N E W S
OF TH EN A T IO N A L A C A D E M Y OF SCIEN C ES OF TH E R EPU B LIC OF K A ZA K H STA N P H Y S IC O -M A T H E M A T IC A L S E R IE S
ISSN 1991-346Х h ttp s://do i.o rg /1 0.3 201 4/20 20 .25 18 -17 26 .29
V olum e 2, N um ber 330 (2020), 166 - 174 UDC 536.46:532.517.4
IRSTI 29.03.77; 29.03.85
P . S a fa rik 1, S.A. B o leg eno va2-3, A .A .T u y a k b a e v 2, V .Y u. M ax im o v 2, A .O . N u g y m a n o v a 2, S.A. B o leg eno va3*
1Czech Technical University in Prague, Prague, Czech Republic;
2al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan;
3Scientific Research Institute of Experimental and Theoretical Physics of al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan.
E-mail: [email protected]
NUMERICAL SIMULATION OF HEAT AND MASS TRANSFER AT THE PARTIAL STOP OF FUEL SUPPLYING IN THE CHAMBER OF TPP
A bstract. In this article, using numerical methods, studies have been performed to determine the effect of a forced partial stop of coal dust supply (emergency mode) through burners on the main characteristics of the combustion chamber of the BKZ-75 boiler of the Shakhtinskaya thermal power plant. Using computer simulation methods, various modes of supplying pulverized coal into the combustion chamber were investigated. Direct-flow method of supplying air mixture, when only two direct-flow burners work out of four burners, and two are in emergency mode. The vortex method of supplying the mixture, when two vortex burners operate with four torches with a swirl angle of the mixture flow and tilting them to the center of symmetry of the boiler by 30 degrees, and two are in emergency mode. The performed computational experiments made it possible to obtain the main characteristics of the heat and mass transfer process in the combustion chamber: flow aerodynamics, temperature fields, and concentrations of harmful substances (carbon and nitrogen dioxides) in the combustion chamber and at its exit. A comparative analysis was carried out for the two investigated emergency conditions (direct-flow and vortex), on the basis of which it was concluded that in the event of a forced partial stop of the burners, the use of a vortex method of supplying air mixture improves the metabolic processes in the combustion chamber and reduces emissions of harmful substances into the atmosphere.
Key words. Computational experiment, numerical simulation, pulverized coal fuel, emergency mode, aerosol mix, aerodynamics, temperature and concentration fields, combustion chamber.
In tro d u c tio n
C oal, oil, gas, oil shale, peat, urine, etc. are the m ain sources o f energy; th eir share is up to 93%.
A m ong the geological fuel and energy resources, the largest reserve in the w orld belongs to solid fuel, the gross volum e o f w hich is estim ated at 6.3 trillion tons o f standard fuel. M oreover, the volum e o f solid fuel is 3970 billion tons o f fuel equivalent, oil and gas are about 800 billion and 900 billion tons o f conventional fuel, respectively [1]. A ccording to expert estim ates, the share o f coal in the structure o f the w orld fuel and energy balance is about 27%.
C om bustion o f energy fuel is accom panied by the form ation o f dust and gas em issions harm ful to the environm ent, the am ount o f w hich depends on the technology and m odes o f com bustion o f coal dust, as w ell as on its com position [2-6]. The m ost im portant pollutants entering the atm osphere w hen burning pulverized coal in com bustion cham bers are particulate m atter (ash, dust, soot particles), as w ell as gas em issions (nitrogen, carbon, sulfur oxides, etc.) [7-15]. C urrently, it is necessary to develop “clean”
technologies for generating electricity.
The em ergency shutdow n o f the boiler can be in the follow ing cases: w hen the steam pressure in the bo iler rises above the perm issible one; due to m alfunction o f the pressure gauge and all w ater indicating
devices; the presence o f significant dam age to the elem ents o f the b oiler; detection o f abnorm alities in the operation o f the boiler. The scheduled shutdow n o f the boiler is carried out according to the schedule; a short shutdow n o f the boiler u n it can be caused by a violation o f its norm al operation due to equipm ent m alfunction or for other reasons th at can cause an accident. Short-term shutdow n o f the boiler u n it m ay be caused by a violation o f its norm al operation due to equipm ent m alfunction or for other reasons th at m ay cause an accident [16-17].
