能源類專業“清潔燃燒技術”課程內容設計和教學方法探討

熊志波+金晶

【摘要】本文基于國家節能減排方針政策背景下上海理工大學能源與動力工程學院面向能源動力類專業本科生和研究生開設清潔燃燒技術課程的現狀，闡述了上海理工大學能源動力專業清潔燃燒技術課程內容設計，對比分析了本科生及研究生清潔燃燒技術課程教學內容設計的差異，介紹了上海理工大學高校能源動力專業清潔燃燒技術課程差異化教學模式。

【關鍵詞】清潔燃燒技術 本科生 研究生 教學內容 教學模式

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】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境問題，例如：霧霾、光化學煙霧、酸雨等等，會對人類健康和生態環境造成巨大傷害。[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境問題日益嚴重，煤的高效、清潔利用成為我國環境改善所面臨的重大任務；也成為我國近二十年節能減排的戰略目標。

在煤粉燃燒污染物減排控制嚴格的政策條件下，開設煤粉清潔燃燒課程和研發新型高效煤粉清潔燃燒技術已成為各高校能源動力院所所追求的目標；上海理工大學（以下簡稱“我校”）能源與動力工程學院及時修改本科生及研究生的培養計劃和培養方案，自2000年起，在能源動力專業本科生的培養計劃中和熱能工程學科研究生的培養計劃中開設了“清潔燃燒技術”課程。該課程主要面向能源與環境工程、工程熱物理、動力機械工程和制冷與空調工程四個本科專業方向和熱能工程研究生專業。

1.課程定位

上海理工大學熱能與動力工程專業是國家特色專業，得到了“國家本科教學質量工程”的支持，為上海市教學高地。[3]“清潔燃燒技術”課程內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、燃燒中及燃燒后污染物排放控制及新型燃煤發電技術進行設計；該課程是能源動力類能源與環境工程本科專業的特色課程，并為我校熱能工程學科研究生的核心課程。“清潔燃燒技術”課程密切結合煤粉燃燒污染物排放及新型潔凈燃燒技術的最新研究成果，可促使熱能動力工程專業本科生密切關注本行業內的前沿技術和發展動向，掌握相關技術，成為該行業創新性人才。2000年至今，“清潔燃燒技術”課程為上海理工大學能源動力類能源與環境工程專業的選修課（共32學時）和熱能工程學科研究生培養的必修課程（共36學時）。而本科生和研究生對“清潔燃燒技術”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境工程專業本科生與熱能工程專業研究生開設的“清潔燃燒技術”課程內容應兼顧不同層次學生的差異，并采用相適應的教學方法。本文接下來主要闡述上海理工大學能源與動力工程學院面向能源動力類能源與環境工程本科生和熱能工程研究生開設的“清潔燃燒技術”課程內容設計及相關教學方法應用相關情況。

2.面向本科生的“清潔燃燒技術”課程授課內容設計及教學方法

“清潔燃燒技術”課程的特點在于不同于傳統的理論基礎課程，其授課內容更新很快。隨著科學技術的不斷發展，相關技術不斷更新換代，授課內容也需要隨時更新。要求授課教師要有堅實的科研基礎，掌握國際上最前沿煤粉清潔燃燒技術的發展動態和發展水平。上海理工大學本科生“清潔燃燒技術”課程主要采用我校教學團隊編著《燃煤污染物排放控制技術》教材，該教材基于我校教學特色以及學科的研究特色進行編著，并大量融入了我校近十年在煤粉燃燒硫氧化物、氮氧化物排放相關方面所取得研究成果及國內外前沿的清潔燃燒技術；教材針對性強、內容新穎，為我校相關專業本科生奠定了理論基礎，拓展了專業知識面。上海理工大學熱能動力工程專業“清潔燃燒技術”課程在闡述煤粉燃燒相關污染物排放現狀及危害的基礎上，重點講解了煤粉燃燒過程中硫氧化物、氮氧化物、粉塵等形成機理，系統講解了煤粉燃燒中、燃燒后相關硫、氮等污染物最新排放控制技術；并結合燃燒電廠濕法脫硫工程案例講解；使學生在掌握扎實的理論基礎的同時，能夠獲得相關理論知識和工程應用背景知識；培養了學生學以致用、理論聯系實際的能力和素養，強調了“清潔燃燒技術”課程的工程應用性。通過本課程的學習，學生可了解國內外相關的最先進的污染物排放標準及國家煤粉清潔燃燒技術的最新發展動態。課程側重硫氧化物、氮氧化物、超細粉塵、重金屬污染物、碳氧化物、碳氫化合物的生成機理、控制方法和關鍵技術的介紹。[3，4]

