Tarnowskie Góry, 2008.08.24

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 dwudziesta

Powody pozostawienia polskich kotłów rusztowych w stanie zacofania technicznego

z okresu pierwszych lat istnienia Peerelu.

B. O działaniach agenta SB, którymi uniemożliwił opanowanie przez polski przemysł kotłowy produkcji palenisk narzutowych, będących jedynymi pozwalającymi na ekonomiczne i proeko- logiczne spalanie węgla w kotłach rusztowych - część osiemnasta

II. Skutki niewykonania decyzji ze stycznia 1974 r. Rady Technicznej CBKK poprawienia wykazanych przez inż. J. Kopydłowskiego wielu błędnych rozwiązań urządzeń paleniska narzutowego popełnionych w dokumentacjach wykonawczych (warsztatowych) kotłów typu OR6,5-011 i OR16-102 serii informacyjnych oraz polecenia przez tą radę zastosowania zarówno w nich, jak i w nowych dokumentacjach parowych i wodnych kotłów rozwiązań konstrukcyjnych tego paleniska autorstwa inż. J. Kopydłowskiego -część dziesiąta.

Wyjaśnienie dlaczego inż. J. Kopydłowski na przekór wszystkiemu i wszystkich przez wiele lat udoskonalał światową technikę spalania węgla przy jego narzucie na ruszt, ze zrealizowaniem tego w stworzonym przez siebie polskim palenisku narzutowym - część druga.

Powód drugi: ponieważ tylko w odpowiednio skonstruowanym palenisku narzutowym można ekonomicznie i proekologicznie spalać węgle o dowolnej zawartości popiołu i temperaturze jego mięknienia.

Z książki profesora Teodora Wróblewskiego „Urządzenia kotłowe” z 1960 r. (patrz pismo do IMiUE z 2008.08.17) można dowiedzieć się także, że około 1925 r. paliwem małowartościowym były:

„- paliwo drobnoziarniste pozbawione wszelkiej zdolności spiekania się;

- paliwo o dużej zawartości części mineralnych (czytaj: popiołu, a ściśle skały płonnej) lub wilgoci oraz paliwa zawierające znaczną ilość obu wymienionych składników.”

Późniejszy jednak wymóg „oszczędniejszej gospodarki paliwami” spowodował taki rozwój palenisk i rusztów, że według stanu z 1960 r., a więc na czas ukazania się tej książki, nie istniały już „paliwa, których nie można spalić przy osiągnięciu dużej wydajności układu i uzyskania dobrej sprawności. Stąd wynika, że paliw określanych dawniej jako nieprzydatne do spalania nie znamy. Natomiast nazwa paliwa małowartościowego zachowała się i pod nią rozumiemy paliwo o małej wartości opałowej będącej wynikiem powiększania w paliwie ilości balastu w postaci wody i części mineralnych, co nastręcza poważne kłopoty konstruktorowi urządzeń kotłowych i personelowi w eksploatacji. Rozróżniamy obecnie paliwa nastręczające i nienastręczające trudności przy spalaniu, podział zaś ten jest uwarunkowany zachowaniem się popiołów w podwyższonych temperaturach. Podstawa więc oceny paliwa uległa zmianie, zasadniczo ocenia się paliwo na podstawie charakterystyki temperaturowej popiołu i w przypadku spalania na ruszcie - dodatkowo sortymentu paliwa (czytaj: jego ziarnistości).”

Pisząc o rozwoju palenisk i rusztów, profesor nie mógł mieć na myśli peerelowskiej techniki kotłowej, ponieważ paleniska warstwowe z rusztem łuskowym tysięcy pracujących w kraju kotłów rusztowych niczym obecnie nie różnią się swoim rozwiązaniem konstrukcyjnym od znanych około owego 1925 roku. Inż. J. Kopydłowski same konstrukcje rusztów łuskowych - najpierw w zastosowaniu w polskim palenisku narzutowym - zaczął udoskonalać dopiero w połowie lat osiemdziesiątych dwudziestego wieku.

Z treści książki profesora nie wynika także, że ów rozwój techniki palenisk i rusztów do spalania „paliwa nastręczającego trudności przy spalaniu” polegał na usprawnieniu paleniska warstwowego z rusztem łuskowym. Z jego książki wiadomo natomiast jakie konstrukcje rusztów pod ten rozwój podciągnął.

