Математична модель процесів спільного спалювання біомаси з вугіллям в котлі теплової електростанції
У програмному пакеті Gambit створено геометричну модель робочої ділянки стенду для спалювання та газифікації пилоподібного вугілля. За допомогою побудованої моделі стенду високотемпературної газифікації в потоці продуктивністю до 100 кг вугілля на годину у вертикальному виконанні (ВГП-100В) в експер...
Saved in:
| Published in: | Электронное моделирование |
|---|---|
| Date: | 2017 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
2017
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127613 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Математична модель процесів спільного спалювання біомаси з вугіллям в котлі теплової електростанції / Н.І. Дунаєвська, Я.І. Засядько, П.Я. Засядько, Т.С. Щудло // Электронное моделирование. — 2017. — Т. 39, № 3. — С. 89-104. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-127613 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Дунаєвська, Н.І. Засядько, Я.І. Засядько, П.Я. Щудло, Т.С. 2017-12-24T09:59:51Z 2017-12-24T09:59:51Z 2017 Математична модель процесів спільного спалювання біомаси з вугіллям в котлі теплової електростанції / Н.І. Дунаєвська, Я.І. Засядько, П.Я. Засядько, Т.С. Щудло // Электронное моделирование. — 2017. — Т. 39, № 3. — С. 89-104. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 0204-3572 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127613 662.6 У програмному пакеті Gambit створено геометричну модель робочої ділянки стенду для спалювання та газифікації пилоподібного вугілля. За допомогою побудованої моделі стенду високотемпературної газифікації в потоці продуктивністю до 100 кг вугілля на годину у вертикальному виконанні (ВГП-100В) в експериментальному режимі спалювання природного газу проведено розрахунок поправок до показників платина-платинородієвих (ПП) термопар. За програмою ANSYS CFX розроблено тривимірну модель процесів в пальнику котла ТПП-210А Трипільської ТЕС з термохімічною підготовкою низькореакційного вугілля, яка підтвердила ефективність конструкції. Наведено вихідні дані пальника тепловою потужністю 65 МВт для котла ТПП-210А при реалізації технології спільного спалювання біомаси з вугіллям на вітчизняних ТЕС. В программном пакете Gambit создана геометрическая модель рабочего участка стенда для сжигания и газификации пылевидного угля. С помощью построенной модели стенда высокотемпературной газификации в потоке производительностью до 100 кг угля в час в вертикальном исполнении (ВГП-100В) в экспериментальном режиме сгорания природного газа выполнены расчеты поправок показателей платина-платинородиевых (ПП) термопар. На основе программы ANSYS CFX разработана трехмерная модель процессов в горелке котла ТПП-210А Трипольской ТЭС с термохимической подготовкой низкореакционного угля. Приведены исходные данные горелки мощностью 65 МВт для котла ТПП-210А при реализации технологии совместного сжигания биомассы и угля на ТЭС Украины. A geometric model of the work area of the experimental unit for the combustion and gasification of pulverized coal has been created in the Gambit software. The corrections of the registration of the platinum-platinum-rhodium (PP) thermocouples have been calculated with the help of the integral model of the unit high temperature flow gasification with capacity up to 100 kg per hour of coal in a vertical design (VGP-100V) in experimental conditions of combustion of natural gas. Based on the ANSYS CFX software, a three-dimensional model of processes in the burner with thermochemical preparation of low-reaction coal of TPP-210A boiler of Tripolskaya TPP has been developed. The initial data are presented for the design of a 65 MW burner for the TPP-210A boiler for the implementation of the coal and biomass co-firing technology at TPPs of Ukraine. uk Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України Электронное моделирование Применение методов и средств моделирования Математична модель процесів спільного спалювання біомаси з вугіллям в котлі теплової електростанції Mathematical model of the processes of biomass and coal co-firing in tpp boilers Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Математична модель процесів спільного спалювання біомаси з вугіллям в котлі теплової електростанції |
| spellingShingle |
Математична модель процесів спільного спалювання біомаси з вугіллям в котлі теплової електростанції Дунаєвська, Н.І. Засядько, Я.І. Засядько, П.Я. Щудло, Т.С. Применение методов и средств моделирования |
| title_short |
Математична модель процесів спільного спалювання біомаси з вугіллям в котлі теплової електростанції |
| title_full |
Математична модель процесів спільного спалювання біомаси з вугіллям в котлі теплової електростанції |
| title_fullStr |
Математична модель процесів спільного спалювання біомаси з вугіллям в котлі теплової електростанції |
| title_full_unstemmed |
Математична модель процесів спільного спалювання біомаси з вугіллям в котлі теплової електростанції |
| title_sort |
математична модель процесів спільного спалювання біомаси з вугіллям в котлі теплової електростанції |
| author |
Дунаєвська, Н.І. Засядько, Я.І. Засядько, П.Я. Щудло, Т.С. |
| author_facet |
Дунаєвська, Н.І. Засядько, Я.І. Засядько, П.Я. Щудло, Т.С. |
| topic |
Применение методов и средств моделирования |
| topic_facet |
Применение методов и средств моделирования |
| publishDate |
2017 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Электронное моделирование |
| publisher |
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Mathematical model of the processes of biomass and coal co-firing in tpp boilers |
| description |
У програмному пакеті Gambit створено геометричну модель робочої ділянки стенду для спалювання та газифікації пилоподібного вугілля. За допомогою побудованої моделі стенду високотемпературної газифікації в потоці продуктивністю до 100 кг вугілля на годину у вертикальному виконанні (ВГП-100В) в експериментальному режимі спалювання природного газу проведено розрахунок поправок до показників платина-платинородієвих (ПП) термопар. За програмою ANSYS CFX розроблено тривимірну модель процесів в пальнику котла ТПП-210А Трипільської ТЕС з термохімічною підготовкою низькореакційного вугілля, яка підтвердила ефективність конструкції. Наведено вихідні дані пальника тепловою потужністю 65 МВт для котла ТПП-210А при реалізації технології спільного спалювання біомаси з вугіллям на вітчизняних ТЕС.
В программном пакете Gambit создана геометрическая модель рабочего участка стенда для сжигания и газификации пылевидного угля. С помощью построенной модели стенда высокотемпературной газификации в потоке производительностью до 100 кг угля в час в вертикальном исполнении (ВГП-100В) в экспериментальном режиме сгорания природного газа выполнены расчеты поправок показателей платина-платинородиевых (ПП) термопар. На основе программы ANSYS CFX разработана трехмерная модель процессов в горелке котла ТПП-210А Трипольской ТЭС с термохимической подготовкой низкореакционного угля. Приведены исходные данные горелки мощностью 65 МВт для котла ТПП-210А при реализации технологии совместного сжигания биомассы и угля на ТЭС Украины.
A geometric model of the work area of the experimental unit for the combustion and gasification of pulverized coal has been created in the Gambit software. The corrections of the registration of the platinum-platinum-rhodium (PP) thermocouples have been calculated with the help of the integral model of the unit high temperature flow gasification with capacity up to 100 kg per hour of coal in a vertical design (VGP-100V) in experimental conditions of combustion of natural gas. Based on the ANSYS CFX software, a three-dimensional model of processes in the burner with thermochemical preparation of low-reaction coal of TPP-210A boiler of Tripolskaya TPP has been developed. The initial data are presented for the design of a 65 MW burner for the TPP-210A boiler for the implementation of the coal and biomass co-firing technology at TPPs of Ukraine.
|
| issn |
0204-3572 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127613 |
| citation_txt |
Математична модель процесів спільного спалювання біомаси з вугіллям в котлі теплової електростанції / Н.І. Дунаєвська, Я.І. Засядько, П.Я. Засядько, Т.С. Щудло // Электронное моделирование. — 2017. — Т. 39, № 3. — С. 89-104. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT dunaêvsʹkaní matematičnamodelʹprocesívspílʹnogospalûvannâbíomasizvugíllâmvkotlíteplovoíelektrostancíí AT zasâdʹkoâí matematičnamodelʹprocesívspílʹnogospalûvannâbíomasizvugíllâmvkotlíteplovoíelektrostancíí AT zasâdʹkopâ matematičnamodelʹprocesívspílʹnogospalûvannâbíomasizvugíllâmvkotlíteplovoíelektrostancíí AT ŝudlots matematičnamodelʹprocesívspílʹnogospalûvannâbíomasizvugíllâmvkotlíteplovoíelektrostancíí AT dunaêvsʹkaní mathematicalmodeloftheprocessesofbiomassandcoalcofiringintppboilers AT zasâdʹkoâí mathematicalmodeloftheprocessesofbiomassandcoalcofiringintppboilers AT zasâdʹkopâ mathematicalmodeloftheprocessesofbiomassandcoalcofiringintppboilers AT ŝudlots mathematicalmodeloftheprocessesofbiomassandcoalcofiringintppboilers |
| first_indexed |
2025-11-25T10:08:24Z |
| last_indexed |
2025-11-25T10:08:24Z |
| _version_ |
1850512291106127872 |
| fulltext |
ÓÄÊ 662.6
Í.². Äóíàºâñüêà
1
, êàíä. òåõí. íàóê, ß.². Çàñÿäüêî
2
, êàíä. òåõí. íàóê,
Ï.ß. Çàñÿäüêî
2
, Ò.Ñ. Ùóäëî
1
1
²í-ò âóã³ëüíèõ åíåðãîòåõíîëîã³é ÍÀÍ Óêðà¿íè
(Óêðà¿íà, 04070, Êè¿â, âóë. Àíäð³¿âñüêà, 19,
òåë. (044) 4255068, å-mail: ceti@i.kiev.ua),
2
Íàö³îíàëüíèé óí³âåðñèòåò õàð÷îâèõ òåõíîëîã³é
(Óêðà¿íà, 01601, Êè¿â-33, âóë. Âîëîäèìèðñüêà, 68,
òåë. (044) 2895472, å-mail: info@nuft.edu.ua; iaroslav@nuft.edu.ua)
Ìàòåìàòè÷íà ìîäåëü ïðîöåñ³â
ñï³ëüíîãî ñïàëþâàííÿ á³îìàñè ç âóã³ëëÿì
â êîòë³ òåïëîâî¿ åëåêòðîñòàíö³¿
Ó ïðîãðàìíîìó ïàêåò³ Gambit ñòâîðåíî ãåîìåòðè÷íó ìîäåëü ðîáî÷î¿ ä³ëÿíêè ñòåíäó äëÿ
ñïàëþâàííÿ òà ãàçèô³êàö³¿ ïèëîïîä³áíîãî âóã³ëëÿ. Çà äîïîìîãîþ ïîáóäîâàíî¿ ìîäåë³
ñòåíäó âèñîêîòåìïåðàòóðíî¿ ãàçèô³êàö³¿ â ïîòîö³ ïðîäóêòèâí³ñòþ äî 100 êã âóã³ëëÿ íà
ãîäèíó ó âåðòèêàëüíîìó âèêîíàíí³ (ÂÃÏ-100Â) â åêñïåðèìåíòàëüíîìó ðåæèì³ ñïàëþâàííÿ
ïðèðîäíîãî ãàçó ïðîâåäåíî ðîçðàõóíîê ïîïðàâîê äî ïîêàçíèê³â ïëàòèíà-ïëàòèíîðî䳺âèõ
(ÏÏ) òåðìîïàð. Çà ïðîãðàìîþ ANSYS CFX ðîçðîáëåíî òðèâèì³ðíó ìîäåëü ïðîöåñ³â â
ïàëüíèêó êîòëà ÒÏÏ-210À Òðèï³ëüñüêî¿ ÒÅÑ ç òåðìîõ³ì³÷íîþ ï³äãîòîâêîþ íèçüêîðåàê-
ö³éíîãî âóã³ëëÿ, ÿêà ï³äòâåðäèëà åôåêòèâí³ñòü êîíñòðóêö³¿. Íàâåäåíî âèõ³äí³ äàí³ ïàëü-
íèêà òåïëîâîþ ïîòóæí³ñòþ 65 ÌÂò äëÿ êîòëà ÒÏÏ-210À ïðè ðåàë³çàö³¿ òåõíîëî㳿 ñï³ëü-
íîãî ñïàëþâàííÿ á³îìàñè ç âóã³ëëÿì íà â³ò÷èçíÿíèõ ÒÅÑ.
