高校《生物質(zhì)熱解原理與技術(shù)》實驗實踐課程教學(xué)建設(shè)

馬歡歡 章一蒙 周建斌 陳登宇

摘要：生物質(zhì)能是重要的清潔可再生能源，具有低碳、環(huán)保、循環(huán)可再生等特點，其應(yīng)用形式多樣、應(yīng)用技術(shù)成熟、應(yīng)用范圍廣泛，在應(yīng)對全球氣候變化、緩解能源供需矛盾、保護生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用，逐漸成為能源結(jié)構(gòu)消費調(diào)整、國際能源轉(zhuǎn)型的重要力量。生物質(zhì)熱解技術(shù)是生物質(zhì)能源中的重要利用方向，通過對實驗實踐課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生深刻理解生物質(zhì)熱解原理與技術(shù)的專業(yè)知識，獲得相應(yīng)分析計算和實驗操作能力，提高學(xué)生運用所學(xué)知識發(fā)現(xiàn)、分析和解決實際問題的能力。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)能源；《生物質(zhì)熱解原理與技術(shù)》；課程建設(shè)；實踐教學(xué)

中圖分類號：G640 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）18-0186-02

一、前言

近年來生物質(zhì)能引起了社會各方的極大關(guān)注。我國生物質(zhì)資源極為豐富，農(nóng)作物秸稈資源每年約9億噸，林業(yè)三剩物約1.2億噸，這些能源由于能量密度低而帶來的體積大、運輸貯存費用高，給工業(yè)化利用帶來了困難和不便。隨著生物質(zhì)成型燃料、熱解、氣化、液化等關(guān)鍵技術(shù)的攻克和產(chǎn)業(yè)化進程的推進，生物質(zhì)能源的應(yīng)用隨之會帶來巨大的社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益[1]。南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院在生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化建設(shè)方面形成了一定的知識產(chǎn)權(quán)和研究成果，并在此基礎(chǔ)上成立了新能源科學(xué)與工程專業(yè)。生物質(zhì)資源的高質(zhì)化利用是我校工科專業(yè)的重要方向，而生物質(zhì)能源（熱解）多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)正是高質(zhì)化利用的重要途徑。本專業(yè)的建設(shè)定位是面向新能源，以生物質(zhì)能源高效利用為特色，充分發(fā)揮我校在生物質(zhì)氣化、液化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)方面的優(yōu)勢，同時兼顧太陽能、風(fēng)能、沼氣能等課程方向。

二、課程建設(shè)基礎(chǔ)與背景

生物質(zhì)熱解等生物質(zhì)綜合利用技術(shù)近年來受到國家各級政策的支持。國家能源局在2016年10月印發(fā)了《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，規(guī)劃中指出要積極發(fā)展分布式農(nóng)林生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，積極推進新建熱電聯(lián)產(chǎn)項目。2017年6月國家林業(yè)局、發(fā)改委、科技部等部委聯(lián)合發(fā)布《林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，其中“專欄8生物質(zhì)能源多聯(lián)產(chǎn)發(fā)展工程”，要求加快建設(shè)一批生物質(zhì)能源多聯(lián)產(chǎn)示范基地，強化科學(xué)技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，支持科研院所、高等院校、關(guān)聯(lián)企業(yè)等參與生物質(zhì)能源多聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)物綜合利用及應(yīng)用推廣研究。加強與農(nóng)業(yè)、國土等部門的合作，推動生物質(zhì)炭、肥等產(chǎn)品應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土壤改良等領(lǐng)域。國家能源局、環(huán)境保護部印發(fā)了《關(guān)于開展燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點工作的通知》，旨在發(fā)揮清潔高效煤電體系的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢，依托現(xiàn)役的煤電高效發(fā)電系統(tǒng)和污染物集中治理設(shè)施，利用生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)，消納農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)資源，破解秸稈田間焚燒造成空氣環(huán)境污染等社會治理難題。國家發(fā)改委、農(nóng)業(yè)部、能源局聯(lián)合發(fā)文《關(guān)于開展秸稈氣化清潔能源利用工程建設(shè)的指導(dǎo)意見》，實施建設(shè)秸稈等生物質(zhì)氣化清潔供熱利用工程。因此可見，生物質(zhì)能源化多聯(lián)產(chǎn)的綜合利用是國家政策導(dǎo)向，同時也是與環(huán)境保護相結(jié)合的重要研究方向。所以《生物質(zhì)熱解原理與技術(shù)》實驗實踐課程的安排應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和人才培養(yǎng)目標(biāo)，對實驗教學(xué)內(nèi)容進行科學(xué)合理的規(guī)劃，從生物質(zhì)原料的分析到熱解過程的實驗以及熱解各項產(chǎn)物的分析和利用研究，達到生物質(zhì)熱解的綜合利用目的，同時開展生物質(zhì)熱解的綜合性或拓展性實驗，做到基礎(chǔ)性實驗和綜合性與設(shè)計性實驗相結(jié)合，堅持實驗教學(xué)與科學(xué)研究相結(jié)合的模式，深入開展研究性實驗教學(xué)。

三、實驗實踐教學(xué)體系的建設(shè)

在生物質(zhì)能源方向中，《生物質(zhì)熱解原理與技術(shù)》的實驗實踐課程建設(shè)思路應(yīng)該是突出以生物質(zhì)能源技術(shù)、生物質(zhì)綜合利用技術(shù)為重點，整合基礎(chǔ)的熱能利用實驗平臺，構(gòu)建生物質(zhì)能源專業(yè)實驗平臺，構(gòu)建專業(yè)實驗實訓(xùn)平臺和校內(nèi)工程實訓(xùn)平臺，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和工程實踐能力，構(gòu)建應(yīng)用型科研實驗平臺，并與教師科研相結(jié)合，積極引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)作。

