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, 2012.06.17
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 206
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 czwarta.
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. Jaka ciemnota panuje w sprawie spalania węgla niespiekającego na ruszcie łuskowym, to jednym z wielu dowodów na to jest nieświadomość z jaką wysokością jego warstwy wprowadzanej na ruszcie taki węgiel powinien być spalany.
g.1. O przepływie powietrza podmuchowego spod rusztu nie decyduje sama wartość ciśnienia powietrza w skrzyni podmuchowej i wielkość wlotu tego powietrza do poszczególnych stref podmuchowych, lecz także opór dla przepływu powietrza stwarzany przez to co zalega na pokładzie rusztowym.
W jednej z książek ( Załącznik I do części 201, pkt H.3) można przeczytać [4]: Ciastowatość żużla powoduje zalepianie prześwitów między rusztowinami, co utrudnia dostęp powietrza i hamuje spalanie. W dodatku zaś niechłodzone rusztowiny nagrzewają się, deformują i spalają; w tym przypadku nie należy stosować podgrzewu powietrza doprowadzanego pod ruszt. Mięknący żużel oblepia poza tym cząstki węgla, które dostają się wraz z nim do kosza popielnicowego, zwiększając stratę popielnikową. Stąd wniosek, że do palenisk rusztowych nadają się jedynie żużle krótkie (czytaj: o wysokich temperaturach przemian popiołu).
Twierdzenie o zalepianiu prześwitów między rusztowinami (ściśle: szczelin dla przepływu powietrza podmuchowego) przez ciastowaty żużel, to oczywiście brednie. Podstawową wadą paleniska warstwowego - w odróżnieniu od paleniska narzutowego - jest natomiast to, że żużel ze spalającego się koksu (powstającego z odgazowania z węgla części lotnych), przy spalaniu każdego typu węgla gromadzi się na warstwie koksu pozostającej jeszcze do spalenia. Dzieje się tak z tego powodu, że proces jego spalania przebiega od góry, o czym akurat nawet informują wszystkie książki.
Przy spalaniu węgla niespiekającego się (płomiennego, typu 31), po odgazowaniu z niego części lotnych ulega on rozproszkowaniu, niezależnie od tego jaka była ziarnistość surowego węgla. Powstałe bardzo drobne ziarna koksu muszą więc być całkowicie przemieszane z różnej wielkości skałą płonną, o zachowanym pierwotnym jej rozdrobnieniu. Jej mięknienie u góry warstwy pokrywającej ruszt, gdzie pozostaje w miarę spalającego się od góry koksu, może więc tylko oblepiać stykającego się z nią ziarna koksu.
Rozmiękczony żużel - którym normalnie nazywa się skałę płonną w postaci po spaleniu się koksu - z oblepionymi przez niego jeszcze niespalonymi ziarnami koksu, przede wszystkim odcinają przepływ powietrza spod rusztu, zarówno do spalenia się ziaren koksu znajdujących się jeszcze na spodzie pokładu rusztowego, jak i do spalenia się ziaren koksu już przez żużel oblepionych.
Z samego logicznego rozumowania powinno więc wynikać, że:
- po rozmiękczeniu żużla, pozostająca pod żużlem warstwa niespalonego koksu będzie tym grubsza, im grubsza jest warstwa surowego węgla wprowadzanego na ruszcie;
- do rozmiękczenia żużla będzie dochodziło w tym większym stopniu, im dłużej będzie on przebywał w przedniej części paleniska, gdzie panuje największa temperatura pochodząca od spalania się tam odgazowujących z węgla części lotnych, a przy danym obciążeniu kotła żużel ten będzie oddalał się od przedniej części paleniska tym szybciej im niższa będzie grubość węgla wprowadzanego na ruszcie; z tego to powodu, że o ilości węgla wprowadzanego do paleniska stanowi iloczyn grubości warstwy węgla i prędkości posuwu rusztu.
Z takich to już oczywistych powodów, węgiel niespiekający się trzeba spalać w palenisku warstwowym z najniższą możliwą grubością jego warstwy wprowadzanej na ruszcie.
g.2. Samego wyjaśnienia, dlaczego węgiel niespiekający się należy spalać z małą grubością jego warstwy, nie znajdzie się jednak w żadnej książce. Oto czego można natomiast dowiedzieć się (Załącznik I do części 201):
Z książki [3]:
1. Normalnie stosowane grubości warstw węgla kamiennego na rusztach taśmowych (czytaj: łuskowych) wynoszą: 80 ÷ 120 mm dla ziaren 0 ÷ 10 mm, 100 ÷ 150 mm dla ziaren 10 ÷ 40 mm; 140÷220 mm dla ziaren 30÷50 mm; pod warunkiem, że stopień sprężenia powietrza podmuchowego wynosić będzie 80÷90 mm H2O.
Jest to informacja całkowicie od rzeczy, ponieważ nie ma węgli o składzie 10÷40 mm i 30÷50 mm. Gdyby bowiem na ruszcie łuskowym spalany był groszek, to według normy G-97001, przy jego składzie ziarnowym 10÷32 mm, byłoby w nim do 10 % ziaren o wielkości poniżej 10 mm. Podobnie orzech o składzie ziarnowym 25÷50 mm miałby do 8 % ziaren wielkości poniżej 25 mm.