Ê ë þ ÷ î â ³ ñ ë o â à: ñï³ëüíå ñïàëþâàííÿ, á³îìàñà, âóã³ëëÿ, àíòðàöèò.
 ïðîãðàììíîì ïàêåòå Gambit ñîçäàíà ãåîìåòðè÷åñêàÿ ìîäåëü ðàáî÷åãî ó÷àñòêà ñòåíäà
äëÿ ñæèãàíèÿ è ãàçèôèêàöèè ïûëåâèäíîãî óãëÿ. Ñ ïîìîùüþ ïîñòðîåííîé ìîäåëè ñòåíäà
âûñîêîòåìïåðàòóðíîé ãàçèôèêàöèè â ïîòîêå ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ äî 100 êã óãëÿ â ÷àñ â
âåðòèêàëüíîì èñïîëíåíèè (ÂÃÏ-100Â) â ýêñïåðèìåíòàëüíîì ðåæèìå ñãîðàíèÿ ïðèðîäíîãî
ãàçà âûïîëíåíû ðàñ÷åòû ïîïðàâîê ïîêàçàòåëåé ïëàòèíà-ïëàòèíîðîäèåâûõ (ÏÏ) òåðìîïàð.
Íà îñíîâå ïðîãðàììû ANSYS CFX ðàçðàáîòàíà òðåõìåðíàÿ ìîäåëü ïðîöåññîâ â ãîðåëêå
êîòëà ÒÏÏ-210À Òðèïîëüñêîé ÒÝÑ ñ òåðìîõèìè÷åñêîé ïîäãîòîâêîé íèçêîðåàêöèîííîãî
óãëÿ. Ïðèâåäåíû èñõîäíûå äàííûå ãîðåëêè ìîùíîñòüþ 65 ÌÂò äëÿ êîòëà ÒÏÏ-210À ïðè
ðåàëèçàöèè òåõíîëîãèè ñîâìåñòíîãî ñæèãàíèÿ áèîìàññû è óãëÿ íà ÒÝÑ Óêðàèíû.
Ê ë þ ÷ å â û å ñ ë î â à: ñîâìåñòíîå ñæèãàíèå, áèîìàññà, óãîëü, àíòðàöèò.
Òåõíîëîã³ÿ âèêîðèñòàííÿ á³îìàñè ÿê äîäàòêîâîãî ïàëèâà ïðè ñïàëþâàíí³
âóã³ëëÿ ïî÷àëà ðîçâèâàòèñÿ ó äåâ’ÿíîñòèõ ðîêàõ ìèíóëîãî ñòîð³÷÷ÿ. Çîêðå-
ìà, â ªâðîï³ çà òàêîþ òåõíîëî㳺þ ïðàöþº ïîíàä 200 êîòëîàãðåãàò³â, ó
ÿêèõ âèêîðèñòîâóºòüñÿ ÿê äîäàòêîâå ïàëèâî ñîëîìà (ÒÅÑ Ñòóäñòðóï, Äà-
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 3 89
� Í.². Äóíàºâñüêà, ß.². Çàñÿäüêo, Ï.ß. Çàñÿäüêî, Ò.Ñ. Ùóäëî, 2017
í³ÿ), â³äõîäè äåðåâîîáðîáíîãî òà ïàïåðîâîãî âèðîáíèöòâà (ÒÅÑ Ê³ì³ÿðâ³,
Ô³íëÿíä³ÿ), â³äñîðòîâàí³ òâåðä³ ïîáóòîâ³ â³äõîäè (òàê çâàí³ RDF — ÒÅÑ
Ëàõò³, Ô³íëÿíä³ÿ), ïîäð³áíåí³ ê³ñòî÷êè îëèâîê òà ³íøèõ ñàäîâèõ êóëüòóð
(ÒÅÑ Ïóåðòîëàíî, ²ñïàí³ÿ), ïåëåòè ç ð³çíèõ â³äõîä³â ñ³ëüñüêîãîñïîäàðñü-
êîãî âèðîáíèöòâà (ÒÅÑ Drax, Âåëèêîáðèòàí³ÿ, ÒÅÑ Kozenice, Ïîëüùà), òà
áàãàòî ³íøèõ [1, 2]. Îñíîâíèìè ïåðåâàãàìè òåõíîëî㳿 ñï³ëüíîãî ñïàëþ-
âàííÿ á³îìàñè òà âóã³ëëÿ (ÑÑÁÂ) íàä îêðåìèì ñïàëþâàííÿì á³îìàñè â
ñïåö³àëüíèõ êîòëàõ º íàñòóïí³:
ì³í³ìàëüí³ âèòðàòè íà êàï³òàëüíå áóä³âíèöòâî, îñê³ëüêè ñïàëþâàííÿ
á³îìàñè â³äáóâàºòüñÿ â óæå ³ñíóþ÷èõ êîòëàõ ³ ïîòðåáóº ò³ëüêè ñòâîðåííÿ
îêðåìî¿ ñèñòåìè ñêëàäóâàííÿ, òðàíñïîðòóâàííÿ òà ï³äãîòîâêè á³îìàñè äëÿ
ñïàëþâàííÿ;
çìåíøåííÿ âèêèä³â çàáðóäíþþ÷èõ ðå÷îâèí ó äîâê³ëëÿ, îñê³ëüêè
á³îìàñà º ÑÎ2-íåéòðàëüíèì ïàëèâîì, ìຠçíà÷íî íèæ÷èé (ó ïîð³âíÿíí³ ç
â³ò÷èçíÿíèì âóã³ëëÿì) âì³ñò ñ³ðêè òà ñïîëóê àçîòó;
çìåíøåííÿ âèðîá³òêó òåïëà òà åëåêòðîåíåð㳿 çà ðàõóíîê âèêîïíîãî
ïàëèâà;
óòèë³çàö³ÿ â³äõîä³â ð³çíèõ âèðîáíèöòâ ³ òèì ñàìèì çìåíøåííÿ çàáðóä-
íåííÿ íàâêîëèøíüîãî ïðèðîäíîãî ñåðåäîâèùà;
åêîíîì³÷íà äîö³ëüí³ñòü âèêîðèñòàííÿ á³îìàñè ó âóã³ëüíèõ êîòëîàãðå-
ãàòàõ ïðè íàÿâíîñò³ â³äïîâ³äíîãî çàêîíîäàâñòâà («çåëåíèé òàðèô», ïëàòà
çà ñêèäàííÿ á³îìàñè ó â³äâàëè, òîùî).
Òàêå ñïàëþâàííÿ ìîæå â³äáóâàòèñÿ çà äåê³ëüêîìà òåõíîëîã³ÿìè [1]:
ó ôàêåëüíèõ êîòëîàãðåãàòàõ;
ó êîòëàõ öèðêóëþþ÷îãî êèïëÿ÷îãî øàðó;
ãàçèô³êàö³ÿ á³îìàñè â îêðåìèõ ãàçèô³êàòîðàõ ç íàñòóïíèì ñïàëþâàí-
íÿì îòðèìàíîãî ãàçó ó âóã³ëüíèõ êîòëàõ.
Ùîäî åêîëîã³÷íèõ ïîêàçíèê³â ïðîöåñó ñï³ëüíîãî ñïàëþâàííÿ ìîæíà
â³äçíà÷èòè ñêîðî÷åííÿ âèêèä³â îêñèä³â ñ³ðêè, ùî ïîÿñíþºòüñÿ ìåíøèì
âì³ñòîì ö³º¿ ðå÷îâèíè â á³îìàñ³ òà ¿¿ ÑÎ2-íåéòðàëüí³ñòü â ïðîöåñàõ ñïàëþ-
âàííÿ. Åêñïåðèìåíòàëüí³ äàí³ ïî çìåíøåííþ îêñèä³â àçîòó íàâåäåíî â
áàãàòüîõ çàêîðäîííèõ âèäàííÿõ [3—5].
Ñêîðî÷åííÿ NOx ìîæíà ïîÿñíèòè òåõíîëîã³÷íèìè ÷èííèêàìè, à ñàìå:
âèñîêèé âì³ñò ëåòêèõ ðå÷îâèí â á³îìàñ³ ñòâîðþº çáàãà÷åíó ïàëèâîì
çîíó íà ïî÷àòêó ïîëóì’ÿ íà âèõîä³ ç ïàëüíèêà;
âèñîêèé âì³ñò âîëîãè â äåÿêèõ á³îìàñàõ âïëèâຠíà ñêîðî÷åííÿ âèêè-
ä³â îêñèä³â àçîòó â ïàëèâí³ êîòëà.
 Óêðà¿í³ íà òåïåð³øí³é ÷àñ â³äñóòí³ íå ò³ëüêè ïðîìèñëîâèé äîñâ³ä
çàïðîâàäæåííÿ òàêî¿ òåõíîëî㳿, àëå é äîñòàòí³é îáñÿã åêñïåðèìåíòàëüíèõ
äîñë³äæåíü ùîäî òåõíîëî㳿 ÑÑÁ äëÿ â³ò÷èçíÿíèõ âèä³â á³îìàñè òà âóã³ë-
Í.². Äóíàºâñüêà, ß.². Çàñÿäüêo, Ï.ß. Çàñÿäüêî, Ò.Ñ. Ùóäëî
90 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2017. V. 39. ¹ 3
ëÿ óêðà¿íñüêèõ ïîêëàä³â. Ëèøå â äåê³ëüêîõ ðîáîòàõ îïèñàíî äèíàì³êó
ïðîöåñ³â çíåâîäíåííÿ á³îìàñè òà âèõîäó ëåòêèõ ðå÷îâèí ³ çàïðîïîíîâàíî
ð³çí³ ñõåìè îðãàí³çàö³¿ ïðîöåñó ÑÑÁ [6, 7]. Îñîáëèâî ö³êàâîþ º òåõíî-
ëîã³ÿ ÑÑÁ ïðè ñïàëþâàíí³ òàêîãî ð³çíîð³äíîãî ïàëèâà ÿê àíòðàöèò òà
ðîñëèííà òâåðäà á³îìàñà. Ëèøå íåâåëèêà çà îáñÿãîì ÷àñòêà çàãàëüíèõ
ñâ³òîâèõ äîñë³äæåíü òåõíîëî㳿 ÑÑÁ ïðèñâÿ÷åíà öèì ïàëèâàì, çäåá³ëü-
øîãî öå äîñë³äæåííÿ â÷åíèõ ç òèõ ðåã³îí³â ñâ³òó, äå âèäîáóâàºòüñÿ àíòðà-
öèò (3 % ðîçâ³äàíèõ ñâ³òîâèõ ïîêëàä³â). Öå — Êîðåÿ, Â’ºòíàì, ϳâäåííà
Àôðèêà, ²ñïàí³ÿ òà øòàò Ïåíñèëüâàí³ÿ ó ÑØÀ.
