Tarnowskie Góry, 2009.09.06
Motto: „Jasiu, w dokumentacji kotłów OR16-102 jest bardzo dużo błędów. Wiem, ale ich dokumentacja ma być dostarczona do fabryk w takim stanie w jakim jest.” |
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 siedemdziesiąta pierwsza
Powody pozostawienia polskich kotłów rusztowych w stanie zacofania technicznego
z okresu pierwszych lat istnienia Peerelu.
F. Wyjaśnienie powodów trwającej przez ostatnie 20 lat istnienia Peerelu zapaści jego przemysłu kotłowego w dostarczaniu krajowi dobrych konstrukcji kotłów rusztowych - niezależnie od nieopanowania przez ten przemysł produkcji samych palenisk narzutowych - z której ówczesne jego fabryki już później nie wyszły - część dwudziesta pierwsza
Wyjaśnienie dlaczego zapotrzebowanie na duże kotły rusztowe zamiast unikatowymi w skali światowej konstrukcjami według wynalazku nr 82638, może być pokrywane tylko produkcją technicznych monstrum w rodzaju wyprodukowanego przez „RAFAKO” - Racibórz kotła OR35 dla NZPT w Brzegu, lub „zmodernizowanego” kotła OR32 w OPEC Grudziądz
- część piąta, o skutkach całkowitego odsunięcia inż. J. Kopydłowskiego od udziału w opracowaniu w 1967 r. projektu technicznego kotła typu OR16-101, a w 1968 r. dokumentacji wykonawczej (warsztatowej) kotła OR16-101, od której dokumentacja wykonawcza z 1972 r. kotła typu OR16-102 różniła się tylko rozwiązaniem urządzeń samego paleniska narzutowego - ciąg dalszy.
F. Blok podgrzewacza wody i powietrza
WPROWADZENIE
Jednym z wielu rozwiązań kotła OR16-102, których już nigdy nie udało się poprawić po ich wyprodukowaniu, był stojący za kotłem blok wyodrębnionych z niego końcowych powierzchni ogrzewalnych.
Za końcowe powierzchnie ogrzewalne kotła uważa się podgrzewacz wody i podgrzewacz powietrza, przy czym w dużych kotłach rusztowych, z którymi działaniem agenta SB Polska musiała wejść w 21-wszy wiek, są to wyłącznie żeliwne żebrowe podgrzewacze wody. Wraz z powierzchniami ogrzewalnymi parownika kotła i przegrzewaczem pary składają one na monolit tych kotłów, z zewnętrznymi ścianami z czerwonej cegły, znajdującymi się również w obrębie podgrzewacza wody.
Wyodrębnienia z tego monolitu podgrzewacza wody, z uzupełnieniem o podgrzewacz powietrza, dokonał dopiero inż. J. Kopydłowski w projektach dużych parowych kotłów rusztowych powstałych w marcu 1966 r., w których późniejszy wynalazek nr 82638 dotyczył tylko podstawowego bloku kotła z komorą paleniskową, pęczkiem konwekcyjnym parownika i przegrzewaczem pary.
Z samych końcowych powierzchni ogrzewalnych utworzył natomiast oddzielny blok, ustawiony za zasadniczą konstrukcją kotła. Jedną z przesłanek takiego rozwiązania były wcześniejsze jego konstrukcje kotłów serii DSO i DDO na olej opałowy i gaz, a następnie średnich kotłów rusztowych serii DSR. Również świadomość, że z samych względów ekonomicznych w zakresie niższych temperatur spalin nie ma potrzeby pokrywania wewnętrznych ścian kotła rurami powierzchni ogrzewalnej, skoro proces utleniania stalowej blachy następuje dopiero od temperatury powyżej 475 0C, przy jednoczesnej świadomości że niemożliwe jest połączenie ścian z blach poddanych działaniu wysokich temperatur ze ścianami wykonanymi techniką „skin casing”. Dodatkowo ścian z blachy o zróżnicowanej temperaturze, malejącej wzdłuż drogi przepływu spalin wychładzających się oddawaniem ciepła powierzchni ogrzewalnej. Również o temperaturze zmieniającej się w zależności od obciążenia kotła, kiedy ściany pokryte rurami techniką „skin casing” mają temperaturę zawsze jednakową, nieco powyżej temperatury nasycenia pary przy danym jej ciśnieniu w kotle.
