ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОТЫ УГОЛЬНОГО КОТЛА НА ОСНОВЕ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

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.

1. 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. – Т. 256. – Р. 124076.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. Characteristics and flame appearance of oxy-fuel combustion using flue gas recirculation / M. Abdelaal et al // Fuel. – 2021. – Т. 297. – Р. 120775.

7. 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.

8. Рециркуляция дымовых газов как способ внедрения экологических технологий в энергетических котлах / Н. Умыржан и др. // Вестник КазАТК. – 2021. – Т. 119, № 4. – С. 113- 120.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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).