Odpis

Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Kotłów i Urządzeń Energetycznych, Tarnowskie Góry ul. Opolska 23 zlecenie 1.1.1413-2.1-9408

Założenia konstrukcyjne

typoszeregu wodnych kotłów rusztowych wodnorurowych o wydajności do 2,5 do 70 Gcal/h.

Opracował: mgr inż. Jerzy Kopydłowski (-) Jerzy Kopydłowski

Kierownik Zakładu Kotłów Przemysłowych inż. Michał Flodrowski (-) Wojciech Harasimowicz

Tarnowskie Góry, kwiecień 1974 r.

str. 2

Spis treści:

a) Analiza potrzeb rynkowych oraz wstępna ocena możliwości eksportowych,

b) Wstępna analiza techniczno-ekonomiczna celowości produkcji,

c) Uzasadnienie założonych parametrów techniczno-eksploatacyjnych oraz porównanie ich z parametrami kotłów przodujących firm światowych,

d) Ustalenie typoszeregu oraz kolejności wykonywania poszczególnych jego typowielkości,

e) Analiza możliwości produkcyjnych, określenie wykonawcy prototypu, serii informacyjnej i produkcji seryjnej oraz rozeznanie potrzeb inwestycyjnych producenta,

f) Przewidywane potrzeby, zakres ważniejszych prac naukowo-badawczych, badań modelowych kotłów lub ich elementów,

g) Ewentualny wybór i uzasadnienie potrzeby zakupu wzorców zagranicznych dla optymalizacji rozwiązań konstrukcyjnych,

h) Wstępne rozeznanie patentowe,

i) Analiza możliwości wykorzystania współpracy w ramach RWPG, bądź też celowości wykorzystania doświadczeń zagranicznych w drodze zakupu licencji lub patentów,

j) Specjalne zadania wynikające z obowiązujących przepisów,

k) Wstępny harmonogram etapów prac konstrukcyjno-doświadczalnych oraz przygotowania i uruchomienia produkcji.

str.3

a) Analiza potrzeb rynkowych oraz wstępna ocena możliwości eksportowych.

W zakresie typoszeregu wodnych kotłów rusztowych, będących przedmiotem założeń dotychczasowe potrzeby krajowe pokrywane są:

1. dla wydajności 2,5 Gcal/h kotłami WR2,5-035 z paleniskiem warstwowym i rusztem łuskowym w ilości około 100 rocznie,

2. dla wydajności 5 Gcal/h kotłami WR5-022 z paleniskiem warstwowym i rusztem łuskowym w ilości około 80 rocznie,

3. dla wydajności 10 Gcal/h kotłami WR10-010 z paleniskiem warstwowym i rusztem łuskowym w ilości około 20 rocznie,

4. dla wydajności rzędu 20 Gcal/h kotłami WLM25 z paleniskiem warstwowym i rusztem łuskowym w ilości około 15 rocznie,

5. dla wydajności 40 Gcal/h kotłami pyłowymi WP38 lub WPG40,

6. dla wydajności 70 Gcal/h kotłem pyłowym WP70 w ilości około 3 rocznie,

7. dla wydajności 120 Gcal/h kotłami pyłowymi WP120 w ilości około 3 rocznie.

Uwaga:

Kotły pod poz. 5 nie są ostatnio zamawiane ze względu na bardzo duży koszt tego kotła i inne ujemne cechy charakteryzujące kocioł pyłowy w porównaniu z kotłem rusztowym.

Dotychczasowa produkcja nie nadążą za popytem krajowym. Ze względu na bardzo przestarzałe rozwiązania konstrukcyjne, eksport dotychczasowego wyrobu nie wchodzi w rachubę. W przypadku, gdyby kotły rusztowe typoszeregu będące przedmiotem założeń osiągnęły założone parametry techniczno-eksploatacyjne, można liczyć się jeśli już nie na masowy eksport, na co prawdopodobnie nie pozwolą ograniczone możliwości produkcyjne w stosunku do potrzeb krajowych, to przynajmniej na sprzedaż licencji na ich produkcję.

str. 4

b) Wstępna analiza techniczno-ekonomiczna celowości produkcji.

