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, 2012.05.06
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 201
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 dwudziesta dziewiąta.
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.
a. Kocioł rusztowy przede wszystkim pracuje przy różnych obciążeniach. W związku z tym przy prawidłowo dobranej długości rusztu oraz przy prawidłowym procesie spalania, węgiel pali się do końca rusztu tylko przy maksymalnym obciążeniu kotła (przy jego wydajności nominalnej, znamionowej, czy katalogowej). Dodatkowo przy najmniej korzystnych z całej rozpiętości parametrów chemicznych i fizycznych spalanego węgla, pozwalających jeszcze na osiąganie owej wydajności nominalnej.
Im niższe jest obciążenie kotła, a przy obciążeniu maksymalnym korzystniejsze są parametry spalanego węgla, tym bliżej od przodu rusztu kończy się na nim proces palenia się węgla, z dalszą powierzchnię rusztu w kierunku do tyłu pokrytą już tylko całkowicie wypalonym żużlem. Z tego to powodu na długości rusztu występują dwie różne strefy: pierwsza od przodu obejmująca czynną długość rusztu z przebiegającym na niej procesem spalania węgla oraz druga za nią, na której już nic się nie pali (poza przypadkowym miejscowym dopalaniem się, lub tylko żarzeniem się żużla) i w obrębie której dopływ powietrza spod rusztu powinien być odcięty całkowicie. Jak to jednoznacznie wynika z Rys. 197, istnienia tej drugiej strefy nie przyjmowali do wiadomości wszyscy autorzy wziętych za przykład książek, tak jak wcześniej nie przyjmowali do wiadomości niemieccy twórcy nieprawdziwej wiedzy o procesie spalania węgla na ruszcie łuskowym paleniska warstwowego.
Natomiast procesy zachodzące na pierwszej z tych dwóch podstawowych stref - jaką jest strefa spalania się węgla - także uzasadniają jej podział tylko na kolejne dwie: pierwszą jako strefę suszenia węgla i odgazowania z niego części lotnych oraz drugą jako strefę spalania się koksu, pozostałego z procesu odgazowania z węgla części lotnych na strefie pierwszej. W praktyce procesy odgazowania części lotnych i spalania się koksu częściowo zachodzą na siebie; tym mniej, im niższa jest warstwa węgla wprowadzanego na ruszt oraz im bardziej jest on rozdrobniony.
Przepływ powietrza przez ruszt na długości pierwszej strefy (suszenia węgla i odgazowania z niego części lotnych) powinien być przy tym odcięty całkowicie, a na długości drugiej strefy początkowo ograniczony.
Na długości strefy suszenia węgla i odgazowania z niego części lotnych przepływ powietrza przez ruszt powinien być odcięty z różnych powodów.
Pierwszym powodem jest spalanie się odgazowanych części lotnych całkowicie ponad rusztem. Z samego tego faktu, powietrze do ich spalania powinno być także doprowadzone ponad rusztem, jako powietrze wtórne. Nie w taki oczywiście, sposób jak ma to miejsce w największych kotłach rusztowych, jako że wszystkie mniejsze kotły doprowadzenia powietrza wtórnego są pozbawione. Pozostaje także faktem, że prawidłowego rozwiązania doprowadzenia powietrza wtórnego nie ma dotąd żaden z tysięcy polskich kotów rusztowych.
Drugim powodem jest to, że ze względu na spalanie w polskich kotłach rusztowych głównie węgli kamiennych o dużej zawartości części lotnych, udział powietrza wtórnego powinien stanowić przynajmniej trzecią część całej ilości powietrza doprowadzanego do paleniska. Tak duża ilość powietrza doprowadzana przez warstwę węgla na ruszcie, w której następuje proces jego koksowania, może tylko utrudniać ten proces, a przy spalaniu węgla niespiekającego powoduje wydmuchiwanie z rusztu bardzo rozdrobnionego koksu, którą to postać przyjmuje węgiel niespiekajacy się w procesie odgzowania z niego części lotnych. Na powierzchni rusztu to wydmuchiwanie z reguły nie ma charakteru równomiernego, ponieważ dochodzi do niego w miejscach, gdzie pokład rusztowy stwarza najmniejsze opory dla przepływu powietrza: głównie wzdłuż bocznych uszczelnień rusztu, między rzędami rusztowin oraz w miejscach rusztowin źle ułożonych, nadtopionych, czy nawet brakujących. Efektem są powstające od przodu rusztu na jego pokładzie ogólnie stwierdzane „pryzmy”, „kratery” czy „przedmuchy” - przy ogólnej nieświadomości z jakiego głównego powodu. Pozostanie także faktem, że powietrze do spalania nad rusztem części lotnych, jako doprowadzone przez pokład rusztowy, nie spełnia prawidłowo swojego zadania, ponieważ strumień tego powietrza jest prawie całkowicie pozbawiony prędkości. Z tego to powodu, że ciśnienie powietrza podmuchowego służy głównie do rozdziału przepływu powietrza przez ruszt na jego długości, a przez pokład rusztowy przepływa z prędkością odpowiadającą ciśnieniu rzędu kilkunastu Pa.
