第一篇：高溫材料在燃?xì)廨啓C(jī)中的應(yīng)用和發(fā)展

華東理工大學(xué)

高溫材料在燃?xì)廨啓C(jī)中的應(yīng)用和發(fā)展

燃?xì)廨啓C(jī)在過去幾十年中取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。燃?xì)廨啓C(jī)具有熱效率高、污染少、耗水少等優(yōu)點(diǎn)，參與聯(lián)合循環(huán)的燎氣輪機(jī)組能達(dá)到更高的熱效率，因而燃?xì)廨啓C(jī)在電力上的應(yīng)用越來越廣泛。材料是先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計、制造技術(shù)的基礎(chǔ)和保證條件，特別足高溫材料，沒有先進(jìn)的高溫材料就不可能設(shè)計制造出先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)。高溫合金材料是燃?xì)廨啓C(jī)材料中極其重要的組成部分。在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室、導(dǎo)向葉片、渦輪動葉片以及渦輪盤等部位上都有著廣泛的應(yīng)用。本文就當(dāng)前燃?xì)廨啓C(jī)所采用高溫合金的主要特點(diǎn)及新技術(shù)的應(yīng)用情況進(jìn)行了說明和分析，并對目前世界主要國家的研制水平和發(fā)展趨勢進(jìn)行了簡要的介紹。

一

概述

高溫合金材料是現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)所必需的重要金屬材料，它能在高溫（一般指600到1100度）氧化氣氛中和燃?xì)飧g條件下承受較大應(yīng)力，并長期使用。20世紀(jì)40年代初，英國在鎳—鉻電熱材料的基礎(chǔ)上用鋁和鈦等元素對合金進(jìn)行強(qiáng)化，促進(jìn)了鎳基高溫合金的發(fā)展，同時也為燃?xì)廨啓C(jī)性能的提高創(chuàng)造了必要條件。隨后，美國和前蘇聯(lián)也相繼研制了高溫合金。我國自20 世紀(jì)50年代末至今，從無到有，由仿制到獨(dú)創(chuàng)，基本上形成了我國的高溫合金材料系列和科研生產(chǎn)基地。

二 高溫合金材料的分類

高溫合金按基體分類有鐵基、鎳基和鈷基合金。實(shí)際上加入了大量的合金

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定。

4.2 導(dǎo)向葉片用高溫合金

導(dǎo)向葉片的第一級是渦輪發(fā)動機(jī)上受熱沖擊最大的零件之一。但由于它是靜止的，所受的機(jī)械負(fù)荷并不大。通常由于應(yīng)力引起的扭曲、溫度劇烈變化引起的裂紋以及過燃引起的燒傷，使導(dǎo)向葉片在工作中經(jīng)常出現(xiàn)故障。根據(jù)導(dǎo)向葉片工作條件，要求材料具有如下性能：足夠的持久強(qiáng)度及良好的熱疲勞性能；有較高的抗氧化和抗腐蝕的能力；如用鑄造合金，則要求具有良好的鑄造性能。

4.3 渦輪動葉片用高溫合金

渦輪工作葉片是渦輪發(fā)動機(jī)上最關(guān)鍵的構(gòu)件之一。雖然工作溫度比導(dǎo)向葉片要低些，但是受力大而復(fù)雜，工作條件惡劣，因此對渦輪葉片材料要求有：高的抗氧化和抗腐蝕能力；高的抗蠕變和持久斷裂的能力；良好的機(jī)械疲勞和熱疲勞性能以及良好的高溫和中溫綜合性能。

4.4 渦輪盤用高溫合金

渦輪盤在工作中受熱不均，盤的輪緣部位比中心部位承受較高的溫度，產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。榫齒部位承受最大的離心力，所受的應(yīng)力更為復(fù)雜。為此對渦輪盤材料要求有：合金應(yīng)具有高的屈服強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度；良好的冷熱和機(jī)械疲勞性能；線膨脹系數(shù)要小，無缺口敏感性，較高的低周疲勞性能。

五 高溫合金的發(fā)展趨勢和新技術(shù)

