Tarnowskie Góry, 2011-02-20
Instytut Maszyn i Urządzeń
Energetycznych Politechniki
Śląskiej
ul. Konarskiego 22
44-100 Gliwice
Opowieść o losie polskiej energetyki zgotowanym jej przez jednego agenta SB.
Część 146
Powody pozostawienia polskich kotłów rusztowych w stanie zacofania technicznego z okresu pierwszych lat istnienia Peerelu.
G. O tym co przede wszystkim złożyło się
na całkowity brak w Polsce nowoczesnych kotłów rusztowych.
III. Trzecim (głównym) powodem była awanturnicza działalność Głównego Inspektoratu Gospodarki Energetycznej i ówczesnego Ministerstwa Przemysłu Chemicznego - część 37.
Drugim całkowicie nietechnicznym powodem marnotrawstwa milionów ton węgla rocznie w kotłach rusztowych przed powołaniem Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki (bo obecnie jest ono jeszcze większe), po nieświadomości skutków pracy kotła z przekroczonym granicznym obciążeniem cieplnym rusztu, była (taka jak jest obecnie) powszechna nieświadomość zadania jakie ma spełniać strefowa regulacja powietrza podmuchowego - wynaleziona jakby nie było prawie sto lat temu.
Ustęp dziewięćdziesiąty pierwszy: Postępowanie takich jak przykładowo późniejszy rektor Politechniki Warszawskiej nie udaremniło dokonania badań cieplnych modernizowanych kotłów, zarówno z pozostawieniem w nich paleniska warstwowego, jak i przez zastosowanie polskiego paleniska narzutowego, z jednoczesnym wykazywaniem treścią tych sprawozdań jakie to ogromne efekty gospodarcze mogło by już przynieść stosowanie ówczesnych wynalazków inż. J. Kopydłowskiego.
Krzywe zależności współczynnika nadmiaru powietrza od obciążenia cieplnego kotła na Rys. 135a do Rys. 135e, wykreślone według wyników badań tych samych kotłów w wykonaniu fabrycznym oraz następnie zmodernizowanych, aż nader oczywiście uwidaczniają różnice w wartościach tego współczynnika.
Wyniki badań kotłów zmodernizowanych nie były przy tym efektem żadnych ignoranckich pomysłów mających obecnie rzekomo służyć obniżeniu wartości tego współczynnika z poziomu jak po lewej stronie rysunków, lecz efektem odpowiedniej (chociaż nie zawsze prawidłowo dokonywanej) regulacji dopływu powietrza do stref podmuchowych rusztu.
Część z badanych kotłów była już wyposażona w sprzężoną regulację dopływu powietrza do stref podmuchowych, wymagającą jednak dalszego dopracowania.
Do jej wynalezienia doprowadziły pierwsze doświadczenia z eksploatacji kotłów modernizowanych od 1982 r. Inż. J. Kopydłowski zorientował się wtedy, że do prawidłowej pracy paleniska rusztowego (zarówno warstwowego, jak i narzutowego) wymagana jest stała określona wartość ciśnienia powietrza w skrzyni podmuchowej oraz stopniowe jego doprowadzanie do kolejnych stref podmuchowych idąc w kierunku do tyłu rusztu, w miarę jak zwiększa się obciążenie (wydajność) kotła. Na ten czas miał już jednak także świadomość, że taki sposób doprowadzania powietrza do stref podmuchowych nie będzie w praktyce realizowany przy dotychczasowym rozwiązaniu regulacji dopływu powietrza do stref podmuchowych indywidualnymi dźwigniami dla klap wlotu powietrza do każdej z nich. Głównym powodem będzie nieświadomość palacza jak otwierać klapy kolejnych stref podmuchowych i w jakim stopniu. Niezależnie od tego, nie będzie można nawet wyegzekwować od niego aby to robił. Brał przy tym pod uwagę samą ilość stref podmuchowych, która w największych kotłach rusztowych może zbliżać się do dziesięciu.
W ostatecznie dopracowanym rozwiązaniu sprzężonej regulacji dopływu powietrza do stref podmuchowych służy do tego jedna dźwignia, z możliwością zastosowania powszechnie znanego siłownika do obracania nią zdalnym sterowaniem, z dalszą możliwością przejścia na automatyczny proces takiej regulacji po wyposażeniu kotła w automatyczną regulację mogącą prawidłowo spełniać swoje zadanie - w przeciwieństwie do dotychczasowych, które jako zastosowane są tylko powodem dalszego wzrostu marnotrawstwa węgla.
