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, 2012.06.03
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 204
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 druga.
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.
e. Modernizacja w 2000 r. kotła wodnego typu WCO80, o którą polski konstruktor kotłów wcześniej bezskutecznie zabiegał w trzech zakładach Tarnowskich Gór przez około dziesięć lat, miała służyć sprawdzeniu dlaczego węgiel niespiekający się źle się spala w palenisku warstwowym.
e.1. Do sprawdzenia tego skłoniły go mierne efekty modernizacji w 1988 r. kotła wodnego typu WCO80 w Fabryce Maszyn Radomsko, jako spalającego niespiekający się węgiel płomienny typu 31, potwierdzone badaniami tego kotła wykonanymi w 1989 r. Ze sprawozdania z tych badań wynikało, że osiągnięta podczas nich maksymalna moc cieplna kotła 1,65 MW była na granicy przekraczania granicznego obciążenia cieplnego rusztu, powyżej którego już od lat było mu wiadome, że moc cieplna kotła przy dalszym wzroście ilości doprowadzanego węgla spada, przy jednoczesnym dalszym gwałtownym obniżaniu się sprawności cieplnej kotła.
Wcześniej zjawisko przekraczania granicznego obciążenia cieplnego rusztu, chociaż jako odkryte przez niego przedstawiał w publikacjach, nie wiązał ze spalaniem w kotle węgla niespiekającego się.
Dodatkowym impulsem dążenia do owego sprawdzenia były wyniki badań w latach 1992÷1993 efektu takich samych modernizacji w pięciu innych zakładach, gdzie jednak podczas badań spalany był węgiel gazowo-płomienny typu 32.2 o zdolności spiekania RI = 20÷40, a w jednym badaniu węgiel gazowy typu 33 o zdolności spiekania RI = 40÷55. Zdolność spiekania węgla płomiennego typu 31 to RI < 5, czyli żadna.
W każdym sprawozdaniu z tych pięciu badań znajdował się zapis: Kocioł może osiągnąć maksymalne parametry techniczne przy spalaniu węgla gazowo-płomiennego typu 32.2. Pogorszenie wyników eksploatacyjnych nastąpi przy spalaniu węgla typu 32.1. Należy natomiast unikać spalania węgla niespiekającego się typu 31.2, a zwłaszcza typu 31.1.
Treść początkowa końcowego zdania może sugerować jej pochodzenie z książki [4], natomiast zróżnicowanie złych efektów spalania węgla na jeszcze gorsze wyróżnikami po kropce 1 i 2 według normy G-97002 nie znajduje już uzasadnienia, ponieważ w normie tej węgiel płomienny typu 31 jako całość ma zdolność spiekania RI < 5.
Pozostanie natomiast faktem, że podczas tych pięciu badań kocioł, zmodernizowany jeśli chodzi o samo palenisko w ten sam sposób co kocioł w Radomsku, osiągał moc cieplną dochodzącą do 3,0 MW, czyli prawie dwa razy większą. Dodatkowo bez objawów charakterystycznych dochodzeniu do granicznego obciążenia cieplnego rusztu, a podawane w sprawozdaniach z badań powody osiągania przez kotły mniejszej mocy maksymalnej były różne.
Różnica w osiąganej mocy cieplnej kotła w Radomsku i badanych później nie mogła przy tym wynikać z różnej zawartości popiołu w spalanym węglu, ponieważ w przypadku części kotłów badanych później zawartość tego popiołu była porównywalna z jego zawartością w węglu spalanym w Radomsku. Powodem zróżnicowania osiąganej mocy nie mógł być także stopień rozdrobnienia węgla, jako że wbrew obiegowemu poglądowi stopień rozdrobnienia węgla nie ma wpływu na proces spalania węgla w prawidłowo skonstruowanym i eksploatowanym palenisku warstwowym; pomijając oczywiście spalanie odpadu kopalnianego jakim jest muł, o rozdrobnieniu poniżej jednego milimetra.
