kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2025-4(20)-63kaz44-2029Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПЫЛЕПРИГОТОВЛЕНИЯ С ПРЯМЫМ ВДУВАНИЕМ ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ПИТАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИSTUDY OF A DIRECT INJECTION PULVERIZING SYSTEM FOR INDIVIDUAL BOILER SUPPLYhttps://orcid.org/0000-0001-8802-1559ХажидиноваА. Р.KhazhidinovaA. R.

Акбота Рыспековна Хажидинова – PhD, и.о. ассоциированного профессора кaфедры «Техничеcкaя физикa и теплоэнергетикa» 

 071412, Реcпубликa Кaзaхcтaн, г. Семей, ул. Глинки, 20 A 

Akbota Ryspekovna Khazhidinova – PhD, Acting Associate Professor, Department of Technical Physics and Heat Power Engineering

071412, Republic of Kazakhstan, Semey, 20 A Glinka Street

khazhidinova1991@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0008-9900-4111ХажидиновА. С.KhazhidinovA. S.

Азамат Сагинаевич Хажидинов – магистр физики, инженер циклотрона, коммунальное государственное предприятие на праве хозяйственного ведения «Центр ядерной медицины и онкологии» управления здравоохранения области Абай

071400, Реcпубликa Кaзaхcтaн, г. Семей, ул. Кутжанова, 3

 Azamat Saginaevich Khazhidinov – Master of Physics, Cyclotron Engineer, Department of Healthcare of Abai Region

071400, Republic of Kazakhstan, Semey, 3 Kutzhanova Street

khazhidinov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5221-1772СтепановаО. А.StepanovaO. A.

Ольга Александровна Степанова – кандидат технических наук, профессор, зав. кафедрой «Техническая физика и теплоэнергетика»

071412, Реcпубликa Кaзaхcтaн, г. Семей, ул. Глинки, 20 A

Olga Aleksandrovna Stepanova – Candidate of Technical Sciences, Professor, Head of Department «Technical Physics and Heat Power Engineering»

071412, Republic of Kazakhstan, Semey, 20 A Glinka Street

o.stepanova@shakarim.kzhttps://orcid.org/0009-0008-9111-1975УмыржанТ. Н.UmyrzhanT. N.

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

071412, Реcпубликa Кaзaхcтaн, г. Семей, ул. Глинки, 20 A

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

071412, Republic of Kazakhstan, Semey, 20 A Glinka Street

timirlan-95@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0006-1683-1089АлдажумановЖ. К.AldazhumanovZh. K.

Жан Касенович Алдажуманов – магистр технических наук, старший преподаватель кафедры «Техническая физика и теплоэнергетика»

 071412, Реcпубликa Кaзaхcтaн, г. Семей, ул. Глинки, 20 A 

Zhan Kassenovich Aldazhumanov – Master of Technical Sciences, senior lecturer of Department «Technical Physics and Heat Power Engineering»

071412, Republic of Kazakhstan, Semey, 20 A Glinka Street

Jean1974@mail.ruШәкәрім университетКазахстанShakarim UniversityKazakhstanЦентр ядерной медицины и онкологииКазахстанCenter of Nuclear Medicine and OncologyKazakhstan20252501202614(20)531538Copyright © Хажидинова А.Р., Хажидинов А.С., Степанова О.А., Умыржан Т.Н., Алдажуманов Ж.К., 20262026Хажидинова А.Р., Хажидинов А.С., Степанова О.А., Умыржан Т.Н., Алдажуманов Ж.К.Khazhidinova A.R., Khazhidinov A.S., Stepanova O.A., Umyrzhan T.N., Aldazhumanov Z.K.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/2029

