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, 2012.05.13
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 201
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.
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.
c. Jak bardzo gospodarczo szkodliwy może być naukowiec politechniczny wypowiadając się w sprawie doprowadzania powietrza do paleniska, to dowodzi tego treść referatu na jedno z Forum Ciepłowników Polskich.
c.1. Autor tego referatu z Rys. 198a (jako pochodzącego z książki [5] będącej podręcznikiem akademickim, na którą powołuje się w nim), mógł dowiedzieć się, że wzdłuż rusztu występują kolejno trzy strefy spalania węgla: suszenia, odgazowania i zgazowania. Na rysunku tym tylko mało zachodzą na siebie strefy suszenia i odgazowania, natomiast bardzo dużo strefy odgazowania i zgazowania.
Gdyby natomiast znał książkę [1], to z Rys. 198b dowiedziałby się, że z tych trzech stref: strefy suszenia i odgazowania w ogóle nie zachodzą na siebie, a bardzo zachodzą na siebie strefy odgazowania i zgazowania. Natomiast płomień nad rusztem znajduje się tylko tak daleko w kierunku do tyłu rusztu jak sięga strefa odgazowania, a nad dalszą częścią strefy zgazowania płomienia już nie ma.
Gdyby kolejno znał jeszcze książkę [4] będącą także podręcznikiem akademickim, to z Rys. 198c dowiedziałby się, że z tych trzech stref żadne nie zachodzą na siebie, natomiast płomień nad rusztem znajduje się tylko na długości strefy odgazowania.
Gdyby dodatkowo znał jeszcze książkę [3], to z Rys. 198d dowiedziałby się, że gdyby płomień miał znajdować się tylko nad strefą odgazowania, to nie byłoby go w ogóle nad rusztem na całej głębokości komory paleniskowej, nie licząc omywania przez niego jej ściany przedniej nad sklepieniem zapłonowym.
c.2. Według treści przywoływanych książek, w strefie suszenia zachodzi proces podgrzania i wysuszenia węgla, w strefie drugiej odgazowują z węgla części lotne (spalając się następnie w całości w przestrzeni komory paleniskowej), a w strefie trzeciej koks (którą to postać przyjmuje węgiel pierwiastkowy w procesie odgazowania części lotnych) ulega zgazowaniu na tlenek węgla, spalający się dalej na dwutlenek węgla.
Przy spalaniu w polskich kotłach rusztowych z reguły miału węglowego o bardzo dużym rozdrobnieniu, dodatkowo niespiekającego się, co wymusza spalanie z niską warstwą węgla wprowadzanego na ruszcie do paleniska, prawdą jest tylko to, że proces suszenia i odgazowania z węgla części lotnych przebiega jednocześnie, jako na strefie pierwszej, a za nią w kierunku końca rusztu może znajdować się już tylko druga strefa spalania się koksu, z jego zgazowaniem w warstwie na tlenek węgla i z następnym spalaniem tego tlenku ponad rusztem na dwutlenek węgla. O wydzieleniu ze strefy spalania się koksu strefy jego dopalania się nie może być mowy, ponieważ wzdłuż strefy spalania się koksu można mówić tylko o stopniowo coraz mniejszej intensywności jego spalania się w kierunku do tyłu rusztu.
c.3. Według naukowca - z zaznaczeniem na Rysunku1 jego referatu (będącego Rys. 198e) i z informacją w opisie pod nim - na ruszcie występują też trzy strefy (nazywane przez niego na przemian także etapami), tyle że są to:
I - strefa zapłonu;
II- strefa propagacji frontu spalania;
III- strefa dopalania.
Z wyjątkowo chaotycznej treści tego referatu można dowiedzieć się:
W sprawie strefy zapłonu - I (która z porównania z Rys. 198a do Rys. 198d odpowiada strefom suszenia i odgazowania):
Pierwszym etapem jest zapłon (czytaj: na wszystkich rysunkach wyżej Załącznika III pierwszym etapem jest suszenie), w czasie którego węgiel podlega nagrzewaniu poprzez promieniowanie pochodzące od sklepienia zapłonowego. W efekcie w górnej warstwie węgla rozpoczynają się procesy termicznego rozkładu substancji węgla w rezultacie których uwalniają się lotne związki organiczne, przede wszystkim węglowodory. Ich ilość jest tym większa im większa jest zawartość części lotnych w paliwie … . Uwolnione węglowodory, w obecności powietrza dostarczanego do spodu warstwy, ulegają zapłonowi stając się tym samym dodatkowym źródłem nagrzewania wierzchniej warstwy węgla. … Proces zapłonu można uznać za zakończony, gdy w węglu ukształtowany zostanie front spalania.