Nie to jednak jest najważniejsze, lecz fakt, że [przy spalaniu węgla niespiekającego się, w procesie odgazowania z niego części lotnych, wszystkie ziarna węgla, kończąc na najgrubszych, ulegną rozproszkowaniu].
2. Ilość spalanego paliwa w jednostce czasu regulować można dwoma sposobami: albo grubością warstwy paliwa na ruszcie albo też prędkością posuwu rusztu. Jako zasadę należy przyjąć, że warstwownicą reguluje się spalanie w zależności od ziarnistości i gatunku węgla, a prędkością posuwu rusztu (czytaj: reguluje się) - wymaganą wydajność cieplną paleniska. Im niższa warstwa paliwa, tym korzystniejsze są warunki spalania.
Spalając węgiel niespiekający się, w grubości jego warstwy nie można kierować się jednak stopniem rozdrobnienia węgla z powodów ujętych wyżej w ramki. Natomiast stwierdzenie o korzystniejszych warunkach spalania przy niższej warstwie szczególnie dotyczy spalania węgli niespiekających się.
3. Dla paliw o większej ziarnistości i o trudniejszym spalaniu (paliwa o dużej zawartości popiołu) stosuje się warstwę grubszą, a dla paliw o dużej zawartości części lotnych oraz dla miału węglowego, warstwę cieńszą (60 do 120 mm).
Nieprawdziwa jest cała treść tego zdania, ponieważ ową warstwę cieńszą przy spalaniu węgla niespiekającego należy stosować niezależnie od tego jaki jest jego skład ziarnowy. Natomiast dla wszystkich typów węgla powinien on być spalany z tym niższą warstwą, im więcej zawiera popiołu; wynika to z oczywistego faktu, że pozostałość którą po spalenia się koksu jest żużel, w palenisku warstwowym gromadzi się na nad koksem mającym dopalić się przed spadnięciem do leja żużlowego niezależnie od typu spalanego węgla,
4. Największe straty przez niewypalone części palne w żużlu oraz przez lotny koksik powstają przy spalaniu węgla o nierównej ziarnistości.
Jest to stwierdzenie nieprawdziwe przy spalaniu węgla niespiekającego się, w związku z treścią ujętą w klamry pod pkt 1.
Z książki [4]:
5. Regulacja wydajności rusztu (czytaj: paleniska) następuje przez zmianę grubości warstwy (przeważnie 100÷150 mm), którą stosuje się możliwie najmniejszą, przez zmianę szybkości posuwu taśmy (możliwie największej), oraz przez regulację podmuchu powietrza i regulację ciągu u góry komory paleniskowej. Zmiana grubości warstwy ma powolny wpływ na zmianę intensywności spalania, szybszy wpływ ma zmiana wielkości posuwu. Natomiast od grubości warstwy zależy dobroć spalania, zdolność dopasowania się urządzenia do obciążenia i trwałość rusztu.
W sprawie samej grubości warstwy spalanego węgla, można powiedzieć: nic dodać, nic ująć. Szkoda tylko, że nie ma w książce żadnego wyjaśnienia jak przekłada się mała grubość warstwy węgla na dobroć spalania.
g.3. W analizowanych przez polskiego konstruktora kotłów od początku lat 60-tych u. w. sprawozdaniach z badań cieplnych kotłów rusztowych grubość warstwy węgla nie była jednak nawet podawana.
Daje to podstawę do domniemania, że dokonujących tych badań w ogóle nie interesowało z jaką grubością warstwy pracuje kocioł.
Jaka natomiast w tej sprawie dodatkowo zapanowała ciemnota, kiedy po przemianach ustrojowych za pogarszanie wyników eksploatacyjnych kotłów z paleniskiem warstwowym zabrali się niektórzy naukowcy politechniczni, to dowodzi już tego informacja o rzekomych bardzo pozytywnych efektach stosowania w kotłach rusztowych pomysłu z ówczesnego Instytutu Ogrzewnictwa i Wentylacji Politechniki Warszawskiej na „aeroseparację podziarna”.
Z Załącznika I do części 192:
Warstwa palącego się węgla na ruszcie ma inny charakter (czytaj: z zastosowaną „aeroseparację podziarna”). W kotłach z warstwownicą nie jest ona gruba, lecz palący się węgiel, jak już wspomniano wcześniej, ma liczne przedmuchy kawernowe. W palenisku aeroseparacyjnym warstwa węgla jest gruba i luźna. Przy mocy 5,3 MW w okolicy pierwszego włazu (czytaj: wziernika) wynosiła ok. 40 cm.
Czyli 400 mm, przy zalecanej 60÷120 mm w pkt g.2.3. i 100÷150 mm w pkt. g.2.5.
W profesjonalnie wykonywanych badaniach grubość warstwy węgla podana była tylko w sprawozdaniach z badań kotłów wodnych typu WCO80, wykonanych w latach 1992-1993 (części 168 i 204). Za wyjątkiem jednego pomiaru kotła, wynosiła ona 140 mm - przy spalaniu węgla o średniej spiekalności.
