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, 2012.07.28
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 212
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 czterdziesta.
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. Jak polski konstruktor kotłów w pierwszej dekadzie 21 - go wieku maksymalnie udoskonalił światową technikę samego doprowadzania powietrza pod ruszt łuskowy, będący jedną z odmian rusztów wędrownych znanych już w 19-tym wieku, to powinno wynikać z Załącznika IX do części 208 - ciąg dalszy.
g.8. Skracanie się drogi spalania węgla na ruszcie, w miarę jak zmniejsza się obciążenie cieplne (moc) kotła, wcale nie jest oczywiste w praktyce ruchowej.
W wykazaniu, że przy prawidłowym spalaniu węgla (do czego jak dotąd nie dochodzi w tysiącach polskich kotłów rusztowych), w miarę obniżania się obciążenia cieplnego kotła, ulega skrócenia długość drogi spalania się węgla na ruszcie, bardzo pomocnym (oczywiście całkowicie nieświadomie) okazał się naukowiec z Instytutu … itd. treścią swojej publikacji będącej Załącznikiem X do części 208.
Rys. 204 przedstawia taki sam przebieg spalania się węgla przy różnym obciążeniu cieplnym kotła jak Rys. 203 w części 210, jednak z posłużeniem się Rys. 197d w części 201, pochodzącym zarówno z książki [4], jak i z książki [5].
Natomiast z publikacji naukowca (będącej w całości niestworzonymi bredniami) do jego zinterpretowania zostały wykorzystane jedynie trzy różne prędkości rusztu, kolejno: 4 m/h; 6 m/h; 8 m/h, dla których na Rys. 3 został podany w niej całkowicie zmyślony przebieg wartości sprawności kotła oraz jego straty wylotowej i straty w żużlu w zależności od współczynnika nadmiaru powietrza w spalinach. W logicznym domniemaniu, te trzy prędkości mogły tylko dotyczyć kolejnych obciążeń cieplnych kotła, odpowiednio: 50 %; 75 %; 100 % obciążenia nominalnego.
Przy obciążeniu cieplnym kotła 100 % nominalnego (Rys. 204a), węgiel wychodzący spod warstwownicy na ruszcie o długości siedmiu metrów kotła typu WR25, przemieszczającym się z prędkością 8 metrów na godzinę i dzięki spiętrzaczowi żużla (rzekomo), musi ulec spaleniu także w ciągu godziny, ponieważ do czasu jednej godziny odniesiona jest nominalna moc cieplna tego kotła zaokrąglona do 30 MW, której to mocy odpowiada dostarczenie przez kocioł w ciągu godziny energii cieplnej wynoszącej 108 GJ. Moc cieplną kotła także podaje się w GJ/h.
Przy obciążeniu cieplnym kotła 50 % nominalnego, któremu odpowiada jego moc cieplna 15 MW (z ilością dostarczonej energii cieplnej wynoszącej 54 GJ), trzeba jednak spalić tylko połowę węgla. Zmniejszenia o połowę ilości węgla doprowadzonego do paleniska w ciągu godziny (przy zachowaniu stałej grubości jego warstwy) można dokonać tylko zmniejszeniem o połowę prędkości rusztu, czyli z 8 m/h do 4 m/h. Obniżenie prędkości rusztu do 4 metrów na godzinę stanowi jednak zarazem, że ta zmniejszona o połowę ilość wprowadzanego węgla w ciągu godziny przemieści się na ruszcie od warstwownicy tylko na długość rusztu wynoszącą cztery metry i na tej długości musi się zarazem w ciągu godziny spalić, aby dostarczyć w tym czasie owe 54 GJ energii cieplnej.
Do czasu spalenia się, węgiel ów na ruszcie dalej niż na owe 4 metry przemieścić nie może się, ponieważ oznaczałoby to wprowadzenie do paleniska w ciągu godziny większej ilości węgla, niż jest wymagana do dostarczenia przez kocioł owych 54 GJ energii cieplnej.
Przy podanej za przykład prędkości rusztu wynoszącej 6 m/h, byłaby to ilość węgla odpowiadająca obciążeniu cieplnemu kotła 75 % nominalnego i odpowiadająca mu moc cieplna 22,5 MW, z dostarczaną przez kocioł w ciągu godziny energią cieplną wynoszącą 81 GJ. Przy tej prędkości węgiel spod warstwownicy także nie doszedłby do końca rusztu, nie mogąc dodatkowo skorzystać z „dobrodziejstwa” spiętrzacza, mającego wspomagać jego dopalenie się.
Prędkość rusztu kotła typu WR25 może być jednak większa. Przy obniżeniu - przykładowo - grubości warstwy węgla o połowę (patrz część 208), przy obciążeniu nominalnym byłoby to 16 m/h, a nie 8 m/h.
Jednak i przy takiej prędkości, przy prawidłowym procesie spalania, węgiel musiałby spalić się przed dojściem na ruszcie spod warstwownicy do końca rusztu, jak to przedstawia Rys. 204a.
Przy obciążeniu cieplnym kotła 50 % (Rys. 204c) prędkość rusztu wynosiłaby wtedy nie 4 m/h, lecz 8 m/h, przy której to prędkości doszedłby on spod warstwownicy do końca rusztu, gdyby nie spalił się wcześniej. To jego wcześniejsze niespalenie się mogłoby być jednak spowodowane tylko o połowę mniejszą intensywnością spalania się, w stosunku do intensywności z jaką spalał się węgiel przy obciążeniu cieplnym 100 % nominalnego, przemieszczając się na ruszcie z prędkością 16 m/h. Proces spalania węgla na ruszcie ma jednak przebiegać ze stałą intensywnością, czego jak dotąd nikt jeszcze nie zakwestionował, a gdyby próbował, to bez możliwości rzeczowego uzasadnienia.