Jednym z takich rusztów był ruszt posuwowo-zwrotny, zwany również od nazwiska jego wynalazcy rusztem Martina, o którym pisał: „Ruszty posuwowo-zwrotne umożliwiają spalanie węgla zawierającego do 40% popiołu, do 20 % wody i części lotnych powyżej 13% oraz węgli spiekających się. Można spalać węgle brunatne o zawartości wilgoci do 35 %. Ogólna ilość balastu może sięgać 70 %. Na ruszcie można spalać muł węglowy oraz mieszanki o ziarnistości 0÷80 mm.” Według prof. Teodora Wróblewskiego odpowiednikiem tej konstrukcji miał być także ruszt nasuwowo-kaskadowy, z przeznaczeniem do spalania węgla o takim samym zakresie jego właściwości.

W sprawie rusztu Martina także prof. Piotr Orłowski w swojej książce z 1972 r. napisał: „Na poruszającym się ruszcie taśmowym (czytaj: na ruszcie łuskowym w palenisku warstwowym) następuje kolejno strefa suszenia, odgazowania węgla, spalania koksu i dopalania koksiku w żużlu. Na ruszcie posuwowo-zwrotnym te fazy spalania przebiegają równocześnie wzdłuż całej długości rusztu. Paleniska te nadają się do spalania paliw zawierających dużo popiołu, mułów, przerostów węgli kamiennych, mieszanek tych paliw oraz spalania węgli brunatnych. Jak wszystkie paleniska warstwowe nie nadają się one do spalania paliw spiekających się. Zaletą omawianego paleniska jest mała wrażliwość na granulacje i rodzaj paliwa. Ruszt ten stosuje się przy paliwach niskokalorycznych o dużej zawartości popiołu (powyżej 30 %) i dużej wilgoci (50÷60 %).”

Obie konstrukcje tych rusztów - posuwowo-zwrotnego i nasuwowo-kaskadowego - nie znalazły jednak w Polsce zastosowania, a z treści obu książek wiadomo tylko, że miały nadawać się do spalania węgla zawierającego dużo balastu. Nic z ich treści nie wiadomo o wpływie niskiej temperatury mięknienia popiołu, jak również braku zdolności węgla do spiekania się na proces jego spalania. (patrz pismo do IMiUE z 2008.08.17 w odniesieniu do palenisk warstwowych z rusztem łuskowym).

Natomiast o nieprzydatności paleniska warstwowego z rusztem łuskowym do spalania węgla o podwyższonej zawartości popiołu i niskiej temperaturze jego mięknienia nie stanowi treść pisana obu książek, lecz zamieszczony w obu ten sam rysunek mający ilustrować przebieg procesu spalania węgla na ruszcie tego paleniska (patrz rys. 8a), a ściśle pokazanie na nim co znajduje się u góry warstwy leżącej na ruszcie i co pod tym w miejscu gdzie jedno i drugie spada z rusztu do leja żużlowego. Tym czymś jest popiół, a ściśle żużel, z leżącym pod nim do końca rusztu odgazowanym węglem, czyli koksem.

W palenisku warstwowym, w którym dochodzi do spalenia (zgazowania) koksu, pozostałego po odgazowaniu z niego z przodu rusztu części lotnych, obraz warstwy żużla powinien być taki, jak na rys. 8b. Natomiast o doskonałości procesu spalania węgla w palenisku narzutowym stanowi taki obraz, jak to przedstawia rys. 8c.

Podstawowa różnica między tymi procesami spalania polega na tym, że w palenisku warstwowym żużel pozostający ze spalenia węgla gromadzi się od góry, nad mającym się dopalić koksem, natomiast w palenisku narzutowym znajduje się on pod spalającym się na nim węglem.

Podstawowy problem w spalaniu węgla na ruszcie, jakim jest ciastowatość żużla przy przekroczeniu temperatury mięknienia zawartej w nim skały płonnej, miały rozwiązywać paleniska posuwowo-zwrotne i nasuwowo-kaskadowe, w których koks i pozostający z jego spalania żużel mieszały się ciągle ze sobą. Stąd też trzeba raczej przyznać rację prof. Piotrowi Orłowskiemu, że ruszty te nie nadawały się do spalania węgla spiekającego się, a więc zbrylającego się w procesie odgazowywania z niego części lotnych.

