熱力發(fā)電廠課程教學(xué)實(shí)踐與探索

張國磊+楊龍濱+宋福元

摘要：熱力發(fā)電廠從熱力系統(tǒng)全局出發(fā)，系統(tǒng)性分析熱力發(fā)電廠整體熱經(jīng)濟(jì)性及各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)性能，是培養(yǎng)卓越工程師全局觀念的重要課程。本文根據(jù)實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了熱力發(fā)電廠教學(xué)中可采用的有效方法。

關(guān)鍵詞：熱力發(fā)電廠；卓越工程師；教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）16-0148-02

熱力發(fā)電廠課程是能源與動(dòng)力工程專業(yè)的一門主要專業(yè)課，課程教學(xué)以熱力發(fā)電廠整體為研究對象，研究熱力發(fā)電廠的熱功轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)理論，并以汽輪機(jī)發(fā)電廠的熱力設(shè)備及其熱力系統(tǒng)為重點(diǎn)，在安全、經(jīng)濟(jì)、靈活、環(huán)保的前提下，分析熱力發(fā)電廠整體運(yùn)行的實(shí)際經(jīng)濟(jì)性。熱力發(fā)電廠同時(shí)也是一門政策性強(qiáng)、綜合性強(qiáng)，并與熱力系統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)際緊密聯(lián)系的專業(yè)方向課程。本學(xué)科各門專業(yè)課程，如鍋爐原理、汽輪機(jī)原理及內(nèi)燃機(jī)原理、內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)等，均是以某一具體熱力設(shè)備為教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容，側(cè)重于單個(gè)設(shè)備的工作原理及相應(yīng)的熱力性能計(jì)算，沒有從系統(tǒng)全局角度出發(fā)，難以幫助學(xué)生建立熱力系統(tǒng)全局熱力性能綜合分析的能力。而通過熱力發(fā)電廠的課程學(xué)習(xí)，一方面使學(xué)生了解現(xiàn)代發(fā)（熱）電熱力系統(tǒng)的組成，建立熱力系統(tǒng)全局認(rèn)識，通過系統(tǒng)性分析及綜合計(jì)算訓(xùn)練，了解并掌握熱力系統(tǒng)中所有組成部件的熱力特性，對于系統(tǒng)全局薄弱環(huán)節(jié)改進(jìn)等大局概念性知識進(jìn)行了解并深入探討，培養(yǎng)系統(tǒng)性能分析的全局觀念；另一方面讓學(xué)生掌握和熟練運(yùn)用熱功轉(zhuǎn)換基本理論，能正確進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)性分析，提高學(xué)生分析、研究、解決工程實(shí)際系統(tǒng)熱力性能范圍內(nèi)生產(chǎn)問題的工作能力。

因此總結(jié)提高熱力發(fā)電廠課程的教學(xué)方法，是提升能源與動(dòng)力工程專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)水平的重要環(huán)節(jié)。本文結(jié)合熱力發(fā)電廠教學(xué)中采用的方法，總結(jié)了教學(xué)行之有效的方法。

一、采用具體的案例教學(xué)

熱力發(fā)電廠是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，工程應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)很成熟，研究對象相對明確，因而在課堂教學(xué)中可引申發(fā)揮的空間有限。在實(shí)際教學(xué)時(shí)，適當(dāng)引入熱力發(fā)電廠運(yùn)行過程中的典型案例輔助教學(xué)，對學(xué)生掌握知識非常有效。采用案例教學(xué)，教學(xué)素材豐富生動(dòng)，選用的案例可通過調(diào)研或者查閱文獻(xiàn)獲得。作者本人也從事過7年的熱力發(fā)電廠運(yùn)行及設(shè)備改造工作，積累了大量的工作經(jīng)驗(yàn)及真實(shí)案例，能夠有效補(bǔ)充教材內(nèi)容的缺陷，并且典型案例與教學(xué)理論結(jié)合，對學(xué)生來說有一定的新穎性，這樣既能引起學(xué)生的興趣，保持注意力的集中，同時(shí)也可以使學(xué)生加深理解，給他們留下深刻印象。例如講解發(fā)電廠輔助蒸汽系統(tǒng)時(shí)，在機(jī)組啟動(dòng)階段，必須有啟動(dòng)汽源供應(yīng)蒸汽。本人以吉林省雙遼發(fā)電廠0號蒸汽鍋爐為例進(jìn)行講解。該電廠共4臺300MW機(jī)組，0號鍋爐只在機(jī)組啟動(dòng)初期需要，而在300MW正式投產(chǎn)后，雙遼發(fā)電廠采用0號鍋爐供暖，使該設(shè)備充分發(fā)揮了作用，如果沒有這臺小鍋爐，該電廠是無法啟動(dòng)運(yùn)行的。在講解主蒸汽系統(tǒng)時(shí)，對于單母管制系統(tǒng)、切換母管制系統(tǒng)及單元制系統(tǒng)，為加強(qiáng)理解，采用蛟河發(fā)電廠兩臺鍋爐實(shí)際系統(tǒng)講解實(shí)際母管系統(tǒng)及管路連接方式，并引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)機(jī)組調(diào)試階段鍋爐蒸汽吹掃方案，讓學(xué)生更深刻理解設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，而不局限于理論計(jì)算和理想系統(tǒng)。

