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, 2012.06.24 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 207

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 piąta.

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.

h. Modernizacja kotła typu WCO80 w PEC w Tarnowskich Górach miała być przede wszystkim konfrontacją praktyki z treścią publikacji „Jak spalać węgiel niespiekający się w palenisku warstwowym”, w sprawie której do narastających coraz bardziej wątpliwości jej autora o słuszności tego co napisał należało stwierdzenie o wysokości ciśnienia powietrza podmuchowego, mianowicie, że w palenisku warstwowym (czytaj: spalającym węgiel niespiekający się) potrzeba znacznie wyższego ciśnienia powietrza podmuchowego. W kotłach typu WCO80 i PCO60 miało ono ciśnienie zbliżone do zalecanego przez fachową literaturę - rzędu 800 Pa. Musi być natomiast dwu - trzykrotnie wyższe.

h.1. Przy jakim ciśnieniu panującym w skrzyni podmuchowej pracował początkowo zmodernizowany kocioł, tego nie wiadomo, ponieważ przyrząd do pomiaru ciśnienia w skrzyni i w strefach podmuchowych został zamontowany na kotle dopiero później. Wentylator z silnikiem wymienionym na silnik o większych obrotach nie mógł jednak chyba dać wyższego ciśnienia od tego, przy którym badane były zmodernizowane kotły WCO80 spalając węgiel spiekający się (część 204).

Przy wykorzystaniu maksymalnego sprężu wentylatora i przy maksymalnym otwarciu przednich stref podmuchowych, koks pozostały na ruszcie po odgazowaniu z węgla części lotnych palił się z przodu rusztu bardzo intensywnie. Jednak na pozostałej długości rusztu leżały tylko większe kawałki skały płonnej (popiołu). Wydmuchiwany w górę, intensywnym przepływem powietrza spod rusztu, jeszcze palący się koksik w większości unoszony był bowiem z komory paleniskowej ze spalinami. Widząc co się dzieje w palenisku, polski konstruktor kotłów postanowił następnie stopniowo zmniejszać ciśnienie w przednich strefach podmuchowych, a im bardziej je obniżał, tym mniej koksiku unosiło się z rusztu, natomiast coraz grubsza stawała się warstwa wypalonego żużla schodzącego z niego.

Efektem tego doświadczenia były takie późniejsze wartości ciśnienia w skrzyni i w strefach podmuchowych w zależności od obciążenia kotła, jak to przedstawiają krzywe wykreślone grubą linią na Rys. 201 (część 204).

W odróżnieniu od wartości ciśnienia w skrzyni podmuchowej, wynoszącego od 500 Pa do 1000 Pa podczas badań kotłów w latach 1989÷1993, kocioł zmodernizowany w PEC w Tarnowskich Górach pracował w zakresie najniższych jego obciążeń przy ciśnieniu powietrza w skrzyni podmuchowej wynoszącym nieco ponad 400 Pa, a w zakresie obciążeń najwyższych przy ciśnieniu zaledwie nieco wyższym od 300 Pa. Rosnąca wartość ciśnienia przy zmniejszaniu obciążenia kotła wynikała z braku regulacji wydajności wentylatora podmuchowego.

W prawidłowo regulowanym palenisku rusztowym ciśnienie powietrza w skrzyni podmuchowej z różnych powodów powinno być stałe.

Przy obecnym stanie techniki doskonale spełnia to zadanie silnik wentylatora ze zmianą jego częstotliwości, z przetwornikiem ciśnienia i z zadaną wartością ciśnienia w skrzyni podmuchowej. Dokładnie tak samo, jak w przypadku regulacji wydajności wentylatora wyciągowego od zadanego podciśnienia (ciągu) w komorze paleniskowej.

h.2. Już sam przebieg krzywych ciśnienia dla kotła w PEC (pogrubionych) na Rys. 201 stanowi jaką to makulaturową wartość stanowi treść książek w sprawie doprowadzenia powietrza na długości rusztu.

Krzywe wykreślone cienką linią dla kotłów spalających węgiel spiekający się dowodzą, że przy spalaniu takiego węgla wysokie ciśnienie pod przednią częścią rusztu nie stanowi przeszkody w prawidłowym jego spalaniu się. Jak wynika z przebiegu tych krzywych, przy spalaniu takiego węgla nie ma także konieczności zwiększania ciśnienia powietrza w tylnych strefach podmuchowych przy wzroście obciążenia kotła.

