基于生產實況運行控制進行《鍋爐原理》教學的探索

李志偉 何秀錦 王斌武 鄒龍生

◆摘 要：在鍋爐系統組成的教學中，利用現場鍋爐實際運行控制畫面進行講解，有利于學生的理解和記憶，與傳統教學方法相比，教學效果得到明顯改善，同時，學生預先對生產實際進行了了解，實現學習與工作的無縫對接，學生更容易適應畢業后的企業工作崗位的需求。

◆關鍵詞：鍋爐系統；運行控制畫面；教學

鍋爐是火電機組的三大主設備之一，在國民經濟建設中有重要作用，全國火電裝機總容量從1978年的0.40億kW增長到2018年的11.44億kW，增長了近29倍，據《可再生能源發展“十三五”規劃》的數據，到2020年中國的生物質發電規模將達到2334萬kW，包括農林生物質發電、垃圾焚燒發電等。無論是常規燃煤發電機組，還是農林生物質發電機組和垃圾焚燒發電機組，都是利用燃料在鍋爐中燃燒釋放的化學能加熱給水產生一定壓力和溫度參數的蒸汽，鍋爐是火力發電廠的關鍵設備之一，鍋爐技術的優劣不僅直接影響火電廠的經濟性，還對火電廠的安全性和長周期穩定運行產生總要影響。

能源與動力工程專業發電廠方向的學生在學完專業基礎課之后，開始學習《鍋爐原理》這門課，該課程是一門實踐性強的專業課程。學生在學習開始之前還沒有接觸到鍋爐的實際生產運行，在學習過程中存在著一些難度。如何幫助學生解決學習過程中的困難、較好的掌握鍋爐原理這門專業課程的主要內容，是教學過程中必須面對和解決的問題。

1課程教學改革

1.1傳統教學

傳統教材一般是從整體上講解鍋爐系統的組成及工藝流程，如圖1所示，鍋爐系統的組成部件包括：1—煤斗、2—給煤機、3—磨煤機、4—空氣預熱器、5—排粉風機、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—引風機、15—煙囪、16—鼓風機、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側的流程和空氣煙氣側的流程。工質側的流程為：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）。空氣煙氣側的流程中，空氣流程為：環境大氣—鼓風機（16）—空氣預熱器（4）—爐膛（7），空氣進入爐膛（7）與燃料燃燒產生煙氣；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）—空氣預熱器（4）—除塵器（13）—引風機（14）—煙囪（15）。

鍋爐系統組成及工藝流程示意圖中，所有的鍋爐部件和工質側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人員才能認識和理解上述的鍋爐系統組成和工藝流程。對于剛開始學習本門課程的學生，很難從圖中辨認出鍋爐的具體部件，跟無從談起對工質側工藝流程的先后順序的理解和空氣煙氣側工藝流程的理解。學生不能從圖上辨認出鍋爐的組成部件、也不能理解鍋爐的工藝流程，造成的不良后果是學生缺乏學習興趣、甚至造成學生的厭學情緒，學生不僅不能很好掌握本部分內容的基礎知識、給后續相關內容的學習增加了困難。如果為了應付考試，學生只有依靠“死記硬背”的方式學習，知識點零散、記憶不牢靠，很難達到深刻領悟、應用自如的教學目的，一旦考試完畢，所學知識很快就忘掉了，當學生進入到生產工作崗位后，需要重新開始學習相關知識，這是工科院校學生普遍存在的問題。

1.2用運行控制畫面教學

為了解決上述問題，改變傳統教學模式，結合鍋爐生產工作的實際工況，采用鍋爐的運行控制畫面來進行教學。國內火力發電廠全部采用DCS控制，鍋爐系統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和運行參數均可顯示在運行控制畫面上。用運行控制畫面教學，可有效控制畫面逼真的圖形，有利于學生的直觀學習，而不是通過抽象想象學習，清晰的工藝參數有助于學生理解相關的工藝流程。

1.2.1鍋爐風煙系統

在鍋爐風煙系統運行界面里沿著風煙系統的流動方向，鍋爐風煙系統包括：鍋爐兩臺一次風機、兩臺二次風機、空氣預熱器、爐膛、尾部煙道、空氣預熱器、電除塵器、兩臺引風機、煙囪。此外，沿著風煙系統的流動方向還可以看出一二次風機的電流、一二次風機的空氣流量、空預器出口的熱風溫度、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、引風機電流等重要參數。

鍋爐風煙系統運行界面不僅直觀顯示了鍋爐煙風系統的組成，還清楚的顯示出鍋爐風煙系統的溫度變化情況，以及各風機的耗電情況。

1.2.2鍋爐給水系統

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

1.2.3主再熱蒸汽系統

在鍋爐主再熱蒸汽系統運行界面里，包括主蒸汽系統和再熱蒸汽系統，沿蒸汽流動方向主蒸汽系統包括汽包、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，再熱蒸汽系統還顯示了事故減溫水的溫度和壓力等參數，同時顯示了外供蒸氣的流量、壓力、溫度等參數。

2教學效果分析

運用實際電廠中的鍋爐運行控制畫面進行教學，與使用傳統教材中如圖1所示的鍋爐系統組成示意圖相比，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，便于學生記憶、理解、掌握和應用。

第二，運行控制畫面中清晰的標示出了鍋爐各組成部分，并能看到實時個組成系統的實際運行參數和控制參數，學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據的概念，對鍋爐的生產運行也有了感性認識，加深了學生的理解，為后續鍋爐各組成部分的學習預先準備豐富的數據。

第三，通過運行控制畫面學習鍋爐系統的組成，不僅更容易學習和掌握鍋爐系統的組成，而且通過熟悉了生產實踐中的運行畫面，提高了學生的學習興趣。在教學中教師再讓學生對各相關數據進行探究，找出相關聯系和相互的影響以及鍋爐工作的工況需求等，當學生走上工作崗位后，實現學習和工作的無縫對接，非常有意義，可大幅度減少學生工作后的適應過程，增強了學生的工作信心，利于學生工作后的快速成長。

第四，企業接受接收能夠快速適應工作環境新員工，可以降低企業對新員工培訓所花費的成本支出，增加企業的效益。

3結語

利用鍋爐運行控制畫面對鍋爐組成部分進行教學，有利于學生的理解和記憶，達到掌握和會用的教學效果，培養的學生實踐應用能力強，上手快，容易就業，學生工作后得到企業的一致好評。使學校教學和就業形成良心循環。

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作者簡介

李志偉，工學博士，副教授，河北昌黎人，從事能源環境的教學和科研工作。

通訊作者：何秀錦，女，高級工程師，桂林航天工業學院，能源與建筑環境學院，教師。

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