Jak natomiast błądził dokonujący badania kotła spalającego węgiel niespiekający się w ocenie powodów jego pracy , to dowodzi tego takie to uzasadnienie wyników badań: Strata w żużlu przy obciążeniu wysokim … jest nadmierna i wynika przede wszystkim z braku powietrza do spalania w strefie IV. Brak powietrza w tej strefie powoduje niedopalanie paliwa na ruszcie. Stąd tak duża zawartość części palnych w żużlu. … nie posiada ona elementu regulacyjnego (czytaj: wlotu powietrza ze skrzyni podmuchowej).
e.2. Na Rys. 201 zostały jednak naniesione wartości ciśnienia w strefach podmuchowych rusztu zmodernizowanego kotła typu WCO80 w dokładnie takim samym rozwiązaniu konstrukcyjnym, jak przy badaniu go zarówno na niespiekającym się węglu płomiennym (Radomsko), jak i na węglach gazowo-płomiennych oraz gazowym. Wartości tego ciśnienia, jak i odpowiadające im ciśnienie w skrzyni podmuchowej, dla poszczególnej mocy cieplnej przy której badany był zmodernizowany kocioł, pochodzą z Tabeli (część 168). Na Rys. 201 nie naniesiono jedynie wyników z badań kotła w Szczytnie, jako wykonanych przy jednym obciążeniu, z mocą 2,44 MW, a to z tego powodu, że z jednego obciążenia nie można wykreślić krzywej.
Wszystkie kotły miały ruszt jak na Rys. 199 (część 201), jedynie bez wlotu powietrza do strefy czwartej, który został na nim dorysowany (co wyraźnie wynika ze sposobu tego dorysowania), po to aby odpowiadał rozwiązaniu zastosowanym w 2000 r. w PEC w Tarnowskich Górach.
Osiągnięcie przez badane po Radomsku pięć kotłów mocy kolejno: 2,95 MW; 2,57 MW; 2,54 MW; 2,12 MW; 2,44 MW, w stosunku do mocy 1,65 MW przy spalaniu węgla płomiennego, jednoznacznie już musi dowodzić, że o jej niskiej wartości nie mógł decydować brak wlotu powietrza do czwartej strefy podmuchowej.
Dlaczego natomiast maksymalna moc cieplna kotła w PEC w Tarnowskich Górach w sezonie grzewczym 2000/2001, jako spalającego węgiel niespiekający się, była o około 50 procent wyższa od osiągniętej na tym samym węglu w Radomsku, to wyjaśnienie znajduje się w różnicy ciśnień w strefach podmuchowych obu kotłów na Rys. 201.
Przy niskiej mocy cieplnej ciśnienie powietrza w pierwszej strefie było w nich jednakowe. Kiedy jednak w kotle w Radomsku zwiększało się ono wraz ze zwiększającą się mocą cieplną, to w kotle w Tarnowskich Górach malało, i to kilkakrotnie. Jak wynika dodatkowo z Rys. 200 (część 203), powyżej mocy cieplnej 0,9 MW wlot powietrza do tej strefy był już odcięty całkowicie, a o wysokości ciśnienia w niej decydował tylko przepływ powietrza przez uszczelnienie międzystrefowe.
W drugiej strefie podmuchowej ciśnienie powietrza - w zakresie mocy cieplnej osiąganej przez kocioł w Radomsku - w obu kotłach było można powiedzieć identyczne.
Istotna różnica ciśnienia miała natomiast miejsce w trzeciej strefie, gdzie w kotle w Tarnowskich Górach do mocy cieplnej rzędu 1,3 MW panowało podciśnienie, przy jeszcze całkowicie zamkniętym dopływie powietrza do niej (jak to wynika z Rys. 200), natomiast w kotle w Radomsku przekroczyło już ono wartość 100 Pa, dochodząc do 200 Pa przy najwyższej możliwej do osiągnięcia mocy cieplnej 1,65 MW, bo już w obszarze granicznego obciążenia cieplnego rusztu. W kotle w Tarnowskich Górach tą wartość 200 Pa osiągnęło ciśnienie powietrza w trzeciej strefie dopiero przy mocy cieplnej rzędu 2,1 MW.
