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◆摘 要：在锅炉系统组成的教学中，利用现场锅炉实际运行控制画面进行讲解，有利于学生的理解和记忆，与传统教学方法相比，教学效果得到明显改善，同时，学生预先对生产实际进行了了解，实现学习与工作的无缝对接，学生更容易适应毕业后的企业工作岗位的需求。
◆关键词：锅炉系统；运行控制画面；教学
锅炉是火电机组的三大主设备之一，在国民经济建设中有重要作用，全国火电装机总容量从1978年的0.40亿kW增长到2018年的11.44亿kW，增长了近29倍，据《可再生能源发展“十三五”规划》的数据，到2020年中国的生物质发电规模将达到2334万kW，包括农林生物质发电、垃圾焚烧发电等。无论是常规燃煤发电机组，还是农林生物质发电机组和垃圾焚烧发电机组，都是利用燃料在锅炉中燃烧释放的化学能加热给水产生一定压力和温度参数的蒸汽，锅炉是火力发电厂的关键设备之一，锅炉技术的优劣不仅直接影响火电厂的经济性，还对火电厂的安全性和长周期稳定运行产生总要影响。
能源与动力工程专业发电厂方向的学生在学完专业基础课之后，开始学习《锅炉原理》这门课，该课程是一门实践性强的专业课程。学生在学习开始之前还没有接触到锅炉的实际生产运行，在学习过程中存在着一些难度。如何帮助学生解决学习过程中的困难、较好的掌握锅炉原理这门专业课程的主要内容，是教学过程中必须面对和解决的问题。
1课程教学改革
1.1传统教学
传统教材一般是从整体上讲解锅炉系统的组成及工艺流程，如图1所示，锅炉系统的组成部件包括：1—煤斗、2—给煤机、3—磨煤机、4—空气预热器、5—排粉风机、6—燃烧器、7—炉膛、8—水冷壁、9—屏式过热器、10—高温过热器、11—低温过热器、12—省煤器、13—除尘器、14—引风机、15—烟囱、16—鼓风机、17—锅筒、18—下降管、19—顶棚过热器、20—排渣室。
图1中锅炉的主要工艺流程分为工质侧的流程和空气烟气侧的流程。工质侧的流程为：锅炉给水—省煤器（12）—汽包（17）—下降管（18）—水冷壁（8）—汽包（17）—顶棚过热器（19）—低温过热器（11）—屏式过热器（9）—高温过热器（10）。空气烟气侧的流程中，空气流程为：环境大气—鼓风机（16）—空气预热器（4）—炉膛（7），空气进入炉膛（7）与燃料燃烧产生烟气；烟气流程为：炉膛（7）—屏式过热器（9）—高温过热器（10）—低温过热器（11）—省煤器（12）—空气预热器（4）—除尘器（13）—引风机（14）—烟囱（15）。
锅炉系统组成及工艺流程示意图中，所有的锅炉部件和工质侧的流程线路都是由黑色线条组成，几乎所有线条交织在一起，只有较强工程背景的技术人员才能认识和理解上述的锅炉系统组成和工艺流程。对于刚开始学习本门课程的学生，很难从图中辨认出锅炉的具体部件，跟无从谈起对工质侧工艺流程的先后顺序的理解和空气烟气侧工艺流程的理解。学生不能从图上辨认出锅炉的组成部件、也不能理解锅炉的工艺流程，造成的不良后果是学生缺乏学习兴趣、甚至造成学生的厌学情绪，学生不仅不能很好掌握本部分内容的基础知识、给后续相关内容的学习增加了困难。如果为了应付考试，学生只有依靠“死记硬背”的方式学习，知识点零散、记忆不牢靠，很难达到深刻领悟、应用自如的教学目的，一旦考试完毕，所学知识很快就忘掉了，当学生进入到生产工作岗位后，需要重新开始学习相关知识，这是工科院校学生普遍存在的问题。
1.2用运行控制画面教学
为了解决上述问题，改变传统教学模式，结合锅炉生产工作的实际工况，采用锅炉的运行控制画面来进行教学。国内火力发电厂全部采用DCS控制，锅炉系统的各组成部件和工艺流程直接显示在电脑的运行控制画面上，图形逼真，工艺流程清晰，各组成部分的重要操作参数和运行参数均可显示在运行控制画面上。用运行控制画面教学，可有效控制画面逼真的图形，有利于学生的直观学习，而不是通过抽象想象学习，清晰的工艺参数有助于学生理解相关的工艺流程。
1.2.1锅炉风烟系统