為滿足新一代的燃?xì)廨啓C(jī)對高性能材料的需要，除在定向凝固鑄造技術(shù)和單

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噴涂CoCrAlSiY/ZrO2剃度涂層是沿高溫合金基體至涂層表面的厚度方向上，ZrO2含量逐漸增加，CoCrAlSiY 含量逐漸減少，表現(xiàn)出涂層成份剃度化分布，剃度涂層層與層間無明顯的成份突變，組織呈連續(xù)變化，大大提高了涂層與基材的結(jié)合強(qiáng)度。該種涂層最大厚度可達(dá)180μm，可降低100~150度的工作溫度。電子束:剃度涂層是通過制備一定直徑的靶材，當(dāng)電子束射擊靶材時，通過靶材中的元素蒸發(fā)和真空室中連續(xù)供給氧氣的技術(shù)，使金屬Zr和Y 原子在CoCrAlY涂層表面形成在Y2O3中穩(wěn)定的ZrO2涂層。涂層成份的變化通過控制電子束噴涂設(shè)備的功率來調(diào)整。該種涂層最大厚度可達(dá)120μm。

可以預(yù)見，今后將會有更多的不同元素組成的涂層應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件上，這樣就可以大大提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，滿足不同用途燃?xì)廨啓C(jī)的使用要求。

六 現(xiàn)有水平及發(fā)展趨勢

美國在20世紀(jì)90年代推出了一些新型鎳基合金，Haynes242,230,214和556等。新型Inconel718.合金已用于美國F-117飛機(jī)發(fā)動機(jī)的尾噴管蜂窩夾芯板，該蜂窩夾芯板用超塑性成形擴(kuò)散連接加工而成，能耐高溫、壓力和聲壓。Haynes242為Ni-Mo-Cr時效硬化合金，具有較高的強(qiáng)度和塑性、良好的抗氧化性和低熱膨脹系數(shù)，可不用涂層防護(hù)，目前這種合金制成的發(fā)動機(jī)構(gòu)件現(xiàn)已進(jìn)入試車階段，主要用于發(fā)動機(jī)環(huán)形件和件。Haynes230成份Ni-22%Cr-14%W2%Mo，主要用于發(fā)動機(jī)燃燒室部件和密封件等。Haynes214的成份為Ni-16%Cr-4.5% Al-13%Fe-Y，它是一種優(yōu)良的抗氧化材料，用于蜂窩密封件時，其性能為Hastelloy的8倍。Haynes556為Fe-M-Cr-Co合金，為用于高溫合金的新型焊接材料，主要也用于發(fā)動機(jī)構(gòu)件。

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金材料，如國際鎳公司發(fā)展的低膨脹系數(shù)合金4005（42Ni-29.5Fe-18Co-6Al-3Nb-1.5Ti）等。合金發(fā)展的一個主要特點(diǎn)是日益提高加入合金元素的總量。

我國正在開發(fā)一種用于680-700度盤件生產(chǎn)的新型Inconel718（中國牌號GH4169）合金。該改型合金基于Ni-19Cr-18Fe-3Mo-B，W(NB)較高，為5.2%-5.5%Ni+Ti+Al摩爾分?jǐn)?shù)控制在6.5%-7.5%范圍內(nèi)，(Al+Ti)/Nb 原子比控制在1.1-1.4范圍內(nèi)，w（W）1%-2%為增強(qiáng)固溶強(qiáng)化效果，有時添加低含量的Co，一定含量的P作為該新型合金的晶界強(qiáng)化元素。該改型718合金的科研開發(fā)目的在于提高合金性能以得到高質(zhì)量特別是更長的應(yīng)力斷裂壽命及提高650-700度的溫度特性。目前改型718合金的目標(biāo)是作為700度的盤件材料。其改變?nèi)缦拢海?）高溫強(qiáng)度（例如700度）特別是應(yīng)力斷裂壽命和蠕變性能必須與傳統(tǒng)Inconel718在650度時的性能相同；（2）調(diào)整主要強(qiáng)化元素Nb,Ti，Al（沒有添加貴重元素Ta），同時保持γ1和γ2沉淀強(qiáng)化特性；（3）加入少量固溶強(qiáng)化元素，例如W和Co，但Co 含量應(yīng)盡可能控制得低；（4）P作為一種新的晶界強(qiáng)化元素加入到合金中。另一種我國自主研制的γ沉淀硬化鎳基高溫合金GH4133(GH33A)，w(Nb)1.15%-1.65%，已生產(chǎn)20多年，廣泛應(yīng)用于700度的各種噴氣發(fā)動盤件上。為進(jìn)一步提高持久（蠕變）強(qiáng)度和斷裂韌性，采用加Mg 微合金化，增強(qiáng)晶界強(qiáng)化效應(yīng)，發(fā)展和生產(chǎn)了GH4133B合金，目前我國民航機(jī)的噴氣發(fā)動機(jī)渦輪盤,燃?xì)廨啓C(jī)都使用了該合金。

