基于生產(chǎn)實況運行控制進(jìn)行《鍋爐原理》教學(xué)的探索

李志偉 何秀錦 王斌武 鄒龍生

◆摘 要：在鍋爐系統(tǒng)組成的教學(xué)中，利用現(xiàn)場鍋爐實際運行控制畫面進(jìn)行講解，有利于學(xué)生的理解和記憶，與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，教學(xué)效果得到明顯改善，同時，學(xué)生預(yù)先對生產(chǎn)實際進(jìn)行了了解，實現(xiàn)學(xué)習(xí)與工作的無縫對接，學(xué)生更容易適應(yīng)畢業(yè)后的企業(yè)工作崗位的需求。

◆關(guān)鍵詞：鍋爐系統(tǒng)；運行控制畫面；教學(xué)

鍋爐是火電機(jī)組的三大主設(shè)備之一，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有重要作用，全國火電裝機(jī)總?cè)萘繌?978年的0.40億kW增長到2018年的11.44億kW，增長了近29倍，據(jù)《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的數(shù)據(jù)，到2020年中國的生物質(zhì)發(fā)電規(guī)模將達(dá)到2334萬kW，包括農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電等。無論是常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組，還是農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組和垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組，都是利用燃料在鍋爐中燃燒釋放的化學(xué)能加熱給水產(chǎn)生一定壓力和溫度參數(shù)的蒸汽，鍋爐是火力發(fā)電廠的關(guān)鍵設(shè)備之一，鍋爐技術(shù)的優(yōu)劣不僅直接影響火電廠的經(jīng)濟(jì)性，還對火電廠的安全性和長周期穩(wěn)定運行產(chǎn)生總要影響。

能源與動力工程專業(yè)發(fā)電廠方向的學(xué)生在學(xué)完專業(yè)基礎(chǔ)課之后，開始學(xué)習(xí)《鍋爐原理》這門課，該課程是一門實踐性強的專業(yè)課程。學(xué)生在學(xué)習(xí)開始之前還沒有接觸到鍋爐的實際生產(chǎn)運行，在學(xué)習(xí)過程中存在著一些難度。如何幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)過程中的困難、較好的掌握鍋爐原理這門專業(yè)課程的主要內(nèi)容，是教學(xué)過程中必須面對和解決的問題。

1課程教學(xué)改革

1.1傳統(tǒng)教學(xué)

傳統(tǒng)教材一般是從整體上講解鍋爐系統(tǒng)的組成及工藝流程，如圖1所示，鍋爐系統(tǒng)的組成部件包括：1—煤斗、2—給煤機(jī)、3—磨煤機(jī)、4—空氣預(yù)熱器、5—排粉風(fēng)機(jī)、6—燃燒器、7—爐膛、8—水冷壁、9—屏式過熱器、10—高溫過熱器、11—低溫過熱器、12—省煤器、13—除塵器、14—引風(fēng)機(jī)、15—煙囪、16—鼓風(fēng)機(jī)、17—鍋筒、18—下降管、19—頂棚過熱器、20—排渣室。

圖1中鍋爐的主要工藝流程分為工質(zhì)側(cè)的流程和空氣煙氣側(cè)的流程。工質(zhì)側(cè)的流程為：鍋爐給水—省煤器（12）—汽包（17）—下降管（18）—水冷壁（8）—汽包（17）—頂棚過熱器（19）—低溫過熱器（11）—屏式過熱器（9）—高溫過熱器（10）。空氣煙氣側(cè)的流程中，空氣流程為：環(huán)境大氣—鼓風(fēng)機(jī)（16）—空氣預(yù)熱器（4）—爐膛（7），空氣進(jìn)入爐膛（7）與燃料燃燒產(chǎn)生煙氣；煙氣流程為：爐膛（7）—屏式過熱器（9）—高溫過熱器（10）—低溫過熱器（11）—省煤器（12）—空氣預(yù)熱器（4）—除塵器（13）—引風(fēng)機(jī)（14）—煙囪（15）。