Pkt 1. Rozwiązania kotła OR16-110.
a. Jak to przedstawia Rys. 52, blok podgrzewacza wody i powietrza kotła OR16-110 ma oddzielną stalową konstrukcję wsporczą, podpartą tak jak główna część kotła na czterech pionowych słupach, a jedną z istotnych jego cech znamiennych jest całkowite oddzielenie obudowy ciągu konwekcyjnego podgrzewacza wody od obudowy znajdującego się za nim podgrzewacza powietrza.
Sama konstrukcja wsporcza bloku składa się wyłącznie z dwóch pionowych stalowych ram o dwóch słupach, połączonych ze sobą tylko na dwóch poziomach poprzecznymi belkami, na których z obu boków kotła wspierają się dwa pęczki konwekcyjne podgrzewacza wody (każdy w postaci stalowej skrzyni otwartej od dołu i od góry, przewidzianej do dostarczenia z fabryki już z wstawionymi do niej wężownicami powierzchni ogrzewalnej) oraz pęczek podgrzewacza powietrza.
Zarówno rozstaw pionowych ram wsporczych w osi poprzecznej kotła, jak i rozstaw słupów w ramie, jest przy tym większy od gabarytu skrzyń pęczków konwekcyjnych podgrzewacza wody i obudowy podgrzewacza powietrza, mających u dołu na obramowaniu ich pionowych ścian stalowe profile, z których profile ściany przedniej i tylnej wyprowadzone są na zewnątrz do położenia na poziomych belkach ram wsporczych. Podstawowym zadaniem tego rozwiązania było pozostawienie konstrukcji wsporczej całego bloku całkowicie zimnej również po rozpaleniu kotła, z zapewnieniem swobodnego wydłużania się opancerzenia drugiego (górnego) pęczka konwekcyjnego w kierunku ku górze, co zarazem następuje jednocześnie z wydłużaniem się głównej części kotła ze ścianami wykonanymi techniką „skin casing” i połączonego z tym pęczkiem poziomym kanałem spalinowym. Również zapewnienie niezależnego takiego swobodnego wydłużania się całego podgrzewacza powietrza (czyli wraz z jego obudową - patrz pkt b)
W projekcie wynalazczym p.t.„Blok podgrzewacza wody i powietrza kotła OR16-102”, nr ewid. 39/74 z 14 grudnia 1974 r. w sprawie tych jego cech znamiennych można przeczytać: „W rozwiązaniu według projektu blok podgrzewacza wody i powietrza ma niezależną konstrukcję z profili stalowych w postaci dwóch pionowych ram, na których wspierają się belki podgrzewacza wody, wykonanego w postaci dwóch niezależnych skrzynek ustawionych jedna nad drugą i z których każda mieści jeden pęczek podgrzewacza wody.
Niezależny podgrzewacz powietrza wspiera się za pomocą poprzecznych belek na ramach konstrukcji nośnej w pewnym oddaleniu od skrzynek podgrzewacza wody. Przy takim rozwiązaniu, w którym konstrukcja nośna bloku jest całkowicie zabezpieczona przed nagrzewaniem się, podgrzewacz powietrza wydłuża się zupełnie swobodnie w kierunku ku górze niezależnie od tej części bloku, którą stanowi podgrzewacz wody.
Skrzynka dolna podgrzewacza wody znajduje się w stosunkowo niskich temperaturach spalin rzędu 250 0C, natomiast skrzynka górna wraz z kanałem spalin łączącym ją z kotłem wydłuża się całkowicie swobodnie ku górze. Ponieważ sama górna skrzynka podgrzewacza wody ze względu na panującą w jej obszarze temperaturę spalin nagrzewa się do znacznie wyższej temperatury niż panująca w rurach parownika i odpowiadająca temperaturze nasycenia pary, wielkość wydłużeń kotła w obrębie kanału spalinowego łączącego go z podgrzewaczem wody oraz wielkość wydłużenia górnej skrzynki podgrzewacza wody są zbliżone do siebie.”
b. Rurowy podgrzewacz powietrza służy do podgrzewania powietrza podmuchowego ciepłem spalin przed ich odprowadzeniem do atmosfery, pozwalając w kotłach parowych obniżyć ich temperaturę znacznie bardziej niż jest to możliwe w podgrzewaczu wody. Dzieje się tak za sprawą większej różnicy temperatur między spalinami na wylocie z niego i powietrzem podmuchowym, które na wlocie do podgrzewacza powietrza ma temperaturę otoczenia, natomiast w podgrzewaczu wody ta temperatura musi wynosić powyżej 100 0C, ze względu na konieczność pozbawienia wody zasilającej tlenu („odgazowania jej”) dla zabezpieczenia kotła przed wewnętrzną korozją jego rur.
