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關鍵詞:熱能與動力工程;鍋爐領域;風機監控;燃燒控制
熱能與動力工程在鍋爐領域的應用,是改善我國鍋爐應用中,能源過度浪費、資源量減少的重要舉措。經濟發展需要能源支撐,近些年環保意識提升,對于能源應用方面更注重利用率的提高。作為能源轉換的關鍵媒介,鍋爐的應用領域擴大,逐漸成為熱能與動力工程研究關注的焦點。我國地大物博,有豐富的能源資源,但是若一度過度浪費或者無節制消耗,能源會不斷減少,甚至限制城市建設與經濟發展。在此基礎上,就需要及時將鍋爐領域發展以及熱能與動力工程研究力度加大,推進鍋爐建設步伐的同時,不能忽視熱能與動力工程的創新升級,植入更多學科知識,并激發熱能與動力工程作用,扎實鍋爐發展基礎,提高運行效率,有效節約能源消耗。
1鍋爐應用研究
鍋爐在很多工業生產中都是必備組成。通過化學能轉換的方式,將能源以熱能或者其他能的方式為人們提供,除了化學能與熱能轉換之外,還能夠將蒸汽轉換為機械能,其具體結構詳見圖1。鍋爐實際應用中,與發電機相互配合,將普通能源轉換為電能,滿足生產生活需要的同時,方便產業發展。鍋爐的應用種類受到燃料差別影響存在一些不同,如熱水鍋爐或者蒸汽鍋爐等,天然氣、煤等都是鍋爐運行的關鍵燃料。應用最普遍的為熱水鍋爐,是正常生活的必備器械,滿足民用熱水需求。工業、傳播或者機車等行業則應用的鍋爐類型為蒸汽鍋爐。鍋爐應用為人們生活提供了很多方便,同時也為工業發展等創造更多發展與創新的契機。鍋爐應用價值巨大,但是能源消耗也比較大,這方面是鍋爐長久發展與創新必須關注的內容。如何提高鍋爐應用作用,減少鍋爐運行能耗,是當前鍋爐應用研究的重點內容。
2熱能與動力工程介紹
熱能與動力工程研究中,必須掌握其中的組成內容,這樣才能在提高熱能與動力工程轉化效率方向引導下,取得更理想的創新效果。流體機械、熱力發動機、熱能動力、火力火電、水利水電、制冷低溫工程、能源環境、新能源開發等都是熱能與動力工程研究的重點,尋找更科學的方式,有效轉化熱能與動力,是熱能與動力工程研究的主要方向,同時也是綜合性較強的體現。熱能與動力工程研究中,加大深入研究力度,從系統化角度出發,融入更多自動化元素,簡化能量轉化過程的同時,真正將能源利用率提高,并且為鍋爐的應用與升級提供更多幫助。
3鍋爐領域中熱能與動力工程應用問題剖析
針對當前的鍋爐應用來講,其生產運行期間,風機非常關鍵,是幫助其實現能源轉換的基礎,及時為鍋爐運行輸送所需要的有效氣體。在這種情況下,熱能與動力工程的應用,將其有效滲透到風機運行中,經過行之有效的優化與調整,對鍋爐風機結構加以升級,并且提高鍋爐運行效能。當然整個過程中必須認識到,鍋爐內部結構尤其復雜,特別是葉輪方面,外界因素極易對溫度變化值造成影響,造成鍋爐測量的結果準確性下降,系統安全可靠性降低,這方面必須提高重視。面對這方面的問題,熱能與動力工程植入研究中,雖然不斷尋找更合理的創新方式,但是所提出的處理辦法缺乏確切性。兩者的融入并非一無所獲,熱能與動力工程幫助鍋爐及時對風機葉片燃燒環節進行檢測,不僅能夠精準掌握其速度,同時還能夠根據數據統計對燃燒速度進行模擬,對風機葉片的使用壽命進行高精度模擬與評估,嚴格控制鍋爐運行與燃燒速度,將鍋爐運行期間可能存在的風險排除。
4鍋爐領域熱能與動力工程應用必要性
熱能與動力工程在鍋爐的應用中,根據鍋爐運行依靠的機械工程學原理,及時在其中注入跨熱能動力學內容,從而對轉化規律進行掌握,梳理與總結將能量進行最大化轉化的方法。從整體上來講,熱能與動力工程在鍋爐中的應用,工程專業性特點非常突出。實際應用中,研究的主體為熱能與動力轉化,根據鍋爐應用特點,注重轉化效率提高的同時,還要綜合機械、工程熱物理以及其他領域工程變化規律,以達到鍋爐運行中熱能與動力工程應用目的。作為鍋爐運行中的重要組成,熱能與動力工程實際應用中,必須尊重其中的系統性變化,并且總結鍋爐運行規律。加大信息技術與自動化技術等的應用,明確鍋爐發展的方向,核心在于綜合應用自動化技術,有效將其融合到熱能與動力工程中,將其作用發揮到最大化。與此同時,還要將鍋爐運行效率提高,保證鍋爐運行安全的同時,激發鍋爐運行的經濟價值。
5鍋爐中熱能與動力工程運用創新舉措總結
5.1風機監控中熱能與動力工程的應用
熱能與動力工程在鍋爐的運用中,針對鍋爐中的風機進行了優化與創新。對風機的應用進行了客觀分析,認識到風機作為鍋爐結構的重要組成,及時為鍋爐提供運行所需要的氣體,以保證燃料得到充分燃燒。社會建設與經濟發展背景下,鍋爐能源消耗率增加,及時將風機運行時間延長,才能真正將鍋爐運行效率以及能源供應率等提高。部分鍋爐系統運行中,過度追求效率提升,以不科學的手段將風機運行時間延長,如此會增加風機運行負荷,熱量迅速增加,風機結構位置特殊,若熱量增加卻得不到及時措施予以降溫,必然會出現問題,不僅無法將鍋爐運行效率提高,甚至還會對正常運行造成影響,威脅鍋爐運行安全。面對這種情況,熱能與動力工程的應用,及時明確風機運行期間所承受的負荷點,并制定科學合理的散熱方案,保證風機恒溫運行,延長風機使用壽命,提高風機運行效率。熱能與動力工程與風機運行的結合,必須對其內部結構全面了解,認識到風機運行期間溫度數據的測量與統計,常規測量手段并不能滿足其要求,尤其是技術方面存在明顯的限制性因素,在這種情況下,從電氣技術方面著手,利用軟件的方式,對風機葉片燃燒速度進行實時監測,及時統計監測數據并迅速創建二維模型,在網格劃分基礎上,得到風機葉片燃燒的準確速度。求解器的協助下完成計算與結構分析,這種方法在一定程度上解決了風機運行期間溫度控制、燃燒速度等監測短板,當然實際應用中比較容易受到溫度影響而出現一些溫差,這方面還需要進一步深入研究。