B elow are the results o f a study o f heat and m ass tran sfer processes at a partial stop o f the fuel supply to the com bustion cham ber o f a therm al pow er plant, w hich allow s us to suggest w ays to optim ize the com bustion process and m inim ize em issions o f harm ful substances. To conduct com putational experim ents, 3D m odeling m ethods and m odern com puter softw are packages w ere used. The real com bustion cham ber o f the operating bo iler B K Z-75 o f the S hakhtinskaya TPP (Shakhtinsk, K azakhstan) w as chosen as the object o f study [18-23], in w hich high-ash K azakhstan coal is burned. The results obtained m ade it possible to determ ine the effect o f sw irling o f the pulverized coal flow during a forced partial stop o f the supply o f coal dust through the burners on the m ain characteristics o f the com bustion cham ber.
P h y sic al sta te m e n t o f th e p ro b le m
F o r carrying out com putational experim ents, the bo iler com bustion cham ber w as chosen, w hich is equipped w ith four dust-coal burners installed tw o burners from the front and from the rear in one tier [24
25]. B elow are a general view o f the com bustion cham ber o f the BKZ-75 b oiler (figure 1a), its breakdow n into control volum es for num erical sim ulation (figure 1b) and the design o f burners (figure 1 c, d). The finite-difference grid (figure 1b) for num erical m odeling has steps along the X, Y , and Z axes: 5 9^3 2 ^6 7 , w hich are 138 355 control volum es.
a) b) d)
Figure 1 - A general view of the combustion chamber of the BKZ-75 boiler (a), its breakdown into control volumes for numerical simulation (b) and the design of burners:
c) direct-flow method of supplying air mixture; d) vortex method of supplying air mixture
The design o f the burners o f the com bustion cham ber o f the BKZ-75 boiler during em ergency mode (o ff burners are m arked in red) are show n in figure 1 c, d. Tw o m odes o f fuel supply w ere investigated: a direct-flow m ethod o f supplying air m ixture, w hen only tw o direct-flow burners operate from four burners, and tw o are in em ergency m ode (figure 1c) and the vortex m ethod o f supplying the m ixture, w hen tw o vortex burners operate w ith four torches w ith a swirl angle o f the m ixture flow and tilting them to the center o f sym m etry o f the boiler by 30 degrees, and tw o are in em ergency m ode (figure 1d).
167
R e su lts a n d discussion
Figures 2-8 show the results o f com putational experim ents: aerodynam ics o f the flow, tem perature and concentration fields o f carbon m onoxide, nitrogen dioxide for tw o cases o f fuel supply to the com bustion cham ber o f the BKZ-75 boiler (direct-flow and vortex).
Average:2.15 Average:1.13
Full velocity vector, m /s
1.18 10 20 30 37
а) b)
Figure 2 - Distribution of the full velocity vector in the region of the burner (z = 4.0 m) combustion chamber of the boiler BKZ-75 in emergency mode:
a) direct-flow method of supplying air mixture; b) vortex method of supplying air mixture
0.4 5.7 11 16.4 21
а) b)
Figure 3 - Distribution of the full velocity vector in the central longitudinal section (y=3.3) of the combustion chamber of the boiler BKZ-75 in emergency mode:
a) direct-flow method of supplying air mixture; b) vortex method of supplying air mixture
The distribution o f the field o f the full velocity vector in various sections o f the com bustion cham ber o f the B K Z-75 bo iler during em ergency m ode for the tw o studied m odes o f supply o f air m ixture (direct- flow and vortex) are show n in figures 2-3. A n analysis o f the figures show s th at in the region o f the burners w ith the direct-flow m ethod o f supplying the m ixture, the flow s colliding in the center at a right angle (figure 2a) are cut and, com bined into tw o m ain flow s, are directed to the exit from the com bustion cham ber (figure 3a).W ith the vortex m ethod o f supplying air m ixtures (figure 2b), it is seen th at flows counter-directed at an angle o f 30° form a “v o rtex ” flow in the center o f the com bustion cham ber.
A fter the collision, the flow s are additionally dissected into tw o vertical vortices above the burner installation zone, closer to the center of the com bustion cham ber, w hich favorably affects the m ixing of fuel and oxidizer and, accordingly, the com pleteness of com bustion of pulverized coal dust (figure 3 b).
The m ain advantage of the vortex air m ixture supply m ethod is the provision of intensive heat and m ass transfer in the reacting tw o-phase m ixture due to the stable highly tu rb ulent vortex flow.
A com parative analysis of the distribution of the average tem perature in the cross section along the height o f the com bustion cham ber o f the B K Z-75 bo iler during em ergency m ode fo r the tw o studied m odes of supply of air m ixture (direct-flow and vortex) is show n in figure 4. It can be noted th at during the vortex flow of the air m ixture, an increase in the length of the zone of m axim um tem peratures and a decrease in it at the exit from the com bustion cham ber are observed. The m inim um in the curves are related to the low tem perature of the air m ixture entering the com bustion cham ber through the burners (z = 4 m ). The tem perature at the exit o f the com bustion cham ber is confirm ed by experim ental data at TPPs [26] and to theoretical values obtained by the m ethod o f therm al calculation the C BTI [27].
A n increase in tem perature in the core of the torch and a decrease in it at the exit from the com bustion cham ber affect the chem ical processes of com bustion and the form ation of harm ful substances, such as carbon m onoxide CO and nitrogen dioxide N O 2. A n analysis o f this effect can be done by considering figures 5-6, w hich show the distribution o f the concentration o f carbon m onoxide CO and nitrogen dioxide. N O 2 the height o f the com bustion cham ber, operating in em ergency m ode, fo r tw o m ethods o f supplying air m ixtures (direct-flow and vortex).
Figure 4 - Distribution of the temperature t along the height of the combustion chamber of the BKZ-75 boiler in emergency mode: 1- direct-flow method of supplying air mixture; 2 - vortex method of supplying air mixture;
f - experimental data at TPPs [26]; - is theoretical values obtained by the method of thermal calculation (CBTI - Central Boiler-and-Turbine Institute) [27]
CO at the exit of the combustion chamber the boiler BKZ-75 emergency mode:
1 - direct-flow method of supplying air mixture carbon monoxide CO; 2 - vortex method of supplying air mixture
carbon monoxide CO
NO2 at the exit of the combustion chamber the boiler BKZ-75 emergency mode:
1 - direct-flow method of supplying air mixture nitrogen dioxide NO2; 2 - vortex method of supplying air mixture
nitrogen dioxide NO2 169
Figure 5 show s the distribution curves o f the average concentration o f carbon m onoxide o v er the height o f the com bustion cham ber o f the BKZ-75 boiler during em ergency m ode fo r the tw o cases studied.
A n analysis o f the figure shows that, at the exit, the concentrations o f carbon monoxide CO are - 5.21 0-4 kg/kg, for the vortex m ethod o f supplying air m ixture - 3 .4 1 0 -4 kg/kg. The distribution o f the average concentration o f nitrogen dioxide N O 2 o ver the height o f the com bustion cham ber o f the BKZ-75 boiler during em ergency m ode for the tw o studied m ethods o f supplying air m ixture is show n in figure 6 . A s can be seen from Figure 6, a uniform decrease in N O 2 concentration is observed tow ards the exit from the com bustion cham ber, since this region contains less oxygen and a fuel com ponent. In the case o f using burners w ith sw irling o f the m ixture flow, the tem perature along the h eight o f the com bustion cham ber m onotonously decreases, as a result o f w hich the rate o f form ation o f nitrogen dioxide N O 2 decreases. A t the exit o f the com bustion cham ber, the average value o f the concentration o f nitrogen dioxide N O 2 w ith the direct-flow m ethod o f supplying the m ixture is 688 m g/nm 3 (figure 6 curve 1), and w ith vortex burners - 636 m g/nm 3 (figure 6 curve 2), w hich is 52 m g/nm 3 less.
A n analysis o f the results show s th at i f the com bustion cham ber operates in em ergency m ode, th en at the exit from it, the average concentration o f carbon m onoxide CO and nitrogen dioxide N O 2 decreases w hen using vortex burners. The calculated values o f the concentrations o f harm ful substances (CO, N O 2,) at the exit from the com bustion cham ber com ply w ith the M PC standards adopted in the pow er system o f the R epublic o f K azakhstan.
C o n clu sio n
B ased on the results o f studies o f em ergency m ode o f the BKZ-75 com bustion cham ber, the follow ing conclusions can be form ulated:
• The characteristics o f the com bustion processes during em ergency m ode are com pared for tw o cases: a direct-flow m ethod for supplying air m ixture, w hen only tw o direct-flow burners operate from four burners, and tw o are in em ergency m ode and v o rte x m e th o d o f supplying the m ixture, w hen tw o vortex burners operate w ith fou r torches w ith a swirl angle o f the m ixture flow and tilting them to the center o f sym m etry o f the boiler by 30 degrees, and tw o are in em ergency m ode.
• D uring the vortex flow o f air m ixture, an increase in the length o f the zone o f m axim um tem peratures and a decrease in it at the exit o f the com bustion cham ber are observed. The m inim um in the curves are related to the low tem perature o f the air m ixture entering the com bustion cham ber through the burners (z=4 m).
• I f the com bustion cham ber is operating in em ergency m ode, then at the exit from it, the average concentration o f carbon m onoxide CO and nitrogen dioxide N O 2 decreases w hen using vortex burners.
The calculated values o f the concentrations o f harm ful substances (CO, N O 2,) at the exit from the com bustion cham ber com ply w ith the M PC standards adopted in the p ow er system o f K azakhstan.
A ck n o w led g e
This w ork w as supported by M inistry o f Education and Science o f the R epublic o f K azakhstan A P05132988 and A P05133590 and B R 05236730).
The author, P.Safarik, expresses thanks for support by the Project N o. C Z .2 .16 /3 .1.00/21569 3D V olum etric A nem om etry.
П. Ш аф арж ик1, С.А.Болегенова 2-3, А.А. Туякбаев2, В.Ю. М аксимов2, A.O. Н ы м анова2, С.А. Блегенова3
1Чешский технический университет в Праге, Прага, Чешская Республика;
2Казахский Национальный Университет имени аль-Фараби, Алматы, Казахстан;
3 Научно-исследовательский институт экспериментальной и теоретической физики, Алматы, Казахстан ЧИ С Л ЕН Н О Е М ОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОМ А ССОПЕРЕНО СА
П РИ ЧА СТИ Ч Н О Й ОСТАНОВКЕ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В КАМ ЕРУ СГОРА НИЯ ТЭЦ
А ннотация. Казахстан является одним из государств, обладающих огромными запасами углеводородов, которые оказывают существенное влияние на формирование и состояние мирового энергетического рынка.
(grants Centre
На территории республики имеются залежи около 33,600 млн. тонн угля (3,8% мировых запасов угля), 30 000 млн.
баррелей нефти (1,8% мировых запасов) и 1,5 трлн кубометров природного газа (0,8% мировых запасов).
Вследствие этого в нашей стране до 85% всей выработки электроэнергии производится путем сжигания ископаемого топлива, главным образом местного низкосортного угля. Энергоснабжение обеспечивается за счет производства электроэнергии на 69 электростанциях, основным источником которых является высокозольный казахстанский уголь Экибастузского, Карагандинского, Тургайского угольных бассейнов.
Уголь в Казахстане обладает рядом преимуществ: малое содержание серы, высокий выход летучих веществ на сухую золу меньше массы и низкая цена, потому что уголь добывается в основном открытым способом.
Тем не менее, он характеризуется низким качеством из-за высокого содержания золы в его составе (более 40%). Как следствие, использование такого топлива в теплоэнергетике приводит к проблемам в стабилизации пламени и горении в целом, в шлаковании конвективных поверхностей нагрева (экранов печей) и в загрязнении воздуха летучей золой, оксидами углерода, азота и серы (COx, NOx, SOx), углеводородами (CnHm) и другими продуктами сгорания. Кроме того, при использовании низкосортных углей увеличивается расход мазута или природного газа, используемых для растопки котла, подхвата и стабилизации горения пылеугольного факела, и ухудшается экологическая обстановка. Еще одной проблемой в энергоснабжении является то, что любое энергетическое предприятие нуждается в периодической остановке котельной, при этом возможны: аварийное отключение, плановое отключение и кратковременная остановка.
В данной статье с применением численных методов проведены исследования, позволяющие определить влияние вынужденной частичной остановки подачи угольной пыли (аварийный режим) через горелочные устройства на основные характеристики топочной камеры котла БКЗ-75 Шахтинской ТЭЦ. Паровой котел заводской марки БКЗ-75 - вертикально-водотрубный, производительностю 75 т/час (51,45 Гкал/ч).
Котельный агрегат блочной конструкции является однобарабанным, с естественной циркуляцией и выполнен по П-образной схеме. Котел БКЗ-75 оборудован четырьмя пылеугольными горелками, установленными по две горелки с фронта и с тыла в один ярус. В котле сжигается пыль Карагандинского рядового (КР-200) угля, зольностью 35,1%, выходом летучих 22%, влажностью 10,6% и теплотой сгорания 18,55 MJ/kg. Методами компьютерного моделирования были исследованы различные режимы подачи пылеугольного топлива в камеру сгорания. Прямоточный способ подачи аэросмеси, когда из четырех горелок работают только две прямоточные горелки, а две находятся в аварийном режиме. Вихревой способ подачи аэросмеси, когда из четырех горелок работают две вихревые горелки с углом закрутки потока аэросмеси и наклоном их к центру симметрии котла на 30 градусов, а две находятся в аварийном режиме. Для исследования процессов тепломассопереноса в высокотемпературных средах использованы физико-математическая и химическая модели, включающие в себя систему трехмерных уравнений Навье-Стокса и уравнений тепломассопереноса с учетом источниковых членов, которые определяются химической кинетикой процесса, нелинейными эффектами теплового излучения, межфазного взаимодействия, а также многостадийностью химических реакций.
Выполненные вычислительные эксперименты позволили получить основные характеристики процесса тепломассопереноса в камере сгорания: аэродинамику течения, поля температуры и концентраций вредных веществ (оксиды углерода и азота) в объеме топочной камеры и на выходе из нее. Проведен сравнительный анализ для двух исследуемых аварийных режимов (прямоточный и вихревой), на основании которого был сделан вывод о том, что вихревой способ подачи аэросмеси при вынужденной остановке горелочных устройств топочной камеры приводит к уменьшению температуры, концентрации оксидов углерода СО и диоксидов азота NO2 на выходе, но имеет их высокий уровень внутри топочного пространства. Вихревой способ подачи аэросмеси позволяет в значительной степени оптимизировать процесс сжигания низкосортных высокозольных углей в топочных камерах ТЭС и существенно снизить выбросы вредных веществ (NO2 и СО) в окружающую среду. Полученные результаты 3D моделирования процессов тепломассопереноса в топочной камере котла БКЗ-75, работающей в аварийном режиме, подтверждает перспективность использования вихревого способа подачи аэросмеси с целью достижения требований энергоэффективного и экологически безопасного сжигания твердых топлив.
171
П. Ш аф арж ик1, С.Э. Белегенова 2-3, А.А. Туякбаев2, В.Ю. М аксимов2, A.O. К р ы м а н о в а 2, С.Э. Белегенова3 1 Прага к. Чех Техникалык университет^ Прага, Чех Республикасы;
2 эл-Фараби атындагы КазFУ, Алматы, Казахстан;
3 Эксперименталдык жэне теориялык физиканын гылыми-зерттеу институты, Алматы, Казахстан Ж ЭО Ж АНУ КАМ ЕРАСЫ НА О ТЫ Н БЕРУД1 1Ш1НАРА ТОЦТАТУ КЕЗ1НДЕГ1
Ж Ы ЛУМ АССАТАСМ АЛДАУДЫ САНДЬЩ М ОДЕЛДЕУ
А ннотация. Казакстан элемдж энергетикалык нарыктын калыптасуы мен жай-кYЙiне елеулi эсер ететш кeмiрсутектердiн орасан коры бар мемлекеттердщ бiрi болып табылады. Республика аумагында шамамен 33,600 млн.тонна кeмiр (элемдж кeмiр корынын 3,8%), 30 000 млн. баррель мунай (элемдiк корлардын 1,8%) жэне 1,5 трлн. текше метр табиги газ (элемдiк корлардын 0,8%) шогырлары бар. Осынын салдарынан бiздiн елiмiзде барлык электр энергиясын eндiрудiн 85% - ына дешн казбалы отынды, негiзiнен жергiлiктi темен сурыпты кeмiрдi жагу жолымен жYргiзiледi. Энергиямен жабдыктау негiзгi кeзi Ешбастуз, Караганды, Торгай кeмiр бассейндерiнiн жогары кeмiрi болып табылатын 69 электр станцияларында электр энергиясын eндiру есебшен камтамасыз етiледi. Казакстандагы кeмiр бiркатар артыкшылыктарга ие: кYкiрттiн