Sam podgrzewacz powietrza (jako pojedynczy pęczek konwekcyjny) składa się z dwóch płyt sitowych z wprowadzonymi do ich otworów i przyspawanymi rurami jego powierzchni ogrzewalnej, ustawionymi w kotle rusztowym pionowo i zamkniętymi w stalowej bocznej obudowie - również z dodatkowej płyty środkowej, dzielącej całą wysokość podgrzewacza na dwa poprzeczne ciągi do omywania rur przez powietrze. Ponieważ powietrze omywa rury z zewnątrz, ściany obudowy mają temperaturę podgrzewającego się powietrza. Na całej wysokości podgrzewacza zmienia się ona od temperatury otoczenia do temperatury podgrzanego powietrza, natomiast temperatura spalin w rurach (zawsze wyższa od temperatury powietrza w danym miejscu) maleje stopniowo od najwyższej na wlocie do podgrzewacza do temperatury spalin wylotowych. Z tego powodu występuje różnica temperatur rur podgrzewacza i jego bocznej obudowy.
W rurowych podgrzewaczach powietrza, które pierwsze zastosowanie znalazły w kotłach pyłowych, skutkowi różnej temperatury jego rur i samej obudowy (będącemu zróżnicowanym wydłużaniem się ich w kierunku ku górze) próbowano zaradzić stosując na połączeniu górnej płyty sitowej z niezależną obudową kompensatory typu harmonijkowego wykonane z cienkiej blachy. To rozwiązanie, ze względu na jego nietrwałość, nigdy ruchowo nie spełniło swojego zadania oddzielenia w tym miejscu przestrzeni podgrzewacza dla przepływu przez niego powietrza od przestrzeni którą przepływają spaliny, stając się nieszczelnością do przepływu powietrza do spalin. Bardzo duża intensywność tego przepływu wynika z faktu, że w podgrzewaczu powietrza panuje najwyższe podciśnienie (ciąg) spalin, przy jednoczesnym najwyższym ciśnieniu powietrza podmuchowego, bo wprost z wentylatora podmuchowego.
Inż. J Kopydłowski miał również świadomość, że bardzo wiele pionowych rur tego podgrzewacza, spiętych u dołu i u góry płytami sitowymi ( także w środku wysokości dodatkową płytą sitową), to bardzo masywna konstrukcja. Również, że ze względu na różną temperaturę podgrzewającego się powietrza przy jego poprzecznym omywaniu rur, temperatura spalin w rurach dodatkowo nie jest jednakowa, co stanowi że górna płyta sitowa nie podnosi się równomiernie do góry i nie zachowuje przy tym podnoszeniu równomiernego położenia w stosunku do obudowy, co może być głównym powodem rujnowania znajdującego się po jej obrzeżu filigranowego kompensatora. Oczywistym było przy tym dla niego, że ze względu na ten ów filigranowy kompensator, podparty na dolnej płycie sitowej pęczek podgrzewacza powietrza swoją górną częścią pozostaje całkowicie swobodnym.
Zastanawianie się, po co mu w związku z tym niezależna masywna konstrukcja obudowy zewnętrznej, zrodziło rozwiązanie konstrukcyjne podgrzewacza powietrza będące przedmiotem projektu wynalazczego p.t. „Podgrzewacz powietrza kotła OR16-102”, nr ewid. 24/74 z 26.06.1974 r.
W treści wymuszonym następnie na nim do napisania opisie patentowym (co przecież było „psim obowiązkiem” zakładowego rzecznika patentowego) w sprawie cechy znamiennej tego rozwiązania można przeczytać: „Niedogodności znanych konstrukcji rurowych podgrzewaczy powietrza eliminuje rozwiązanie według wynalazku, w którym wyeliminowano niezależną stalową obudowę podgrzewacza, a blachy jego opancerzenia zewnętrznego zamykające przestrzeń podgrzewacza dla przepływu powietrza przez niego mocowane są bezpośrednio do płyt sitowych w których osadzone są rury pęczka.
W rozwiązaniu według wynalazku różnice wydłużeń rur pęczka i blach opancerzenia kompensowane są przez odpowiednie zagięcie końców blach opancerzenia w miejscu ich połączenia z obrzeżem płyty sitowej. W podgrzewaczu z pionowym pęczkiem rur dolna płyta sitowa wsparta jest w znany sposób na konstrukcji wsporczej podgrzewacza powietrza, a do płyty górnej przyłączony jest bezpośrednio kanał spalin. W podgrzewaczu z poziomym pęczkiem rur cały podgrzewacz wspiera się na płytach sitowych, a do skrajnych płyt sitowych łączone są bezpośrednio kanały wlotu i wylotu spalin z niego.