W tabelach od I do VI zestawiono parametry techniczne i wskaźniki kolejnych kotłów typoszeregu zestawione z parametrami technicznymi i wskaźnikami odpowiadających im wielkości kotłów dotychczasowych. Gwiazdkami zaznaczono w tabelach wartości uzyskane z badań lub założone do analizy.

Potrzeby krajowego ciepłownictwa pokrywane są dotychczas do wydajności 20 Gcal/h kotłami rusztowymi , a od wydajności 40 Gcal/h kotłami pyłowymi.

Jednostki zestawione w tabeli I i II są konstrukcjami pochodzącymi z okresu drugiej wojny światowej (kotły WLM2,5-2 i WLM5-1), które ostatnio zmodernizowano przez powiększenie powierzchni ogrzewalne i zmianę konstrukcji rusztu (kotły WR2,5-035 i WR5-022) w celu uzyskania doraźnego efektu zwiększenia bardzo niskiej sprawności tych kotłów.

Zestawione w tabeli III i IV większe kotły rusztowe, mimo że skonstruowane stosunkowo niedawno, oparte są również na europejskiej technice budowy kotłów z okresu drugiej wojny światowej i przy założeniu niskich wymagań co do uzyskiwanych przez te kotły sprawności.

Zestawione w pozostałych tabelach V iVI kotły są konstrukcjami pyłowymi, bardzo niepopularnymi jako kotły wodne i niewspółmiernie od kotłów rusztowych droższymi. Wynikiem tego jest całkowity brak zamówień na jednostkę o wydajności 40 Gcal/h, przy jednoczesnym usilnym dopominaniu się ciepłownictwa o kocioł rusztowy tej wielkości.

Ocena wyników eksploatacyjnych dotychczasowych konstrukcji jest bardzo problematyczna ze względu na brak miarodajnych wyników pomiarów cieplnych produkowanych kotłów. Z całego zakresu wydajności dostępne są zasadniczo jedynie wyniki szerszych badań pierwotnych wykonań kotłów o wydajności 2,5 i 5 Gcal/h. Dla pozostałych kotłów badania ograniczają się do pojedynczych pomiarów wykonanych na przypadkowym będącym do dyspozycji węglu, a prawie wszystkie badania niezależnie od tego wykonane są niezgodnie z obowiązującą normą, co dodatkowo utrudnia właściwą ocenę osiąganych przez kocioł wyników eksploatacyjnych.

str.5

Z grubsza oceniając należy oczekiwać, że konstrukcje kotłów będące przedmiotem założeń pozwolą na obniżenie zużycia węgla o jedną czwartą do jednej trzeciej, przy obniżeniu zużycia stali na wykonanie kotłów o około połowę.

Z innych czynników można by wymienić możliwość kompletnego wykonania w fabryce kotłów o wydajności 2,5 i 5 Gcal/h, częściowego montażu kotłów o wydajności 10 i 20 Gcal/h, kilkakrotne obniżenie zużycia materiałów ogniotrwałych na wykonanie kotłów, jak również kilkakrotne obniżenie zajmowanej przez kocioł kubatury i związanych z tym oszczędności na wykonanie kotłowni, a także wyeliminowanie podpiwniczenia w kotłach o wydajności 2,5 i 5 Gcal/h.

Możliwość osiągania wysokich sprawności przez kotły typoszeregu potwierdzają dotychczasowe wyniki pracy kotłów z paleniskami narzutowymi, uzyskane zarówno na węglu średnio spiekającym się, jak i pozbawionym całkowicie spiekalności.

Możliwe do osiągnięcia oszczędności stali wynoszą około pięć tysięcy ton rocznie w samych kotłach przy przyjęciu za podstawę produkcję kotłów z 1972 r. Obliczenia te są wyjątkowo dokładne, ponieważ wykonano je w oparciu o masy elementów kotła z wyszczególnień warsztatowych.

c) Uzasadnienie założonych parametrów techniczno-eksploatacyjnych oraz porównanie ich z parametrami kotłów przodujących firm światowych.

Dla będącego przedmiotem założeń typoszeregu kotłów założono, że osiągną one sprawność od 87 % w przypadku kotłów mniejszych do 89 % w przypadku większych, spalając miał o przeciętnej charakterystyce i nieco wyższą sprawność przy spalaniu węgla o średniej spiekalności. Podstawę dla uzyskania tak wysokich sprawności daje zastosowane w kotłach palenisko narzutowe oraz rozwiązanie powierzchni konwekcyjnych kotła.

