaju i jakości węgla i od obciążenia kotła.
B. Autorstwa FPM Mikołów, z połowy lat 70-tych u. w.:
Ruch normalny.
Ilość doprowadzonego na ruszt paliwa zależy od grubości warstwy i prędkości posuwu rusztu (czytaj: prędkości rusztu). Grubość warstwy dobierać należy w zależności od sortymentu węgla w granicy 4÷13 cm, a wydajność regulować prędkością.
Drobne cząsteczki węgla stwarzają większy opór dla przepływu powietrza podmuchowego, a znów grubsze kawałki spalają się dłużej i dlatego należy drobniejsze sortymenty spalać w cienkiej warstwie przy większej prędkości i odwrotnie.
Ilość powietrza podmuchowego należy tak dobrać, aby następowało całkowite spalanie przy maksymalnej sprawności. Należy się przy tym kierować analizą spalin, wykresem zapotrzebowania powietrza wzdłuż rusztu oraz wzrokową obserwacją płomienia, którą umożliwiają odpowiednie wzierniki. Do ogólnej regulacji powietrza podmuchowego służy klapa dławiąca na przewodzie powietrza (lub kierownice na wlocie do wentylatora). Rozdział powietrza wzdłuż rusztu umożliwiają klapy w strefach, uruchamiane odpowiednimi dźwigniami. ...
Strefę ognia należy rozciągać na 1/3 do 2/3 długości rusztu w zależności od zapotrzebowania. Proces spalania powinien odbywać się intensywnie, lecz spokojnie. Zbyt duża prędkość przepływu powietrza przez warstwę węgla może spowodować porywanie i przerzucanie cząsteczek węgla, co powoduje powstawanie kraterów i zwałów.
Ilość powietrza w pierwszej strefie należy tak wyregulować aby zapłon paliwa następował w odległości 5 do 15 cm za warstwownicą.
Tylne strefy powinny być lekko otwarte lub zamknięte w zależności od miejsca kończenia się procesu spalania.
C. Autorstwa ZUK Stąporków, z początku lat 80-tych u. w.:
Ilość doprowadzonego do rusztu (czytaj: na ruszt) paliwa zależy od grubości warstwy i prędkości posuwu taśmy (czytaj: prędkości rusztu). Grubość warstwy dobierać należy w zależności od sortymentu węgla w granicy 0,04÷0,1 m ( czytaj: 4÷10 cm), a wydajność regulować prędkością.
Ponieważ drobne cząsteczki węgla stwarzają większy opór dla przepływu powietrza podmuchowego, a przy grubszych kawałkach proces spalania jest dłuższy, należy drobniejsze sortymenty spalać w cienkiej warstwie przy większej prędkości i odwrotnie.
Ilość powietrza podmuchowego należy tak dobrać, aby następowało całkowite spalanie przy maksymalnej sprawności. Należy się przy tym kierować analizą spalin, wykresem zapotrzebowania powietrza - rys. 1 oraz wzrokową obserwacją płomienia, którą umożliwiają wzierniki w kotle. Do ogólnej regulacji powietrza podmuchowego służy klapa dławiąca na przewodzie powietrza (lub kierownice na wlocie do wentylatora). Rozdział powietrza wzdłuż rusztu umożliwiają klapy w strefach, sterowane dźwigniami umiejscowionymi z przodu rusztu. ...
Strefę ognia należy rozciągać na 1/3 do 2/3 długości rusztu w zależności od zapotrzebowania. Proces spalania powinien odbywać się intensywnie, lecz spokojnie. Zbyt duża prędkość przepływu powietrza przez warstwę węgla może spowodować porywanie i przerzucanie cząsteczek węgla, co powoduje powstawanie kraterów i zwałów.
Ilość powietrza w pierwszej strefie należy tak wyregulować aby zapłon paliwa następował w odległości 0,05 do 0,15 m za warstwownicą.
Tylne strefy powinny być lekko otwarte lub zamknięte w zależności od miejsca kończenia się procesu spalania.