W rozwiązaniu według wynalazku wyeliminowano kompensator uszczelniający, a tym samym możliwość powstania nieszczelności związanych z jego obecnością. Redukując do samych blach opancerzenia stalową obudowę podgrzewacza powietrza, obniżono przy tym znacznie zużycie stali na wykonanie podgrzewacza, obniżono pracochłonność jego wykonania oraz ułatwiono ewentualną naprawę. Sama konstrukcja charakteryzuje się zwiększoną trwałością ruchową.”
W samej konstrukcji takiej obudowy podgrzewacza inż. J. Kopydłowski wzorował się na rozwiązaniu opancerzenia ścian kotła wykonywanych techniką „skin casing”.
Decyzja CBKK o przyjęciu projektu wynalazczego do stosowania „w zakresie wykorzystania poprzez wykonywanie prawa” pochodzi z 31 grudnia 1974 r., a uzasadnienie tego przyjęcia jest w niej następujące: „Ogólna opinia zakładu R12 wskazuje, że rozwiązanie podgrzewacza według projektu poprawia charakterystykę konstrukcyjną kotła OR16-102. Ogólnie stwierdza się, że projekt przyniesie efekty techniczne i ekonomiczne. Znajdzie zastosowanie przy modernizacji kotłów OR16-102. Zakwalifikowany jako wzór użytkowy.
Tego rozwiązania rurowego podgrzewacza powietrza nie zastosowano jednak ani do poprawienia dokumentacji wyprodukowanych następnie kotłów OR16-102, ani do ich poprawienia jako już wyprodukowanych. Nie zastosowano go również w dokumentacji późniejszych kotłów z typoszeregu ORp z paleniskiem narzutowym. Nie zgłoszono także do Urzędu Patentowego.
Pkt 2. Rozwiązania kotła OR16-102
Blok podgrzewacza wody i powietrza kotła OR16-102 przedstawiony jest na Rys. 53. O konstrukcyjnej nieudolności jego autorów stanowi już samo rozwiązanie obu powierzchni ogrzewalnych, ze zbyt małą powierzchnią podgrzewacza wody i o wiele za dużą powierzchnią podgrzewacza powietrza, wykonanego dodatkowo z dwóch pęczków z przerwą między nimi, co jeszcze bardziej powiększyło do niczego niepotrzebne przestrzenie w ciągu konwekcyjnym podgrzewacza wody nad drugim (górnym) pęczkiem i między obydwoma pęczkami.
Dwa harmonijkowe kompensatory (u góry każdego pęczka podgrzewacza powietrza) podwoiły jego nieszczelność w tym miejscu dla przepływu powietrza podmuchowego do spalin. Natomiast znaczne wydłużenie całego bloku w pionie utrudniło prawidłowe rozwiązanie instalacji nawrotu spod niego lotnego koksiku do komory paleniskowej.
Opancerzenie tego bloku jest wspólne dla obu ciągów konwekcyjnych podgrzewacza wody i podgrzewacza powietrza, ze wspólną ścianą działową między nimi, a cztery pionowe słupy jego konstrukcji nośnej stanowią naroża jego pionowych ścian.
Ściana przednia bloku i jego ściany boczne na szerokości ciągu konwekcyjnego podgrzewacza wody są przy tym nagrzewane od góry spalinami o temperaturze powyżej 400 0C, kiedy ściana tylna bloku i jego ściany boczne na szeroko-ści podgrzewacza powietrza mają temperaturę powietrza podmuchowego, czyli otoczenia lub kilkanaście stopni wyższą Na dole bloku w obrębie ciągu konwekcyjnego podgrzewacza wody temperatura spalin spada do rzędu 250 0C, jednak nadal jest znacznie wyższa od panującej u dołu podgrzewacza powietrza i będącej temperaturą podgrzanego powietrza. Takie same bardzo zróżnicowane temperatury idąc od góry bloku w dół panują po obu stronach blach ściany działowej między ciągami konwekcyjnymi. Jaką temperaturę osiąga ona sama, tego nikt nie sprawdzał. Pozostanie jednak faktem, że osiąga temperaturę znacznie wyższą od temperatury rur podgrzewacza powietrza, z którymi jest połączona kompensatorem poprzez górne płyty sitowe, kiedy ściany boczne i tylna obudowy podgrzewacza powietrza mają akurat temperaturę niższą od jego rur, bo podgrzewającego się powietrza. Niezależnie od bardzo dużej różnicy temperatur bocznych ścian obu ciągów w miejscu rozdzielenia ich ścianą działową (szczególnie u góry), stanowiące naroża ścian bloku cztery jego słupy nośne o skrzynkowej konstrukcji od zewnątrz nie są ogrzewane w ogóle, nie ulegając z tej strony żadnemu wydłużeniu, przy muszących się wydłużać gorących blachach ścian przyspawanych do nich.