在锅炉风烟系统运行界面里沿着风烟系统的流动方向，锅炉风烟系统包括：锅炉两台一次风机、两台二次风机、空气预热器、炉膛、尾部烟道、空气预热器、电除尘器、两台引风机、烟囱。此外，沿着风烟系统的流动方向还可以看出一二次风机的电流、一二次风机的空气流量、空预器出口的热风温度、炉膛温度、尾部烟道不同受热面出口的烟气温度、锅炉的排烟温度、排烟氧浓度、引风机电流等重要参数。
锅炉风烟系统运行界面不仅直观显示了锅炉烟风系统的组成，还清楚的显示出锅炉风烟系统的温度变化情况，以及各风机的耗电情况。
1.2.2锅炉给水系统
在锅炉给水系统运行界面里沿着水流动方向，锅炉给水系统包括低省、高省和汽包。锅炉给水系统还显示锅炉的给水流量，以及在水流方向的温度参数和压力參数。如界面显示：锅炉的给水流量为373吨/小时，低省和汽包的进口水温分别为235℃、297℃；汽包的温度和压力参数分别为318℃、14.4MPa。可见，锅炉给水系统运行界面不仅直观显示了锅炉给水系统的组成，还清晰显示了给水系统内的阻力损失及温度上升情况。
1.2.3主再热蒸汽系统
在锅炉主再热蒸汽系统运行界面里，包括主蒸汽系统和再热蒸汽系统，沿蒸汽流动方向主蒸汽系统包括汽包、包墙过热器、屏式过热器（冷段）、屏式过热器（热段）、高温过热器。主蒸汽系统还显示了不同位置过热蒸汽的压力值和温度值，如界面显示：锅炉的主蒸汽温度和压力分别为539℃、13.3MPa，还显示出两级减温水的布置位置和减温水流量；沿蒸汽流动方向，再热蒸汽系统显示再热蒸汽不同位置的温度值和压力值，再热器出口的温度和压力分别为523℃、2.2MPa。此外，再热蒸汽系统还显示了事故减温水的温度和压力等参数，同时显示了外供蒸气的流量、压力、温度等参数。 2教学效果分析
运用实际电厂中的锅炉运行控制画面进行教学，与使用传统教材中如图1所示的锅炉系统组成示意图相比，具有如下效果。
第一，运行控制画面中锅炉的各组成部分更直观、形象逼真，便于学生记忆、理解、掌握和应用。
第二，运行控制画面中清晰的标示出了锅炉各组成部分，并能看到实时个组成系统的实际运行参数和控制参数，学生不仅了解了锅炉的各组成部分，而且对各组成部分有了数据的概念，对锅炉的生产运行也有了感性认识，加深了学生的理解，为后续锅炉各组成部分的学习预先准备丰富的数据。
第三，通过运行控制画面学习锅炉系统的组成，不仅更容易学习和掌握锅炉系统的组成，而且通过熟悉了生产实践中的运行画面，提高了学生的学习兴趣。在教学中教师再让学生对各相关数据进行探究，找出相关联系和相互的影响以及锅炉工作的工况需求等，当学生走上工作岗位后，实现学习和工作的无缝对接，非常有意义，可大幅度减少学生工作后的适应过程，增强了学生的工作信心，利于学生工作后的快速成长。
第四，企业接受接收能够快速适应工作环境新员工，可以降低企业对新员工培训所花费的成本支出，增加企业的效益。
3结语
利用锅炉运行控制画面对锅炉组成部分进行教学，有利于学生的理解和记忆，达到掌握和会用的教学效果，培养的学生实践应用能力强，上手快，容易就业，学生工作后得到企业的一致好评。使学校教学和就业形成良心循环。
参考文献
[1]国家能源局.国家能源局关于可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见[EB/OL].2017-07-19.
[2]孙坚荣，李芳芹，李彦.“锅炉原理”课程教学方法改革探索[J].中国电力教育，2014（12）：67-68.
[3]冯俊凯，沈幼庭，楊瑞昌.锅炉原理及计算[M].北京：中国科学出版社，2003：1.
[4]张力，吕态，蒲舸等.锅炉原理[M].北京：机械工业出版社，2014：2.
[5]王永干.助力电力企业管理创新[J].中国电力企业管理，2009（7）：67.
[6]王志和，钱瑾，赵亮.提高锅炉课程教学质量的探索与实践[J].大学教育，2019（1）.
[7]马有福.“锅炉设备及运行”课程教学内容探讨[J].中国电力教育，2014（8）.