實驗實踐教學(xué)體系包括基礎(chǔ)性實驗和拓展開放性實驗，基礎(chǔ)性實驗主要包括專業(yè)基礎(chǔ)課程中的實驗和單獨設(shè)置的實驗課程，實驗的設(shè)置目的是為了配合理論教學(xué)中重要的基礎(chǔ)理論或知識點而設(shè)置的演示性實驗或驗證性實驗。該類實驗側(cè)重對基礎(chǔ)技能的訓(xùn)練，鞏固所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，規(guī)范操作方法，掌握實驗的基本方法和基本技能、數(shù)據(jù)處理的知識和實驗報告的撰寫，為綜合實驗和研究創(chuàng)新性實驗奠定了基礎(chǔ)。拓展開放性的綜合實驗是來源于教師申請的課題或是企業(yè)委托的研究項目等，內(nèi)容設(shè)置則有利于學(xué)生將所學(xué)理論和技能進行綜合運用與發(fā)揮，提高系統(tǒng)地分析和解決實際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和團結(jié)協(xié)作精神，全面考核學(xué)生對本專業(yè)能力的掌握情況[2]。

四、實驗實踐教學(xué)課程內(nèi)容的建設(shè)

在實驗實踐課程的內(nèi)容設(shè)置上，應(yīng)改善原有的實驗教學(xué)體系，優(yōu)化實驗內(nèi)容設(shè)置，強化實驗基本技能，適當(dāng)減少驗證性實驗內(nèi)容，增加探索性、創(chuàng)新性實驗內(nèi)容，提高學(xué)生的分析和解決問題能力、獨立工作能力和創(chuàng)新思維能力。同時按照學(xué)科的發(fā)展，開展前沿性的實驗項目建設(shè)，使人才培養(yǎng)能夠?qū)W習(xí)到前沿的知識和學(xué)科發(fā)展動態(tài)。堅持基礎(chǔ)性實驗和綜合性與設(shè)計性實驗相結(jié)合、實驗教學(xué)與科學(xué)研究相結(jié)合的模式，深入開展研究性實驗教學(xué)，強化實驗教學(xué)與科學(xué)研究的緊密結(jié)合，將科研方法和手段轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)的方法和手段，從而更新和完善相關(guān)實驗的教學(xué)內(nèi)容[3]。

《生物質(zhì)熱解原理與技術(shù)》實驗學(xué)時為32學(xué)時，在課程內(nèi)容設(shè)置上包括四個方面[4]：（1）生物質(zhì)的原料分析。生物質(zhì)原料的基礎(chǔ)理化特性的分析對生物質(zhì)熱解利用有重要的意義，屬于基礎(chǔ)性實驗，實驗內(nèi)容主要有生物質(zhì)的工業(yè)分析實驗、生物質(zhì)的元素分析實驗、生物質(zhì)的熱值分析實驗。（2）生物質(zhì)的熱解實驗。生物質(zhì)的熱解過程比較復(fù)雜，影響因素有原料種類、原料尺寸、熱解裝置、熱解溫度、升溫速度、反應(yīng)壓力等，同時實驗設(shè)置要涵蓋多個生物質(zhì)量的區(qū)間，主要有生物質(zhì)的熱重分析實驗、熱重—紅外光譜聯(lián)用分析實驗、流化床生物質(zhì)液化實驗、固定床生物質(zhì)熱解實驗、固定床生物質(zhì)熱解氣化實驗。（3）熱解產(chǎn)物性質(zhì)分析實驗。熱解產(chǎn)物的高附加值的綜合利用是生物質(zhì)能源的發(fā)展方向。主要設(shè)置生物質(zhì)可燃氣組分及熱值分析、生物質(zhì)炭的工業(yè)分析和熱值分析、生物質(zhì)炭吸附性能檢測、生物油的熱值分析、生物質(zhì)提取液的組分分析等。（4）拓展性與綜合性分析實驗。生物質(zhì)熱解—氣相—質(zhì)譜聯(lián)用綜合性實驗、生物炭深加工利用實驗等，也可開展生物質(zhì)熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)利用系統(tǒng)工程虛擬仿真實驗，利用平面或者三維的形式先對整個工藝流程進行學(xué)習(xí)，利用三維交互設(shè)計的方式，對生產(chǎn)線的主要工作方式或原理進行全方位三維模擬形式的展現(xiàn)，讓學(xué)生更加直觀的學(xué)習(xí)和掌握[5]。

五、結(jié)語

《生物質(zhì)熱解原理與技術(shù)》是生物質(zhì)能源研究方向的重要課程，其實驗實踐教學(xué)也是工科學(xué)生培養(yǎng)的重要部分，實驗實踐課程教學(xué)也可提高學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的能力，隨著生物質(zhì)能源的發(fā)展，社會對生物質(zhì)能源領(lǐng)域的人才需求也更多，學(xué)生實踐能力的提高也為其在專業(yè)領(lǐng)域的就業(yè)提供了保障。同時，結(jié)合前沿的知識和學(xué)科發(fā)展動態(tài)，強化實驗教學(xué)與科學(xué)研究的緊密結(jié)合，從科研項目中提煉更多具有工程應(yīng)用背景的專業(yè)實驗，為我國生物質(zhì)能源的發(fā)展提供人才支持。

參考文獻：

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