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, 2012.03.04
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 196
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 czwarta.
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 dziewiętnasty.
Jaka tępota panuje w sprawie samego konstrukcyjnego rozwiązania doprowadzenia pod ruszt powietrza podmuchowego, to dowodzi tego treść referatu na IX Forum Ciepłowników Polskich oraz kilku zgłoszeń do Urzędu Patentowego.
a. Po przeszło ćwierć wieku korzystania z dokumentacji przedwojennych (niemieckich), pierwsze dokumentacje rusztów łuskowych zostały opracowane w Fabryce Palenisk Mechanicznych w Mikołowie w połowie lat 70-tych u. w. Powstały wtedy dwa typoszeregi rusztów. Typoszereg Rts z przeznaczeniem dla kotłów rusztowych dolnego zakresu wydajności i typoszereg Rtw (Rtp - jako podwójny) z przeznaczeniem dla kotłów największych.
Od 1982 r. konstruowaniem rusztów łuskowych dla wszystkich kotłów rusztowych (za wyjątkiem kotłów z płomienicą pochodzących swoją pierwotną konstrukcją z okresu wojen napoleońskich) profesjonalnie zajmował się już tylko polski konstruktor kotłów. Początkowo w zasadniczym swoim rozwiązaniu były to ruszty z typoszeregu Rtw, z tym że od początku z konstrukcją całkowicie spawaną. Była ona zarazem maksymalnie uproszczona wykonawczo, z samego faktu, że ruszty te w wyjątkowo prymitywnych warunkach produkowali ówcześni rzemieślnicy.
Pokład rusztu łuskowego to rodzaj czołgowej gąsienicy (Rys. 191b), która w największych polskich rusztach ma szerokość 3600 mm (3,6 metra). Między górą gąsienicy będącą właściwym pokładem rusztowym i jej dołem, którym ten pokład nawraca, w oryginalnym (pierwotnym) rozwiązaniu takiego rusztu znajduje się zamknięta ze wszystkich stron skrzynia podmuchowa, z podziałem jej na strefy podmuchowe, w postaci lejów (koryt) ustawionych jeden za drugim poprzecznie do osi wzdłużnej rusztu (Rys. 191a). Leje otwarte są od góry, z wypływem powietrza z nich przez pokład rusztowy, jako doprowadzanego do wspólnej skrzyni podmuchowej, a z niej do lejów stref przez otwory znajdujące się w czołowych ścianach lejów, ze stopniem ich otwarcia regulowanym klapami.
Konstrukcja pokładu rusztowego (rusztu ze strefową regulacją, ponieważ na świecie są także ruszty bez niej) stwarza możliwość doprowadzenia powietrza pod ruszt tylko z obu boków skrzyni podmuchowej, a w przypadku rusztów podwójnych tylko z jednego jej boku.
b. Pierwszą zmianą, której polski konstruktor kotłów dokonał w doprowadzeniu powietrza pod ruszt, była zmiana miejsca wlotu powietrza z wentylatora do skrzyni podmuchowej.
W dotychczasowych konstrukcjach rusztów ten wlot znajduje się w miejscu na długości rusztu, gdzie - według powielanego od prawie wieku poglądu - najintensywniej powinien przebiegać proces spalania węgla na ruszcie paleniska warstwowego, to jest za strefą odgazowania z węgla części lotnych. W modernizowanych kotłach z zastosowaniem polskiego paleniska narzutowego (po opanowaniu przez konstruktora samego procesu spalania węgla), okazało się, że węgiel spala się gorzej na jednej stronie ruszcie. W stwierdzonym przypadku okazała się to ta strona rusztu, z której znajdował się wlot powietrza do skrzyni podmuchowej. Sposób zapobieżenia takiemu spalaniu w palenisku narzutowym wyposażonym w dwa narzutniki węgla okazał się bardzo prosty. Wystarczyło odpowiednio podnieść wysokość warstwy węgla transportowanego przez dozownik narzutnika pokrywającego węglem drugą stronę rusztu. Wzrost oporu stawiany przez przez tą grubszą warstwę na ruszcie węgla i żużla pochodzącego z jego spalania (w odbiorze konstruktora) zniwelował efekt zróżnicowania ciśnienia pod rusztem wywołany działaniem dynamicznym powietrza wypływającego z kanału wprowadzanego w bok skrzyni podmuchowej w obszarze stref podmuchowych.
