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研究所“十二五”重大突破方向研究进展概述
发稿时间:2016-05-24         作者:          来源:     【字号:

  “十二五”期间,研究所以工程热物理学科的学术研究为基础,立足国际高技术发展前沿,紧扣国家重大需求,深入贯彻中科院“十二五”规划和“创新2020”总体指导思想,认真组织“一三五”规划的实施,三个重大突破方向取得系列重要进展,其中“先进轻型动力技术”方向在中科院“十二五”任务书验收中被评为“院优秀”。本文将对三个重大突破方向进行简单回顾。 

  先进轻型动力技术 

  “十二五”期间,该方向承担科研经费约3.2亿元,研发团队致力于系统解决轻型动力领域的重大基础问题,建成了完备的轻型发动机整机及部件系列试验平台,初步建立轻型发动机设计体系并攻克多项核心瓶颈技术,已成为轻型动力领域新技术、新原理、新方法和新装备的发源地,研发成果使研究所在历史上首次具有整机装备能力,大幅提升了中科院在轻型航空发动机方面的水平。 

  在基础研究与关键技术研发方面,实验室承担了多项探索重大研究项目和国家自然科学基金项目,作为主任务承担单位参与研制的实践十号科学实验卫星计划。“十二五”期间开展了斜流-离心组合压气机、分层部分预混低污染燃烧室、高负荷低压涡轮设计研究、超紧凑高低压涡轮过渡段、超紧凑进排气系统和微重力下导线着火前期烟的析出和烟气流动规律研究,相关成果在Journal of Fluid MechanicsTurbomachinery等著名期刊上发表。 

  在型号研制与整机系统集成方面,自主研制了3款涡喷发动机、2款涡扇发动机和2款地面燃气轮机。其中,60公斤推力涡喷发动机装配某型高空高速高机动靶机完成全部科研试飞,性能达标,已进入小批量生产和产品鉴定阶段;80公斤推力涡喷发动机配合某型号靶机成功完成首飞,并装配空气动力研究中心无人机完成首飞,发动机性能达到国际先进水平;140公斤推力涡喷发动机、750公斤推力涡扇发动机和1000公斤推力涡扇发动机均达到设计转速和设计推力,完成地面试车;MW级燃气轮机核心机研制通过设计评审,完成重要部件和整机试车台建设,正在开展关键部件试验;完全自主设计的4MW级动力涡轮配装燃气发生器正进入整机装配阶段。 

  在战略研究方面,作为编制组副组长单位或秘书单位,组织和参与了国家发改委《“十二五”能源领域节能专项规划建议》、国家能源局《国家能源科技“十二五”规划》及“两院”《航空发动机/燃气轮机专项重大咨询报告》等国家级科技规划和战略研究的编写工作。 

  在科技成果转移转化方面,先后成立中科岱宗航空科技有限责任公司、成都中科航空发动机有限公司和中科合肥微小型燃气轮机研究院有限责任公司,技术转让合同额超过3个亿,并荣获中国科学院北京分院科技成果转化特等奖。 

  循环流化床燃烧技术 

  十二五期间该方向承担科研经费约2亿元,建成国内最先进的煤燃烧-气化-热解大型综合试验平台,研究成果获2011年度国家能源科技进步二等奖。 

  形成了基于具有自主知识产权的循环流化床锅炉研发和技术设计体系,开发的超低NOx排放技术已完成工程示范;135MW等级超高压再热循环流化床锅炉技术成功向印度许可,产品顺利投入运行;创造性地提出了环形炉膛、多边形炉膛、M型炉膛等三种超(超)临界循环流化床锅炉创新炉型并进行了研发,确定了优势炉型。 

  突破了利用低阶粉煤制取清洁工业燃气的技术瓶颈,形成循环流化床煤气化制清洁工业燃气成套技术,并实现工业化示范。400000Nm3/h常压循环流化床煤气化制清洁工业燃气技术和25000Nm3/h循环流化床煤制工业燃气技术通过科技成果鉴定,分别被认定为达到国际领先水平达到国际先进水平;研制的我国首套60000Nm3/h循环流化床煤气化炉也已投入正式运行,这是目前我国最大容量的循环流化床煤气化炉。形成了15000-60000Nm3/h系列容量等级的常压循环流化床煤气化炉技术产品,煤气热值达到1450 kcal/Nm3 

  以高参数生物质循环流化床直燃发电锅炉的研发为目标,发明了适合我国生物质特点的优势炉型,建立了生物质循环流化床锅炉设计方法,实现了14MWth220t/h不同容量等级产品产业化技术示范应用和持续创新。与企业合作开发的我国首台130t/h秸秆高温高压循环流化床发电锅炉、我国首台75t/h次高温次高压农林生物质混合燃料循环流化床发电锅炉分别通过了省部级新产品和科技成果鉴定,双双“达到国际先进水平”,并获得国家能源局能源科技进步二等奖。 

  超低挥发分燃料燃烧技术完成中试研究,走向工业技术示范。完成5t/d超低挥发分气化灰渣和细粉灰CFB燃烧-高温蒸汽发生系统中试试验研究并获成功,并建设了40t/d规模的工业试验装置;完成MW等级细粉热解半焦预热燃烧技术的中试研究,正在进行20t/h超低挥发分煤粉锅炉的技术示范。由此形成了可与循环流化床热解气化技术有机结合的油、煤气、蒸汽联产的系统解决方案。 