Äëÿ Óêðà¿íè äîòåïåð õàðàêòåðíèì º íåðåãóëÿðíå ïîñòà÷àííÿ âóã³ëëÿ
àíòðàöèòîâî¿ ãðóïè ç îêóïîâàíèõ òåðèòîð³é Äîíåöüêîãî âóã³ëüíîãî áàñåé-
íó. Íàïðèêëàä, â 2015 ð. ó ïîð³âíÿíí³ ç 2013 ð. ïîñòà÷àííÿ âóã³ëëÿ àíòðà-
öèòîâî¿ ãðóïè (ìàðêè À òà Ò) íà ÒÅÑ ñêîðîòèëîñÿ ç 18 ìëí. ò äî 8 ìëí. ò ç
óðàõóâàííÿì ïîñòàâîê ç Ðîñ³¿ òà ϳâäåííî-Àôðèêàíñüêî¿ Ðåñïóáë³êè. Â
òîé æå ÷àñ, ³íòåíñèâíî çðîñòຠðèíîê á³îìàñè ÿê ïàëèâà (ïåëåòí³ çàâîäè,
ïîáóäîâàí³ çà ãðîø³ â³ò÷èçíÿíèõ òà ³íîçåìíèõ ãðàíò³â òà ³íâåñòîð³â). Çàì³-
ùåííÿ õî÷à á ÷àñòèíè àíòðàöèòó á³îìàñîþ º îäíèì ³ç øëÿõ³â óñóíåííÿ
êðèòè÷íî¿ ñèòóàö³¿, ÿêà âçèìêó öüîãî ðîêó ïðèçâåëà äî â³äêëþ÷åííÿ êîòëî-
àãðåãàò³â Ç쳿âñüêî¿ òà Òðèï³ëüñüêî¿ ÒÅÑ.
²íñòèòóò âóã³ëüíèõ åíåðãîòåõíîëîã³é (²ÂÅ) ìàéæå 10 ðîê³â ïðàöþº
íàä ðîçðîáêîþ òåõíîëî㳿 ñï³ëüíîãî ñïàëþâàííÿ á³îìàñè òà àíòðàöèòó,
çàïî÷àòêîâàíî¿ ó 2007 ð. ñï³ëüíèì ïðîåêòîì ç ϳòòñüáóðçüêèì öåíòðîì
âóã³ëüíèõ åíåðãîòåõíîëîã³é (ÐÅÒÑ) ̳í³ñòåðñòâà åíåðãåòèêè ÑØÀ â ðàì-
êàõ ïðîãðàìè ÍÀÒÎ «Íàóêà çàðàäè ìèðó». Â õîä³ ïðîâåäåííÿ ðîá³ò áóëî
âèçíà÷åíî îïòèìàëüí³ ðåæèìí³ õàðàêòåðèñòèêè, ñèíåðãåòè÷í³ åôåêòè âçàºì-
íîãî âïëèâó äâîõ ð³çíîð³äíèõ òâåðäèõ ïàëèâ, ê³íåòè÷í³ õàðàêòåðèñòèêè
òèðñè ñîñíè äëÿ ðîçðàõóíêó ïðîöåñó ñïàëþâàííÿ [8]. Ìåòîþ äîñë³äæåíü
áóëî íàñòóïíå:
âèçíà÷èòè îïòèìàëüíå ñï³ââ³äíîøåííÿ á³îìàñà/àíòðàöèò äëÿ íàé-
á³ëüø ïîâíîãî âèãîðÿííÿ îáîõ ïàëèâ â çàäàíèé ÷àñ ïåðåáóâàííÿ â ïàëèâí³
àíòðàöèòîâîãî ôàêåëüíîãî êîòëîàãðåãàòó;
âèçíà÷èòè îïòèìàëüí³ ðåæèìí³ õàðàêòåðèñòèêè òàêîãî ñïàëþâàííÿ;
âèçíà÷èòè ê³íåòè÷í³ õàðàêòåðèñòèêè øèðîêîãî ñïåêòðó â³ò÷èçíÿíî¿
á³îìàñè (òèðñè ñîñíè, æîìó, ïåëåò ñîëîìè ïøåíèö³, ð³ïàêà òà ³í.) äëÿ
ðîçðàõóíêó ïðîöåñó ÑÑÁÂ;
äîñë³äèòè âïëèâ äîì³øîê á³îìàñè íà åôåêòèâí³ñòü âèãîðÿííÿ âóã³ëëÿ;
äîñë³äèòè âïëèâ äîì³øîê á³îìàñè íà åêîëîã³÷í³ ïîêàçíèêè âèãîðÿííÿ
ñóì³ø³;
íà îñíîâ³ åêñïåðèìåíòàëüíèõ òà òåîðåòè÷íèõ äîñë³äæåíü ðîçðîáèòè
êîíñòðóêö³¿ ïàëüíèê³â òà ïåðåäòîïê³â äëÿ ñïàëþâàííÿ ÿê îêðåìî á³îìàñè,
òàê ³ ¿¿ ñóì³øåé ç âóã³ëëÿì.
Ìàòåìàòè÷íà ìîäåëü ïðîöåñ³â ñï³ëüíîãî ñïàëþâàííÿ á³îìàñè ç âóã³ëëÿì â êîòë³
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 3 91
Ïåðåäóìîâîþ âïðîâàäæåííÿ òåõíîëî㳿 ÑÑÁ íà áóäü-ÿêîìó ³ç êîòë³â
ÒÅÑ ÷è ÒÅÖ º ðîçðîáêà òåõí³êî-åêîíîì³÷íîãî îá´ðóíòóâàííÿ (ÒÅÎ). Îñ-
ê³ëüêè ïðîâåäåííÿ åêñïåðèìåíò³â íà ðåàëüíèõ óñòàíîâêàõ ïîâ’ÿçàíå ³ç
çíà÷íèìè ìàòåð³àëüíèìè òà ÷àñîâèìè çàòðàòàìè, ùî çíà÷íî îáìåæóº ìîæ-
ëèâó ê³ëüê³ñòü äîñë³ä³â, ïîñòàëî çàâäàííÿ ðîçðîáêè ìàòåìàòè÷íî¿ ìîäåë³
ïðîöåñ³â ÑÑÁ ç ìåòîþ ñòâîðåííÿ ÒÅÎ äëÿ âïðîâàäæåííÿ òåõíîëî㳿
ÑÑÁ íà êîòë³ ÒÏÏ-210À Òðèï³ëüñüêî¿ ÒÅÑ.
Ïîáóäîâà îá÷èñëþâàëüíî¿ ã³äðîäèíàì³÷íî¿ (CFD) ìîäåë³ åêñïåðè-
ìåíòàëüíîãî ñòåíäó ÂÃÏ-100Â. Ñòâîðåííÿ ìàòåìàòè÷íî¿ ìîäåë³ ñòåíäó
ÂÃÏ-100 áàçîâàíî íà íåîáõ³äíîñò³ âèçíà÷åííÿ êîðåêòíèõ ãðàíè÷íèõ
óìîâ äëÿ ðåæèì³â ñóì³ñíîãî ñïàëþâàííÿ äåê³ëüêîõ ïàëèâ, òàêèõ ÿê ãàç òà
âóã³ëëÿ, ãàç, âóã³ëëÿ òà á³îìàñà ³ âóã³ëëÿ òà á³îìàñà, òà íåîáõ³äíîñò³ çâå-
äåííÿ òåïëîâîãî áàëàíñó óñòàíîâêè.
Ïðè ðîçðîáö³ ìîäåë³ âðàõîâàíî íàñòóïíå:
1. Ìîäåëü äîçâîëèòü íà îñíîâ³ ïîð³âíÿííÿ äàíèõ ðåàëüíîãî êàëîðè-
ìåòðóâàííÿ (âèì³ðþâàííÿ òåïëîâèòðàò â³ä ñåêö³é ðåàêòîðà) âèçíà÷èòè ðåàëü-
í³ òåïëîâ³ ïîòîêè íà ñåêö³ÿõ ³, ñï³âñòàâëÿþ÷è ¿õ ç ðîçðàõóíêîâèìè çíà÷åí-
íÿìè, âèçíà÷èòè âåëè÷èíè åêâ³âàëåíòíèõ êîåô³ö³ºíò³â òåïëîâ³ääà÷³, ÿê³ á
çàáåçïå÷èëè â³äïîâ³äí³ñòü ðîçðàõóíêîâèõ òåïëîâèòðàò ðåàëüíèì.
2. Ïðîâåäåííÿ åêñïåðèìåíò³â íà óñòàíîâö³ ÂÃÏ-100 ïîâ’ÿçàíå ³ç
çíà÷íèìè ìàòåð³àëüíèìè òà ÷àñîâèìè çàòðàòàìè, ùî çíà÷íî îáìåæóº ê³ëü-
ê³ñòü äîñë³ä³â.
3. Åêñïåðèìåíòàëüí³ äàí³ ñë³ä äîïîâíèòè, îòðèìàâøè íåïåðåðâí³ ôóíê-
ö³¿ ðîçïîä³ëó òåìïåðàòóðè ïî äîâæèí³, ïî ïåðåð³çó ðåàêòîðà, âèçíà÷èòè
ðîçïîä³ë øâèäêîñòåé, õ³ì³÷íèé ñêëàä ïðîäóêò³â çãîðÿííÿ ó êîæí³é òî÷ö³
ä³àãíîñòè÷íî¿ ä³ëÿíêè, îòðèìàòè äîäàòêîâ³ äàí³, ³íòåðïîëþâàâøè íàÿâí³
äàí³ ïðîì³æíèõ ðåæèì³â, ÿê³ íå áóëè âêëþ÷åí³ äî åêñïåðèìåíòó.
Ìàþ÷è àäåêâàòíó ìàòåìàòè÷íó ìîäåëü, ìîæíà ïðîâåñòè äîäàòêîâ³
äîñë³äè ³ç âàð³þâàííÿì ÷àñòêè ãàçó, á³îìàñè òà âóã³ëëÿ, óòî÷íèòè òà äî-
ïîâíèòè îòðèìàí³ ðàí³øå äàí³. Ïåðøèì êðîêîì ó ñòâîðåíí³ ìàòåìàòè÷íî¿
ìîäåë³ º ñòâîðåííÿ ãåîìåòðè÷íî¿ ìîäåë³, ùî â³äîáðàæຠáóäîâó ðîáî÷î¿
ä³ëÿíêè ÂÃÏ-100Â. Ïîáóäîâà ãåîìåòðè÷íî¿ ìîäåë³ â³äáóâàëàñü ó ïðîãðàì-
íîìó ïàêåò³ Gambit. Íà îñíîâ³ ïîáóäîâàíèõ ðàí³øå ìîäåëåé áóëî çìîäå-
ëüîâàíî ò³ëüêè âíóòð³øíþ ÷àñòèíó ÂÃÏ-100 áåç ñòâîðåííÿ ñïðÿæåíî¿
çàäà÷³ òåïëîîáì³íó ó îáìóð³âö³, òåïëîâ³é ³çîëÿö³¿ òà êàíàëàõ ç îõîëîä-
æóþ÷îþ âîäîþ ó ñò³íêàõ, îñê³ëüêè òàê³ óìîâè çíà÷íî óñêëàäíþþòü ðîçðà-
õóíîê, êàðäèíàëüíî çá³ëüøóþòü ìàøèííèé ÷àñ, íåîáõ³äíèé äëÿ îáðàõóíêó
çàäà÷³ ³ç âåëèêîþ ñõîäèì³ñòþ. Áóëî ñòâîðåíî ìîäåëü âêëþ÷íî ³ç ä³ëÿíêîþ
øëàêîçá³ðíèêà òà ÷àñòèíîþ ä³ëÿíêè âèõ³äíîãî ãàçîõîäó çàäëÿ îòðèìàííÿ
êîðåêòíîãî ïîëÿ øâèäêîñòåé íà ä³àãíîñòè÷í³é ä³ëÿíö³ òà ïðèéíÿòå äåÿêå
ñïðîùåííÿ ãåîìåò𳿠ïàëüíèê³â äëÿ óíèêíåííÿ óñêëàäíåííÿ ìîäåë³.