W dokumentacjach dla kolejno modernizowanych kotłów wlot powietrza do skrzyni podmuchowej konsekwentnie umieszczał już on w samym tyle skrzyni podmuchowej. W tym miejscu zarówno ilość powietrza doprowadzanego do stref podmuchowych była bardzo mała, jak i często nie było ich wcale, ponieważ zastosowanie polskiego paleniska narzutowego nie wymagało tak długiej jak dotychczas czynnej długości rusztu, mimo kilkakrotnego zwiększania osiąganej przez kocioł mocy cieplnej.
Pozostanie faktem, że tak umieszczony wlot powietrza podmuchowego przestał mieć wpływ na pogorszenie spalania węgla z jednej strony rusztu, zróżnicowaniem ciśnienia powietrza na szerokości rusztu.
Na czas modernizacji pierwszego kotła z zachowanym paleniskiem warstwowym (wodnego typu WCO80) polski konstruktor kotłów wiedział dodatkowo, że w tym palenisku powietrze podmuchowe nie powinno być doprowadzane pod przednią część rusztu, natomiast do znacznego zwiększenia mocy cieplnej trzeba by wykorzystać całą dotychczasową długość rusztu. Wlot powietrza z wentylatora do skrzyni podmuchowej umieścił więc akurat odwrotnie. Całkowicie z przodu, w miejscu po zlikwidowanej przedniej strefie podmuchowej.
Rozwiązanie to jako „własny wynalazek” 13 lutego 1992 r. zgłosili do Urzędu Patentowego (zgłoszenie 94491) były mechanik samochodowy i major byłego ludowego wojska polskiego, otrzymując na niego prawo ochronne do wzoru użytkowego 53625 - patrz część 168.
Udzielający je nie zorientowali się nawet, że zarówno treść opisu zgłoszenia, jak i zastrzeżenie ochronne nie odpowiada rozwiązaniu przedstawionemu na załączonych rysunkach. Na Rys. 191a (fig 1 opisu zgłoszenia) wlot powietrza z wentylatora do skrzyni podmuchowej znajduje się całkowicie poza obszarem lejów stref podmuchowych, natomiast z treści zastrzeżenia ochronnego można dowiedzieć się, że: „... wlot 16 powietrza dostarczanego przez wentylator jest usytuowany na jednej z bocznych ścian skrzyni powietrznej, pomiędzy komorami podmuchu (czytaj lejami stref podmuchowych) ...”, czyli tak jak w tysiącach polskich kotłów rusztowych.
c. O tym, że nieodpowiednie doprowadzenie powietrza musi powodować zróżnicowanie jego ciśnienia na szerokości rusztu, destabilizując proces spalania węgla na nim, nie miał najmniejszego pojęcia autor referatu na IX Forum Ciepłowników Polskich.
Treścią swojego referatu polecał bowiem dwa warianty modernizacji dotychczasowego sposobu doprowadzenia powietrza pod ruszt. Pierwszym miało być zachowanie skrzyni podmuchowej, z zastosowaniem klap regulacyjnych z „proporcjonalną krzywą regulacji” zapewniającą „liniową charakterystykę przepływu”, a będącą faktycznie wyjątkowo nieliniową, bo według wynalazku 168300 (zgłoszenie 295528), zgłoszonego z jego odziałem. Za wadę tego wariantu uznał jednak „pozostawienie klap regulacyjnych pod pokładem rusztowym”, czyli jak w owym „wynalazku”.
