热力发电厂课程教学实践与探索

张国磊+杨龙滨+宋福元

摘要：热力发电厂从热力系统全局出发，系统性分析热力发电厂整体热经济性及各子系统协调性能，是培养卓越工程师全局观念的重要课程。本文根据实际教学经验，总结了热力发电厂教学中可采用的有效方法。

关键词：热力发电厂；卓越工程师；教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）16-0148-02

热力发电厂课程是能源与动力工程专业的一门主要专业课，课程教学以热力发电厂整体为研究对象，研究热力发电厂的热功转换基础理论，并以汽轮机发电厂的热力设备及其热力系统为重点，在安全、经济、灵活、环保的前提下，分析热力发电厂整体运行的实际经济性。热力发电厂同时也是一门政策性强、综合性强，并与热力系统生产实际紧密联系的专业方向课程。本学科各门专业课程，如锅炉原理、汽轮机原理及内燃机原理、内燃机结构等，均是以某一具体热力设备为教学重点内容，侧重于单个设备的工作原理及相应的热力性能计算，没有从系统全局角度出发，难以帮助学生建立热力系统全局热力性能综合分析的能力。而通过热力发电厂的课程学习，一方面使学生了解现代发（热）电热力系统的组成，建立热力系统全局认识，通过系统性分析及综合计算训练，了解并掌握热力系统中所有组成部件的热力特性，对于系统全局薄弱环节改进等大局概念性知识进行了解并深入探讨，培养系统性能分析的全局观念；另一方面让学生掌握和熟练运用热功转换基本理论，能正确进行热经济性分析，提高学生分析、研究、解决工程实际系统热力性能范围内生产问题的工作能力。

因此总结提高热力发电厂课程的教学方法，是提升能源与动力工程专业卓越工程师培养水平的重要环节。本文结合热力发电厂教学中采用的方法，总结了教学行之有效的方法。

一、采用具体的案例教学

热力发电厂是一项系统工程，工程应用技术已经很成熟，研究对象相对明确，因而在课堂教学中可引申发挥的空间有限。在实际教学时，适当引入热力发电厂运行过程中的典型案例辅助教学，对学生掌握知识非常有效。采用案例教学，教学素材丰富生动，选用的案例可通过调研或者查阅文献获得。作者本人也从事过7年的热力发电厂运行及设备改造工作，积累了大量的工作经验及真实案例，能够有效补充教材内容的缺陷，并且典型案例与教学理论结合，对学生来说有一定的新颖性，这样既能引起学生的兴趣，保持注意力的集中，同时也可以使学生加深理解，给他们留下深刻印象。例如讲解发电厂辅助蒸汽系统时，在机组启动阶段，必须有启动汽源供应蒸汽。本人以吉林省双辽发电厂0号蒸汽锅炉为例进行讲解。该电厂共4台300MW机组，0号锅炉只在机组启动初期需要，而在300MW正式投产后，双辽发电厂采用0号锅炉供暖，使该设备充分发挥了作用，如果没有这台小锅炉，该电厂是无法启动运行的。在讲解主蒸汽系统时，对于单母管制系统、切换母管制系统及单元制系统，为加强理解，采用蛟河发电厂两台锅炉实际系统讲解实际母管系统及管路连接方式，并引导学生设计机组调试阶段锅炉蒸汽吹扫方案，让学生更深刻理解设备的实际运行情况，而不局限于理论计算和理想系统。

二、设问教学，加强互动

热力发电厂实际系统运行复杂，相对而言，教材上总结的知识点要较实际少很多，且教材知识主要集中在热力系统稳态性能计算及校核，对于系统实际动态调整过渡过程、异常工况很少涉及。因此教师有必要引导学生设想实际电厂运行可能出现的情况，并应用已经学过的知识去分析研究，得到正确的解释，从而培养学生从系统观点去分析探究，而不仅仅盯住设备自身出现的问题。设问教学，是指教师在课堂上结合热力系统提出工程实际问题，引导启发学生主动思考，分析造成该问题的可能原因，从而将已学过的专业知识灵活串接，达到活学活用的效果。这里先举个简单的例子。锅炉汽包水位低，与汽包自身基本无关，而是由于蒸汽产量与给水量不匹配造成的，因此需要从保证给水系统正常运行入手来解决汽包水位低的问题，诸如此类的问题，实际系统中不胜枚举。本人在课堂上给学生提出了若干个实际问题，包括锅炉过热蒸汽温度低、烟气成分中氧量和CO同时高、水冷壁爆管原因分析等。经过不断深入引导，学生总结了多方面的因素，包括测试仪表精度、燃烧火焰中心变动、燃用燃料与设计燃料偏差大、受热面长时间积灰等，都可能导致过热蒸汽温度降低。在分析过程中，学生加深了对实际设备运行的理解，有利于学生从书本中走出来，将知识与实际联系起来。而通过分析所应用的基础知识，完全基于能源与动力工程专业已经开设的专业课程，因此，课堂分析过程也起到了很好的梳理专业知识的作用。设问教学同时也要求教师能够尽快引导学生思考，并在较短时间内帮助学生理顺思路，找到解决问题的方法，以避免学生对这个问题失去思考的兴趣。一般建议前一次课提出问题，在下一次授课时进行提问并组织专题讨论，这样既给了学生思考的时间，又能做到及时反馈，解决学生的疑问。

