CFD-моделювання генерації забруднюючих речовин при спалюванні пелет, поширених на ринку України, в котлі типу СЕТ-АП 25

Анотація

Представлена робота присвячена аналізу енергетичних та екологічних характеристик паливних пелет, доступних на ринку України, при їх спалюванні у побутовому водогрійному котлі типу СЕТ потужністю 25 кВт. Котли цієї серії призначені для теплопостачання житлових будинків, об’єктів комунально-побутового та промислового призначення, обладнаних системами опалення з природною або примусовою циркуляцією води як теплоносія. Ескізні кресленики та частина теплогідравлічних характеристик котлів СЕТ знаходяться у відкритому доступі. Моделювання процесів спалювання твердого біопалива здійснювалося з використанням скінченно-елементного підходу в середовищі програмного комплексу ANSYS Student. Цей програмний продукт, що з 2015 року безкоштовно доступний для академічного використання, широко застосовується для вирішення ознайомлювальних і навчальних задач у технічних вищих навчальних закладах. З метою підтвердження достовірності моделі була проведена верифікація результатів CFD-моделювання на основі паспортних даних прототипу котла «СЕТ-25» для випадку спалювання пелет з твердих листяних порід деревини. Результати показали, що розбіжність між паспортними характеристиками і результатами числового моделювання не перевищує 2%. Це свідчить про коректність побудованої моделі та дозволяє використовувати її для моделювання спалювання інших типів біопалива: пелет з хвойних порід деревини, рапсу, пташиного посліду, соломи, а також донних мулів. Отримані дані дозволили оцінити теплотехнічні та екологічні характеристики роботи котла при використанні зазначених типів пелет. Ці результати можуть бути корисними як для проектування нових конструкцій водогрійних котлів, так і для вдосконалення існуючих моделей шляхом повіркових розрахунків. У ході дослідження було встановлено рівні емісії шкідливих речовин, зокрема оксидів азоту (NOₓ), під час спалювання різних типів пелет. Найвищий рівень емісії NOₓ (до 550 ppm) спостерігався при використанні пелет із донних мулів, тоді як найнижчий (близько 180 ppm) – при спалюванні пелет з твердих сортів деревини. Показано, що незалежно від типу використаного біопалива, котел здатен забезпечити необхідні режимні параметри роботи. Однак для пелет з нижчою теплотворною здатністю потребується збільшення добової витрати палива у порівнянні з базовим варіантом – пелетами з деревини твердих порід.