Czego w sprawie palenisk rusztowych nie przeczyta się dotąd w żadnym języku świata.

W Polsce najwięcej ilościowo jest chyba nadal płomienicowych kotłów rusztowych o konstrukcji znanej już w okresie wojen napoleońskich, z rusztem stałym zasilanym łopatą i z ręcznym usuwaniem z niego żużla za pomocą gracy. Sto lat później wynaleziony na kontynencie europejskim ruszt wędrowny, którym jest także stosowany obecnie w Polsce późniejszy ruszt łuskowy o konstrukcji z początku lat dwudziestych, miał tylko zmechanizować zasilanie paleniska rusztowego węglem i zarazem usuwanie z niego żużla.

Inż. J. Kopydłowski jeszcze w 1982 r. widział w ówczesnej kopalni Andaluzja pracujący duży wodnorurowy kocioł rusztowy z takim rusztem wyprodukowany w 1905 r. Zadaniem tego rusztu, jako włączanego cyklicznie, było wprowadzenie na nim węgla do paleniska na całą jego długość, który następnie spalał się przy unieruchomionym ruszcie. Kiedy węgiel ten już dopalał się, włączany ruszt wprowadzał do paleniska kolejną porcję węgla, usuwając jednocześnie pozostałość ze spalenia wprowadzonej wcześniej porcji węgla.

Świeży węgiel zapalał się od promieniowania nagrzanych do czerwoności ścian paleniska wykonanych z cegły szamotowej. W ówczesnych kotłach rusztowych takie wykonanie ścian paleniska było rutynowe, ponieważ nie znano techniki pokrywania ich rurami. O owej jedynej wcześniejszej roli tych ścian nie wiedziano jednak konstruując przykładowo po wojnie kocioł parowy typu OR10 oraz kocioł wodny typu WR10, pozbawiając te kotły na pewnej wysokości od rusztu pokrycia rurami ścian bocznych komory paleniskowej. Takie bezmyślne rozwiązanie, stosowane również w innych polskich kotłach rusztowych, spotęgowało trudności w spalaniu w nich węgla, podnosząc temperaturę w obrębie dolnej części paleniska, a tym samym temperaturę żużla gromadzącego się nad mającym się spalić koksem pozostającym po odgazowaniu z węgla części lotnych, przyspieszając tym i intensyfikując jego ciastowatość.

Znane już także na przełomie dziewiętnastego i dwudziestego wieku w USA narzutniki węgla początkowo miały tylko zmechanizować sam proces zasilania węglem paleniska z rusztem stałym, a więc z takim jak w obecnych polskich kotłach płomienicowych. W takie narzutniki, tylko odmiennej konstrukcji, wśród których była t zw. mechaniczna łopata, wyposażano w tym czasie paleniska z rusztem stałym na kontynencie europejskim. Dopiero po jakimś czasie, przede wszystkim w związku z rosnącą wielkością kotłów rusztowych, ruszty stałe zastąpiono w USA rusztami z obracanymi do czyszczenia rusztowinami. Na początku były one obracane do czyszczenia ręcznie, a następnie mechanicznie. W amerykańskich paleniskach narzutowych w kotłach osiągających później wydajność rzędu 200 t/h pary od lat trzydziestych ubiegłego wieku zastąpiono je rusztami wędrownymi, a następnie również rusztami wibracyjnymi i pulsacyjnymi o tym samym działaniu.

Zadaniem tych rusztów wędrownych było jednak tylko usuwanie żużla. To wyłączne przeznaczenie rusztu wędrownego, będące wtedy kolejnym usprawnieniem amerykańskiej techniki spalania węgla przy jego narzucie na ruszt, dopiero po pięćdziesięciu latach w pełni wykorzystał inż. J. Kopydłowski pod technikę takiego spalania węgla w polskim palenisku narzutowym.