Założona sprawność stanowi optimum możliwe do osiągnięcia na obecnym etapie rozwoju techniki światowej. Jest ona o około 10% wyższa od najwyższej wartości sprawności obliczeniowej, na jaką zostały zaprojektowane wodne krajowe kotły rusztowe produkowane dotychczas, którą to sprawność kotły te nie osiągają przy spalaniu - stanowiącego podstawowy udział - węgla niespiekającego się.

str.6

Założona sprawność cieplna kotłów typoszeregu odpowiada górnemu zakresowi sprawności uzyskiwanej przez kotły z paleniskami narzutowymi produkowanymi przez przodujące firmy kotłowe Stanów Zjednoczonych AP Przewiduje się, że regulowany zakres zmiany obciążenia kotła będzie wynosił od 25 do 125 procent wydajności maksymalnej, przy zachowaniu prawie płaskiej charakterystyki sprawności na poziomie zbliżonym do wartości sprawności obliczeniowej przy wydajności maksymalnej.

d) Ustalenie typoszeregu oraz kolejności wykonywania poszczególnych jego typowielkości.

Typoszereg obejmuje sześć wielkości kotłów o wydajności kolejno: 2,5; 5; 10; 20; 40 i 70 Gcal/h ciepła lub 2,91; 5,82; 11,6; 32,2; 46,5 i 81,5 MW mocy.

Za wyjątkiem wielkości 20 Gcal/h, pozostałe wielkości kotłów typoszeregu odpowiadają dokładnie wielkościom ustalonym normą. Najmniejsza wielkość kotła 2,5 Gcal/h stanowi kolejną wielkość po największej jednostce typoszeregu wodnorurowych kotłów rusztowych obejmującego wielkości od 0,5 do 1,25 Gcal/h i opracowanego na zlecenie 1.11391-2.1a.

Typoszereg nie obejmuje całego zakresu wydajności krajowych kotłów wodnych, ponieważ oprócz kotła 70 Gcal/h w produkcji znajduje się kocioł pyłowy WP120 o wydajności 120 Gcal/h. Wykonanie takiej jednostki jako rusztowej jest w pełni możliwe, ponieważ paleniska narzutowe stosowane są w Stanach Zjednoczonych AP dla kotłów o wydajności do rzędu 200 Gcal/h wydajności cieplnej. Również i konstrukcja kotła prawdopodobnie pozwoli na zastosowanie jej dla jednostki powyżej wydajności 70 Gcal/h.

Objęcie tej wielkości opracowywanym typoszeregiem na obecnym etapie byłoby działaniem zbytnio na wyrost wobec olbrzymich oporów na jakie napotyka wszelkie działanie zmierzające do unowocześnienia krajowego przemysłu kotłowego rozwiązaniami odbiegającymi od utartych wzorów.

Wielkość kotła 20 Gcal/h powstała w wyniku próby dostosowania wielkości paleniska kotła do wielkości paleniska kotła parowego o wydajności 32 t/h pary.

str. 7

W praktyce przejście z budowanej wielkości 25 Gcal/h na wielkość 20 Gcal/h niczego nie zmienia, ponieważ jest to wydajność osiągana w przeciętnych warunkach przez kocioł WLM25.

Wielkość 20 Gcal/h jest również konsekwencją stopniowania kolejnych wielkości kotłów typoszeregu: 2,5; 5; 10; 20. 40 Gcal/h. Wielkość 25 Gal/h pomiędzy wielkościami 10 i 40 Gcal/h nie znajduje logicznego uzasadnienia. Na marginesie można dodać, że zastosowanie po wielkości 10 Gcal/h, wielkości 20 Gcal/h, umożliwia wykonanie tej ostatniej przez podwojenie elementów paleniska wielkości poprzedniej, co wykorzystano w projekcie, zapewniając tą możliwość analogicznie w kotłach parowych o wydajności 16 i 32 t/h bazowanych w założeniach na tym samym palenisku co kotły wodne.

