Tarnowskie góry, 2010.05.01
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 sto piąta.
Powody pozostawienia polskich kotłów rusztowych w stanie zacofania technicznego
z okresu pierwszych lat istnienia Peerelu.
O tym co przede wszystkim złożyło się
na całkowity brak w Polsce nowoczesnych kotłów rusztowych.
II. Drugim powodem było występowanie przez Centralne Biuro Konstrukcji Kotłów do Urzędu Patentowego o udzielanie patentów na tworzone przez inż. J. Kopydłowskiego konstrukcje kotłów i ich urządzenia, po którym to wystąpieniu biuro reagowało następnie niestosowaniem lub zaprzestawaniem stosowania danego rozwiązania w swojej dokumentacji.
2. Okoliczności i skutki udaremnienia przez agenta SB produkcji wodnych kotłów rusztowych według wynalazku nr 77300, pozostawiającego swoim rozwiązaniem daleko w tyle wszystkie takie światowe konstrukcje - część szósta.
e. Wykazanie na przykładzie wyprodukowanego kotła typu WAR jakie genialne rozwiązanie kotła według wynalazku nr 77300 miała zastąpić ignorancka konstrukcja kotła autorstwa mgr inż. Józefa Wasylowa, według późniejszego wynalazku nr 133461 - część pierwsza.
e/a. O wiedzy technicznej, jak również o osobowości autora drugich założeń typoszeregu wodnych kotłów rusztowych 2,5 ÷70 Gcal/h dostatecznie dużo mówi dokonana przez niego charakterystyka porównawcza obu rozwiązań konstrukcyjnych (nr archiwalny 3.5302, str. 7) „według zatwierdzonych założeń (wersja pierwsza) oraz według nowych założeń (wersja druga).
Lp. |
Charakterystyczne rozwiązania |
Kocioł według wersji pierwszej |
Kocioł według wersji drugiej i nowej |
1 |
Układ kotła |
typ poziomociągowy (komora paleniskowa) |
pionowy |
2 |
Komora paleniskowa |
niska |
wysoka |
3. |
Ściany kotła w układzie |
rura przy rurze |
membranowe |
4 |
Ilość ciągów konwekcyjnych |
dwa |
jeden |
5 |
Opancerzenie wewnętrzne |
konieczne dla ściany bocznej i pęczków konwekcyjnych |
nie występuje |
6 |
Przystosowanie kotła do zabudowy prostej instalacji nawrotu lotnego koksiku |
niekorzystne |
bardzo korzystne |
7 |
Ilość kolan w przewodach instalacji nawrotu lotnego koksiku |
dwa |
nie występują |
8 |
Ściany działowe kotła, tylna i pęczka konwekcyjnego |
wykonane są z betonu |
wykonane są ze ścian membranowych |
9 |
Klapy uszczelnienia tylnego rusztu |
wykonane są z materiału żaroodpornego |
nie występują |
10 |
Układ powietrza wtórnego |
słabo rozbudowany |
rozbudowany |
11 |
Dozowniki |
zgrzebłowe |
zgrzebłowe - zmodernizowane |
12 |
Narzutniki |
wąskie |
zmodernizowane szerokie |
Wstępne ustosunkowanie się do owej charakterystyki porównawczej:
ad pkt 1: Wszystkie kotły pierwszego typoszeregu miały pionowy układ, a nie poziomy.
ad pkt 2: Kocioł typu WAR ma komorę paleniskową prawie tak samo wysoką jak kotły WRp23 i WRp46.
ad pkt 3: Kocioł typu WAR ma ściany wykonane techniką „welded wall” vel „membrane wall”, czyli membranowe.
ad pkt 4: Zastosowanie jednego ciągu konwekcyjnego w kotłach typoszeregu WRp było wyjątkowym błędem, co mgr inż. Józef Wasylów pojął dopiero po wielu latach.
ad pkt 5. Opancerzenie wewnętrzne jest nierozerwalnie związane z techniką ścian „skin casing”, nie może więc go mieć kocioł typu WAR.
