kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2026-1(21)-61kaz44-2412Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОТЫ УГОЛЬНОГО КОТЛА НА ОСНОВЕ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВECOLOGICAL AND ENERGY OPTIMIZATION OF A COAL-FIRED BOILER OPERATION BASED ON FLUE GAS RECIRCULATIONhttps://orcid.org/0000-0001-8802-1559ХажидиноваА. Р.KhazhidinovaA. R.

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

071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

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

071412, Semey, 20A Glinka St.

khazhidinova1991@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0002-8115-357XЗарыкбаеваК. С.ZarykbayevaK. S.

Камшат Серикхановна Зарыкбаева – магистр технических наук, старший преподаватель кафедры «Техническая физика и теплоэнергетика» 

071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Kamshat Serikhanovna Zarykbayeva – Master of Technical Sciences, Senior Lecturer, Department of «Technical Physics and Heat Power Engineering» 

071412, Semey, 20A Glinka St.

kamshat.ru@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0003-2142-3483МясоедоваЕ. Н.MyasoedovaE. N.

Екатерина Николаевна Мясоедова – магистр технических наук, преподаватель кафедры «Техническая физика и теплоэнергетика» 

071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Ekaterina Nikolaevna Myasoedova – Master of Technical Sciences, Lecturer, Department of «Technical Physics and Heat Power Engineering» 

071412, Semey, 20A Glinka St.

Kate_white89@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0005-7610-9058СатыбалдиноваА. Е.SatybaldinovaA. E.

Айгерим Еркеновна Сатыбалдинова – магистр технических наук, преподаватель кафедры «Техническая физика и теплоэнергетика» 

071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Aigerim Erkenovna Satybaldinova – Master of Technical Sciences, Lecturer, Department of «Technical Physics and Heat Power Engineering» 

071412, Semey, 20A Glinka St.

aigerimsemei@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

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

630073, Novosibirsk, 20 Karl Marx Avenue, Building 1

elistratov@corp.nstu.ruШәкәрім университетКазахстанShakarim UniversityKazakhstanНовосибирский государственный технический университетРоссияNovosibirsk State Technical UniversityRussian Federation20262505202611(21)565573Copyright © Хажидинова А.Р., Зарыкбаева К.С., Мясоедова Е.Н., Сатыбалдинова А.Е., Елистратов С.Л., 20262026Хажидинова А.Р., Зарыкбаева К.С., Мясоедова Е.Н., Сатыбалдинова А.Е., Елистратов С.Л.Khazhidinova A.R., Zarykbayeva K.S., Myasoedova E.N., Satybaldinova A.E., 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/2412

Рециркуляция дымовых газов (РДГ) является эффективным способом одновременного снижения выбросов оксидов азота и повышения энергетической эффективности угольных котлов за счёт управления температурой факела и составом рабочей смеси. В работе выполнено расчётно-аналитическое исследование применения РДГ на котле E-90-3,9/440 ТЭЦ-1 при сжигании угля марки Д (разрез Каражыра). Цель – определить рациональную степень РДГ, обеспечивающую снижение NOx при максимизации КПД брутто в пределах эксплуатационных ограничений. Методика основана на математической модели теплового баланса котла и обработке режимных данных до/после включения РДГ, оценены изменения состава дымовых газов и теплотехнических потерь при варьировании доли рециркуляции. Установлено, что в рассматриваемом диапазоне степеней РДГ увеличение рециркуляции сопровождается ростом расчётного КПД брутто и снижением концентрации NOx: при увеличении РДГ на 1% КПД возрастает на 0,25%, а NOx уменьшается на 9 мг/м3 . Рациональные показатели достигнуты при РДГ ≈ 20%, что соответствует расчётному КПД брутто 95,5% и снижению NOx на 30% относительно базового режима. Результаты подтверждают целесообразность РДГ как технологического решения для повышения экологической и эксплуатационной эффективности угольных ТЭС Казахстана.

