МОДЕЛЮВАННЯ ЗМІНИ ТЕПЛОВОГО НАВАНТАЖЕННЯ  КОТЛА Е-50-3,9-440ГМ (ГМ-50)  НА ТЕПЛОВІ І ЕКОЛОГІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Олександр Баранюк; Ольга Черноусенко

doi:10.20535/1813-5420.1.2026.339856

Автор(и)

Олександр Баранюк Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна http://orcid.org/0000-0001-6008-6465
Ольга Черноусенко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-1427-8068

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.1.2026.339856

Ключові слова:

горіння, котел, CFD моделювання, гідродинамічна взаємодія, факел, NOx, тепловий потік

Анотація

В статті представлені результати дослідження процесу спалювання природного газу у паливні парового котла ГМ-50, оцінка його ефективність та вивчення впливу на екологічні показники, що виконані за допомогою CFD-моделювання в безкоштовній студентській версії ANSYS Student. Метою роботи є прогнозування утворення NO_х у паливні котла ГМ-50 при різних навантаженнях шляхом CFD-моделювання процесів горіння. Об’єктом дослідження є процеси, які мають місце при спалюванні газоподібного палива і їх вплив на показники роботи парового котла ГМ-50. Предметом дослідження є CFD-модель паливні котла ГМ-50, штатні пальники якого здатні працювати як на рідкому так і на газоподібному паливі. Верифікація CFD-моделі, яка проводилась як з використанням відомої аналітичної методики, так і експериментальних даних, отриманих службою енергоресурсів ПАТ «Київенерго» свідчить, що розбіжність значень аналітичних розрахунків і розрахунків моделі не перевищує 6,7 %. В якості параметра порівняння вибрана середня температура димових газів в «вікні фестона».

Посилання

Baraniuk O.V. (2025) Modeling of flow and phase transition in the natural circulation circuit of the GM-50-1 boiler (E-50-3,9-440GM) [Modelyuvannya techiyi i fazovoho perekhodu v konturi pryrodnoyi tsyrkulyatsiyi kotla HM-50-1 (E-50-3,9-440HM)] // Vcheni zapysky TNU imeni V.I. Vernadskoho. Seriya: Tekhnichni nauky. Vol. 36 (75), No 5, Part 1. pp. 118–124. DOI: 10.32782/2663-5941/2025.5.1/16. (Ukr)

Baraniuk O.V., Chernousenko O.Yu., Rachynskyi A.Yu. (2025) CFD modeling of steam separation in the drum separator of the GM-50 boiler type (E-50-3,9-440GM) [CFD-modelyuvannya separatsiyi pary v baraban-separatori kotla typu HM-50 (E-50-3,9-440HM)] // Informatyka. Kultura. Tekhnika. Vol. 2. pp. 496–501. DOI: 10.15276/ict.02.2025.74. (Ukr)

Association Agreement between Ukraine, on the one hand, and the European Union, the European Atomic Energy Community and their member states, on the other hand: Law of Ukraine No. 1678-VII of 16.09.2014. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/984_011#Text (date of application: 10.09.2025).

On the approval of technological standards for permissible emissions of pollutants from thermal power plants, the nominal thermal power of which exceeds 50 MW: Order of the Ministry of Environmental Protection of Ukraine dated 10/22/2008 No. 541. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z1110-08 (date of application: 10.09.2025).

Directive 2010/75/EU of the European parliament and of the council of 24 November 2010 on industrial emissions (integrated pollution prevention and control): Official Journal of the European Union. 2010. 17 December. 119 p. URL: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32010L0075 (date of application: 10.09.2025).

Lavrentsov E.M., Sigal I.Ya., Smikhula A.V., Dombrovska E.P., Kernazhitska O.S., Marasin A.V. (2019) Experience in the development, implementation and modernization of water heating boiler units with two-light screens and slotted floor burners [Dosvid rozrobky, vprovadzhennya ta modernizatsiyi vodohriynykh kotloahrehativ z dvosvitnymy ekranamy ta shchilynnymy podovymy palʹnykamy] // Енерготехнології та ресурсозбереження . No 3. pp. 17-26. DOI: 10.33070/etars.3.2019.02. (Ukr)

Directive (EU) 2015/2193 of the European parliament and of the council of 25 November 2015 on the limitation of emissions of certain pollutants into the air from medium combustion plants: Official Journal of the European Union. 2015. 28 November. 19 p. URL: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32015L2193 (date of application: 10.09.2025).