Z porównania krzywych ciśnienia powietrza w strefie pierwszej i w strefie trzeciej - wykreślonych grubą linią dla PEC i linią cienką dla Radomska - wynika natomiast jednoznacznie, że przy spalaniu węgla niespiekającego konsekwencją wysokiego ciśnienia pod przednią częścią rusztu jest duży wzrost oporu przepływu powietrza przez ruszt w tylnej jego części. W zakresie wyższych obciążeń osiągniętych przez oba kotły, ciśnienie powietrza w strefie pierwszej było kilkakrotnie wyższe w przypadku Radomska.

Z porównania przebiegu krzywych ciśnienia w strefach podmuchowych kotłów spalających węgiel spiekający się oraz niespiekający się, wynika więc wniosek, że węgiel niespiekający się powinien być spalany przy niższym ciśnieniu powietrza podmuchowego, a nie wyższym w stosunku do spalania węgla spiekającego się.

h.3. W jaki to przypadkowy sposób polski konstruktor kotłów dochodził, że w palenisku warstwowym powietrze nie powinno być doprowadzane pod przednią część rusztu, to dowodzi tego Rys. 202.

Wykonując pierwszą dokumentację modernizacji paleniska kotła typu WCO80, nie dysponował nawet rysunkiem oryginalnego przedniego sklepienia. Widział go tak, jak na Rys. 202a. Nie widząc sensu umieszczania pierwszej strefy podmuchowej w obrębie usytuowanej bardzo nisko poziomej, a następnie pod bardzo małym kątem, części tego sklepienia od wewnątrz paleniska, odsunął początek stref podmuchowych, jak to przedstawia Rys. 202b. Natomiast pozostające z przodu wolne miejsce postanowił wykorzystać do wlotu powietrza do skrzyni podmuchowej z wentylatora podmuchowego. Po to, aby wlot ten nie znajdował się w obrębie lejów stref podmuchowych z wlotem do nich powietrza ze skrzyni. Od kilku lat stosował takie rozwiązanie w rusztach kotłów modernizowanych z zastosowaniem polskiego paleniska narzutowego. Tyle, że z umieszczeniem tego wlotu z tyłu rusztu, gdzie część jego długości nie była wykorzystywana, lub ostatnia strefa pozbawiona była wlotu powietrza do niej. Umieszczanie wlotu powietrza do skrzyni w ten sposób miało oczywiście zapobiegać zróżnicowaniu ciśnienia powietrza na szerokości rusztu.

Po uruchomieniu pierwszego zmodernizowanego kotła w Fabryce Maszyn Radomsko otrzymał jednak informację, że w kotle źle się pali. Po przybyciu na miejsce i zaglądnięciu przez znajdujący się z tyłu właz do paleniska kotła będącego w ruchu, powiedział aby przyniesiono długi stalowy drąg. Gruz z pokruszonych nim szamotowych kształtek z dwóch wewnętrznych części tego sklepienia wyjechał z paleniska wraz z żużlem. Sklepienie skonstruowane ostatecznie przez niego ma kształt pochylonej nieco ściany przedniej komory paleniskowej, jak to przedstawia Rys. 202b.

Od wykonania dokumentacji modernizacji kotła w 1988 r., musiał jednak czekać do modernizacji w 2000 r. kotła w PEC Tarnowskie Góry, aby dochodząc z jakim to naprawdę ciśnieniem powietrza powinien być spalany węgiel niespiekający się (pkt h.1.), zorientować się, że nawet do tak odsuniętej od przodu paleniska pierwszej strefy podmuchowej, jak to przedstawia Rys. 202b, powietrze podmuchowe powinno być doprowadzane tylko przy niskim obciążeniu kotła. Patrz w tej sprawie pogrubioną krzywą ciśnienia w strefie pierwszej na wykresie Rys. 201 (część 204).

h.4. W tysiącach polskich kotłów rusztowych spalanie węgla niespiekającego się z odciętym dopływem powietrza pod przednią część rusztu oraz z następnym takim doprowadzaniem go pod dalszą część rusztu aby ograniczać intensywność jego spalania się na ruszcie w przedniej części komory paleniskowej (ściśle już nie węgla, lecz koksu pozostającego po odgazowaniu z węgla części lotnych), uniemożliwia już jednak sama wielkość otworów wlotowych powietrza do stref podmuchowych.

W kotle typu WCO80 zmodernizowanym w PEC, przy jego obciążeniu wynoszącym 2,3 MW, powietrze podmuchowe doprowadzane było tylko do trzech końcowych stref podmuchowych, z czterech przedstawionych na Rys. 202b. Przy wymiarach wlotu powietrza do strefy podmuchowej wynoszących 80 mm x 300 mm, daje to ich pełny przekrój 0,072 m².