Przeniesieniu ruchu dźwigni na ramiona wałków klap kolejnych stref podmuchowych służy cięgno teleskopowe wynalezione przez inż. J. Kopydłowskiego już na początku lat 90-tych. Działa ono jak teleskop (w odróżnieniu od tego w samochodzie - bez oleju), z nastawianą odległością do jego skracania się przy otwieraniu klap kolejnej strefy podmuchowej, z następnym maksymalnym wydłużaniem się przy przymykaniu klap.
Zastosowanie tych cięgien powoduje, że obrót dźwigni osadzonej na wałku klap pierwszej od przodu strefy podmuchowej przenosi przez cięgno teleskopowe jej ruch na wałek klap kolejnej strefy dopiero po jego skróceniu się o nastawioną odległość. Do tego momentu obrót dźwigni powoduje tylko stopniowe otwieranie klap pierwszej strefy podmuchowej. Przy dalszym obrocie dźwigni, już skrócone cięgno łączące ramię klap pierwszej strefy z ramieniem klap drugiej strefy otwiera klapy tej drugiej strefy i tak w kolejnych strefach w kierunku do tyłu rusztu.
Klapy stref, które zaczęły się otwierać, otwierają się jednak stale stopniowo coraz więcej, Zadaniem tej regulacji jest jednak uzyskanie płaskiej krzywej dopływu powietrza na długości rusztu, wydłużającej się jedynie w kierunku do tyłu rusztu w miarę jak zwiększa się obciążenie kotła, w odróżnieniu od „pagórkowatych” krzywych przedstawianych od dziesiątków lat w wydawnictwach książkowych. W tym celu zostało wykorzystane zjawisko „nieliniowej” charakterystyki klapy regulacyjnej, polegające na tym, że po pewnym stopniu jej otwarcia przestaje ona dławić ciśnienie powietrza dopływającego do strefy podmuchowej, a tym samym przestaje się zwiększać wpływająca do niej jego ilość. Do tego trzeba było jednak znacznie zmniejszyć stosowany dotychczas przekrój wlotów powietrza do stref podmuchowych.
W kotłach rusztowych z zastosowaną sprzężoną regulacją dopływu powietrza do stref podmuchowych ilość powietrza podmuchowego doprowadzanego pod ruszt reguluje się odpowiednim otwieraniem lub zamykaniem klap stref podmuchowych, przy utrzymaniu stałego ciśnienia w skrzyni. Sama zawartość tlenu w spalinach służy jedynie jako wskaźnik prawidłowego jej stosowania. Także do wyregulowania cięgien teleskopowych na ich skracanie się.
Ustęp dziewięćdziesiąty drugi: Jak na czas dysponowania przez Polskę unikatową w skali światowej techniką regulacji powietrza podmuchowego można robić przysłowiową „wodę z mózgu” użytkownikom kotłów rusztowych (z paleniskiem warstwowym), to jednym z przykładów są naukowcy z Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej. W sprawie „metody sterowania ilością powietrza”, można się od nich dowiedzieć:
„Obecnie w praktyce stosuje się kilka grup metod optymalizacji stosunku nadmiaru powietrza, a do najpopularniejszych należą następujące:
● Według wyczucia palacza. W tej metodzie dobór ilości powietrza dokonywany jest przez palacza w oparciu o jego doświadczenie na podstawie obserwacji procesau spalania.
● Według wskazania analizatora składu spalin. W tej metodzie ilość powietrza do spalania dobierana jest w taki sposób by zawartość tlenu w spalinach pozostawała na stałym poziomie. Metoda ta nie pozwala na zasadnicze podniesienie sprawności kotła gdyż stężenie O2 w spalinach jest stosunkowo mało czułe na całkowitą ilość powietrza dostarczanego do kotła.
● Według krzywej maksymalnej sprawności. W metodzie tej optymalna ilość powietrza dobierana jest w zależności od strumienia spalanego węgla, przy czym krzywa optymalnej ilości powietrza jest narzucona arbitralnie i ewentualnie korygowana okresowo.
Wszystkie powyższe metody posiadają pewne wady, a jedną z podstawowych jest duża bezwładność.
Przeciwieństwem tych wszystkich metod optymalizacji stosunku nadmiaru powietrza (czytaj: doboru optymalnej wartości wspólczynnika nadmiaru powietrza) ma być „Metoda ITC sterowania kotłem”, odnośnie której można się dowiedzieć, że jest to „Algorytm opracowany w Instytucie Techniki Cieplnej ... z myślą o ograniczeniu lub wyeliminowaniu wad charakteryzujących większość innych metod stosowanych na rynku. Dzięki temu do ważnych zalet metody ITC zaliczyć należy:
● Dobór optymalnego stosunku nadmiaru powietrza niezależnie od stanu pracy kotła (niezależnie od obciążenia oraz prędkości rusztu i wysokości warstwy paliwa). …
● Opieranie się na charakterystykach strat pozwala na dobór ilości powietrza w momencie zmiany wydajności kotła, a nie w sposób nadążny co jest wadą niektórych innych algorytmów. Ma on szczególne znaczenie w przypadku częstych zmian wydajności co jest częstym przypadkiem zarówno w kotłowniach zawodowych jak i przemysłowych.