Palenisko warstwowe z rusztem łuskowym, w które działaniem agenta SB praktycznie wyłącznie wyposażone są w Polsce większe kotły rusztowe energetyki przemysłowej i ciepłownictwa, to wyjątkowo irracjonalne rozwiązanie techniczne wobec wymogów, jakie stawia proces spalania węgla w palenisku rusztowym. Jak to potwierdzają w swoich książkach obaj profesorowie, w takim palenisku warstwa koksu pozostająca po odgazowaniu z węgla części lotnych spala się w kierunku od góry pozostawiając nad sobą warstwę żużla, która w kierunku tyłu rusztu musi stawać się coraz grubsza (patrz rys. 8b). Inaczej spalać się nie może, ponieważ do zgazowania koksu na tlenek węgla (CO) potrzeba temperatury przynajmniej 700^oC, a od dołu koks chłodzony jest przepływającym przez pokład rusztowy chłodnym powietrzem, bo z reguły o temperaturze otoczenia. Sam proces zgazowania koksu inicjują odgazowujące z węgla części lotne, spalające się nad rusztem w przedniej części paleniska.. W prawidłowo skonstruowanym palenisku warstwowym tak też się dzieje bez żadnych problemów, co potwierdzają wyniki badań kotłów z takimi paleniskami późniejszej konstrukcji inż. J. Kopydłowskiego.

Zgazowanie koksu na tlenek węgla jest procesem egzotermicznym, który w związku z tym na pokładzie rusztowym przemieszczającym się do tyłu paleniska pod pewnymi warunkami, którymi są obecność tlenu i odpowiednio wysoka temperatura, może przebiegać już dalej samoistnie. Tlen do warstwy koksu leżącego na ruszcie można dostarczyć jednak tylko od dołu, a więc w powietrzu podmuchowym. To powietrze nie dotrze jednak do leżącej na ruszcie warstwy koksu, jeśli narastająca nad nią warstwa żużla przekroczy temperaturę mięknienia skały płonnej i stanie się ciastowatą. Ta ciastowatość żużla spotęgowana jest przy tym spiętrzeniem intensywności spalania koksu z przodu rusztu, z dalszym coraz mniej intensywnym jego spaleniem się przy przemieszczaniu się na ruszcie w kierunku do tyłu paleniska, spowodowanym między innymi coraz niższą temperaturą panującą nad rusztem. Na tej drodze przyjmujący wcześniej ciastowatą postać żużel, wskutek obniżania swojej temperatury, może już tylko zestalić się w zwartą płytę, całkowicie odcinającą dopływ powietrza do pozostającego jeszcze pod nim koksu.

Skutki ciastowatości żużla są tym większe, im większa jest zawartość w węglu skały płonnej. W związku z tym, że w palenisku warstwowym zmianą prędkości rusztu reguluje się wydajność kotła, to grubość warstwy żużla na ruszcie musi być proporcjonalna do zawartości skały płonnej w węglu i jego ilości wprowadzanej do paleniska. Rośnie ona dodatkowo w miarę jak maleje sprawność kotła, w związku z większym zużyciem węgla.

Z powodu wynikającego z samych rys. 8a i 8b palenisko warstwowe z rusztem łuskowym pozwala na prawidłowe spalanie tylko węgla o wąskim zakresie jego właściwości jakimi są, oprócz zdolności do spiekania się, zawartość skały płonnej i temperatura jej mięknienia.

Takie spalanie następuje w nim tylko wówczas, gdy koks - powstający z przodu rusztu w procesie odgazowania części lotnych z węgla o odpowiedniej zdolności do spiekania się - wiąże sobą ziarna skały płonnej tworząc wraz z nimi ciągłą warstwę, a temperatura powstająca przy zgazowaniu koksu i panująca nad rusztem wskutek spalania nad nim tlenku węgla nie powodują osiągnięcia przez gromadzący się nad koksem żużel temperatury jego mięknienia. Tylko wówczas spalający się koks, pozostawia nad sobą żużel o zestalonej strukturze zawierającej pory pozwalające na przepływ przez pokład rusztowy powietrza podmuchowego.

Całkowicie odmienne warunki spalania węgla panują w palenisku narzutowym

W palenisku narzutowym całkowicie lub częściowo odgazowany węgiel spada na warstwę żużla będącą pozostałością ze spalenia wcześniej narzuconego na ruszt węgla, z grubością żużla zwiększającą się również stopniowo, tylko nie nad mającym się spalić węglem, lecz pod nim oraz w kierunku przodu, a nie tyłu paleniska (patrz rys. 8c.