ad pkt 6: Nie działa prawidłowo instalacja nawrotu lotnego koksiku w żadnym kotle typoszeregu WRp według owych drugich założeń, a kocioł typu WAR wyposażony był w najdoskonalsze w świecie jej rozwiązanie, tak jak wszystkie kotły wyposażane od 1982 r. w polskie palenisko narzutowe.
ad pkt. 7: Nie ma żadnych kolan w instalacji nawrotu lotnego koksiku kotła typu WAR, tak jak we wszystkich kotłach wyposażanych od 1982 r. w polskie palenisko narzutowe.
ad pkt. 8: Kocioł typu WAR ma te ściany wykonane techniką „welded wall”, a więc membranowe.
ad. pkt 9: Negatywne skutki braku klap tylnego zamknięcia rusztu doświadczają wszyscy eksploatujący jeszcze kotły z typoszeregu WRp według wynalazku nr 133461.
ad pkt 10: Instalacja powietrza wtórnego kotłów według wynalazku nr 133461 pełni funkcję atrapy, w odróżnieniu od najdoskonalszego w świecie takiego polskiego rozwiązania w zastosowaniu między innymi w kotle typu WAR i będącego przedmiotem projektu wynalazczego zgłoszonego w CBKK trzy lata przed opracowaniem owych drugich założeń.
ad pkt 11: Owe „zmodernizowane” dozowniki zgrzebłowe zastosowane w kotłach według wynalazku nr133461 okazały się wyjątkowymi bublami, nawet w późniejszej ocenie samego mgr inż. Józefa Wasylowa (patrz str. 4 części 103), potwierdzonej zarazem działalnością CBKK polegającą na następnych nieudolnych próbach poprawiania ich w oparciu o wynalazki inż. J. Kopydłowskiego.
ad pkt 12: Najszersze narzutniki mają kotły wyposażane w polskie palenisko narzutowe, w tym miał kocioł typu WAR według wynalazku nr 77300.
W całej tej charakterystyce porównawczej nie ma żadnego ustosunkowania się do rozwiązania konstrukcyjnego kotła wg projektu wynalazczego nr 18/70 z 1970 r. i zarazem do cech znamiennych wynalazku nr 77300.
e/b. Wykonywanie ścian kotła z rur jego części ciśnieniowej - techniką „skin casing”, a następnie „welded wall” (z zespawanych ze sobą wzdłużnie rur ) - pierwotne zastosowanie znalazło dla kotłów parowych z cyrkulacja naturalną.
Rury ich ścian wypełnia mieszanka paro-wodna, mająca we wszystkich jednakową temperaturę. Dzięki temu, po rozpaleniu kotła we wszystkich rurach także panuje jednakowa temperatura, odpowiadająca ciśnieniu parowania wody. Ruch wody wywoływany naturalną ich cyrkulacją powoduje także, że nawet przy rozpalaniu kotła temperatura ta podnosi się we wszystkich rurach w miarę równomiernie.
Część ciśnieniowa kotła wodnego to jednak w całości podgrzewacz wody kotła parowego, w którym rury podgrzewacza wody nie służą do wykonywania ścian kotła obydwoma technikami. W kolejnych połączonych ze sobą szeregowo wielu zespołach rur kotła wodnego temperatura wody wzrasta stopniowo. Od najniższej na wlocie do zespołu pierwszego, do najwyższej na wylocie z ostatniego. Podstawowymi takimi temperaturami wody to 70 0C na wlocie do kotła i 150 0C na wylocie z niego. W praktyce mogą być one bardzo różne.
Składające się na ściany kotła różne zespoły rur, jako o różnej temperaturze przepływającej przez nie wody, muszą wydłużać się nierównomiernie, natomiast konsekwencje wzdłużnego zespawania ze sobą dwóch rur o różnej temperaturze przepływającej przez nie wody powinny być oczywiste dla każdego
Czasowe zróżnicowanie temperatury wody w nich, a tym samym ich wydłużeń, może być szczególnie duże przy rozpalaniu kotła, kiedy odbiór ciepła od spalin przez powierzchnie ogrzewalne komory paleniskowej i ciągów konwekcyjnych znacznie odbiega od warunków normalnych.