Í.². Äóíàºâñüêà, ß.². Çàñÿäüêo, Ï.ß. Çàñÿäüêî, Ò.Ñ. Ùóäëî
92 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2017. V. 39. ¹ 3
Ïðèíöèïîâà ñõåìà óñòàíîâêè ÂÃÏ-100 òåïëîâîþ ïîòóæí³ñòþ â ðå-
æèì³ ñïàëþâàííÿ âóã³ëëÿ â íåçáàãà÷åíîìó ïîâ³òð³ äî 100 êÂò ïðåäñòàâëåíà
íà ðèñ. 1. Óñòàíîâêà âêëþ÷ຠâåðòèêàëüíèé ðåàêòîð ³ç íèñõ³äíèì ïîòîêîì
çàãàëüíîþ äîâæèíîþ ðåàêòîðà 4,8 ì. ijëÿíêà ðåàêòîðà äî ïîâîðîòó â öèê-
ëîí — 3,2 ì, äîâæèíà ä³àãíîñòè÷íî¿ ä³ëÿíêè â³ä âèõ³äíîãî ïåðåð³çó ïàëü-
íèêîâîãî ïðèñòðîþ — 2,4 ì. ijàãíîñòè÷íà ä³ëÿíêà ñêëàäàºòüñÿ ç ÷îòèðüîõ
ñåêö³é äîâæèíîþ ïî 0,6 ì êîæíà, âíóòð³øí³é ä³àìåòð 0,28 ì (ä³àìåòð ³íøîãî
êàíàëó äî ïîâîðîòó 0,2 ì). Äåòàëüíèé îïèñ óñòàíîâêè íàâåäåíî â [8].
Ìàòåìàòè÷íà ìîäåëü ïðîöåñ³â ñï³ëüíîãî ñïàëþâàííÿ á³îìàñè ç âóã³ëëÿì â êîòë³
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 3 93
Ðèñ. 1. Ñõåìà ãåîìåòðè÷íî¿ ìîäåë³ ñòåíäó ÂÃÏ-100Â: à — åêñïåðèìåíòàëüíèé ñòåíä
ÂÃÏ-100Â; á — îñíîâíèé ïàëüíèê; â — äîïîì³æíèé ïàëüíèê; 1 — ä³àãíîñòè÷íà ä³ëÿíêà
ðåàêòîðà; 2 — ïàëüíèêîâèé ïðèñòð³é; 3 — øëàêîçá³ðíèê; 4 — öèêëîí; 5 — êàìåðà
îõîëîäæåííÿ
Ãåîìåòðè÷íà ìîäåëü åêñïåðèìåíòàëüíî¿ ä³ëÿíêè ÂÃÏ-100 ñòâî-
ðþºòüñÿ ó ÷îòèðè åòàïè.
1. Áóäóºìî îá’ºìíó ìîäåëü ç òðèâèì³ðíèõ ïðîñò³øèõ åëåìåíò³â (äî
ñêëàäó ïîáóäîâàíî¿ ìîäåë³, íàïðèêëàä, âõîäÿòü öèë³íäðè÷í³ åëåìåíòè,
çð³çàí³ êîíóñè). ²ç âíåñåíèìè òðèâèì³ðíèìè åëåìåíòàìè âèêîíóºìî îïå-
ðàö³¿ âçàºìíîãî ïåðåíåñåííÿ, ñïðÿæåííÿ, äîäàâàííÿ òà â³äí³ìàííÿ äëÿ
ñòâîðåííÿ äîñë³äæóâàíîãî îá’ºìó.
2. Âèêîíóºìî îïåðàö³¿ çøèâàííÿ ïîâåðõîíü, îá’ºäíàííÿ íåñêð³ïëåíèõ
îá’ºì³â â îäèí.
3. Çàäàºìî ãðàíè÷í³ óìîâè íà ïîâåðõíÿõ, ïîçíà÷àºìî óìîâíî-àä³àáàòí³
ñò³íêè, ñò³íêè, íà ÿêèõ â³äáóâàºòüñÿ òåïëîîáì³í, çîíè âõîäó äî îá’ºìó
ïàëèâà, çîíè âèõîäó ïðîäóêò³â çãîðÿííÿ ç îá’ºìó.
4. Ïðîâîäèìî ðîçáèâêó ïîâåðõîíü íà ñ³òêó ç íàñòóïíîþ ðîçáèâêîþ
îá’ºìó íà ðîçðàõóíêîâó ñ³òêó (ìîæëèâ³ ð³çí³ âèäè ðîçáèâêè, ð³çí³ ïàðà-
ìåòðè ñ³òêè òà ïàðàìåòðè ñïðÿæåííÿ ïîâåðõíåâèõ òà îá’ºìíèõ ñ³òîê).
Ïðè ñòâîðåíí³ äåê³ëüêîõ ïåðøèõ ãåîìåòðè÷íèõ ìîäåëåé âèíèêàëà
ïðîáëåìà áàëàíñó ì³æ âåëè÷èíîþ êîì³ðêè ñ³òêè òà íàéìåíøèìè ãåîìåò-
ðè÷íèìè ðîçì³ðàìè ìîäåë³, òîáòî ðîçì³ðè êîì³ðêè ðîçáèâêè áóëè á³ëüøè-
ìè çà ãåîìåòðè÷íèé ðîçì³ð, ùî ðîçáèâàºòüñÿ. Ñòâîðåííÿ äåê³ëüêîõ ñ³òîê ç
ð³çíèìè ïàðàìåòðàìè, òà ïîð³âíÿííÿ ¿õ 䳺çäàòíîñò³ äîçâîëèëî îáðàòè
ñ³òêó ³ç çì³ííèì êðîêîì êîì³ðîê, ó ÿê³é áóëî âèêîðèñòàíî ïðèéîì çá³ëü-
øåííÿ êðîêó â³ä ì³í³ìàëüíîãî, íà íàéìåíø³é ãåîìåòðè÷í³é ïîâåðõí³, äî
êðîêó, çàäàíîãî äëÿ ðîçáèâêè îñíîâíîãî îá’ºìó. Òàêå ð³øåííÿ äàëî ìîæ-
ëèâ³ñòü çíà÷íî çá³ëüøèòè òî÷í³ñòü ðîçðàõóíê³â íà ìàëèõ ãåîìåòðè÷íèõ
ïîâåðõíÿõ áåç íåáàæàíîãî óñêëàäíåííÿ ìîäåë³ òà íåïîòð³áíîãî çá³ëüøåí-
íÿ ÷èñëà ðîçðàõóíêîâèõ âóçë³â.
Âðàõîâóþ÷è îñîáëèâîñò³ òå÷³¿ ïðè ïåðåõîä³ ç çîíè îñíîâíîãî ïàëüíèêà
ó ä³àãíîñòè÷íó ñåêö³þ, ÿêà ìຠðîçøèðåííÿ, íåð³âíîì³ðíå ðîçáèòòÿ ñ³òêè
âèêîðèñòîâóâàëîñÿ ³ íà ïîâçäîâæí³é ÷àñòèí³ ðåàêòîðà. Òàê, ñàìå â ì³ñö³
ðîçøèðåííÿ ä³àãíîñòè÷íî¿ ñåêö³¿ êðîê ñ³òêè ñòàíîâèâ 5 ìì ç íàñòóïíèì
ïåðåõîäîì íà 30 ìì. ³äïîâ³äíèì ÷èíîì ñ³òêà ç ïåðåì³ííèì êðîêîì â³äîá-
ðàæàëàñÿ óñåðåäèí³ îá’ºìó äëÿ á³ëüø òî÷íîãî ðîçðàõóíêó ïàðàìåòð³â ïî-
òîêó ó ïðèñò³íí³é îáëàñò³, â ì³ñöÿõ çì³íè õàðàêòåðèñòèê òå÷³¿. Çîâí³øíÿ
÷àñòèíà ðîçðîáëåíî¿ ñ³òêè ïîêàçàíà íà ðèñ. 2, à (äèâ. âêë³éêó).
Äëÿ äåòàëüí³øîãî ìîäåëþâàííÿ ïðîöåñó òåïëîîáì³íó òà ïåðåâ³ðêè
îòðèìàíèõ ðåçóëüòàò³â ï³ñëÿ ïîïåðåäí³õ åòàï³â ìîäåëþâàííÿ áóëî ðîçðîá-
ëåíî ñ³òêó ñòåíäà ÂÃÏ-100Â ç ìîäåëÿìè òåðìîïàð, ðîçòàøîâàíèõ ïðèá-
ëèçíî íà îñ³ ïîòîêó íà ÷îòèðüîõ ä³àãíîñòè÷íèõ ñåêö³ÿõ. Äëÿ ìîäåëþâàííÿ
òåïëîîáì³íó â ðàéîí³ òåðìîïàð áóëî çãåíåðîâàíî ñ³òêó ç ðîçì³ðîì êîì³ðêè
1 ìì (äèâ. ðèñ. 2, á).
Í.². Äóíàºâñüêà, ß.². Çàñÿäüêo, Ï.ß. Çàñÿäüêî, Ò.Ñ. Ùóäëî
94 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2017. V. 39. ¹ 3
Äëÿ ðîçáèòòÿ îñíîâíîãî îá’ºìó ñòâîðåíî¿ ãåîìåòðè÷íî¿ ìîäåë³ íà
ñ³òêó âèêîðèñòîâóâàëèñÿ òåòðàåäí³ àáî ã³áðèäí³ êîì³ðêè ç êðîêîì 30 ìì.
Ñò³íêè îñíîâíîãî îá’ºìó ðîçáèâàëèñÿ íà â³äïîâ³äí³ äî òåòðàåäð³â îñíîâ-
íîãî îá’ºìó òðèêóòí³ åëåìåíòè. Ñò³íêè ìàëèõ ãåîìåòðè÷íèõ ïîâåðõîíü
ðîçáèâàëèñÿ íà òðèêóòí³ êîì³ðêè ç êðîêîì 3 ìì. Îá’ºì ìàëèõ ãåîìåò-
ðè÷íèõ åëåìåíò³â ðîçáèâàâñÿ íà â³äïîâ³äí³ äî òðèêóòíèê³â òåòðàåäðè ç
ïîñòóïîâèì çá³ëüøåííÿì äî ðîçì³ð³â òåòðàåäð³â îñíîâíîãî îá’ºìó. Ôàéë
ç³ çãåíåðîâàíîþ òàêèì ÷èíîì ó ïàêåò³ Gambit ñ³òêîþ ³ìïîðòîâàíî äî
ïðîãðàìè Fluent ïðîãðàìíîãî êîìïëåêñó ANSYS.
Ðîçðàõóíîê ïîïðàâîê äî ïîêàçíèê³â ÏÏ òåðìîïàð çà ïîáóäîâàíîþ
ìîäåëëþ íà îñíîâ³ åêñïåðèìåíòàëüíîãî ðåæèìó ñïàëþâàííÿ ïðèðîä-
íîãî ãàçó íà ñòåíä³ ÂÃÏ-100Â. Ïîêàçíèê³ òåìïåðàòóðè óñåðåäèí³ ðåàêòî-
ðà çí³ìàëèñÿ òðüîìà çàñîáàìè:
1) òåìïåðàòóðà ôóòåðîâêè ô³êñóâàëàñü òåðìîïàðàìè õðîìåëü-àëþìåëü,
âìîíòîâàíèìè ó ôóòåð³âêó íà 5—10 ìì â³ä âîãíåâîãî ñëîþ;
2) ï³ðîìåòðîì ÄÏÐ-1, ùî äîçâîëÿâ çí³ìàòè òåìïåðàòóðó âîãíåâîãî
øàðó ÷åðåç ä³àãíîñòè÷í³ îòâîðè ç äåÿêîþ ïåð³îäè÷í³ñòþ;
3) òåìïåðàòóðà ãàçîâîãî ïîòîêó ïî â³ñ³ ðåàêòîðà çí³ìàëàñÿ ÏÏ òåðìî-
ïàðàìè (ç ä³àìåòðîì äðîòó 0,2 ìì), âìîíòîâàíèìè ó êîðóíäîâ³ çàõèñí³
÷îõëè ç ä³àìåòðîì êàíàë³â ï³ä òåðìîïàðè 0,5 ìì, òà âñòàíîâëåíèìè ó ä³àã-
íîñòè÷í³ îòâîðè ðåàêòîðà.