5.2鍋爐燃燒控制方面熱能與動力工程的應用
熱能與動力工程在鍋爐中的應用,還體現在燃燒控制方面。鍋爐整體運行中,燃燒控制是重要組成,不僅對能量轉換幅度進行有效調整,同時也是自動化控制升級的關鍵環節。現代化技術與自動化模式的融入,幫助鍋爐實現了人力填充燃料的轉變,升級為步進式自動控制填料,當前部分鍋爐已經實現了全自動燃燒控制,自動化水平明顯提高。結合當前鍋爐中熱能與動力工程應用情況,其與自動控制技術的融合等,科學控制鍋爐的燃燒速度。具體控制方法主要包括兩方面。(1)空燃比例連續控制系統,組成部件包括燒嘴、熱電偶、流量計、PLC、燃燒控制器以及氣體分析裝置、電動蝶閥等。從熱點偶檢測的方式,對燃燒控制數據及時掌握,隨后是數據傳輸,對比鍋爐運行規定數值,通過比例積分以及鍋爐輸出電信號等對存在的偏差值進行調節,還要控制電動蝶閥以及比例閥等開合的具體程度,由此幫助空燃比例連續控制系統實現空氣、燃料比例的嚴格控制,從而達到對鍋爐內溫度有效調節的目的(圖2)。當然這種溫度控制方式在實施中受影響因素較多,所以精確性方面還需要進一步提高,特別是其中的額定數值,必須提前仔細確認。(2)雙交叉限幅控制系統,同樣是熱能與動力工程在鍋爐燃燒控制中的應用體現。此系統的運行,涉及到燒嘴、流量計,還應用到燃燒控制器、熱電偶以及流量閥等。溫度傳感器積極配合熱電偶,將測量溫度的相關信息及時轉換成電信號是基本工作原理。測量點實際溫度便是電信號,結合工藝曲線測定的方式,對電信號進行數值對比,隨后在PLC的幫助下,對空氣流量閥開合程度適當調整,并調整燃料,嚴格按照規定比例對空氣、燃料等加以控制。空氣流量需要孔板與差壓變送器的支持完成測量。在此基礎上還要安裝質量控制裝置,及時對鍋爐燃料量進行控制,保證溫度控制在合理范圍內。
6鍋爐中熱能與動力工程運用發展方向研究
鍋爐中科學應用熱能與動力工程,不僅幫助鍋爐實現了各方面數值的嚴格控制與實時監督,同時也完善了鍋爐內部結構,升級了鍋爐運行性能。熱能與動力工程在其中的應用范圍還在不斷擴大,幫助鍋爐對熱能有效控制,節約鍋爐運行能耗,降低鍋爐對環境的污染,同時協助鍋爐實現熱工自動控制。除此之外,熱能與動力工程的研究,在汽車工程或者制冷低溫工程等方面也有明顯應用。及時對內燃機進行優化,科學控制熱力發動機的運行排放等,協調其與環境的關系。通過低溫技術學以及制冷原理等研究,完善了制冷低溫系統,提高制冷低溫系統運行效率。
7結束語
對于鍋爐來講,熱能與動力工程在其中的運用,不僅從多方面對鍋爐自動化運行水平加以提高,同時也優化了鍋爐運行結構,提高了燃燒效率,協助鍋爐真正實現精細化能耗控制。尤其是風機監控以及燃燒控制等方面,經過有效磨合與優化,鍋爐以及熱能與動力工程都取得明顯進步。
參考文獻
關鍵詞:實踐教學;教學改革;能源與動力工程
作者簡介:孟建(1979-),男,山東滕州人,山東理工大學交通與車輛工程學院,講師;劉永啟(1965-),男,山東棗莊人,山東理工大學交通與車輛工程學院,教授,博士生導師。(山東 淄博 255049)
基金項目:本文系山東理工大學教學研究項目(項目編號:4003-111182)的研究成果。
中圖分類號:G642.423 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)31-0155-02
高等教育的目標是培養有獨立工作能力的各類專業人才,[1]根據這一目標,制定了山東理工大學能源與動力工程專業的培養目標——培養能夠獨立從事內燃機行業及其相關行業的應用型工程技術人員,為了使學生畢業后能夠迅速適應工作環境,必須提高學生的實踐能力和創新能力。為實現這一目標,必須切實加強實踐教學體系的建設,提高實踐環節的教學質量。為此,本文結合能源與動力工程專業的特點,圍繞實踐教學體系、實驗教學內容、生產實習環節、實驗教學方法改革、學生參與科研和課外科技活動等方面,研究了能源與動力工程專業實踐教學新方法,探索構建了面向21世紀的能源與動力工程專業實踐教學體系,以適應未來人才培養質量規格的需要。
一、實踐教學存在的問題
1.實驗教學環節缺乏對學生工程實踐能力的培養
過去,中國很多高校的實踐教學環節與國外大學相比,都缺乏對學生工程實踐能力的培養。國內高校實踐教學環節旨在幫助學生加深對有關課程理論知識的理解和掌握,不重視實踐教學對學生動手能力、工程實踐能力和工程意識的培養。實踐教學環節的要求不明確、不具體,缺乏綜合性、多元化。而歐美大學機械動力類專業在實踐教學環節的安排上重視對學生跨學科綜合設計能力的培養,重視實踐報告和實踐成果的考核。[1]
相比較而言,山東理工大學能源與動力工程專業實踐教學環節中學生被動接受多,自主學習和動手環節少;缺乏對學生創新能力的培養和跨學科的綜合性實踐環節。
2.實驗教學模式陳舊
實驗教學是實踐教學環節中的重要一環。傳統的實驗教學模式中,實驗指導教師實驗開始前將實驗原理、實驗步驟、儀器使用及測試方法全部告訴學生,學生只需要按指定的過程一步步去操作,不用思考和創新。這種實驗教學模式中的實驗指導教師是實驗教學過程的主體,學生只是被動接受,主動參與性差。這種實驗教學模式很難較好地培養學生的實踐動手能力和創新意識,很難適應新世紀對創新性人才培養的需要。
3.實驗教學內容單一
實驗教學內容以驗證性實驗為主,枯燥乏味、應用價值不高且許多內容已經過時,導致目前的實驗教學內容很難激發學生的學習興趣和創新意識,不能有效地培養學生的創新精神和工程實踐能力。
4.校外實習形式單一
大多數的校外實習流于形式,基本上是由教師組織學生去企業進行走馬觀花式的參觀。實踐內容空泛,學生在實習中很難有機會深入細致地學習,更談不上提高自己的實踐動手能力,實習結束后對技術問題還是感到茫然,實習效果不好。
二、實踐教學體系的改革
1.形成特色的實踐教學體系