W palenisku tym można uniknąć ciastowatości żużla także przy niskich temperaturach mięknienia skały płonnej dzięki temu, że od dołu jest on intensywnie chłodzony strumieniem powietrza podmuchowego, które nagrzewa się dopiero ponad nim w procesie spalającego się na nim węgla. Tą temperaturę, którą w palenisku warstwowym osiąga już pod warstwą koksu leżącego na ruszcie, w palenisku narzutowym powietrze to osiąga dopiero nad warstwą leżącego na ruszcie żużla, który w odróżnieniu od warunków panujących w palenisku warstwowym, jest dodatkowo osłonięty od promieniowania płomienia nad rusztem spadającym na niego węglem wrzucanym do paleniska przez narzutniki. Sam żużel nie nagrzewa się również od strumienia spalin powstających ze zgazowania koksu na tlenek węgla, ponieważ ten proces przebiega nad nim, a nie pod nim, jak to się dzieje w palenisku warstwowym.

W palenisku narzutowym problemu z dużą ilością skały płonnej w węglu nie ma między innymi z tego powodu, że grubość warstwy żużla na ruszcie można dowolnie regulować zmianą prędkości rusztu. Nie ma również spiętrzenia intensywności spalania w jednym miejscu na długości rusztu, ponieważ węgiel można spalać się na nim w miarę równomiernie na całej jego długości. Oprócz tego - jak dokładnie wiadomo z wieloletniej już praktyki krajowej - do mięknienia w nim żużla może dojść tylko blisko miejsca odprowadzenia żużla do leja żużlowego, a więc nie w miejscu w którym w palenisku warstwowym to mięknienie oddziałuje następnie na proces spalania koksu na pozostałej dużej długości rusztu. W palenisku narzutowym do mięknienia żużla nie może dojść wcześniej również i z tego powodu, że przy odwrotnym kierunku ruchu pokładu rusztowego w tyle tego paleniska, tak samo jak w palenisku warstwowym, panuje najniższa temperatura. Nie ma w nim również problemu z dopalaniem się koksu, ponieważ przy przemieszczającym się pokładzie rusztowym w kierunku do przodu paleniska, przed spadnięciem do leja żużlowego dostaje się on w strefę najwyższych temperatur - odwrotnie niż w palenisku warstwowym.

=======================================================================================

Z zestawionych na rys. 2÷6 wyników badań krajowych kotłów rusztowych z paleniskiem warstwowym i rusztem łuskowym - poza wynikami badań kotłów typu OR16 na rys. 2, wykonanymi w 1977 r. przez OBR GIGE porównawczo z badaniami kotłów amerykańskich firmy E. Keeler z paleniskiem narzutowym, gdzie przynajmniej wiadomo, że był w nich spalany węgiel niespiekający się - nie można nawet doszukać się wpływu zawartości skały płonnej na osiąganą przez kocioł sprawność. Nie pozwala na to przede wszystkim brak informacji w sprawozdaniach z badań kotłów o temperaturze mięknienia skały płonnej w spalanym węglu i o jego spiekalności. Wiele instytucji dokonujących w przeszłości tych badań te właściwości węgla w ogóle bowiem nie interesowały, tak jak nikogo nie interesowały inne przyczyny osiąganej przez kotły rusztowe z paleniskiem warstwowym niskiej sprawności, do których doszedł dopiero inż. J. Kopydłowski.

Wystarczy jednak tylko porównać poziom sprawności kotłów z rys. 3÷5 z osiągniętymi następnie przez te same kotły na rys.7 po ich zmodernizowaniu z zastosowaniem polskiego paleniska narzutowego, aby mieć ważki powód do zastanowienia się, czy wybitni naukowcy z dziedziny kotłów z IMiUE Politechniki Śląskiej aby nie mylą się, twierdząc że paleniska narzutowe „to szmelc”. Przecież nie tylko dla nich z samego porównania rys. 8 b i 8c, popartego chyba logiczną treścią jak wyżej, powinno być oczywiste dlaczego, w odróżnieniu od paleniska warstwowego, w palenisku narzutowym można ekonomicznie spalić nie tylko węgle o wartości opałowej w zakresie spalanym podczas badań kotłów z wynikami zestawionymi na rys. 2÷7, lecz także każdy odpad kopalniany o dowolnej zawartości skały płonnej sprzedawany od dłuższego czasu podstawowej masie użytkowników kotłów rusztowych zużywających mniejsze ilości węgla. Również niespiekający się węgiel kamienny importowany w coraz większych ilościach z Rosji i Ukrainy.

