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实验简介
本实验项目基于新能源科学与工程专业的生物质热解原理与技术、生物质能源工程等核心课程，包含预习以及考核、仿真操作和拓展环节，实现多联产系统运行原理的可视化和交互性。实验在虚拟真实环境中，学生首先掌握气化系统的开机，机组运行状态后，系统随机会出现多个故障让学生排除，例如操作失误造成锅炉爆炸，给学生视觉冲击，加深印象，最后掌握关机的操作要点，其次，进入拓展环节，学生根据所给的条件和所学知识拓展设计气化反应系统，三维互动让学生进一步深入掌握系统的各个部件的初步设计，最后，通过实验报告反应学生的学习情况，互动环节加强师生交流。本实验可以帮助学生熟练掌握系统运行原理、系统操控，同时，通过拓展环节可以进一步拓展学生思维。
实验背景
（1）“生物质气化多联产”理念是南京林业大学张齐生院士课题组在2002在国内外首先提出，经过十多年的研究与应用实践，实现电、炭、热、肥的综合目标，并已经获得产业化推广，在国内外建有30多个项目，拥有20多项专利、多项鉴定成果，2016年获得江苏省虚拟仿真项目立项，2018年江苏省大学生创业大赛金奖、2018年江苏省科技进步一等奖、2018年梁希科技进步一等奖，获批了“国家林业局生物质多联产工程技术研究中心”、“江苏省生物质气化多联产工程技术研究中心”。
（2）生物质气化多联产虚拟仿真实验项目基于生物质气化多联产创新技术，依托于南京林业大学材料科学与工程学院新能源科学与工程专业—《生物质热解原理与技术》、《生物质能源工程》、《生物质化学与利用》等核心课程，面向新能源科学产业。其本科教学已经开展，在教学实验教学环节中遇到产业规模大、危险性高、实验室建设小型装置成本过高的问题，实践教学处于走马观花的状态，同时由于新能源科学与工程专业面向的生物质能源企业对于安全性要求颇高，故接纳大量学生实习的积极性不高，从而导致新能源科学与工程专业学生实验实践的困难。虚拟现实技术的出现和应用为上述问题的解决提供了一条新的思路。通过虚拟仿真实验教学资源的建设，不但能够让学生不必进入实验室进行实际操作，就能达到一定的学习效果，而且这种虚实结合、相互辅助的实验教学形式能够激发学生的学习兴趣，有效提升实验教学质量。
实验要求
（1）通过模拟真实生物质气化多联产工厂，学生可以直观了解工艺特点、系统组成、基本原理，有助于学生对课堂所学专业理论知识进行消化；
（2）通过模拟生物质多联产工厂的运行仿真控制，交互操作，学生可以三维立体的观察生产过程，并实现与生产装置的良好互动，最终掌握基本机组
（3）通过拓展训练环节，学生完成主反应器初步设计与主设备选型模块，学生可以直观的掌握多联产虚拟仿真系统的设计与选型，学生还可以提出创新意见，优化工艺，为后续的科研拓展方向。
实验原理
（1）生物质热解气化多联产技术原理
生物质热解气化多联产技术是生物质能高品位利用的一种主要技术，通过气化装置将生物质原料的能量进行转换过程，将固态生物质原料转换成可燃气体、生物质固体炭。在气化过程中，原料在生物质气化炉内要经过干燥、裂解(热解)、氧化和还原四个阶段。
生物质在气化炉中：当一定粒度的生物质原料进入气化装置后首先被干燥，随着料层的下落，伴随温度的升高，析出挥发分，并在高温下裂解。裂解后的气液混合物和生物质炭在氧化区与供入的气化介质(空气、氧气、水蒸气等)发生氧化反应，氧化反应放出热量用于维持干燥、热解和还原反应。热解气化生成的可燃气用于供热、供气或发电等，同时还可以得到生物质炭化料（木炭），即生物质气化多联产技术。
（2）锅炉-汽轮机发电工作原理
生物质热燃气与经过预热器预热的空气一起喷入炉内燃烧，将可燃气的化学能转换成热能，烟气经处理后由引风机抽出排入大气。水在锅炉中加热后成为具有规定压力和温度的过热蒸汽，然后经过管道送入汽轮机。在汽轮机中，蒸汽不断膨胀，高速流动，冲击汽轮机的转子旋转，将热能转换成机械能，带动与汽轮机同轴的发电机发电。在膨胀过程中，蒸汽的压力和温度不断降低。蒸汽做功后从汽轮机下部排出。排出的蒸汽称为乏汽，它排入凝汽器。在凝汽器中，汽轮机的乏汽被冷却水冷却，凝结成水。
（3）生物炭基肥生产技术及应用原理
生物炭基肥混合造粒法是将生物炭与一种或者多种肥料粉碎后，形成粒度接近的粉状颗粒进行混合造粒，再通过转动使黏聚的颗粒在重力的作用下产生运动，相互挤压、滚动使其紧密成型。
实验设计框架
成绩评定
教学团队
周建斌
教授、博导
1989年毕业于南京林业大学林产化工系，一直从事生物质热解（能源）与炭材料的教学、研究与产业化工作。现任南京林业大学新能源科学与工程系主任、生物质气化多联产国家创新联盟发起人、江苏省生物质气化多联产工程研究中心主任、中国林产工业协会活性炭分会副秘书长、中国林学会活性炭专业委员会常委、中国兵工学会活性炭专业委员会委员、中国活性炭测试委员会常委、国家林业局林浆纸一体化工程中心专委会委员、中国循环经济学会专家委员会专家。培养硕士、博士研究生20余名，发表学术论文80多篇，出版专著教材6部，主持和参与多项国家、省部级及企业科研、产业化项目，获国家发明专利30余项，省部级鉴定成果12项，先后荣获国家科技进步一等奖、国家科技进步二等奖、浙江省科技进步一等奖、梁希林业科技进步一等奖、江苏省科技进步三等奖、江苏省南京市科技进步二等奖等多项。入选江苏省“六大人才高峰”、江西省首批“双千计划”人才和“姑苏创新创业领军人才”计划，享受国务院特殊津贴专家。
张书
陈登宇
副教授、硕导
男，1985年生，中共党员。2013年6月于中国科学技术大学获工学博士学位。现为南京林业大学材料科学与工程学院副教授、硕士生导师、新能源科学与工程系副主任，江苏省工程热物理学会理事、江苏省热分析专业委员会委员、中国林学会会员。从事生物质热解气化过程机理及产物调控机制研究，作为骨干成员开展了“生物质气化发电联产炭、热、肥”的科技攻关，为生物质利用提供数据基础和科技支撑。2016年被选派为江苏省“企业创新岗”特聘专家（科技副总），2017年入选江苏高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师培养对象，2018年入选江苏省“333高层次人才培养工程”第三层次、“六大人才高峰”高层次人才培养对象。以第一作者发表SCI论文24篇入选ESI高被引论文3篇，获中国林学会梁希青年论文奖二等奖、三等奖论文各1篇，被评为2016年度“领跑者5000-中国精品科技期刊顶尖学术论文”1篇。获得中国林学会梁希青年论文奖二等奖、三等奖各1次；2018年梁希林业科学技术奖一等奖（排名第3）。