Tarnowskie Góry, 2009.07.05
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 sześćdziesiąta druga
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 dwunasta.
Wyjaśnienie dlaczego od prawie czterdziestu lat, zamiast unikatowych w skali światowej wodnorurowych kotłów rusztowych według wynalazku nr 61238, dla potrzeb energetyki przemysłowej w produkcji znajdują się kotły płomienicowo-płomieniówkowe z rusztem łuskowym, będące niewyobrażalnymi bublami - część piąta
WYKAZANIE
dlaczego kotły płomienicowo-płomieniówkowe z rusztem łuskowym są niewyobrażalnymi bublami.
W połowie lat 60-tych u. w. kiedy inż. J. Kopydłowski wynalazł trzy unikatowe w skali światowej konstrukcje parowych kotłów rusztowych - pokrywające cały zakres zapotrzebowania na nie, poza najmniejszymi - przemysł kotłowy Peerelu treścią katalogu E3 z 1963 r. w zakresie kotłów średnich wielkości oferował:
1. kotły płomienicowe typu P z rusztem stałym zasilanym ręcznie łopatą, o wydajności od 1,3 t/h do 2,5 t/h pary,
2. kotły płomienicowo - płomieniówkowe typu E (t zw. „Ekonomiki”) z rusztem stałym zasilanym ręcznie łopatą, o wydajności 1,13 t/h i 3,25 t/h pary,
3. kotły typu PLM (typu LaMont) z rusztem łuskowym o wydajności 2,25 t/h i 4,5 t/h pary,
4. kotły typu OKR5 (OR5) z rusztem łuskowym o wydajności 5 t/h pary.
Natomiast z katalogu „SEFAKO” - Sędziszów z lat 90-tych u. w. można dowiedzieć się, że w zakresie kotłów parowych średnich wielkości fabryka ta oferuje wyłącznie:
5. kotły płomienicowo - płomieniówkowe typoszeregu ERm z rusztem łuskowym, w zakresie wydajności od 0,6 t/h do 8,0 t/h pary,
6. kotły „na ścianach szczelnych” z paleniskiem narzutowym o wydajności: 6; 10 i 16 t/h pary, których jednak nikt już wtedy u niej nie zamawiał.
Nie ma w tym katalogu kotłów płomienicowych typu P o konstrukcji pochodzącej z okresu wojen napoleońskich i dobrze.
Nie ma jednak również kotłów typu PLM 1,25-2 i PLM 2,5-2, z których ten ostatni (w ZAMET w Tarnowskich Górach) już w 1982 r. po zastosowaniu w nim prototypowych rozwiązań polskiego paleniska narzutowego bez zmian w samej konstrukcji kotła osiągnął wydajność 10 t/h pary przy przyzwoitej sprawności, w stosunku do nieosiąganej wydajności katalogowej 4,5 t/h jako wyposażony w palenisko warstwowe.
Nie ma również w tym katalogu kotłów typu OKR5 (OR5), które tylko przez wyposażenie ich w polskie palenisko narzutowe mogą swobodnie osiągać wydajność 12 t/h pary, w stosunku do nieosiąganej wydajności katalogowej 5 t/h jako wyposażonych w palenisko warstwowe; natomiast po zastosowaniu w nich paleniska warstwowego konstrukcji inż. J. Kopydłowskiego mogących osiągać nawet na węglu niespiekającym się wydajność 8,0 t/h pary.
W zakresie kotłów parowych średniej wielkości, zamiast unikatowych w skali światowej kotłów „bocznociągowych” według wynalazku CBKK nr 61238, można otrzymać z tej fabryki wyłącznie kotły typu ERm, których pierwowzorem jest kocioł płomienicowy z początku 19-go wieku (Rys. 44 a), z uzupełnieniem w dodatkowe rury powierzchni ogrzewalnej nazywane płomieniówkami, co spowodowało że przyjął postać z Rys. 44 b.
