熱力發電廠課程教學實踐與探索

張國磊+楊龍濱+宋福元

摘要：熱力發電廠從熱力系統全局出發，系統性分析熱力發電廠整體熱經濟性及各子系統協調性能，是培養卓越工程師全局觀念的重要課程。本文根據實際教學經驗，總結了熱力發電廠教學中可采用的有效方法。

關鍵詞：熱力發電廠；卓越工程師；教學

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

熱力發電廠課程是能源與動力工程專業的一門主要專業課，課程教學以熱力發電廠整體為研究對象，研究熱力發電廠的熱功轉換基礎理論，并以汽輪機發電廠的熱力設備及其熱力系統為重點，在安全、經濟、靈活、環保的前提下，分析熱力發電廠整體運行的實際經濟性。熱力發電廠同時也是一門政策性強、綜合性強，并與熱力系統生產實際緊密聯系的專業方向課程。本學科各門專業課程，如鍋爐原理、汽輪機原理及內燃機原理、內燃機結構等，均是以某一具體熱力設備為教學重點內容，側重于單個設備的工作原理及相應的熱力性能計算，沒有從系統全局角度出發，難以幫助學生建立熱力系統全局熱力性能綜合分析的能力。而通過熱力發電廠的課程學習，一方面使學生了解現代發（熱）電熱力系統的組成，建立熱力系統全局認識，通過系統性分析及綜合計算訓練，了解并掌握熱力系統中所有組成部件的熱力特性，對于系統全局薄弱環節改進等大局概念性知識進行了解并深入探討，培養系統性能分析的全局觀念；另一方面讓學生掌握和熟練運用熱功轉換基本理論，能正確進行熱經濟性分析，提高學生分析、研究、解決工程實際系統熱力性能范圍內生產問題的工作能力。

因此總結提高熱力發電廠課程的教學方法，是提升能源與動力工程專業卓越工程師培養水平的重要環節。本文結合熱力發電廠教學中采用的方法，總結了教學行之有效的方法。

一、采用具體的案例教學

熱力發電廠是一項系統工程，工程應用技術已經很成熟，研究對象相對明確，因而在課堂教學中可引申發揮的空間有限。在實際教學時，適當引入熱力發電廠運行過程中的典型案例輔助教學，對學生掌握知識非常有效。采用案例教學，教學素材豐富生動，選用的案例可通過調研或者查閱文獻獲得。作者本人也從事過7年的熱力發電廠運行及設備改造工作，積累了大量的工作經驗及真實案例，能夠有效補充教材內容的缺陷，并且典型案例與教學理論結合，對學生來說有一定的新穎性，這樣既能引起學生的興趣，保持注意力的集中，同時也可以使學生加深理解，給他們留下深刻印象。例如講解發電廠輔助蒸汽系統時，在機組啟動階段，必須有啟動汽源供應蒸汽。本人以吉林省雙遼發電廠0號蒸汽鍋爐為例進行講解。該電廠共4臺300MW機組，0號鍋爐只在機組啟動初期需要，而在300MW正式投產后，雙遼發電廠采用0號鍋爐供暖，使該設備充分發揮了作用，如果沒有這臺小鍋爐，該電廠是無法啟動運行的。在講解主蒸汽系統時，對于單母管制系統、切換母管制系統及單元制系統，為加強理解，采用蛟河發電廠兩臺鍋爐實際系統講解實際母管系統及管路連接方式，并引導學生設計機組調試階段鍋爐蒸汽吹掃方案，讓學生更深刻理解設備的實際運行情況，而不局限于理論計算和理想系統。

二、設問教學，加強互動

熱力發電廠實際系統運行復雜，相對而言，教材上總結的知識點要較實際少很多，且教材知識主要集中在熱力系統穩態性能計算及校核，對于系統實際動態調整過渡過程、異常工況很少涉及。因此教師有必要引導學生設想實際電廠運行可能出現的情況，并應用已經學過的知識去分析研究，得到正確的解釋，從而培養學生從系統觀點去分析探究，而不僅僅盯住設備自身出現的問題。設問教學，是指教師在課堂上結合熱力系統提出工程實際問題，引導啟發學生主動思考，分析造成該問題的可能原因，從而將已學過的專業知識靈活串接，達到活學活用的效果。這里先舉個簡單的例子。鍋爐汽包水位低，與汽包自身基本無關，而是由于蒸汽產量與給水量不匹配造成的，因此需要從保證給水系統正常運行入手來解決汽包水位低的問題，諸如此類的問題，實際系統中不勝枚舉。本人在課堂上給學生提出了若干個實際問題，包括鍋爐過熱蒸汽溫度低、煙氣成分中氧量和CO同時高、水冷壁爆管原因分析等。經過不斷深入引導，學生總結了多方面的因素，包括測試儀表精度、燃燒火焰中心變動、燃用燃料與設計燃料偏差大、受熱面長時間積灰等，都可能導致過熱蒸汽溫度降低。在分析過程中，學生加深了對實際設備運行的理解，有利于學生從書本中走出來，將知識與實際聯系起來。而通過分析所應用的基礎知識，完全基于能源與動力工程專業已經開設的專業課程，因此，課堂分析過程也起到了很好的梳理專業知識的作用。設問教學同時也要求教師能夠盡快引導學生思考，并在較短時間內幫助學生理順思路，找到解決問題的方法，以避免學生對這個問題失去思考的興趣。一般建議前一次課提出問題，在下一次授課時進行提問并組織專題討論，這樣既給了學生思考的時間，又能做到及時反饋，解決學生的疑問。

