Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінде философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Долгов Максим Викторович «8D07117 – Жылуэнергетика» білім беру бағдарламасы бойынша «Отынның балама түрлерін жағуға арналған құйынды жанарғы құрылғысын әзірлеу» тақырыбында диссертациясы қорғалады.
Диссертация Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Жылуэнергетика» кафедрасында орындалды.
Қорғау тілі - орыс тілінде
Ресми рецензенттер:
Болегенова Салтанат Алихановна – физика-математика ғылымдарының докторы, профессор, Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің «Жылу физикасы және техникалық физика» кафедрасының меңгерушісі, мамандығы: «01.04.14 Жылуфизика және теориялық жылутехника» (Алматы қ., Қазақстан Республикасы);
Умышев Диас Райбекович – PhD, қауымдастырылған профессор, Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық зерттеу университетінің «Энергетика» кафедрасының профессоры, мамандығы: «6D071700 – Жылу энергетикасы» (Алматы қ., Қазақстан Республикасы).
Диссертациялық кеңестің уақытша мүшелері:
Оспанов Байтас Санитасұлы – техника ғылымдарының кандидаты, «Самұрық - Энерго» АҚ «Генерация және отын» бөлімінің бас менеджері, мамандығы: «05.14.04: Өнеркәсіптік жылу энергетика» (Астана қ., Қазақстан Республикасы);
Кинжибекова Акмарал Кабиденовна – техника ғылымдарының кандидаты, қауымдастырылған профессор, Торайғыров университетінің «Жылуэнергетика» кафедрасының профессоры, мамандығы: «05.14.04: Өнеркәсіптік жылу энергетика» (Павлодар қ., Қазақстан Республикасы);
Хуторненко Сергей Николаевич – техника ғылымдарының кандидаты, И.И. Ползунов атындығы Алтай мемлекеттік техникалық университетінің «Қазандық және реакторлық техника» кафедрасының доценті, мамандығы: «05.14.14 – Жылу электр станциялары, олардың энергетикалық жүйелері мен қондырғылары» (Барнаул қ., Ресей Федерациясы).
Ғылыми кеңесшілері:
Жумагулов Михаил Григорьевич – PhD, қауымдастырылған профессор, Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Жылуэнергетика» кафедрасының доценті, мамандығы: «6D071700 – Жылу энергетикасы» (Астана қ., Қазақстан Республикасы);
Грибков Александр Михайлович – техника ғылымдарының кандидаты, Қазан мемлекеттік энергетикалық университетінің «Атом және жылу электр станциялары» кафедрасының доценті, мамандығы: «05.14.01: Энергетикалық жүйелер мен кешендер» (Қазан қ., Ресей Федерациясы).
Қорғау 2025 жылғы 17 мамыр, сағат 14:00 Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «8D07117 – Жылуэнергетика» білім беру бағдарламасы бойынша «8D071 – Инженерия және инженерлік іс» кадрларды даярлау бағыты бойынша диссертациялық кеңесте өтеді. Диссертациялық кеңес мәжілісі аралас форматта (оффлайн және онлайн) өткізіледі деп жоспарлануда.
Мекен-жайы: Астана қ., Қажымұкан көшесі, 13, №133 ауд.