Natomiast zaletą drugiego wariantu, polegającego na pozbawieniu rusztu wspólnej skrzyni podmuchowej i wprowadzeniu powietrza podmuchowego bezpośrednio do leja każdej strefy podmuchowej, miało być „wyeliminowanie skomplikowanego układu sterowania położeniem klap umieszczonych pod rusztem.” Dodatkowo „zwiększenie szczelności skrzyni powietrznej rusztu i łatwość zastosowania relatywnie tanich siłowników regulujących stopień otwarcia klap.”
O tym, że w konstrukcjach rusztów autorstwa polskiego konstruktora kotłów stosowanych przy modernizacji kotłów z zastosowaniem paleniska narzutowego (w realizacji których wcześniej ów autor uczestniczył), ów skomplikowany układ sterowania położeniem klap umieszczonych pod rusztem” już nie występował, tego oczywiście ów autor nie napisał.
Nieprawdziwe są także podane w referacie pozostałe zalety tego drugiego wariantu. Należało je jednak wymienić, ponieważ jest to jak dotąd jedyne uzasadnienie powodów nabijania w butelkę użytkowników kotłów rusztowych różnymi rozwiązaniami indywidualnego wlotu powietrza do lejów stref podmuchowych, z wyeliminowaniem wspólnej skrzyni podmuchowej.
d. Świadomość powodowania zróżnicowania ciśnienia na szerokości rusztu przez bezpośredni boczny wlot powietrza do strefy podmuchowej jako pierwsi mieli tfurcy zgłoszenia 307369 do Urzędu Patentowego.
Mógł być to efekt jednej z pierwszych wersji wariantu drugiego (pkt c). Natomiast zamiarem trzech tfurców tego zgłoszenia było opatentowanie przedwojennego niemieckiego rozwiązania, zastosowanego w latach 50-tych u. w. w czterech wyprodukowanych kotłach parowych typu OR64 (Rys. 175a w części 185), które z natury rzeczy nie mogło się wtedy sprawdzić eksploatacyjnie i po jakimś czasie trzema było je zezłomować, przywracając w kotłach pierwotne przedwojenne rozwiązanie ze wspólną skrzynią podmuchową. Rozwiązanie to przedstawia Rys. 191b, a pikantności temu zgłoszeniu dodaje fakt, że przynajmniej dwóch z tych tfurców było wcześniej pracownikami Centralnego Biura Konstrukcji Kotłów, gdzie powstała dokumentacja kotłów typu OR64. Dodatkowo, gdzie na czas pracy w nim żaden nie zajmował się ani konstruowaniem kotłów rusztowych, ani samych rusztów.
Z przedstawionego w opisie zgłoszenia stanu dotychczasowego wynika, że zgłoszony pomysł miał eliminować wady wzoru użytkowego 96440, „gdzie zastosowano blachy ukierunkowujące strugę węgla w stronę pokładu rusztu”, wskutek czego „ … ciśnienie powietrza podmuchowego w każdej strefie nie jest równomierne na całej szerokości strefy.” Tą równomierność w rozwiązaniu według zgłoszenia miała zapewnić pozioma perforowana rura biegnąca wzdłuż całego leja strefy podmuchowej, wyprowadzona ze wspólnego kanału poprowadzonego na zewnątrz kotła (rusztu) od wentylatora podmuchowego. Miało się to stać za sprawą odpowiednio dobranej średnicy owej rury i odpowiednio zróżnicowanej jej perforacji.
e. Przeciwstawieniem rozwiązania będącego zgłoszeniem 307369 (pkt d) miało być rozwiązanie będące przedmiotem zgłoszenia 323397.
Ten pomysł także polegał na bezpośrednim wprowadzeniu powietrza do leja strefy podmuchowej przez boczną jego ścianę. Natomiast jego wyższość nad rozwiązaniem według zgłoszenia 307369 w zapobieganiu zróżnicowania ciśnienia na szerokości rusztu (zgodnie z treścią opisu) miało stanowić zastąpienie perforowanej rury wstawionej do leja, zastosowaniem indywidualnego wentylatora podmuchowego dla każdej strefy (jak to przedstawia schematycznie Rys. 191c).
