ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС ПРИ ГОРЕНИИ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ В КАМЕРЕ СГОРА-

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
135 
 
 
 
 
 
а)  
 
 
 
 
 
б) 
 
Рисунок 2 – Схема организации аварийной остановки подачи пыли в горелочные уст-
ройства: а) базовый режим; б) аварийный режим
 
 
На  рисунке 3 представлены 
распределениятемпературы  в  объёме  исследуемой  топоч-
ной камеры. 
 
 
 
 
 
Рисунок 3 – Распределение температуры в объёме камеры сгорания котла 
БКЗ-75 Шахтинской ТЭЦ 
 
Таким  образом,  полученные  в  данной  работе  результаты  позволяют  в  полной  мере 
изучить  и  лучше  понять  влияние  сложных  нелинейных  эффектов:  теплового  излучения, 
межфазного  взаимодействия,  турбулентности,  многофазности  среды,  многостадийности  хи-
мических реакций, силы тяжести на процессы тепломассопереноса. 
Результаты  проведенных  численных  экспериментов  помогут  оптимизировать  способы 
сжигания низкосортного казахстанского угля, и в то же время, создать концепцию производ-
ства энергии с минимальным количеством вредных веществ. Полученные результаты  помо-
гут энергетикам Казахстана решить важные экологические проблемы и достичь экономично-
го производства энергии. 
 
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Республики Ка-
захстан, Грант № 0113РК00499 (
3481/ГФ4
). 
 
 

The 9
th
 International Conference «Modern  
achievements of physics and fundamental physical education»  
 
October , 12-14, 2016, Kazakhstan, Almaty 
______________________________________________________________________________________________________
 
 
136 
 
MODERN CONCEPTS OF SCIENTIFIC INVESTIGATIONS IN THE FIELD OF PRO-
TECTION OF ENVIRONMENT WHICH REALIZED IN KAZAKHSTAN
 
 
A.Askarova, N.Mazhrenova, S.Bolegenova, A.Nugymanova  
 
IETP of al-Farabi KazNU,Almaty, Kazakhstan 
 
Regulation of the quality of the environment must ensure environmental safety of the population 
and the preservation of the gene pool, to ensure rational use and reproduction of natural resources in 
the context of sustainable development of economic activities. 
Environmental regulation is one of the most effective means of environmental protection and 
rational use of natural resources [1]. The permissible load on the ecosystem is regulated and the 
boundaries of the impact of economic activity on the environment are established with it.  
As a general and informative indicator of air pollution is acomprehensive pollution index(CPI)- 
complex index of annual average atmospheric pollution. Its quantitative ranking by the class of state 
of the atmosphere is shown in table 1. 
 
Table 1 
 
Indicators 
Classes of ecological status of the atmosphere 
Rates(N) 
risk (R) 
crisis (К) Disasters 
(D) 
Levels of air pollution 
 
<5 5-8 
8-15 
>15 
 
Air pollution in the city of Almaty is an acute environmental problem, which is complicated by 
the geographic and climatic conditions. For the study of air pollution in the city estimates of the 
content of harmful substances in the atmosphere of the city were analyzed. Accounts for air pollu-
tion in the city Almaty are lead with 5 types of pollutants. 
 By the program “Era-Air” the maximum one-time emissions and surface concentration for en-
terprise TPP-2 of Almaty that burn high-ash Ekibastuz coal were calculated. The installed power 
capacity of TPP-2 -510 megavolt, thermal capacity - 1176 Gcal/h. 
Basic characteristics of Ekibastuz coal, which is burnt at TPP-2, are shown in Table 2. 
Software package of “Era-Air” is devoted to a wide range of problems in the field of air asso-
ciated with the calculations of air pollution.  
Using the program in the work single emission ash, oxides of sulfur, carbon, nitrogen, which 
formed from the combustion of Ekibastuz coal, characteristics, which are listed above, with the 
height of the chimney 120 meters were calculated.The calculation results are shown in Table 3. 
According to our calculations, during the burning of high-ash coal, the maximum amount of 
one-off emissions from a point source exceed at 10 times the maximum single concentration, there-
fore, the average daily concentration will also be significantly higher than the maximum permissible 
concentration.  
As can be seen from the calculation, the maximum surface concentration of greenhouse gases 
exceeds the average daily concentration. 
It was found that the burning of Ekibastuz coal emits large amounts of pollutants, the concen-
tration of which exceeds the maximum single and daily average concentration of impurities, on av-
erage, 2 times the permissible limit values of maximum permissible concentration. This leads to an 
increase in complex index of air pollution of the city of Almaty, which is higher than officially 
known air pollution index is 12. CPI normally should not exceed 5. The calculated figure shows the 
complex exceeded air pollution of the city of Almaty in 2 times 