Opracowana w CBKK w latach 70-tych u. w. konstrukcja kotłów typoszeregu ERm różni się od tej z Rys. 44 b wyposażeniem jej w ruszt łuskowy, skopiowany z dokumentacji takiego rusztu firmy Danks z ówczesnej RFN.
Na Rys. 45 kocioł ERm 6,5 przedstawiony jest porównawczo z kotłem „bocznociągowym” o tej samej wydajności typu OR6,5-011.
I. Kotły typoszeregu ERm faktycznie nie mają komory paleniskowej.
Dla niektórych adresatów opowieści jest to oczywiste z samego faktu, że ruszt łuskowy w kotłach typu ERm zajmuje na całej długości płomienicy dolną połowę jej średnicy. We wziętym za przykład kotle typu ERm 6,5 (Rys. 45 a) średnica ta wynosi 1,5 metra. Nad rusztem pozostaje więc łukowa przestrzeń w kształcie połowy koła, co po uwzględnieniu warstwy węgla na nim daje jej średnią wysokość rzędu pół metra.
W normalnym kotle rusztowym podstawowa cześć komory paleniskowej to prostopadłościan, którego podstawę stanowi pokład rusztowy, nadający swoją szerokością i długością kształt tego prostopadłościanu w poziomie. Powierzchnia pokładu rusztowego wynika z ilości energii doprowadzonej w ciągu godziny z węglem przy maksymalnej wydajności kotła i odpowiednio przyjętej jego sprawności, podzielonej przez przyjęte jednostkowe obciążenie cieplne rusztu (w kW/m2).
Drugim po obciążeniu cieplnym rusztu parametrem określającym wymiary tego prostopadłościanu, a więc jego wysokość, jest przyjęte jednostkowe obciążenie cieplne objętości komory paleniskowej (kW/m3) - do podobnego obliczenia jego objętości - z ilości spalanego węgla, z pomniejszeniem doprowadzonej w nim energii o straty cieplne paleniska i powiększeniem jej o ewentualną energię doprowadzoną w podgrzanym powietrzu. Z podzielenia otrzymanej w ten sposób objętości prostopadłościanu przez powierzchnię jego podstawy otrzymuje się jego wysokość, będącą wysokością komory paleniskowej.
Nikt jednak jeszcze nie podał wartości jednostkowego obciążenia cieplnego komory paleniskowej, mającego gwarantować prawidłowy przebieg procesu spalania węgla w kotle rusztowym, ponieważ o wartości jej obciążenia cieplnego decyduje również wielkość powierzchni ścian komory paleniskowej pokrytych rurami, wymagana do uzyskania odpowiedniego schłodzenia spalin na wylocie z niej.
Pozostanie jednak faktem, że w 1988 r. naukowiec z IMiUE Politechniki Śląskiej zakwestionował mającą sześć metrów wysokość komory paleniskowej kotła typu OR40-010 w kotłowni SFW ENERGIA w Gliwicach. Właśnie, że jest za niska do uzyskania prawidłowego procesu spalania węgla. Dlaczego kwestionował wysokość komory 6 metrów, to wyjaśnienie znajduje się w części 48 opowieści. Po prostu nie wiedział, że pozostawioną przy montażu kotła dziurą w tylnej ścianie komory paleniskowej tuż nad rusztem kotła typu OR40-010 i narzucaniem węgla na ruszt pod teorię „zimnego spalania” autorstwa naukowców z IMiUE, komorę paleniskową tego kotła uczyniono prawie całkowicie niewykorzystaną.
Ze względu na sam prawidłowy proces spalania wysokość komory paleniskowej powinna być teoretycznie w każdym kotle rusztowym jednakowa. Już jednak badania kotła typu OR6,5-030, z potwierdzeniem badaniami kotła typu OR6,5-011, wykazały że wcale nie musi to być ponad 6 metrów. W żadnym jednak przypadku nie może to być wysokość rzędu pół metra, jak w kotle ERm 6,5. Trzeba przy tym wiedzieć, że kotły typoszeregu ERm o wydajności: 0,8; 1,3 i 2,0 t/h pary mają płomienicę o średnicy 900 mm, przy której to co z niej pozostaje ponad rusztem, po uwzględnieniu leżącej na nim warstwy węgla, wynosi około ćwierć metra.
