能源類專業(yè)“清潔燃燒技術(shù)”課程內(nèi)容設(shè)計(jì)和教學(xué)方法探討

熊志波+金晶

【摘要】本文基于國家節(jié)能減排方針政策背景下上海理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院面向能源動力類專業(yè)本科生和研究生開設(shè)清潔燃燒技術(shù)課程的現(xiàn)狀，闡述了上海理工大學(xué)能源動力專業(yè)清潔燃燒技術(shù)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)，對比分析了本科生及研究生清潔燃燒技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)的差異，介紹了上海理工大學(xué)高校能源動力專業(yè)清潔燃燒技術(shù)課程差異化教學(xué)模式。

【關(guān)鍵詞】清潔燃燒技術(shù) 本科生 研究生 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)模式

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）02-0240-02

煤炭是我國主要的一次能源，其主要利用方式主要是燃燒，我國每年70%煤炭直接用于燃燒；而煤燃燒會所排放的粉塵和硫氮氧化物會帶來一系列環(huán)境問題，例如：霧霾、光化學(xué)煙霧、酸雨等等，會對人類健康和生態(tài)環(huán)境造成巨大傷害。[1，2]因此，控制煤燃燒污染物的排放具有重要的社會意義。隨著能源消耗所帶來的環(huán)境問題日益嚴(yán)重，煤的高效、清潔利用成為我國環(huán)境改善所面臨的重大任務(wù)；也成為我國近二十年節(jié)能減排的戰(zhàn)略目標(biāo)。

在煤粉燃燒污染物減排控制嚴(yán)格的政策條件下，開設(shè)煤粉清潔燃燒課程和研發(fā)新型高效煤粉清潔燃燒技術(shù)已成為各高校能源動力院所所追求的目標(biāo)；上海理工大學(xué)（以下簡稱“我?！保┠茉磁c動力工程學(xué)院及時修改本科生及研究生的培養(yǎng)計(jì)劃和培養(yǎng)方案，自2000年起，在能源動力專業(yè)本科生的培養(yǎng)計(jì)劃中和熱能工程學(xué)科研究生的培養(yǎng)計(jì)劃中開設(shè)了“清潔燃燒技術(shù)”課程。該課程主要面向能源與環(huán)境工程、工程熱物理、動力機(jī)械工程和制冷與空調(diào)工程四個本科專業(yè)方向和熱能工程研究生專業(yè)。

1.課程定位

上海理工大學(xué)熱能與動力工程專業(yè)是國家特色專業(yè)，得到了“國家本科教學(xué)質(zhì)量工程”的支持，為上海市教學(xué)高地。[3]“清潔燃燒技術(shù)”課程內(nèi)容主要圍繞煤粉燃燒前洗煤、型煤固硫、水煤漿、燃燒粉塵、硫氧化物、氮氧化物、重金屬等煤粉燃燒前控制技術(shù)、燃燒中及燃燒后污染物排放控制及新型燃煤發(fā)電技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)；該課程是能源動力類能源與環(huán)境工程本科專業(yè)的特色課程，并為我校熱能工程學(xué)科研究生的核心課程?！扒鍧嵢紵夹g(shù)”課程密切結(jié)合煤粉燃燒污染物排放及新型潔凈燃燒技術(shù)的最新研究成果，可促使熱能動力工程專業(yè)本科生密切關(guān)注本行業(yè)內(nèi)的前沿技術(shù)和發(fā)展動向，掌握相關(guān)技術(shù)，成為該行業(yè)創(chuàng)新性人才。2000年至今，“清潔燃燒技術(shù)”課程為上海理工大學(xué)能源動力類能源與環(huán)境工程專業(yè)的選修課（共32學(xué)時）和熱能工程學(xué)科研究生培養(yǎng)的必修課程（共36學(xué)時）。而本科生和研究生對“清潔燃燒技術(shù)”課程知識需求會存在較大差異，因此，面向能源動力類能源與環(huán)境工程專業(yè)本科生與熱能工程專業(yè)研究生開設(shè)的“清潔燃燒技術(shù)”課程內(nèi)容應(yīng)兼顧不同層次學(xué)生的差異，并采用相適應(yīng)的教學(xué)方法。本文接下來主要闡述上海理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院面向能源動力類能源與環(huán)境工程本科生和熱能工程研究生開設(shè)的“清潔燃燒技術(shù)”課程內(nèi)容設(shè)計(jì)及相關(guān)教學(xué)方法應(yīng)用相關(guān)情況。

