Научная деятельность кафедры

Научная деятельность преподавателей, аспирантов и студентов кафедры

На кафедре «Тепловые электрические станции» активно ведется научная работа. За годы существования кафедры преподавателями и аспирантами было опубликовано более тысячи научных статей и докладов, сделано более 300 изобретений и рационализаторских предложений.

При Казанском государственном энергетическом университете действует несколько диссертационных советов с правом приема и защиты кандидатских и докторских диссертаций по различным специальностям, в том числе по специальности – 05.14.14 - «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты».

За последние годы 14 преподавателям, аспирантам и соискателям кафедры были присвоены ученые степени кандидатов технических наук. В настоящее время в аспирантуре при кафедре ТЭС обучается более 10 человек.

Результаты научных исследований преподавателей и аспирантов кафедры опубликованы в следующих научных журналах: «Известия РАН. Энергетика», «Энергосбережение и водоподготовка», «Теплоэнергетика», «Электрические станции», «Энергетик», «Труды Академэнерго», «Известия вузов. Проблемы энергетики», «Энергетика Татарстана», «Техника и технология» и др.

За высокие достижения в учебе и научной деятельности преподаватели, аспиранты и студенты кафедры были удостоены специальных стипендий: Стипендия Президента Российской Федерации по приоритетным направлениям модернизации и технологического развития экономики России; Правительства Российской Федерации, стипендий Правительства Республики Татарстан; стипендий РАО «ЕЭС России» и др. В различные годы молодые ученые, аспиранты и студенты кафедры получили гранты и премии для поддержки научных изысканий и исследований: Грант Президента РФ; гранты Академии наук РТ; премию конкурса «50 лучших инновационных идей Республики Татарстан»; грант программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК»); победа в конкурсном отборе лучших рац. предложений в сфере энергосбережения и энергоэффективности среди студентов и аспирантов ВУЗов России, проводимого Минобрнауки РФ; премию конкурса научно-исследовательских работ молодых ученых и специалистов Казанского научного центра Российской академии наук и др.).   К  настоящему времени на кафедре «Тепловые электрические станции» сформировалась научно-педагогическая школа «Математическое моделирование и термодинамический анализ процессов в жидкофазных средах ТЭС».

Научная работа на кафедре «Тепловые электрические станции» ведется по следующим научным направлениям:

– системный анализ сложных энерготехнологических объектов;

– термодинамический анализ процессов в жидкофазных средах;

– оптимизация предварительной очистки воды на объектах энергетики Татарстана для снижения нагрузки на окружающую среду;

– разработка и внедрение нестехиометрического сжигания газа с предельно низкими избытками топлива на энергетических котлах;

– исследования в области управления дымовым факелом ТЭС;

– мониторинг выбросов ТЭС в атмосферу;

– мониторинг и управление оборотной системой охлаждения ТЭС;

– разработка и внедрение экологически чистых режимов сжигания топлива на ТЭС;

– повышение экономичности котлов и надежности экранов топки;

– оптимизация газовоздушного тракта и модернизация горелок котлов ТЭС;

– расчетно-теоретический метод оценки возможности применения комплексонов на ТЭС;

– математическое моделирование процессов в системе «ТЭС – тепловая сеть»;

– оптимизация системы технического водоснабжения ТЭС;

– комплексный метод получения высококачественного трансформаторного масла с оптимальной концентрацией сернистых соединений;

– разработка компьютерных тренажеров, моделирующих работу элементов ТЭС;

– разработка баромембранных и электромембранных технологий;

– разработка электродиализных технологий переработки стоков ТЭС с возвращением кислот и щелочей в цикл станции.

В 2012 году на кафедре "Тепловые электрические станции" был создан "Студенческий инжиниринговый центр «Young Engineering-Student» - «YES»"

1. Школа проектирования при студенческом инжиниринговом центре «Young Engineering-Student» - «YES»ФГБОУ ВПО «КГЭУ» организует, проектные группы и привлекает студентов, аспирантов молодых ученых к активному участию в разработки проектных решений и задач в отраслях народного хозяйства для предприятий энергетики, нефтехимии и сферы ЖКХ. Школа проектирования при студенческом инжиниринговом центре «Young Engineering-Student» - «YES»ФГБОУ ВПО «КГЭУ» организует, проектные группы и привлекает студентов, аспирантов молодых ученых к активному участию в разработки проектных решений и задач в отраслях народного хозяйства для предприятий энергетики, нефтехимии и сферы ЖКХ.

2. Опытно-конструкторская школа при студенческом инжиниринговом центре «Young Engineering-Student» - «YES»ФГБОУ ВПО «КГЭУ» представляет собой несколько научно-технических подразделений, которые занимаются разработкой конструкции различных теплообменных аппаратов, IT-технологиями, энергоаудитом, системами водоподготовки и водоотведения, установками для утилизации сточных вод, разработкой химических реагентов нового поколения для отраслях народного хозяйства на предприятиях энергетики, нефтехимии и сфере ЖКХ.