隨著高等教育教學深化改革和發展的需要,根據市場對能源與動力工程專業本科學生的就業需求和職業要求,在長期的實驗實踐教學建設的基礎上能源與動力工程專業對實踐教學環節進行了完善和調整,建立了逐層遞進式實踐教學體系,如圖1所示。在原有實踐教學環節的基礎上,增加了認識實習、大學生科技創新活動、內燃機電控系統設計、內燃機零部件制造工藝設計、內燃機企業生產流程及管理實習、內燃機工作過程模擬訓練、內燃機性能測試實習等實踐教學環節,使實踐教學環節學分占總學分的比例從原來的17%提高到25%。
2.更新實驗教學內容
實驗教學內容是實踐教學體系的重要組成部分,現有的實驗課多依附于理論教學,實驗課內容的設置只體現在讓學生對理論知識的進一步理解,不重視實驗課教學對學生動手能力和創新能力的培養。[2,3]因此,有必要對實驗教學內容進行完善與更新。實驗教學內容的選擇,既要注重縱向知識的系統性,又要注重橫向知識的滲透性,還要有利于培養學生的動手能力和創造性思維能力,最大限度地挖掘學生的知識潛力。
能源與動力工程專業從課程設置的實際情況出發,在不影響理論教學的前提下,適當增加部分課程實驗教學的學時數,并對各實驗課程的教學內容和教學形式進行適當的調整與改革,增加了部分課程實驗教學的實驗項目數。新的實驗教學內容更加注重基礎內容與學科前沿的結合,注重理論知識與科研、工程實踐和生產實際的緊密聯系。由于設計性、綜合性實驗更有助于激發學生的創新意識,有助于培養學生的創新能力,有助于學生掌握科學研究的思維方式、一般步驟和解決問題的方法。為此,能源與動力工程專業結合車輛工程實驗室和熱工基礎實驗室現有的實驗儀器設備增加了部分課程實驗教學的綜合性、設計性實驗項目,提高了綜合性、設計性實驗項目占總實驗項目數的比例。如:“汽車單片機原理及應用”的實驗學時由原來的4學時增加到20學時,實驗項目由4個增加到9個,增加了5個設計性實驗項目;“工程熱力學”的實驗學時由4學時增加到6學時,實驗項目數由原來的4個增加到8個,其中4個為必做實驗,4個為選作實驗(選作其中的兩個),驗證性實驗項目數由原來的2個減少到1個;“計算機輔助設計”的實驗學時數由原來的8學時增加到12學時,增加了兩個設計性實驗項目;“內燃機構造”的實驗學時數由原來的6學時增加到10學時,增加了3個綜合性實驗項目;“畫法幾何與工程制圖”實驗學時由8學時增加到16學時。
3.采用開放式實驗教學模式
采用開放式實驗教學模式替代傳統的“被動式”、“抱著走”的實驗教學模式,克服了過去教師講實驗,手把手教學生做實驗,最后學生交實驗報告的做法。開放式實驗教學模式突出了學生在實驗教學過程中的主體地位,弱化了教師在實驗教學環節中的作用。教師根據實驗設備的臺套數,確定學生每組實驗人數,一般為2~3人,學生根據實驗任務書的要求完成實驗預習,寫出實驗預習報告,達到要求后,網上預約實驗時間。實驗開始前,教師進行提問,在規定時間內學生要獨立完成實驗。實驗過程中,指導教師應貫徹“少講多練,引導為主”的原則,把主要精力放在巡視中,注意每個學生的實驗情況,引導學生積極主動地進行實驗。對于實驗過程中出現的問題,指導教師首先啟發、引導學生自行處理,而不是學生一提出問題就立即回答。開放式實驗教學模式在鞏固學生理論知識的同時,鍛煉了學生的實際動手能力,調動了學生在實驗教學過程中的主動性,加深了學生對實驗內容的理解和體會。開放式實驗教學模式提高了實驗教學質量,培養了學生的實踐動手能力和分析問題、解決實際問題的能力,實驗教學效果顯著,真正達到了提高學生工程應用能力的教學目的。
4.重視生產實習,培養學生創新能力
生產實習是重要的實踐教學環節,是學生將課堂上所學的理論知識、專業知識和實際應用相結合的重要環節。[4]通過生產實習,學生可以接觸到企業的生產實際,增強對能源與動力工程專業的了解和認識,建立更加清晰的專業意識。通過生產實習,學生可以應用所學知識來認識、觀察、分析和思考實際問題,培養了學生的實踐能力和創新能力。因此,必須重視生產實習,切實提高生產實習的教學質量,提高學生的工程實踐能力,為學生畢業后的工作打下堅實基礎。根據教學大綱的要求,結合實習單位的生產特點,指導教師制訂出較為周密的生產實習計劃及完善的實習指導說明書。合理安排實習內容,能源與動力工程專業生產實習以內燃機關鍵零件的機械加工工藝和內燃機的裝配工藝為主。生產實習方式采用車間實習、參觀實習、專題報告、共同討論等多種形式。實習期間要加強管理,對學生嚴格要求,認真指導,每天實習前布置實習內容,要求學生認真做筆記、帶著問題去實習,多看、多問、多記。改革實習成績的評定方式,實習成績從傳統的單純依據實習報告內容評定,擴展到依據實習紀律、實習報告內容、實習記錄內容、分組討論情況和實習答辯情況綜合評定。
5.鼓勵學生參與教師科研和科技創新活動
學生參與教師科研和科技創新活動能夠調動學生的學習積極性,開拓學生的視野,提高學生綜合應用所學知識的能力,鍛煉學生的工程實踐能力,培養學生的創新能力。目前,能源與動力工程專業有20多位同學參與到教師、研究生的科研活動中,承擔改造、搭建試驗平臺和做實驗等工作。鼓勵學生參與大學生第二課堂創新活動,學生在教師的指導下申請大學生創新研究項目;鼓勵學生參與山東省大學生機電產品創新設計競賽、瑞薩超級MCU模型車大賽、飛思卡爾杯智能車設計大賽、“濰柴動力杯”山東省大學生汽車技術創新設計大賽等活動,并取得了很好的成績。
三、結論
能源與動力工程專業通過開展實踐教學改革,完善了專業的實踐教學體系,開拓了學生的專業視野,培養了學生的工程實踐能力和創新意識,提高了實踐教學環節的教學效果,保障了專業的整體教學質量。
參考文獻:
[1]龔建龍.熱能與動力工程專業實踐教學改革的探討[J].實驗技術與管理,2007,(9):111-113.