Jakie ciśnienie byłoby w strefie drugiej i trzeciej, gdyby możliwe było osiągnięcie w pierwszym kotle mocy cieplnej powyżej 1,65 MW, a w drugim powyżej 2,3 MW, to hipotetycznie przedstawiają krzywe przedłużone linią przerywaną. Wartość tego ciśnienia nie stanowiłaby jednak o ilości powietrza doprowadzanego do tych stref, lecz o wartości oporu przepływu stwarzanego przez to co zalega nad nimi. A tym co zalega byłaby najpierw rozmiękczona, czy płynna, a następnie zestalona warstwa żużla, będąca pozostałością ze spalającego się koksu, z leżącą pod nią warstwą niespalonego koksu; a niespalonego z powodu braku lub bardzo ograniczonego przepływu powietrza przez dalszą część rusztu w kierunku do tyłu komory paleniskowej. Niespowodowanego brakiem dopływu powietrza do strefy podmuchowej, lecz nadmiernym oporem stwarzanym dla tego przepływu przez to co zalega na ruszcie.
Wzrostu ciśnienia w trzeciej strefie podmuchowej nie wykazują w ogóle, lub w małym stopniu (dla Lidzbarka Warmińskiego) krzywe tego ciśnienia przy spalaniu węgli o średniej i wyższej spiekalności.
Różnice w mocy cieplnej osiągniętej przez kotły w Radomsku i w Tarnowskich Górach dowodzą jak ważne jest ograniczanie intensywności spalania węgla niespiekającego się na przedniej części rusztu, bo tylko tym różnił się proces jego spalania w obu kotłach, przy którym pierwszy osiągnął moc cieplną 1,65 MW, a drugi mógł pracować z mocą rzędu 2,3 MW. Dodatkowo z dobrze wypalonym żużlem, a nie z bardzo dużym udziałem w nim niespalonego koksu, jak to stwierdzono w sprawozdaniu z badań (patrz przypis 3). To jednak można osiągnąć tylko odpowiednio małą ilością powietrza podmuchowego doprowadzanego pod przednią część rusztu; tym mniejszą w proporcji do całego powietrza, im większa jest moc cieplna kotła.
Załącznik VI (-) Jerzy Kopydłowski
Jednym co okazało się prawdziwe w treści książek, było stwierdzenie [4]: Wskazane jest unikać spalania na ruszcie wędrownym (czytaj: łuskowym) i w ogóle w paleniskach warstwowych węgli niespiekających się … . Tymczasem zalegające pod Polską pokłady węgla to głównie węgiel płomienny typu 31, a więc niespiekający się.
Dodatkowo kilkanaście już chyba milionów ton węgla rocznie sprowadzanego obecnie z Rosji, to także węgiel niespiekający się, na który w kraju dbających o jego stan gospodarczy obowiązywałby zakaz importu z przeznaczeniem do spalania w kotłach rusztowych. Nie mówiąc o nałożonym na niego zobowiązaniu ograniczania szkodliwej emisji.
Węgiel ten już od lat 60-tych ubiegłego wieku w Związku Radzieckim spalany był bowiem tylko w paleniskach narzutowych, a ekonomiczne jego spalanie nawet w tym palenisku dopiero znacznie później technicznie opanował polski konstruktor kotłów.
W przypadku kotła w Radomsku jako pochodzący z byłego Ośrodka Badawczo-Rozwojowego Głównego Inspektoratu Gospodarki Energetycznej.
Ze sprawozdania z badań Zakładu Ekspertyz i Modernizacji Urządzeń Energetycznych; Przedsiębiorstwo TH HORTECH w Katowicach; październik 1989 r.; autor opracowania inż. Bogdan Czekalski.
Akurat odwrotnie niż piszą we wszystkich książkach oraz według kotłowych szarlatanów i współpracujących z nimi naukowców politechnicznych.
3