三、角色转换，注重基础

在专业课程教学过程中，普遍存在的一个问题就是老师认为自己已经将所有知识点都讲得很透彻了，但是却有很多学生听得云山雾罩。这是因为教师和学生的起点不一样。作为一名教师，对其传授的知识领域已经有了很深入的研究，而学生却处于零起点，同时非常缺乏实践经验。所以教师对于某些自己认为是众所周知的知识或者很容易理解的知识都是一带而过，殊不知这些“常识”对学生来说却完全是陌生的，而往往这些“常识”有很多是课程授课重点所在，这就容易出现成学生对基础知识掌握不到位，学习起来很吃力的现象。例如热力发电厂系统中存在着很多设备简称，比如高加、低加、高压缸、中压缸等，都是电力行业中通用的设备名称，但这些简称对于学生而言却都是未知的名词。这就需要教师在授课过程中做好铺垫，而不能直接认为学生已经掌握了这些简称的含义。笔者教学中曾直接将混合式回热加热器称为除氧器，在发现学生不明白这个设备的概念后，只好又重新解释了一次，虽然不影响整体教学，但却提醒教师在教学中应注意行业术语的解释和应用。教师时刻以零起点方式进行讲解，照顾到学生的知识基础，能够始终带动学生参与教学，不断深入掌握实际系统，达到良好的教学效果。endprint

四、学研结合，以研促学

高等学校承担高等教育的同时，也承担了大量的科学研究任务，而相当一部分科研项目是面向实际应用的。科研促进教学，不只体现在教师掌握了前沿问题及解决方法上，也应体现在学生了解前沿问题并逐步掌握解决问题的能力。在实际科学研究中提出问题，并结合实际问题进行有针对性的教学，对学生学习有百利而无一害。笔者从事船用蒸汽动力系统动态特性研究，承担了蒸汽动力系统稳定性及控制策略研究等课题，针对本部门建成的小型蒸汽动力实验装置，开发了完整的小型蒸汽动力实验仿真平台。在实验及仿真研究中，发现了若干热力系统运行存在的问题，比如除氧器水位控制、冷凝器水位控制及汽包水位控制。在教学中，笔者将实际系统热力系统、控制方案及实施方式讲解给学生，提出可能出现的运行问题，指导学生进行控制策略优化。学生对于该系统印象深刻，同时也为解决问题提出了一些建议，更重要的是，学生学到了解决问题的思路和方式方法。这种针对性较强的问题，对于学生理解热力系统的运行非常有帮助。

五、虚拟实践环节

实践环节对工科学生能力的培养起到至关重要的作用，包括解决问题的能力、理论服务于实践的能力以及创新能力等。热力发电厂课程对象是大型的热力系统，因而实践环节受到一定限制，一方面，运行中的电厂一般不接受学生进入现场，以避免出现意外情况；另一方面，电厂系统复杂，设备众多，现场实践很难兼顾众多的热力子系统，效果难以保证；再次，电厂设备巨大，锅炉高达数十米，现场不可能全面看见所有设备的运行状况。因此对于这样大型的热力系统，仿真教学的优势就充分显现出来了。仿真教学同时解决了场地受限、教学成本等问题。本部门已开发了完整的蒸汽动力实验仿真平台以及锅炉、蓄热器、汽轮机为主要动力设备的虚拟仿真软件，其中包括了除氧器、冷凝器、燃油系统等辅助热力系统。与此同时，与该软件相对应的是本部门具有完全1：1参数的物理试验台。在授课中，结合实际试验台系统，通过软件将热力系统中所有的设备准确清晰地展示给学生，并可以进行实验装置运行操作，让学生在虚拟操作的同时，感知热力系统运行特性，加深对热电厂系统及设备运行特性的理解。

六、总结

缩小本科教育培养的人才与实际工程需求人才之间能力的差距，是目前本科教育迫切需要解决的问题之一。热力发电厂作为能源与动力工程专业系统性较强的一门专业课程，知识与实际电力发展结合紧密，该课程的教学改革是长期不断完善的过程。笔者在热力发电厂课程教学中采用了以上的教学方式，在课程教学中取得了一定效果，在此总结提出旨在总结教学经验，为同行教师教学提供参考。

参考文献：

[1]叶涛.热力发电厂[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]贾瑞博.“热力发电厂”教学研究与实践[J].中国电力教育，2011，（33）：195-196.

[3]冯磊华，鄢晓忠，李录平.能源与动力工程专业卓越工程师培养的实践教学研究[J].中国电力教育，2012，（9）：71-72，94.endprint