2.面向本科生的“清潔燃燒技術(shù)”課程授課內(nèi)容設(shè)計(jì)及教學(xué)方法

“清潔燃燒技術(shù)”課程的特點(diǎn)在于不同于傳統(tǒng)的理論基礎(chǔ)課程，其授課內(nèi)容更新很快。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)技術(shù)不斷更新?lián)Q代，授課內(nèi)容也需要隨時更新。要求授課教師要有堅(jiān)實(shí)的科研基礎(chǔ)，掌握國際上最前沿煤粉清潔燃燒技術(shù)的發(fā)展動態(tài)和發(fā)展水平。上海理工大學(xué)本科生“清潔燃燒技術(shù)”課程主要采用我校教學(xué)團(tuán)隊(duì)編著《燃煤污染物排放控制技術(shù)》教材，該教材基于我校教學(xué)特色以及學(xué)科的研究特色進(jìn)行編著，并大量融入了我校近十年在煤粉燃燒硫氧化物、氮氧化物排放相關(guān)方面所取得研究成果及國內(nèi)外前沿的清潔燃燒技術(shù)；教材針對性強(qiáng)、內(nèi)容新穎，為我校相關(guān)專業(yè)本科生奠定了理論基礎(chǔ)，拓展了專業(yè)知識面。上海理工大學(xué)熱能動力工程專業(yè)“清潔燃燒技術(shù)”課程在闡述煤粉燃燒相關(guān)污染物排放現(xiàn)狀及危害的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)講解了煤粉燃燒過程中硫氧化物、氮氧化物、粉塵等形成機(jī)理，系統(tǒng)講解了煤粉燃燒中、燃燒后相關(guān)硫、氮等污染物最新排放控制技術(shù)；并結(jié)合燃燒電廠濕法脫硫工程案例講解；使學(xué)生在掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)的同時，能夠獲得相關(guān)理論知識和工程應(yīng)用背景知識；培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)以致用、理論聯(lián)系實(shí)際的能力和素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)了“清潔燃燒技術(shù)”課程的工程應(yīng)用性。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可了解國內(nèi)外相關(guān)的最先進(jìn)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及國家煤粉清潔燃燒技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)。課程側(cè)重硫氧化物、氮氧化物、超細(xì)粉塵、重金屬污染物、碳氧化物、碳?xì)浠衔锏纳蓹C(jī)理、控制方法和關(guān)鍵技術(shù)的介紹。[3，4]

在本科“清潔燃燒技術(shù)”課程教學(xué)過程中，主要采用教師講解，學(xué)生參與課堂討論的形式進(jìn)行教學(xué)，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，使學(xué)生參與到教學(xué)環(huán)節(jié)中，由被動接受變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)；并設(shè)置相關(guān)技術(shù)專題，邀請本校煤粉清潔燃燒技術(shù)方面專家開展專題報告，促使本科生能夠及時掌握煤粉清潔燃燒技術(shù)的前沿動態(tài)。上海理工大學(xué)熱能動力工程專業(yè)“清潔燃燒技術(shù)”課程內(nèi)容主要包括：燃煤污染物排放現(xiàn)狀及危害，國內(nèi)外對燃煤污染物最新排放技術(shù)的需求；燃煤污染物爐前控制技術(shù)（選煤技術(shù)、型煤技術(shù)和水煤漿技術(shù)）；硫氧化物的形成機(jī)理、碳酸鈣固硫機(jī)理和爐內(nèi)噴鈣固硫及尾部煙氣干法/半干法/濕法煙氣脫硫技術(shù)；氮氧化物的形成機(jī)理、爐內(nèi)空氣分級、燃料分級、低NOx燃燒技術(shù)和尾部煙氣選擇性非催化脫硝和選擇性催化脫硝控制技術(shù)，重點(diǎn)講解了燃煤電廠尾部煙氣濕法脫硫技術(shù)和選擇性催化還原脫硝技術(shù)；促使本科生掌握相應(yīng)的工程知識；二氧化碳排放控制技術(shù)，主要介紹了O2/CO2富氧燃燒技術(shù)、化學(xué)鏈燃燒技術(shù)的基本原理和最新技術(shù)的發(fā)展動態(tài)；先進(jìn)的潔凈煤發(fā)電技術(shù)，主要包括大型循環(huán)流化床技術(shù)、燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)技術(shù)、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)、超超臨界技術(shù)；重金屬污染物汞的排放控制技術(shù)，主要介紹煤粉燃燒中汞形成機(jī)理及氧化脫除技術(shù)，并講解國內(nèi)外煤粉燃燒汞、砷、鉛、鉻等重金屬的最新研究進(jìn)展。