Załączniki: Rys 2÷8.

Do wiadomości:

1. Raciborska Fabryka Kotłów „RAFAKO”

ul. Łąkowa 31, 47-300 Racibórz

2. Sędziszowska Fabryka Kotłów „SEFAKO”

ul. Przemysłowa 9, 28-340 Sędziszów (-) Jerzy Kopydłowski

3. Fabryka Palenisk Mechanicznych,

ul. Towarowa 11, 43-190 Mikołów

4. Zakłady Urządzeń Kotłowych „Stąporków”

ul. Górnicza 3, 26-220 Stąporków

5. Biuro Techniki Kotłowej, ul Zagórska 83,

42-680 Tarnowskie Góry, mgr inż. Józef Wasylów,

mgr inż. Karol Machura.

6. Polska Dziennik Zachodni,

Z-ca Redaktora Naczelnego Stanisław Bubin.

Także kilkudziesięciu PT Użytkowników kotłów z polskim lub

krajowym paleniskiem narzutowym oraz mających te kotły na stanie

i inni.

Przez co poza energetyką zawodową dysponuje ona kotłami o konstrukcjach pochodzących sprzed wojny i sięgających w zakresie kotłów o małych wydajnościach okresu wojen napoleońskich.

Wcześniej i później nie był, a obecnie nadal nikt poza nim nie jest w stanie tego robić, poza oczywiście tworzeniem rozwiązań do wpuszczania potencjalnych ich użytkowników w przysłowiowe maliny - o czym będzie po kolei.

Piotr Orłowski: Kotły parowe, konstrukcja i obliczenia, WNT, W-wa, 1972 r.

W sprawie ich przydatności do spalania węgli spiekających się, to „na dwoje babka wróżyła” - patrz podkreślenia.

Jak zasilane jest ich palenisko węglem, to może wiedzieć każdy, kto oglądał film p.t. Jak rozpętałem drugą wojnę światową na moment przed storpedowaniem statku.

Przedwojenną konstrukcję takiego narzutnika w kotle z rusztem stałym inż. J. Kopydłowski widział jako jeszcze pracującą w latach siedemdziesiątych dwudziestego wieku w browarze w Tychach..

który to ruszt, jako w pełni sprawdzony na początku 1973 r. w kotle typu OR2,5-010, w krajach obozu socjalistycznego skonstruował tylko inż. J. Kopydłowski.

W palenisku warstwowym koks może nie dopalić się nawet i wtedy, kiedy warstwa żużla nad nim zachowuje porowatość. W tyle paleniska, gdzie wtedy panuje już niska temperatura, również dodatkowo i sam żużel swoją narastająca stopniowo grubością izoluje koks od promieniowania płomienia w palenisku, sprowadzając go poniżej temperatury w której może następować proces jego zgazowania. Natomiast od dołu jest on dodatkowo mocno schładzany powietrzem podmuchowym przepływającym tam przez ruszt w nadmiarze.

Ściśle: temperatur przemian popiołu, którymi są temperatura spiekania, mięknienia, topnienia i płynięcia.

W polskim palenisku na całej czynnej długości rusztu, która wzrasta wraz z obciążeniem kotła.

Niewykluczone, że w sprawie polskiego paleniska narzutowego powtarzają to co kiedyś usłyszeli od agenta SB, tak jak tylko ze słyszenia wiedzieli o polskim palenisku narzutowym.

Szkoda, że nikt się dotąd nie zastanawiał dlaczego warstwa żużla schodzącego z rusztu jest często prawie tej samej grubości co warstwa wprowadzanego na niego węgla.

Może przynajmniej jeden z nich czegoś się w wreszcie nauczy.

4

---