三、角色轉換，注重基礎

在專業課程教學過程中，普遍存在的一個問題就是老師認為自己已經將所有知識點都講得很透徹了，但是卻有很多學生聽得云山霧罩。這是因為教師和學生的起點不一樣。作為一名教師，對其傳授的知識領域已經有了很深入的研究，而學生卻處于零起點，同時非常缺乏實踐經驗。所以教師對于某些自己認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所在，這就容易出現成學生對基礎知識掌握不到位，學習起來很吃力的現象。例如熱力發電廠系統中存在著很多設備簡稱，比如高加、低加、高壓缸、中壓缸等，都是電力行業中通用的設備名稱，但這些簡稱對于學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，而不能直接認為學生已經掌握了這些簡稱的含義。筆者教學中曾直接將混合式回熱加熱器稱為除氧器，在發現學生不明白這個設備的概念后，只好又重新解釋了一次，雖然不影響整體教學，但卻提醒教師在教學中應注意行業術語的解釋和應用。教師時刻以零起點方式進行講解，照顧到學生的知識基礎，能夠始終帶動學生參與教學，不斷深入掌握實際系統，達到良好的教學效果。endprint

四、學研結合，以研促學

高等學校承擔高等教育的同時，也承擔了大量的科學研究任務，而相當一部分科研項目是面向實際應用的。科研促進教學，不只體現在教師掌握了前沿問題及解決方法上，也應體現在學生了解前沿問題并逐步掌握解決問題的能力。在實際科學研究中提出問題，并結合實際問題進行有針對性的教學，對學生學習有百利而無一害。筆者從事船用蒸汽動力系統動態特性研究，承擔了蒸汽動力系統穩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力實驗裝置，開發了完整的小型蒸汽動力實驗仿真平臺。在實驗及仿真研究中，發現了若干熱力系統運行存在的問題，比如除氧器水位控制、冷凝器水位控制及汽包水位控制。在教學中，筆者將實際系統熱力系統、控制方案及實施方式講解給學生，提出可能出現的運行問題，指導學生進行控制策略優化。學生對于該系統印象深刻，同時也為解決問題提出了一些建議，更重要的是，學生學到了解決問題的思路和方式方法。這種針對性較強的問題，對于學生理解熱力系統的運行非常有幫助。

五、虛擬實踐環節

實踐環節對工科學生能力的培養起到至關重要的作用，包括解決問題的能力、理論服務于實踐的能力以及創新能力等。熱力發電廠課程對象是大型的熱力系統，因而實踐環節受到一定限制，一方面，運行中的電廠一般不接受學生進入現場，以避免出現意外情況；另一方面，電廠系統復雜，設備眾多，現場實踐很難兼顧眾多的熱力子系統，效果難以保證；再次，電廠設備巨大，鍋爐高達數十米，現場不可能全面看見所有設備的運行狀況。因此對于這樣大型的熱力系統，仿真教學的優勢就充分顯現出來了。仿真教學同時解決了場地受限、教學成本等問題。本部門已開發了完整的蒸汽動力實驗仿真平臺以及鍋爐、蓄熱器、汽輪機為主要動力設備的虛擬仿真軟件，其中包括了除氧器、冷凝器、燃油系統等輔助熱力系統。與此同時，與該軟件相對應的是本部門具有完全1：1參數的物理試驗臺。在授課中，結合實際試驗臺系統，通過軟件將熱力系統中所有的設備準確清晰地展示給學生，并可以進行實驗裝置運行操作，讓學生在虛擬操作的同時，感知熱力系統運行特性，加深對熱電廠系統及設備運行特性的理解。

六、總結

縮小本科教育培養的人才與實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。熱力發電廠作為能源與動力工程專業系統性較強的一門專業課程，知識與實際電力發展結合緊密，該課程的教學改革是長期不斷完善的過程。筆者在熱力發電廠課程教學中采用了以上的教學方式，在課程教學中取得了一定效果，在此總結提出旨在總結教學經驗，為同行教師教學提供參考。

參考文獻：

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