W odróżnieniu od kotła ERm 6,5, wysokość komory w kotle OR6,5-011 wynosiła 2,3 metra. To jednak nie wszystko, ponieważ za zasadniczą komorą paleniskową inż. J. Kopydłowski zastosował przestrzeń dopalającą o tej samej wysokości i prawie takiej samej długości jak sama komora paleniskowa. Od powierzchni rusztu, nad którym w prawidłowo wyregulowanym palenisku narzutowym pali się głównie z przodu, spaliny przed wlotem do gęstych powierzchni konwekcyjnych pokonywały więc drogę prawie dwa razy dłuższą od wysokości komory paleniskowej tego kotła.
II.Kotły typoszeregu ERm mają zbyt małą powierzchnię opromieniowaną komory paleniskowej.
Zarówno w kotle pyłowym, jak i rusztowym, spaliny na wylocie z komory paleniskowej muszą ulec schłodzeniu do temperatury poniżej temperatury mięknienia popiołu unoszonego z niej ze spalinami. Inaczej będzie się osadzał na znajdujących się za nią rurach powierzchni konwekcyjnych w postaci spieków żużla, powodujących mostkowanie nim przerw między nimi dla przepływu spalin. W kotłach pyłowych klasycznemu zapobieganiu tego służą powierzchnie grodziowe. Ich funkcję pełniły rzadko ustawione rury w przestrzeni dopalającej kotła typu OR6,5-011.
Powierzchnia opromieniowana komory paleniskowej tego kotła i przestrzeni dopalającej za nim wynosiła 26 m2. Tymczasem powierzchnia opromieniowana „komory paleniskowej” kotła ERm 6,5 to zaledwie 9 m2, czyli trzy razy mniej. Zarastanie osadami żużla przekroju jego płomieniówek przy spalaniu z prawidłowym, a więc bardzo niskim współczynnikiem nadmiaru powietrza w spalinach, byłoby więc nieuniknione.
III. Kocioł płomienicowo-płomieniówkowy czyni tak niemożliwym do skonstruowania dla niego prawidłowo działającego rusztu łuskowego, że żaden szanujący się konstruktor tego zadania by się nie podjął.
W normalnym kotle z rusztem łuskowym powietrze podmuchowe doprowadzane jest do skrzyni podmuchowej z zewnątrz przez boczną ścianę rusztu. W ruszcie wstawionym do okrągłej płomienicy kotła typu ERm takiego bezpośredniego doprowadzenia być nie może, a on sam owej skrzyni podmuchowej jest nawet pozbawiony. Jego konstrukcję trzeba zaliczyć do bezmyślnych rozwiązań rusztów z indywidualnym bocznym wlotem powietrza do każdej strefy podmuchowej, który to fakt dostatecznie ją dyskwalifikuje. Sam boczny wlot powietrza do stref podmuchowych to jednak nie wszystko, ponieważ:
a. Strefy podmuchowe są pozbawione dna, jako że nikt nie był w stanie wymyślić jak w takim ruszcie usuwać przesyp, normalnie gromadzący się na ich dnie.
b. Dnem dla każdej strefy jest nawracający pokład rusztowy, z rusztowinami mającymi zwisać pionowo w dół do styku z górną ścianą płaskiego kanału doprowadzającego powietrze od przodu płomienicy do poszczególnych stref podmuchowych. Dlaczego tylko mającymi zwisać, to wynika z faktu że zabierane przez nie pod spód kawałki żużla muszą je unosić w górę, a powstające wskutek tego szczeliny między końcami rusztowin i ową blachą kanału muszą pozwalać na swobodny przepływ powietrza z jednej strefy podmuchowej do drugiej oraz do przestrzeni płomienicy za rusztem.