Ãàðÿ÷³ ñïà¿ òåðìîïàð ïîêðèâàëèñÿ ïë³âêîþ ç êîðóíäó, õîëîäí³ ñïà¿
òåðìîïàð íå çàõîëîäæóâàëèñÿ; â³äõèëåííÿ ïîêàçàíü òåðìîïàð íà 20°Ñ ³ òåì-
ïåðàòóðà ïîâ³òðÿ ó áîêñ³ âðàõîâóâàëèñÿ ïðè ïðîâåäåíí³ ðîçðàõóíê³â.
Ïðè ïîð³âíÿíí³ åêñïåðèìåíòàëüíèõ äàíèõ òà äàíèõ, îòðèìàíèõ ìåòî-
äîì ðîçðàõóíêó ìàòåìàòè÷íî¿ ìîäåë³, âèÿâèëîñÿ, ùî òåìïåðàòóðà ãàç³â,
âèì³ðÿíà ïî îñ³ ä³àãíîñòè÷íîãî ðåàêòîðà â åêñïåðèìåíò³, òà òåìïåðàòóðà
ïî îñ³ ðåàêòîðà, îòðèìàíà â ðåçóëüòàò³ ðîçðàõóíêó, çíà÷íî ð³çíÿòüñÿ, àëå
ìàþòü ñï³ëüíó òåíäåíö³þ. Ðîçðàõóíêîâà òåìïåðàòóðà ïåðåâèùóº òåìïå-
ðàòóðó, îòðèìàíó åêñïåðèìåíòàëüíî, íà 150—180°Ñ. Öþ ð³çíèöþ ìîæíà
ïîÿñíèòè ôàêòîì ïåðåâèïðîì³íþâàííÿ ãàðÿ÷îãî ñïàþ òåðìîïàðè íà îõî-
ëîäæåíó ïîâåðõíþ ñò³íêè ðåàêòîðà. Áóëî ñòâîðåíî ïðèáëèçíèé òåïëîâèé
áàëàíñ äëÿ êîðîëüêà òåðìîïàðè, ùîá âèçíà÷èòè âåëè÷èíó ïîõèáêè âèì³-
ðþâàííÿ òåìïåðàòóðè ãàçîâîãî ïîòîêó ïî îñ³ ðåàêòîðà òåðìîïàðîþ.
Ñë³ä çàçíà÷èòè, ùî ðîçðàõóíêîâà ìîäåëü äåùî óñêëàäíþâàëàñÿ ôàê-
òîì ïðîìåíåâîãî òåïëîîáì³íó ì³æ òåðìîïàðîþ òà ãàçîâèì ïîòîêîì, îñ-
ê³ëüêè, ÿê â³äîìî, ãàçè ìàþòü âëàñòèâ³ñòü ïîãëèíàòè òà âèïðîì³íþâàòè
åíåðã³þ. Ïîãëèíàííÿ òà âèïðîì³íþâàííÿ îäíî- òà äâîõàòîìíèõ ãàç³â, çîê-
ðåìà àçîòó, êèñíþ, âîäíþ, ãåë³þ íàñò³ëüêè íåçíà÷í³, ùî íèìè â ³íæåíåð-
íèõ ðîçðàõóíêàõ çäåá³ëüøîãî íåõòóþòü. Äëÿ òåïëîòåõí³÷íèõ ðîçðàõóíê³â
Ìàòåìàòè÷íà ìîäåëü ïðîöåñ³â ñï³ëüíîãî ñïàëþâàííÿ á³îìàñè ç âóã³ëëÿì â êîòë³
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 3 95
íàéá³ëüøèé ³íòåðåñ âèêëèêàþòü âîäÿíà ïàðà òà ä³îêñèä âóãëåöþ. Ñàìå ö³
ãàçè âõîäÿòü äî ñêëàäó ïðîäóêò³â çãîðÿííÿ ð³çíèõ âèä³â ïàëèâ. Ñïåêòðè
âèïðîì³íþâàííÿ òà â³äïîâ³äíî ïîãëèíàííÿ ãàç³â, íà â³äì³íó â³ä á³ëüøîñò³
òâåðäèõ ò³ë, ìàþòü ñåëåêòèâíèé õàðàêòåð, òîáòî ïðîöåñè ïîãëèíàííÿ òà âèï-
ðîì³íþâàííÿ â³äáóâàþòüñÿ ëèøå óñåðåäèí³ ðÿäó äèñêðåòíèõ ñìóã ñïåêòðó.
Ïðè ³íøèõ äîâæèíàõ õâèëü ãàç âåäå ñåáå ÿê ïðîçîðå ñåðåäîâèùå [9].
Ïðèïóñòèìî, ùî ãàç ìຠïîñò³éíó òåìïåðàòóðó Tã, à ñò³íêà — ïîñò³éíó
òåìïåðàòóðó Tñ ³ îáèäâà âîíè º ñ³ðèìè ò³ëàìè. Âèïðîì³íþâàííÿ ñò³íêè ìàº
íåïåðåðâíèé ñïåêòð. Ãàçîâå ñåðåäîâèùå ìຠñåëåêòèâíî-ñ³ðå âèïðîì³íþ-
âàííÿ ó âèãëÿä³ îêðåìèõ ñìóã e1, g1, e2, g2. Ó çàãàëüíîìó âèïàäêó ÷èñëî
òàêèõ ñìóã ìîæå áóòè ð³çíèì. Ãàçîâå ñåðåäîâèùå îáì³íþºòüñÿ ïðîìåíå-
âèìè ïîòîêàìè ³ç ñò³íêîþ ò³ëüêè â ìåæàõ öèõ ñìóã. Çà ñïåêòðàëüíèìè
ñìóãàìè îêðåì³ åëåìåíòè ñò³íêè îáì³íþþòüñÿ ïðîìåíåâèìè ïîòîêàìè
ò³ëüêè ì³æ ñîáîþ. Äëÿ ³çîòåðì³÷íî¿ ñò³íêè ðåçóëüòóþ÷èé ïîò³ê öüîãî
òåïëîîáì³íó äîð³âíþâàòèìå íóëþ. Òîä³ ïðîìåíåâèé ïîò³ê â³ä ãàçó äî
ñò³íêè ìîæíà âèðàçèòè çàëåæí³ñòþ
Q E E Fã, ñ åô. ã åô.ñ ñ� �( ) , (1)
äå Fñ — ïëîùà ïîâåðõí³ ñò³íêè; Eåô. ã ³ Eåô.ñ — ù³ëüí³ñòü òåïëîâîãî ïîòîêó
åôåêòèâíîãî âèïðîì³íþâàííÿ ãàçîâîãî ñåðåäîâèùà ³ åôåêòèâíîãî âèïðî-
ì³íþâàííÿ ñò³íêè.
Ù³ëüíîñò³ òåïëîâèõ ïîòîê³â åôåêòèâíîãî âèïðîì³íþâàííÿ ãàçîâîãî
ñåðåäîâèùà òà ñò³íêè çíàéäåìî çà ìåòîäîì ñàëüäî. Âîíè ìîæóòü áóòè
ïðåäñòàâëåí³ çàëåæíîñòÿìè, ùî ñïðàâåäëèâ³ äëÿ îêðåìèõ ñìóã âèïðî-
ì³íþâàííÿ:
E E qåô. ã 0ã ã, c
ã
� � �
�
�
�
�( )�
�
�
1
1
, E E qåô.c 0c c, ã
c
� � �
�
�
�
�( )�
�
�
1
1
. (2)
×îðíå âèïðîì³íþâàííÿ ãàçó òà ñò³íêè, ùî â³äïîâ³äຠãðàíè÷íèì çíà÷åí-
íÿì ¿õ ñòóïåí³â ÷îðíîòè, ìîæíà ïðåäñòàâèòè ó âèãëÿä³:
( )E C
T
0ã
ã
ã� �
�
�
�
�
0
4
100
� , ( )E C
T
0c
c
c� �
�
�
�
�
0
4
100
� , (3)
äå � ã
� òà � c
� — ãðàíè÷í³ ñòóïåí³ ÷îðíîòè ãàçó, ùî âèçíà÷àþòüñÿ ç íîìîãðàì
â³äïîâ³äíî çà òåìïåðàòóðîþ ãàçó òà ñò³íêè (� � � f T( )). Ñòóï³íü ÷îðíîòè
ãàçó�
ã� âèçíà÷àºòüñÿ çà íàñòóïíîþ çàëåæí³ñòþ:
�
ã
ã
0ã
�
�
�
�
�
�
�
k l e g k l e g
a b e g a b e g
E
E
1 1 1 1 2 2 2 2
1 1 1 1 2 2 2 2 ( )
�
�
�
�
� �
� �
ã 0ã
ã 0ã
ã
ã
E
E
. (4)
Í.². Äóíàºâñüêà, ß.². Çàñÿäüêo, Ï.ß. Çàñÿäüêî, Ò.Ñ. Ùóäëî
96 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2017. V. 39. ¹ 3
Ñòóï³íü ÷îðíîòè ñò³íêè â ìåæàõ îêðåìèõ ñìóã �
ìîæå äîð³âíþâàòè
³íòåãðàëüí³é ñòóïåí³ ÷îðíîòè � �
c c� � . Äëÿ ñòàö³îíàðíîãî òåïëîâîãî ðå-
æèìó q qã, c c, ã� � . Òîä³ ç óðàõóâàííÿì çàëåæíîñòåé (1)—(4) îòðèìàºìî
íàñòóïíèé ðîçðàõóíêîâèé âèðàç äëÿ ïðîìåíåâîãî ïîòîêó Q ã, c (Âò), ùî ïå-
ðåäàºòüñÿ â³ä ãàçîâîãî ñåðåäîâèùà äî ñò³íêè:
Q
C F
T T
ã, c
c ã
ã
ã, c
c
ã
100 100
�
�
�
�
� � �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
� �
0
4 4
� �
� �
� �
� �ã c
1
1
.
ßê ïîêàçàíî âèùå, ó çàãàëüíîìó âèïàäêó ³íòåãðàëüí³ çíà÷åííÿ ñòóïåíþ
÷îðíîòè äëÿ ñóì³ø³ ãàç³â íå äîð³âíþþòü ñóì³ ¿õ çíà÷åíü äëÿ îêðåìèõ êîìïî-
íåíò³â ñóì³ø³. Òàê, äëÿ ñóì³ø³ CO2 òà H2O ñòóï³íü ÷îðíîòè ãàçó òà êîåô³ö³ºíò
ïîãëèíàííÿ ìåíøèé çà ñóìó ¿õ çíà÷åíü äëÿ CO2 òà H2O, ùî ïîÿñíþºòüñÿ
÷àñòêîâèì ñï³âïàä³ííÿì ¿¿ ñïåêòð³â âèïðîì³íþâàííÿ: � � � �ã H O CO ã
2 2
� � � � .
Ñòóïåí³ ÷îðíîòè ïàðè òà äâîîêèñó âóãëåöþ áåðåìî ç ãðàô³ê³â òåìïå-
ðàòóðè ãàçó ïðè â³äïîâ³äíèõ äîáóòêàõ ïàðö³àëüíîãî òèñêó íà äîâæèíó
øëÿõó ïðîìåíÿ (pl). Íàáëèæåíî ñåðåäíÿ äîâæèíà øëÿõó ïðîìåíÿ âèçíà-
÷àºòüñÿ òàê: l m
V
F
�
4
c
, äå V — îá’ºì ãàçîâîãî ò³ëà; m = 0,9 — ïîïðàâî÷íèé
êîåô³ö³ºíò. Ïîïðàâêà íà â³äõèëåííÿ â³ä çàêîíó àäèòèâíîñò³ äëÿ ãàçîâèõ
ñóì³øåé çà ðàõóíîê âçàºìíîãî ïîãëèíàííÿ âèïðîì³íþâàííÿ êîìïîíåí-
òàìè òàêîæ áåðåìî ç ãðàô³ê³â.