W sprawie samej owej metody można dowiedzieć się, że: W zarysie opiera się ona na empirycznych charakterystykach zależności straty fizycznej w spalinach oraz straty chemicznej w żużlu (czytaj: straty wylotowej (Sw) i straty paleniskowej (Sc) - w związku z Rys. 136) od podstawowych parametrów charakteryzujących pracę kotła. Na podstawie znajomości dwóch charakterystyk dobierana jest taka ilość powietrza do spalania, która zapewnia minimum sumy tych dwóch strat. Co więcej, algorytm wyznacza jednocześnie przewidywaną wartość sprawności, a rozbieżność między wyliczoną a faktycznie osiąganą sprawnością wykorzystywana jest do korekty współczynników charakterystyk empirycznych.
Tymi dwoma charakterystykami przedstawionymi na Rys. 137, jako wziętymi przez naukowców z ITC całkowicie z przysłowiowego kapelusza, mają być krzywe zależności straty paleniskowej (Sc) i straty wylotowej (Sw) od współczynnika nadmiaru powietrza (λ).
Sam Rys. 137 jest interpretowany przez nich jak następuje: Z rysunku tego wynika, że [istnieje pewna optymalna ilość powietrza, która zapewnia minimalną wartość dwóch podstawowych strat (czytaj: Sc i Sw), a tym samym maksymalną sprawność.] Niestety ten optymalny stosunek nadmiaru powietrza nie jest wielkością stałą, lecz zmienia się w zależności od parametrów pracy kotła (np. prędkość posuwu rusztu, wysokość warstwy paliwa czy stanu czystości powierzchni grzewczych).
Jak nieprawdziwe są same krzywe na tym rysunku, to dowodzą tego wartości straty paleniskowej (Sc) przy punktach krzywych zależności wartości współczynnika nadmiaru powietrza od obciążenia kotła z lewej strony Rys. 135 (zaokrąglone do liczb całkowitych), z których wynika jednoznacznie, że nie ma żadnej zależności straty niecałkowitego spalania (Sc) od wartości współczynnika nadmiaru powietrza (λ).
Dostatecznym dowodem ośmieszania przez tych naukowców szkolnictwa politechnicznego ową „Metodą ITC sterowania kotłem” powinien być Rys. 136.
Przedstawia on krzywą sprawności cieplnej kotła w zależności od jego obciążenia (wydajności), sporządzoną w oparciu o wyniki badań cieplnych kotła parowego typu OR10, podczas których już przy około 70 % jego wydajności nominalnej doszło do przekroczenia granicznego obciążenia cieplnego rusztu. Przy punktach odpowiadających wynikom trzech kolejnych pomiarów cieplnych tego kotła, służących jak normalnie do wykreślenia krzywej sprawności kotła w funkcji jego obciążenia, zostały podane (wzięte ze sprawozdania z tych badań) także wartości: sprawności kotła - η; współczynnika nadmiaru powietrza- λ; straty paleniskowej- Sc; straty wylotowej- Sw.
Optymalną sprawnością mogłaby być tylko sprawność η =76,7 %, której odpowiada współczynnik nadmiaru powietrza λ=2,6 oraz straty Sc=6,7 i Sw = 15,2 %. Jednak tylko nieco niższemu współczynnikowi nadmiaru powietrza λ=2,3 odpowiada już sprawność kotła η = 55,9 %, z prawie pięciokrotnie wyższą stratą paleniskową (Sc=31,1 %) i tylko o 24 % mniejszą stratą wylotową (Sw = 11,7 %). Ogromne różnice zarówno sprawności kotła, jak i jego straty paleniskowej, występują dodatkowo przy praktycznie tym samym obciążeniu kotła, bo odpowiednio 63 % i 66 % jego wydajności nominalnej.
Byłoby jednak nietaktem wymaganie od tych naukowców świadomości skutków przekraczania w kotle z paleniskiem warstwowym granicznego obciążenia cieplnego rusztu oraz powodów jego pracy z bardzo dużym współczynnikiem nadmiaru powietrza, któremu w przywołanym przykładzie jako λ=3,9 odpowiada strata wylotowa Sw=24,2%.
