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, 2012.07.01
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 208
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 szósta.
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.
g.1. W odróżnieniu od wielu mniej lub bardziej debilnych sposobów na doprowadzanie tego powietrza autorstwa kotłowych szarlatanów, których wyjątkowy „wysyp” po przemianach ustrojowych wywołał nie kto inny, jak sam polski konstruktor kotłów, oraz autorstwa współpracujących z nimi naukowców politechnicznych, w doprowadzaniu tego powietrza nie ma przede wszystkim bocznych wlotów powietrza do stref podmuchowych. Natomiast samo rozwiązanie klap wlotu powietrza do nich, z zachowanej wspólnej skrzyni podmuchowej i przede wszystkim dzięki temu, zapewnia możliwość utrzymania stałego ciśnienia w skrzyni podmuchowej oraz równomierny rozkład ciśnienia tego powietrza na szerokości rusztu.
Główną cechą tego rozwiązania, w odróżnieniu od stosowanych dotychczas w technice światowej, jeśli chodzi o samo dokonywanie regulacji dopływu powietrza jest natomiast całkowite uniezależnienie sposobu rozpływu powietrza podmuchowego na długości rusztu od ingerencji palacza.
g.2. Regulacja paleniska rusztowego sprowadza się do dostosowania jego mocy cieplnej do wymaganej wydajności kotła, poprzez zmianę ilości węgla doprowadzanego do paleniska oraz ilości powietrza potrzebnego do ekonomicznego spalenia tej zmienionej ilości węgla.
Jak wynika z Załącznika IX, czynność palacza może ograniczać się do zmiany ilości doprowadzanego węgla (zmianą napięcia silnika napędu rusztu, Poz 2), oraz do zmiany położenia jednej ręcznej dźwigni (Poz. 5) regulującej dopływem powietrza ze skrzyni podmuchowej do lejów stref podmuchowych.
Dlaczego tylko do tego? Ponieważ przy zastosowaniu do napędu wentylatora wyciągowego silnika z regulacją obrotów zmianą częstotliwości (Poz. 4 Tabeli), do zachowania zadanej wartości podciśnienia (ciągu) w komorze paleniskowej wystarczy uzupełnić układ regulacji częstotliwości o przetwornik ciśnienia. Tak samo w przypadku silnika wentylatora podmuchowego (Poz. 3 Tabeli), aby utrzymywał stałe zadane ciśnienie w skrzyni podmuchowej.
g.3. Jak ignoranckie może być natomiast podejście naukowców politechnicznych do regulacji paleniska warstwowego, to jednym z aż nazbyt oczywistych dowodów może być treść Załącznika X.
Są to „propozycje uproszczonego modelu matematycznego kotła rusztowego, który umożliwia optymalne sterowanie kotłem w czasie rzeczywistym.”
Podjęcie się przez nich takiego zadania uzasadnili przy tym jak następuje: „Zastosowanie takiego systemu (czytaj: „pomiarowo - sterującego komputerem jako jednostką centralną) daje możliwość sterowania i pomiarów bieżących parametrów kotła takich jak: posuw rusztu, wysokość warstwownicy (czytaj: grubość warstwy węgla wprowadzanego na ruszcie), temperatur powietrza, spalin i wody, przepływów powietrza i wody, itd.”
Z treści publikacji wynika jednak jednoznacznie, że jej autorzy na ów czas (1997 r.) pozostawali w całkowitej nieświadomości, że w kotle rusztowym w ogóle regulowana jest ilość powietrza podmuchowego, jako mająca odpowiadać jego zapotrzebowaniu w proporcji do zmieniającej się ilości spalanego węgla.
Wymienione w niej dane do zadawania komputerowi mającemu rzekomo sterować kotłem to bowiem:
1. wysokość warstwy rusztu (czytaj: grubość warstwy węgla wprowadzanego na ruszcie);
2. gęstość nasypowa węgla;
3. wartość opałowa węgla;
4. zawartość pierwiastka węgla odniesiona do początkowej masy węgla.
Trzy pierwsze zadawane wartości mogły służyć wyłącznie orientacyjnemu ustalaniu ilości węgla doprowadzanego do paleniska, informując komputer jak ma dostosować prędkość rusztu (Poz. 2 Tabeli) do zmienionego zapotrzebowania na wytwarzaną przez kocioł moc cieplną (Poz. 1 Tabeli); przy obliczonej przez niego wartości osiąganej przez kocioł sprawności cieplnej, według danych wziętych z przysłowiowego kapelusza - czytaj niżej.
W praktyce ruchowej tysięcy polskich kotłów rusztowych wartość opałowa spalanego węgla nie jest jednak znana. Z tego to powodu bierze się treść pkt 4 Tabeli będącej Załącznikiem IX. Nie ma także dotąd żadnych sprawdzonych wartości na gęstość nasypową węgla wprowadzanego na ruszcie, która musi zależeć od różnych czynników, jak przykładowo skład ziarnowy węgla, zawartość w nim skały płonnej, zawartość wilgoci w węglu, stopień sprasowania węgla przejściem pod warstwownicą, a także od jego „spulchnienia” stosowaniem debilnych rozwiązań będących „węglospadami”.