Przy bezpośrednim doprowadzeniu powietrza do leja strefy podmuchowej przez jedną z jego bocznych ścian nie może mieć jednak żadnego znaczenia to, że powietrze to pochodzi z jednego wspólnego wentylatora, czy też z wentylatora indywidualnego dla każdej strefy podmuchowej. Jakby tego było mało, sama już treść opisu zgłoszenia kwestionuje zasadność zastosowania dla każdej strefy podmuchowej indywidualnego wentylatora takim to stwierdzeniem:
„Inną odmianą podawania powietrza podmuchowego do stref podmuchowych 5 jest zasilanie przewodów doprowadzających 9 (czytaj: pozostawionych początków perforowanej rury na Rys. 191b zgłoszenia 307369) innym źródłem podawania sprężonego powietrza.” Jeśli innym, to także jednym wspólnym wentylatorem podmuchowym.
f. Rozwiązaniem z bezpośrednim doprowadzeniem powietrza do strefy podmuchowej, mającym także rzekomo służyć zapewnieniu równomiernego ciśnienia na szerokości rusztu, jest zgłoszeniem 340809 do Urzędu Patentowego, z uznaniem go za wynalazek 196214.
Według opisu tego wynalazku ma się to stać dlatego, że wynalazek „upraszcza drogę powietrza pod pokład rusztowy i stwarza dogodne warunki dla laminarnego przepływu powietrza o ustalonym nadciśnieniu.”
Jak to przedstawia Rys. 191d, samo „uproszczenie drogi przepływu powietrza” ma polegać na tym, że zamiast bezpośredniego doprowadzenia powietrza krótkim kanałem do boku leja strefy podmuchowej (porównaj Rys.191c), powietrze to płynie do środkowej części leja strefy podmuchowej długim kanałem poprowadzonym w przerwie między sąsiednimi lejami, z następnym jego ukształtowaniem pod kątem prostym i wprowadzeniem do czołowej ściany leja. Przez otwór w ścianie czołowej tego leja powietrze przepływa już tak samo jak w przypadku wszystkich dotychczasowych rozwiązań rusztów z dopływem powietrza ze wspólnej skrzyni podmuchowej. Nie dopływa jednak do niego z trzech stron: z obu boków otworu i przede wszystkim od dołu, lecz z jednego wąskiego boku, co musi powodować bardzo duże zróżnicowanie ciśnienia powietrza na szerokości tego otworu, a tym samym na szerokości rusztu.
Do zgłoszenia tego wynalazku doszło także 17 grudnia 2001 r., kiedy polski konstruktor kotłów dokładnie już wiedział, że wysokość otworów wlotu powietrza do leja strefy podmuchowej musi być bardzo mała, a same otwory powinny znajdować się na możliwie maksymalnej długości czołowej ściany leja strefy podmuchowej, których to warunków rozwiązanie z Rys. 191d w ogóle nie spełnia. Kształt otworu pokazuje poz 5 na obu rzutach. Rozwiązanie uznane za wynalazek 196214, wcześniej według dokumentacji polskiego konstruktora kotłów zostało zastosowane w kotle wodnym typu WLM2,5-2, jednak wcale nie po to aby służyło modernizacji polskich kotłów rusztowych.
g. Tego, że rozwiązanie uznane za wynalazek 196214 (pkt f) jest rozwiązaniem złym - jeśli chodzi o sam otwór na ścianie leja - dowodzi rozwiązanie będące zgłoszeniem 355555 do Urzędu Patentowego, z uznaniem go za wynalazek 201029, pozostające zarazem w całości tak samo złym jak wszystkie pomysły omówione wyżej.
To rozwiązanie (Rys. 191e) jest identycznym - w działaniu i zastosowaniu - z rozwiązaniem będącym przedmiotem zgłoszenia 307369 (pkt d i Rys. 191b), odrzuconego wcześniej przez Urząd Patentowy
W obu tych rozwiązaniach powietrze do strefy podmuchowej dopływa otworami znajdującymi się na całej długości czołowej ściany jej leja. Z tym, że w zgłoszeniu 307369 doprowadza je do tych otworów rura biegnąca środkiem leja, natomiast w zgłoszeniu 355555 (wynalazku 201029) jest ono doprowadzane w przerwie między sąsiednimi lejami, na wzór rozwiązania przedstawionego na Rys. 191d. Ta różnica w doprowadzeniu powietrza (w obu rozwiązaniach z kanału znajdującego się obok kotła), w opisie wynalazku 201029 nie została podana jako odmienność w stosunku do zgłoszenia 307369.