Normalnie, to jest na odwrót, ponieważ najpierw węgiel ulega wysuszeniu z wydzieleniem się z niego części lotnych i dopiero następnie dochodzi do ich zapłonu - już w przestrzeni komory paleniskowej.
Z Rys. 198e wynika dodatkowo jednoznacznie, że do odgazowania z węgla części lotnych (jako oznaczonych CH), dochodzi wyłącznie w strefie zapłonu (czyli I). O tym, że symbol CH to węglowodory, informuje także opis pod Rysunkiem 1.
W sprawie strefy propagacji frontu spalania - II:
Wyniki badań wskazują, że front taki rozprzestrzenia się w kierunku dolnej krawędzi warstwy z prędkością rzędu kilku milimetrów na minutę. Poniżej paliwo pozostaje zimne, a co za tym idzie nie zachodzą w nim żadne reakcje chemiczne. Natomiast w samym froncie następuje uwalnianie części lotnych w kolejnych warstwach paliwa, a do ich spalania zużywany zostaje cały dostarczany w powietrzu tlen. … Rozprzestrzenianie się frontu spalania oraz towarzyszące mu procesy składają się na drugi etap spalania … (czytaj: czyli w strefie propagacji frontu spalania). Front spalania dociera po pewnym czasie do rusztu i nie mogąc rozprzestrzeniać się dalej zanika.
Zgodnie z tą treścią, w drugiej strefie (w owym froncie) dalej dochodzi do odgazowania z węgla części lotnych i ich spalania, mimo że wszystkie te części lotne odgazowały wcześniej w strefie zapłonu, co jednocześnie wymusza także ich spalanie się nad tą strefą. Braku odgazowania części lotnych w strefie II dowodzi także obecność na niej na Rys. 198e wyłącznie tlenku węgla, pochodzącego normalnie z procesu zgazowania koksu.
W sprawie strefy dopalania - III:
Rozpoczyna się się trzeci etap spalania, w którym reakcja między powietrzem, a pierwiastkiem węgla pozostałym w złożu po przejściu frontu spalania zachodzi w całej wysokości złoża. [W miarę wypalania się pierwiastka węgla (czytaj: koksu) reakcja ta zachodzi coraz wolniej], czego konsekwencją jest wzrost zawartości tlenu w gazach opuszczających warstwę, oraz spadek temperatury w warstwie. Dla przeciwdziałania przechłodzenia złoża, które może prowadzić do przerwania reakcji w czasie gdy w złożu jest jeszcze sporo pierwiastka węgla, korzystnie jest zmniejszyć dopływ powietrza do tylnej części rusztu. Spadająca temperatura złoża prowadzi do powstawania tlenku węgla.(czytaj: normalnie intensywność zgazowania koksu na tlenek węgla jest tym wyższa, im wyższa jest jego temperatura) … Emisja tlenków węgla ma swoją przyczynę, zgodnie z Rysunkiem 1, przede wszystkim w II i III strefie rusztu, przy czym tlenek węgla tworzony w strefie II ulega prawie całkowitemu spaleniu dzięki kontaktowi z tlenem penetrującym ze strefy III. (czytaj: normalnie tlen doprowadzany z powietrzem podmuchowym nie przemieszcza się wzdłuż rusztu, lecz jako niewykorzystany unosi się w górę komory paleniskowej). Znacznie mniejsze szanse dopalenia ma tlenek węgla powstający nad końcem strefy III. Panuje tam niższa temperatura … .
Jak to jednak jednoznacznie wynika z Rysunku 1 (Rys. 198e), na znacznej początkowej części strefy III, w odróżnieniu od strefy II, procesu emisji tlenków węgla, czyli procesu zgazowania koksu na tlenek węgla (CO), nie ma całkowicie. Na tym rysunku (jako CO) zaczyna się on pojawiać dopiero dalej, rosnąc stopniowo w kierunku tyłu rusztu.