W sprawie samej wartości opałowej węgla (oznaczonej w publikacji symbolem Wg - w objaśnieniu do wzoru (3)) to jednak nie wszystko. Zamieszczony wzór (1) jest bowiem na obliczanie przez komputer ciepła spalania węgla z procentowej zawartości w nim pierwiastkowego węgla i wodoru, będącego oznaczonym także symbolem Wg, czyli symbolem wartości opałowej, podanej na tej samej stronie, tylko niżej. Dodatkowo wzór (1) na ciepło spalania może dać w wyniku tylko wartość na ciepło spalania w stanie bezwodnym i bezpopiołowym, natomiast wartość opałową węgla podaje się jako odniesioną do węgla o konkretnej zawartości popiołu i wody. Tych ostatnich dwóch danych nawet jednak dla komputera nie przewidziano.
Jeśli chodzi natomiast o czwartą zadawaną wartość, to jako brana z przysłowiowego kapelusza, a więc w całkowitym oderwaniu od rzeczywistego przebiegu spalania na ruszcie koksu (powstającego z przodu rusztu w procesie odgazowania z węgla części lotnych), miała służyć ona do obliczania straty niecałkowitego spalania w żużlu, spowodowanej niedopaleniem się koksu przed spadnięciem żużla z rusztu.
Do obliczenia przez komputer tej straty ze wzoru (4), „długość rusztu została podzielona na elementy skończone o długości ∆x”. Za te skończone elementy można tylko uznać kolejne fragmenty rusztu wzdłuż jego długości, odpowiadające swoją długością długościom stref podmuchowych. Natomiast wartość pod pkt 4 jako zawartość pierwiastka węgla na ostatnim „skończonym elemencie” (idąc w kierunku do tyłu rusztu) - odniesiona do początkowej masy węgla wprowadzanej na ruszcie - była rzekomym udziałem niespalonego koksu powstałego z całej ilości doprowadzonego pierwiastkowego węgla. Jako składającego się tylko na jedną ze składowych straty niecałkowitego spalania, jaką jest strata w żużlu.
Jak nieprawdziwe miały być wartości sprawności kotła obliczanej w ten sposób przez komputer, to dowodzi tego między innymi nieopatrzne (jednak uzasadnione wyjątkową niewiedzą) stwierdzenie w publikacji: „w kotle występują tylko dwie straty energii: strata kominowa oraz strata chemiczna w żużlu.” Tymczasem „udoskonalanie” techniki spalania węgla przez kotłowych szarlatanów powoduje, że często największą składową stratą niecałkowitego spalania nie jest strata w żużlu, lecz w lotnym koksiku unoszonym ze spalinami.
Największego ośmieszenia szkolnictwa politechnicznego dokonali jednak autorzy publikacji podaniem w niej wzorów (11) i (12) z ich omówieniem.
Obliczana metodą bezpośrednią, a więc wzorem (11), sprawność cieplna kotła to iloraz energii cieplnej wyprodukowanej przez kocioł i energii chemicznej węgla doprowadzonego do kotła. Jak stanowi ten wzór, przy tej samej sprawności cieplnej osiąganej przez kocioł, zmniejszonej o połowę ilości doprowadzanego węgla musi odpowiadać także mniejsza o połowę ilość wyprodukowanej przez kocioł energii cieplnej.
Efekt zmniejszenia o połowę ilości węgla doprowadzonego do kotła zmniejszeniem o połowę grubości warstwy węgla wprowadzanego na ruszcie, z posłużeniem się wzorem (11), w publikacji przedstawiony jest jednak, jak następuje:
„W momencie zmiany nastaw kotła (na przykład dwukrotnego zmniejszenia wysokości warstwownicy - czytaj dwukrotnego zmniejszenia grubości warstwy węgla wprowadzanego na ruszcie) mianownik wzoru (11) zmienia się natychmiast, natomiast zmiana licznika jest powolna. W rezultacie sprawność liczona według powyższego wzoru w momencie zmiany nastaw osiąga wartość 160 %, po czym spada do wartości odpowiadającej nowemu stanowi ustalonemu.”
Są to oczywiście niestworzone brednie. Dokonujący profesjonalnie pomiarów cieplnych kotła przede wszystkim wytłumaczyłby autorom tej publikacji, że pomiaru kotła - z wyznaczeniem sprawności cieplnej w sposób bezpośredni - dokonuje się wyłącznie w stanie ustalonym, osiąganym niedokonywaniem wcześniej przez jakiś czas żadnych zmian w nastawieniach regulacyjnych kotła.
Zmniejszenie grubości warstwy węgla o połowę oznacza przejście na obciążenie cieplne kotła także mniejsze o połowę - teoretycznie, bo jeśli została zachowana ta sama sprawność. Wtedy jednak (po dojściu kotła do kolejnego ustalonego stanu, odpowiadającego zmienionej ilości doprowadzonego węgla) wynik obliczeń według wzoru (11) nie ulegnie żadnej zmianie. Gdzie przy tym wśród mających do czynienia z przetwarzaniem energii, można by znaleźć takiego głupiego, który da wiarę, że w takim procesie sprawność jej przetwarzania przekroczy 100 %, nie mówiąc o owej sprawności 160 % podanej w publikacji.