Flue gas recirculation (FGR) is an effective approach for simultaneously reducing nitrogen oxide emissions and improving the energy performance of coal-fired boilers by controlling flame temperature and the composition of the working mixture. This paper presents a computational and analytical study of FGR application to the E-90-3.9/440 boiler at TPP-1 under firing of D-grade coal from the Karazhyra open-pit mine. The aim is to determine a rational FGR ratio that ensures NOx reduction while maximizing gross boiler efficiency within operational constraints. The methodology is based on a mathematical boiler heat-balance model and processing of operational data before and after FGR activation; changes in flue gas composition and heat losses were assessed as the recirculation fraction was varied. The results show that, within the considered FGR range, increasing recirculation is associated with a rise in calculated gross efficiency and a decrease in NOx concentration: a 1% increase in FGR raises gross efficiency by 0.25%, while NOx decreases by 9 mg/m3 . Rational performance is achieved at FGR ≈ 20%, corresponding to a calculated gross efficiency of 95.5% and a 30% reduction in NOx relative to the baseline mode. The findings confirm the feasibility of FGR as a technological solution for enhancing the environmental and operational performance of coal-fired thermal power plants in Kazakhstan.

рециркуляция дымовых газовугольный котелвыбросы оксидов азотатепловая эффективностьоптимизация энергопотреблениясжигание угляflue gas recirculationcoal-fired boilernitrogen oxide emissionsthermal efficiencyenergy optimizationcoal combustionReferencesEffect of the coal-spreading air on airflow and low-NOx combustion within a 75 t/h coal-fired grate furnace / Z. Ge et al. // Applied Thermal Engineering. – 2024. – Т. 256. – Р. 124076.Effect of the coal-spreading air on airflow and low-NOx combustion within a 75 t/h coal-fired grate furnace / Z. Ge et al. // Applied Thermal Engineering. – 2024. – T. 256. – R. 124076. (In English).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 / 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 processa recirkulyacii dymovyh gazov energeticheskogo kotla s primeneniem kompleksa programm dlya ocenki effektivnosti meropriyatij napravlennyh na podavlenie vybrosov NOx pri szhiganii prirodnogo gaza na TES / S. V. Busygin / S.V. Busygin // Razvitie metodov prikladnoj matematiki dlya resheniya mezhdisciplinarnyh problem energetiki: Materialy I Vserossijskoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem, Ul'yanovsk, 06-07 oktyabrya 2021 goda. – Ul'yanovsk: Ul'yanovskij gosudarstvennyj tekhnicheskij 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. – Р. 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. – R. 101252. (In English).Junwei S. Influence of Different Flue Gas Recirculation Schemes on 1000 MW Ultra-supercritical Double Reheat Boiler [J] / S. Junwei, D. Weibao, Y. Weiping // 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 [J] / S. Junwei, D. Weibao, Y. Weiping // 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. Recirkulyaciya dymovyh gazov kak sposob effektivnogo regulirovaniya topochnogo processa / N.N. Umyrzhan, A.I. Manulenko, T.N. Umyrzhan // Energiya-2022. Teploenergetika: Semnadcataya vserossijskaya (devyataya mezhdunarodnaya) nauchnotekhnicheskaya konferenciya studentov, aspirantov i molodyh uchenyh. V 6 t., Ivanovo, 11-13 maya 2022 goda. Tom 1. – Ivanovo: Ivanovskij gosudarstvennyj energeticheskij 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. – Р. 120775.Characteristics and flame appearance of oxy-fuel combustion using flue gas recirculation / M. Abdelaal et al // Fuel. – 2021. – T. 297. – R. 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. – Р. 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. – R. 