Z jakim współczynnikiem nadmiaru powietrza pracowały kotły z paleniskiem warstwowym już przed powołaniem Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki (dodatkowo podczas badań cieplnych, a nie podczas bieżącej ich eksploatacji), to informują krzywe z lewej strony Rys. 135.
Załączniki I-VI (J. Kopydłowski)
Do wiadomości: 1. Raciborska Fabryka Kotłów „RAFAKO” ul. Łąkowa 31; 47-300 Racibórz 2. Sędziszowska Fabryka Kotłów „SEFAKO” ul. Przemysłowa 9; 28-340 Sędziszów 3. Fabryka Palenisk Mechanicznych ul. Towarowa 11; 43-190 Mikołów 4. Zakłady Urządzeń Kotłowych „Stąporków” ul. Górnicza 3; 26-220 Stąporków 5. Krajowa Agencja Poszanowania Energii ul. Mokotowska 35; 00-560 Warszawa 6. Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska ul. Powstańców 41 a; 40-024 Katowice W wiadomej sprawie: 1. JM Rektor Akademii Górniczo-Hutniczej 2. JM Rektor Politechniki Białostockiej 3. JM Rektor Politechniki Częstochowskiej 4. JM Rektor Politechniki Gliwickiej |
7. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja ul. Czackiego 3/5; 00-043 Warszawa 8. Energetyka, Redakcja; ul. Jordana 25; 40-952 Katowice 9. 10. Izba Gospodarcza Ciepłownictwo Polskie; ul. Eligijna 59; 02-787 Warszawa
Także kilkudziesięciu PT Użytkowników kotłów z polskim lub krajowym paleniskiem narzutowym i mających te kotły na stanie oraz kilkuset innych.
5. JM Rektor Krakowskiej 6. JM Rektor Politechniki Łódzkiej 7. JM. Rektor Politechniki Poznańskiej 8. JM Rektor Politechniki Wrocławskiej 9. JM. Rektor Politechniki Wrocławskiej.
|
Każdego kto może uzupełnić treść opowieści lub ma uwagi do niej uprasza się o podzielenie się nimi, z gwarancją załączenia ich do kolejnej części opowieści dla zapoznania z nimi wszystkich otrzymujących ją. Uwaga do treści Rzecznika Odbiorców Paliw i Energii URE: „Poruszane przez Pana zagadnienia dotyczą zagadnień sprzed rozpoczęcia działalności Prezesa URE, który został powołany w 1997 r. na mocy ustawy z dnia 10 kwietnia 1997 r. … .” |
Wyjątkowym paradoksem jest fakt, że badań tych od drugiej połowy lat 80-tych, a więc po całkowitym niezrealizowaniu zadań Programu Rządowego PR8 (kierunek 5) na lata 1981-1985, dokonywały między innymi oba Ośrodki Badawczo Rozwojowe GIGE (warszawski i katowicki) oraz gliwicki Zakład Badawczo Projektowy „ENERGOCHEM”, skutecznie przyczyniający się wcześniej do udaremnienia wykonywania dokumentacji tych modernizacji przez BPPTiF „PROERG”. Nikogo nie powinno więc dziwić, że w żadnym z tych badań nie brał udziału inż. J. Kopydłowski, tak jak nie otrzymał oficjalnie żadnego sprawozdania z nich.
Za minimalny zestaw urządzeń niezbędnych do implementacji algorytmu uznano: falownik wentylatorów podmuchu powietrza, falownik wentylatorów spalin, falownik silnika posuwu rusztu, pomiar prędkości przesuwu rusztu, pomiar wysokości warstwy paliwa, pomiar koncentracji tlenu lub dwutlenku węgla w spalinach, pomiar temperatury spalin, pomiar strumienia i temperatury wody zasilającej kocioł, pomiar temperatury wody produkowanej przez kocioł (czytaj: czym jak czym, ale produkcją wody to już żadna kotłownia nie zajmuje się - chyba „algorytmowa”), a w przypadku kotła parowego temperatury i ciśnienia pary, swobodnie programowanego sterownika przemysłowego.
Porównywać ich z wartościami otrzymanymi z badań kotłów z polskim paleniskiem narzutowym (z prawej strony rysunku) nie ma sensu, bo przecież zdaniem naukowców z IMiUE Politechniki Sląskiej „paleniska narzutowe to szmelc”. Także nawet z wartościami z badań kotłów modernizowanych z zachowaniem paleniska warstwowego, z zastosowaniem niedopracowanej jeszcze sprzężonej regulacji dopływu powietrza do stref podmuchowych.
4