作者简介
李志伟，工学博士，副教授，河北昌黎人，从事能源环境的教学和科研工作。
通讯作者：何秀锦，女，高级工程师，桂林航天工业学院，能源与建筑环境学院，教师。
基金项目：本文为教育部首批新工科研究与实践项目、桂林航天工业学院教学改革研究资助项目的阶段成果。
◆关键词：锅炉系统；运行控制画面；教学
锅炉是火电机组的三大主设备之一，在国民经济建设中有重要作用，全国火电装机总容量从1978年的0.40亿kW增长到2018年的11.44亿kW，增长了近29倍，据《可再生能源发展“十三五”规划》的数据，到2020年中国的生物质发电规模将达到2334万kW，包括农林生物质发电、垃圾焚烧发电等。无论是常规燃煤发电机组，还是农林生物质发电机组和垃圾焚烧发电机组，都是利用燃料在锅炉中燃烧释放的化学能加热给水产生一定压力和温度参数的蒸汽，锅炉是火力发电厂的关键设备之一，锅炉技术的优劣不仅直接影响火电厂的经济性，还对火电厂的安全性和长周期稳定运行产生总要影响。
能源与动力工程专业发电厂方向的学生在学完专业基础课之后，开始学习《锅炉原理》这门课，该课程是一门实践性强的专业课程。学生在学习开始之前还没有接触到锅炉的实际生产运行，在学习过程中存在着一些难度。如何帮助学生解决学习过程中的困难、较好的掌握锅炉原理这门专业课程的主要内容，是教学过程中必须面对和解决的问题。
1课程教学改革
1.1传统教学
传统教材一般是从整体上讲解锅炉系统的组成及工艺流程，如图1所示，锅炉系统的组成部件包括：1—煤斗、2—给煤机、3—磨煤机、4—空气预热器、5—排粉风机、6—燃烧器、7—炉膛、8—水冷壁、9—屏式过热器、10—高温过热器、11—低温过热器、12—省煤器、13—除尘器、14—引风机、15—烟囱、16—鼓风机、17—锅筒、18—下降管、19—顶棚过热器、20—排渣室。
图1中锅炉的主要工艺流程分为工质侧的流程和空气烟气侧的流程。工质侧的流程为：锅炉给水—省煤器（12）—汽包（17）—下降管（18）—水冷壁（8）—汽包（17）—顶棚过热器（19）—低温过热器（11）—屏式过热器（9）—高温过热器（10）。空气烟气侧的流程中，空气流程为：环境大气—鼓风机（16）—空气预热器（4）—炉膛（7），空气进入炉膛（7）与燃料燃烧产生烟气；烟气流程为：炉膛（7）—屏式过热器（9）—高温过热器（10）—低温过热器（11）—省煤器（12）—空气预热器（4）—除尘器（13）—引风机（14）—烟囱（15）。
锅炉系统组成及工艺流程示意图中，所有的锅炉部件和工质侧的流程线路都是由黑色线条组成，几乎所有线条交织在一起，只有较强工程背景的技术人员才能认识和理解上述的锅炉系统组成和工艺流程。对于刚开始学习本门课程的学生，很难从图中辨认出锅炉的具体部件，跟无从谈起对工质侧工艺流程的先后顺序的理解和空气烟气侧工艺流程的理解。学生不能从图上辨认出锅炉的组成部件、也不能理解锅炉的工艺流程，造成的不良后果是学生缺乏学习兴趣、甚至造成学生的厌学情绪，学生不仅不能很好掌握本部分内容的基础知识、给后续相关内容的学习增加了困难。如果为了应付考试，学生只有依靠“死记硬背”的方式学习，知识点零散、记忆不牢靠，很难达到深刻领悟、应用自如的教学目的，一旦考试完毕，所学知识很快就忘掉了，当学生进入到生产工作岗位后，需要重新开始学习相关知识，这是工科院校学生普遍存在的问题。
1.2用运行控制画面教学
为了解决上述问题，改变传统教学模式，结合锅炉生产工作的实际工况，采用锅炉的运行控制画面来进行教学。国内火力发电厂全部采用DCS控制，锅炉系统的各组成部件和工艺流程直接显示在电脑的运行控制画面上，图形逼真，工艺流程清晰，各组成部分的重要操作参数和运行参数均可显示在运行控制画面上。用运行控制画面教学，可有效控制画面逼真的图形，有利于学生的直观学习，而不是通过抽象想象学习，清晰的工艺参数有助于学生理解相关的工艺流程。
1.2.1锅炉风烟系统