Część ciśnieniowa kotła wodnego według wynalazku nr 77300 jest jedynym znanym rozwiązaniem pozwalającym na swobodne wydłużanie się rur stanowiących jego ściany, zarówno zewnętrzne, jak i działowe.
Gwarancją tego jest stopniowe przyrastanie temperatury wody w kolejnych zespołach rur stanowiących ściany kotła, idąc w kierunku od tyłu kotła do przodu. W przedstawionej na Rys. 92; Rys. 93 i Rys. 94 części ciśnieniowej kotła typu WAR występuje na tej drodze pięć kolejnych zespołów rur, z każdorazowym mieszaniem się wody przed jej przepływem z jednego zespołu rur do drugiego. Samo mieszanie wody następuje w rurach o dużej średnicy, łączących umieszczone po bokach kotła dwie jego komory wzdłużne, z trzecią taką komorą umieszczoną w osi kotła w płaszczyźnie jego stropu.
Przy temperaturze wody 70 0C na wlocie i 150 0C na wylocie, otrzymuje się średni przyrost temperatury wody w każdym zespole rur wynoszący 16 0C. Przy takiej temperaturze wody średnie zróżnicowanie wydłużenia rur kolejnego zespołu o wysokości 8 metrów po rozpaleniu kotła wynosi zaledwie 1,4 mm. Składa się to na całą nierównomierność wydłużenia się kotła w górę wynoszącą 7 mm, przy całkowitym jego wydłużeniu się w górę z tyłu o 6,2 mm (gdzie znajduje się wlot wody) oraz z przodu o 13,2 mm (gdzie znajduje się jej wylot).
Faktyczne zróżnicowanie wydłużenia się zespołów rur stanowiących ściany (ekrany) komory paleniskowej jest mniejsze, ponieważ na każdy z nich przypada mniejszy od średniego udział z całego przyrostu temperatury wody w kotle wynoszącego 80 0C. W tym przyroście temperatury największy udział mają bowiem zespoły będące wężownicami umieszczonymi w dwóch ciągach konwekcyjnych, z których jeden znajduje się poza podstawowym blokiem kotła.
W kotle typu WAR woda przepływa kolejno z dołu do góry (mieszając się każdorazowo w rurach o dużej średnicy, z przepływem w nich wody z góry w dół) przez:
1. ekran tylny ciągu konwekcyjnego (będący zarazem ścianą tylną kotła);
2. wężownice w pierwszym ciągu konwekcyjnym oraz rury pokrywające ściany boczne i strop tego ciągu
3. wężownice w drugim ciągu konwekcyjnym oraz ekran tylny komory paleniskowej
4. główne części ekranów bocznych komory paleniskowej;
5. przednie części ekranów bocznych komory paleniskowej oraz równolegle przez ekran przedni komory paleniskowej.
Zjawiska różnego wydłużania się zespołów rur stanowiących ściany kotła jako połączonych ze sobą szeregowo na drodze przepływu wody przez kocioł oraz konieczności każdorazowego mieszania wody przy przepływie z jednego zespołu rur do drugiego w ogóle nie brał pod uwagę mgr inż. Józef Wasylów
W kotłach typoszeregu WRp według wynalazku nr 133461 (rys. nr 2-1266269 z marca 1977 r.) woda przepływa bowiem sześcioma zespołami rur kolejno z dołu do góry lub z góry w dół - mieszając się lub nie mieszając - przez:
1. wężownice jedynego ciągu konwekcyjnego i strop nad ciągiem konwekcyjnym (z dołu do góry);
2. ekran tylny ciągu konwekcyjnego (będący zarazem ścianą tylną kotła), wcześniej nie mieszając się i z góry w dół;
3. cały ekran tylny komory paleniskowej (z dołu do góry);
4. cały strop komory paleniskowej oraz ekran przedni wcześniej nie mieszając się i z góry w dół przez ekran przedni;
5. ekrany boczne komory paleniskowej i ciągu konwekcyjnego (przez ekrany boczne komory paleniskowej z dołu do góry i przez ściany boczne ciągu konwekcyjnego z góry w dół).
