曹衛(wèi) 陽程 周海

摘要：文章分析了《工業(yè)廢氣凈化技術(shù)與設(shè)備》課程傳統(tǒng)實驗教學的不足，運用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建逼真的脫硝、靜電除塵、脫硫?qū)嶒灢僮鳝h(huán)境和實驗對象。根據(jù)課程內(nèi)容和特點設(shè)置實驗項目，以虛擬仿真技術(shù)為核心，把工藝、裝備和多相流融合為一體，制作教學案例，滿足課程教學目標，并制定完善的評價體系和標準，提高評價的公正和公平性，從而達到真實實驗難以實現(xiàn)的教學效果。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；實驗；教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）29-0279-02

《工業(yè)廢氣凈化技術(shù)與設(shè)備》課程的內(nèi)容主要是各種煙氣脫硝、除塵、脫硫技術(shù)和相應(yīng)設(shè)備的使用。傳統(tǒng)的《工業(yè)廢氣凈化技術(shù)與設(shè)備》實驗通常是利用硬件實驗設(shè)備進行的，在實際教學中，存在以下不足：

①煙氣凈化效果因素分析在實驗現(xiàn)象中觀察不到，無法找到最佳參數(shù)；②設(shè)備固定在系統(tǒng)中，針對不同煙氣無法進行優(yōu)化調(diào)整，難以培養(yǎng)學生的綜合設(shè)計能力；③學生無法進行設(shè)備結(jié)構(gòu)改進，難以達到提高凈化效果的目的；④設(shè)備維護成本高；⑤實驗項目固定且難以更新；⑥實驗時間和地點固定，學生不能根據(jù)自己的學習進度安排實驗時間。這些問題極大地限制了實驗課程教學目標的實現(xiàn)。開展系統(tǒng)的煙氣凈化裝備虛擬仿真實驗，真實再現(xiàn)煙氣處理過程，讓學生在實際的虛擬仿真操作過程中，熟悉煙氣凈化技術(shù)，加強對所學知識的理解，提高創(chuàng)新設(shè)計的能力。

一、建立“虛實結(jié)合”的綜合實驗室

（一）虛擬仿真實驗室建立

虛擬仿真實驗室的建立是《工業(yè)廢氣凈化技術(shù)與設(shè)備》實驗課程改革的硬件基礎(chǔ)。原來的實驗室是單純的硬件實驗室，主要為一臺脫硝反應(yīng)器、一臺布袋除塵器、一臺脫硫噴淋塔，只能供一組18名學生完成裝備的認識和測繪實驗。改建后的實驗室增加了30臺計算機，每臺計算機均安裝定制開發(fā)的煙氣凈化裝備虛擬仿真軟件，可供學生構(gòu)建煙氣凈化裝備虛擬仿真工藝系統(tǒng)設(shè)計、裝備的結(jié)構(gòu)認知和組裝、裝備的結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化以及故障診斷等虛擬仿真實驗。

（二）實驗項目設(shè)計

1.煙氣凈化工藝系統(tǒng)的布置虛擬仿真實驗。煙氣凈化系統(tǒng)涉及脫硝、脫硫、除塵等多個操作單元，主要的核心設(shè)備脫硝反應(yīng)器、除塵器本體、脫硫塔對燃煤鍋爐的運行穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。煙氣凈化系統(tǒng)必須能夠滿足環(huán)保凈化超低排放要求，并提高設(shè)備的運行穩(wěn)定性、可靠性和系統(tǒng)的工藝安全性，降低成本和煙氣凈化負荷。針對不同的煙氣組分特點、滿足性能等要求，比較不同的工藝布置方案的優(yōu)缺點，進而優(yōu)化組合最佳的工藝系統(tǒng)方案，達到提高凈化效果和節(jié)能降耗的目的。

2.脫硝裝備虛擬仿真實驗。通過三維仿真及虛擬現(xiàn)實技術(shù)動態(tài)模擬演示脫硝工藝氨的存儲系統(tǒng)、噴氨系統(tǒng)、氨與空氣混合系統(tǒng)以及檢測控制系統(tǒng)布置，學生通過交互操作，熟識、掌握脫硝裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理，并進行SCR安裝位置、催化劑、噴氨格柵的優(yōu)化和導流板的創(chuàng)新設(shè)計。通過交互方式改變反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、實際的n（NH3/NOX）、NH3與NOX的湍流混合程度等參數(shù)，體驗并練習達到環(huán)保脫硝指標要求，調(diào)整反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、實際的n（NH3/NOX）、NH3與NOX的湍流混合程度等操作，掌握脫硝裝置的性能特點，分析嚴重的流場不均、催化劑活性不足和噴氨格柵結(jié)構(gòu)缺陷等問題造成NOX排放不達標或空氣預(yù)熱器堵塞加劇、壓差增大等故障原因，并進行排除。

