时雅滨 田 明 赵丽洁 宋广凤 高 丹 殷江平 张华博*

(1. 沧州交通学院，河北 黄骅 061199； 2. 河北科技工程职业技术大学，河北 邢台 054000；3. 北京欧倍尔软件技术开发有限公司，北京)

教育部在2017年2月18日提出了“工程新课程”，同时高等工程教育发展战略研讨会由复旦大学举行，并提出关于开发新工程的研究和实践活动课程，这种策略可以有效地深化工程教育的改革，促进新工程学科的建设和发展[1]。今天，在世界范围内正在迅速进行着新一轮的科学技术革命和产业转型。随着新产业、新模式、新技术、新业态为特征的新经济的蓬勃发展，殷切须要大批量多元化、创新型工程科技人才。 犹如培育新品种，工业研究所和工程设计大学在地区经济和现代化工业改革，并在建设新工程方面进行了重要努力，作为培育人才的基础，在支持区域经济发展、产业转型和现代化中发挥着重要作用，并持续促进工程新学科的建设和发展[2]。这就对我国大学培养人才提出了新号召。高等学校在教学上必须转变思想和方法，以顺应社会发展的变化，从而达到知行合一的目的[3]。虚拟仿真技术在化工教学中的应用不但对学生的实践能力有益，而且能够满足理论联系实际的教学方针。在化学和工程学的教育教学中常规的实验是必不可少的，在培养优秀人才的过程中，实验所扮演的角色显得尤为重要[4，5]。 在化工实验中，操作者频繁暴露于各种有毒有害化学物质下，高温高压设备也使得实验操作本身存在一定危险性，而且试验场地、安全、设备、资金等限制因素影响测试教学的影响[6-7]。在教育信息化背景条件下，化工仿真实验不仅是实验教学的有效辅助措施，还是化学化工实验教学的发展方向，为了使学生更加详细地了解过程参数的正常操作条件、设备的工艺流程、开停车规程及事故处理手段等，掌握在典型化学生产过程中开停车、运行和消除事故的能力，故可采用计算机模拟化工实验仿真课程进行实验教学[8]。

我校在化工仿真实验课程中使用的教学软件是由北京欧倍尔软件技术开发有限公司所开发提供，包括加热炉、常规离心泵、催化剂萃取塔、电动往复式压缩机、多效蒸发、固定床、罐区、锅炉、过滤、换热器、加热炉、间歇釜、精馏塔、流化床、双塔精馏、透平离心压缩机、吸收解吸、液位控制、真空系统等化工单元操作虚拟仿真，本文以锅炉仿真操作系统为例，讨论化工仿真实验课程的教学探究。

1 备课阶段

凡事预则立，不预则废。在教学中，充分备课是提高课堂教学质量和效果的基础，尤其是化工仿真实验课程，教师和学生在课前都需要做好相应准备，其中主要是锅炉知识储备和教学进程中学生可能会遇到的问题以及错误操作。

锅炉知识储备主要是两个方面：

① 过热蒸汽锅炉工作原理 本课程为65 t/h电站过热蒸汽锅炉仿真，蒸汽锅炉主要是通过燃烧后辐射段的火焰和高温烟气对水冷壁的锅炉给水进行加热，使锅炉给水变成饱和水而进入汽包进行汽水分离，再通过对流室对来自于汽包的饱和蒸汽进行加热即产生过热蒸汽。

② 锅炉除氧器的工作原理 锅炉除氧器的原理是凝结水及补充水首先进入除氧头内旋膜器组水室，在一定的水位差压下从膜管的小孔斜旋喷向内孔，形成射流，呈均匀淋雨状落到装到其下的液汽网上，再进行深度除氧后流入水箱。

教学进程中学生可能会遇到的问题很多，例如本装置的开车状态压力为常压，温度为环境温度，所有可操作阀均需处于关闭状态；牢记正常开车顺序，泵启动前应该先开前阀再开后阀；如需进行阀门调节应先将前后阀打开，之后在打开调节阀……除去以上所需注意问题之外还要求学生自行复习仪表自动化和化工原理等专业课程知识，加深对于各个化工单元及其设备操作原理的认识，如P101A/B高压水泵、P102A/B空气鼓风机、V101高压瓦斯罐等。综上所述，在课程进行之前教师和学生都要对锅炉仿真操作系统完成相应知识预习，了解锅炉工作流程，理解系统中调节器的当前值、给定值、控制阀开度、自动控制和手动控制，以确保在课堂中学生操作流程正常完成。