Íàâåäåíà ìåòîäèêà ðîçðàõóíêó êîðåêòíà ò³ëüêè äëÿ ãàçîâèõ ñåðåäî-
âèù, ÿê³ íå ì³ñòÿòü ï³äâ³øåíèõ òâåðäèõ ÷àñòèíîê ïðîäóêò³â çãîðÿííÿ.
Ðîçðàõóíîê ïîõèáêè, âíåñåíî¿ ïåðåâèïðîì³íþâàííÿì, ïðè âèì³ðþâàíí³
âåëè÷èíè òåìïåðàòóð ïðîäóêò³â çãîðÿííÿ íà îñ³ ðåàêòîðà ïðîâåäåíî ó
ïðîãðàì³ Mathcad. Ìåòà ðîçðàõóíêó — âèçíà÷èòè òåìïåðàòóðó ãàðÿ÷îãî
ñïàþ òåðìîïàðè, âíåñåíî¿ â ïîò³ê ïðîäóêò³â çãîðÿííÿ ïðèðîäíîãî ãàçó ³ç
â³äîìîþ øâèäê³ñòþ ïîòîêó òà òåìïåðàòóðîþ ïî îñ³ êàíàëó, âðàõîâóþ÷è
âïëèâ ïåðåâèïðîì³íþâàííÿ ç ïîâåðõí³ êîðîëüêà òåðìîïàðè íà á³ëüø õî-
ëîäí³ ñò³íêè ðåàêòîðà, ´ðóíòóþ÷èñü íà äàíèõ, îòðèìàíèõ ç ìàòåìàòè÷íîãî
ðîçðàõóíêó ìîäåë³.
Ðîçðàõóíîê ïðîâîäèâñÿ çà óìîâè ð³âíîñò³ ê³ëüêîñò³ òåïëà, ï³äâåäåíîãî
äî êîðîëüêà òåðìîïàðè, òà ê³ëüêîñò³ òåïëà, â³ääàíîãî ñò³íö³ òåðìîïàðîþ
ïðè ïåðåâèïðîì³íþâàíí³. ϳäâåäåííÿ òåïëà â³äáóâàëîñÿ çà äîïîìîãîþ
êîíâåêòèâíîãî òåïëîîáì³íó, âëàñíîãî âèïðîì³íþâàííÿ íàãð³òèõ äèìîâèõ
ãàç³â òà âèïðîì³íþâàííÿ íàãð³òî¿ ôóòåð³âêè ïàëüíèêîâî¿ ãîëîâêè. Äëÿ
ïðèáëèçíîãî îö³íþâàííÿ âïëèâó âåëè÷èíè ïåðåâèïðîì³íþâàííÿ çàñòîñî-
Ìàòåìàòè÷íà ìîäåëü ïðîöåñ³â ñï³ëüíîãî ñïàëþâàííÿ á³îìàñè ç âóã³ëëÿì â êîòë³
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 3 97
âàíî ñïðîùåíó ìîäåëü ïðîìåíåâîãî òåïëîîáì³íó ì³æ ïîâåðõíåþ êîðîëüêà
òà íàãð³òîþ ïîâåðõíåþ ôóòåð³âêè, äå ïîâåðõíÿ êîðîëüêà òà âèïðîì³íþþ÷à
ïîâåðõíÿ ôóòåð³âêè — ïëîñêî-ïàðàëåëüí³, ïëîùà ïîâåðõí³ êîðîëüêà, ùî
ñïðèéìຠâèïðîì³íþâàííÿ, äîð³âíþº ïîëîâèí³ çàãàëüíî¿ ïëîù³ êîðîëüêà òåð-
ìîïàðè, ïðèâåäåíà ïîãëèíàþ÷à ñïðîìîæí³ñòü� ï äîð³âíþº 0,9, à òåìïåðàòóðà
íàãð³òî¿ ôóòåð³âêè äîð³âíþº òåìïåðàòóð³ ãàçîâîãî ÿäðà Tã:
Q T T F
F
T T
� � �
�
�
�
� � �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
( )ã ò ê
ê ï
ã ò
100 100
4 4
2
�
�
�
�
�
� � �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
� �
�
C F
T T
0
4 4
ê ã
ã
ã, c
ò
ã
ã
100 100
� �
�
�
1
1
� c
�
,
Q C F
T T
� �
�
�
� � �
�
�
�
�
�
�
�
�
�� 0
4 4
ê
ò ñ
100 100
,
äå Tò ³ Tc — òåìïåðàòóðà òåðìîïàðè ³ òåìïåðàòóðà ñò³íêè â àáñîëþòíèõ
îäèíèöÿõ, Ê; Tã — ôàêòè÷íà òåìïåðàòóðà ãàçó â àáñîëþòíèõ îäèíèöÿõ,
Ê; � — êîåô³ö³ºíò òåïëîâ³ääà÷³ ì³æ ïîâåðõíåþ êîðîëüêà òåðìîïàðè òà
ãàçîâèì ñåðåäîâèùåì, Âò/(ì2� Ê); � — ñòóï³íü ÷îðíîòè êîðóíäó, ùî
âêðèâຠïîâåðõíþ êîðîëüêà; Fê — ïëîùà ïîâåðõí³ êîðîëüêà, ì2.
Êîåô³ö³ºíò òåïëîâ³ääà÷³ ðîçðàõîâàíî äëÿ âèïàäêó çîâí³øíüîãî îáò³-
êàííÿ íàãð³òèìè äèìîâèìè ãàçàìè, âíåñåíèìè ó ïîò³ê øàðó êîðîëüêà òåð-
ìîïàðè. Òåïëîô³çè÷í³ ïàðàìåòðè ðîçðàõîâàíî ïðîãðàìîþ EnecCalc3 çã³ä-
íî ç ôîðìóëîþ, íàâåäåíîþ â [9]: Nu � � �2 003 0350 54 0 33 0 58 0 36, Re Pr , Re Pr, , , , .
Øâèäê³ñòü ðîçðàõóíêó ÷èñëà Ðåéíîëüäñà îòðèìàíî íà ñòâîðåí³é ìàòåìà-
òè÷í³é ìîäåë³ òà ïðèéíÿòî ïîñò³éíîþ: w � 4 5, ì/ñ. ijàìåòð êîðîëüêà òåðìî-
ïàðè ïðèíÿòî d �0 005, ì. Êîåô³ö³ºíò òåïëîâ³ääà÷³ � ðîçðàõîâàíî ïðè òðüîõ
ð³çíèõ òåìïåðàòóðàõ íàá³ãàþ÷îãî ïîòîêó — ÿäðà äèìîâèõ ãàç³â.
Ðîçðàõóíêè ïðîâåäåíî äëÿ òåìïåðàòóð ãàçîâîãî ÿäðà (ðèñ. 3). Ó ï³ä-
ñóìêó îòðèìàíî òðàíñöåíäåíòíå ð³âíÿííÿ ÷åòâåðòîãî ñòóïåíþ ç íåë³í³é-
íèìè êîåô³ö³ºíòàìè, ðîçâ’ÿçîê ÿêîãî çíàéäåíî ÿê òî÷êà ïåðåòèíó äâîõ
çàçíà÷åíèõ ôóíêö³é ó ïðîãðàìíîìó ïàêåò³ Mathcad.
Ç îãëÿäó íà ðèñ. 4 (äèâ. âêë³éêó), ìîæíà î÷³êóâàòè, ùî ïðè ôàêòè÷í³é
òåìïåðàòóð³ ïîòîêó 2200 Ê òà òåìïåðàòóð³ ñò³íêè 2000 Ê òåðìîïàðè ïîêà-
Í.². Äóíàºâñüêà, ß.². Çàñÿäüêo, Ï.ß. Çàñÿäüêî, Ò.Ñ. Ùóäëî
98 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2017. V. 39. ¹ 3
æóòü òåìïåðàòóðó íà 123 Ê ìåíøå çà ôàêòè÷íó. гçíèöÿ ì³æ ôàêòè÷íîþ
òåìïåðàòóðîþ òà ïîêàçàííÿìè òåðìîïàðè çðîñòå äî 386 Ê ïðè òåìïåðàòóð³
ñò³íêè 1200 Ê. Î÷åâèäíî, ùî ïðè òåìïåðàòóð³ ÿäðà 1800 Ê òà òåìïåðàòóð³
ñò³íêè 1600 Ê ïîõèáêà ïîêàç³â òåðìîïàðè ñòàíîâèòèìå 114 Ê, ùî º ìåíøèì
çà ïîõèáêó ïðè âèì³ðþâàíí³ á³ëüøî¿ òåìïåðàòóðè ÿäðà.
Àíàë³çóþ÷è îòðèìàí³ äàí³, ïðèõîäèìî äî âèñíîâêó, ùî ïåðåâèïðî-
ì³íþâàííÿ â³ä³ãðຠçíà÷íó ðîëü ó âèì³ðþâàíí³ òåìïåðàòóðè. Íàñòóïíèì
êðîêîì ó ðîçðîáö³ ìîäåë³ º óòî÷íåííÿ ìîäåëåé îïðîì³íþâàííÿ ïîâåðõí³
êîðîëüêà òåðìîïàðè â³ä ãàðÿ÷î¿ ÷àñòèíè ôóòåðîâêè.
Ìîäåëþâàííÿ ïðîöåñ³â â ïàëüíèêó êîòëà ÒÏÏ-210À Òðèï³ëüñü-
êî¿ ÒÅÑ â òðèâèì³ðíîìó íàáëèæåíí³. Ìîäåëþâàííÿ ïàëüíèêà êîòëà
ÒÏÏ-210À Òðèï³ëüñüêî¿ ÒÅÑ ïðîâåäåíî ç âèêîðèñòàííÿì ìåòîäèê, ùî
çàñòîñîâóâàëèñü ïðè ñòâîðåíí³ ìîäåë³ ñòåíäó ÂÃÏ-100Â. Áóëî âèêîðèñ-
òàíî íàéá³ëüø óí³âåðñàëüíó òåòðàåäðàëüíó ñ³òêó (äèâ. ðèñ. 4). Òåõíîëîã³ÿ
òåðìîõ³ì³÷íî¿ ï³äãîòîâêè âóã³ëüíîãî ïèëó (ÒÕÏ), ÿêó áóëî âèïðîáóâàíî
íà Òðèï³ëüñüê³é ÒÅÑ ó 2010 ð., ïîëÿãຠó ïîïåðåäíüîìó ïðîãð³âàíí³ ÷àñ-
òèíè ïîòîêó âóã³ëëÿ â ñïåö³àëüíîìó ìóôåë³, ðîçòàøîâàíîìó â öåíòðàëü-
íîìó êàíàë³ ïàëüíèêà, âíàñë³äîê ñïàëþâàííÿ íåâåëèêî¿ ê³ëüêîñò³ ïðèðîä-
íîãî ãàçó.
