Марколенко Т. Д. Модель і метод регулювання теплової потужності котла при зміні теплотворної здатності вуглеводного палива для підвищення ефективності.

Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної науково-технічної проблеми підвищення енергоефективності та екологічної безпеки процесу спалювання суміші вуглеводневих палив змінного складу в парових котлах. Для досягнення цієї мети в роботі запропоновано удосконалення математичної моделі керування тепловою потужністю з урахуванням змінної теплотворної здатності палива. Розроблено адаптивний метод регулювання об’єму та температури димових газів із автоматичним керуванням складом паливної суміші відповідно до поточного теплового навантаження. Застосування розробленого підходу забезпечує стабільність температурного режиму, підвищення коефіцієнта корисної дії котла та зменшення питомих викидів CO2 без необхідності модернізації обладнання, що відповідає сучасним вимогам сталого розвитку енергетики. Обґрунтовано доцільність технічних рішень на основі чисельного моделювання, яке підтвердило їх енергоефективність, стійкість процесу горіння та зниження негативного впливу на довкілля. Запропоновані підходи базуються на чітко визначених показниках якості спалювання та критеріях ефективності автоматизованого регулювання, що дозволяє здійснити об’єктивну оцінку рівня оптимізації котельного обладнання за умов змінного паливного складу. У першому розділі здійснено огляд сучасних систем автоматизованого керування котлами, класифіковано види вуглеводневих палив і визначено їх фізико-хімічні властивості. Обґрунтовано потребу в новій моделі, яка дозволяє підтримувати сталий об’єм димових газів при зміні складу пального. У другому розділі побудовано математичну модель котла як об’єкта керування, що враховує зміну теплотворної здатності паливної суміші. Розроблено імітаційну модель процесу горіння з урахуванням хімічної рівноваги. Проведено верифікацію моделей на прикладі природного газу, деревини та біогазу. Модель виявилася надійною та придатною до практичного застосування. У третьому розділі запропоновано метод регулювання теплової потужності шляхом зміни співвідношення компонентів паливної суміші (зокрема, метану та низькокалорійного газу) при сталій об’ємній витраті. Такий підхід дозволяє утримувати сталі параметри димових газів і термічну стабільність у котлі навіть за умов змінного навантаження, що критично важливо для уникнення теплових втрат. У четвертому розділі розроблено спосіб автоматизованого регулювання теплової потужності котла з урахуванням поточної теплотворної здатності палива. Створено структуру багаторівневої системи автоматичного керування з каскадною координацією регуляторів, модулем онлайн-визначення теплотворної здатності та алгоритмом адаптивного змішування пального. Результати чисельного моделювання підтвердили ефективність розробленого способу в широкому діапазоні навантажень (40–100 %), забезпечуючи постійну витрату димових газів та стабільну теплову потужність. Практичне значення результатів дисертації полягає у можливості впровадження запропонованих рішень у існуючі котельні установки без їх модернізації, з метою ефективного використання газоподібних палив різного походження та зменшення негативного впливу на довкілля. Ключові слова: суміш палив, енергоефективність, теплотворна здатність палива, спалювання, температура димових газів, об’єм димових газів, регулювання потужності, автоматична система управління, класифікація, система керування, математична модель, показники якості, критерій ефективності, екологічна безпека, довкілля.