c. Przerwę między dolną krawędzią poprzecznych ścian stref podmuchowych i nawracającym pokładem rusztowym mają uszczelniać zawieszone jednym końcem płozy, pod którymi ma się ślizgać nawracający pokład rusztowy. Dlaczego tylko mają uszczelniać, to wynika już z samego wyjątkowo prymitywnego ich wahadłowego zawieszenia, którego zapieczenie spowoduje że po jakimś czasie pracy kotła będą wisiały ponad nawracającym pokładem rusztowym, pozwalając na przepływ powietrza pod nimi jak w pkt b. Płozy muszą być podnoszone przez wszystko co większe w przesypie do stref podmuchowych przez pokład rusztowy. Konieczność unoszenia się ich w górę potwierdza już sam fakt zawieszenia ich obrotowo.
d. Samo rozwiązanie uszczelnienia spodu stref podmuchowych wszędzie zawiera konstrukcyjne przerwy, pozwalające na przepływ nimi powietrza jak w pkt b i c.
e. Umieszczony na samym dnie płomienicy płaski kanał podmuchowy podzielony jest na kanaliki doprowadzające powietrze do każdej ze stref w ten sposób, że najpierw biegną one wzdłuż płomienicy, a następnie kolejno zaginają się pod kątem prostym w kierunku jednego boku rusztu. W tym miejscu między zewnętrznym płaszczem rusztu oraz jego elementami konstrukcyjnymi niosącymi łańcuchy rolkowe górnego i nawracającego pokładu rusztowego znajduje się kręta wąska szczelina, którą powietrze wlatuje do strefy podmuchowej. Bardzo mała odległość między górnym i nawracającym pokładem rusztowym pozostawia dla stref podmuchowych wysokość wynoszącą poniżej 150 mm. Tą małą wysokością powietrze podmuchowe ma być w strefie rozprowadzone równomiernie poprzecznie do rusztu, mającego w kotle ERm 6,5 szerokość 1200 mm, bez skutków dynamicznego jego przepływu na spalanie węgla na ruszcie.
Z różnych powodów niewziętych pod uwagę przy konstruowaniu rusztu łuskowego wstawionego do płomienicy, jego wewnętrzna konstrukcja w eksploatacji staje się rumowiskiem. Użytkownik jej z reguły nie naprawia, nie będąc nawet świadom skutków tego. Można jej przy tym dokonać wymontowując cały ruszt z kotła. Tylko jak często można by to nawet robić, wobec świadomości krótkotrwałego efektu takiej naprawy.
IV. Kotły typoszeregu ERm mają bardzo źle dobrane długości rusztu.
W kotłach rusztowych z paleniskiem warstwowym długość rusztu teoretycznie powinna być jednakowa. Tymczasem w kotłach typoszeregu ERm najmniejszy z nich o wydajności 0,8 t/h pary ma długość 2,0 metry oraz kolejno: 1,3 t/h - 2,4 m; 2,0 t/h - 3,2 m; 2,6 t/h - 2,8 m; 3,3 t/h - 3,2 m; 4,1 t/h - 4,0 m, a kotły o wydajności od 6,5 t/h do 10 t/h pary mają ruszt o długości 5 metrów.
V. Spaliny wylotowe z kotłów typoszeregu ERm zawierają ogromne ilości pyłu.
Emisja pyłu z kotłów rusztowych z paleniskiem warstwowym wynika z wydmuchiwania drobnego koksiku z powierzchni pokładu rusztowego przez przepływające przez niego powietrze podmuchowe. W kotle z pionowym przepływem spalin w górę komory paleniskowej prędkość następnego jego unoszenia w strumieniu spalin jest proporcjonalna do powierzchni rusztu. W takim kotle odpowiadającym wydajności kotła ERm 6,5 byłaby to powierzchnia 6,0 m2. Spaliny w kotle ERm 6,5 nie płyną jednak do góry, lecz poziomo wzdłuż rusztu w kierunku jego tyłu, a wolny przekrój poprzeczny jego płomienicy nad rusztem wynosi 0,8 m2. Wydmuchiwany z rusztu koksik już z tego powodu musi być unoszony w spalinach płynących na końcu rusztu z ponad siedem razy większą prędkością. Tą prędkością muszą one unosić dodatkowo z paleniska niewspółmiernie większe jego ziarna.