3.靜電除塵虛擬仿真實驗。通過三維仿真及虛擬現(xiàn)實技術(shù)動態(tài)模擬演示靜電除塵器本體系統(tǒng)和提供高壓直流電的供電裝置以及低壓自動控制系統(tǒng)布置，學生通過交互操作，熟識、掌握靜電除塵器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并進行極配形式、極間距、外殼的氣密性、振打錘的大小和搖臂的長短的優(yōu)化和氣流旁路、氣流均布板的創(chuàng)新設(shè)計。通過交互方式改變工作電壓、氣流速度、進口含塵濃度和濕度、煙氣溫度和壓力、粉塵比電阻、供電裝置的控制方式等，體驗并練習達到環(huán)保除塵指標要求，調(diào)整工作電壓、粉塵比電阻、供電裝置的控制方式等操作，掌握靜電除塵器的性能特點，分析保溫圈的連接線燒壞、堵灰、電暈線斷裂、收塵板燒變形等故障原因，并進行排除。

4.脫硫裝備虛擬仿真實驗。通過三維仿真及虛擬現(xiàn)實技術(shù)動態(tài)模擬演示石灰石—石膏煙氣脫硫系統(tǒng)的石灰石漿制備系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、煙氣再熱系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)布置，學生通過交互操作，熟識、掌握脫硫系統(tǒng)噴淋吸收塔的結(jié)構(gòu)和工作原理，并進行噴淋層設(shè)計和噴嘴角度的優(yōu)化。

5.脫白虛擬仿真實驗。通過三維仿真及虛擬現(xiàn)實技術(shù)動態(tài)模擬演示脫白加熱器布置，學生通過交互操作，熟識、掌握脫白工作原理，并進行溫度和濕度的優(yōu)化。通過交互方式改變溫度和濕度參數(shù)，體驗并練習達到環(huán)保脫白指標要求，調(diào)整溫度和濕度操作，掌握脫白裝置的性能特點。

二、虛擬仿真實驗示例

在煙氣凈化工藝系統(tǒng)原理實驗中，基于軟件操作界面，學生可以根據(jù)三種不同的煙氣凈化處理步驟，拖動以上裝備分別到正確的位置，正確排列凈化裝備順序，完成本次練習，進入下一實驗步驟。虛擬仿真軟件中對不同裝備進行高亮提示，可通過鼠標點選交互式操作，以完成煙氣凈化裝備的相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)認知和零件組裝過程。在實驗中，針對不同煙氣成分和顆粒性質(zhì)，調(diào)整局部結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)進行仿真實驗，通過觀察物質(zhì)反應(yīng)、多相流流場特性來調(diào)整模型結(jié)構(gòu)，分析煙氣凈化效率和效果，進而對比分析煙氣性質(zhì)、操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對煙氣凈化效率和效果之間的關(guān)系，從而掌握節(jié)能降耗的基本規(guī)律。在實驗結(jié)果中需要觀察現(xiàn)象和結(jié)合數(shù)據(jù)分析，得到實驗結(jié)論。

三、虛擬仿真實驗考核

煙氣凈化裝備虛擬仿真實驗系統(tǒng)對學生在實驗過程中的實驗步驟和參數(shù)設(shè)置進行自動記錄，并在實驗操作完成后自動給出學生實驗考核成績?？己艘笕缦卤砜己嗽u分表所示。

四、結(jié)語

煙氣凈化裝備虛擬仿真實驗教學綜合應(yīng)用虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，通過構(gòu)建逼真的脫硝、靜電除塵、脫硫?qū)嶒灢僮鳝h(huán)境和實驗對象，使學生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中開展高效、安全且經(jīng)濟的實驗，進而達到真實實驗難以實現(xiàn)的教學效果。脫硝、靜電除塵、脫硫?qū)嶒炆婕案邷睾透g性介質(zhì)，實驗成本和消耗高，實驗設(shè)備為大型非標，且實驗項目綜合性強，而虛擬仿真實驗系統(tǒng)則體現(xiàn)了信息技術(shù)與教育教學融合發(fā)展和與學科專業(yè)深度融合帶來的實驗教學改革與創(chuàng)新。

參考文獻：

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[2]朱劍林，侯睿.虛擬仿真實驗在計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學中的應(yīng)用[J].教育教學論壇，2016，4（17）.