二、設(shè)問教學(xué)，加強(qiáng)互動(dòng)

熱力發(fā)電廠實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜，相對而言，教材上總結(jié)的知識點(diǎn)要較實(shí)際少很多，且教材知識主要集中在熱力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能計(jì)算及校核，對于系統(tǒng)實(shí)際動(dòng)態(tài)調(diào)整過渡過程、異常工況很少涉及。因此教師有必要引導(dǎo)學(xué)生設(shè)想實(shí)際電廠運(yùn)行可能出現(xiàn)的情況，并應(yīng)用已經(jīng)學(xué)過的知識去分析研究，得到正確的解釋，從而培養(yǎng)學(xué)生從系統(tǒng)觀點(diǎn)去分析探究，而不僅僅盯住設(shè)備自身出現(xiàn)的問題。設(shè)問教學(xué)，是指教師在課堂上結(jié)合熱力系統(tǒng)提出工程實(shí)際問題，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，分析造成該問題的可能原因，從而將已學(xué)過的專業(yè)知識靈活串接，達(dá)到活學(xué)活用的效果。這里先舉個(gè)簡單的例子。鍋爐汽包水位低，與汽包自身基本無關(guān)，而是由于蒸汽產(chǎn)量與給水量不匹配造成的，因此需要從保證給水系統(tǒng)正常運(yùn)行入手來解決汽包水位低的問題，諸如此類的問題，實(shí)際系統(tǒng)中不勝枚舉。本人在課堂上給學(xué)生提出了若干個(gè)實(shí)際問題，包括鍋爐過熱蒸汽溫度低、煙氣成分中氧量和CO同時(shí)高、水冷壁爆管原因分析等。經(jīng)過不斷深入引導(dǎo)，學(xué)生總結(jié)了多方面的因素，包括測試儀表精度、燃燒火焰中心變動(dòng)、燃用燃料與設(shè)計(jì)燃料偏差大、受熱面長時(shí)間積灰等，都可能導(dǎo)致過熱蒸汽溫度降低。在分析過程中，學(xué)生加深了對實(shí)際設(shè)備運(yùn)行的理解，有利于學(xué)生從書本中走出來，將知識與實(shí)際聯(lián)系起來。而通過分析所應(yīng)用的基礎(chǔ)知識，完全基于能源與動(dòng)力工程專業(yè)已經(jīng)開設(shè)的專業(yè)課程，因此，課堂分析過程也起到了很好的梳理專業(yè)知識的作用。設(shè)問教學(xué)同時(shí)也要求教師能夠盡快引導(dǎo)學(xué)生思考，并在較短時(shí)間內(nèi)幫助學(xué)生理順?biāo)悸?，找到解決問題的方法，以避免學(xué)生對這個(gè)問題失去思考的興趣。一般建議前一次課提出問題，在下一次授課時(shí)進(jìn)行提問并組織專題討論，這樣既給了學(xué)生思考的時(shí)間，又能做到及時(shí)反饋，解決學(xué)生的疑問。

三、角色轉(zhuǎn)換，注重基礎(chǔ)

在專業(yè)課程教學(xué)過程中，普遍存在的一個(gè)問題就是老師認(rèn)為自己已經(jīng)將所有知識點(diǎn)都講得很透徹了，但是卻有很多學(xué)生聽得云山霧罩。這是因?yàn)榻處熀蛯W(xué)生的起點(diǎn)不一樣。作為一名教師，對其傳授的知識領(lǐng)域已經(jīng)有了很深入的研究，而學(xué)生卻處于零起點(diǎn)，同時(shí)非常缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。所以教師對于某些自己認(rèn)為是眾所周知的知識或者很容易理解的知識都是一帶而過，殊不知這些“常識”對學(xué)生來說卻完全是陌生的，而往往這些“常識”有很多是課程授課重點(diǎn)所在，這就容易出現(xiàn)成學(xué)生對基礎(chǔ)知識掌握不到位，學(xué)習(xí)起來很吃力的現(xiàn)象。例如熱力發(fā)電廠系統(tǒng)中存在著很多設(shè)備簡稱，比如高加、低加、高壓缸、中壓缸等，都是電力行業(yè)中通用的設(shè)備名稱，但這些簡稱對于學(xué)生而言卻都是未知的名詞。這就需要教師在授課過程中做好鋪墊，而不能直接認(rèn)為學(xué)生已經(jīng)掌握了這些簡稱的含義。筆者教學(xué)中曾直接將混合式回?zé)峒訜崞鞣Q為除氧器，在發(fā)現(xiàn)學(xué)生不明白這個(gè)設(shè)備的概念后，只好又重新解釋了一次，雖然不影響整體教學(xué)，但卻提醒教師在教學(xué)中應(yīng)注意行業(yè)術(shù)語的解釋和應(yīng)用。教師時(shí)刻以零起點(diǎn)方式進(jìn)行講解，照顧到學(xué)生的知識基礎(chǔ)，能夠始終帶動(dòng)學(xué)生參與教學(xué)，不斷深入掌握實(shí)際系統(tǒng)，達(dá)到良好的教學(xué)效果。endprint