W odróżnieniu od kotła bocznociągowego, gdzie prawie cały koksik wytrącany był ze spalin przed ich wylotem z niego (patrz część 61), kocioł płomienicowo-płomieniówkowy jest tak skonstruowany żeby ze spalin nic się w nim nie wytrącało, ponieważ inaczej dojdzie do zatkania płomieniówek. Te ogromne ilości lotnego koksiku są więc w całości unoszone z kotła ze spalinami wylotowymi, do wytrącania w instalowanym za nim odpylaczu cyklonowym, który z reguły pełni funkcję atrapy, a cały pył unoszony ze spalinami z kotła typu ERm odprowadzany jest przez komin do atmosfery.
VI. Kotły typoszeregu ERm są niebezpieczne ruchowo.
Część ciśnieniową tych kotłów ze względu na płaskie dna nie można obliczyć wytrzymałościowo. Niezależnie od tego krawędzie tych den na połączeniu z cylindrycznym płaszczem zewnętrznym o dużej średnicy podlegają bardzo dużym naprężeniom, wywoływanym znacznie większym wydłużaniem się w stosunku do niego głównej jego powierzchni ogrzewalnej, jakimi są płomienówki. Wielkość naprężeń jest całkowicie nieprzewidywalna. Głównie z braku możliwości sprawdzenia stopnia zarośnięcia płomieniówek kamieniem kotłowym. Gromadzeniu się osadów kamienia na rurach i samej płomienicy, prowadzącemu do ich przegrzania, a tym samym wzrostu temperatury ponad temperaturę nieogrzewanego płaszcza kotła, sprzyja także wyjątkowo nieuporządkowana cyrkulacja wody w nich. W kotle płomienicowym różnicę wydłużeń płaszcza i płomienicy kompensowała jej falista konstrukcja. Nie bez powodu kotły typu ERm skonstruowane zostały tylko na ciśnienie do 1,3 MPa.
Bardzo duże zagrożenie dla życia ludzkiego, nie mówiąc o stratach materialnych, stanowi także ich duża pojemność wodna w stosunku do kotłów bocznociągowych, jako wodnorurowych.
VII. Kotły typoszeregu ERm już konstrukcyjnie mają niską sprawność.
Stanowi o tym pozbawienie ich końcowej powierzchni ogrzewalnej, jaką w kotłach bocznociągowych jest wolnostojący podgrzewacz wody. Ich katalogowa temperatura spalin wylotowych to 250 0C. Wyposażanie tych kotłów w podgrzewacz wody mija się oczywiście z celem, w związku ze spalaniem w nich węgli niespiekających się z bardzo dużym nadmiarem powietrza, co w dużym stopniu jest już skutkiem zastosowanego bocznego wlotu powietrza do stref podmuchowych.
Z powodów podanych wyżej ruchowa sprawność tych kotłów odpowiada osiąganej przez kotły płomienicowe z Rys. 44 a. Z tą różnicą, że kotły płomienicowe nie emitują do atmosfery pyłu, a w kotłach typu ERm emisja ta jest ogromna.
Załączniki: Rys. 44 i Rys. 45 (-) 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.
według materiałów reklamowych „SEFAKO” z tego okresu również o wydajności 10 t/h pary.
Oba kotły są na tym rysunku w tej samej skali; kocioł typu OR6,5-011 ma ruszt o czynnej długości 1,8 m i szerokości 1,5 m, a kocioł ERm 6,5 ruszt o długości 5,0 m i szerokości 1,2 m; powierzchnie tych rusztów to odpowiednio 2,7 m2 i 6,0 m2 .
W kotłach płomienicowych z Rys. 44 a funkcję komory paleniskowej pełniła całym swoim przekrojem pozostała część płomienicy, znajdująca się za rusztem.
3