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, 2011.11.27
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 182
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 dziesiąta.
Wykazanie które błędy popełniane w eksploatacji kotłów rusztowych z paleniskiem warstwowym oraz „udoskonalenia” wprowadzane w nich przez kotłowych szarlatanów mogły zrodzić 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 - część czwarta.
Ustęp piętnasty. Istnienia kilku przesłanek mogących służyć zrodzeniu debilnego pomysłu na zasysanie spalin z komory paleniskowej przez leje tylnych stref podmuchowych dowodzi dokonana w 2002 r. modernizacja dwóch kotłów wodnych typu WR10-010 (WR10-011) w Elbląskim Przedsiębiorstwie Energetyki Cieplnej.
a. Pomijając wszystkie inne uwarunkowania, o możliwej do osiągnięcia przez kocioł mocy cieplnej decyduje czynna powierzchnia jego rusztu, nazywana także użytkową. Wartość czynnej powierzchni rusztu w kotle z paleniskiem warstwowym otrzymuje się z pomnożenia szerokości rusztu przez jego czynną długość, jako mierzoną od warstwownicy węgla do krańca ostatniego leja strefy podmuchowej, bez względu na to czy jest on wyposażony we wlot powietrza do niego, czy też jest tego wlotu pozbawiony.
W zmodernizowanym kotle wodnym typu WCO80 (część 179) czynna powierzchnia rusztu wynosiła 2,5 m2, jako otrzymana z pomnożenia szerokości rusztu 0,96 m przez jego czynną długość wynoszącą 2,6 metra. Natomiast w oryginalnym wykonaniu kotła typu WR10 (Rys. 170a) wynosi ona 15,0 m2, przy jego szerokości 2,5 m i czynnej długości 6,0 m.
Przy przyjęciu za podstawę osiąganie przez kotły typu WCO80 już w 1992 r. mocy cieplnej 3,0 MW (część 181), kocioł typu WR10 w swoim oryginalnym wykonaniu powinien osiągać moc cieplną: (3 MW : 2,5 m2) x 15 m2 = 18 MW,wobec nie osiągania przez ogół tych licznych w kraju kotłów nawet ich mocy nominalnej (katalogowej) wynoszącej 11,6 MW; z osiąganą mocą maksymalną rzędu 8 ÷ 9 MW.
Zakładając te same sprawności cieplne zmodernizowanego kotła typu WCO80 i kotła typu WR10 w jego oryginalnym rozwiązaniu, kocioł ten dla swojej nominalnej mocy cieplnej 11,6 MW powinien mieć ruszt o długości: 6 m x (11,6 MW : 18 MW) = 3,9 m, czyli o dwa metry krótszy (o jedną trzecią swojej dotychczasowej długości). Zbyteczna powinna więc być jego długość od tyłu pod którą znajdują się prawie dwa leje stref podmuchowych.
W kotłach wodnych typu WR10 zmodernizowanych w Elblągu, przy zachowaniu tej samej szerokości rusztu 2,5 m, jego czynna długość została skrócona od tyłu do 5,0 m, jak to przedstawia Rys. 170b, co oznacza zmniejszenie czynnej powierzchni do 12,5 m2, czyli do 83 % jej pierwotnej wartości. To jednak wcale nie przeszkadza na osiąganie przez te kotły aktualnie mocy cieplnej do 16 MW, mimo że nie są one wyposażone w sprzężone otwieranie klap stref podmuchowych jedną ręczną dźwignią, co uniemożliwia prawidłową regulację dopływu powietrza do stref podmuchowych.
b. Moc cieplną 16 MW kotły w Elblągu osiągają nie tylko dlatego, że w ich rusztach zostało zastosowane rozwiązanie w obrębie skrzyni podmuchowej przedstawione na Rys. 170b, bowiem jak to przedstawia Rys. 171 kotły te mają całkowicie pokryte rurami (wyekranowane) dolne części wszystkich ścian komory paleniskowej.
W odróżnieniu od takiego rozwiązania, kotły typu WR10-010 zostały skonstruowane w 1967 r. w byłym Centralnym Biurze Konstrukcji Kotłów przy wzorowaniu się na rozwiązaniu paleniska do spalania antracytu. Ten węgiel, jako w ogóle niewystępujący w kraju po zlikwidowaniu zagłębia wałbrzyskiego, a wcześniej także niespalany w polskich kotłach rusztowych ze względu na znikome wydobywane jego ilości, ma bardzo małą zawartość części lotnych.
W Związku Radzieckim, z dużymi pokładami antracytu, możliwość efektywnego jego spalania w kotłach rusztowych upatrywano w stosowaniu nad rusztem długich sklepień (przedniego i tylnego) z betonu ogniotrwałego, jak to przedstawia Rys. 170a. Miały one zapewnić odpowiednio wysoką temperaturę w przestrzeni komory paleniskowej nad rusztem niezbędną do podtrzymania procesu spalania tego węgla, który przy znikomej zawartości w nim części lotnych, musi spalać się prawie w całości na ruszcie w postaci koksu, nie mając nad sobą palących się części lotnych.
W Polsce, przy spalaniu głównie węgli płomiennych i gazowo - płomiennych o dużej zawartości części lotnych, mamy do czynienia z problemem odwrotnym.