3. Школа научных и маркетинговых исследований при студенческом инжиниринговом центре «Young Engineering-Student» - «YES» ФГБОУ ВПО «КГЭУ» проводит ряд исследований по энергообследованию, энергоаудиту, лабораторному анализу жидких сред и исследованию режимов работы теплоэнергетического оборудования, систем водоподготовки и водоотведения, утилизации сточных вод.

Маркетинговая подгруппа проводит анализ взаимодействия промышленных предприятий народного хозяйства со студенческим инжиниринговым центром «YES» по внедрению научно-технических результатов. Студенты под руководством ППС данного центра участвуют в грантах, конкурсах, ярмарках, конференциях, симпозиумах и других научно-технических мероприятиях.

4. Школа сервисного обслуживания представляет собой студенческую группу, которая проводит сервисное обслуживание, настройку, ремонт ранее разработанных и созданных школами инжинирингового центра и установленных на предприятиях энергетики, нефтехимии и сферы ЖКХ установок, аппаратов и систем.

Научно-образовательный центр

«Электромембранные технологии в энергетике»

Центр создан на базе Казанского государственного энергетического университета (кафедра ТЭС, кафедра «Химия»), АО «Мега» (Чехия), «Мембранные технологии» (Литва).

Основной целью деятельности Центра является интеграция научного, образовательного и производственного потенциалов для проведения научных исследований и работ инновационного характера, а также повышения эффективности совместных усилий в подготовке кадров высшей квалификации в области энергетики и нанотехнологических производств.

Основной задачей Центра является создание и реализация проектов для внедрения результатов научных исследований и инноваций в индустриальных потребителях России и странах Европы.

Основными направлениями научных исследований являются исследования в области энергетики и нанотехнологических производств, в том числе:

– инновационные решения по использованию электромембранных технологий в энергетике и других производствах;

– разработка конструкций и типов электромембранных аппаратов;

– проектирование новых типов электромембранных модулей;

– разработка различных схемных решений;

– разработка нанопористых мембран и способов их укладки в электромембранном модуле;

– разработка технологий применения электромембранных производств для целей водоподготовки в энергетике и нанотехнологических производствах;

– новые электромембранные технологии для переработки стоков и сконденсированных газовых выбросов энергетических предприятий с целью получения ценных химических компонентов с возвратом их в технологический цикл;

– внедрение электромембранных нанотехнологий на тепловых электрических станциях Татарстана и других регионов России.

Центр обладает лабораторной, проектной и конструкторской базой, а также специалистами в области электромембранных технологий.

Лаборатория электромембранной техники предназначена для изучения и моделирования процессов в водном теплоносителе и стоках тепловых электрических станций и промышленных производств различного состава с целью их разделения, выделения ценных компонентов с возвратом в технологический цикл и концентрирования.

Специалисты Центра разрабатывают технологии переработки стоков энергетических предприятий на базе электромембранных модулей, техническую документацию для проектирования, изготовления аппаратов, монтаж и наладку на предприятиях, а также занимаются обучением персонала.

Разработанные и реализованные технологии:

1. Технология переработки сточных вод термообессоливающих комплексов водоподготовительных установок ТЭС и других предприятий;

2. Технология переработки сточных вод после регенерации анионитовых фильтров с получением щелочного регенерационного раствора.

3. В настоящее время выполняется научно-исследовательская работа на основе гранта, получаемого от Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, по мероприятию 1.2.1, технические науки, очередь XXVIII, лот №3 «Поддержка научных исследований, проводимых научными группами под руководством докторов наук по научному направлению «Рациональное природопользование» в области «Мониторинг и прогнозирование состояния окружающей среды, предотвращение и ликвидация ее загрязнения».

Научно-образовательный центр

«Энергетические системы и комплексы, рациональное природопользование»

Центр создан в 2011 году на базе Казанского государственного энергетического университета (кафедра ТЭС, кафедра «Химия») совместно с Исследовательским центром проблем энергетики Казанского научного центра Российской академии наук «Академэнерго».