鍋爐系統(tǒng)組成及工藝流程示意圖中，所有的鍋爐部件和工質(zhì)側(cè)的流程線路都是由黑色線條組成，幾乎所有線條交織在一起，只有較強工程背景的技術(shù)人員才能認(rèn)識和理解上述的鍋爐系統(tǒng)組成和工藝流程。對于剛開始學(xué)習(xí)本門課程的學(xué)生，很難從圖中辨認(rèn)出鍋爐的具體部件，跟無從談起對工質(zhì)側(cè)工藝流程的先后順序的理解和空氣煙氣側(cè)工藝流程的理解。學(xué)生不能從圖上辨認(rèn)出鍋爐的組成部件、也不能理解鍋爐的工藝流程，造成的不良后果是學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣、甚至造成學(xué)生的厭學(xué)情緒，學(xué)生不僅不能很好掌握本部分內(nèi)容的基礎(chǔ)知識、給后續(xù)相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)增加了困難。如果為了應(yīng)付考試，學(xué)生只有依靠“死記硬背”的方式學(xué)習(xí)，知識點零散、記憶不牢靠，很難達(dá)到深刻領(lǐng)悟、應(yīng)用自如的教學(xué)目的，一旦考試完畢，所學(xué)知識很快就忘掉了，當(dāng)學(xué)生進(jìn)入到生產(chǎn)工作崗位后，需要重新開始學(xué)習(xí)相關(guān)知識，這是工科院校學(xué)生普遍存在的問題。

1.2用運行控制畫面教學(xué)

為了解決上述問題，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，結(jié)合鍋爐生產(chǎn)工作的實際工況，采用鍋爐的運行控制畫面來進(jìn)行教學(xué)。國內(nèi)火力發(fā)電廠全部采用DCS控制，鍋爐系統(tǒng)的各組成部件和工藝流程直接顯示在電腦的運行控制畫面上，圖形逼真，工藝流程清晰，各組成部分的重要操作參數(shù)和運行參數(shù)均可顯示在運行控制畫面上。用運行控制畫面教學(xué)，可有效控制畫面逼真的圖形，有利于學(xué)生的直觀學(xué)習(xí)，而不是通過抽象想象學(xué)習(xí)，清晰的工藝參數(shù)有助于學(xué)生理解相關(guān)的工藝流程。

1.2.1鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)

在鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)運行界面里沿著風(fēng)煙系統(tǒng)的流動方向，鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)包括：鍋爐兩臺一次風(fēng)機(jī)、兩臺二次風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器、爐膛、尾部煙道、空氣預(yù)熱器、電除塵器、兩臺引風(fēng)機(jī)、煙囪。此外，沿著風(fēng)煙系統(tǒng)的流動方向還可以看出一二次風(fēng)機(jī)的電流、一二次風(fēng)機(jī)的空氣流量、空預(yù)器出口的熱風(fēng)溫度、爐膛溫度、尾部煙道不同受熱面出口的煙氣溫度、鍋爐的排煙溫度、排煙氧濃度、引風(fēng)機(jī)電流等重要參數(shù)。

鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)運行界面不僅直觀顯示了鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的組成，還清楚的顯示出鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的溫度變化情況，以及各風(fēng)機(jī)的耗電情況。

1.2.2鍋爐給水系統(tǒng)

在鍋爐給水系統(tǒng)運行界面里沿著水流動方向，鍋爐給水系統(tǒng)包括低省、高省和汽包。鍋爐給水系統(tǒng)還顯示鍋爐的給水流量，以及在水流方向的溫度參數(shù)和壓力參數(shù)。如界面顯示：鍋爐的給水流量為373噸/小時，低省和汽包的進(jìn)口水溫分別為235℃、297℃；汽包的溫度和壓力參數(shù)分別為318℃、14.4MPa。可見，鍋爐給水系統(tǒng)運行界面不僅直觀顯示了鍋爐給水系統(tǒng)的組成，還清晰顯示了給水系統(tǒng)內(nèi)的阻力損失及溫度上升情況。