Jeśli chodzi o różnice, to w zgłoszeniu 307369 nie jest podany sposób wykonania otworów wlotu powietrza do leja, natomiast w wynalazku 201029 jest on przedstawiony w sposób będący całkowitą negacją zachowania się strumienia powietrza płynącego z dużą prędkością i zjawisk powodowanych tym przepływem.
Różne jest także uzasadnienie zadania do spełnienia. W zgłoszeniu 307369 trafnie bowiem podano, że ma ono służyć wyrównaniu ciśnienia powietrza podmuchowego na szerokości rusztu. Natomiast w wynalazku 201029 to rozwiązanie ma odwrotnie, spowodować jego zróżnicowanie, wyrażone zdaniem: „Ukształtowanie stref podmuchowych oraz kształt i wzajemne położenie otworów wylotowych, a także zaopatrzenie ich w kołnierze wywołuje bardzo pożądany z punktu widzenia procesu spalania rozkład ciśnienia powietrza, które jest największe w osi rusztu i płynnie maleje w kierunku jego krawędzi. Wobec treści podkreślonej, nie zachodzi nawet potrzeba uzasadniania, że wynalazek 201029, tak samo jak rozwiązanie będące zgłoszeniem 307369, nie może spełniać zadania zapobieżenia zróżnicowaniu ciśnienia na szerokości rusztu. Także wykazywania dziełem jakich tfurców był ów „wynala- zek”.
Wszystkie zgłoszenia i wynalazki (omówione w pkt d; e; f; g) mogą jedynie służyć do nabijania użytkowników kotłów w butelkę bocznym wlotem powietrza do stref podmuchowych.
Co jest czynione z efektywną pomocą tych naukowców politechnicznych, którzy zapominają, że na ich utrzymanie łoży całe polskie społeczeństwo, któremu z tego powodu przynajmniej nie powinni szkodzić.
Załącznik I (-) Jerzy Kopydłowski
Stanisław Mańkowski, Małgorzata Kwestarz, Politechnika Warszawska: Modernizacja kotłów węglowych typu WR a wypełnienie limitów KPRE i KRAU, IX Forum Ciepłowników Polskich, 2005 r.
Krańcowa „oryginalność” tego rozwiązania spowodowała, że przy realizowanych od 1982 r. modernizacjach kotłów z zastosowaniem polskiego paleniska narzutowego, w przypadku wyposażenia kotła w taki ruszt trzeba go było zezłomować w całości, z możliwością wykorzystania tylko samego jego napędu.
Szkielet rusztu do kotłów i pieców przemysłowych - wzór użytkowy 53625.
Wtedy chyba jako rektor Politechniki Warszawskiej w latach 2002-2005.
Sposób doprowadzenia powietrza podmuchowego i wtórnego do kotłów z rusztem mechanicznym i układ powietrza podmuchowego i wtórnego rusztu mechanicznego - zgłoszenie 307369.
Sposób podawania powietrza podmuchowego do paleniska rusztowego z podziałem strefowym, zgłoszenie 323397.
Jak bezmyślny był sam pomysł z takim wentylatorem, to powinien dowodzić już tego fakt, że w dużym kotle rusztowym z rusztem podwójnym i z siedmioma strefami podmuchowymi (Rys. 175b w części 185) wentylatorów podmuchowych musiałoby być czternaście. Dla koniecznych stosowania wąskich stref podmuchowych, ich ilość zwiększyłaby się do dwudziestu ośmiu; wobec dotychczasowego wyposażania takiego kotła w jeden wentylator podmuchowy.
Wielostrefowa skrzynia podrusztowa kotła rusztowego - zgłoszenie 355555.
4