  开发了循环流化床固体热载体粉煤热解提油技术与循环流化床自热式热解工艺;完成固体热载体粉煤热解提油技术与循环流化床自热式热解工艺的中试规模技术试验;建成240 t/d固体热载体快速热解粉煤提油技术的工业试验装置,并实现满负荷连续稳定运行。 

  开发了高氧气浓度循环流化床富氧燃烧的关键技术。建成了100 kW循环流化床富氧燃烧试验平台和MW级全流程高氧气浓度带烟气再循环的循环流化床富氧燃烧中试装置,打通了高氧气浓度富氧燃烧的整个工艺流程,氧气浓度达到50%,烟气经纯化后的液态CO2浓度达到97% 

  开发了面向不同应用的污泥干化焚烧系列集成技术。发明带有直接干化和间接干化的污泥复合干化系统,实现了污泥快速、高效干化。开发的循环流化床一体化污泥焚烧技术成功应用于杭州七格污水处理厂100t/d污泥循环流化床一体化焚烧示范工程,污泥减容量超过90%,污泥焚烧烟气达标排放。 

  建设了化学气相沉积、催化燃烧、低温氧化、层流预混火焰超声分子束光电离质谱、复杂流化床反应器测量和控制、复杂气固流态化过程关键参数测量与过程优化等多个基础研究实验平台。 

  构建了三维成像算法并应用在气固旋风分离器以及返料腿固体颗粒浓度测量,优化了旋风分离器的设计;实现了在线固体颗粒湿度和浓度分布测量,并结合流态化理论,对流化床干燥过程进行优化控制,过程效率显著提高;首次应用在大尺度医药流化床颗粒制备过程流态监测。 

  制备了多种催化性能优良的金属氧化物薄膜,并得到了其在催化燃烧中应用的特性规律;获得了乙炔、均三甲苯及其异构体的低温氧化特性及其化学动力学机理。 

  IGCC/联产系统及关键技术 

  十二五期间该方向承担科研经费约2.7亿元,争取地方和企业投入3.1亿元,研究成果获2013年度中国华电集团公司科学技术进步一等奖等奖项。 

  在加压密相输运床气化方面,国内首次实现了B类颗粒的密相悬浮上升流(DSU)流动,国际上实现了高固体颗粒循环流率(Gs1000kg/m2s以上,提出了DSU流型划分边界;完成了输运床气化密相气固流动及反应、炉体结构、粉煤气力输送、高效气固分离、物料循环控制等关键技术研究;自主研发建成了5TPD级加压密相输运床热态试验装置,累计运行超过3000小时,打通了输运床气化工艺。研发建成了24TPD级中试气化岛,完成了单机调试、冷态联动试车、三查四定,开展了系统冷态试验研究,即将进行烘炉和投料试车。 

  在重型燃气轮机燃烧室研制方面,突破了航空发动机衍生型燃气轮机QD128中低热值燃料燃烧室系统、低温余热回收与燃料湿化集成降低燃气轮机NOx排放同时提高系统效率的动力系统,成功用于我国首座油电联产示范工程,累计运行超过10000小时,获得用户和行业赞誉;研制了中低热值燃料R0110燃气轮机多喷嘴燃烧室,成功完成厂内满速空载试车,通过第三方验证。完成了F级中低热值燃料燃机燃烧室研制,全温全压全尺寸燃烧室试验件移交燃机主机研制单位;完成F级天然气ELN燃烧室设计,进行全尺寸燃烧室试验件加工。完成G/H级参数天然气燃气轮机柔和燃烧室设计,正在进行全尺寸试验件加工。 

  IGCC/联产系统方面,自主开发了IGCC/联产系统成套技术和软件平台,应用于我国首座油电联产示范工程;200MWIGCC关键技术研究与电站设计获得中国华电集团公司科学技术进步一等奖;为联合循环燃料更新IGCC示范工程、IGCC联产新建工程、连云港清洁能源创新产业园示范工程连云港国家石化基地新型公用工程岛等提供关键技术支撑。 

  在先进动力循环方面,中心自主研制并成功运行了国内第一台、世界第三套百千瓦级湿空气透平(HAT)循环原型系统,实验表明HAT循环发电功率和效率分别提高20%,为先进分布式供能和下一代IGCCIGHAT)的研发奠定了基础;全面支持了2011年投运的南方电网公司分布式示范工程,获2013年度广东电网公司科技进步一等奖、中国南方电网公司科技进步二等奖和中国电力科技进步三等奖。 

  在研发平台方面,自主研制了我国首套燃烧场激光测试诊断系统和加压滴管炉试验系统等重大科研仪器并投入使用;自主研发、建成了我国首套输运床加压气化工程技术试验研究装置和我国迄今唯一的重型燃气轮机多燃料全温高压全尺寸燃烧室试验装置系统为核心的新一代清洁煤能源动力系统科技基础设施。在中国科学院院士咨询委员会一行和国务院两机论证专家组一行先后考察调研中心时,高度赞赏了中心大型试验研究装置的自主研制。 

 
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