kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2024-3(15)-36kaz44-1351Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАРЕЦИРКУЛЯЦИЯ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛАХFLUE GAS RECIRCULATION AS A WAY TO IMPROVE THERMAL EFFICIENCY AND REDUCE EMISSIONS IN POWER BOILERShttps://orcid.org/0009-0008-9111-1975УмыржанТ. Н.UmyrzhanT. N.

Темірлан Нұрланұлы Умыржан – докторант образовательной программы 8D05302 - «Техническая физика» кафедры «Техническая физика и теплоэнергетика»,

071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Temirlan Nurlanuly Umyrzhan – doctoral student of the educational programme 8D05302 «Technical Physics» of the Department of «Technical Physics and Heat Power Engineering»,

071412, Semey, Glinka str., 20 A

timirlan-95@mail.ruУмыржанН. Н.UmyrzhanN. N.

Нұржан Нұрланұлы Умыржан – магистрант кафедры «Техническая физика и теплоэнергетика»,

071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Nurzhan Nurlanuly Umyrzhan – master's student of the Department of «Technical Physics and Heat Power Engineering»,

071412, Semey, Glinka str., 20 A

nurka20029568@gmail.comАлдажумановЖ. К.AldazhumanovJ. K.

Темірлан Нұрланұлы Умыржан – докторант образовательной программы 8D05302 - «Техническая физика» кафедры «Техническая физика и теплоэнергетика»,

071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Nurzhan Nurlanuly Umyrzhan – master's student of the Department of «Technical Physics and Heat Power Engineering»,

071412, Semey, Glinka str., 20 A

jean1974@mail.ruДеминН. А.DeminN. A.

Николай Александрович Демин – заместитель руководителя территориального департамента Комитета атомного и энергетического надзора и контроля,

071400, г. Семей, ул. Лукпана Утепбаева, д.4

Nikolay Aleksandrovich Demin – deputy head of the territorial department of the atomic and energy supervision and control committee,

071400, Semey, Lukpan Utepbaev str., 4

nik.dyomin87@mail.ruЕлистратовС. Л.ElistratovS. L.

Сергей Львович Елистратов – доктор технических наук, профессор кафедры «Тепловых электрических станций»,

630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, корпус 1, ком.10

Sergey Lvovich Elistratov – doctor of technical sciences, professor of the Department of «Heat Power Plants»,

630073, Novosibirsk, K. Marx Ave., 20, building 1, room.10

elistratov@corp.nstu.ruУниверситет имени Шакарима города СемейКазахстанShakarim University of SemeyKazakhstanТерриториальный департамент Комитета Атомного и энергетического надзора и контроля Министерства энергетики Республики Казахстан по области АбайКазахстанTerritorial Department of the Committee for Atomic and Energy Supervision and Control of the Ministry of Energy of the Republic of Kazakhstan in the Abai regionKazakhstanНовосибирский государственный технический университетРоссияNovosibirsk State Technical UniversityRussian Federation20242709202403(15)271277Copyright © Умыржан Т.Н., Умыржан Н.Н., Алдажуманов Ж.К., Демин Н.А., Елистратов С.Л., 20242024Умыржан Т.Н., Умыржан Н.Н., Алдажуманов Ж.К., Демин Н.А., Елистратов С.Л.Umyrzhan T.N., Umyrzhan N.N., Aldazhumanov J.K., Demin N.A., Elistratov S.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/1351

В данной работе проведено исследование влияния рециркуляции дымовых газов на ключевые параметры процесса сгорания топлива, такие как тепловое выделение и адиабатическая температура горения. На основе математической обработки экспериментальных данных были получены уравнения, отражающие зависимость полезного тепловыделения и адиабатической температуры горения от коэффициента рециркуляции газов. Согласно результатам исследования, полезное тепловыделение в топочной камере увеличивается пропорционально росту коэффициента рециркуляции. Это указывает на то, что повышение уровня рециркуляции способствует увеличению тепловой эффективности сгорания, улучшая теплообменные процессы внутри топочной камеры.

Аналогичная тенденция наблюдается и для адиабатической температуры горения. Установлено, что адиабатическая температура горения также возрастает с увеличением коэффициента рециркуляции, что свидетельствует о значительном влиянии рециркуляции на повышение температурных показателей в процессе горения. Повышение температуры горения связано с улучшением сжигания топлива и более полным использованием его энергетического потенциала. Это, в свою очередь, может способствовать снижению выбросов вредных веществ, таких как оксиды азота и углерода, что является важным фактором для экологической безопасности.