D. Autorstwa FMB „BUMAR” w Toruniu, z 1987 r. (dla kotłów typu WCO80 i PCO60):
Utrzymanie parametrów przy zmiennej wydajności pociąga za sobą ... konieczność zmiany obciążenia cieplnego w komorze paleniskowej (czytaj: obciążenia cieplnego rusztu), co można osiągnąć przez regulację grubości warstwy paliwa, szybkości posuwu taśmy rusztowej, wielkości ciągu oraz ilości powietrza podmuchowego.
Ilość powietrza podmuchowego jest regulowana dla każdej z czterech stref podmuchowych za pomocą klap i zależy od przebiegu procesów spalania w poszczególnych strefach (czytaj: nad poszczególnymi strefami podmuchowymi).
Regulacja intensywności spalania powinna tak przebiegać, aby niezależnie od ilości zużywanego paliwa i jego rodzaju ..., proces spalania zawsze przebiegał w sposób optymalny, tzn. nie wydzielał się trujący tlenek węgla i nie powstawały niespalone cząstki miału, a do leja żużlowego spływał tylko popiół i żużel. Czyli musi być właściwy „nadmiar” powietrza! Spalanie miału powinno kończyć się w odległości 30÷40 cm od końca rusztu.
Jakość spalania określa się na podstawie badania za pomocą analizatora spalin zawartości CO2 w spalinach. Przy ... nominalnym obciążeniu cieplnym kotła, optymalne spalanie miału węglowego ... powinno dawać około 11 % CO2. Na uzyskanie tych warunków decydujący wpływ ma odpowiednia regulacja strefowa podmuchu i regulacja ciągu.
===============================================================================
W tych instrukcjach, tym co prawdziwe, jest stwierdzenie, że obciążenie cieplne (moc) kotła reguluje się zmianą prędkości rusztu. Nie ma jednak żadnej informacji jak do różnej mocy cieplnej kotła, spowodowanej zmianą prędkości rusztu, dostosować doprowadzenie powietrza podmuchowego na długości rusztu, do czego ma służyć strefowa regulacja powietrza podmuchowego.
Naukowiec z Instytutu … itd. - gdyby chciał się tego dowiedzieć od polskiego konstruktora kotłów, jednak nie chciał - miałby to wyjaśnione w taki to sposób:
Konstruując profesjonalnie kocioł o określonej mocy cieplnej (nominalnej), czynną powierzchnię jego rusztu dobiera się dzieląc odpowiadającą tej mocy energię cieplną spalonego węgla przez wskaźnik, którym jest zalecane obciążenie cieplne rusztu. Przykładem może służyć kocioł typu WR25, z długością jego rusztu zaokrągloną do łatwego zilustrowania do 8 metrów (jego czynna powierzchnia rusztu wynosi 7 metrów).
W kotle tym, z mocą cieplną także zaokrągloną z tego powodu do 30 MW, przy jego obciążeniu cieplnym odpowiadającym owej mocy nominalnej do spalania węgla powinna być wykorzystana cała długość rusztu. Skoro powinna być wykorzystana cała długość rusztu, to także na całej długości rusztu powinno być doprowadzone pod ruszt powietrze podmuchowe. Takiemu obciążeniu cieplnemu (nominalnemu) kotła może tylko odpowiadać stwierdzenie w pkt D: Spalanie miału powinno kończyć się w odległości 30÷40 cm od końca rusztu. Natomiast ilustracją tego są warstwy węgla i żużla na ruszcie przy Obciążeniu cieplnym 100 % na Rys. 203 (część 210).
Ponieważ po prawie stu latach stosowania rusztów łuskowych nie ma żadnych wytycznych jakie powinny być proporcje wymiarowe rusztu - jego szerokość i długość, iloczynowi których odpowiada wielkość jego powierzchni - obciążeniu cieplnemu kotła typu WR25 obniżonemu do 75 % (22,5 MW) jego mocy nominalnej odpowiada kocioł o takiej samej szerokości rusztu, a jedynie z długością rusztu wynoszącą 6 metrów (8 m x 75 % = 6 m). W tym kotle także: Spalanie miału powinno kończyć się w odległości 30÷40 cm od końca rusztu. Jednak nie w przypadku kotła z tylko obniżoną mocą cieplną do 75 % nominalnej, gdzie końcową długość rusztu wynoszącą 2 metry pokrywałby już całkowicie wypalony żużel, w proporcji do długości rusztu 8 m kotła WR25; jak to ilustruje Rys. 203 (część 210) przy Obciążeniu cieplnym 75 %.
Kocioł o szerokości rusztu jak w kotle w WR25 może mieć jednak także ruszt o długości 4 metry, co odpowiada połowie powierzchni rusztu kotła WR25. Jego mocy nominalnej wynoszącej 15 MW odpowiada obciążenie cieplne kotła WR25 wynoszące 50 % nominalnego. W tym kotle także: Spalanie miału powinno kończyć się w odległości 30÷40 cm od końca rusztu. Jednak nie w przypadku kotła z tylko obniżoną mocą cieplną do 50 % nominalnej, gdzie końcową długość rusztu wynoszącą 4 metry pokrywałby już całkowicie wypalony żużel, w proporcji do długości rusztu 8 m kotła WR25; jak to ilustruje Rys. 203 przy Obciążeniu cieplnym 50 %.
Jeszcze krótszą długość rusztu, bo wynosząca 25 % długości rusztu kotła WR25, miałby kocioł o mocy cieplnej 7,5 MW, jako odpowiadającej 25 % mocy cieplnej kotła WR25, z uwagami jak do jego obciążeń 75 % i 50 %.
Po takim wyjaśnieniu padłoby pytanie: to jaki powinien być dopływ powietrza do tylnych stref podmuchowych rusztu przy coraz niższym obciążeniu cieplnym kotła w stosunku do nominalnego, równym nominalnemu obciążeniu cieplnemu kotłów z coraz to krótszym rusztem? Przy wybałuszonych oczach, nastąpiłoby wyjaśnienie: żaden.
Skracania się od tyłu długości rusztu na której pali się węgiel, narzuconego samym procesem spalania węgla w palenisku warstwowym, nie byli jednak także świadomi autorzy wszystkich książek.
Nie zmienia to jednak stopnia debilności treści instrukcji eksploatacji pkt B i pkt C w brzmieniu: Strefę ognia należy rozciągać na 1/3 do 2/3 długości rusztu w zależności od zapotrzebowania. Dlaczego według nich nigdy nie ma być ognia na pozostałej trzeciej części - 1/3 - długości rusztu od tyłu, to już o wyjaśnienie odsyła się do takich, jak naukowiec z Instytutu … itd., jako do polecającego wykorzystywać tą tylną część rusztu jako odpylacz spalin, znajdujący się zdaniem zdrowych na umyśle przed kominem, a nie w palenisku.
(-) Jerzy Kopydłowski
Jako stanowiące treść Załącznika II do części 132, z zaakcentowaną treścią dotyczącą strefowej regulacji powietrza podmuchowego, współczynnika nadmiaru powietrza (zawartości CO2, czy O2) oraz grubości warstwy węgla wprowadzanego na ruszcie i prędkości rusztu.
Z tym zastrzeżeniem, jeśli jego konstruktorzy wiedzieli jaką wielkość wskaźnika obciążenia cieplnego rusztu trzeba przyjąć, ponieważ prawdziwej wiedzy o tym w żadnym przypadku nie mogli dowiedzieć się z książek.
Zwłaszcza wobec wariantu całkowicie przeciwstawnego treścią instrukcji pkt D: Spalanie miału powinno kończyć się w odległości 30÷40 cm od końca rusztu. W stosunku do trzeciej części rusztu o długości 7 metrów kotła WR25, to około siedem razy mniej.
3