Specific Features of Calculation of Medium-Power Wood Chips Water Heating Boilers

Authors

  • L. A. Bodnar Vinnytsia National Technical University
  • D. V. Stepanov Vinnytsia National Technical University

DOI:

https://doi.org/10.31649/1997-9266-2025-180-3-56-62

Keywords:

wood chips, hot water boiler, efficiency, exhaust gas temperature, coefficient of thermal efficiency, heat transfer intensification

Abstract

The paper studies the performance of a 1800 kW water heating boiler for burning wood chips. Literature information on methods for calculating medium-power water heating boilers using solid biofuels is analyzed. It is noted that the introduction of solid biofuel boilers will contribute to the replacement of fossil fuels, the renewal of technological parks of existing equipment, the development of the production of new equipment, and its installation and maintenance activities. It is shown that in modern literature there is very little information on the methods for calculating medium-power boilers on solid biomass, and the available information is not systematized and not generalized. It is shown that in the Normative Method for Thermal Calculation of Boiler Units there is no information on the features of calculating boilers on solid biomass, namely: there are no recommendations for calculating heat exchange in the boiler furnace, in a heat exchanger with intensified heat exchange for boilers on solid biomass. The influence of the ash removal fraction, excess air coefficient, wood moisture, and Aash coefficient on the temperature of flue gases at the boiler outlet and compared with operating data were investigated. The features of calculating a wood chip water heating boiler were proposed. The calculated gas temperature indicators at the boiler outlet were compared with operating data. It was shown that there is little information in the literature on the recommended values of the thermal stress of the combustion mirror for modern methods of burning solid plant biomass. It was indicated that the study of solid biomass combustion processes and the development of calculation methods, the formation of a database on the coefficients required for calculation are quite relevant tasks.

It was indicated that at this stage of research, the method for calculating heat transfer in the boiler furnace, given in the normative method of thermal calculation of boiler units, should be used for calculating medium-power water heating boilers. Despite the simplifications incorporated in the mathematical model, the results of calculations and operating data do not differ significantly.

Author Biographies

L. A. Bodnar, Vinnytsia National Technical University

Cand. Sc. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Chair of Thermal Power Engineering

D. V. Stepanov, Vinnytsia National Technical University

 Cand. Sc. (Eng.), Associate Professor, Head of the Chair of Thermal Power Engineering

References

Підготовка та впровадження проектів заміщення природного газу біомасою при виробництві теплової енергії в Україні. Практичний посібник, Г. Г. Гелетуха, Ред. Київ, Україна: Поліграф плюс, 2016, 104 с.

T. Nussbaumer, “Low emission biomass combustion in automated boilers for heat and power,” IEA Bioenergy, t. 32, 46 p. 2024. [Electronic resource]. Available: https://www.ieabioenergy.com/wp-content/uploads/2024/09/Nussbaumer_IEA-Bioenergy-Task32-Emissions-Report_2024_08_20.pdf .

Д. В. Степанов, і Л. А. Боднар, Енергетична та екологічна ефективність водогрійних котлів малої потужності, моногр. Вінниця, Україна: ВНТУ, 2011, 151 с.

T. Zadravec, B. Rajh, and F. Kokalj, “CFD modelling of air stages combustion in a wood pellet boiler using the coupled modelling approach,” Thermal Science and Engineering Progress, vol. 20, December. 2020. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2020.100715 .

А. П. Фалендиш, О. В. Клецька, і Є. А. Бітюра, «Модель розрахунку твердопаливного котла невеликої потужності,» Збірник наукових праць Українського державного університету залізничного транспорту, вип. 166, с. 185-190, 2016.

Г. Г. Гелетуха, “Науково-технічні засади виробництва енергії з біологічних видів палива.” дис. д-ра техн. наук, Інститут технічної теплофізики НАН України, Київ, 2021 р.

K. Ronewicz, T. Turzynski, and D. Kardas, “Design and distribution of air nozzles in the biomass boiler assembly,” Transactions of the institute of fluid-flow machinery, no. 125, pp. 13-28, 2013.

L. A. Bodnar, D. V. Stepanov, and A. N. Dovgal, “Experimental investigations of the energy and environmental indices of operation of a low capacity combined gas producer and hot-water boiler,” Journal of engineering physics and thermophysics, vol. 88, pp. 962-967, August, 2015. https://doi.org/10.1007/s10891-015-1271-x .

Л. А. Боднар, Д. В. Степанов, і Р. В. Сливко, «Експериментальні дослідження показників роботи теплогенератора потужністю 1500 кВт на соломі,» Наукові праці Вінницького національного технічного університету, № 1, 2017. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://praci.vntu.edu.ua/index.php/praci/article/view/497/494 .

М. М. Чепурний, Д. В. Степанов, і Є. С. Корженко, Теплові розрахунки парогенераторів. Вінниця, Україна: ВНТУ, 2005, 155 с.

Л. А. Боднар, «Раціональні методи інтенсифікації теплообміну в газотрубних котлах,» Науково-технічний збірник «Сучасні технології матеріали і конструкції в будівництві», № 2, с. 93-98, 2018.

Л. А. Боднар, «Ефективність інтенсифікації теплообміну в теплогенераторі на щепі деревини,» Всеукраїнський науково-технічний журнал. Техніка, енергетика, транспорт АПК, № 4, с. 124-128, 2017.

M. Bosnjakovic, N. Veljic, and C. Soldan, “Influence of moisture content in wood chips on the boiler operation,” 7 th international conference Vallis Aurea: research&innovation, Pozega-Slavonia, Croatia, pp. 91-101, 2020. [Electronic resource]. Available: https://hrcak.srce.hr/omp/index.php/ftrr/catalog/view/18/17/1132 .

Downloads

Abstract views: 18

Published

2025-06-27

How to Cite

[1]
L. A. Bodnar and D. V. Stepanov, “Specific Features of Calculation of Medium-Power Wood Chips Water Heating Boilers”, Вісник ВПІ, no. 3, pp. 56–62, Jun. 2025.

Issue

Section

ENERGY GENERATION, ELECTRIC ENGINEERING AND ELECTROMECHANICS

Metrics

Downloads

Download data is not yet available.

Most read articles by the same author(s)

1 2 > >>