Niezależnie od zróżnicowanego wydłużania się zespołów rur sąsiadujących ze sobą, bardzo niekorzystny jest przepływ wody dużą ilością rur z góry w dół i brak mieszania się wody przed kolejnym zespołem rur.
e/c. Wśród stwierdzeń zawartych w założeniach autorstwa mgr inż. Józefa Wasylowa, potwierdzających jego nieudolność konstrukcyjną, znajduje się i takie (str.15):
„Bezawaryjną pracę kotła warunkuje wysoka prędkość wody w danym konturze zwłaszcza narażonym na wysokie obciążenia cieplne.”
Pierwotnym celem wynalazku nr 77300 było obniżenie dużych oporów przepływu wody przez kotły w dotychczasowych rozwiązaniach z pokryciem ich ścian pionowymi rurami. Te duże opory wynikają z konieczności stosowania dużych prędkości przepływu wody przy jej przepływie kolejnymi zespołami rur naprzemian z dołu do góry i z góry w dół.
Rozwiązanie według tego wynalazku przede wszystkim eliminuje zespoły rur z przepływem wody z góry w dół, Natomiast w zastosowaniu w ich miejsce pojedynczych rur o dużych średnicach, z pozostawieniem zespołów rur z przepływem wody z dołu do góry, mamy pewną analogię do pracy ekranów kotła parowego z cyrkulacją naturalną, z potraktowaniem tych pojedynczych rur jako rur opadowych, a zespołów rur z przepływem wody z dołu do góry jako rur wznoszących.
W kotle parowym rury opadowe są również ogrzewane i wcale nie stoi to na przeszkodzie w prawidłowym działaniu całego konturu cyrkulacyjnego. Natomiast przekroju rur wznoszących w tych kotłach w ogóle nie dobiera się na prędkość przepływu wody. O prawidłowej pracy konturu cyrkulacyjnego decyduje natomiast wyłącznie wielokrotność cyrkulacji wody w nim, określana jako stosunek ilości przepływającej przez niego wody do jej ilości przechodzącej w postać pary. Nie może być ona za mała, ponieważ wtedy nadmiernie duże są opory przepływu w części wznoszącej konturu cyrkulacyjnego powodowane dużym udziałem pary w mieszance paro-wodnej. Para ma wielokrotnie większą objętość od wody.
W kotle wodnym tej wielokrotności obliczyć nie można, ponieważ w jego rurach pary nie ma. Można jedynie mówić o parowaniu przyściennym, powodowanym bardzo wysokim obciążeniem cieplnym rury wystawionej na intensywne promieniowanie płomienia. Powstające wtedy pęcherzyki pary ulegają jednak natychmiastowej kondensacji, a dla tego procesu sama prędkość przepływu wody w rurze nie ma znaczenia. Mówiąc o konieczności utrzymywania z tego powodu wysokiej prędkości przepływu wody, wypadałoby przynajmniej zastanowić się jak pracują wodne kotły płaszczowe (przykładowo sławne w Polsce buble, jakimi są kotły typu Krm). O prędkości przepływu wody wewnątrz takiego kotła w ogóle przecież mówić nie można.
Problem z kotłem wodnym może być tylko przy niedostatecznym przepływie wody przez niego, czego konsekwencją jest jego zaparowanie. Wysoka konstrukcyjna prędkość wody w rurach może jednak wtedy tylko spotęgować ujemne tego skutki, ponieważ zastosowana duża prędkość przepływu wody w rurach to zarazem mniejsze przekroje przepływu przez nie - przy zaparowaniu kotła mieszanki paro-wodnej, przechodzącej po czasie w parę.
