Establishing the Regression Dependence of Boiler Efficiency while Combusting Biomass on its Moisture
DOI:
https://doi.org/10.31649/1997-9266-2025-183-6-53-59Keywords:
boiler, efficiency, biomass, combustion, humidity, mathematical modeling, regression analysis, regression dependenceAbstract
Biomass utilization by combustion makes it possible to reduce the consumption of traditional energy resources, which corresponds to the global trend towards the introduction of alternative and renewable energy sources and increasing the overall energy efficiency of industrial production. In this context, determining the regression dependence of the boiler efficiency on biomass moisture is an urgent scientific and technical task, since it can serve as the basis for developing an engineering methodology for calculating energy-efficient biomass combustion systems. The purpose of this study is to establish, using regression analysis, a functional relationship between the boiler efficiency and biomass moisture, which can be additionally applied in the development of an engineering methodology for designing energy-efficient thermal equipment. The study used regression analysis of single-factor experimental results and other pairwise dependencies, while the most adequate function was selected from sixteen common functional forms according to the criterion of the maximum correlation coefficient. Nonlinear dependencies were linearized using the appropriate linearizing mathematical transformations. The coefficients of the regression equations were determined using the least squares method, implemented in a specially developed computer program "RegAnaliz". As a result, a regression equation was obtained that describes the dependence of the boiler efficiency on the biomass moisture content. This relationship can be used for engineering calculations of equipment parameters to increase the energy efficiency of biomass combustion. Graphical interpretation of the obtained dependence was also constructed, which provides a clear visual representation and demonstrates an acceptable correspondence between theoretical predictions and experimental data. It was found that the boiler efficiency decreases with increasing moisture content in biomass according to the power law of dependence.
References
Н. Д. Степанова, Я. О. Глеба, і О. С. Чорнобай, «Екологічні та економічні питання переведення промислової парової котельні на спалювання біомаси,» на Енергоефефктивність в галузях економіки України – 2023, Міжнар. наук.-техн. конф., 4 с. Вінниця: ВНТУ, [Електронний ресурс]. Режим доступу:
https://conferences.vntu.edu.ua/index.php/egeu/egeu2023/paper/viewFile/19481/16125 .
Г. Гелетуха, Підготовка та впровадження проектів заміщення природного газу біомасою при виробництві теплової енергії в Україні, практичний посіб. Київ, 2015, 71 с.
Т. А. Орлова, «Екологічна оцінка земельних ділянок, зайнятих об'єктами поводження з відходами,» Містобудування та територіальне планування, наук.-техн. збірник, вип. 25, с. 167-181, 2006.
О. В. Березюк, В. О. Краєвський, і Л. Л. Березюк, «Динамiка поширеності методiв поводження з твердими побутовими відходами в ЄС,» Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 1, с. 104-109, 2020. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2020-148-1-104-109 .
В. К. Рижий, Т. І. Римар, і І. Л. Тимофєєв, «Утилізація твердих побутових відходів на наявних комунальних ТЕЦ,» Вісник Національного університету «Львівська політехніка», № 712, Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація, с. 17-22, 2011.
А. В. Ляшеник, Л. О. Тисовський, Л. М. Дорундяк, і Ю. Р. Дадак, «Обґрунтування конструкції циклона для очищення повітря на підприємствах деревообробної галузі,» Науковий вісник НЛТУ України, т. 21, № 9, с. 119-125, 2011.
Y. Li, H. Liu, and O. Zhang, “High-pressure compaction of municipal solid waste to form densified fuel,” Fuel Processing Technology, vol. 74, no. 2, рp. 81-91, 2001.
Г. А. Голуб, Н. М. Цивенкова, В. В. Чуба, С. М. Кухарець, Я. Д. Ярош, і М. Б. Терещук, «Дослідження ефективності роботи твердопаливного котла на рослинній біомасі,» Технологічний аудит та резерви виробництва, № 5/1(49), с. 22-28, 2019.
О. І. Сігал, та ін., «Дослідження кількості теплоти, що виділяється при спалюванні змішаних твердих побутових відходів м. Києва,» Промислова теплотехніка, т. 39, № 3, с. 78-84, 2017.
О. В. Березюк, і М. С. Лемешев, «Динаміка поширеності методів спалювання твердих побутових відходів в Україні,» Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 1, с. 6-10, 2022. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2022-160-1-6-10 .
М. М. Чепурний, І. М. Димнич, і О. В. Куцак, «Енергетична ефективність утилізації теплоти відхідних димових газів,» Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 3, с. 37-40, 2011.
C. Z. Sánchez, P. Gauthier-Maradei, and H. H. Escalante, “Effect of particle size and humidity on sugarcane bagasse combustion in a fixed bed furnace,” Revista ION, vol. 26, no. 2, pp. 73-85, 2013.
М. Ф. Боженко, «Методика вибору поверхневих утилізаторів теплоти димових газів в котельнях,» Вчені записки ТНУ імені В. І. Вернадського. Серія: Технічні науки, т. 36 (75), № 1, с. 107-113, 2025.
О. В. Березюк, «Установка із вібраційним гідроприводом для брикетування відходів деревообробної промисловості,» Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 4, с. 149-152, 2007.