Аңдатпа (қаз.): Өзектілігі. Инженерлік саладағы қазіргі шынайылық елеулі өзгерістерді бастан кешуде. Адамзат алдында табиғи жер қойнауының сарқылуынан туындаған органикалық отын шығынын қысқартуға бағытталған жаңа сын-қатерлер туындайды. Ауыр көмірсутектерді және арзан энергия өндіру үшін кондициялық емес отынды экологиялық қауіпсіз жағу мәселесі өткір тұр. Өнеркәсіп бүкіл әлемде парниктік газға, көміртегі қос тотығына (CO2), азот тотығына (NOx), күкірт тотығына (SOx) және күйе шығарындыларына қатысты қауіп-қатерлерге назар аударады. Мысалы, Климаттың өзгеруі жөніндегі үкіметаралық сарапшылар тобы CO2 шығарындылары 1990-2010 жылдар аралығындағы кезеңде жылына 3% -ға ұлғайғаны және өсуін жалғастыратыны туралы деректер берді. Осылайша, парниктік газдар шығарындыларынан туындаған жаһандық жылыну дәуірінде энергия өндіру жүйелерін дамытудың негізгі мақсаттарының бірі ластаушы заттардың шығарындыларын азайтуға, үдерістің тиімділігін арттыруға және тиісінше отын шығынын азайтуға және сол арқылы зиянды шығарындыларды төмендетуге мүмкіндік беретін жану процесін алу болды. Алайда, өртеуге байланысты процестерде ластаушы заттардың шығарындыларын азайту көбінесе тиімділіктің төмендеуі есебінен болады. Басқаша айтқанда, қолданыстағы жағу жүйесі бір мезгілде жоғары тиімділік, сондай-ақ зиянды эмиссиялардың төмен деңгейі талаптарын қанағаттандыру үшін күрделі болып қалуда. Бүгінде «жасыл» энергия көздеріне көшу мәселелері белсенді түрде лоббиленіп жатқанымен, адамзат бұл қадамға техникалық жағынан дайын емес, себебі жел турбинасы өте аз энергия шығарады (бірлі-жарым қуаты 4 МВт артық емес), күн батареясы аз, оның үстіне ол түнде жұмыс істемейді, ал термоядролық реакция бақыланбайды. Осылайша, органикалық отынның жану процестері әлі де көп жылдар бойы бүкіл әлем үшін өзекті болып қала береді. Сәйкесінше, отынды үнемдеудің басқа жолдарын іздеу керек. Осындай шешімдердің бірі - жұмыстың жоғары тиімділігі есебінен түрлі технологиялық процестердің қалдықтарынан алынған баламалы отын түрлерін жағуға қабілетті әмбебап жанарғы құрылғысын жасау болып табылады. Мұндай отындарға пайдаланылған машина майларын, мұнай шламдарын, су басқан мазутты және т.б. жатқызуға болады. Химиялық энергияның баламалы көздерін қолдану дизель отыны, мазут және табиғи газ сияқты негізгі қымбат отын шығынын қысқартуға мүмкіндік береді. Жалпы сипаттамалар. Бірінші бөлімде отынның таңдалған баламалы түрлерін жағуға арналған тәсілдер мен қондырғыларға жүргізілген шолу тұтқырлығының, химиялық құрамының, сондай-ақ жалын тұрақтылығын ұстап тұру мүмкіндігінің әртүрлі дәрежесіне байланысты отынның жекелеген түрлерін жағу кезіндегі әртүрлі қиындықтарды көрсетеді. Әртүрлі үлгідегі жанарғы құрылғылары негізінен жағылатын отын түрлері бойынша тар мамандануға бейімделген, сондай-ақ әрбір үлгінің шешілетін міндеттердің белгілі бір түріне бейімделуіне, яғни өндірілетін энергияны пайдалануға байланысты қуаты бойынша шектеулері бар. Жекелеген жағдайларда жанарғы құрылғыларын масштабтау ең жоғары немесе ең төменгі өнімділік бойынша шектеледі. Екінші бөлімде жанарғы құрылғысын модельдеу нәтижелерінің негізінде ұсынылып отырған жанарғы құрылғысының ішіндегі белсенді құйын шағын торнадо түрінде табысты қалыптасады деген қорытынды жасауға болады. отын мен тотықтырғышты қарқынды араластыруды және оның жанарғы құрылғысының негізгі камерасының ішінде ішінара жануын және айдау құрылғыларында энергияның төмен шығыны жағдайында оның шегінен тыс жеткілікті түрде толық жануын қамтамасыз ететін (ауыспалы көлденең қималы құйын). Үшінші бөлімде отынның