Основными направлениями деятельности НОЦ являются:

- разработка, исследование, совершенствование действующих и освоение новых технологий производства электрической энергии и тепла, использования топлива, водных и химических режимов, способов снижения влияния работы тепловых электростанций на окружающую среду;

- разработка научных основ сбережения энергетических ресурсов в промышленных теплоэнергетических устройствах и использующих тепло системах и установках;

- разработка научных основ исследования общих свойств, создания и принципов функционирования энергетических систем и комплексов, фундаментальные и прикладные системные исследования проблем развития энергетики городов, регионов и государства, топливно-энергетического комплекса страны;

- исследование и разработка нетрадиционных источников энергии и новых технологий преобразования энергии в энергетических системах и комплексах;

- использование на этапе проектирования и в период эксплуатации методов математического моделирования с целью исследования и оптимизации структуры и параметров энергетических систем и комплексов и происходящих в системах энергетических процессов;

- разработка научных подходов, методов, алгоритмов, программ и технологий по снижению вредного воздействия энергетических систем и комплексов на окружающую среду.

В настоящее время научно-педагогическими сотрудниками центра проводятся:

- научно-исследовательская работа на основе гранта, получаемого от Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, по мероприятию 1.1., очередь VI, лот №4 «Поддержка научных исследований, проводимых коллективами научно-образовательных центров по научному направлению «Энергетика, энергосбережение, ядерная энергетика» в области «Создание энергосберегающих систем транспортировки, распределения и использования энергии».

- научно-исследовательские работы на основе хоздоговоров и контрактов;

Сотрудники научно-образовательного центра осуществляют организацию и проведение научных конференций, симпозиумов, семинаров, совещаний, дискуссий международного, регионального и местного уровней; организуют работу по укреплению и развитию научных связей с ведущими учеными российских и зарубежных университетов и других организаций.

Научно-исследовательские лаборатории кафедры ТЭС

При кафедре ТЭС функционируют следующие лаборатории:

1. «Надежности теплоэнергетического оборудования».

В данной лаборатории проводятся экспериментальные исследования коррозионных свойств конструкционных материалов тепловых электростанций в различных растворах комплексообразующих реагентов и их композиций. Проводится анализ влияния отмывочных композиций на скорость протекания негативных физико-химических процессов в модельных растворах. Разрабатываются отмывочные композиции для удаления отложений с теплообменных поверхностей конкретного теплоэнергетического оборудования. Предлагаются мероприятия по совершенствованию различных водно-химических режимов тепловых электростанций республиканской энергосистемы, направленных на снижение количества образующихся отложений в водных средах и скорости коррозии конструкционных материалов. Внедрение результатов исследований позволяет увеличить межремонтый период работы энергетического оборудования и обеспечить надежность теплоэнергетического оборудования ТЭС. Результаты научно-исследовательских работ внедрены на Заинской ГРЭС и Казанской  ТЭЦ-3. В лаборатории имеются следующие приборы: спектрофотометр «Unico 1200», коррозиметр «Эксперт 104», рН-метр «Эксперт 001», металлографический микроскоп «EC МЕТАМ», потенциостат-галваностат «ЭЛ-02.06», термостат жидкостный «ТЖ-ТС-01», лабораторные весы высокой точности измерения «Adventurer» и др. Общий вид лаборатории и оборудование представлены на рисунках.

2. «Системного анализа энерготехнологических объектов».

В данной лаборатории проводится анализ физико-химических и физических процессов, протекающих в тепловых электрических станциях, представленных в виде энерготехнологических систем со множеством связей с применением к ним методов системного анализа. В настоящее время разработаны следующие математические модели водных энерготехнологических систем: система оборотного охлаждения, система реагентной предочистки и система «ТЭС – закрытая тепловая сеть». Написаны компьютерные программы, позволяющие проводить расчеты для конкретных объектов с выдачей рекомендаций по способам совершенствования и новым технологиям. Результаты научно-исследовательских работ внедрены на Казанской ТЭЦ-3, Набережночелнинской ТЭЦ, Нижнекамской ТЭЦ. Макеты энергетического оборудования, установленные в лаборатории представлены на рис.:

3. «Режимов сжигания газообразного топлива».

Данная лаборатория используется для исследования влияния условий сжигания газа на экологические характеристики продуктов сгорания на огневом стенде. Огневой стенд представляет собой неохлаждаемую газоплотную камеру сгорания размерами 2000×900×900 мм с горелкой с переменной площадью смесеобразования и организованным подводом воздуха. На рисунке показан один из этапов подготовки огневого стенда к работе. Для анализа состава продуктов сгорания используется газоанализатор «Testo-350XL». Результаты исследований используются при внедрении режимов сжигания газа с предельно низкими избытками воздуха и при разработке экологически чистых режимов работы котлов. Некоторые результаты исследований внедрены на Заинской ГРЭС (рис. 45).

4. «Класс компьютерных тренажеров кафедры тепловых электрических станций».

На установленных в классе компьютерных тренажерах можно моделировать работу современных тепловых электрических станций. Фрагменты компьютерных тренажеров представлены на рисунках.