2 课程讲解

首先进行工艺流程讲解分析。本次课程主要设备为WGZ65/39-6型锅炉，采用双汽包结构，自然循环。外界来水经过除氧器热力除氧和水位调节器后，经高压水泵供锅炉用水。锅炉给水一部分经过减温器回流至省煤器，而一部分直接进入省煤器。两路给水调节阀通过过热蒸汽温度调节器分程控制，被烟气加热至256 ℃饱和水进入上汽包，然后经过对流管束流至下汽包，再通过下降管进入锅炉水冷壁，吸收炉膛辐射热，在水冷壁里变成汽水混合物，最后进入上汽包汽水分离。从上汽包出来的256 ℃的饱和蒸汽经过低温段过热器、减温器和高温段过热器，将蒸汽变为477 ℃、3.9 MPa的过热蒸汽回收。

然后指导学生完成正常开车运行。在开车前按要求完成准备工作，之后依次进行除氧器投运、锅炉上水、燃料系统投运、锅炉点火、锅炉升压、锅炉并汽和锅炉负荷提升操作。开车前准备工作完成后按照要求完成正常运行和调整，并提前将操作要点告知学生，如在正常运行中不允许中断锅炉给水；在运行中应经常监视给水压力和给水温度的变化；控制锅炉蒸发量必须高于40 000 kg/h；手动调整减温水量时，不应猛增猛减；锅炉低负荷时，酌情减少温水量或停止使用减温器；锅炉在保证燃烧良好的条件下，尽量降低过剩空气系数，降低锅炉电耗；在锅炉负荷变化时，应及时调整风量，保持锅炉的汽压和汽温稳定。

最后完成停车。停车前首先要降低锅炉负荷。具体操作为停开加药泵，缓慢开大减温器开度，缓慢关小主汽阀，打开疏水阀。之后关闭燃料系统。具体操作为打开F10对火嘴进行吹扫，缓慢关闭高压瓦斯压力调节阀，缓慢关闭过热蒸汽压力调节阀，关鼓风机出口阀F2，停鼓风机，关闭烟道挡板。然后停上汽包上水。具体操作为关闭上汽包液位调节阀，关闭除氧器加热蒸汽压力调节阀，打开V01B101和V03B101，待炉膛温度降为100 ℃后,关闭高压水泵P101A/B。最后完成泄液。具体操作为待除氧器温度降至80 ℃后，打开V03DW101泄液，开启鼓风机出口阀、鼓风机和烟道挡板对炉膛进行吹扫，然后关闭。

3 课后辅导及事故讲解

本次课堂学习锅炉仿真操作任务操作内容繁琐、讲授内容细节多，因此在课堂实际操作中学生提出各种问题，例如在除氧罐和锅炉上汽包液位显示时，由于液位指示计0点之下留有一段空间，因此开始进料后液位要等一段时间才会有所指示。再如锅炉给水一部分经减温器回水至省煤器，另一部分直接进入省煤器，通过控制两路水的流量来控制上汽包的进水温度，两股流量由一分程调节器TIC101控制，而锅炉上水的总量只受上汽包液位调节器LIC102单回路控制。以上问题最好是在操作过程中由学生自己发现，教师进行课后辅导，以增强学生对于锅炉操作系统的认知和探索。

另外在操作过程中由于涉及了许多成套设备、仪表、仪器、自动和手动控制系统，在运行时很多参数可能会因为超过警戒值报警，因此需要学生及时调整阀门使各个参数回复正常数值。但是还是有很多同学在运行时出现一些特定事故，课后教师应该对其汇总，并在教学qq群或微信群给学生进行讲解。例如水位计液位指示突然超过可见水位上限，此时锅炉满水，处理时应该紧急停炉，先停燃料系统，再降低锅炉负荷，最后停止上汽包上水。再如过热蒸汽温度降低，减温水量不正常地减少，蒸汽温度调节器不正常的忽大忽小、振荡，此事故原因是减温器内漏，减温水进入过热蒸汽，处理时应将TIC101改为手动，关减温水调节阀，改用过热器疏水阀暂时维持运行，从而降低负荷。学生遇到的事故很多，如锅炉缺水、对流管坏、减温器坏、蒸汽管坏、给水管坏、电源中断、二次燃烧等，如若学生遇到此上事故，教师应及时给予讲解，并督促学生重新开车训练，让学生达到学习的目的。

4 结束语

新工科建设对于化工专业人才培养效果提出了新要求，我校基于新工科建设和人才培养方案的要求，将化工仿真实验课程定位为专业核心实验课程，使用虚拟仿真开放性教学替代传统实验教学模式，结合理论教学，将专业基础知识与课程实践有机结合，将课本中抽象难懂和枯燥乏味的知识点转化为生动形象的动画演示，将走马观花式的浏览改变为身临其境的操作，大幅提高学生动手能力，实现学生从学习者向工程实践人员的身份转变，着重培养化工领域新兴技术人才，为新工科建设贡献力量。