Trzecim powodem jest fakt, że polskie kotły rusztowe z reguły nie mają podgrzewaczy powietrza. Powietrze podmuchowe ma więc co najwyżej taką samą temperaturę jak węgiel wprowadzany do paleniska na ruszcie. Nie tylko więc nie może służyć jako czynnik suszący ten węgiel, lecz dodatkowo ogrzewając się wraz z nim, o ciepło na ogrzanie się pomniejsza ilość ciepła służącego do wysuszenia węgla.
Czwartym powodem jest fakt, że już na czas pisania pierwszych książek, w polskich kotłach z rusztem łuskowym spalany był bardzo drobny miał, a z upływem lat jego rozdrobnienie tylko zwiększało się. Długość strefy na ruszcie, na której z węgla odgazowują części lotne, jest więc krótka. Z tego powodu nawet niemożliwe jest doprowadzenie przez ruszt na jej długości powietrza podmuchowego niezbędnego do ich spalenia w przestrzeni komory paleniskowej. W związku z tym w praktyce, jako powietrze spod rusztu musi być ono doprowadzane w tym celu jeszcze dodatkowo na znacznej początkowej części drugiej strefy, na której przebiega już proces zgazowania koksu na tlenek węgla. W obrębie drugiej strefy powietrze to służy jednak zarazem do bardzo niepożądanego intensyfikowania spalania koksu zaraz za strefą odgazowania części lotnych.
Dlaczego bardzo niepożądanego? Ponieważ z przodu strefy spalania się koksu dopływ powietrza powinien być ograniczony aby nie doszło do rozmiękczenia, a następnie roztopienia się żużla - gromadzącego się na górze warstwy koksu, jako także spalającego się od góry jego warstwy pokrywającej pokład rusztowy - będącego powodem przekraczania granicznego obciążenia cieplnego rusztu, ze wszystkimi tego bardzo negatywnymi skutkami.
b. Całkowicie odmienne było jednak podejście autorów książek do przebiegu procesu spalania węgla w palenisku warstwowym z rusztem łuskowym oraz do doprowadzania powietrza do tego spalania; w szczegółach nawzajem się przy tym zaprzeczających.
Jak to jednoznacznie wynika ze wszystkich rysunków w Załączniku II, wzorem wcześniejszych publikacji niemieckich, ich zdaniem czynną jest zawsze cała długość rusztu. Jak dodatkowo wynika z Rys. 197d i Rys. 197f, według części z nich długość tą dodatkowo zawsze przedłuża „spiętrzacz żużla”, który w ogóle nie sprawdził się już przed pisaniem owych książek i nie znajduje on zastosowania w żadnych z tysięcy polskich kotłów rusztowych.
Druga strefa spalania na czynnej długości rusztu według Rys. 197a (będącej całą długością rusztu) dzieli się dodatkowo na strefę „palenia się koksu i redukcji tlenu” oraz na strefę „wypalania się resztek węgla z żużla”. Samemu jej podziałowi przeczy fakt, że na tej strefie przebiega proces palenia się koksu pozostałego z odgazowania na strefie pierwszej części lotnych i logicznym myśleniem nie sposób wydzielić z niej dwie części, z jedną na której ma się on palić i z drugą na której ma się dopalić. Wyjątkowo humorystycznie przedstawia się przy tym „redukcja tlenu” w procesie palenia się koksu. Równie humorystycznie fakt „wypalania się koksu z żużla” - szczególnie z tego w stanie płynnym na powierzchni koksu mającego się dopalić.
Jeszcze bardziej humorystycznie przedstawia się podział drugiej strefy na Rys. 197h, z podziałem na strefę III oraz strefę IV na której mają „wypalać się resztki części palnych.” Dlaczego jeszcze bardziej, ano bo na tym rysunku ta strefa IV znajduje się nad tylnym wałem rusztu, gdzie nie ma żadnego przepływu powietrza spod rusztu. Dodatkowym akcentem humorystycznym odnośnie tego rysunku jest występowanie w przestrzeni komory paleniskowej strefy V. Dlaczego? Ano bo napisy na wszystkich rysunkach informują o strefach spalania na ruszcie.