[2]劉詠梅,祝鈞,戴敏.構建實踐教學體系,強化創新實踐能力培養[J].實驗室研究與探索,2009,(2):12-14.
關鍵詞:熱能與動力;鍋爐,應用
社會經濟的快速發展,電網建設也不斷發展。熱電廠作為重要的供電方在生產電能方面有非常重要。電廠在發電過程中也會產生很多其它的能量,這些能量無法利用的話就造成了能源的浪費,尤其是作為量比較大的熱能和動力能源來說更需要我們加強研究,促使這些能源能夠轉化為我們所需要的電能,進而提高電廠的發電效率,達到節能的目的。
一、運用熱能與動力工程的重要意義
目前我國電廠運行現狀來看,合理的運用熱能和動力工程意重大,其必要性主要表現在兩個方面;
(1)在電廠中有效運用熱能和動力工程是我國當前發展現狀的要求。目前我國發展過程中面臨的最大問題就是能源問題,能源的短缺現象在當前我國發展過程中日益突出。當前我國才會如此重視對于能源的節約利用,盡可能的在各個行業中提高能源的利用率,而對于電廠來說,在電廠發電過程中合理的運用熱能和動力工程就能夠在較大程度上提高電廠的發電效率,也就是達到了節能的目的,符合國家總體發展方針的要求。
(2)在電廠中有效運用熱能和動力工程同樣是電廠自身發展的基本要求。隨著當前我國電力能源使用量的增加,電廠的數量也正在與日俱增,并且隨著我國市場化進程的加快,電廠也逐漸融入到了市場環境中,這就無形中增加了電廠的壓力,為了更好的應對這種越來越大的競爭壓力,電廠必須采取恰當的措施來提高自身的生產效率,進而才能增強自身的核心競爭力。
二、降低熱能損耗的措施
(1)采取合理的調配選擇方案
由于外界負荷的變化導致并網運行機組在遇到不斷變動的電網頻率時,會依據自身的差異動態特性自動啟動增減負荷,維持電網周波這個過程被稱作一次調頻。一次調頻負荷的增量,由負荷功率隨頻率的下降而自動減少和調速器作用使發電機有功出力增加兩個方面共同調節來平衡。一次調頻是有差調節,只能將頻率控制在一定范圍內。一次調頻的主要特點就是頻率的調速非常快,然而發電機組調頻形式,一種為自動調頻方式,另外一種為手動調頻方式。在熱電廠運行中對提高其自身的運行效率與水平方面來說選擇怡當的調頻方式十分有必要且相當重要。因此,恰當調配方式的選擇要立足于正確認識并掌握并網運行機組,以防因選擇了錯誤的調配方式而導致熱能與動力工程在熱電廠中的運用效率的低下。
(2)節流調節
節流調節本身的作用就是為了提高生產效率,促進能量有效轉化的措施。如果汽輪機中沒有相應的調解級,對于較大型的鍋爐機組而言并不會發生很大的損失,但是對于容積較小的機組,節流調節就顯得尤為重要。
對于較小的汽輪機組而言,機組包含的級數越多,機組的數值就會出現越小的情況,同時在臨界壓力方面數值也會是非常小的。為了更好的保證電廠的生產,在工作級組方面級數不應該小于三到四級,同時在一種工況下,通過各級級組的流量要相同,在不同的工況下,各級的通流面積要保持不變。
(3)濕氣損失
濕汽損失也是電廠熱能及動力工程中經常面臨的問題之一,產生這樣問題的主要原因有以下幾種:其一,濕蒸汽在鍋爐機組中發生膨脹的過程之中,難免會產生凝結現象,這部分蒸汽就無法做功,導致能力的損失;其二,水珠與氣流的速度存在差別,當水珠速度小于氣流速度時,水珠便會影響氣流的流速,消耗其動能,從而造成能量的損失;其三,水珠應為撞擊噴管背弧而擾亂主流造成的損失,撞擊動葉背弧阻礙動葉旋轉而消耗葉輪有用功。
為了盡量降低濕氣損失,在實際的工作之中我們要在氣流中間增設熱循環裝置,這樣可以讓濕氣中的水珠重新氣化,變成相應的氣流。也可以在設備之中增設相應的除濕裝置,盡量降低氣流中的濕氣,這也是降低濕氣損失的重要方式。
(4)鍋爐排煙損失問題
鍋爐是火力電廠發電的核心裝置,鍋爐在不斷的運行與工作的過程之中,極易受到排煙溫度的影響。一般而言,我們會對排煙溫度進行科學的設置,只要排煙溫度保持在相應的設置范圍之內,鍋爐機組不會出現問題,但是如果排煙溫度大于我們預先設置的排煙溫度,那么就會造成鍋爐排煙損失增加,降低鍋爐的工作效率,影響電廠整體的經營效益。
一般而言,影響排煙溫度的因素主要有燃料、風溫與風速三個方面,因此為了解決鍋爐排煙損失應該從這三個方面進行考慮。首先,我們應該注重燃料的選擇,盡量選擇雜質較少的燃料,控制燃料中的灰分、水分以及揮發分,只有這樣才能從根本上提高燃料的燃燒效率,有效降低排煙溫度,從而控制排煙損失;其次,要注重風速的調整,在實際的發電過程之中應該盡量的控制風速大小適宜且穩定,只有這樣才能保證燃料的充分燃燒的同時減少鍋爐排煙損失;最后,在鍋爐機組工作的過程之中應該科學的控制風溫,風溫對于燃燒的效率與質量有著直接的聯系,只有注重風溫的控制才能保證鍋爐的工作效率,減少鍋爐排煙損失。
三、熱能與動力工程發展的方向
在熱能動力工程的發展方向中,熱能動力及控制工程方向尤為重要。在此工程里便涉及到熱能與動力測試技術以及鍋爐原理等知識的運用。目前,隨著機組向大容量、高轉速、高效率、自動化方向的發展,電站也對風機的安全可靠性提出了越來越高的要求,鍋爐風機在運行中常發生燒壞電機、竄軸、葉輪飛車、軸承損壞等事故,嚴重危害設備、人身安全,也給電廠造成巨大的經濟損失。此外,風機一直是電站的耗電大戶,電站配備的送風機、引風機和冷煙風機是鍋爐的重要輔機,降低其耗電率是節能的一項重要措施。