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.Recirkulyaciya dymovyh gazov kak sposob vnedreniya ekologicheskih tekhnologij v energeticheskih kotlah / 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 Rossijskaya Federaciya, MPK F23C 13/00. Ustrojstvo recirkulyacii dymovyh 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. – Р. 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. – R. 108345. (In English).Experimental study on NOX formation characteristics in flue gas recirculation combustion process of S-CO2 coal-fired boiler / Н. Li et al // Combustion Science and Technology. – 2024. – Т. 196, № 18. – Р. 5048-5063.Experimental study on NOX formation characteristics in flue gas recirculation combustion process of S-CO2 coal-fired boiler / N. Li et al // Combustion Science and Technology. – 2024. – T. 196, № 18. – R. 5048-5063. (In English).Khorampoor S. Efficient natural gas combustion and NOx reduction: A novel application of simultaneous over-fire air (OFA) and flue gas recirculation (FGR) in a 250 MW opposed firing steam power plant boiler / S. Khorampoor, S. Sanaye // Energy Reports. – 2024. – Т. 12. – Р. 2573-2587.Khorampoor S. Efficient natural gas combustion and NOx reduction: A novel application of simultaneous over-fire air (OFA) and flue gas recirculation (FGR) in a 250 MW opposed firing steam power plant boiler / S. Khorampoor, S. Sanaye // Energy Reports. – 2024. – T. 12. – R. 2573-2587. (In English).Numerical Studies of the Influence of Flue Gas Recirculation into Primary Air on NOx Formation, CO Emission, and Low-NOx Waterwall Corrosion in the OP 650 Boiler / В. Hernik et al // Energies. – 2024. – Т. 17, № 9. – Р. 2227.Numerical Studies of the Influence of Flue Gas Recirculation into Primary Air on NOx Formation, CO Emission, and Low-NOx Waterwall Corrosion in the OP 650 Boiler / V. Hernik et al // Energies. – 2024. – T. 17, № 9. – R. 2227. (In English).Research on the effect of the flue gas recirculation on the combustion and operating economy of circulating fluidized bed boiler / G. Xie et al // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – IOP Publishing. – 2023. – Т. 1171, № 1. – Р. 012005.Research on the effect of the flue gas recirculation on the combustion and operating economy of circulating fluidized bed boiler / G. Xie et al // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – IOP Publishing. – 2023. – T. 1171, № 1. – R. 012005. (In English).Numerical Study on Effect of Flue Gas Recirculation and Co-Firing with Biomass on Combustion Characteristics in Octagonal Tangentially Lignite-Fired Boiler / J. Du et al // Energies. – 2024. – Т. 17, № 2. – Р. 475.Numerical Study on Effect of Flue Gas Recirculation and Co-Firing with Biomass on Combustion Characteristics in Octagonal Tangentially Lignite-Fired Boiler / J. Du et al // Energies. – 2024. – T. 17, № 2. – R. 475. (In English).СТ РК ГОСТ Р ИСО 10849–2010 (ГОСТ Р ИСО 10849-2006). Выбросы стационарных источников. Определение массовой концентрации оксидов азота. Характеристика автоматических методов измерений в условиях применения. - Астана: Комитет технического регулирования и метрологии Министерства индустрии и новых технологий Республики Казахстан, 2010. – Введен в действие с 01.01.2012. – Режим доступа: https://prg.kz/document/?doc_id=31924024 (дата обращения: 27.02.2026).ST RK GOST R ISO 10849-2010 (GOST R ISO 10849-2006). Vybrosy stacionarnyh istochnikov. Opredelenie massovoj koncentracii oksidov azota. Harakteristika avtomaticheskih metodov izmerenij v usloviyah primeneniya. – Astana: Komitet tekhnicheskogo regulirovaniya i metrologii Ministerstva industrii i novyh tekhnologij Respubliki Kazahstan, 2010. – Vveden v dejstvie s 01.01.2012. – Rezhim dostupa: https://prg.kz/document/?doc_id=31924024 (data obrashcheniya: 27.02.2026). (In Russian).

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