Pierwsza strefa spalania na czynnej długości rusztu (jako całkowitej), na Rys. 197a jest strefą „suszenia paliwa i wypalania części lotnych”, natomiast na Rys. 197d; Rys. 197f; Rys.197h dzieli się ona na strefę suszenia oraz na strefę odgazowania, kiedy w praktyce (zgodnie tylko z Rys. 197a) procesu suszenia węgla i odgazowania z niego części lotnych oddzielić nie sposób, jako że najlżejsze węglowodory odgazowują z węgla już w temperaturze nieco powyżej 100 0C.
Najbardziej niedorzecznie przedstawiona jest zasada strefowej regulacji powietrza podmuchowego oraz zapotrzebowanie powietrza do spalania na Rys.7.17 i Rys. 7.18 [4] - na które składają się Rys. 197e; Rys. 197f; Rys. 197g, z uzupełnieniem Rys. 197d. W odróżnieniu od krótkiej pierwszej strefy, na której w przypadku spalania węgla o dużym rozdrobnieniu zachodzi suszenie węgla i odgazowanie z niego części lotnych (trafnie oddają to tylko Rys. 197a i Rys.197h), na Rys. 197f strefa odgazowania z węgla części lotnych ciągnie się przez ponad połowę całkowitej długości rusztu. Jakby tego było mało, na tym rysunku dopiero za nią rozpoczyna się strefa spalania się koksu, kiedy dla odmiany (żeby było śmieszniej) na Rys. 197d obie te strefy zachodzą na siebie na całej długości strefy odgazowania z węgla części lotnych, co przy spalaniu węgla o dużym rozdrobnieniu w ogóle nie jest prawdą. Wyjątkowo absurdalną jest przy tym informacja na Rys. 197f, że „strefa płomienia” występuje tylko na długości rusztu na której przebiega proces odgazowania z węgla części lotnych. Nie biorąc pod uwagę Rys. 197d (który jest tego zaprzeczeniem), oznaczałoby to, że cały koks pozostały z „płomieniowego” odgazowania części lotnych spala się całkowicie „bezpłomieniowo”. Dodatkową absurdalną informacją jest poz. 4 na Rys. 197e, oznaczająca na nim żużel (popiół) gromadzący się na powierzchni tego co pokrywa pokład rusztowy jak to przedstawia Rys. 197d. Z opisu Rys. 7.17 można dowiedzieć się bowiem, że pozycja 4 oznaczająca warstwę żużla leżącego na całej długości koksu w strefie jego spalania się, to „dopalanie”. Oczywiście żużla pozostającego na warstwie mającego się spalić koksu oraz jak ten koks także „bezpłomieniowo”. Chociaż „bezpłomieniowo” żużel ów ma „dopalać” się tylko na tylnej części rusztu, ponieważ nad przednią (gdzie żużel ten zaczyna się gromadzić zgodnie z Rys. 197d), na Rys. 197f znajduje się informacja „odgazowanie”, z drugą informacją nad nią i zarazem nad mającym się „dopalać” już od przodu żużlem: „strefa płomienia”. Darmo oczywiście byłoby szukać także w treści samej książki [4] wyjaśnienia, po co nad strefą bezpłomieniowego „zgazowania” ciągnącą się do „spiętrzacza” (pokazanego na Rys. 197d i Rys. 197f) potrzeba tyle powietrza jak to przedstawia wykreślona nad nią linia ciągła na Rys. 197f. W żadnym ruszcie łuskowym nie występuje także „niedomiar powietrza” między kolejnymi strefami podmuchowymi, jak to przedstawia Rys. 197g (pola kratkowane).
W sprawie „bezpłomieniowego” spalania się koksu na Rys. 197f, z treści [3] dotyczącej Rys. VIII,1 (Rys. 197h) można natomiast dowiedzieć się: W tej fazie spalania, która przypada mniej więcej na połowie długości rusztu, wywiązuje się najwyższa temperatura 1200 do 1350 0C, a płomień przybiera barwę jasno żółtą. Oczywiście na długości rusztu nazwanej na Rys. 197h jako „zgazowanie”, czyli tak samo jak na Rys. 197f, do której jednak „strefa płomienia” na tym rysunku nie sięga.
Załączniki I i II (-) Jerzy Kopydłowski
Żadna z tych treści nie wynika przy tym z własnego doświadczenia autorów owych książek, czego dowodzi już samo porównanie rysunków zebranych w Załączniku II. Innym dowodem na to jest fakt, że w powojennej Polsce procesem spalania węgla w kotłach rusztowych nie zajmował się nikt, a sam polski konstruktor kotłów zgłębił ten proces dopiero w 2001 r.
3