在锅炉风烟系统运行界面里沿着风烟系统的流动方向，锅炉风烟系统包括：锅炉两台一次风机、两台二次风机、空气预热器、炉膛、尾部烟道、空气预热器、电除尘器、两台引风机、烟囱。此外，沿着风烟系统的流动方向还可以看出一二次风机的电流、一二次风机的空气流量、空预器出口的热风温度、炉膛温度、尾部烟道不同受热面出口的烟气温度、锅炉的排烟温度、排烟氧浓度、引风机电流等重要参数。
锅炉风烟系统运行界面不仅直观显示了锅炉烟风系统的组成，还清楚的显示出锅炉风烟系统的温度变化情况，以及各风机的耗电情况。
1.2.2锅炉给水系统
在锅炉给水系统运行界面里沿着水流动方向，锅炉给水系统包括低省、高省和汽包。锅炉给水系统还显示锅炉的给水流量，以及在水流方向的温度参数和压力參数。如界面显示：锅炉的给水流量为373吨/小时，低省和汽包的进口水温分别为235℃、297℃；汽包的温度和压力参数分别为318℃、14.4MPa。可见，锅炉给水系统运行界面不仅直观显示了锅炉给水系统的组成，还清晰显示了给水系统内的阻力损失及温度上升情况。
1.2.3主再热蒸汽系统
在锅炉主再热蒸汽系统运行界面里，包括主蒸汽系统和再热蒸汽系统，沿蒸汽流动方向主蒸汽系统包括汽包、包墙过热器、屏式过热器（冷段）、屏式过热器（热段）、高温过热器。主蒸汽系统还显示了不同位置过热蒸汽的压力值和温度值，如界面显示：锅炉的主蒸汽温度和压力分别为539℃、13.3MPa，还显示出两级减温水的布置位置和减温水流量；沿蒸汽流动方向，再热蒸汽系统显示再热蒸汽不同位置的温度值和压力值，再热器出口的温度和压力分别为523℃、2.2MPa。此外，再热蒸汽系统还显示了事故减温水的温度和压力等参数，同时显示了外供蒸气的流量、压力、温度等参数。 2教学效果分析
运用实际电厂中的锅炉运行控制画面进行教学，与使用传统教材中如图1所示的锅炉系统组成示意图相比，具有如下效果。
第一，运行控制画面中锅炉的各组成部分更直观、形象逼真，便于学生记忆、理解、掌握和应用。
第二，运行控制画面中清晰的标示出了锅炉各组成部分，并能看到实时个组成系统的实际运行参数和控制参数，学生不仅了解了锅炉的各组成部分，而且对各组成部分有了数据的概念，对锅炉的生产运行也有了感性认识，加深了学生的理解，为后续锅炉各组成部分的学习预先准备丰富的数据。
第三，通过运行控制画面学习锅炉系统的组成，不仅更容易学习和掌握锅炉系统的组成，而且通过熟悉了生产实践中的运行画面，提高了学生的学习兴趣。在教学中教师再让学生对各相关数据进行探究，找出相关联系和相互的影响以及锅炉工作的工况需求等，当学生走上工作岗位后，实现学习和工作的无缝对接，非常有意义，可大幅度减少学生工作后的适应过程，增强了学生的工作信心，利于学生工作后的快速成长。
第四，企业接受接收能够快速适应工作环境新员工，可以降低企业对新员工培训所花费的成本支出，增加企业的效益。
3结语
利用锅炉运行控制画面对锅炉组成部分进行教学，有利于学生的理解和记忆，达到掌握和会用的教学效果，培养的学生实践应用能力强，上手快，容易就业，学生工作后得到企业的一致好评。使学校教学和就业形成良心循环。
参考文献
[1]国家能源局.国家能源局关于可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见[EB/OL].2017-07-19.
[2]孙坚荣，李芳芹，李彦.“锅炉原理”课程教学方法改革探索[J].中国电力教育，2014（12）：67-68.
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[5]王永干.助力电力企业管理创新[J].中国电力企业管理，2009（7）：67.
[6]王志和，钱瑾，赵亮.提高锅炉课程教学质量的探索与实践[J].大学教育，2019（1）.
[7]马有福.“锅炉设备及运行”课程教学内容探讨[J].中国电力教育，2014（8）.
作者简介
李志伟，工学博士，副教授，河北昌黎人，从事能源环境的教学和科研工作。
通讯作者：何秀锦，女，高级工程师，桂林航天工业学院，能源与建筑环境学院，教师。
基金项目：本文为教育部首批新工科研究与实践项目、桂林航天工业学院教学改革研究资助项目的阶段成果。