3.面向研究生的“清潔燃燒技術(shù)”課程授課內(nèi)容設(shè)計(jì)及教學(xué)方法

上海理工大學(xué)本科生“清潔燃燒技術(shù)”課程培養(yǎng)目標(biāo)是促使本科生在掌握煤粉燃燒相關(guān)污染物形成機(jī)理及控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，了解國內(nèi)外最新研究動態(tài)，掌握一定的工程技術(shù)；而上海理工大學(xué)研究生“清潔燃燒技術(shù)”課程不但強(qiáng)調(diào)掌握上述基本知識，而且重點(diǎn)培養(yǎng)研究生解決實(shí)際問題的能力，注重培養(yǎng)研究生工程設(shè)計(jì)能力。因此，上海理工大學(xué)“清潔燃燒技術(shù)”研究生課程內(nèi)容和教學(xué)模式與本科生課程存在較大差異。本?！扒鍧嵢紵毖芯可n程在簡單了解煤粉燃燒硫、氮、粉塵、重金屬和二氧化碳污染物排放現(xiàn)狀及危害基礎(chǔ)上，系統(tǒng)介紹了煤粉燃燒前、燃燒中和燃燒后相關(guān)污染物控制機(jī)理與技術(shù)；并基于研究生科研素養(yǎng)和工程實(shí)踐經(jīng)歷培養(yǎng)要求，重點(diǎn)設(shè)置了尾部煙氣濕法脫硫技術(shù)和選擇性催化還原脫硝技術(shù)工程案例的設(shè)計(jì)課程內(nèi)容；圍繞煤粉燃燒氮氧化物形成機(jī)理和選擇性非催化還原脫硝技術(shù)講解Chemkin和Fluent相關(guān)軟件；并通過設(shè)置Project專題，讓研究生掌握相關(guān)煤粉清潔燃燒技術(shù)的工程設(shè)計(jì)知識，培養(yǎng)研究生開展煤粉清潔燃燒技術(shù)研究的基本素養(yǎng)。

上海理工大學(xué)研究生“清潔燃燒技術(shù)”課程教學(xué)形式多樣化，主要采用教師主講、學(xué)生副講的形式展開；“清潔燃燒技術(shù)”課程教師主要圍繞煤粉燃燒硫氧化物和氮氧化物等污染物的形成機(jī)理、控制技術(shù)和工程案例的設(shè)計(jì)和相關(guān)研究軟件進(jìn)行講解；而研究生主要基于自己的研究方向，查找國內(nèi)外最新研究前沿，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)形式，向老師及其他同學(xué)闡述相關(guān)煤粉清潔燃燒污染物排放的最新研究進(jìn)展。同時，為了培養(yǎng)研究生的國際視野，上海理工大學(xué)每年會邀請美國Lehigh University能源研究主任Carlos E. Romero教授為我?！扒鍧嵢紵夹g(shù)”課程研究生進(jìn)行相關(guān)煤粉清潔燃燒技術(shù)的教學(xué)和指導(dǎo)。

4.結(jié)論

“清潔燃燒技術(shù)”課程上海理工大學(xué)熱能動力工程專業(yè)的專業(yè)特色課程和熱能工程學(xué)科研究生的核心課程。該課程的本科生和研究生教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該基于“清潔燃燒技術(shù)”課程大綱進(jìn)行煤粉燃燒過程中主要污染物的形成機(jī)理和控制技術(shù)講解；又應(yīng)注重本科生和研究生培養(yǎng)要求的差異，合理設(shè)計(jì)課程內(nèi)容和采用相應(yīng)的教學(xué)方法及模式。高校能源動力類專業(yè)本科生的清潔燃燒技術(shù)課程內(nèi)容應(yīng)偏重各種高效、清潔燃燒技術(shù)原理及最新研究進(jìn)展；而高校能源動力類專業(yè)碩士生的清潔燃燒技術(shù)課程內(nèi)容需側(cè)重各種清潔燃燒技術(shù)的工程應(yīng)用及相關(guān)科研軟件講解與實(shí)訓(xùn)。

參考文獻(xiàn)：

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