Р. О. Навродська, «Підвищення ефективності теплоутилізаційних технологій для котельних установок комунальної енергетики,» Науковий вісник НЛТУ України, т. 25, № 9, с. 225-229, 2015.
М. С. Мальований, Н. Ю. Вронська, І. С. Тимчук, В. М. Жук, і О. І. Мороз, «Використання звязуючого натурального походження для удосконалення технології створення паливних брикетів із деревних відходів,» Водовідведення: проектування, будівництво, експлуатація, моніторинг, колективна моногр. Київ, Україна: Яроченко Я. В., 2023, с. 91-105.
М. Ф. Боженко, і О. В. Озеруга, «Підвищення енергетичної та екологічної ефективності поверхневих теплоутилізаторів димових газів водогрійних котелень,» KPI Science News, № 1, с. 7-14, 2020.
О. М. Корчевський, А. М. Сурженко, і М. І. Садовой, «Визначення раціональних параметрів для отримання багатокомпонентних брикетів,» Вісті Донецького гірничого інституту, № 2(35), с. 9-15, 2014.
А. Ф. Строй, та Б. М. Федяй, «Математична модель нестаціонарного теплообміну в топці теплогенератора,» Комунальне господарство міст, № 79, с. 255-264, 2007.
С. В. Гайда, «Технології та рекомендації до використання вживаної деревини в деревообробленні,» Ліс. госп-во, ліс., папер. та деревооб. пром-сть, міжвід. наук.-техн. зб., вип. 39.1, с. 48 67, 2013.
Т. В. Шелешей, «Розробка технічних рішень стосовно пониження температури димових газів при дослідженні впливу на них експлуатаційних і режимних параметрів,» Вчені записки ТНУ імені В. І. Вернадського. Серія: Технічні науки, т. 30 (69), ч. 2, № 2, с. 48-53, 2019.
М. Костюнін, В. Карманов, і В. Михайлик, «Дослідження процесу пресування дисперсних матеріалів з метою отримання паливних гранул, брикетів,» Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України, № 17(2), с. 341-345, 2013.
І. О. Назарова, «Утилізація теплоти димових газів котельних агрегатів у теплообмінному апараті контактного типу,» Вчені записки ТНУ імені В. І. Вернадського. Серія: Технічні науки, т. 33 (72), № 1, с. 212-216, 2022.
В. В. Клименко, В. І. Кравченко, В. І. Гуцул, і В. М. Боков, Технологічні основи виготовлення біопалива з рослинних відходів та їх композитів, моногр. Кропивницький, Україна: ПП «Ексклюзив-Систем,» 2017, 162 с.
М. К. Безродний, і Н. О. Притула, «Ефективність роботи теплового насоса в системі теплопостачання з використанням теплоти відхідних газів після конденсаційного котла,» Наукові вісті НТУУ «КПІ», № 5, с. 18-23, 2014.
В. І. Савуляк, О. В. Березюк, В. П. Пурдик, і С. П. Білошицький, «Експериментальне визначення необхідних умов і параметрів процесу та приводу пресування паливних брикетів з відходів деревини,» Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 5, с. 96-99, 2010.
Н. Д. Степанова, Я. О. Глеба, і М. О. Паламарчук, «Утилізація теплоти димових газів після парогенератора на біомасі,» на Інноваційні технології в будівництві, Міжнар. наук.-техн. конф. Вінниця, 2024, 4 с. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://conferences.vntu.edu.ua/index.php/itb/itb2024/paper/view/22679/18720 .
С. I. Левко «Огляд теорій процесу пресувaння,» Вісник Львів. HАУ «Агроінженерні дослідження», № 15, с. 458-467, 2010.
О. В. Березюк, і М. О. Паламарчук, «Залежність енергоефективності спалювання біомаси із утилізацією відхідних газів від її вологості,» Наукові праці Вінницького національного технічного університету, № 3, 8 с, 2025. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://praci.vntu.edu.ua/index.php/praci/article/view/857/800 .
В. А. Мельник, та ін., «Досвід реалізації інтенсифікації теплообміну в підігрівниках цукрових заводів,» Цукор України, № 3 (111), с. 11-14, 2015.
В. М. Михалевич, О. І. Шевчук, і Н. Л. Буга, «Математичні системи комп’ютерної алгебри як засіб підвищення ефективності і якості освітнього процесу з вищої математики,» Сучасні інформаційні технології та інноваційні методики навчання у підготовці фахівців: методологія, теорія, досвід, проблеми, зб. наук. праць, вип. 14, с. 357-360, 2007.
О. В. Березюк, «Комп’ютерна програма "Регресійний аналіз" ("RegAnaliz"),» Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 49486, Київ: Державна служба інтелектуальної власності України, дата реєстрації: 03.06.2013.
О. В. Березюк, «Встановлення регресій параметрів захоронення відходів та потреби в ущільнювальних машинах на основі комп’ютерної програми "RegAnaliz",» Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 1, с. 40-45, 2014.
Downloads
-
pdf (Українська)
Downloads: 11
Published
How to Cite
Issue
Section
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgment of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