Wszystkie wielkości typoszeregu mogą być dostarczone na żądanie z przystosowaniem do łatwego przechodzenia z warunków pracy podstawowej na pracę szczytową i odwrotnie.

Zachowanie w nowym typoszeregu dotychczasowych wielkości kotłów powinno stanowić duże udogodnienie dla ich użytkowników, którzy w ramach przeprowadzonej w ubiegłych latach ankietyzacji nie proponowali innych wielkości.

Pierwszą do wykonania przewiduje się wielkość kotła 2,5 Gcal/h, odpowiadającą kotłowi WR2,5-035, to jest jednostce na którą obecnie jest największe zapotrzebowanie, a która charakteryzuje się najmniej korzystnymi wskaźnikami eksploatacyjnymi wśród dotychczas produkowanych kotłów objętych zakresem wydajności typoszeregu.

Jako wielkość najmniejsza typoszeregu będzie się ona charakteryzowała najmniejszym kosztem wykonania i pracochłonnością. Niezależnie od tego, ze względu na najmniej korzystny ze wszystkich kotłów typoszeregu udział ogrzewanej powierzchni rur ekranów komory paleniskowej z przepływem wody w kierunku ku górze w stosunku do rur z przepływem w kierunku ku dołowi, w kotle tym najbardziej wyraźnie będzie można sprawdzić zachowanie się zastosowanego układu przepływowego kotłów .

Pozytywne wyniki pracy tego kotła pozwolą na uruchomienie bez badań produkcji kolejnych wielkości kotła i w drugiej jeśli chodzi o zapotrzebowanie ilościowe, a mianowicie o wydajności 5 Gcal/h, ponieważ różni się ona od pierwszej jedynie dwukrotnie większą szerokością, przy zachowaniu pozostałych elementów konstrukcyjnych w stanie niezmienionym.

str.8

e) Analiza możliwości produkcyjnych, określenie wykonawcy prototypu, serii informacyjnej i produkcji seryjnej oraz rozeznanie potrzeb inwestycyjnych producenta.

1. Analiza możliwości produkcyjnych.

Konstrukcja kotłów typoszeregu stanowi maksymalnie proste rozwiązanie konstrukcyjne, pozwalające przy dotychczasowym zakresie montażu fabrycznego na znaczne obniżenie pracochłonności wykonania kotła w porównaniu z innymi znanymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi kotłów wodnych.

2. Wykonanie prototypu.

Przy założeniu wykonania prototypu kotła na sezon grzewczy 1974/1975 wykonania elementów części pod ciśnieniem kotła powinna podjąć się „FAKOP”, a urządzeń paleniskowych Fabryka Palenisk Mechanicznych.

Istnieje możliwość zmontowania kotła dla budowanego w Tarnowskich Górach Szpitala.

3. Wykonawca serii informacyjnej i produkcji seryjnej.

Wykonawcą kotła będzie „SEFAKO”. Wymagane jest ustalenie producenta zasilania paleniska węglem (narzutników z dozownikami) oraz instalacji nawrotu lotnego koksiku. W efekcie znacznego zmniejszenia powierzchni rusztu w kotłach typoszeregu sumaryczna pracochłonność wykonania urządzeń paleniskowych po uruchomieniu produkcji seryjnej powinna być niższa od potrzebnej na wykonanie rusztów dla kotłów dotychczasowych. Niewspółmiernie niższą będzie ona od pracochłonności wykonania urządzeń paleniskowych dla pyłowych kotłów wodnych.

4. Potrzeby inwestycyjne producenta.

Jedyny ekonomiczny dla gospodarki krajowej sposób produkcji dolnego zakresu wydajności polega na ich maksymalnie kompletnym montażu fabrycznym. Wymaga to zwiększonej pracochłonności na wykonanie kotła w fabryce oraz uzupełnienia typowych wydziałów produkcyjnych zakładu o wydział izolacji cieplnej. Do podniesienia jakości wykonania kotła celowe jest wyposażenie fabryki w automaty do wykonywania ścian spawanych z rur metodą łączenia rur bezpośrednio spoiną.

str. 9

f) Przewidywane potrzeby i zakres ważniejszych prac naukowo-badawczych, badań modelowych kotłów lub ich elementów.