另一面,熱能與動力工程專業將重點圍繞國家能源戰略,以“新能源、核能、智能電網、常規能源、節能減排”為主線,培養能適應國家能源領域(尤其是電力行業)快速發展要求的高級研究應用型人才。
4結束語
綜上所訴,熱電廠在改革的過程中,應該將重點放在熱力設備和熱力系統的節能減排改造上。在本文中筆者只是粗略的列舉了幾種節能減排措施,真正行之有效的具體節能措施還有很多。就目前情況來看,要想不斷的推進我國電力企業的進步與發展,就應該針對熱電廠的節能上進行深刻的分析與探討,只有這樣才能更好的促進問題的解決,為我國電力行業的發展提供相應的保障。與此同時,對電廠熱能及動力工程存在的問題進行研究對于提高燃料能量利用率,促進燃料的高效燃燒,從而實現節能減排的社會目標。
參考文獻
1.1構建符合新能源(太陽能)行業應用型人才培養的課程體系我校能源與動力工程專業設有制冷與空調技術、制冷測試技術與自動化、太陽能利用三個專業方向。理論課程體系采用模塊化設置,分為公共基礎課模塊、專業基礎課模塊、專業課模塊和專業選修課模塊。前三個模塊構成了能源與動力工程專業的基礎知識體系,為學生繼續深造和進行能源動力方面的研究應用奠定了理論基礎。專業選修課模塊根據2014年3月德州及其周邊地區對新能源類特別是太陽能應用方向的人才需求設置了相關課程[2]。結合行業企業用人對畢業生實踐能力的要求,實踐環節穿插于整個教學過程,著重培養學生實踐動手能力。前三年,學生的實踐環節主要有包括認識實習、金工實習、制圖測繪在內的基本技能訓練,以及把課堂教學和工程實踐相結合的課內實驗、課程設計等專項技能訓練。學生在掌握了扎實寬厚的能源與動力工程專業基礎知識后,第四年有計劃地到校外實習基地進行為期一年的實習,包括專業方向實習和畢業設計、畢業實習,以提高學生綜合運用所學知識分析和解決工程實際問題的能力。2012年,能源與動力工程專業獲批國家級“專業綜合改革試點”項目,聘請中科院物理所孟慶波為教授,聘山東大學可再生能源研究中心主任韓吉田教授、天津大學“中低溫熱能高效利用”教育部重點實驗室負責人趙軍教授、國家太陽能熱利用研發中心主任趙玉磊為專業建設專家委員會成員,完成了德州學院能源與動力工程專業專業規范的撰寫、培養方案的修訂、基礎課和專業基礎課課程規范的撰寫工作。同時,德州學院機電工程學院與中國太陽能產業聯盟聯合成立能源與動力工程(太陽能熱利用方向)專業卓越工程師試點班,2012年9月首屆招生50人,2013級招生正在進行中。鑒于太陽能專業高校教材緊缺的現狀,機電工程學院編寫了7本太陽能系列高校教材,其中孫如軍教授編寫的《太陽能熱水系統施工管理》(清華大學出版社)已于2012年11月出版,其余幾本已經完稿,等待出版。
1.2培養適應新能源(太陽能)行業應用型人才培養的師資隊伍能源與動力工程專業現有專職教師19人,其中教授3人,副教授12人,具有博士學位教師2人,均擁有豐富的教學經驗和實踐經驗,是一支年齡、職稱、學歷結構合理、發展趨勢良好的師資隊伍。近三年來,專業教師共近120篇,其中在核心期刊發表20余篇,在外文期刊15篇,被SCI收錄9篇;承擔或參與國家、省科技廳、市科技局項目20余項,院級科研課題30余項,承擔國家教研立項課題5項,出版專著2部,參編教材28部,獲得實用新型專利20余項。
1.3能源類創新性、應用型人才培養成效顯著學生實踐創新能力強。近幾年在大學生科技文化創新大賽中,能源與動力工程專業學生在全國大學生節能減排課外科技作品競賽、全國大學生數學建模競賽、全國三維數字化創新設計大賽、全國大學生電子設計競賽、全國大學生電子商務“創新、創意及創業”挑戰賽、全國大學生計算機仿真競賽、大學生物聯網創新創業大賽、山東省機電產品創新設計競賽等各類國家級和省級比賽中都獲得了優異成績,獲得國家級獎勵20余項,省部級以上獎勵200余項,教師指導學生在公開發行的雜志上發表學術論文10余篇,獲得實用型新專利20余項,獲獎層次和數量均居全國同類院校和省屬高校前列。特別值得一提的是在教育部主辦的全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽中,參賽作品《太陽能電動車》、《太陽能服飾》、《綠色壓力環保鞋》、《自切換高效太陽能干燥裝置》連續四屆分獲國家級一等獎,尤其是在2011年8月的競賽中,學生的參賽作品《害蟲自殺式太陽能滅蟲器》,在全國182所參賽高校中,榮獲國家特等獎,現場總決賽全國成績排名第一,同時我校榮獲優秀組織獎。學生就業率高。能源與動力工程專業2006年開始招收本科生以來,一次性就業率在95%以上,主要就業行業為省內制冷、空調、汽車、太陽能等行業,許多同學現已成為企業設計主管或現場主管。到目前為止,與皇明太陽能集團聯合培養的太陽能專業的學生中已有160名進入了相應的崗位,得到了企業的一致好評。