Таким образом, результаты исследования демонстрируют, что рециркуляция дымовых газов оказывает существенное влияние на процессы теплообмена и температуру сгорания. Это делает рециркуляцию эффективным инструментом для повышения тепловой эффективности и снижения экологической нагрузки на окружающую среду. Применение данного метода в современных энергосистемах способствует не только улучшению производственных показателей, но и выполнению экологических требований. Результаты исследования подтверждают целесообразность внедрения рециркуляции дымовых газов для повышения общей эффективности и экологической безопасности энергетических установок.

This study investigates the impact of flue gas recirculation on key parameters of the fuel combustion process, such as heat release and adiabatic combustion temperature. Based on the mathematical processing of experimental data, equations were obtained that reflect the dependence of useful heat release and adiabatic combustion temperature on the gas recirculation coefficient. According to the results of the study, the useful heat release in the furnace increases proportionally with the growth of the recirculation coefficient. This indicates that an increase in the level of recirculation contributes to an increase in combustion thermal efficiency, improving heat exchange processes within the furnace.

 A similar trend is observed for the adiabatic combustion temperature. It was found that the adiabatic combustion temperature also increases with an increase in the recirculation coefficient, which indicates the significant influence of recirculation on raising the temperature parameters of the combustion process. The rise in combustion temperature is associated with improved fuel combustion and more complete utilization of its energy potential. This, in turn, can contribute to a reduction in emissions of harmful substances such as nitrogen oxides and carbon, which is an important factor for environmental safety.

Thus, the results of the study demonstrate that flue gas recirculation has a significant impact on heat exchange processes and combustion temperature. This makes recirculation an effective tool for increasing thermal efficiency and reducing the environmental impact. The application of this method in modern energy systems not only improves production performance but also ensures compliance with environmental requirements. The study results confirm the feasibility of implementing flue gas recirculation to enhance overall efficiency and environmental safety in energy installations.