Dla uniknięcia powtórzenia błędów popełnionych przy wprowadzaniu do produkcji nowych konstrukcji kotłów parowych z paleniskami narzutowymi, wymagane jest wykonanie badań narzutników węgla według „Założeń dla badań rozrzutu węgla przez narzutniki” nr archiwalny OBRKiUE 8693, z lutego 1974 r. Niezależnie od tego wskazane jest wykonanie badań instalacji nawrotu lotnego koksiku, umożliwiających trafniejszy dobór wentylatora wtórnego powietrza.

g) Ewentualny wybór i uzasadnienie potrzeby zakupu wzorców zagranicznych dla optymalizacji rozwiązań konstrukcyjnych.

Wobec przestawienia kotłów zachodnich omawianego zakresu wydajności na opalanie olejem opalowym lub gazem i występującego w związku z tym na zachodzie zastoju w produkcji kotłów rusztowych, zakup wzorcowego kotła z Zachodu mógłby spowodować zgubne skutki zasugerowania się przestarzałymi rozwiązaniami .

Jeśli chodzi o kraje RWPG, to przy racjonalnym działaniu w zakresie unowocześniania krajowej produkcji kotłów istnieją pełne podstawy do założeń, że wzorcem dla tych krajów będą konstrukcje krajowe, a nie odwrotnie.

h) Wstępne rozeznanie patentowe.

Konstrukcje będące przedmiotem założeń oparte są na własnych oryginalnych rozwiązaniach konstrukcyjnych, bądź to chronionych uzyskanym już patentem, bądź też przewidzianych do zgłoszenia, co do których wstępne badania patentowe nie wykazały istnienia przeciwstawień.

str.10

i) Analiza możliwości wykorzystania współpracy w ramach Rady Wzajemnej Pomocy Gospodarczej, bądź też celowości wykorzystania doświadczeń zagranicznych w drodze zakupu licencji lub patentów.

Patrz pkt g.

W ramach współpracy z RWPG wskazane byłoby wykorzystanie doświadczeń Związku Radzieckiego w zakresie samych urządzeń zasilania paleniska narzutowego węglem. Podobnie pożyteczne byłyby praktyki w tym zakresie w krajach zachodnich.

j) Specjalne zadania wynikające z obowiązujących przepisów.

Zadania takie nie występują.

k) Wstępny harmonogram etapów prac konstrukcyjno-doświadczalnych oraz przygotowania i uruchomienia produkcji

Lp.	Etap	Termin zakończenia
1	Opracowanie założeń i rozszerzonych projektów wstępnych	31.05.1974 r.
2	Ocena założeń i rozszerzonych projektów wstępnych	31.06.1974 r.
3	Opracowanie dokumentacji warsztatowej jednostki prototypowej - 2,5 Gcal/h	31.07.1974 r.
4	Wykonanie elementów części pod ciśnieniem kotła	30.09.1974 r.
5	Zmontowanie kotła	30.11.1974 r.
6	Badania eksploatacyjne prototypu	31.05.1975r.
7	Dokumentacja warsztatowa serii informacyjnej kotła 2,5 Gcal/h	30.09.1975 r.
8	Dokumentacja warsztatowa pozostałych wielkości typoszeregu.	31.12.1976 r.

=================================================================================================

Przepisał i w komentarze zaopatrzył inż. Jerzy Kopydłowski; Tarnowskie Góry, 2010.04.14

Inż. Michał Flodrowski sam założeń tych nie podpisał, polecając złożenie pod nimi podpisu kierownikowi pracowni kotłów olejowych i gazowych; inż. J. Kopydłowski był na ten czas kierownikiem równoległej pracowni kotłów rusztowych.

Według oceny poleconej wcześniej do wykonania mgr inż. Anieli Kopydłowskiej kotłów typu WLM25 podczas badań osiągały one wydajność poniżej 20 Gcal/h.

Paleniska te maksymalnego udoskonalenia doczekały się dopiero po latach działaniem inż. J. Kopydłowskiego, który na czas wykonywania w CBKK dokumentacji kotłów będącej przedmiotem zatwierdzanych założeń nie miał nawet deski kreślarskiej do własnej dyspozycji, jako już wówczas jedyny polski konstruktor kotłów - to nie jest opowiadanie dowcipów.

2

Załącznik I do części 103

---