高效低碳燃气轮机基础设施——“燃烧室试验平台”预计年底竣工

动力工程是研究工程领域中的能源转换、传输和利用的理论和技术，提高能源利用率，减少一次能源消耗和污染物质排放，推动国民经济可持续发展的应用工程技术领域。它与人类的生产和生活密切相关，既有悠久的历史，又属于21世纪经济发展中的能源、信息、材料三大前沿领域之一。动力工程相关的学科领域有：工程热物理、热能工程(包括电厂热能动力、冶金热能工程、供热通风与空气调节等学科)、动力机械及工程(包括内燃机、汽轮机、锅炉与换热设备等学科)、流体机械及工程、化工过程机械、制冷与低温技术、以及电子技术、计算机技术、材料科学和控制技术等。

日前，中科院工热所与江苏海洋大学签订合作协议，推动“动力工程及工程热物理”、“环境科学与工程”等学科建设和高层次人才培养质量提升，共建共享高效低碳燃气轮机试验平台，共同实施燃气轮机试验相关的重大科技计划，加快推进高效低碳燃气轮机试验装置建设。

为保障项目顺利实施，省科技厅专项支持中科院工热所与中科院力学研究所、东南大学、中国计量科学研究院、合肥通用机械研究院等高校院所，围绕循环试验平台中的高效新型循环试验台、公用系统中的燃料与工质分系统等亟需解决的课题进行联合攻关。

连云港市专门出台了《高效低碳燃气轮机试验装置国家重大科技基础设施项目建设扶持政策》，在运行保障、科研经费、人才特区、设施配套等方面给予支持，加速推进项目建设。目前，总额达26.68亿元(江苏连云港部分18.81亿元)，项目投资概算已获国家批复，项目全面开工建设，燃烧室试验平台年底将具备试验条件。据悉，原计划2021年实施的高效循环实验平台将提前到今年启动建设，力争早日建成，早出成效。

燃烧室是燃料或推进剂在其中燃烧生成高温燃气的装置，是一种用耐高温合金材料制作的燃烧设备。活塞到达上止点后其顶部与汽缸盖之间的空间，燃料即在此室燃烧。它是燃气涡轮发动机、冲压发动机、火箭发动机的重要部件。由扩压器、燃烧室壳体、火焰筒、燃料喷嘴、点火装置构成。分为单管燃烧室、联管燃烧室、环形燃烧室。燃烧室不能在高温、大负荷、变工况、具有腐蚀性的环境、燃烧在高速气流及贫油混合气情况下进行工作。

燃烧室是一种用耐高温合金材料制作的燃烧设备。活塞到达上止点后其顶部与汽缸盖之间的空间，燃料即在此室燃烧。当活塞位于上止点时，活塞顶面以上、气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室。在汽油机气缸盖底面通常铸有形状各异的凹坑，习惯上称这些凹坑为燃烧室。在燃烧物理学中有四种守恒方程，即总质量守恒、动量守恒、能量守恒及组分守恒方程

在整台燃气轮机中，燃烧室位于压气机与涡轮之间。燃气轮机运行时，燃烧室在宽广的工况范围内工作。在燃气轮机工作情况的过程中，燃烧室进口的空气流量、温度、压力、速度以及燃油消耗量都会发生变化，这些变化反过来又会影响整台燃气轮机的性能。所以，弄清燃烧室的变工情况特性，对整台燃气轮机的变工况运行有积极地意义。

高效低碳燃气轮机试验装置项目

继上海光源、国家蛋白质设施等在上海落户的又一国家重大科技基础设施，项目可行性研究报告已于2018年11月27日获国家发改委批复。建设地点位于江苏省连云港市和上海市浦东新区。其中，上海部分建设内容包括压气机试验平台、冷却/封严试验台、低碳超临界二氧化碳循环试验台以及相应的公用系统和配套工程。项目投资估算超6.5亿元，建设周期为4年，已列入2019年上海市重大工程。

高效低碳燃气轮机试验装置的实施和运行将为我国天然气高效利用、煤炭能源高效清洁低碳利用及联产，可再生能源利用、第四代核能、储能、工艺应用、工业节能中的燃气轮机乃至航空发动机和舰船用燃气轮机的技术研发提供世界先进水平的试验平台，提升相关产业自主化水平。

燃气轮机工作原理

压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀做功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转;加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。

燃气轮机的工作过程是Z简单的，称为简单循环;此外，还有回热循环和复杂循环。燃气轮机的工质来自大气，又排至大气，是开式循环;此外，还有工质被封闭循环使用的闭式循环。燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置。

燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著提高。

燃气轮机的类型

燃气轮机有重型和轻型两类。重型的零件较为厚重，大修周期长，寿命可达10万小时以上。轻型的结构紧凑而轻，所用材料一般较好，其中以航机的结构为Z紧凑、Z轻，但寿命较短。对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统，此外还需要配备良好的附属系统和设备，包括：起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较，燃气轮机的主要优点是小而轻。单位功率的质量，重型燃气轮机一般为2～5千克/千瓦，而航机一般低于0.2千克/千瓦。燃气轮机占地面积小，当用于车、船等运输机械时，既可节省空间，也可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度。燃气轮机的主要缺点是效率不够高，在部分负荷下效率下降快，空载时的燃料消耗量高。

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