аз мeлшерi, кургак кYлге ушатын заттардын жогары шыгуы массадан аз жэне тeмен бага, себебi кeмiр негiзiнен ашык тэсшмен eндiрiледi. Дегенмен, ол курамында кYлдiн жогары болуына байланысты тeмен сапамен сипатталады (40%-дан астам). Жылуэнергетикада мундай отынды пайдалану жалын турактану мен жалпы жанудын, жылудын конвективп беттерiн (пеш экрандарын) кождауда жэне ауаны |шпа кYлмен, кeмiртегi, азот жэне ^ и р т тотыктарымен (COx, NOx, SOx), кeмiрсутектермен (CnHm) жэне баска да жану eнiмдерiмен ластауда проблемаларга алып келедi. Сонымен катар, тeмен сортты кeмiрдi пайдалану кезiнде казандыкты жагу, устап калу жэне шанкeмiр алауынын жануын турактандыру Yшiн пайдаланылатын мазут немесе табиги газдын шыгыны артады жэне экологиялык жагдай нашарлайды. Энергиямен жабдыктаудагы тагы бiр проблема кез келген энергетикалык кэсшорын казандыкты мерзiмдi токтатуга муктаж, бул ретте: авариялык ажырату, жоспарлы ажырату жэне кыска мерзiмдi токтату болуы мYмкiн. Бул макалада сандык эдiстердi колдану аркылы Шахтинск ЖЭО БКЗ-75 казандыгынын оттык камерасынын негiзгi сипаттамаларына жанаргы курылгылары аркылы кeмiр тозанын берудi мэжбYрлi iшiнара токтату эсерiн аныктауга мYмкiндiк беретiн зерттеулер жyргiзiлдi. БКЗ-75 маркалы зауыт бу казандыгы-тж-сукубыры, eнiмдiлiгi 75 т/саг (51,45 Гкал/саг). Блокты конструкциянын казандык агрегаты бiрбарабанды, табиги айналыммен жэне П-тэрiздi схема бойынша орындалган. БКЗ-75 казандыгы майданнан жэне тылдан бiр кабатка ек1 жанаргы орнатылган тeрт шан бурышымен жабдыкталган. Казандыкта Караганды катардагы кeмiрдiн (КР-200) шаны жагылады, кYлдiгi 35,1%, ушкыштын шыгымы 22%, ылгалдылыгы 10,6% жэне жану жылуы 18.55 MJ/kg.
Компьютерлш модельдеу эдiстерiмен жану камерасына шанкeмiр отынын берудiн эртYрлi режимдерi зерттелщ. Тeрт жанаргылардан тек ек1 пкелей агатын жанаргылар гана жумыс ютейтш, ал екеуi авариялык режимде болатын аэрокоспаларды берудiн тура агынды тэсш . Тeрт жанаргылардан ек1 куйынды жанаргылар жумыс ютеп турган кезде аэрос коспа агынынын буралу бурышы жэне оларды казан симметриясынын ортасына 30 градуска енкейтiлген, ал екеуi авариялык режимде болады. Жогары температуралы орталардагы жылу масса алмасу процестерiн зерттеу Yшiн физика-математикалык жэне Yш eлшемдi Навье-Стокс тендеулерi мен кeз мYшелерiн есепке ала отырып, жылу масса алмасу тендеулер жyйесiн камтитын химиялык модельдер, химиялык кинетикамен, жылулык сэулеленудщ, фазааралык eзара эрекеттесудiн сызыкты емес эсерлерiмен, сондай-ак химиялык реакциялардын м п сатылы болуымен аныкталатын.
Орындалган есептеу эксперименттерi жану камерасында жылумасстасмалдау процесшщ негiзгi сипаттамасын алуга мYмкiндiк бердг агыс аэродинамикасы, температура eрiсi жэне зиянды заттардын концентрациясы (кeмiртегi мен азот оксидгерО оттык камера адлемшде жэне одан шыгуда. Ек1 зерттелетш апаттык режимдер Yшiн салыстырмалы талдау жyргiзiлдi (тура агынды жэне куйынды), онын непзшде оттык камеранын жанаргы курылгылары мэжбYрлi токтаган кезде аэро коспаны берудiн куйынды тэсiлi температуранын азаюына, СО кeмiртегi оксидтерiнiн жэне NO2 азот диоксидтерiнiн шыгуында шогырлануына алып келедi, бiрак оттык кещспктщ гшщде олардын жогары денгейi болады. Ауа коспасын берудiн куйынды т э с ш ЖЭС оттык камераларында тeмен сортты жогары кeмiрдi жагу процесiн айтарлыктай онтайландыруга жэне коршаган ортага зиянды заттардын (NO2 жэне СО) шыгарындыларын айтарлыктай тeмендетуге мYмкiндiк бередi. Апаттык режимде жумыс ютейтш БКЗ-75 казандыгынын оттык
камерасындагы жылу масса алмасу процестерш 3D Yлгiлеудiн алынган нэтижелерi катты отындарды энерготиiмдi жэне экологиялык кауiпсiз жагу талаптарына кол жеткiзу максатында аэро коспаны берудiн куйынды тэсiлiн пайдаланудын перспективалылыгын растайды.
Information about authors:
Safarik Pavel - Doctor of Physics and Mathematics, Professor at the Czech Technical University in Prague, Prague, Czech Republic. https://orcid.org/0000-0001-5376-9604;
Bolegenova Saltanat - Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Head of the Department of Thermophysics and Technical Physics, al-Farabi Kazakh National University, https://orcid.org/0000-0001-5001-7773;
Maximov Valeriy - PhD, Senior Lecturer, Department of Thermal Physics and Technical Physics, al-Farabi Kazakh https://orcid.org/0000-0003-4120-1071;
Tuyakbaev Altai - Assistant professor, al-Farabi Kazakh National University. https://orcid.org/0000-0002-3544-3923;
Nugymanova Aizhan - PhD student, Senior Lecturer, Department of Thermal Physics and Technical Physics, al-Farabi Kazakh National University. https://orcid.org/0000-0003-0393-5672;
Bolegenova Symbat - PhD, deputy dean for educational, methodical and educational work Al-Farabi Kazakh National University. E-mail: [email protected], https://orcid.org/0000-0003-1061-6733
REFERENCES
[1] Kazakhstan country profile. (2018) Available at: https://www.bbc.com/news/world-asia-pacific-15263826.
[2] Karpenko E.I., Ustimenko A.B., Messerle V.E. etc (2007) Mathematical modeling of the processes of solid fuel ignition and combustion at combustors of the power boilers. Proceedings of the 7th International Fall Seminar on Propellants, Explosives and Pyrotechnics, Xian, 7:672-683.
[3] Voloshina I., Chtab-Desportes A., Gorokhovski M. (2010) Stochastic simulation of the spray formation assisted by a high pressure. AIP Conference Proceedings, 1207:66-73.
[4] Schiller A., Leithner R. etc (1999) Firing technique measures for increased efficiency and minimization of toxic emissions in Kasakh coal firing. Proceedings of 19th German Conference on Flames, Dresden, Germany 1492:93-97 (in Eng).
[5] Askarova A.S., Ustimenko A.B., Messerle V.E. etc (2016) Reduction of noxious substance emissions at the pulverized fuel combustion in the combustor of the BKZ-160 boiler of the Almaty heat electro power station using the “Overfire Air”
technology. Journal Thermophysics and Aeromechanics, 23(1): 125-134. DOI: 10.1134/S0869864316010133.
[6] Askarova A., Bolegenova S.A., Ospanova Sh.S. etc (2017) Investigation of aerodynamics and heat and mass transfer in the combustion chambers of the boilers PK-39 and BKZ-160. News of the national academy of sciences of the Republic of Kazakhstan-series physico-mathematical, 2(312):27-38.
[7] Safarik P., Askarova A.S., Nugymanova A.O. etc (2019) Simulation of low-grade coal combustion in real chambers of energy objects. Journal Acta Polytechnica, 59(2):98-108. doi.org/10.14311/AP.2019.59.0098
[8] Buchmann M., Askarowa A. (1997) Structure of the flame of fluidized-bed burners and combustion processes of high- ash coal. Proceedings of 18th Dutch-German Conference on Flames, VDI Berichte, 1313:241 -244.
[9] Beketayeva M., Bekmukhamet A., Gabitova Z. etc (2014) Control harmful emissions concentration into the atmosphere of megacities of Kazakhstan Republic. International conference on Future Information Engineering, Beijing, Peoples China, 10:252-258. DOI: 10.1016/j.ieri.2014.09.085.
[10] Askarova A., Bolegenova S.A., Beketayeva M.T. etc (2018) Modeling of heat and mass transfer in high-temperature reacting flows with combustion. Journal High Temperature, 56(5):738-743. DOI: 10.1134/S0018151X1805005X.
[11] Leithner R., Gabitova Z., Ergalieva A. etc (2016) Computational modeling of heat and mass transfer processes in combustion chamber at power plant of Kazakhstan. Proceedings of MATEC Web of Conferences, 76:UNSP06001 DOI: 10.1051/matecconf/20167606001.
[12] Yergaliyeva A.B., Heierle E.I., Manatbayev R.K. etc (2016) CFD study of harmful substances production in coal-fired power plant of Kazakhstan. Bulgarian Chemical Communications, 48(E2):260-265.
[13] Turbekova A.G., Beisenov Kh.I., Maxutkhanova A.M. etc (2017) A computational experiment for studying the combustion of thermochemically-gasified coal in the combustion chamber of the boiler BKZ-160. News of the national academy of sciences of the Republic of Kazakhstan-series physico-mathematical, 2(312):75-80 DOI: 10.1515/eng-2018-0020
[14] Shortanbaeva Zh.K., Askarova A., Bolegenova S. etc (2017) Numerical modeling of burning pulverized coal in the combustion chamber of the boiler PK 39. News of the national academy of sciences of the Republic of Kazakhstan-series physico- mathematical, 2(312):58-63.
[15] Askarova A., Beketayeva M., Ergalieva A. etc (2016) 3D modeling of heat and mass transfer during combustion of solid fuel in BKZ-420-140-7C combustion chamber of Kazakhstan. Journal of Applied Fluid Mechanics, 9(2):699-709.
[16] Askarova A., Safarik P. etc (2019) 3D modeling of heat and mass transfer processes during the combustion of solid fuel in a swirl furnace. Journal Acta Polytechnica, 59(6):543-553. DOI:10.14311/AP.2019.59.0543.
[17] Safarik P., Askarova A., Nugymanova A. etc (2019) Optimization of the solid fuel combustion process in combustion chambers in order to reduce harmful emissions. News of the national academy of sciences of the Republic of Kazakhstan-series Physico-mathematical, 6(328): 34-42 DOI: 10.32014/2019.2518-1726.71.
[18] Mazhrenova N., Ospanova Sh., Manatbayev R. etc (2016) 3D modelling of heat and mass transfer processes during the combustion of liquid fuel, Proceedings of 15th International Scientific Conference on Renewable Energy and Innovative Technologies, Tech Coll Smolyan, Smolyan, Bulgaria, Bulgarian Chemical Communications, 48(E):229-235.
173
[19] Safarik P., Maximov V.Yu., Bolegenova S.A. etc (2019) 3D modeling of combustion thermochemical activated fuel.
News of the national academy of sciences of the Republic of Kazakhstan-series physico-mathematical, 2(324): 9-16.
DOI: 10.32014/2019.2518-1726.7.
[20] Askarova A.S., Safarik P., Beketayeva M.T. etc (2018) Modern computing experiments on pulverized coal combustion processes in boiler furnaces, News of the national academy of sciences of the Republic of Kazakhstan-series Physico- mathematical, 6(322):5-14 DOI: 10.32014/2018.2518-1726.11.
[21] Askarova A., Ospanova Sh.S., Bekmuhamet A. etc (2012) Numerical research of aerodynamic characteristics of combustion chamber BKZ-75 mining thermal power station. Procedia Engineering, 42:1250-1259.
DOI: 10.1016/j.proeng.2012.07.517.
[22] Gabitova Z., Yergaliyeva A., Shortanbayeva Zh. etc (2017) Simulation of the aerodynamics and combustion of a turbulent pulverized-coal flame. Proceedings of 4th International Conference on Mathematics and Computers in Sciences and in Industry (MCSI 2017). Corfu Island, Greece. P.92-97. DOI: 10.1109/MCSI.2017.23.
[23] Askarova A., Maximov V.Yu. etc (2012) Mathematical simulation of pulverized coal in combustion chamber.
Proceedings of 20th International Congress of Chemical and Process Engineering, Prague, Czech Republic. 42:1150-1156.
[24] Mazhrenova N.R., Bolegenova S.A., Mamedova M.R. etc (2019) Computational experiments for research of flow aerodynamics and turbulent characteristics of solid fuel combustion process. News of the national academy of sciences of the Republic of Kazakhstan-series physico-mathematical, 2(324):46-52. DOI: 10.32014/2019.2518-1726.11.
[25] Askarova A., Bolegenova S.A., Maximov V.Yu. etc (2019) 3D modeling of heat transfer processes in the combustion chamber of a TPP boiler. News of the national academy of sciences of the Republic of Kazakhstan-series physico-mathematical, 6(328):5-13 DOI: 10.32014/2019.2518-1726.68.
[26] Alijarov B.K., Alijarova M.B. (2012) Szhiganie kazahstanskih uglej na TJeS i na krupnyh kotel'nyh: opyt i perspektivy. RGP Gylym ordasy, Kazakhstan, 306.
[27] Thermal calculation of boilers (normative method). Publishing House AOOT "NCPO Central Boiler-and-Turbine Institute". 1998. 270 p.
