News of the Kabardino-Balkarian Scientific Center of the Russian Academy of SciencesNews of the Kabardino-Balkarian Scientific Center of the Russian Academy of SciencesИзвестия Кабардино-Балкарского научного центра РАН1991-66392949-194030616210.35330/1991-6639-2025-27-3-73-87JADOFMАвтоматизация и управление технологическими процессами и производствамиAutomation and control of technological processes and productionsResearch ArticleSimulation modeling of black liquor combustion subsystem in a recovery boiler furnaceИмитационное моделирование подсистемы сжигания черного щелока в топке содорегенерационного котлоагрегатаhttps://orcid.org/0000-0002-0668-85933884-5685КовалёвД. А.KovalevD. A.
Russian Federation

канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой автоматизации технологических процессов и производств

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Automation of technological processes and productions

d.a.kovalyov@yandex.ruВысшая школа технологии и энергетики, Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайнаHigher School of Technology and Power Engineering, Saint Petersburg State University of Industrial Technology and Designru211020252025273VOL 27, NO3 (2025)ТОМ 27, №3 (2025)738725082025Copyright ©; 2025, Kovalev D.A.Copyright ©; 2025, Ковалёв Д.А.2025Kovalev D.A.Ковалёв Д.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rcsi.science/1991-6639/article/view/306162

A simulation model of the subsystem for black liquor burning in the recovery boiler furnace has been developed to effectively address problem of obtaining target products resulted from black liquor combustion – sodium carbonate and sodium sulfide. The model developed enables the following processes to be simulated: black liquor combustion: to study influence of black liquor composition, air flow rate, temperature and other factors on the recovery boiler efficiency; sodium sulfate reduction: to study the influence of temperature, gas composition and carbon content on the rate of sodium sulfate reduction to sodium sulfide in the recovery boiler. Application of the simulation model allows optimizing the combustion process, minimizing pollutants emitted into the air, diminishing the use of resources and the generation of waste, and increasing the overall efficiency of the regenerative cycle.

Для решения задачи получения целевых продуктов сжигания черного щелока в топке СРК – карбоната и сульфида натрия – выполнена разработка имитационной модели подсистемы сжигания черного щелока в топке СРК. Разработанная имитационная модель подсистемы сжигания черного щелока в топке СРК даст возможность моделировать процессы: горения черного щелока – для изучения влияния различных факторов (состав черного щелока, расход воздуха, температура) на эффективность сжигания и тепловую мощность СРК; восстановления сульфата натрия – для изучения влияния температуры, состава газов и содержания углерода на скорость восстановления сульфата натрия до сульфида натрия в СРК. Применение имитационной модели подсистемы сжигания черного щелока в топке СРК позволит оптимизировать процесс сжигания, минимизировать выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, снизить потребление ресурсов и отходов, а также повысить общую эффективность процессов регенерационного цикла.