四、學(xué)研結(jié)合，以研促學(xué)

高等學(xué)校承擔(dān)高等教育的同時(shí)，也承擔(dān)了大量的科學(xué)研究任務(wù)，而相當(dāng)一部分科研項(xiàng)目是面向?qū)嶋H應(yīng)用的?？蒲写龠M(jìn)教學(xué)，不只體現(xiàn)在教師掌握了前沿問題及解決方法上，也應(yīng)體現(xiàn)在學(xué)生了解前沿問題并逐步掌握解決問題的能力。在實(shí)際科學(xué)研究中提出問題，并結(jié)合實(shí)際問題進(jìn)行有針對性的教學(xué)，對學(xué)生學(xué)習(xí)有百利而無一害。筆者從事船用蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究，承擔(dān)了蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制策略研究等課題，針對本部門建成的小型蒸汽動(dòng)力實(shí)驗(yàn)裝置，開發(fā)了完整的小型蒸汽動(dòng)力實(shí)驗(yàn)仿真平臺。在實(shí)驗(yàn)及仿真研究中，發(fā)現(xiàn)了若干熱力系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題，比如除氧器水位控制、冷凝器水位控制及汽包水位控制。在教學(xué)中，筆者將實(shí)際系統(tǒng)熱力系統(tǒng)、控制方案及實(shí)施方式講解給學(xué)生，提出可能出現(xiàn)的運(yùn)行問題，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行控制策略優(yōu)化。學(xué)生對于該系統(tǒng)印象深刻，同時(shí)也為解決問題提出了一些建議，更重要的是，學(xué)生學(xué)到了解決問題的思路和方式方法。這種針對性較強(qiáng)的問題，對于學(xué)生理解熱力系統(tǒng)的運(yùn)行非常有幫助。

五、虛擬實(shí)踐環(huán)節(jié)

實(shí)踐環(huán)節(jié)對工科學(xué)生能力的培養(yǎng)起到至關(guān)重要的作用，包括解決問題的能力、理論服務(wù)于實(shí)踐的能力以及創(chuàng)新能力等。熱力發(fā)電廠課程對象是大型的熱力系統(tǒng)，因而實(shí)踐環(huán)節(jié)受到一定限制，一方面，運(yùn)行中的電廠一般不接受學(xué)生進(jìn)入現(xiàn)場，以避免出現(xiàn)意外情況；另一方面，電廠系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備眾多，現(xiàn)場實(shí)踐很難兼顧眾多的熱力子系統(tǒng)，效果難以保證；再次，電廠設(shè)備巨大，鍋爐高達(dá)數(shù)十米，現(xiàn)場不可能全面看見所有設(shè)備的運(yùn)行狀況。因此對于這樣大型的熱力系統(tǒng)，仿真教學(xué)的優(yōu)勢就充分顯現(xiàn)出來了。仿真教學(xué)同時(shí)解決了場地受限、教學(xué)成本等問題。本部門已開發(fā)了完整的蒸汽動(dòng)力實(shí)驗(yàn)仿真平臺以及鍋爐、蓄熱器、汽輪機(jī)為主要?jiǎng)恿υO(shè)備的虛擬仿真軟件，其中包括了除氧器、冷凝器、燃油系統(tǒng)等輔助熱力系統(tǒng)。與此同時(shí)，與該軟件相對應(yīng)的是本部門具有完全1：1參數(shù)的物理試驗(yàn)臺。在授課中，結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)臺系統(tǒng)，通過軟件將熱力系統(tǒng)中所有的設(shè)備準(zhǔn)確清晰地展示給學(xué)生，并可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行操作，讓學(xué)生在虛擬操作的同時(shí)，感知熱力系統(tǒng)運(yùn)行特性，加深對熱電廠系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行特性的理解。

六、總結(jié)

縮小本科教育培養(yǎng)的人才與實(shí)際工程需求人才之間能力的差距，是目前本科教育迫切需要解決的問題之一。熱力發(fā)電廠作為能源與動(dòng)力工程專業(yè)系統(tǒng)性較強(qiáng)的一門專業(yè)課程，知識與實(shí)際電力發(fā)展結(jié)合緊密，該課程的教學(xué)改革是長期不斷完善的過程。筆者在熱力發(fā)電廠課程教學(xué)中采用了以上的教學(xué)方式，在課程教學(xué)中取得了一定效果，在此總結(jié)提出旨在總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，為同行教師教學(xué)提供參考。

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