В статье рассматривается индивидуальная система пылеприготовления с молотковой мельницей и прямым вдуванием, обслуживающая водогрейный котёл марки КВТ–116,3-150.Актуальность работы обусловлена важнейшей ролью процесса пылеприготовления в обеспечении устойчивой, экономичной и экологически безопасной работы пылеугольных котельных установок.Представлена функциональная схема пылеприготовительной системы, включающая процессы сушки, измельчения, классификации и подачи аэросмеси в горелку котла. Построение такой схемы позволило наглядно представить взаимосвязь оборудования, выявить ключевые технологические узлы, установить направления движения теплоносителя, воздуха и топлива, а также определить участки с наибольшей чувствительностью к режимным параметрам. Это создало основу для дальнейшего анализа теплотехнической эффективности и поиска резервов оптимизации.В ходе эксплуатации системы были зарегистрированы ключевые показатели: температура аэросмеси на выходе из мельницы не превышала 85 °C, тонкость помола угольной пыли составляла R₉₀ = 45 ÷ 55 %, а показатели влажности и расхода топлива соответствовали режимным картам. Анализ данных подтвердил стабильность и эффективность работы системы при изменении нагрузки котла в диапазоне от 60 % до 100% от номинальной мощности.Особое внимание уделено конструктивным и технологическим особенностям оборудования: молотковой мельнице с встроенным сепаратором, рекуперативному воздухоподогревателю, устройству нисходящей сушки, системе подачи воздуха и элементам регулирования. Отмечены преимущества индивидуальной схемы, такие как повышенная степень автоматизации, снижение теплопотерь, гибкость управления режимами и адаптация к переменной нагрузке или нестабильным характеристикам топлива.Сформулированы рекомендации по оптимизации режима сушки и внедрению системы мониторинга состояния мельницы и сепаратора. Сделан вывод о высокой технологической завершённости схемы, её эффективности и перспективности для модернизации существующих котельных агрегатов, использующих твёрдое топливо.

This paper examines an individual pulverizing system with a hammer mill and direct injection, serving a hot water boiler of the KVT–116.3–150 type. The relevance of the study lies in the crucial role of fuel pulverization in ensuring stable, efficient, and environmentally safe operation of coal-fired boiler plants.A functional diagram of the pulverizing system is presented, covering drying, grinding, classification, and conveying of the air-fuel mixture to the boiler burner. The schematic provides a clear representation of the equipment interconnections, identifies key technological nodes, determines the paths of heat carrier, air, and fuel movement, and highlights zones most sensitive to operational parameters. This lays the foundation for further analysis of thermal efficiency and potential optimization reserves.During the operation of the system, key parameters were recorded: the temperature of the air-fuel mixture at the mill outlet did not exceed 85 °C, the coal dust fineness was R₉₀ = 45 ÷ 55%, and the fuel moisture and consumption values corresponded to the operating charts. The data analysis confirmed the stability and efficiency of the system under boiler load variations in the range from 60% to 100% of the nominal capacity.Special attention is given to the design and technological features of the equipment: the hammer mill with an integrated separator, a recuperative air heater, a downward drying unit, the air supply system, and control elements. Advantages of the individual system include enhanced automation, reduced heat loss, flexible operation control, and adaptability to variable loads or unstable fuel characteristics.Recommendations are made for optimizing the drying process and implementing a monitoring system for the mill and separator condition. The study concludes that the system is technologically complete, efficient, and promising for retrofitting existing solid fuel-fired boiler units.