1.4構建協同創新的新能源(太陽能)行業應用型人才培養校企合作模式2007年至今,德州學院機電工程學院先后在國家太陽能熱利用工程技術研究中心、皇明太陽能集團有限公司等建立實習實踐基地5個;2006年12月,機電工程學院與山東奇威特人工環境有限公司投入了30萬元,校企合作共建了“太陽能中央空調實驗室”。2007年3月與皇明太陽能股份有限公司合作共建,成立了“太陽能熱利用工程技術實驗中心”,面向全校相關專業師生、皇明太陽能股份有限公司及地方新能源企業開放。該專業分階段安排學生到各公司進行見習和實習,并聘請高級工程師進行專業知識和專業技能的講座和兼課,帶來了大量的課程設計、畢業設計以及科研課題,并進行卓有成效的指導,開闊了學生視野,實現了理論到實踐的結合,讓學生了解和掌握本學科的發展動態和社會需求狀況,為今后走向社會奠定了基礎。自2007年與皇明聯合辦學以來,相繼已經開設了五屆“太陽能班”,實驗室教學配置都相應固定且配備齊全。所用教材都是德州學院和皇明集團合作編寫,共20余部。集團派相應的各部門高級技術人員到校指導教學工作,聯合辦學借助皇明集團國際領先的檢測與研發設備,組織學生進行相關的研究與開發。借鑒與皇明太陽能集團聯合培養人才的經驗,2010年又先后與德州旭光太陽能集團、東營光伏太陽能有限公司等太陽能應用企業成立了相應的企業冠名班。2012年,德州學院與皇明太陽能股份有限公司聯合建設“本科教學工程”大學生校外實踐教育基地,已獲教育部批準。在合作辦學基礎上,總結出了“三三六”校企合作人才培養模式,這一校企合作人才培養模式的辦學經驗,在2010年山東省校企合作培養人才工作電視會議上做了大會典型發言。由此構建的“強化專業技能、突出創新能力、提升人文素養”為主要內容的三位一體的校企合作人才培養體系,保證了學生綜合素質的不斷提高。2009年至2011年,德州學院連續三年被評為“山東省校企合作先進單位”,2011年德州學院列入首批“山東省企業專業技術人員繼續教育基地”。
2建設規劃
能源與動力工程專業人才培養以服務區域經濟和社會發展為宗旨、以就業為導向,走產學研結合的發展道路,培養新能源行業創新性、應用型人才,建成在省內有一定影響力的能源與動力工程專業引領的能源類專業群和能源類卓越工程師培養基地,為德州及周邊地區新能源行業發展起到引領和推進作用。
2.1打造能源與動力工程專業引領的“特色突出、優勢顯著”的能源類、機械類、自動化類專業群目前,我校已確定重點打造能源與動力工程專業(暨新能源、節能環保裝備方向的機械設計制造及其自動化專業)引領的能源類、機械類、自動化類專業群,為德州市新能源產業共涉及的太陽能利用、風電裝備、生物質能、熱泵應用、新能源汽車和節能環保六大領域做好智力支撐。根據德州市及周邊地區對新能源裝備與環保機械領域人才的需求,對三個專業群教學計劃及教學內容進行調整,能源類專業群主要側重于新能源(太陽能利用、新能源汽車)技術的研究與應用,機械類專業群主要側重于新能源裝備與環保機械的設計制造,自動化類專業群主要側重于新能源裝備與環保機械的自動控制。在現有基礎上,完善理論———實驗———實踐人才培養路徑,培養滿足社會需要的能源類、機械類、自動化類創新性、應用型人才。同時加強師資隊伍建設,造就一支教學水平高,科研能力強、實踐經驗豐富的教學團隊。同時對現有實驗室進行升級改造,同時購進必需的教學、科研儀器設備,積極打造群內共享的公共實驗教學大平臺,建成山東省能源與動力工程實驗教學示范中心。
2.2深化能源與動力工程專業人才培養模式改革能源與動力工程專業將圍繞德州市及周邊地區新能源產業,特別是太陽能利用和新能源汽車行業的發展建設,根據教育部“卓越工程師培養計劃”,進一步完善“3+1”的人才培養模式,深化能源與動力工程專業人才培養模式改革。以滿足專業人才培養目標為核心,修訂教學計劃,將創新精神、實踐能力和創業能力納入課程體系和教學內容,參照職業崗位任職要求,校企共同制訂專業人才培養方案;將學校的教學活動和企業的生產過程緊密結合,靈活調整教學周期,學校和企業共同完成教學任務,突出人才培養的針對性、靈活性和開放性。
2.3打造一支滿足新能源(太陽能)行業創新性、應用型人才培養的“雙師型”師資隊伍依據德州學院的柔性人才引進制度,引進教授、博士、企業技術骨干為學科帶頭人和骨干教師。聘任(聘用)一批具有行業影響力的專家學者作為專業帶頭人,一批新能源行業專業人才和能工巧匠作為兼職教師,建立兼職教師資源庫,使專業建設緊跟產業發展,學生實踐能力培養符合職業崗位要求。同時結合實際需要,兼職教師對學生的課程設計,畢業設計等實踐環節進行指導。另一方面,加大在職教師培養培訓力度。通過下企業、做訪問學者、進修多種方式,在新能源行業造就出一批有一定影響力的專業人才,使專職教師下企業制度化,將教師參與企業技術應用、新產品開發、社會服務等作為專業技術職務和崗位聘用的重要內容。完善專業教師到對口企事業單位定期實習制度,提高專業教學水平和實踐能力,提升雙師素質。