Na te części lotne przypada trzecia część energii chemicznej węgla, która wskutek dużego jego rozdrobnienia przechodzi w energię cieplną spalających się części lotnych (jako odgazowujących z węgla wprowadzanego na ruszcie) w krótkiej odległości od przodu komory paleniskowej. Efektem tego jest bardzo intensywny płomień palących się części lotnych w przedniej części komory paleniskowej, który przy spalaniu antracytu jest znikomy, tak jak znikoma jest zawartość w nim części lotnych.
Długie sklepienie (zapłonowe) kotła typu WR10 płomień spalających się części lotnych kieruje dodatkowo nisko nad rusztem w kierunku do tyłu komory paleniskowej, której wszystkie cztery ściany (boczne oraz sklepienie przednie i tylne) są całkowicie nieekranowane (pozbawione pokrycia rurami) do wysokości gdzie na Rys. 170a znajduje się wymiar 2600. Dopiero powyżej znajduje cała górna część wysokiej komory paleniskowej, ze ścianami pokrytymi gęsto rurami, które jednak nie mogą spowodować obniżenia temperatury spalin panującej nad rusztem w obrębie ścian wykonanych z betonu ogniotrwałego. Beton ten praktycznie w ogóle nie obniża panującej tam temperatury, która w związku z tym musi odpowiadać temperaturze teoretycznej spalania. Ta temperatura przy spalaniu węgla z współczynnikiem nadmiaru powietrza λ =1,4, jako odpowiadającym przeliczeniowej zawartości tlenu w spalinach O2 = 6 %, wynosi około 1600 0C, kiedy temperatura mięknienia popiołu w większości spalanych węgli nie przekracza 1000 0C, będąc także znacznie niższą.
Efektem tego popiół z węgla - gromadzący się w postaci żużla nad warstwą mającego się spalać koksu - musi ulegać rozmiękczeniu, a następnie zestaleniu w zwartą płytę, nieprzepuszczającą przez siebie powietrza podmuchowego. Kiedy tak się stanie, dochodzi do przekroczenia granicznego obciążenia cieplnego rusztu - części 140 i 177.
Dzieje się tak z tym gorszym skutkiem, im większa jest zawartość popiołu (skały płonnej) w węglu, niższe są temperatury przemian popiołu oraz niższa jest spiekalność węgla.
Kocioł typu WR10 zmodernizowany w Elblągu ma nie tylko wszystkie ściany nad rusztem pokryte rurami w sposób przedstawiony na Rys. 171 - do schłodzenia spalin w celu zapobiegania rozmiękczania żużla na nad warstwą spalającego się koksu.
W kotle tym nie ma bowiem w ogóle przedniego sklepienia (zapłonowego), a w miejscu po nim znajduje się tylko pionowa ściana przednia - wysoka na tyle, na ile pozwoliło zachowane pokrycie rurami ścian górnej części komory paleniskowej (do poziomu 1800 mm nad rusztem). Skrócone zostało także sklepienie tylne, co stało się już w związku ze skróceniem od tyłu samego rusztu. Na pozostawionej jego długości zostało ono znacznie podniesione od tyłu co, oprócz zmniejszenia efektu napromieniowania przez niego tylnej przestrzeni komory paleniskowej nad rusztem przy wyższych obciążeniach kotła, stworzyło możliwość przegracowania powierzchni rusztu z dostępem przez tylne drzwi włazowe. Górna część tego sklepienia, tak samo jak cała pionowa ściana przednia zastępująca sklepienie przednie, także została pokryta rurami, czego w obu przypadkach nie ma w żadnym innym pracującym w kraju kotle rusztowym z paleniskiem warstwowym.
W kotle modernizowanym do osiągania mocy nominalnej wynoszącej 11,6 MW, przy której dotychczasowa długość czynna rusztu jest za duża o jedną trzecią, ruszt powinien być skrócony nie od tyłu, lecz od przodu. Przy takim skróceniu usunięta zostaje z kotła przednia części paleniska na długości dotychczasowego przedniego sklepienia. Dzięki temu pokryta rurami ściana przednia komory paleniskowej stanie się prostą od samego dołu, przyczyniając się do dalszego obniżenia temperatury spalin nad przednią częścią rusztu.
W ten sposób należy także modernizować ten kocioł do jego pracy z mocą cieplną odpowiednio niższą od nominalnej.
Załączniki I i II (-) Jerzy Kopydłowski
W dopracowane konstrukcyjnie takie sprzężone otwieranie klap stref podmuchowych (z zastosowaniem cięgien teleskopowych) zostały dotychczas wyposażone tylko cztery kotły, w tym tylko jeden z paleniskiem warstwowym.
Nie zostało jednak zastosowane w nich żadne z takich rozwiązań, jak: dozowniki liniowe, czy kaskadowe zasilanie (część 143); wózki rewersyjne; kaskadowa aeroseparacja podziarna (część 144); recyrkulacja spalin (części 137 i 138); metoda ITC sterowania kotłem (część146). W samym ruszcie nie została także zastosowana liniowa klapa (część 130) oraz boczne wloty powietrza do stref podmuchowych (części 40 i 131).
Proporcja udziału części lotnych w antracycie (typ węgla 42) i w węglu płomiennym (typ węgla 31) może być nawet jak jeden do dziesięciu.
3