пылеприготовлениеаэросмесьиндивидуальная системамолотковая мельницапрямое вдуваниеводогрейный котёлугольная пыльfuel pulverizationair-fuel mixtureindividual systemhammer milldirect injectionhot water boilercoal dustReferencesZhang Y. Numerical simulation of pulverized coal combustion characteristics under varying particle sizes / Y. Zhang, L. Wang, H. Chen // Fuel. – 2021. – Vol. 287. – Article 119451. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119451.Zhang Y., Wang L., Chen H. Numerical simulation of pulverized coal combustion charac-teristics under varying particle sizes // Fuel. – 2021. – Vol. 287. – Article 119451. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119451Li Q. Investigation of the influence of coal particle fineness on combustion efficiency and NOx emissions / Q. Li, H. Zhou, S. Zhang // Energy. – 2020. – Vol. 213. – Article 118794. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118794.Li Q., Zhou H., Zhang S. Investigation of the influence of coal particle fineness on combus-tion efficiency and NOx emissions // Energy. – 2020. – Vol. 213. – Article 118794. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118794Singh R. Experimental study on combustion performance of high-ash pulverized coals in utility boilers / R. Singh, A. Dutta // Journal of Energy Resources Technology. – 2022. – Vol. 144, № 8. – P. 082101. https://doi.org/10.1115/1.4052739.Singh R., Dutta A. Experimental study on combustion performance of high-ash pulverized coals in utility boilers // Journal of Energy Resources Technology. – 2022. – Vol. 144, No. 8. – P. 082101. – DOI: https://doi.org/10.1115/1.4052739Kim D. CFD analysis of combustion and NOx formation in pulverized coal-fired boilers with different burner configurations / D. Kim, S. Lee, J. Park // Applied Thermal Engineering. – 2023. – Vol. 220. – Article 119904. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.119904.Kim D., Lee S., Park J. CFD analysis of combustion and NOx formation in pulverized coal-fired boilers with different burner configurations // Applied Thermal Engineering. – 2023. – Vol. 220. – Article 119904. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.119904Wang X. Advances in low-NOx pulverized coal combustion technologies for power generation / X. Wang, M. Xu // Progress in Energy and Combustion Science. – 2024. – Vol. 95. – Article 101169. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2024.101169.Wang X., Xu M. Advances in low-NOx pulverized coal combustion technologies for power generation // Progress in Energy and Combustion Science. – 2024. – Vol. 95. – Article 101169. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2024.101169Pulverized Coal-Fired Boilers: Future Directions of Scientific Research / М. Ochowiak et al // Energies. – 2023. – № 16(2). – Р. 935. https://doi.org/10.3390/en16020935.Zhang J., Chen C., Liu Y. Design and performance analysis of direct firing pulverized coal systems for flexible boiler operation // Energy Reports. – 2021. – Vol. 7. – P. 894–902. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.01.004Combustion Characteristics of Coal for Pulverized Coal Injection (PCI) Blending with Steel Plant Flying Dust and Waste Oil Sludge / Y. Wang et al // ACS Omega. – 2021. – № 6(25). – Р. 16362-16370. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c02554.Patel H., Shah R. Automation and control strategies for direct-firing pulverized coal boilers // International Journal of Coal Science & Technology. – 2023. – Vol. 10, No. 2. – P. 211–222. – DOI: https://doi.org/10.1007/s40789-022-00511-0Wang S. Evaluating the Effect of Ammonia Co-Firing on the Performance of a Pulverized CoalFired Utility Boiler / S. Wang, C. Sheng // Energies. – 2023. – № 16(6). – Р. 2773. https://doi.org/10.3390/en16062773.Lee H., Kim T. Improving thermal efficiency and response time in coal-fired units using di-rect-firing configuration // Applied Energy. – 2020. – Vol. 270. – Article 115165. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115165Zhang J. Design and performance analysis of direct firing pulverized coal systems for flexible boiler operation / J. Zhang, C. Chen, Y. Liu // Energy Reports. – 2021. – Vol. 7. – P. 894-902. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.01.004.Luo M., Zhang Y., Wu Y. Combustion behavior and emissions characteristics of pulverized coal–air mixtures in swirl burners // Fuel. – 2021. – Vol. 289. – Article 119899. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119899Patel H. Automation and control strategies for direct-firing pulverized coal boilers / H. Patel, R. Shah // International Journal of Coal Science & Technology. – 2023. – Vol. 10, № 2. – P. 211-222. https://doi.org/10.1007/s40789-022-00511-0.Thomas G., Binner J., Yates C. Technical evaluation of pulverized fuel combustion in modern utility boilers: Fuel–air mixing and combustion stability // Fuel Processing Technology. – 2020. – Vol. 203. – Article 106392. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2020.106392Lee H. Improving thermal efficiency and response time in coal-fired units using direct-firing configuration / H. Lee, T. Kim // Applied Energy. – 2020. – Vol. 270. – Article 115165. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115165.Lee H. Improving thermal efficiency and response time in coal-fired units using direct-firing configuration / H. Lee, T. Kim // Applied Energy. – 2020. – Vol. 270. – Article 115165. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115165.Luo M. Combustion behavior and emissions characteristics of pulverized coal–air mixtures in swirl burners / M. Luo, Y. Zhang, Y. Wu // Fuel. – 2021. – Vol. 289. – Article 119899. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119899.Luo M. Combustion behavior and emissions characteristics of pulverized coal–air mixtures in swirl burners / M. Luo, Y. Zhang, Y. Wu // Fuel. – 2021. – Vol. 289. – Article 119899. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119899.Thomas G. Technical evaluation of pulverized fuel combustion in modern utility boilers: Fuel–air mixing and combustion stability / G. Thomas, J. Binner, C. Yates // Fuel Processing Technology. – 2020. – Vol. 203. – Article 106392. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2020.106392.Thomas G. Technical evaluation of pulverized fuel combustion in modern utility boilers: Fuel–air mixing and combustion stability / G. Thomas, J. Binner, C. Yates // Fuel Processing Technology. – 2020. – Vol. 203. – Article 106392. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2020.106392.Ministry of Energy of the Republic of Kazakhstan. Rules for the Technical Operation of Power Plants and Networks: approved by Order No. 247 of the Minister of Energy of the Republic of Kazakhstan dated March 30, 2015 (as amended on October 14, 2024, Order No. 367). Adilet – Information and Legal System of the Republic of Kazakhstan. Available at: https://adilet.zan.kz/rus/docs/V1500011066.Ministry of Energy of the Republic of Kazakhstan. Rules for the Technical Operation of Power Plants and Networks: approved by Order No. 247 of the Minister of Energy of the Republic of Kazakhstan dated March 30, 2015 (as amended on October 14, 2024, Order No. 367). Adilet – Information and Legal System of the Republic of Kazakhstan. Available at: https://adilet.zan.kz/rus/docs/V1500011066.Modeling of Coal Mill System Used for Fault Simulation / Y. Hu et al // Energies. – 2020. – № 13(7). – Р. 1784. https://doi.org/10.3390/en130671784.Modeling of Coal Mill System Used for Fault Simulation / Y. Hu et al // Energies. – 2020. – № 13(7). – Р. 1784. https://doi.org/10.3390/en130671784.Detecting Coal Pulverizing System Anomaly Using a Gated Recurrent Unit and Clustering / Z. Chen et al // Sensors. – 2020. – № 20(11). – Р. 3271. https://doi.org/10.3390/s20113271.Detecting Coal Pulverizing System Anomaly Using a Gated Recurrent Unit and Clustering / Z. Chen et al // Sensors. – 2020. – № 20(11). – Р. 3271. https://doi.org/10.3390/s20113271.Mingaleeva G.R. Analysis of the fuel preparation system of a pulverized coal thermal power plant / G.R. Mingaleeva, Yu.N. Zatsarinnaya, E.K. Vachagina // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Problems of Energy. – 2005. – № 1-2. Retrieved from https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-rabotysistemy-podgotovki-topliva-pyleugolnoy-tes (accessed October 16, 2025).Mingaleeva G.R. Analysis of the fuel preparation system of a pulverized coal thermal power plant / G.R. Mingaleeva, Yu.N. Zatsarinnaya, E.K. Vachagina // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Problems of Energy. – 2005. – № 1-2. Retrieved from https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-rabotysistemy-podgotovki-topliva-pyleugolnoy-tes (accessed October 16, 2025).Calculation and Design of Pulverized Fuel Preparation Installations for Boiler Units (Normative Materials). – Leningrad: TsKTI, 1971. – 309 p.Calculation and Design of Pulverized Fuel Preparation Installations for Boiler Units (Normative Materials). – Leningrad: TsKTI, 1971. – 309 p.

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