Genialność rozwiązania kotła według wynalazku nr 77300 polega właśnie na możliwości stosowania niskich prędkości przepływu wody w pionowych rurach tworzących ściany kotła.
Inż. J. Kopydłowski, tworząc w 1970 r. konstrukcję kotła według późniejszego wynalazku nr 77300, miał już za sobą pełne rozeznanie amerykańskiej techniki spalania węgla przy jego narzucie na ruszt i zarazem dokładną znajomość archaicznych rozwiązań konstrukcyjnych polskich kotłów rusztowych z paleniskiem warstwowym oraz osiąganych przez nie złych wyników eksploatacyjnych.
Zastosowanie kotłów takiej konstrukcji widział więc głównie w wymianie na nie kotłów wodnych w istniejących już kotłowniach, a więc jako mających dostarczać ciepło do dotychczasowych zładów wodnych i z istniejącymi już układami pompowymi. Te jednak były przystosowane do pracy z kotłami typu WCO80 oraz typu WLM, z których wielkości 1,25 i 2,5 mają bardzo niskie opory przepływu przez nie wody, a kocioł typu WCO80 tych oporów nie stwarza w ogóle. Wobec możliwości instalowania w miejscu po kotle WLM2,5 takiego kotła o osiąganej wydajności nawet pięć razy większej (na co pozwalało wyposażenie go w palenisko narzutowe ), konstrukcja kotła według wynalazku w pełni pokrywała cały zakres wydajności na kotły według zamówienia „FAKOP” z drugiej połowy lat 60-tych u. w., bo do 10 Gcal/h.
Skonstruowanie kotła o możliwie małych oporach przepływu wody przez niego było więc techniczną koniecznością. No to rozwiązanie według wynalazku nr 77300 w pełni pozwoliło. Nawet opory przepływu wody przez kocioł typu WAR o wydajności o wiele większej, bo wynoszącej 25 Gcal/h, jako sprawdzone ruchowo wyniosły około 0,1 MPa.
Niezależnie od takich ówczesnych przesłanek, zadaniem konstruktora jest przecież tworzyć rozwiązania ekonomiczne. Z tym kłóci się skonstruowanie kotła na duże opory przepływu wody, powodowane zastosowaną nieuzasadnioną technicznie dużą prędkością przepływu wody przez rury tworzące ściany kotłów, jak tych typoszeregu WRp konstrukcji mgr inż. Józefa Wasylowa.
Załączniki: Rys. 92, Rys. 93 i Rys. 94 (-) 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
|
|
Pod naciskiem ówczesnego Zjednoczenia Przemysłu Budowy Maszyn Ciężkich „ZEMAK”, lub dla uniknięcia odwoływania się w tej sprawie przez inż. J. Kopydłowskiego.
Nie miał on żadnego pojęcia o technice kotłowej, w odróżnieniu od wszechstronnej jej znajomości przez inż. J. Kopydłowskiego - zarówno w zakresie obliczeń i konstrukcji kotłów, jak i ich wyników eksploatacyjnych, łącznie z pełnym rozeznaniem techniki światowej i specyficznych potrzeb krajowych.
W rozwiązaniu konstrukcyjnym uznanym następnie za złe przez niego samego (patrz str. 4 części 103)
Czy mgr inż. Józef Wasylów byłby w ogóle w stanie ogarnąć swoim umysłem genialność jego rozwiązań, to pozostawia się ocenie czytających tą opowieść.
W którym to rozwiązaniu produkowane są „sławne” obecnie kotły wodne „o ścianach szczelnych”.
O sprawdzonej wykonanymi pomiarami osiąganej wydajności 29 MW, a więc odpowiadającej katalogowej wydajności kotłów wodnych typu WLM25 i WR25 z paleniskiem warstwowym.
W kotle wodnym przede wszystkim nie ma żadnych „konturów”, ponieważ termin ten odnosi się do kotła parowego z cyrkulacją naturalną.
Z pełnym późniejszym potwierdzeniem w latach 80-tych u .w.
2