2.4改革實踐教學體系,加強實踐基地建設在培養創新性、應用型人才,打造新能源行業卓越工程師的教學目標指導下,與校外實踐基地的共同研討,優化實驗教學內容,構建“基礎理論與實踐技能平臺設計應用能力平臺綜合實踐能力和工程應用能力平臺科技與創新能力平臺”的“漸進式四平臺”實驗教學體系按照校企聯合、共建共享、邊建邊用的原則,充分發揮校企合作的優勢,依托皇明太陽能股份有限公司和山東奇威特人工環境有限公司等校外實驗教學中心(研究所),以及東營光伏太陽能有限公司等5家實踐教學科研基地,建成集研究創新、基礎實訓、生產實訓、學工一體的綜合性實訓基地,創建山東省人才培養模式創新實驗區、山東省實驗實習示范中心、山東省工程技術研究中心,將學生的課堂教學、課程實習、專業實踐及畢業設計、論文等環節與企業實際、教學研究與企業產品開發結合起來,以提高學生的培養質量和就業能力。
3結束語
關鍵詞:需求驅動;人才培養;節能;能源管理
作者簡介:朱群志(1972-),男,浙江臺州人,上海電力學院能源與機械工程學院,教授;任建興(1961-),男,江蘇海門人,上海電力學院能源與機械工程學院,教授。(上海 200090)
基金項目:本文系上海電力學院教改項目(項目編號:20111407)、上海高校本科重點教學改革項目(項目編號:20115901)的研究成果。
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)10-0021-02
一、節能與能源管理人才培養的必要性和緊迫性
我國是能源消耗大國。近年來國內經濟的快速增長對能源供給的壓力很大,重要能源資源短缺對經濟發展的制約進一步加劇。我國的能源利用效率與世界先進水平相比存在較大差距,不少地方存在粗放式使用的情況,很多能源沒有得到有效利用而造成浪費。這種能源消費方式使能源供給進一步惡化,對人類居住環境也造成了嚴重污染。節約能源是我國建設節約型社會的首要措施。[1]
培養從事節能與能源管理工作的人才是我國經濟可持續性發展的需要。從1979年開始,我國就有計劃、有組織地開展了節能工作,但30年來節能事業起伏不定。這種狀況固然與國家的經濟發展戰略、能源供需形勢等因素有關,但節能與能源管理人才的缺乏也是一個重要因素。缺少一支精通節能技術、熟悉節能管理、事業心強的高素質人才隊伍是我國開展節能工作的軟肋,也是實現我國節能目標的瓶頸問題。[2]
培養從事節能與能源管理工作的人才是國民經濟各行業發展的需要。各類工廠是我國能源消耗的大戶,工業能源消耗占全國能源消耗總量的70%左右。節能與能源管理領域的專門人才可以促進企業加強內部的能源計量和管理,開展節能降耗工作。1998年1月起施行、2007年10月修訂的《中華人民共和國節約能源法》明確規定:重點用能單位應當設立能源管理崗位。重點用能單位包括兩類:年綜合能源消費總量1萬噸標準煤以上的用能單位;國務院有關部門或者省、自治區、直轄市人民政府管理節能工作的部門指定的年綜合能源消費總量5000噸以上不滿1萬噸標準煤的用能單位。2007年國務院頒布的《節能減排綜合性工作方案》中明確要求重點耗能企業建立能源管理師制度。之后天津和山東等地開展了能源管理師的試點工作。2011年國務院頒布的《“十二五”節能減排綜合性工作方案》中要求擴大能源管理師試點。
社會對節能人才的需求很大。根據對用能單位的調查,我國專業節能人才的需求量在數10萬人以上。目前我國從事節能與能源管理工作的專業人才極度匱乏,很多企業沒有專職的能源管理人員;即使有專職人員的企業,也存在能源管理人員節能意識不高、專業技能欠缺以及人員配置偏少等問題。這些原因導致企業對能源的控制和管理薄弱,嚴重阻礙了節能工作的開展和能源使用效率的提高。要解決這些問題,必須在科學方法的指導下充分挖掘企業節能潛力,以技術手段和管理手段促進能源利用效率的提高。因此,適應社會需求,培養專業的節能與能源管理專門人才顯得十分迫切。
我國高校在節能專業人才培養方面起步較晚,雖然有一些高校在能源教育方面做了一些嘗試,[3,4]但至今還沒有形成健全的節能人才培育機制,面向節能服務人才培養的專業設置和學科建設都比較薄弱。[5]針對高校培養人才不足的現狀,一些社會辦學機構紛紛提供短期的能源管理師課程對一些在崗人員進行培訓。然而,這種培訓班短則幾天,長則一周;培訓項目時間短,很難對學員提供系統的知識和技能訓練。作為人才培養的主要基地,高校應根據我國經濟結構調整和戰略性新興產業發展的需求,為我國節能產業的發展培養高素質的節能與能源管理專門人才。高校可對現有專業進行改革,通過調整一些相關專業的培養方案、增補部分課程,為社會培養畢業后從事“能源管理師”崗位的人才。
二、節能與能源管理人才培養的探索
節能涉及的領域多,學科背景廣。從技術角度分析,主要涉及“熱”和“電”。本項目主要探索在熱能與動力工程專業上進行改革,適應社會對節能與能源管理人才的需求。熱能與動力工程專業的相近專業包括能源動力系統及自動化、能源與環境系統工程等。由于各個專業的背景不同,側重點也不同。有的偏向動力機械,有的偏向制冷與空調,有的側重能源高效和清潔利用。電力高校中的熱能與動力工程專業往往偏向電廠熱能動力工程和電廠集控運行。本文針對的是上海電力學院的國家特色專業——熱能與動力工程專業。該專業辦學歷史比較悠久,并具有明顯的行業背景。
1.制定了“節能與能源管理”專業方向培養方案
通過對熱能與動力工程專業進行改革,設立“節能與能源管理”專業方向。熱能與動力工程學科還是這個專業方向的核心,因此,專業方向與所依托專業在專業基礎課和專業核心課程的設置上基本相同。專業基礎課及專業課程主要包括工程熱力學、工程流體力學、傳熱學、鍋爐原理、汽輪機原理、泵與風機、熱力發電廠等。