дәстүрлі және баламалы түрлерін жағу бойынша жүргізілген эксперименттердің нәтижелері ұсынылған. Алынған деректердің негізінде ұсынылып отырған жанарғы құрылғысы пропан және дизель отыны сияқты типтік сұйық және газ тәрізді отындармен қатар су-мазут эмульсиясы, пайдаланылған май және мұнай қалдықтары сияқты баламалы және қиын жағылатын жанғыш қалдықтарды тиімді жағуға қабілетті деген қорытынды жасауға болады. Жану тұрақтылығының көрсеткіштері бойынша тік және көлденең осі бар жанарғы құрылғысын тестілеу кезінде жану камерасының ішкі бөліктерінде күйіктің пайда болуын болдырмауға мүмкіндік беретін тік конструкция жеңеді, бұл қисаю деңгейінің төмендеуіне, үздіксіз жұмыс режимінде жану тұрақтылығының төмендеуіне алып келеді. Төртінші бөлімде температура мен жылдамдық сияқты физикалық параметрлер бойынша эксперименттік деректермен модельдеу нәтижелеріне салыстырмалы талдау жүргізілді. Зерттеуде мәлімделген құрылғының жақын аналогтан принципті айырмашылығы камераның ішіне шығып тұрған шығу келте құбырының бөлігінің болуында, бұл «мини-торнадо» әсерін тудырады және соның салдарынан ағынның тарылған бөлігінің біркелкі тегістелуі және ағынның үйкелуі есебінен корпусқа температуралық жүктеменің төмендеуі. Қорытындыда жүргізілген зерттеу нәтижелері, конструкцияны іске асыру және жаңа жанарғы құрылғысын кешенді зерттеу, жану өнімдерінің жүріс-тұрысын табысты болжауға мүмкіндік беретін математикалық модельді әзірлеу туралы қорытындылар тұжырымдалған. Құйынды жанарғы құрылғысында баламалы сұйық отындарды жағуды есептеу-эксперименттік зерттеулерден алынған нәтижелер енгізу актісімен расталды. Зерттеудің мақсаты жұмыстың жоғары тиімділігі есебінен отынның баламалы түрлерін жағуға қабілетті әмбебап жанарғы құрылғысын жасау болып табылады. Мақсатқа жану құрылғысының алдын ала жану камерасының (бұдан әрі - от алды) ішінде жоғары қарқындылықтағы құйынды, сондай-ақ техникалық шешімдердің бір бөлігін ұйымдастыру жолымен қол жеткізілді. Сондай-ақ жаңа құрылғыда араластыру мен жанудың тиiмдiлiгiн бағалау және осы өзiндiк конструкциямен байланысты гидродинамикалық тұрақсыздықтардың болуын/болмауын анықтау керек болды. Циклонды ағын тұжырымдамасына негізделген ұсынылған жаңа конфигурациялар жанарғының құйынды камерасында араластыру процесінің кейбір негізгі аспектілерін талдауға мүмкіндік береді. Атап айтқанда, отынның толық жануы және зиянды қалдықтардың көлемі. Алға қойылған мақсатқа қол жеткізу үшін мынадай міндеттерді шешу қажет болды: - түрлі баламалы отындарды, сондай-ақ құйынды жанарғы құрылғыларын тиімді жағу тәсілдері бойынша ғылыми әдебиетке шолу және патенттік іздеу жүргізу; - зерттеу үшін негізгі баламалы отындарды анықтау; - тиімді құйынды жанарғы құрылғысының құрылымын әзірлеу; - зерттелетін жану құрылғысында жану процесін модельдеу; - құйынды жанарғы құрылғысында балама отындарды жағудың тиімділігі мен экологиялылығын зерттеу бойынша бірқатар эксперименттер жүргізу; - жаңа жанарғы құрылғысын патенттеу; - патенттелген жанарғы құрылғысын өнеркәсіптік енгізу және қолдану үшін ұсынымдарды тұжырымдау. Жұмыс гипотезасы. Отынның баламалы қиын жағылатын түрлері тороидальды қарқынды құйындарда жоғары жылу және экологиялық тиімділікпен жануға қабілетті. Ұсынылатын әмбебап (сұйық және газ тәріздес отындарға қатысты) жанарғы құрылғысымен жасалатын құйын отын-ауа қоспасының пайда болуын жақсартады. Диссертациялық жұмысты зерттеу объектісі. Құйынды жанарғы құрылғысы. Ғылыми жаңалық. Эксперименттік стендтерде жанарғы конструкциясының, отын түрінің, жылу қуатының, артық ауа коэффициентінің, сондай-ақ тоннельдің пішіні мен өлшемдерінің жану тиімділігіне әсері бағаланды. Ansys Fluent ортасында сұйықтықтар мен газдардың ағымын модельдеу турбуленттіліктің, фазааралық өзара іс-қимылдың, жанудың химиялық реакцияларының құрылғы жұмысының тиімділігіне әсерін бағалауға мүмкіндік берді. От стендтеріндегі жаңа эксперименттік деректерді талдау негізгі режимдік параметрлердің (жану температурасы, артық ауа коэффициенті, отынның жану жылуы және т.