Natomiast w oryginalnym wykonaniu rusztu typu Rł 1A kotła typu WCO80 wszystkie cztery strefy podmuchowe mają łączny przekrój wlotu powietrza wynoszący 0,163 m², jako dla kotła o katalogowej mocy cieplnej wynoszącej 1,1 MW. W stosunku do tego przekroju 0,163 m², mocy cieplnej kotła zmodernizowanego wynoszącej także 1,1 MW odpowiadałby przekrój wlotu powietrza 0,34 m², czyli prawie pięciokrotnie mniejszy. To jednak nie wszystko, ponieważ ogół tych bardzo licznych kotłów (dochodzą do nich tak samo rozwiązane kotły typu PCO60) w praktyce osiąga tylko połowę ich mocy nominalnej, a to oznacza, że przekroje wlotu powietrza do ich stref podmuchowych w stanie oryginalnym (jak na Rys. 202a) dla takiego zakresu mocy kotła są za duże około dziesięć razy.

Jakby tego mało, jak to także wynika z Rys. 202a, największy przekrój wlotu powietrza ma strefa pierwsza. Przy jej wymiarach 220 mm x 275 mm ma ona przekrój 0,061 m² co stanowi prawie 40 procent przekroju wszystkich czterech stref, kiedy w prawidłowym rozwiązaniu powinna być tego wlotu pozbawiona. Razem ze strefą drugą mają przekrój 0,109 m², co daje już prawie 70 procent całego przekroju. Wymiary wlotu powietrza do strefy czwartej wynoszą natomiast 135 mm x 135 mm, z jego przekrojem ponad trzy razy mniejszym od wlotu do strefy pierwszej. Wszystko oczywiście wobec faktu, że przy wyższym obciążeniu kotła wlot powietrza do pierwszej strefy podmuchowej powinien być odcięty całkowicie, a jego wlot do stref dalszych powinien zapobiegać koncentrowaniu się spalania w przedniej części komory paleniskowej.

Dodatkowym dowodem, że w oryginalnym wykonaniu tych kotłów prawidłowej regulacji dopływu powietrza do stref podmuchowych dokonać nie sposób, jest podziałka obrotu dźwigni otwierania wlotu powietrza do tych stref. Ma ona siedem otworów po promieniu wycinka koła wynoszącego 90 stopni, w których dźwignia regulacji ustalana jest włożeniem do otworu przetyczki. Otwory pozwalają więc na zmianę położenia klapy co piętnaście stopni, kiedy w konstrukcjach rusztów polskiego konstruktora kotłów od początku (czyli od 1982 r.) dźwignie regulacji wlotu powietrza do stref podmuchowych zmieniają położenie co dwa stopnie,

Załącznik VIII (-) Jerzy Kopydłowski

Jerzy Kopydłowski: Jak spalać węgiel niespiekający się w palenisku warstwowym, GPiE, nr 7/1997 r.

Kiedy po takim eksperymencie polski konstruktor kotłów podszedł do samochodu, stojącego przy budynku kotłowni, na całym leżała gruba warstwa lotnego koksiku.

Na rysunku tym punkty oznaczone jako Susz błędnie są połączone linią. Nie są to bowiem punkty z badań jednego kotła, jako wykonanych przy dwóch jego obciążeniach, lecz są to punkty z pomiarów dwóch różnych kotłów, z pomiarem wykonanym dla każdego przy jednym jego obciążeniu, ocenionym przez dokonującego badań jako maksymalnie możliwym do osiągnięcia. Odpowiadają one stanowi ruchowemu pozostałych kotłów przy ich maksymalnym obciążeniu (punktowi na wykreślonych krzywych z prawej strony rysunku). Nieporównywalne są także krzywe Lidzbark Warmiński, ponieważ w kotle tym przy dwóch niższych obciążeniach przepływ powietrza przez ruszt nie następował działaniem wentylatora podmuchowego, lecz wysokim podciśnieniem w komorze paleniskowej wywoływanym bardzo dużym ciągiem wentylatora wyciągowego.

Uznaną następnie za własną przez różnych kotłowych szarlatanów.

Co w przypadku stosowania mniej lub bardziej ignoranckich rozwiązań bocznych wlotów powietrza do stref podmuchowych, temu zróżnicowaniu ciśnienia akurat służy.

3

---