與常規熱能與動力工程專業的區別在于增加了特別針對節能與能源管理的課程模塊。該模塊包含6門課程,共計9個學分。課程包括節能技術概論、空氣調節、制冷原理與設備、熱網技術、技術經濟學以及能源管理與審計等。這些課程有的側重技術層面,有的側重能源管理與技術經濟分析層面。除了節能與能源管理專業方向的選修課程之外,學生還可以從其他專業方向中選修一些課程,例如熱能工程測量技術、可再生能源發電技術等。
2.教學內容契合復合型應用人才培養
節能人才不僅要掌握各種通用節能技術,而且也需要懂得一些技術經濟分析、工程管理等方面的知識,是技術和管理結合的復合型人才。[6]因此,專業選修課程的教學內容應該根據節能與能源管理人才的知識和技能要求來設計。例如,“節能技術概論”課程的主要內容包括熱電聯產節能技術、鍋爐和加熱器節能技術、熱管及熱管換熱器節能技術、熱泵節能技術、余熱回收節能技術、電力行業節能措施與案例等。“熱網技術”課程的主要內容包括集中供熱系統、熱負荷及管網水力計算、供熱管道敷設、熱源配置等。“能源管理與審計”課程的主要內容包括能源政策、能源工程管理、合同能源管理、企業能源審計、企業能源平衡等。
3.在實踐環節中提高學生的應用能力和創新能力
實踐環節中除了一般的認知實習和專業實習外,還包括課程實驗、專業方向課程設計以及畢業設計等。這些環節主要是培養學生應用課程所學知識的能力。結合課堂教學內容,增加了常用節能技術的實驗。例如,在“泵與風機”課程中增設了泵與風機的變頻調節實驗。通過開展這些實驗加深學生對變頻技術的原理、方法和效果的認識。專業方向課程設計是一個新增的、有特色的實踐環節,訓練學生綜合應用專業選修課的相關知識,并不局限于特定的選修課程。嘗試將一家醫院的供能系統作為課程設計的對象,要求學生結合參考資料對醫院的用能及供能系統進行設計。提供給學生的資料包括工程擴初說明、各類冷熱電設備性能參數表、非電空調選型設計手冊等。
通過與學校基本建設工程、科研實驗平臺相結合,建成了一些學生實踐基地。由于在項目設計階段就提前介入,這些基本建設工程和科研平臺在建設中充分考慮了學生實踐能力培養的功能需求。已經建成的實踐基地有:節能生態藝術廳、大學生活動中心節能建筑示范基地、多類型能源的分布式能源實驗系統、校園能耗監管平臺等。節能生態藝術廳可以開展的實驗有中央空調性能測試、室內溫度場測試、太陽能熱水器性能測試等。大學生活動中心節能建筑示范基地可進行太陽能光伏發電實驗、風光發電互補實驗和建筑能耗按戶計量實驗等。分布式能源實驗系統可提供燃氣輪機性能試驗、內燃機性能試驗、氣水換熱器性能試驗等。而校園能耗監管平臺則能夠提供全校每幢建筑的用水、用電數據,這些數據是學生開展能耗分析和節能診斷的生動素材。
4.人才培養情況
節能與能源管理專業方向于2008年開始按方向招生,招生規模為1個班。2012年首屆學生畢業,學生就業情況優良。學生的就業單位除了傳統的電力行業發電企業、設計院、電廠建設企業以外,也有節能服務公司等。節能與能源管理專業方向的設立為這些學生提供了必要的基礎知識和技能,有利于他們進入單位后盡快適應工作崗位。
開設的選修課程得到了熱能與動力工程其他專業方向學生的歡迎。“節能技術概論”、“能源管理與審計”、“熱網技術”等選修課程每個教學班的人數都接近80人,其中節能與能源管理專業方向的學生只占一半。對于熱能與動力工程專業的學生,這些課程有利于拓展學生的知識面。
學生的節能意識增強了,對節能工作的興趣提高了。學生積極參與節能減排方面的科創項目,這些學生既有來自熱動專業又有來自機械專業、管理專業等。管理專業的學生與熱動專業的學生聯合組隊,參加了第五屆全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽等活動,并獲得較好成績。這些科創活動一方面提高了學生的應用能力和創新能力,另一方面也有利于激發學生的學習興趣。
三、結束語
上海電力學院根據國家能源發展戰略需求和社會對人才的需求對高校培養節能與能源管理人才進行了探索。在熱能與動力工程專業上設立了節能與能源管理專業方向,制定了專業方向培養方案,開設了兼顧技術和管理層面的專業選修課程,依托校園基本建設和科研項目建立了校內實踐基地。所開設的課程得到了學生的歡迎,加強了學生的節能意識,拓展了學生的就業面,為熱動專業畢業生從事節能與能源管理工作提供了基礎。
由于節能的領域多,范圍廣,涉及學科多,因此節能人才的培養中存在不少困難。企業所需的節能人才最好是多面手,既懂“熱”,又懂“電”,還懂能源管理。但是,作為一個本科專業,需要有一個相對完整的知識體系。另外,各個行業有不同的生產流程,培養一個通用的節能人才也是不現實的。因此,如何適應社會需求、進一步加強節能人才的培養是一個需要不斷探索和持續關注的問題。高校是培養人才的主要基地,相關專業可以和企業緊密結合,結合專業的學科背景和依托行業的特點進一步探索節能專業人才的培養模式和途徑。
參考文獻:
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