б.) азот оксидінің түзілуіне әсерін бағалауға мүмкіндік берді. Теориялық және практикалық маңыздылығы. Ғылыми нәтижелерді пайдалана отырып, құйынды жанарғы құрылғысын таңдау мен құрастырудың әмбебап алгоритмін қалыптастыру жоспарлануда, ол мынадай кезеңдерді қамтиды: - алаудың сипаттамаларына және жылу, температура және гидравликалық режимдерге, сондай-ақ зиянды шығарындылардың болуына байланысты жанарғылардың жұмыс параметрлеріне қойылатын талаптарды айқындау (қалыптастыру); - конструкцияны таңдау немесе «эталондық» жанарғы құрылғыларының сипаттамаларын пайдалана отырып жанарғының типін анықтау; - таңдалған «эталондық» аналогтың негізінде жанарғы құрылғысын құрастыру; - қыздырғышты сынауға арналған әдістеме мен стендті таңдау; - жану өнімдерінің ағынын теориялық және эксперименттік зерттеу; - жанарғының жану камерасында жану өнімдерінің құйын қозғалысының математикалық моделін құру; - мұнай шламы мен пайдаланылған май мысалында баламалы сұйық отындарды тиімді жағу шарттарын әзірлеу. Қорғауға шығарылатын ережелер: - құйынды жанарғы құрылғысында отын-ауа қоспасының түзілуінің оңтайлы шарттары; - құйынды жанарғы құрылғысының жану камерасындағы жылдамдықты, температураны және қысымды математикалық модельдеу нәтижелері; - жану және зиянды шығарындылардың шығу жағдайларын математикалық модельдеу нәтижелері; - құйынды жанарғы құрылғысында дәстүрлі және балама отындарды жағудың тиімділігі мен экологиялылығын зерттеу бойынша эксперименттік деректер; - құйынды қыздыру құрылғысының ұтымды құрылымы. Зерттеу әдістері. Қойылған міндеттерді іске асыру үшін эксперименттердің нәтижелеріне талдамалық талдау жүргізе отырып, отынның типтік және баламалы түрлерінің жануын зерттеудің эксперименттік әдістері пайдаланылды. Жану процесін алдын ала араластырусыз математикалық модельдеу Ansys Fluent бағдарламалық кешенін пайдалана отырып жүргізілді. Апробация: - «Қашықтықтан білім беру: жаһандық ауқымдағы жаңа сын-қатерлер» атты халықаралық ғылыми конференция. Нұр-Сұлтан. Л.Н.Гумилев атындағы ЕҰУ. 2020 ж. - «Көлік пен энергетиканың өзекті проблемалары: оларды инновациялық шешу жолдары» IX халықаралық ғылыми-практикалық конференциясы. Нұр-Сұлтан 2021. Жарияланымдар. Диссертация тақырыбы бойынша: Scopus базасына кіретін журналда бір мақала (процентиль 38); ҚР ҚМжӘҚБК ұсынатын журналдардағы үш бап; РФ РМО базасының бір бабы; Қазақстан Республикасының өнертабысына 1 патент, Ресей Федерациясының өнертабысына 1 патент, Web of Science жанындағы Derwent Innovations Index базасына кіретін; Халықаралық отандық және шетелдік конференциялар жинақтарында 2 баяндама. Автордың жеке үлесі. Отандық және шетелдік әдебиеттерге шолу, диссертациялық зерттеу тақырыбы бойынша патенттік іздеу, Ansys Fluent бағдарламалық кешені арқылы математикалық моделдеуді іске асыру, материалдық базаны дайындау және эксперименттік зерттеулер жүргізу, эксперименттердің нәтижелерін өңдеу, автор-корреспондент ретінде ғылыми журналдарға жарияланымдар дайындау, патенттерді дайындау және ресімдеу, жұмыс нәтижелерін байқаудан өткізу. Зерттеу векторы мен идеясы ғылыми және шетелдік консультанттармен бірлесіп айқындалған. Сенімділік. Нәтижелердің дұрыстығы эксперименттер жүргізу процесінде пайдаланылған аспаптардың дәлдігімен, сондай-ақ эксперименттік зерттеулер нәтижелерін математикалық модельдеу нәтижелерімен және ұқсас зерттеулердегі авторлардың деректерімен келісумен қамтамасыз етіледі. Диссертацияның құрылымы мен көлемі. Диссертация кіріспеден, төрт бөлімнен, қорытындыдан, пайдаланылған дереккөздер мен қосымшалар тізімінен тұрады. Жалпы жұмыс көлемі 142 бет. Зерттеудің негізгі нәтижелерінің сипаттамасы. 