ANSYS. The best tools for engineering calculations [Electronic resource] URL: https://www.ansys.soften.com.ua (date of application: 10.05.2024).

Aspden A. J., Day M. S., Bell J. B. (2016). Three-dimensional direct numerical simulation of turbulent lean premixed methane combustion with detailed kinetics. Combust. Flame. No166: pp. 266–283.

Wang H., Hawkes E. R., Savard B., Chen J. H. (2018). Direct numerical simulation of a high Ka CH4/air stratified premixed jet flame. Combust. Flame. No193. pp. 229–245.

Chen W., Liu G. (2015) Numerical Investigation on the Flow, Combustion and NOx Emission Characteristics in a 10 MW Premixed Gas Burner. The Open Fuels & Energy Science Journal; No.8. pp. 1–13.

Trisjono P., Kleinheinz K., Kang S., Pitsch H. (2014) Large eddy simulation of stratified and sheared flames of a premixed turbulent stratified flame burner using a flamelet model with heat loss. Flow Turbulence Combust. No. 92. Pp. 201–235.

Boilers of Small and Average Power, Catalog of M .: Research Institute of Informenergomash, 1987, p. 208p.

Ye. P. Kobylynskyi, “CFD modeling of gas combustion in the furnace of the GM-50-1 steam boiler using ANSYS-CFX [CFD-modeliuvannia zghoriannia hazu u palyvni parovoho kotla HM-50-1 zasobamy ANSYS-CFX],” Master’s thesis, Spec. 144 Heat Power Engineering, Kyiv, Ukraine, 2024.

ANSYS FLUENT 14.5 Theory Guide, (2012) ANSYS Inc. ANSYS Help, URL: https://ansyshelp.ansys.com (дата звернення: 10.09.2025).

Tuz, V.O., Marynenko, V.I. and Vasechko, O.O. (2014) Methodological instructions for calculation and graphic work in the discipline "Steam Boilers" [Metodychni vkazivky do rozrakhunkovo-hrafichnoyi roboty z dystsypliny «Parovi kotly»] // Kyiv: NTUU "KPI". 27 p. Available at: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/8079. (Ukr).

Maksym Lohvyniuk, Yevhen Novakivskyi. (20240. CFD modeling of thermal processes in the firebox and heat load distribution on the screen surface firebox. Heliyon, 10(5), e27324, 2024: 1-24. DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e27324.

Volchyn I.A., Dunaevska N.I., Gaponych L.S., Chernyavskyi M.V., Topal O.I., Zasyadko Y.I. (2013) Prospects for the introduction of clean coal technologies in the energy industry of Ukraine [Perspektyvy vprovadzhennya chystykh vuhilʹnykh tekhnolohiy v enerhetyku Ukrayiny]: K.: GNOZIS. 308 p. (Ukr)

O.A. Siryy, M.Z. Abdulin, O.V. Baranyuk (2016) Study of the hydrodynamics of the air flow in the jet-niche system of fuel combustion [Doslidzhennya hidrodynamiky potoku povitrya v strumenevo-nisheviy systemi spalyuvannya palyva]. Bulletin of the KhPI National Technical University. Collection of scientific works. Series: Energy and heat engineering processes and equipment. Kharkiv: NTU "KhPI", No. 9(1181). - pp. 94-100. DOI: 10.20998/2078-774X.2016.09.14 (Ukr)

Chernousenko O.Yu., Rachinsky A.Yu., Baranyuk O.V. (2024) CFD modeling of fuel boiler GM-50 (E-50-3.9-440GM). [CFD modelyuvannya palyvni kotla HM-50 (N-50-3,9-440HM)] Energy technologies and resource conservation. . Vol 79 No 2. pp. 138-149, DOI: https://doi.org/10.33070/etars.2.2024.10.

Mario Nowitzki. Development and validation of a gas-liquid two-phase model for industrial computational fluid dynamics applications. Thesis for: Doctoral / Technical University of Applied Sciences Wildau. Deutschland. 2020. 228 р. DOI: 10.26127/BTUOpen-5413.

Kitto, John B. and Stultz, eds. (2005). Steam: Its generation and use.41. ed., 1. print. Barberton, Ohio: Babcock & Wilcox. ISBN: 0963457012.