Wszystko to musi powodować zarówno wichrowanie się blach ścian, jak i ich rozrywanie. Przy założeniu, że ściany boczne ciągu konwekcyjnego podgrzewacza wody mają średnią temperaturę 350 0C, a ściany boczne obudowy podgrzewacza powietrza średnią temperaturę 75 0C, to w osi ściany działowej między ciągami blachy boczne po stronie ciągu podgrzewacza wody muszą się wydłużyć o 18 mm więcej.
Słupy konstrukcji nośnej wchodzą dodatkowo od wewnątrz w światło obu ciągów konwekcyjnych. Przez pozostawio- ną z tego powodu przerwę między przednią ścianą bloku i pionowym rzędem rur pęczków podgrzewacza wody przepływają spaliny, omijając ich rury. To samo ma miejsce od strony tylnej ściany bloku, gdzie płynące przez taką samą przerwę powietrze omija rury pęczka podgrzewacza powietrza. Przerwa do omijania rur pęczków podgrzewacza wody przez spaliny istnieje również od strony ściany działowej, jako powstała przez przyspawanie do niej płaskowników mających ją usztywniać.
Załączniki: Załączniki I i II do części 71 opowieści. (-) Jerzy 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
|
|
Przez co poza energetyką zawodową dysponuje ona kotłami o konstrukcjach pochodzących sprzed wojny i sięgających w zakresie kotłów o małych wydajnościach okresu wojen napoleońskich.
Dodatkowe stężenie tej konstrukcji zapewniają przyspawane do niej ramy pomostów, co także było całkowicie nowym rozwiązaniem w technice kotłów rusztowych, autorstwa inż. J. Kopydłowskiego,
Zarówno kocioł OR16-102, jak i kocioł OR16-110, były wyposażone w wężownice powierzchni ogrzewalnej o układzie wynalezionym wcześniej przez inż. J. Kopydłowskiego, który bardzo szybko znalazł w Polsce powszechne zastosowanie. Ilu uważa się za autorów tego rozwiązania oraz czy zostało one przez kogoś zgłoszone do Urzędu Patentowego, tego już nie dochodził. Jedną z cech tego rozwiązania jest wsparcie wężownic od dołu, przez co nie obciążają pionowych ścian ciągu konwekcyjnego, w którym są umieszczone. Inną cechą jest, w odróżnieniu od wcześniejszych rozwiązań, zachowywanie przez rury pęczka konwekcyjnego dokładnego ich przestawnego (szachowego) układu, przy maksymalnie optymalnych własnościach wymiany ciepła od spalin. Jako ciekawostkę można podać, że wężownice te w ogóle nie mają płaskowników spinających poziome ich odcinki, przez co z tego powodu absolutnie nie mogą ulec uszkodzeniu (patrz perypetie z przegrzewaczem pary przedstawione w części 67).
To samo miałoby miejsce przy wykonaniu ich techniką „membrane wall”.
Konsekwencje takiego rozwiązania znalazły wyjątkowe potwierdzenie w wodnych kotłach rusztowych typu WLM25 (WR25), wyposażonych w takie podgrzewacze powietrza, z którego to powodu za jedyne racjonalne rozwiązanie inż. J. Kopydłowski wcześniej uważał ich usunięcie.
Z podpisanym na niej, poza ówczesnym dyrektorem CBBK, również agent SB.
Ostatniego dnia pracy inż. J. Kopydłowskiego w CBKK.
Wszystkiego nie dokonano z polecenia agenta SB, „na pohybel” polskiej energetyki przemysłowej.
Tą nieudolność potwierdza konieczność późniejszego rozwiązania mgr inż. Józefowi Wasylowi tych powierzchni dla kotłów ORp przez mgr inż. Anielę Kopydłowską - porównaj Rys. 3 z Rys. 4 i Rys. 5 w części pierwszej; patrz również Rys. 6.
3