1. Толық әдеби шолу және патенттік іздеу жүргізілді. Сұйық отынның баламалы түрлерін іздеудегі негізгі әлеует талданды. Кейіннен зерттеу үшін негізгі отындар анықталды: 1. Пайдаланылған май; 2. Мұнай шламы; 3. Су-мазутты эмульсия. Отын-ауа қоспасының құйынды аэродинамикасының араласу және кейіннен жану процесіне әсері туралы мәселе егжей-тегжейлі зерттелді. 2. Жаңа жанарғы құрылғысы әзірленді, конструкцияда іске асырылды және кешенді зерттелді, ол қарқынды құйынның пайда болуы есебінен отынның түрлі түрлерін, оның ішінде баламалы қиын жанатын отындарды тиімді жағуға қабілетті. Өнертабыс Қазақстан Республикасының № 35578 өнертабысына патентпен, сондай-ақ Web of Science ғылыми-метриялық базасы жанындағы Derwent Innovations Index базасына енген Ресей Федерациясының № 2769048 өнертабысына патентпен расталды. Патенттелген құрылғы өзінің бірегей геометриялық құрылымының арқасында: - жану камерасында қарқынды құйын жасау, соның есебінен қоспа түзілу тиімділігі артады және зиянды шығарындыларды барынша азайту арқылы отын-ауа қоспасын неғұрлым толық жағу қамтамасыз етіледі; - шағын торнадо түріндегі белсенді құйын түзілу есебінен жалынды үзбей ауаның артық коэффициенттерінің кең диапазонында қиын жағылатын отындардың тұрақты жануына қол жеткізу; - газ ортасының өзіне «жұмсақ» үйкелуі есебінен ағынның аэродинамикалық кедергісін төмендету. 3. Ansys Fluent бағдарламалық ортасында жану өнімдерінің жүріс-тұрысын табысты болжауға мүмкіндік беретін математикалық модель әзірленді. Ansys Fluent ортасында модельдеу кезінде үш көрсеткіш бойынша деректер алынды: температура, қысым және жылдамдық, сондай-ақ оттық құрылғысының ішінде және одан шығу кезінде аэродинамиканы үйлестіруге мүмкіндік беретін үш негізгі қима. Нәтижелер отын-ауа ағынының аэродинамикасын, сондай-ақ жануды бағалауға мүмкіндік берді. 4. Қазандық мемлекеттік энергетика университетінде шетелдік ғылыми тағылымдама кезінде қолданыстағы стендте жүргізілген эксперименттік зерттеулер барысында ұсынылып отырған құйынды құрылымды көлденең ағыстардағы тура ағынды шілтермен салыстыру жүргізілді. Ұсынылатын құйынды құрылғының тұрақты жұмысы ұқсас құрылғы үшін қажеттіден артық ауаның аралығында өтеді. 5. Эксперименттік зерттеулер ұсынылып отырған жанарғы құрылғысы пропан және дизель отыны сияқты типтік сұйық және газ тәріздес отындармен қатар, баламалы және қиын жағылатын жанғыш қалдықтарды: - су-мазутты эмульсия; - пайдаланылған май; - мұнай шламдары. 6. Эксперименттік және теориялық зерттеулермен ауа артық коэффициентінің кең диапазонында NOx және СО сияқты жану өнімдерінің зиянды шығарындылары бойынша рұқсат етілген нормаларды қанағаттандыратын ұсынылып отырған құйынды жанғыш құрылғыны қолдану мүмкіндігі көрсетілді. 7. Құйынды жанарғы құрылғысында баламалы сұйық отындарды жағудың есептік-эксперименттік зерттеулерінің нәтижелері «Тандем Петролеум» ЖШС (Қызылорда қ.) енгізу актісімен расталды.
Зерттеулерді этикалық бағалау жөніндегі комиссияның қорытындысы
Диссертациялық кеңестің шешімі
Диссертация қорғауының бейнежазбасы: https://youtu.be/ay3klfCYiWM