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
137 
In this regard, our work provides a new way to reduce greenhouse gas emissions on the atmos-
phere. Different ways of disposing of greenhouse gases contained in industrial emissions widely 
used in practice. However, it may be appropriate to reduce emissions by improving the quality of 
fuel burned, increase the efficiency of its combustion. To modify the Ekibastuz coal quality in our 
work, we conducted research on the effect of electron beam processing on the physical and chemi-
cal properties of coal, increasing the efficiency of its combustion in order to reduce emissions 
 We studied the impact of the accelerated electron beam on the structure of coal. Experiments 
on radiation processing of coal were carried out on an electron accelerator ILU-8. Accelerator gen-
erate electrons with an energy of 1.3 MeV, power of dose vary from 0.19 to 0.33 Mrad/s, the total 
dose of absorption - from 10 to 200 Mrad/s, the total dose of uptake - from 10 to 200Mrad. The 
temperature of the coal layer thickness of 7 mm was monitored using a thermocouple and main-
tained in the range 60-70 and 250-260°C.  
Preliminary electron beam processing of coal results in lower emissions reduces the amount of 
ash and reduces the maximum one-time emissions (table 2-3) at least from 0.6% to 9% for the dif-
ferent greenhouse gases. 
 
Table 2 
 
Fuel humidit
y 
 % 
volatility, 
 % 
lfur,  
% 
ash 
conte
nt., 
% 
carboh
ydra 
tes., 
 
% 
hydrog
en 
 
% 
nitro 
gen, 
% 
oxyg
en., 
% 
combu
stion 
heat, 
Q
P  
MJ / kg 
 
no 
exposure 
8.43  28 
0.7  43  43.3 2.64 0.79 6.07 
16.83 
Radiation 
 
6.41 26 
0.5  39 45  3.1  0.7  7.2 16.5 
 
Results of calculation of the maximum single-emission (by the program “Era”) are shown in 
Table 3. 
 
Table 3 
 
Fuel  
Maximum one-time emissions, g/s 
Ash
sulfur dioxide SO
2
nitrogen oxides NO 
carbon monoxide M
CO
no exposure 
 
57.91
12.6 3 
16 
radiation  
 
52.6 9 
3.08 
15 
 
In view of the above, results, which obtained in this study may help to solve the problems as-
sociated with the implementation of Kazakhstan's commitment to reduce air pollution, the devel-
opment of green economy. 
Conducting pilot tests of the electron beam by a point is necessary for the widespread intro-
duction of the proposed method directed to modification of fuel, improving the quality of the envi-
ronment. Industrial electron accelerator ILU-8 capacity of 95 kilowatts works in the industrial park 
of Almaty, which has high performance and can be used technologically complex by electron beam 
processing of different materials. 
 
This work was financially supported by Scientific Committee of MES (grant №3481 / GF4). 
 
References 

The 9
th
 International Conference «Modern  
achievements of physics and fundamental physical education»  
 
October , 12-14, 2016, Kazakhstan, Almaty 
______________________________________________________________________________________________________
 
 
138 
1.  V.Zykov, Chernyshev V. Introduction to environmental metrology and environmental val-
uation: Method Manual. –People's Friendship University, from 2003-24p. 
2.  Mazhrenova N. Environmental aspects of the use of powerful beams of accelerated elec-
trons in the complex processing of natural raw materials. KSU Series Environmental №1, 1996.,71-
79рр. 
3.  Mazhrenova N. Investigations on radiation progressing in Kazakhstan J.Radiat.Phys. 
Chem. 1995, Vol. 46, №4-6, 1401-1404  рр. 
4.  Serikov E. Thermal energy systems and energy use in the industrial process heat produc-
tion. Study benefit.- Almaty AIPET 2006р. 
5.  Ryzhkin V. Thermal power plants, -M:Energy, 1987 – 328 р. 
6.  Askarova A., Mazhrenova N. Environmental problems of the energy sector of Kazakhstan 
and unconventional ways of solving them Almaty: Kazakh University, 1997 - 202 р. 
 