Zmiany obciążenia kotła przede wszystkim nie dokonuje się zmianą grubości warstwy węgla wprowadzanego na ruszcie.
Na tą okoliczność w Tabeli (Ostrzeżenie, pkt 2) pisze: Do prawidłowej pracy paleniska wymagane jest zachowanie stałej wysokości warstwownicy węgla (na grubość warstwy węgla wprowadzanego na ruszcie około jedenaście centymetrów). Natomiast przejście z wydajności kotła przykładowo (do porównania) z 8 t/h pary, na wydajność 4 t/h pary wymagałoby zmiany napięcia silnika napędu rusztu z 40 %, na napięcie 20 % (Poz. 2), przy jednoczesnym przestawieniu dźwigni regulacji wlotu powietrza do stref podmuchowym z 25 ząbka na na ząbek 9 na podziałce (Poz. 5).
„W momencie” niedopuszczalnego w eksploatacji paleniska rusztowego nagłego obniżenia grubości warstwy węgla o połowę o żadnej natychmiastowej zmianie mianownika wzoru (11) nie mogło być jednak mowy, ponieważ w palenisku kotła tym nagłym dwukrotnym obniżeniem grubości warstwy węgla nie mogły nastąpić żadne zmiany w ilości energii chemicznej doprowadzanej w węglu wyrażanej wartością mianownika wzoru (11), jako odpowiadającej aktualnej mocy cieplnej osiąganej przez kocioł. Także nawet jakiś czas później, ponieważ na ten czas przemieszczający się do tyłu pokład rusztowy (z warstwą węgla cieńszą o połowę), nie wychodził nawet poza niszę pod przednim sklepieniem, gdzie nawet nie mogło jeszcze dochodzić do wysuszenia węgla i rozpoczęcia się procesu odgazowania z niego części lotnych. Dochodzenie do kolejnego stanu ustalonego pracy kotła przy dwukrotnie niższym obciążeniu (gdyby przy warstwie węgla niższej o połowę było w ogóle możliwe) trwałoby do czasu przejścia pokładu rusztowego z ową cieńszą warstwą do końca rusztu. Przy podanej w publikacji prędkości rusztu 4 m/h, w kotle wodnym typu WR25 trwałoby to dwie godziny.
Takimi samymi niestworzonymi bredniami jest stwierdzenie w publikacji dotyczące wyjątkowo niedorzecznego wzoru (12):
„Autorzy niniejszego artykułu proponują zastosować następujący wzór na sprawność, ujmujący zmianę energii chemicznej paliwa na ruszcie; gdzie Eru oznacza energię chemiczną paliwa na ruszcie. Wzór ten w przypadku stanu ustalonego daje te same wyniki co wzór (11), jednak w stanach nieustalonych jest poprawniejszy. , …
Mianownik wzoru (12) to energia chemiczna węgla odpowiadająca ilości węgla wprowadzanego na ruszcie ze zmniejszoną o połowę jego grubością, pomniejszona o energię chemiczną węgla (ściśle koksu) pokrywającego ruszt w kierunku do tyłu od miejsca zmiany grubości warstwy surowego węgla. Przy takim mianowniku, do czasu gdy ilość energii chemicznej węgla wprowadzanego z mniejszą grubością warstwy zrównoważyłaby ilość energii chemicznej koksu pozostającego jeszcze na ruszcie jako powstałego z grubszej warstwy węgla, mianownik ów miałby wartość ujemną.
Obliczenia sprawności cieplnej kotła z mianownikiem o wartości ujemnej nikt nie jest w stanie dokonać. Oczywiście z wyjątkiem naukowców z Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej, czego dowodem jest zamieszczony w publikacji Rys. 4. Nikt także nie jest w stanie ocenić jaka jest energia chemiczna leżącego na ruszcie i sukcesywnie spalającego się, lub nie, koksu. Poza oczywiście naukowcami z Instytutu … itd.
Załączniki IX i X (-) Jerzy Kopydłowski
Dlaczego jednak rozwiązanie to nie znalazło dotąd prawidłowego zastosowania w żadnym z tysięcy polskich kotłów rusztowych z paleniskiem warstwowym, to w pierwszej kolejności należałoby zapytać kierownictwo POLMLEK - Raciąż, gdzie w 2008 r. zostało ono zastosowane w modernizacji kotła parowego typu OKR5.
Nie tylko oczywiście w czasie rzeczywistym, lecz nawet nie do komputerowej symulacji sterowania spalaniem węgla na ruszcie, ponieważ także ona musiałaby wykazać wyjątkową niedorzeczność większości treści owej publikacji.
Dodatkowo z powołaniem się na książkę.
Chyba, że obsługiwanego przez przybyłych wprost z afrykańskiego buszu.
3