1.2.3主再熱蒸汽系統(tǒng)

在鍋爐主再熱蒸汽系統(tǒng)運行界面里，包括主蒸汽系統(tǒng)和再熱蒸汽系統(tǒng)，沿蒸汽流動方向主蒸汽系統(tǒng)包括汽包、包墻過熱器、屏式過熱器（冷段）、屏式過熱器（熱段）、高溫過熱器。主蒸汽系統(tǒng)還顯示了不同位置過熱蒸汽的壓力值和溫度值，如界面顯示：鍋爐的主蒸汽溫度和壓力分別為539℃、13.3MPa，還顯示出兩級減溫水的布置位置和減溫水流量；沿蒸汽流動方向，再熱蒸汽系統(tǒng)顯示再熱蒸汽不同位置的溫度值和壓力值，再熱器出口的溫度和壓力分別為523℃、2.2MPa。此外，再熱蒸汽系統(tǒng)還顯示了事故減溫水的溫度和壓力等參數(shù)，同時顯示了外供蒸氣的流量、壓力、溫度等參數(shù)。

2教學(xué)效果分析

運用實際電廠中的鍋爐運行控制畫面進(jìn)行教學(xué)，與使用傳統(tǒng)教材中如圖1所示的鍋爐系統(tǒng)組成示意圖相比，具有如下效果。

第一，運行控制畫面中鍋爐的各組成部分更直觀、形象逼真，便于學(xué)生記憶、理解、掌握和應(yīng)用。

第二，運行控制畫面中清晰的標(biāo)示出了鍋爐各組成部分，并能看到實時個組成系統(tǒng)的實際運行參數(shù)和控制參數(shù)，學(xué)生不僅了解了鍋爐的各組成部分，而且對各組成部分有了數(shù)據(jù)的概念，對鍋爐的生產(chǎn)運行也有了感性認(rèn)識，加深了學(xué)生的理解，為后續(xù)鍋爐各組成部分的學(xué)習(xí)預(yù)先準(zhǔn)備豐富的數(shù)據(jù)。

第三，通過運行控制畫面學(xué)習(xí)鍋爐系統(tǒng)的組成，不僅更容易學(xué)習(xí)和掌握鍋爐系統(tǒng)的組成，而且通過熟悉了生產(chǎn)實踐中的運行畫面，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)中教師再讓學(xué)生對各相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行探究，找出相關(guān)聯(lián)系和相互的影響以及鍋爐工作的工況需求等，當(dāng)學(xué)生走上工作崗位后，實現(xiàn)學(xué)習(xí)和工作的無縫對接，非常有意義，可大幅度減少學(xué)生工作后的適應(yīng)過程，增強了學(xué)生的工作信心，利于學(xué)生工作后的快速成長。

第四，企業(yè)接受接收能夠快速適應(yīng)工作環(huán)境新員工，可以降低企業(yè)對新員工培訓(xùn)所花費的成本支出，增加企業(yè)的效益。

3結(jié)語

利用鍋爐運行控制畫面對鍋爐組成部分進(jìn)行教學(xué)，有利于學(xué)生的理解和記憶，達(dá)到掌握和會用的教學(xué)效果，培養(yǎng)的學(xué)生實踐應(yīng)用能力強，上手快，容易就業(yè)，學(xué)生工作后得到企業(yè)的一致好評。使學(xué)校教學(xué)和就業(yè)形成良心循環(huán)。

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作者簡介

李志偉，工學(xué)博士，副教授，河北昌黎人，從事能源環(huán)境的教學(xué)和科研工作。

通訊作者：何秀錦，女，高級工程師，桂林航天工業(yè)學(xué)院，能源與建筑環(huán)境學(xué)院，教師。

基金項目：本文為教育部首批新工科研究與實踐項目、桂林航天工業(yè)學(xué)院教學(xué)改革研究資助項目的階段成果。