在本科“清潔燃燒技術”課程教學過程中，主要采用教師講解，學生參與課堂討論的形式進行教學，發揮學生的主觀能動性，使學生參與到教學環節中，由被動接受變為主動學習；并設置相關技術專題，邀請本校煤粉清潔燃燒技術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的前沿動態。上海理工大學熱能動力工程專業“清潔燃燒技術”課程內容主要包括：燃煤污染物排放現狀及危害，國內外對燃煤污染物最新排放技術的需求；燃煤污染物爐前控制技術（選煤技術、型煤技術和水煤漿技術）；硫氧化物的形成機理、碳酸鈣固硫機理和爐內噴鈣固硫及尾部煙氣干法/半干法/濕法煙氣脫硫技術；氮氧化物的形成機理、爐內空氣分級、燃料分級、低NOx燃燒技術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，重點講解了燃煤電廠尾部煙氣濕法脫硫技術和選擇性催化還原脫硝技術；促使本科生掌握相應的工程知識；二氧化碳排放控制技術，主要介紹了O2/CO2富氧燃燒技術、化學鏈燃燒技術的基本原理和最新技術的發展動態；先進的潔凈煤發電技術，主要包括大型循環流化床技術、燃氣—蒸汽聯合循環技術、整體煤氣化聯合循環發電技術、超超臨界技術；重金屬污染物汞的排放控制技術，主要介紹煤粉燃燒中汞形成機理及氧化脫除技術，并講解國內外煤粉燃燒汞、砷、鉛、鉻等重金屬的最新研究進展。

3.面向研究生的“清潔燃燒技術”課程授課內容設計及教學方法

上海理工大學本科生“清潔燃燒技術”課程培養目標是促使本科生在掌握煤粉燃燒相關污染物形成機理及控制技術的基礎上，了解國內外最新研究動態，掌握一定的工程技術；而上海理工大學研究生“清潔燃燒技術”課程不但強調掌握上述基本知識，而且重點培養研究生解決實際問題的能力，注重培養研究生工程設計能力。因此，上海理工大學“清潔燃燒技術”研究生課程內容和教學模式與本科生課程存在較大差異。本校“清潔燃燒”研究生課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狀及危害基礎上，系統介紹了煤粉燃燒前、燃燒中和燃燒后相關污染物控制機理與技術；并基于研究生科研素養和工程實踐經歷培養要求，重點設置了尾部煙氣濕法脫硫技術和選擇性催化還原脫硝技術工程案例的設計課程內容；圍繞煤粉燃燒氮氧化物形成機理和選擇性非催化還原脫硝技術講解Chemkin和Fluent相關軟件；并通過設置Project專題，讓研究生掌握相關煤粉清潔燃燒技術的工程設計知識，培養研究生開展煤粉清潔燃燒技術研究的基本素養。

上海理工大學研究生“清潔燃燒技術”課程教學形式多樣化，主要采用教師主講、學生副講的形式展開；“清潔燃燒技術”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理、控制技術和工程案例的設計和相關研究軟件進行講解；而研究生主要基于自己的研究方向，查找國內外最新研究前沿，采用翻轉課堂教學形式，向老師及其他同學闡述相關煤粉清潔燃燒污染物排放的最新研究進展。同時，為了培養研究生的國際視野，上海理工大學每年會邀請美國Lehigh University能源研究主任Carlos E. Romero教授為我校“清潔燃燒技術”課程研究生進行相關煤粉清潔燃燒技術的教學和指導。

4.結論

“清潔燃燒技術”課程上海理工大學熱能動力工程專業的專業特色課程和熱能工程學科研究生的核心課程。該課程的本科生和研究生教學內容應該基于“清潔燃燒技術”課程大綱進行煤粉燃燒過程中主要污染物的形成機理和控制技術講解；又應注重本科生和研究生培養要求的差異，合理設計課程內容和采用相應的教學方法及模式。高校能源動力類專業本科生的清潔燃燒技術課程內容應偏重各種高效、清潔燃燒技術原理及最新研究進展；而高校能源動力類專業碩士生的清潔燃燒技術課程內容需側重各種清潔燃燒技術的工程應用及相關科研軟件講解與實訓。

參考文獻：

[1]金晶，張守玉，郝曉紅，等.燃煤污染物排放控制[M].北京，中國建筑工業出版社，2012.

[2]唐安平.《新能源開發利用》選修課的教學探索[J].當代教育理論與實踐，2016，8（11）：27-29.

[3]金晶，林郁郁，張守玉.熱動專業“清潔燃燒技術”教學內容設計[J].中國電力教育，2012，257（34）：93-94.

[4]金晶，熊志波，馬有福，楊沫.基于高效、清潔燃燒技術系列課程的教學團隊建設[J].中國電力教育，2013，291（32）：153-154.