Z jaką wysokością warstwy trzeba spalać węgiel nie ma także nic w instrukcjach eksploatacji paleniska rusztowego
g.4. Polski konstruktor kotłów, mając opanowane już spalanie węgla w kotle wodnym typu WCO80 w PEC w Tarnowskich Górach (kierując się grubością warstwy węgla z badań kolegi, tyle że na węglu o średniej spiekalności), znając między innymi podejście do tej grubości przez autorów debilnego rozwiązania, będącego „aeroseparacją podziarna”, sprawdził jakie są skutki spalania z grubszą warstwą. Oczywiście nie o grubości dochodzącej do 400 mm, bo przecież głupim nie był. Po wyregulowaniu kocioł pracował normalnie przy grubości warstwy 120 mm.
W tym celu, uprzednio poprosił o wykonanie otworu w tylnej ścianie kotłowni, aby móc wysunąć koniec pręta gracy poza kotłownię, do następnego włożenia jej do paleniska.
Powiększenie grubości warstwy - tym szybciej, im wyżej - skutkowało zanikiem spalania na ruszcie, poza strefą odgazowania z węgla części lotnych z przodu rusztu. Nie pomagało wtedy nawet maksymalne otwarcie wlotów powietrza do stref podmuchowych. Rozwiązaniem było zepchnięcie wszystkiego co na ruszcie na sam jego przód, przy jednoczesnym dokonaniu rozdrobnienia zestalonej warstwy żużla, po którym to spychaniu dochodziło do przemieszania tak rozdrobnionego żużla z leżącym wcześniej pod nim bardzo drobnym koksem. Bez dodatkowego rozdrobnienia żużla, samo zepchnięcie wszystkiego do tyłu, nie na wiele się zdawało.
Po nadejściu spod warstwownicy surowego węgla, z jednoczesnym zejściem z rusztu tego co było przegracowane, do zaniku spalania na ruszcie dochodziło powtórnie. Tym szybciej, im grubsza była warstwa węgla. Z coraz grubszą warstwą węgla spalać go oczywiście było można, tylko z coraz częstszym kolejnym takim gracowaniem.
W praktyce przeważnie nie ma jednak nawet dostępu do takiego gracowania, a dodatkowo ilu to palaczom chciałoby się tak ciągle gracować. W dużych kotłach, gdyby nawet był dostęp od tyłu rusztu, to na długości dochodzącej do siedmiu metrów palacz nie wyrobi; chyba w kilku, a tylu na zmianie nawet nie ma.
Natomiast o skutkach spalania z grubą warstwą, bez takiego gracowania, nawet w książce można przeczytać [3] :
Niewypalone części palne w żużlu są często przyczyną bardzo poważnych strat. Wysokość strat zależy nie tylko od jakości paliwa, ale i od konstrukcji rusztu, obciążenia rusztu oraz od obsługi lub od sposobu prowadzenia ognia. ... przy spalaniu pewnych gatunków paliw na rusztach nieprzystosowanych do ich spalania, względnie przy przeciążeniu rusztu albo przy niewystarczającej ilości i sprężu powietrza podmuchowego, straty mogą wynosić 25 %, a nawet i więcej.
Rozwiązaniem jest oczywiście tylko skuteczne podrapanie się w głowę, która to konieczność - jako propozycja wychodząca od polskiego konstruktora kotłów - tak jak w wielu innych przypadkach, nader rzadko jak dotąd do kogo dociera.
(-) Jerzy Kopydłowski
Nie są to oczywiście ziarna węgla, ponieważ jako wprowadzony na ruszcie przestaje być węglem w procesie odgazowania z niego części lotnych.
Z potwierdzeniem nawet w jednej z książek [5]: Przy spalaniu na ruszcie pewne gatunki węgli rozsypują się, będą to węgle o niskiej liczbie Rogi.
Wszędzie gdzie ją zastosowano dużym kosztem, takowym trzeba było przywrócić pierwotne rozwiązanie paleniska.
Pod kierownictwem inż. Tadeusza Górala, kolegi ze studiów polskiego konstruktora kotłów.
Trzeba bowiem wiedzieć, że w większości polskich kotłów rusztowych nie ma możliwości operowania gracą wzdłuż rusztu, ponieważ nie ma w tym celu nawet dostępu do paleniska od tyłu rusztu. W kotłach typu WCO80 ten dostęp akurat jest, tyle że mała odległość do tylnej ściany kotłowni to gracowanie uniemożliwiała. Na okoliczność braku takiego dostępu do gracowania wyjątkowo humorystycznie przedstawia się zalecenie (z książki [1], pkt H.1 Załącznika I do części 201): Zadanie palacza w przypadku zauważenia wydmuchów miału, przypominających swą formą kratery, sprowadza się do przegracowania warstwy paliwa.
Szkolący palaczy uczą ich nawet, że na ruszcie kotła będącego w ruchu gracować nie można. Tak ostatnio stwierdził jeden z nich.
3