 
 
 
 
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЯЗКОСТИ СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА 
 
В.И. Кубич
1
, В.М. Юров
2 
 
1
Запорожский национальный технический университет  
Запорожье, Украина, 
reibung1@mail.ru
 
2
Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова, 
Караганда, Казахстан, 
exciton@list.ru
 
 
Выделим элементарный напряженно-деформированный объем смазочного материала. Будем 
считать, что он погружен в термостат - невозмущенная часть смазочного материала. Кванто-
вые  переходы,  связанные  с  полем  деформаций,  приводят  к  диссипации  энергии  внешнего 
поля. Если считать, что выделенный объем обменивается с термостатом только энергией, то 
соответствующий ансамбль частиц выделенного элементарного объема будет каноническим. 
Функция отклика такого ансамбля на внешнее воздействие получена в работе [1]. Если в ка-
честве функции отклика взять кинематическую вязкость ν, то получим следующее выраже-
ние: 
 
,
G
A
C
0



 (1) 
где G
0
 - энергия Гиббса термостата, А - работа внешних сил, С - постоянная. 
Энергия  внешних  сил  расходуется  на  разрыв  молекулярных  связей  смазочного  мате-
риала и равна А = σ·S (σ - поверхностное натяжение, S - площадь поверхности элементарно-
го объема). Тогда уравнение (1) примет вид: 
 
,
G
C
0




 (2) 
Уравнение (2) выражает связь между кинематической вязкостью и поверхностным на-
тяжением жидкой среды (смазочного материала).  
По мнению ряда исследователей вязкость и поверхностное натяжение – абсолютно не-
зависимые величины:вязкость – это динамическое явление (поперечные силы), а поверхно-

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
139 
стное  натяжение – это  статическая  величина  (силы  взаимодействия  поверхностей).  На  наш 
взгляд,  это  не  так.  Две  физические  величины  одного  элементарного  объема  должны  быть 
связаны между собой, тем более, что при любой деформации взаимодействие поверхностей и 
сама  поверхность  изменяются.  В  ряде  работ  связь  вязкости  жидкости  с  ее  поверхностным 
натяжением  определена  как  экспериментально,  так  и  теоретически.  Например,  в  работе [2] 
получено, что ν/σ = f(T), что формально совпадает с (2). 
Существует большое количество зависимостей вязкости от температуры, что говорит о 
неблагополучии в этой области. Ни одна из предложенных существующих зависимостей не 
может быть использована для выработки корректирующих или компенсирующих воздейст-
вий в процессе измерения результат.Обзор различных моделей приведен в [3]. 
Торп и Роджер предложили использовать следующую формулу для динамической вяз-
кости µ = ν·ρ, ρ - плотность: 
 
,
t
t
1
2
0







 
(3) 
где 
,  - экспериментально определяемые параметры. 
Кроме того, различными авторами (Кох, Гретц, Гааз, Слот, Дефф и др.) были предло-
жены свои формулы.В настоящее время большинство авторов приходят либо к экспоненци-
альной зависимости вязкости от температуры[3]: 
 
Т
В
Ае


.  
(4) 
либо к формуле Бачинского: 
 
,
b
V
С



 
(5) 
где A, B, C – постоянные; b – удельный объем вещества, при котором вязкость становится 
бесконечно большой, т.е. «предельный объем»; (V-b) – «свободный объем». 
Температурная зависимость кинематической вязкости раствора может быть получена из 
формулы (2), если учесть, что[4]: 
 
,
CT
BT
A
G
2
0



 
(6) 
где А, В, С – постоянные. 
Тогда формула (2) принимает вид: 
 
,
CT
BT
A
C
2






 
(7) 
По форме формула (7) совпадает с уравнением Торпа и Роджера (3). Если учесть темпе-
ратурную зависимость поверхностного натяжения, то получаем зависимость ν ~ 1/Т, которая 
неплохо описывает экспериментальные данные по температурной зависимости кинематиче-
ской вязкости растительных масел, полученные в работе [5]. 
Уравнение (2) позволяет  экспериментально  определить  важнейшую  термодинамиче-
скую характеристику смазочного материала. Для этого достаточно измерить вязкость и по-
верхностное натяжение при двух температурах для исключения константы С. Поверхностное 

The 9
th
 International Conference «Modern  
achievements of physics and fundamental physical education»  
 
October , 12-14, 2016, Kazakhstan, Almaty 
______________________________________________________________________________________________________
 
 
140 
натяжение определяется по методике, изложенной выше, а вязкость, например, по методике 
[6]. 
 