Ìîäåëþâàííÿ ïðîöåñó ñïàëþâàííÿ â³ò÷èçíÿíîãî àíòðàöèòó ïîòðåáóº
çíà÷íî¿ ê³ëüêîñò³ ðîçðàõóíêîâèõ âóçë³â ó ðîçðîáëåí³é ñ³òö³, ùî âèìàãàº
çíà÷íèõ âèòðàò ìàøèííîãî ÷àñó. Òîìó ïîïåðåäí³ íàëàãîäæóâàëüí³ ðîçðà-
õóíêè ïðîâîäèëèñü íà äåùî ñïðîùåí³é ìîäåë³. Òàê, çàì³ñòü äàíèõ ðåàëü-
íîãî ñèòîâîãî àíàë³çó âóã³ëëÿ ç ðîçïîä³ëîì ïî ôðàêö³ÿõ çà Ðîç³íîì—
Ðàìëåðîì áóëî ðîçãëÿíóòî ëèøå îäíó ôðàêö³þ 25 ìêì, ùî ñóòòºâî ñïðîñ-
òèëî ðîçðàõóíêîâó ïðîöåäóðó. Ó ðîçðàõóíêàõ âèêîðèñòàíî íàñòóïí³ çíà-
Ìàòåìàòè÷íà ìîäåëü ïðîöåñ³â ñï³ëüíîãî ñïàëþâàííÿ á³îìàñè ç âóã³ëëÿì â êîòë³
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 3 99
Ðèñ. 3. Çàëåæí³ñòü ðîçðàõîâàíèõ çíà÷åíü ïîêàçíèê³â òåðìîïàðè, âñòàíîâëåíî¿ ó ïîòîö³
âèïðîì³íþâàíèõ äèìîâèõ ãàç³â, â³ä òåìïåðàòóðè ñò³íêè êàíàëó ïðè ð³çíèõ òåìïåðàòó-
ðàõ ïîòîêó: 1 — Tã = 2200 Ê ; 2 — Tã = 2000 Ê; 3 — Tã = 1800 Ê
÷åííÿ ðåæèìíèõ ïàðàìåòð³â: ìàñîâà âèòðàòà âóã³ëëÿ íà ÒÕÏ — 0,8 êã/ñ;
îñíîâíîãî ïîòîêó âóã³ëëÿ — 2,2 êã/ñ; ïîâ³òðÿ íà âõîä³ ÒÕÏ — 10 ì/ñ;
ïîâ³òðÿ íà îñíîâíèé ïîò³ê — 16 ì/ñ; òåìïåðàòóðà ïîòîê³â 300 Ê.
Íà ðèñ. 5 (äèâ. âêë³éêó) â³äîáðàæåíî àåðîäèíàì³êó ïàëüíèêà ïðè ïðî-
ò³êàíí³ ïðîöåñó ÒÕÏ, à ñàìå çîáðàæåíî ïîïåðå÷í³ ïåðåð³çè ç ðîçì³ùåíèìè
íà íèõ âåêòîðàìè øâèäêîñò³. Ïîì³òíî, ùî çîíà íèçüêèõ øâèäêîñòåé ëîêà-
ë³çóºòüñÿ ïðèáëèçíî ïî îñ³ êàíàëó.
Íà ðèñ. 6 (äèâ. âêë³éêó) ïîêàçàíî òðåêè ÷àñòîê ç òåìïåðàòóðàìè, ïîçíà-
÷åíèìè êîëüîðàìè íà â³äïîâ³äíèõ òðåêàõ. Çà ðåçóëüòàòàìè àíàë³çó ðîç-
ïîä³ëó ëåòêèõ ó ïàëüíèêó ìîæíà çðîáèòè âèñíîâîê ïðî òå, ùî âíàñë³äîê
óòâîðåííÿ óìîâ ÒÕÏ ó ìóôåë³ òà ïîäà÷³ ïðèðîäíîãî ãàçó äëÿ ³í³ö³þâàííÿ
ïðîöåñó ÒÕÏ âóã³ëëÿ óñåðåäèí³ ìóôåëÿ ³íòåíñèâíî ðîç³ãð³âàºòüñÿ (âíóò-
ð³øí³ òðåêè, ùî ïðîõîäÿòü ÷åðåç âíóòð³øí³é ëîïàòêîâèé àïàðàò). Ïðè öüî-
Í.². Äóíàºâñüêà, ß.². Çàñÿäüêo, Ï.ß. Çàñÿäüêî, Ò.Ñ. Ùóäëî
100 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2017. V. 39. ¹ 3
Ðèñ. 7. Ñõåìà ïàëüíèêà êîòëîàãðåãàòó ÒÏÏ-210À ï³ñëÿ âïðîâàäæåííÿ ñï³ëüíîãî ñïàëþ-
âàííÿ: 1 ³ 2 — ðàâëèêè öåíòðàëüíîãî ïîâ³òðÿ (ïðèáëèçíî 3—4 òèñ. íì3/ã ïîâ³òðÿ) ³
ïèëîâóã³ëüíî¿ ñóì³ø³ (ïðèáëèçíî 9,5 ò/ã âóã³ëëÿ); 3, 5 — ³ñíóþ÷³ ãàçîâ³ ìàã³ñòðàë³; 4 ³ 6 —
ï³äâîäè (ïðèáëèçíî 52 òèñ. íì3/ã ïîâ³òðÿ ) ³ çàâèõðþâà÷³ âòîðèííîãî ïîâ³òðÿ; 7 — êàíàë
ïåðâèííî¿ àåðîñóì³ø³; 8 — êàíàëè âòîðèííîãî ïîâ³òðÿ; 9 — ìóôåëü; 10 — êàíàë ïîäà-
âàííÿ á³îìàñè
ìó ñïîñòåð³ãàºòüñÿ âèõ³ä ëåòêèõ (äèâ. ðèñ. 5, çîíà ìóôåëÿ), çîíà âèõîäó
ÿêèõ ñï³âïàäຠ³ç çîíîþ âèñîêî¿ òåìïåðàòóðè.
Òàêèì ÷èíîì, íà îñíîâ³ ïðîãðàìè ANSYS CFX ðîçðîáëåíî òðèâè-
ì³ðíó ìîäåëü ïðîöåñ³â â ïàëüíèêó êîòëà ÒÏÏ-210À Òðèï³ëüñüêî¿ ÒÅÑ ç
òåðìîõ³ì³÷íîþ ï³äãîòîâêîþ íèçüêîðåàêö³éíîãî âóã³ëëÿ, ÿêà ï³äòâåðäèëà
åôåêòèâí³ñòü êîíñòðóêö³¿.
Ðîçðîáêà âèõ³äíèõ äàíèõ äëÿ ÒÅÎ âïðîâàäæåííÿ ÑÑÁÂ. Íà ï³äñòà-
â³ îòðèìàíèõ ðåçóëüòàò³â åêñïåðèìåíòàëüíèõ äîñë³äæåíü òà íàâåäåíèõ
CFD ðîçðàõóíê³â ñòâîðåíî ïðîåêò ïàëüíèêà òåïëîâîþ ïîòóæí³ñòþ 65 ÌÂò
äëÿ êîòëà ÒÏÏ-210À ç ìåòîþ ðåàë³çàö³¿ òåõíîëî㳿 ÑÑÁÂ. Ó ÿêîñò³ á³îìàñè
îáðàíî â³äõîäè äåðåâîîáðîáíî¿ ïðîìèñëîâîñò³ — òèðñó ñîñíè. Äëÿ ö³º¿
á³îìàñè ó ïîïåðåäí³õ åêñïåðèìåíòàõ áóëî âèçíà÷åíî îïòèìàëüíå (ç îãëÿäó
íà âèãîðÿííÿ âóãëåöþ âóã³ëëÿ) ñï³ââ³äíîøåííÿ çà òåïëîì 1:10.
Ó ïðîåêò³ âðàõîâàíî íåîáõ³äí³ñòü òðàíñïîðòóâàííÿ á³îìàñè äî ïàëü-
íèêà õîëîäíèì ïîâ³òðÿì (äëÿ çàïîá³ãàííÿ ïåðåä÷àñíîìó çàéìàííþ), à
çâ³äòè ïîäàâàííÿ á³îìàñè îêðåìèì ïîòîêîì áåçïîñåðåäíüî â ïàëüíèê,
îñê³ëüêè ïåðâèííà àåðîñóì³ø àíòðàöèòîâîãî ïèëó òà ïîâ³òðÿ ìàþòü òåì-
ïåðàòóðó áëèçüêî 240 °Ñ. Òèðñó ïîäàâàëè â ðåêîíñòðóéîâàíó öåíòðàëüíó
òðóáó ïàëüíèêà, ó ÿê³é ðàí³øå ðîçì³ùóâàëè ìàçóòíó ôîðñóíêó äëÿ ðîçïà-
ëþâàííÿ êîòëà.
Ïîò³ê äåðåâèííî¿ á³îìàñè ïîòð³áíî çàêðó÷óâàòè ç ìåòîþ çàáåçïå÷åííÿ
ãàðíîãî ïåðåì³øóâàííÿ ãàðÿ÷èõ ïðîäóêò³â çãîðÿííÿ ëåòêèõ ðå÷îâèí òèðñè
ç âóã³ëüíèì ïèëîì. Íåîáõ³äíèé ïàðàìåòð êðó÷åííÿ ñòàíîâèòü n = 2. Ó
êîàêñ³àëüíèé êàíàë, óòâîðåíèé â ïðîöåñ³ ìîäåðí³çàö³¿ ïàëüíèêà äëÿ ÑÑÁÂ,
äîö³ëüíî ïîäàâàòè ïîâ³òðÿ ç âèòðàòîþ íå ìåíøå 3000 ì3/ã. Ðåãóëþâàííÿ
çàãàëüíî¿ âèòðàòè ïîâ³òðÿ íà ïàëüíèêîâèé ïðèñòð³é çàëèøàºòüñÿ áåç çì³í ³
çàáåçïå÷óºòüñÿ ðåãóëþâàííÿì âèòðàò âòîðèííîãî ïîâ³òðÿ.
Íà ðèñ. 7 íàâåäåíî ñõåìó çàïðîïîíîâàíîãî ïàëüíèêà, ÿêèé ìຠíàñòóï-
í³ òåõí³÷í³ õàðàêòåðèñòèêè:
çàãàëüíà äîâæèíà, ì . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,8
ä³àìåòð êàíàëó
àåðîòðàíñïîðòó á³îìàñè, ì . . . . . . . . . . . 0,26
öåíòðàëüíîãî ïîâ³òðÿ, ì . . . . . . . . . . . . . 0,67
àåðîñóì³ø³ ç ïåðâèííèì ïîâ³òðÿì . . . . . . . 0,96
ä³àìåòð
ïåðøîãî êàíàëó âòîðèííîãî ïîâ³òðÿ, ì . . . . . 1,3
äðóãîãî êàíàëó âòîðèííîãî ïîâ³òðÿ, ì . . . . . 1,5
ïðîåêòí³ âèòðàòè ïîâ³òðÿ, íì
3
/ã:
ïíåâìîòðàíñïîðò á³îìàñè . . . . . . . . . . . . 2 964
öåíòðàëüíîãî . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 500
Ìàòåìàòè÷íà ìîäåëü ïðîöåñ³â ñï³ëüíîãî ñïàëþâàííÿ á³îìàñè ç âóã³ëëÿì â êîòë³
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 3 101
ïåðâèííîãî . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 500
âòîðèííîãî . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 200
óñüîãî . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 164
òåìïåðàòóðà ïåðåä âõîäîì ó ïàëüíèê, °Ñ:
ïîâ³òðÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340—360
ïîâ³òðÿ, ùî òðàíñïîðòóº á³îìàñó . . . . . . . . . òåìïåðàòóðà
íàâêîëèøíüîãî ñåðåäîâèùà
ïåðâèííî¿ àåðîñóì³ø³ . . . . . . . . . . . . . . . 250
ðîçðàõóíêîâ³ âèòðàòè âóã³ëëÿ çà íîì³íàëüíîãî íà-
âàíòàæåííÿ, ò/ã . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8,17
òåõí³÷íèé àíàë³ç:
âóã³ëëÿ àíòðàöèò . . . . . . . . . . . . . . . . . A
d
= 22,4 %, Wt
r = 10 %,
Qi
r = 22,7 ÌÄæ/êã
âóã³ëüíîãî ïèëó . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wt
r = 1 %, Qi
r = 25,2 ÌÄæ/êã
á³îìàñè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vdaf = 85 %, A
d
= 1,75 %,
Wt
r = 10 %, Qi
r ~ 15 ÌÄæ/êã
ïîòóæí³ñòü, ÌÂò . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Âèñíîâêè
Âèêîðèñòàííÿ äëÿ ìîäåëþâàííÿ åêñïåðèìåíòàëüíîãî ñòåíäó ðîçðàõóí-
êîâî¿ ñ³òêè ç³ çì³ííèì ðîçì³ðîì êîì³ðêè äîçâîëèëî ðîçì³ñòèòè äîñòàòíþ
äëÿ ðîçðàõóíêó ê³ëüê³ñòü êîì³ðîê ÿê ó åëåìåíòàõ ç ìàëèìè, òàê ³ âåëèêèìè
ãåîìåòðè÷íèìè ðîçì³ðàìè ïðè îïòèìàëüí³é, ç òî÷êè çîðó âèêîðèñòàííÿ
ìàøèííîãî ÷àñó, çàãàëüí³é ê³ëüêîñò³ êîì³ðîê.
Ðîçðàõóíîê ïîïðàâîê äî ïîêàçíèê³â ÏÏ òåðìîïàð ïîêàçàâ ñóòòºâèé
âïëèâ ïåðåâèïðîì³íþâàííÿ ç êîðîëüêà òåðìîïàðè íà âèì³ðþâàííÿ òåìïå-
ðàòóðè. Âåëè÷èíà ïîïðàâêè ìîæå ñÿãàòè ê³ëüêîõ ñîòåíü ãðàäóñ³â â çàëåæíîñò³
â³ä âåëè÷èíè ð³çíèö³ ì³æ òåìïåðàòóðîþ ñò³íêè òà ãàç³â â ðåàêòîð³.
Ðîçðîáëåíà òðèâèì³ðíà ìîäåëü ïðîöåñ³â â ïàëüíèêó êîòëà ÒÏÏ-210À
Òðèï³ëüñüêî¿ ÒÅÑ ç òåðìîõ³ì³÷íîþ ï³äãîòîâêîþ âóã³ëëÿ çàáåçïå÷èëà íåîá-
õ³äíó àåðîäèíàì³êó ïîòîê³â ðåàãåíò³â.
Îòðèìàí³ âèõ³äí³ äàí³ äëÿ ÒÅÎ âïðîâàäæåííÿ ïàëüíèêà ç òåõíîëî㳺þ
ÑÑÁ ìîæóòü áóòè âèêîðèñòàí³ ïðè ìîäåðí³çàö³¿ êîòë³â ÒÏÏ-210À.
ÑÏÈÑÎÊ Ë²ÒÅÐÀÒÓÐÈ
1. Äóíàºâñüêà Í.²., Çàñÿäüêî ß.²., Øóï³ê I.Ñ., Ùóäëî T.Ñ. Îãëÿä òåõíîëîã³é ñï³ëüíîãî
ñïàëþâàííÿ á³îìàñè ³ âóã³ëëÿ â ïèëîâóã³ëüíèõ òîïêàõ // Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñî-
ñáåðåæåíèå, 2007, ¹ 3, ñ. 3—8.
2. Biomass Combustion and Cofiring. Mode of access: http//www.ieabee.nl (Accessed 14 Mar.
2017).
3. Dayton D.A. Summary of NOx Emissions Reduction from Biomass Cofiring /Golden: Na-
tional Renewable Energy Laboratory, 2002, ð. 10. Mode of access: http://www.nrel.gov/
docs/fy02osti/32260.pdf.
Í.². Äóíàºâñüêà, ß.². Çàñÿäüêo, Ï.ß. Çàñÿäüêî, Ò.Ñ. Ùóäëî
102 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2017. V. 39. ¹ 3
4. Sloss L. Emissions from cofiring coal, biomass and sewage sludge / IEA Clean Coal Centre,
2010, ð. 46. Mode of access: https://www.usea.org/sites/default/files/102010_ Emissions%20
from%20cofiring%20coal%2C%20biomass%20and%20sewage%20sludge_ ccc175.pdf
5. Fernando R. Fuels for biomass cofiring / IEA Clean Coal Centre, 2005, ð. 37.
6. Çàñÿäüêî ß.²., ̳ðîøíèê Ì.Ì., Çàñÿäüêî Ï.ß. Òåðìîãðàâ³ìåòðè÷í³ äîñë³äæåííÿ áóðÿ-
êîâîãî æîìó // Öóêîð Óêðà¿íè, 2012, ¹ 2(74), ñ. 29—32.
7. Ìàòâåé÷óê À.Ì. Î òåõíîëîãèè ñîâìåñòíîãî ñæèãàíèÿ áóðîãî óãëÿ è ñîëîìû â òîïî÷-
íûõ êàìåðàõ ñ íåïîäâèæíûì ñëîåì // ³äíîâëþâàëüíà åíåðãåòèêà, 2012, ¹ 3 (30),
ñ. 79—83.
8. Dunaievska N., Chernyavskiy M., Shchudlo T. Co-combustion of solid biomass in pulveri-
zed anthracite-coal firing boilers // Ukrainian Food Journal, 2016, Vol. 5, p. 748—764.
9. Ãðèãîðüåâ Â.À., Çîðèí Â.Ì. Òåîðåòè÷åñêèå îñíîâû òåïëîòåõíèêè. Ì.: Ýíåðãîàòîìèç-
äàò, 1988. — 556 ñ.
Íàä³éøëà 27.03.17;
ï³ñëÿ äîîïðàöþâàííÿ 11.05.17
REFERENCES
1. Dunaievska, N., Zasiadko, Ya., Shupik, I. and Shchudlo, T. (2007), “Overview of technology
of biomass and coal cofiring in the coal-dust furnaces”, Energotekhnologii i resursosbere-
zheniye, no. 3, pp. 3-8.
2. Biomass combustion and cofiring, available at: http://www.ieabcc.nl (accessed Mar. 14,
2017).
3. Dayton, D. (2002), A summary of NOx emissions reduction from biomass cofiring, Golden:
National Renewable Energy Laboratory, pp.1-10, available at: http://www.nrel.gov/docs/
fy02osti/32260.pdf (accessed March 14, 2017).
4. Sloss, L. (2010), “Emissions from cofiring coal, biomass and sewage sludge”, IEA Clean Coal
Centre, pp.1-46, available at: https://www.usea.org/sites/default/files/102010_Emissions%
20from%20cofiring%20coal%2C%20biomass%20and%20sewage%20sludge_ccc175.pdf (ac-
cessed Mar. 14, 2017).
5. Fernando, R. (2005), “Fuels for biomass cofiring”, IEA Clean Coal Centre, p. 37.
6. Zasiadko, Ya.I., Myroshnyk, M.M. and Zasiadko, P.Ya. (2012), “Thermogravimetric research
of sugar beet pulp”, Tsukor Ukrainy, no. 2 (74), pp. 29-32.
7. Matveichuk, A. (2012), “On technology of cofiring of brown coal and straw in furnaces with
immobile layer”, V³dnovliuvana energetika, no. 3 (30), pp. 79-83.
8. Dunaievska, N., Chernyavskiy, M. and Shchudlo, T. (2016), “Co-combustion of solid bio-
mass in pulverized anthracite-coal firing boilers”, Ukrainian Food Journal, Vol. 5, pp. 748-
764.
9. Grigoryev, V.A. and Zorin, V.M. (1988), Teoreticheskie osnovy teplotekhn³ki [Theoretical
principles of heat engineering], Energoatomizdat, Moscow, USSR.
Received 27.03.17;
after revision 11.05.17
Ìàòåìàòè÷íà ìîäåëü ïðîöåñ³â ñï³ëüíîãî ñïàëþâàííÿ á³îìàñè ç âóã³ëëÿì â êîòë³
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2017. Ò. 39. ¹ 3 103
N.². Dunayevska, Ya.I. Zasiadko, P.Ya. Zasiadko, T.S. Shchudlo
MATHEMATICAL MODEL OF THE PROCESSES
OF BIOMASS AND COAL CO-FIRING IN TPP BOILERS
A geometric model of the work area of the experimental unit for the combustion and gasification
of pulverized coal has been created in the Gambit software. The corrections of the registration of
the platinum-platinum-rhodium (PP) thermocouples have been calculated with the help of the in-
tegral model of the unit high temperature flow gasification with capacity up to 100 kg per hour of
coal in a vertical design (VGP-100V) in experimental conditions of combustion of natural gas.
Based on the ANSYS CFX software, a three-dimensional model of processes in the burner with
thermochemical preparation of low-reaction coal of TPP-210A boiler of Tripolskaya TPP has
been developed. The initial data are presented for the design of a 65 MW burner for the TPP-
210A boiler for the implementation of the coal and biomass co-firing technology at TPPs of
Ukraine.
K e y w o r d s: co-firing, biomass, coal, anthracite.
ÄÓÍÀªÂÑÜÊÀ Íàòàë³ÿ ²âàí³âíà, êàíä. òåõí. íàóê, äèðåêòîð, ïðîâ. íàóê. ñï³âð. ²í-òà âóã³ëüíèõ
åíåðãîòåõíîëîã³é ÍÀÍ Óêðà¿íè.  1975 ð. çàê³í÷èëà Êè¿âñüêèé ïîë³òåõí³÷íèé ³í-ò. Ñôåðà
íàóêîâèõ äîñë³äæåíü — òåðì³÷íå ïåðåòâîðåííÿ òâåðäèõ ïàëèâ.
ÇÀÑßÄÜÊÎ ßðîñëàâ ²âàíîâè÷, êàíä. òåõí. íàóê, ïðîôåñîð Íàö³îíàëüíîãî óí³âåðñèòåòà õàð-
÷îâèõ òåõíîëîã³é.  1975 ð. çàê³í÷èâ Êè¿âñüêèé ïîë³òåõí³÷íèé ³í-ò. Ñôåðà íàóêîâèõ äîñë³ä-
æåíü — áàãàòîôàçí³ ïîòîêè, òåïëîïåðåäà÷à, òåðìîäèíàì³÷íèé àíàë³ç, ñï³ëüíå ñïàëþâàííÿ
á³îìàñè ç âóã³ëëÿì.
ÇÀÑßÄÜÊÎ Ïàâëî ßðîñëàâîâè÷, ìàã³ñòð åíåðãåòèêè, ìîë. íàóê. ñï³âð. Íàö³îíàëüíîãî óí³âåð-
ñèòåòà õàð÷îâèõ òåõíîëîã³é.  2012 ð. çàê³í÷èâ Íàö³îíàëüíèé òåõí³÷íèé óí³âåðñèòåò «Êè¿âñü-
êèé ïîë³òåõí³÷íèé ³í-ò». Ñôåðà íàóêîâèõ äîñë³äæåíü — òåïëîïåðåäà÷à, òåðìîäèíàì³÷íèé
àíàë³ç, CFD-ìîäåëþâàííÿ ïðîöåñ³â òåïëîìàñîîáì³íó.
ÙÓÄËÎ Òàðàñ Ñåðã³éîâè÷, ìàã³ñòð åíåðãåòèêè, ìîë. íàóê. ñï³âð. ²í-òà âóã³ëüíèõ åíåðãî-
òåõíîëîã³é ÍÀÍ Óêðà¿íè.  2007 ð. çàê³í÷èâ Íàö³îíàëüíèé òåõí³÷íèé óí³âåðñèòåò «Êè¿âñüêèé
ïîë³òåõí³÷íèé ³í-ò». Ñôåðà íàóêîâèõ äîñë³äæåíü — ñï³ëüíå ñïàëþâàííÿ òâåðäî¿ á³îìàñè ç
âóã³ëëÿì.
Í.². Äóíàºâñüêà, ß.². Çàñÿäüêo, Ï.ß. Çàñÿäüêî, Ò.Ñ. Ùóäëî
104 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2017. V. 39. ¹ 3
|