W praktyce jednak przy całkowitym wcześniejszym zaniku procesu zgazowania koksu (jak to przedstawia Rys. 198e), co oznacza zanik procesu spalania na ruszcie, przed wszystkim nie miałby ku temu najmniejszej możliwości. Takiemu przebiegowi zgazowania węgla na CO jak w strefie III przeczy także całkowicie treść u góry ujęta w klamry.
Pozostanie jednak faktem, że konkluzją wszystkich niedorzeczności napisanych w sprawie procesu przebiegu procesu spalania węgla wzdłuż rusztu, był wniosek autora referatu że opisane zjawiska zachodzące wewnątrz i powyżej warstwy paliwa wraz z niedoskonałościami konstrukcyjnymi rusztu stwarzają wymóg odsysania powietrza z tylnych stref podmuchowych, dzięki czemu zassany zostaje tlenek węgla powstający nad końcem rusztu i zawrócony do strefy spalania, gdzie ma szansę ulec spaleniu. Normalnie to tlenek węgla odgazowuje z koksu tylko w strefie spalania.
Przedstawiony w referacie całkowicie już nieprawdziwy przebieg spalania węgla na ruszcie łuskowym miał służyć wyjątkowo bezczelnemu nakłanianiu użytkowników kotłów rusztowych do stosowania ignoranckiego pomysłu będącego zgłoszeniem 383941 jako wynalazek, odrzuconym następnie przez Urząd Patentowy.
Dlaczego wyjątkowo bezczelnemu? Ano, bo przedmiotem tego zgłoszenia wcale nie było całkowicie nierealne do zrealizowania odsysanie powietrza z tylnych stref podmuchowych, po to aby tlenek węgla, powstający ze zgazowania koksu leżącego nad nimi na ruszcie, w tym powietrzu nawracać z powrotem do takiej samej warstwy koksu, tyle że znajdującej się z przodu rusztu, gdzie rzekomo miałby lepsze warunki do spalenia się na dwutlenek węgla.
Jak niedorzeczna była sama argumentacja takiego nawracania, to powinien już uzmysławiać fakt, że zgodnie z Rys. 198e w wymyślonej przez naukowca strefie propagacji frontu spalania nie ma powietrza do spalania. Oczywiście w powiązaniu z takim to stwierdzeniem w referacie: … w samym froncie następuje uwalnianie części lotnych w kolejnych warstwach paliwa, a do ich spalania zużywany zostaje cały dostarczany w powietrzu tlen. Stanowi to, że cały tlen z powietrza odsysanego przez tylne strefy podmuchowe także byłby zużywany tylko do jeszcze intensywniejszego spalania odgazowujących części lotnych.
Tlenek węgla, jako wprowadzany następnie pod ruszt w powietrzu podmuchowym, w którym powietrze zasysane z tylnych stref mogło być tylko domieszką, dostawałby się także do strefy III (dopalania), w której na znacznej części (zgodnie z Rys. 198e) bez tego odsysania w ogóle nie dochodziło do zgazowania koksu na tlenek węgla, co jednoznacznie dowodzi braku płomienia w tym obszarze paleniska.
Przy odsysaniu powietrza z tylnych stref podmuchowych przede wszystkim - z braku dopływu powietrza spod rusztu - musiałoby dojść do całkowitego przerwania nad nimi procesu zgazowania koksu na tlenek węgla (CO).
W sprawie wyjaśnienia, że przedmiotem zgłoszenia 383941 do Urzędu patentowego nie było odsysanie czegokolwiek z tylnych stref podmuchowych rusztu patrz części 174 i 175.
Załącznik III (-) Jerzy Kopydłowski
Żadna z tych treści nie wynika przy tym z własnego doświadczenia autorów owych książek, czego dowodzi już samo porównanie rysunków zebranych w Załączniku II. Innym dowodem na to jest fakt, że w powojennej Polsce procesem spalania węgla w kotłach rusztowych nie zajmował się nikt, a sam polski konstruktor kotłów zgłębił ten proces dopiero w 2001 r.
Andrzej Szlęk, Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej: Wstępna ocena wpływu recyrkulacji powietrza podmuchowego na pracę kotła rusztowego; XII Forum Ciepłowników Polskich; Izba Gospodarcza Ciepłowników Polskich; Międzyzdroje; 14÷17 wrzesień 2008 r.
3