Литература 
 
1 Юров  В.М.  Поверхностное  натяжение  твердых  тел // Вестник  КарГУ,  сер.  Физика, 
2007. - № 1(45). - С. 23-29. 
2 Марков И.И., Хрынина Е.И. О взаимосвязи коэффициента поверхностного натяжения 
и коэффициента вязкости жидкости // Вестник СевКавГТУ Серия «Физико-химическая», №1 
(8), 2004. - С. 80-82. 
3 Малкин А.Я., Исаев А.И. Реология: концепции, методы, приложения.- СПб. Профес-
сия, 2007. - 560 с. 
4 Булах  А.Г.,  Булах  К.Г.  Физико-химические  свойства  минералов  и  компонентов  гидро-
термальных растворов - Л.: Недра, 1978. - 167 с. 
5 Менумеров  Э.Р.  Влияние  антиоксидантных  присадок  на  вязкостно-температурные 
свойства СОТС растительной природы // 
www.kpi.kharkov.ua. 
6 Баланін  В.Х.,  Закієв  І.М.,  Запорожець  В.В.Спосіб  визначення  залежності  динамічної 
в’язкості  мастильних  матеріалів  від  температури  і  пристрій  для  його  здійснення / Патент 
України на винахід № 76312, 2006, Бюл. № 7. 
 
 
 
 
 
МОДЕЛИРОВАНИЕТЕХНОЛОГИИ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ   
ОКСИДОВ АЗОТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕКАТАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ (SE-
LECTIVENON-CATALYTICREDUCTIONSNCR) 
 
А.С. Аскарова
1
, С.А. Болегенова
1
, В.Ю. Максимов
1
, А.С.Сагинаева
2
 
 
1
НИИЭТФ, КазНУ имени аль-Фараби, Алматы, Казахстан 
ЕНУ им. Л.Н.Гумилева, Астана, Казахстан 
 
На современном этапе развития промышленности Республики Казахстан очень остро встает 
вопрос  о  повышении  эффективности  процессов,  связанных  с  производством  энергии,  при 
соблюдении строгих норм выброса вредных веществ и экономичным использованием обору-
дования и топлива.  
Присутствие  золы  в  топливе  отрицательно  сказывается  на  его  качестве,  так  как  зола 
уменьшает количество теплоты в единице массы топлива. Мельчайшие твердые частицы зо-
лы захватываются потоком топочных газов и уносятся из топки, образуя летучую золу, кото-
рая загрязняет, а порой заваливает конвективную поверхность нагрева [1].  
В этой связи многие исследования направлены на разработку технологий экологически 
чистого сжигания, обеспечивающих вредные пылегазовые выбросы (оксиды углерода, азота, 
серы, золы и др.) на уровне требований международных стандартов. Обеспечение этих тре-
бований  базируется  на  целевом  использовании  специфических  физико-химических  свойств 
углей,  на  разработке  оптимальных  технических  решений  по  энергоэффективному  и  эконо-
мически безопасному использованию углей в теплоэнергетике. 
Использование современной технологии снижения пылегазовых выбросов в атмосферу 
(Selectivenoncatalyticreduction - SNCR), с  применением  адекватных  численных  методов 3-D 
компьютерного моделирования, позволяют дать полное описание сложных процессов тепло-