recovery boilersimulation model of recovery boilerblack liquor combustion subsystempyrolysis zoneoxidation zoneсодорегенерационный котлоагрегатимитационная модель СРКподсистема сжигания черного щелоказона пиролизаокислительная зонаAlmeida G.J., Vakkilainen G., Laryshyn E. et al. Comparing a linear transfer function-noise model and a neural network to model boiler bank fouling in a kraft recovery boiler. TAPPI Journal. 2024. Vol. 23. Pp. 374–384. DOI: 10.32964/TJ23.7.374Almeida G.J., Vakkilainen G., Laryshyn E. et al. Comparing a linear transfer function - noise model and a neural network to model boiler bank fouling in a kraft recovery boiler // TAPPI Journal. 2024. Vol. 23. Pp. 374–384. DOI: 10.32964/TJ23.7.374Aniskin S.V., Kurov V.S. Recovery and purification of gas emissions from pulp production. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Lesnoy zhurnal [News of higher educational institutions. Forestry Bulletin]. 2024. No. 1(397). Pp. 182–194. DOI: 10.37482/0536-1036-2024-1-182-194. EDN: FAGREG. (In Russian)Анискин С. В., Куров В. С. Рекуперация и очистка газовых выбросов целлюлозного производства // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2024. № 1(397). С. 182 –194. DOI : 10.37482/0536-1036-2024-1-182-194. EDN : FAGREGBelisário A.B., Edberg A., Björk M. et al. On the diagnosis of a fouling condition in a kraft recovery boiler: combining process knowledge and data-based insights. TAPPI Journal. 2023. Vol. 22. Pp. 162–171. DOI: 10.32964/TJ22.3.162Belisário A.B., Edberg A., Björk M. et al. On the diagnosis of a fouling condition in a kraft recovery boiler: combining process knowledge and data-based insights // TAPPI Journal. 2023. Vol. 22. Pp. 162–171. DOI: 10.32964/TJ22.3.162Wang Y., Xu Y., Guo K., Yin X. Atomization numerical simulation of high solids content bamboo pulping black liquor based on VOF model. Nordic Pulp & Paper Research Journal. 2025. DOI: 10.1515/npprj-2024-0063Wang Y., Xu Y., Guo K., Yin X. Atomization numerical simulation of high solids content bamboo pulping black liquor based on VOF model // Nordic Pulp & Paper Research Journal. 2025. DOI: 10.1515/npprj-2024-0063da Silva P.S.P., Engblom P., Brink M. et al. An ignition delay time based criterion for the presence of envelope flame during black liquor droplet combustion. Fuel. 2025. Vol. 388. DOI: 10.1016/j.fuel.2025.134473da Silva P.S.P., Engblom P., Brink M. et al. An ignition delay time based criterion for the presence of envelope flame during black liquor droplet combustion // Fuel. 2025. Vol. 388. DOI: 10.1016/j.fuel.2025.134473Jafarihonar F., Vainio E., Hupa L., Hupa M.M. Deposit sintering in modern Kraft recovery boilers − The role of NaOH? Fuel. 2024. Vol. 371(12). P. 132138. DOI: 10.1016/j.fuel.2024.132138Jafarihonar F., Vainio E., Hupa L., Hupa M.M. Deposit sintering in modern Kraft recovery boilers − The role of NaOH? // Fuel. 2024. Vol. 371(12). P. 132138. DOI: 10.1016/j.fuel.2024.132138Niemi J., Balint R., Engblom M. et al. Equilibrium model approach to predict local chemical changes in recovery boiler deposits. Energy. 2024. Vol. 306. P. 132507. DOI: 10.1016/j.energy.2024.132507Niemi J., Balint R., Engblom M. et al. Equilibrium model approach to predict local chemical changes in recovery boiler deposits // Energy. 2024. Vol. 306. P. 132507. DOI: 10.1016/j.energy.2024.132507Niemi J., Balint R., Engblom M., Lindberg D. Modeling of Temperature Gradient-Induced Melt Movement within Kraft Recovery Boiler Ash Deposits. Energy & Fuels. 2025. Vol. 39(1). Pp. 454–464. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.4c04516Niemi J., Balint R., Engblom M., Lindberg D. Modeling of Temperature Gradient-Induced Melt Movement within Kraft Recovery Boiler Ash Deposits // Energy & Fuels. 2025. Vol. 39(1). Pp. 454–464. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.4c04516Tekhnologiya tsellyulozno-bumazhnogo proizvodstva: v 3 t. T. 3 [Pulp and paper production technology in 3 volumes. Vol. 3]. [Automation, standardization, economics and environmental protection in the pulp and paper industry]. Part 1. Avtomatizatsiya, standartizatsiya i ekonomika v TSBP [Automation, standardization and economics in the pulp and paper industry]. St. Petersburg: Politekhnika, 2008. 621 p. (In Russian)Технология целлюлозно-бумажного производства : в 3 т. Т. 3. Автоматизация, стандартизация, экономика и охрана окружающей среды в ЦБП. Ч. 1. Автоматизация, стандартизация и экономика в ЦБП. СПб.: Политехника, 2008. 621 с.Balint R., Engblom M., Vainio E. et al. Changes in chlorine content over time – Probe deposit sampling in a Finnish kraft recovery boiler. Fuel. 2023. Vol. 340. P. 127599. DOI: 10.1016/j.fuel.2023.127599Balint R., Engblom M., Vainio E. et al. Changes in chlorine content over time – Probe deposit sampling in a Finnish kraft recovery boiler // Fuel. 2023. Vol. 340. P. 127599. DOI: 10.1016/j.fuel.2023.127599Aniskin S.V., Kurov V.S. Effect of intensive oxidation of hydrogen sulfide in flue gases of a soda recovery boiler in the production of cellulose. Izvestija vysshih uchebnyh zavedeniy. Lesnoy zhurnal [News of higher educational institutions. Forestry journal]. 2024. No. 5(401). Pp. 188–202. DOI: 10.37482/0536-1036-2024-5-188-202. EDN: WBEORK. (In Russian)Анискин С. В., Куров В. С. Эффект интенсивного окисления сероводорода дымовых газов содорегенерационного котла при производстве целлюлозы // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2024. № 5(401). С. 188–202. DOI : 10.37482/0536-1036-2024-5-188-202. EDN : WBEORKNovikova M.A., Kovalev D.A. Modeling the process of black liquor combustion in the furnace of a soda recovery boiler. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo instituta (tekhnicheskogo universiteta) [Bulletin of the St. Petersburg State Technological Institute (Technical University)]. 2024. Vol. 68. No. 94. Pp. 106–109. DOI: 10.36807/1998-9849-2024-68-94-106-109. EDN: DKNRXR. (In Russian)Новикова М. А., Ковалёв Д. А. Моделирование процесса сжигания черного щелока в топке содорегенерационного котла // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2024. Т. 68. № 94. С. 106–109. DOI: 10.36807/1998-9849-2024-68-94-106-109. EDN : DKNRXRKovalev D.A., Kurkina V.V., Rusinov L.A. Modeling the degree of sodium sulfate reduction in the melt for the process of burning black liquor in the furnace of a soda recovery boiler. Vserossiyskaya nauchnaya konferentsiya po problemam upravleniya v tekhnicheskikh sistemakh [All-Russian Scientific Conference on Control Problems in Technical Systems]. 2023. Vol. 1. Pp. 69–72. EDN: YWDMNH. (In Russian)Ковалёв Д. А., Куркина В. В., Русинов Л. А. Моделирование степени восстановления сульфата натрия в плаве для процесса сжигания черного щелока в топке содорегенерационного котлоагрегата // Всероссийская научная конференция по проблемам управления в технических системах. 2023. Т. 1. С. 69–72. EDN : YWDMNHKovalev D.A. Decomposition of a soda recovery boiler unit as a complex control object. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskiye nauki [Bulletin of Tula State University. Technical sciences]. 2025. No. 2. P. 566–577. DOI: 10.24412/2071-6168-2025-2-566-567. EDN: XSGIZB. (In Russian)Ковалёв Д. А. Декомпозиция содорегенерационного котлоагрегата как сложного объекта управления // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2025. № 2. С. 566–577. DOI : 10.24412/2071-6168-2025-2-566-567. EDN : XSGIZB