Także z powodów do których dochodzi w paleniskach warstwowych do przekraczania granicznego obciążenia cieplnego rusztu, obniżanie intensywności spalania się węgla miałoby swoje uzasadnienie tylko przy zwiększaniu mocy cieplnej kotła, a nie odwrotnie. Konsekwencją tego byłoby jednak tylko jeszcze większe skracanie się drogi spalania się węgla w miarę jak maleje obciążenie cieplne kotła, w stosunku do drogi jego spalania się przy obciążeniu nominalnym.
Ta coraz krótsza droga spalania (jak to bardziej obrazowo od Rys. 203 przedstawia Rys. 204), stanowi, że jeśli przy obciążeniu cieplnym kotła równym nominalnemu (Rys. 204a) trzeba doprowadzić powietrze do wszystkich czterech stref podmuchowych znajdujących się na długości rusztu (jak to dodatkowo przedstawia Rys. 204e), to (z odniesienia położenia tych stref na Rys. 204a) skrócona do dwóch trzecich długość drogi spalania się węgla na Rys. 204b wymaga całkowitego odcięcia dopływu powietrza do końcowej czwartej strefy, natomiast skrócona o połowę długość drogi spalania się węgla na Rys. 204c wymaga odcięcia dopływu powietrza do dwóch tylnych stref podmuchowych.
Jeśli tak się nie dzieje, to od samego naukowca z Instytutu … itd. można dowiedzieć się, że „ W przypadku niskiego obciążenia kotła (czytaj: typu WR25) zawartość tlenu w spalinach wylotowych wynosiła 16,9 %. Tej zawartości tlenu odpowiada współczynnik nadmiaru powietrza λ = 5,1.
W związku z taką to jego wartością, z jednej książki [5] można dowiedzieć się, że zalecana przez normy radzieckie wartość współczynnika nadmiaru powietrza w komorze paleniskowej, to λ = 1,3 Natomiast z drugiej książki [4], że pożądana wartość współczynnika nadmiaru powietrza na wylocie z kotła to λ = 1,4÷1,7 - czyli średnio 1,55.
Na okoliczność wartości współczynnika nadmiaru powietrza λ = 5,1, w instrukcji eksploatacji A (część 211) także można przeczytać: Dobre spalanie paliwa określa zawartość CO2 w spalinach za kotłem. Przy ... normalnym (czytaj: nominalnym) obciążeniu kotła zawartość CO2 w spalinach za kotłem winna wynosić 10÷12 %. Na uzyskanie tej zawartości CO2 w spalinach wpływa odpowiednia regulacja podmuchu i w strefach oraz regulacja ciągu.
Natomiast w instrukcji eksploatacji D pisze, że: Przy ... nominalnym obciążeniu cieplnym kotła, optymalne spalanie miału węglowego ... powinno dawać około 11 % CO2. Na uzyskanie tych warunków decydujący wpływ ma odpowiednia regulacja strefowa podmuchu i regulacja ciągu.
Podanej zawartości CO2 = 11 % odpowiada współczynnik nadmiaru powietrza λ = 1,7, co stanowi, że według informacji naukowca, przy owym niskim obciążeniu kotła WR25 dopływało trzy razy tyle powietrza, niż jest potrzebne do „dobrego spalania” czy „optymalnego spalania”.
Żadna z książek nie uwzględnia pracy kotła przy innym obciążeniu, niż nominalne. Stąd też na okoliczność tak dużej wartości współczynnika nadmiaru powietrza, jak podana przez naukowca z Instytutu … itd., z dużym uznaniem trzeba podejść do zdania znajdującego się w instrukcjach B i C: Tylne strefy powinny być lekko otwarte lub zamknięte w zależności od miejsca kończenia się procesu spalania. Naukowca z Instytutu … itd. o znajomość tych instrukcji eksploatacji posądzić jednak nie sposób.
Nie zaszkodzi przypomnieć, że zalecane przez Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej rozwiązanie (rzekomo według zgłoszenia P383941) według samego naukowca miało dać zmniejszenie współczynnika nadmiaru powietrza z λ = 5,1 do λ = 3,8 (patrz str. 1 części 176). Ta zmniejszona wartość współczynnika nadmiaru powietrza jest jednak jeszcze dwa i pół razy za duża w stosunku do średniej podanej w książce [4].
Załącznik XII (-) Jerzy Kopydłowski
W pełni świadomi mogą być tego użytkownicy spalający węgiel o średniej spiekalności; jeśli oczywiście w ogóle zwracają uwagę na to jak przebiega proces spalania węgla na ruszcie.
W wyjaśnianiu założono, że sprawność cieplna kotła w całym zakresie zmiany jego obciążenia jest stała.
Jest to stwierdzenie przy założeniu, że proces spalania na ruszcie przebiega prawidłowo i przy każdym z różnych obciążeń kocioł osiąga tą samą sprawność cieplną.
Na Rys. 197d, przedstawionym w całości w Załączniku II do części 201, można przeczytać: „Zaoszczędzona przez spiętrzacz długość rusztu. Kupa śmiechu! Oczywiście z tego zaoszczędzania.
Andrzej Szlęk, Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska: Wstępna ocena wpływu recyrkulacji powietrza podmuchowego na pracę kotła rusztowego; XII Forum Ciepłowników Polskich, Międzyzdroje, wrzesień 2008 r.
3