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
141 
массообмена при горении низкосортных угольных топлив на реальных энергетических объ-
ектах Республики Казахстан.   
Физико-математические модели, предлагаемые в данной работе, могут быть использо-
ваны  не  только  при  анализе  процессов  горения  твердых  топлив  и  формирования  основных 
продуктов реакций, но и при анализе многих других технологических процессов, таких как 
сжигание различных видов углей, различных фракций угольных частиц, при различных ус-
ловиях  воспламенения  и  стабилизации  горения,  при  исследовании  конструкционных  реше-
ний и т. д. [2]. 
Селективное  некаталитическое  восстановление (SNCR) -  способ  сокращения NO
х
  по-
средством ввода аммиака, мочевины или подобного состава на основе амина, который реаги-
рует с NO
х
 в присутствии кислорода и разлагает его, образуя азот и воду. Такая реакция про-
текает при высоких температурах в диапазоне  850–1100°С, и поэтому реагенты вводятся в 
конвективный газоход. 
Технология применения SNCR заключается в следующем: аммоний (NH
3
) или мочеви-
на (CON
2
H
4
 или (NH
2
)
2
CO) инжектируются в объем топочной камеры в область с наиболее 
высокой температурой топочных газов. В этой области происходят в дальнейшем термиче-
ские  реакции,  которые  приводят  к  химическому  снижению  оксидов  азота.  Эти  реакции  за-
вершаются в объеме камеры сгорания  не приводят к образованию отходов химических про-
цессов[3].  
Максимальное снижение NO
x
достигаются когда SNCR работает в пределах температур 
850-1100
0
C.  Эта  область  температур  окно  обычно  соответствует  верхней  области  камеры 
сгорания или области, где топочные газы покидают объем камеры. Фактическое местополо-
жение  области  этих  температур  изменяется  с  нагрузкой  котла,  геометрией  и  положением 
функционирующих горелок.  
Более высокие температуры не приводят к сокращению NO
x
 и эффективность исполь-
зования реактива низка из-за конкурирующих реакций, которые преобразовывают диссоции-
рованный аммиак в дополнительные Nox [4].  
На рисунке 1 представлено исследование влияния присутствия кислорода на протека-
ние химических реакций сокращения NO. Видно, что в отсутствии кислорода снижения NO 
практически не наблюдается независимо от увеличения объема инжектированного аммиака 
NH
3
.   
Проведенные исследования кинетики образования и подавления оксидов азота NО по-
казывают, что для повышения эффективности технологий снижения эмиссии оксидов азота 
необходимо обеспечить условия не только для достаточного выделения и горения «летучих» 
при определенных условиях в присутствии кислорода, но и оптимизировать температурный 
интервал их горения и время пребывания дымовых газов в зоне с недостатком кислорода. На 
основе полученных в работе результатов, в дальнейшем будут разработаны новые техниче-
ские решения по организации малотоксичного сжигания пылеугольного топлива в реальных 
камерах сгорания ТЭС. 
 

The 9
th
 International Conference «Modern  
achievements of physics and fundamental physical education»  
 
October , 12-14, 2016, Kazakhstan, Almaty 
______________________________________________________________________________________________________
 
 
142 
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
3
(NH
3
)
0
/(NO
0
)
(N
O)/(NO)
0
t
reak
 = 0.075 sec; T = 1255 K; NO
0
=1020 ppm
 O
2
=2.2%
 O
2
=0.5%
 O
2
=0.0%
 O
2
=2.2% experiment
 O
2
=0.5% experiment
 O
2
=0.0% experiment
1
2
1
2
3
 
 
Рисунок 1 – Снижение оксида азота NO посредством инжектирования аммиака NH
3
. 
 
Настоящая работа выполнена при финансовой поддержке Комитета науки МОН РК 
(грант №3481/ГФ4). 
 
Литература 
 
1 . A. S. Askarova, S. A. Bolegenova, V. Yu. Maximov, A. Bekmukhamet, M. T. Beketayeva, 
and Z. Kh. Gabitova Computational Method for Investigation of Solid Fuel Combustion in Com-
bustion Chambers of a Heat Power Plant // High Temperature, ISSN: 1608-3156, 2015, Vol. 53, 
No. 5, pp. 752–758.  
2 . A. Askarova, S. Bolegenova, V. Maximov, M. Beketayeva, P. Safarik Numerical modeling 
of pulverized coal combustion at thermal power plant boilers // Journal of Thermal Science, June 
2015, Volume 24, Issue 3, pp. 275-282.  
3 . Jessee, J.P., Gansman, R.F., Fiveland, W.A. Calculation of Chemically Reacting Flows 
Using Finite Kinetics // American Society of Mechanical Engineers, Heat Transfer in Fire and 
Combustion Systems. - 1993. – Vol. 250. – P. 43-53. 
4 . Lyon, R. K. Method for the Reduction of the Concentration of NO in the Combustion 
Effluent Using Ammonia // US Patent No. 390054. – 1975. 
 
 
 

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
143 
 

жүктеу/скачать 11,53 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: