华北电力大学《锅炉原理》课程教案

华北电力大学《锅炉原理》课程教案课程名称：锅炉原理适用专业：能源与动力工程（电厂热能动力方向）授课对象：本科三年级学生学分/学时：3学分/48学时（理论40学时+实验/课程设计8学时）授课教师：XXX一、课程定位与教学目标（一）课程定位《锅炉原理》是能源与动力工程专业的核心专业基础课，是衔接《工程热力学》《传热学》《流体力学》等基础课程与电厂锅炉运行、检修、设计等工程实践的桥梁课程。课程聚焦火力发电厂核心设备——锅炉的工作原理、结构设计、性能计算及运行优化，重点培养学生对锅炉系统的综合分析能力和工程应用能力，为后续学习《热力发电厂》《锅炉设备及运行》等课程及从事电厂热能动力相关工作奠定基础。（二）教学目标1.知识目标：掌握锅炉的基本工作原理、核心组成部件（燃烧设备、蒸发受热面、过热器、省煤器、空气预热器等）的结构与功能；理解燃料燃烧、烟气流动、热量传递、水汽循环等关键过程的物理化学机制；熟悉锅炉热效率计算、受热面传热计算、燃烧计算等基本方法；了解大型电站锅炉的发展趋势、先进技术及环保要求。2.能力目标：能够运用热力学、传热学等基础理论分析锅炉各系统的工作特性；具备识别锅炉主要部件结构、判断部件功能合理性的能力；能够进行简单的锅炉热平衡计算、燃烧计算及受热面传热计算；初步具备分析锅炉常见故障（如结渣、积灰、腐蚀、爆管等）成因及提出解决思路的能力；能够阅读和理解锅炉相关的工程图纸、技术说明书。3.素养目标：树立工程严谨性和安全性意识，理解锅炉设备在电力生产中的核心地位及安全稳定运行的重要性；培养能源节约与环保意识，认识锅炉节能减排技术在“双碳”目标中的作用；提升团队协作与沟通能力，通过实验、课程设计等环节培养工程实践与创新思维。二、课程教学内容与学时分配章节教学内容学时分配（理论）教学重点/难点第1章绪论1.锅炉的作用与分类；2.电站锅炉的发展历程与技术趋势；3.锅炉的基本工作流程与主要技术参数；4.课程学习要求与内容框架2重点：锅炉的核心功能与基本组成；难点：电站锅炉技术参数的内涵与关联第2章燃料与燃烧基础1.电站锅炉燃料（煤、油、气）的特性指标；2.燃料燃烧的基本原理与条件；3.燃烧计算（空气量、烟气量、烟气焓）；4.燃料的预处理（制粉系统简介）6重点：煤的特性指标、燃烧计算方法；难点：燃烧反应的热力学分析、烟气焓值计算第3章燃烧设备1.煤粉燃烧原理与特点；2.燃烧器的类型与结构（直流燃烧器、旋流燃烧器）；3.炉膛的结构与设计要求；4.煤粉炉的点火与稳燃技术；5.循环流化床锅炉燃烧设备简介6重点：燃烧器的工作原理与结构特性、炉膛的设计原则；难点：煤粉的着火与稳燃机制、燃烧器的布置与炉内空气动力场第4章锅炉受热面概述1.受热面的分类与功能；2.锅炉的传热过程与热流分布；3.受热面的结构形式（光管、鳍片管、膜式壁等）；4.受热面的布置原则4重点：各类受热面的功能定位、结构形式；难点：炉内辐射传热与对流换热的耦合机制第5章蒸发受热面1.自然循环原理与水循环计算；2.强制循环锅炉与直流锅炉的水循环特点；3.蒸发受热面的结构（水冷壁）与布置；4.水循环故障（汽水分层、倒流、膜态沸腾）及防治措施6重点：自然循环原理、水冷壁的结构与功能；难点：水循环计算方法、膜态沸腾的成因与防治第6章过热器与再热器1.过热蒸汽与再热蒸汽的作用；2.过热器与再热器的结构与布置；3.热偏差的产生原因与减小措施；4.过热器与再热器的高温腐蚀与防护4重点：过热器与再热器的结构布置、热偏差控制；难点：热偏差的定量分析、高温腐蚀机制第7章省煤器与空气预热器1.省煤器的结构、功能与工作原理；2.空气预热器的类型（管式、回转式）与结构；3.尾部受热面的积灰、磨损与腐蚀及防治措施；4.锅炉尾部受热面的布置优化4重点：省煤器与空气预热器的工作原理、结构特性；难点：尾部受热面的积灰磨损机制与防护措施第8章锅炉热平衡1.热平衡的基本概念与计算方法；2.各项热损失（排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失、散热损失、灰渣物理热损失）的计算；3.锅炉热效率的测定与计算；4.提高锅炉热效率的途径4重点：热平衡计算方法、热效率计算；难点：各项热损失的影响因素分析第9章锅炉运行与调节1.锅炉的启动与停运；2.锅炉负荷调节的原理与方法；3.锅炉主要参数（汽压、汽温、水位）的调节；4.锅炉常见故障（结渣、积灰、爆管）的诊断与处理2重点：锅炉参数调节方法、常见故障诊断；难点：负荷调节与参数稳定性的协同控制第10章先进电站锅炉技术1.超临界与超超临界锅炉技术；2.循环流化床锅炉技术；3.锅炉节能减排技术（脱硫、脱硝、除尘）；4.新能源耦合发电锅炉简介2重点：超超临界锅炉技术特点、节能减排技术原理；难点：先进锅炉的结构创新与运行特性实验/课程设计1.锅炉热效率测定实验；2.燃烧器冷态空气动力场实验；3.锅炉受热面传热特性实验；4.小型锅炉热力系统设计8（实践）重点：实验数据采集与分析、设计方案的合理性验证；难点：设计参数的优化选择三、教学方法与手段（一）理论教学方法1.案例驱动教学：结合华北电力大学在电力行业的优势资源，引入国内大型电站（如京津冀地区火电厂）的锅炉实例，通过分析实际锅炉的结构设计、运行数据、故障案例，将抽象理论与工程实践结合，提升学生的学习兴趣与应用能力。2.问题导向教学：围绕锅炉运行中的核心问题（如“如何提高燃烧效率？”“如何防止水冷壁爆管？”“如何控制过热汽温偏差？”）展开教学，引导学生主动思考、自主探究，培养分析问题与解决问题的能力。3.互动式教学：通过课堂提问、小组讨论、课堂练习等形式，强化师生互动；针对燃烧计算、热平衡计算等重点内容，组织学生分组完成计算任务，培养团队协作能力。（二）实践教学手段1.实验教学：依托学校能源动力实验中心，开设锅炉热效率测定、燃烧器冷态空气动力场等核心实验，让学生亲手操作实验设备，采集分析实验数据，验证理论知识，培养实验操作与数据处理能力。2.课程设计：设置“小型电站锅炉热力系统设计”课程设计任务，要求学生根据给定的参数（如蒸发量、蒸汽参数、燃料特性），完成锅炉热力计算、受热面选型与布置、系统方案设计等任务，提交设计说明书与工程图纸，全面提升工程设计能力。3.虚拟仿真教学：利用电站锅炉虚拟仿真实验平台，模拟锅炉启动、负荷调节、故障处理等过程，让学生在安全、可控的环境中熟悉锅炉运行操作，弥补真实设备操作机会不足的问题。4.企业实践参观：组织学生参观周边火电厂（如北京京能热电、天津军粮城电厂等），实地观察大型电站锅炉的结构与运行过程，与企业工程师交流，了解行业前沿技术与岗位需求。（三）辅助教学手段1.多媒体教学：制作包含三维动画、工程视频、高清图片的多媒体课件，直观展示锅炉内部结构、燃烧过程、水循环过程等抽象内容；利用在线教学平台（如超星学习通）上传课件、习题、实验指导书等资源，方便学生课后复习。2.线上答疑与讨论：通过学习通、微信群等平台开展线上答疑，及时解决学生学习中的疑问；发布讨论话题（如“超超临界锅炉的技术优势与发展前景”），引导学生课后自主学习与交流。3.学术讲座与行业交流：邀请电力行业专家、企业工程师、本校资深教授开展专题讲座，介绍锅炉领域的最新技术进展、行业发展趋势、企业岗位需求等，拓宽学生的学术视野与行业认知。四、考核方式与评价标准课程采用“过程性考核+终结性考核”相结合的综合评价方式，总评成绩由平时成绩（40%）和期末考试成绩（60%）组成，具体如下：（一）平时成绩（40%）1.课堂表现（10%）：根据学生的课堂出勤、回答问题、参与讨论的情况进行评分，缺勤1次扣2分，累计缺勤3次及以上取消平时成绩。2.作业完成情况（10%）：布置课后作业（共6-8次），涵盖燃烧计算、热平衡计算、结构分析等重点内容，根据作业完成质量、准确性进行评分，缺交1次作业扣3分。3.实验成绩（10%）：根据实验出勤率、实验操作规范性、实验报告的完整性与数据处理准确性进行评分，实验缺做1次取消实验成绩。4.课程设计成绩（10%）：根据设计方案的合理性、计算准确性、说明书撰写质量、工程图纸规范性进行评分，未完成课程设计取消该项成绩。（二）期末考试成绩（60%）采用闭卷考试方式，考试时间为120分钟。试卷内容覆盖课程所有核心知识点，题型包括选择题（15%）、填空题（15%）、简答题（30%）、计算题（25%）、分析题（15%）。主要考查学生对锅炉原理核心知识的掌握程度、理论应用能力及工程分析能力。五、教学资源（一）教材与参考书1.教材：《锅炉原理》（第4版），周强泰主编，中国电力出版社，2020年（国家级规划教材，适配能源动力类专业教学需求）。2.参考书：《电站锅炉原理》，岑可法主编，中国电力出版社，2018年；《锅炉设备及运行》，王运民主编，中国电力出版社，2021年；《ThermalEngineeringofPowerPlants》，M.M.El-Wakil，McGraw-HillEducation，2017年（英文参考）。（二）实验与实践资源1.校内实验平台：华北电力大学能源动力实验中心（国家级实验教学示范中心），配备锅炉热效率实验台、燃烧器冷态实验台、水循环模拟实验台等设备。2.虚拟仿真资源：电站锅炉虚拟仿真实验教学平台（校级重点建设项目），涵盖锅炉启动、运行调节、故障处理等仿真模块。3.校外实践基地：与北京京能集团、天津国电投、河北建投等电力企业共建实践教学基地，为学生提供企业参观、实习机会。（三）线上资源1.在线课程：超星学习通《锅炉原理》课程平台（含课件、习题、实验指导、视频资源等）；中国大学MOOC“锅炉原理”相关课程（如东南大学、西安交通大学在线课程）。2.行业资源：中国电力新闻网、国家能源局官网、电力行业标准（GB/T10184-2015《电站锅炉性能试验规程》等）。六、教学注意事项1.衔接基础课程：教学过程中注重与《工程热力学》《传热学》《流体力学》等先修课程的衔接，在讲解燃烧、传热、水循环等内容时，回顾相关基础理论，帮助学生构建完整的知识体系。2.强化工程思维：始终贯穿“理论联系工程实际”的原则，多引入电站锅炉的实际案例、运行数据、故障案例，避免纯理论讲授，培养学生的工程思维与实践能力。3.关注行业前沿：及时更新教学内容，融入超超临界锅炉、循环流化床锅炉、节能减排等行业前沿技术，结合“双碳”目标解读锅炉技术的发展方向，提升课程的时效性与前瞻性。4.兼顾不同层次学生：针对学生的学习能力差异，布置分层作业（基础题+拓展题），开展个性化答疑；对于实践环节，分组时兼顾不同能力学生的搭配，确保每位学生都能参与并有所收获。5.重视安全教学：在实验、虚拟仿真、企业参观等实践环节，重点强调设备操作安全、现场安全规范，培养学生的安全意识与责任意识。七、课程特色与创新点1.行业导向鲜明：依托华北电力大学在电力行业的学科优势，课程内容紧密结合电站锅炉