В настоящее время в  классе установлены следующие тренажеры:

1) тренажер котлотурбинной части ТЭЦ с поперечными связями, моделирующий работу основного и вспомогательного оборудования действующей электростанции – Казанской ТЭЦ-3;

2) компьютерный тренажер конденсационного энергоблока на сверхкритические параметры К-300-240;

3) компьютерный тренажер пылеугольного котла БКЗ-320-140;

4) компьютерный тренажер, моделирующий работу оборудования химического цеха Набережночелнинской ТЭЦ.

Класс оборудован компьютерными тренажерами, моделирующими работу: энергоблока в составе парового котла ТГМП-314 и турбоагрегата К-300-240; энергоблока в составе парового котла ТГМ-84 и турбогенератора ПТ-60/75-130/13; энергоблока в составе парового котла ТПЕ-430 и турбогенератора Т-100-130; энергоблока в составе двух паровых котлов ТПЕ-429 и турбогенератора ПТ-135/145-130/15.

Область применения компьютерного тренажера:

– освоение и закрепление учебного материала при подготовке специалистов в  Казанском государственном энергетическом университете по специальности 140101.65 «Тепловые электрические станции»;

– отработка навыков работы с конкретным технологическим оборудованием;

– выработка у обучающихся интеллектуальных навыков управления энергетическим оборудованием в наиболее сложных режимах его работы;

– глубокий анализ самых сложных режимов работы оборудования и совершенствование на этой основе режимных карт и эксплуатационных инструкций;

– тренажер представляет всережимную модель оборудования, на которой можно имитировать операции на оборудовании конкретного блока;

– тренажер обеспечивает возможность воспроизведения широкого спектра режимов работы оборудования, управляемого с центральных щитов управления. К их числу относятся такие режимы, как пуски из различных состояний, остановы с различными режимами, работа по сложным диспетчерским графикам, разнообразные виды отказов. Основываясь на точном математическом моделировании, математическая модель тренажера позволяет воспроизвести практически все стационарные и переходные режимы работы оборудования.

Преподаватели, аспиранты и студенты кафедры принимают участие в различных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах, посвященных проблемам большой и малой энергетики, проводимых в МЭИ (г.Москва), ИГЭУ (г.Иваново), КазНЦ РАН (г.Казань), КНИТУ им. А.Н. Туполева (КАИ), КХТИ (г.Казань), ЯрГТУ (г.Ярославль), УлГТУ (г.Ульяновск), ТПУ (г. Томск) и др.

Кафедрой ТЭС ежегодно организуется работа секций «Тепловые электрические станции» на международных научно-технических конференциях «Тинчуринские чтения» и аспирантско-магистерских семинарах, посвященных «Дню Энергетика», проводимых в КГЭУ.

Участие в работе секций данных конференций и семинаров принимают не только молодые ученые и специалисты кафедры ТЭС КГЭУ, но и руководители, сотрудники научных групп из Ивановского государственного энергетического университета, Ульяновского государственного технического университета, Самарского государственного технического университета, представители научно-технического персонала и руководящие работники тепловых электрических станций.

Преподаватели кафедры и привлекаемые для научных исследований студенты участвуют в выполнении фундаментальных, инициативных и финансируемых работ в соответствии с планом НИР и НИОКР, в том числе для предприятий Татарстанской энергосистемы.

В этих работах находят практическое воплощение научные идеи сотрудников кафедры, которые, в свою очередь, способствуют повышению экономичности и уровня эксплуатации оборудования ТЭС.

Тематикой этих работ являлись:

- анализ и оптимизация работы воздушных трактов котлов;

- повышение кпд котлов за счет внедрения режимов сжигания топлива с предельно низкими избытками воздуха;

- уменьшение выбросов окислов азота за счет внедрения нестехиометрического сжигания газа и мазута;

- разработка систем контроля уровня температур в районе топочных экранов котла;

- использование нестехиометрического сжигания для повышения надежности экранов котла;

- разработка программного комплекса с функциями тренажера для моделирования и управления обработкой воды на ТЭС;

- моделирование и оптимизация стадии предварительной очистки воды на ТЭЦ;

- разработка методов повышения эффективности системы оборотного охлаждения;

- исследование возможности применения ингибиторов коррозии и накипеобразования в циркуляционной системе ТЭС;

- разработка технических решений по утилизации продувки испарителей с использованием электродиализа;

- анализ влияния ТЭС на загрязнение воздушного бассейна; исследование распространения в атмосфере дымового факела и возможностей по управлению его траекторией; разработка автоматизированных систем контроля приземных концентраций, создаваемых ТЭС;

- разработка экологических характеристик котлов на основе натурных испытаний;

- разработка и внедрение схем первой ступени механической очистки исходной воды;

- разработка осушителя охлаждающих газов;

- повышение эффективности работы конденсирующих теплообменных аппаратов.