Аналіз процесів теплообміну для промислових твердопаливних котлів на біомасі.
Автор: Линок Юрій Миколайович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Теплоенергетика
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: заочна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Линок Ю.М., Кравець Т.Ю. (керівник). Аналіз процесів теплообміну для промислових твердопаливних котлів на біомасі. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2023. Розширена анотація. Розвиток енергетики України, за останні десять років, показав дефіцит ефективних та екологічних теплоенергетичних потужностей, який позначився на економічному розвитку держави [1, 2]. У зв’язку з військовим станом в державі спостерігається значне недовироблення електроенергії, а тарифи на неї зросли в 1,8-2 рази. Щорічно на території України утворюється до 1,7-1,9 млрд. тон біомаси. По оцінках експертів в енергетичних цілях в Україні вже сьогодні технічно можливо щорічно використовувати до 15,0 млн. т енергетичної біомаси, до 10 млн. т твердих побутових відходів міст [2]. Одним з найбільш перспективних напрямків спрямованих на перероблення біомаси для енергетичних потреб в західній Європі, США та Японії стало дослідження та проектування відповідного котельного устаткування. Сьогодні ринок біомаси, як енергетичного палива росте колосальними темпами. У даний час на біомасі працюють комунальні котельні, промислові підприємства та електростанції середньої потужності. При існуючих, в Україні, цінах на електроенергію та викопне органічне паливо опалювати житлові і виробничі приміщення енергетичною біомасою в 2,5 - 3 рази дешевше, ніж електроенергією. У зв’язку з важким станом паливно-енергетичного сектору України, що обумовлено військовим станом в державі, дефіцитом усіх видів палива, зменшенням об’ємів добування вугілля, виявилась необхідність у використанні місцевих видів енергоресурсів, зокрема і енергетичної біомаси. Вирішення даної задачі слід шукати у впровадженні у промислове використання джерел енергії, які досі не враховувалися у паливно-енергетичному балансі України. Також слід приділяти увагу проектуванню та розробці нових методів експлуатації паливних ресурсів, які дозволять повністю використовувати їх тепловий потенціал та звести втрати енергії до мінімуму. Один з шляхів вирішення даної задачі є аналіз процесів теплообміну для промислових твердопаливних котлів на біомасі та запровадження нових технологій спалювання такого палива [3, 4]. Актуальність даної роботи полягає у прогнозуванні техніко-економічних та екологічних показників під час спалювання біомаси в котлах, встановленні закономірностей та реагуванні на механізми процесів теплообміну в паливні на основі адекватних моделей. Робота присвячена аналізу процесів теплообміну в паливні котлів, та моделюванню їх допомогою мережевого 3D та одновимірного програмного пакета. Об’єкт дослідження – процеси теплообміну в паливні для промислових твердопаливних котлів на біомасі. Предмет дослідження – моделювання процесів теплообміну в паливні промислових твердопаливних котлів на біомасі для підвищення ефективності їх експлуатації. Метою дослідження є розробка вдосконаленого пакету прикладних програм і його випробування для оцінки процесів теплообміну в паливні промислових твердопаливних котлів на біомасі. У першому розділі роботи представлено огляд останньої літератури, щодо середовищ для моделювання складних процесів теплообміну, щоб показати, як зазвичай застосовуються ці різні підходи для розв’язання різнопланових задач об’єктів теплоенергетики. Другий розділ присвячений детальному опису методології мережевого 3D та одновимірного моделювання, який висвітлює основні припущення, фундаментальні основи та закономірності закладені в ньому. Виконано моделювання мережі потоків води, повітря і димових газів для топки котла, а також наведено моделі радіаційно-конвективних поверхонь нагріву. У третьому розділі наведено нові наукові результати двох тематичних досліджень у яких застосовувалася 3D мережева та одновимірна методології моделювання, і результати порівнювалися з вимірюваннями на місці, які підкреслюють вплив різних припущень під час аналізу процесів теплообміну для промислових твердопаливних котлів на біомасі та вугіллі. В економічній частині роботи виконано розрахунок терміну окупності при заміні газової котельні на котельню із спалюванням біомаси. У розділі автоматизації розроблено систему автоматичного регулювання твердопаливної котельні на сучасних засобах автоматизації для стійкого контролю та регулювання витрати теплової енергії [5]. Ключові слова: котел, моделювання процесів котлів; паливня; радіаційно-конвективний теплообмін, теплообмінник. Перелік використаних літературних джерел: 1. Микитенко В. Енергоефективність національної економіки: соціально-економічні аспекти / В. Микитенко / Енерго ресурс: Вісн. НАН України. – № 10. 2006 – С. 17–26. 2. Скорочення викидів та покращення маневровості теплових станцій: монографія (видання 2-ге, доповнене) / М.П. Кулик, Т.Ю. Кравець. – Львів: Растр-7, 2019. – 229с. 3. Моделювання горіння твердого палива. Волков Е.П., Зайчик Л.І., Першуков В.А., М.: Наука, 1991. – 320 с. 4. Rousseau, P.; Laubscher, R.; Rawlins, B.T. Heat Transfer Analysis Using Thermofluid Network Models for Industrial Biomass and Utility Scale Coal-Fired Boilers. Energies 2023, 16, 1741. 5. Чистович С.А. (1994) Автоматизация установок систем теплоснабжения, М.: Стройиздат, - 201с.