рециркуляция дымовых газовтопливотеплообменполезное тепловыделениеадиабатическая температура горенияэкологическая безопасностьflue gas recirculationfuelheat exchangeuseful heat releaseadiabatic combustion temperatureenvironmental safetyReferencesК вопросу эффективности применения рециркуляции дымовых газов в энергетических котлах, работающих на твердом топливе / Т.Н. Умыржан и др. // Энергетика и энергосбережение: теория и практика: Сборник материалов VII международной научно-практической конференции, Кемерово, 07-09 декабря 2022 года. – Кемерово: Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, 2023. – С. 171-1-171-5.K voprosu ehffektivnosti primeneniya retsirkulyatsii dymovykh gazov v ehnergeticheskikh kotlakh, rabotayushchikh na tverdom toplive / T.N. Umyrzhan i dr. // Ehnergetika i ehnergosberezhenie: teoriya i praktika: Sbornik materialov vii mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, Kemerovo, 07-09 dekabrya 2022 goda. – Kemerovo: Kuzbasskii gosudarstvennyi tekhnicheskii universitet imeni T.F. Gorbacheva, 2023. – S. 171-1-171-5. (In Russian).Бусыгин С.В. Моделирование процесса рециркуляции дымовых газов энергетического котла с применением комплекса программ для оценки эффективности мероприятий направленных на подавление выбросов NOx при сжигании природного газа на ТЭС / С.В. Бусыгин // Развитие методов прикладной математики для решения междисциплинарных проблем энергетики: Материалы I Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, Ульяновск, 06–07 октября 2021 года. – Ульяновск: Ульяновский государственный технический университет, 2021. – С. 176-179.Busygin, S.V. Modelirovanie protsessa retsirkulyatsii dymovykh gazov ehnergeticheskogo kotla s primeneniem kompleksa programm dlya otsenki ehffektivnosti meropriyatii napravlennykh na podavlenie vybrosov NOx pri szhiganii prirodnogo gaza na TEHS / S V. Busygin // Razvitie metodov prikladnoi matematiki dlya resheniya mezhdistsiplinarnykh problem ehnergetiki: Materialy I Vserossiiskoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem, Ul'yanovsk, 06– 07 oktyabrya 2021 goda. – Ul'yanovsk: Ul'yanovskii gosudarstvennyi tekhnicheskii universitet, 2021. – S. 176-179. (In Russian).Effects of flue gas recirculation on self-excited combustion instability and NOx emission of a premixed flame / D. Pan et al //Thermal Science and Engineering Progress. – 2022. – Т. 30. – С. 101252.Effects of flue gas recirculation on self-excited combustion instability and NOx emission of a premixed flame / D. Pan et al //Thermal Science and Engineering Progress. – 2022. – T. 30. – S. 101252. (In English).Junwei S. Influence of Different Flue Gas Recirculation Schemes on 1000 MW Ultra-supercritical Double Reheat Boiler / S. Junwei, D. Weibao, Y. Weiping // [J]. JOURNAL OF ENGINEERING FOR THERMAL ENERGY AND POWER. – 2019. – № 34(5). – Р. 49-56.Junwei S. Influence of Different Flue Gas Recirculation Schemes on 1000 MW Ultra-supercritical Double Reheat Boiler / S. Junwei, D. Weibao, Y. Weiping // [J]. Journal of Engineering for Thermal Energy And Power. – 2019. – № 34(5). – R. 49-56. (In English).Умыржан, Н.Н. Рециркуляция дымовых газов как способ эффективного регулирования топочного процесса / Н.Н. Умыржан, А.И. Мануленко, Т.Н. Умыржан // Энергия-2022. Теплоэнергетика: Семнадцатая всероссийская (девятая международная) научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. В 6 т., Иваново, 11-13 мая 2022 года. Том 1. – Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина, 2022. – С. 18.Umyrzhan, N.N. Retsirkulyatsiya dymovykh gazov kak sposob ehffektivnogo regulirovaniya topochnogo protsessa / N.N. Umyrzhan, A.I. Manulenko, T.N. Umyrzhan // Ehnergiya-2022. Teploehnergetika: Semnadtsataya vserossiiskaya (devyataya mezhdunarodnaya) nauchnotekhnicheskaya konferentsiya studentov, aspirantov i molodykh uchenykh. V 6 t., Ivanovo, 11–13 maya 2022 goda. Tom 1. – Ivanovo: Ivanovskii gosudarstvennyi ehnergeticheskii universitet im. V.I. Lenina, 2022. – S. 18. (In Russian)Characteristics and flame appearance of oxy-fuel combustion using flue gas recirculation / M. Abdelaal et al // Fuel. – 2021. – Т. 297. – С. 120775.Characteristics and flame appearance of oxy-fuel combustion using flue gas recirculation / M. Abdelaal et al // Fuel. – 2021. – T. 297. – S. 120775. (In English).Ahn J. Combustion characteristics of 0.5 MW class oxy-fuel FGR (flue gas recirculation) boiler for CO2 capture / J. Ahn, H.J. Kim // Energies. – 2021. – Т. 14, № 14. – С. 4333.Ahn J. Combustion characteristics of 0.5 MW class oxy-fuel FGR (flue gas recirculation) boiler for CO2 capture / J. Ahn, H.J. Kim // Energies. – 2021. – T. 14, № 14. – S. 4333. (In English).Рециркуляция дымовых газов как способ внедрения экологических технологий в энергетических котлах / Н. Умыржан и др. // Вестник КазАТК. – 2021. – Т. 119, № 4. – С. 113- 120.Retsirkulyatsiya dymovykh gazov kak sposob vnedreniya ehkologicheskikh tekhnologii v ehnergeticheskikh kotlakh / N. Umyrzhan i dr. // Vestnik KaZATK. – 2021. – T. 119, № 4. – S. 113- 120. (In Russian).Патент № 2761254 C1 Российская Федерация, МПК F23C 13/00. Устройство рециркуляции дымовых газов: № 2021107646: заявл. 22.03.2021: опубл. 06.12.2021 / С.В. Александров.Patent № 2761254 C1 Rossiiskaya Federatsiya, MPK F23C 13/00. Ustroistvo retsirkulyatsii dymovykh gazov: № 2021107646: zayavl. 22.03.2021: opubl. 06.12.2021 / S.V. Aleksandrov. (In Russian).Zhu Y. Combustion characteristic study with a flue gas internal and external double recirculation burner / Y. Zhu, C. Wang, X. Chen // Chemical Engineering and Processing-Process Intensification. – 2021. – Т. 162. – С. 108345.Zhu Y. Combustion characteristic study with a flue gas internal and external double recirculation burner / Y. Zhu, C. Wang, X. Chen // Chemical Engineering and Processing-Process Intensification. – 2021. – T. 162. – S. 108345. (In English).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.