燃?xì)廨啓C(jī)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代的發(fā)電、航空航天、船舶等領(lǐng)域，燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)水平的高低已成為一個國家科技水平、軍事實(shí)力的綜合國力的重要標(biāo)志之一。通過分析目前世界先進(jìn)發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)各主要部件的使用材料，及對未來下一代燃?xì)廨啓C(jī)使用材料的發(fā)展趨勢進(jìn)行討論，可以有效把握和促進(jìn)國內(nèi)當(dāng)前燃?xì)廨?/p>

第二篇：燃?xì)廨啓C(jī)在船舶動力方面的應(yīng)用

燃?xì)廨啓C(jī)在船用動力方面的應(yīng)用與發(fā)展

邵高鵬

（清華大學(xué)汽車系，北京 100084）

摘 要：介紹船用燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理和特點(diǎn)，對比燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)性能的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用于船用動力的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：船用燃?xì)廨啓C(jī)；原理；應(yīng)用；發(fā)展方向；

1．引 言

燃?xì)廨啓C(jī)動力裝置在50年代開始用于船舶，在此之前，水面艦艇都已蒸汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)作為其動力裝置，大型艦船以蒸汽輪機(jī)為其主要的動力裝置，蒸汽輪機(jī)的優(yōu)勢在于技術(shù)相對簡單，制造相對容易，但是其同樣存在油耗大，占用空間大等等劣勢，而柴油機(jī)的單機(jī)功率有限，必須采用多機(jī)并用。并且由于燃?xì)廨啓C(jī)汽固有的一些優(yōu)點(diǎn)，使得它逐漸向柴油機(jī)動力在船舶動力上的統(tǒng)治地位發(fā)起了挑戰(zhàn)。最初的燃?xì)廨啓C(jī)還只能應(yīng)用與軍用艦艇，但是隨著燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)在商船上也逐步得到了推廣。

2．船用燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理

船用內(nèi)燃機(jī)的循環(huán)模式可以分為簡單開式循環(huán)，其工作過程同內(nèi)燃機(jī)類似，也可以分為吸氣、壓縮、做功及排氣四個工作行程，但是與內(nèi)燃機(jī)又有很大的不同，下圖中是一種燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

軸流壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子高速回轉(zhuǎn)，在壓氣機(jī)的進(jìn)口處產(chǎn)生吸力，將新鮮空氣吸入壓氣機(jī)，對應(yīng)著吸氣的過程。空氣在軸流壓氣機(jī)中增壓，壓力和溫度都有升高，空氣繼續(xù)流動經(jīng)過擴(kuò)壓器，減速增壓進(jìn)入燃燒室中，此時的空氣溫度和壓力都較高，比容很小，這就實(shí)現(xiàn)了空氣的壓縮過程。在空氣進(jìn)入燃燒室的同時，燃油同時噴入與空氣混合形成可燃混合氣，點(diǎn)燃后迅速燃燒，溫度繼續(xù)升高，而壓力變化不大（由于流動損失的存在）；高溫高壓的燃?xì)?，?jīng)過渦輪的靜葉的導(dǎo)向之后沖擊渦輪的動葉葉片，推動葉片使渦輪轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。渦輪常分為兩級，第一級渦輪（高壓渦輪）上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩用于驅(qū)動與之聯(lián)動的壓氣機(jī)，第二級渦輪（動力渦輪）上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過傳動軸和減速箱輸出，這就是燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒和做工過程。經(jīng)過兩級渦輪的燃?xì)饨?jīng)廢氣箱和煙囪排入大氣，是燃?xì)廨啓C(jī)的排氣過程，這部分氣體中仍然含有一些能量，可以把這部分能量加以利用來提高整機(jī)的工作效率。

除了簡單開式循環(huán)外，船用燃?xì)廨啓C(jī)還有一些更為復(fù)雜的循環(huán)型式，包括回?zé)釞C(jī)組和中冷機(jī)組等等?；?zé)釞C(jī)組中排氣溫度高，經(jīng)回?zé)崞?即換熱器)先把壓氣機(jī)出口的空氣加熱，然后空氣再進(jìn)入燃燒室，優(yōu)點(diǎn)是可以提高熱效率，但是會增加機(jī)器的重量和尺寸；中冷機(jī)組在壓縮過程中采用中間冷卻，這樣可以減小高壓壓氣機(jī)的壓縮功，使單位流量工質(zhì)的輸出功增大。

3．船用燃?xì)廨啓C(jī)的特點(diǎn)

燃?xì)廨啓C(jī)雖然發(fā)展比內(nèi)燃機(jī)和蒸汽輪機(jī)稍晚，但是很快便在航空領(lǐng)域取得了絕對的統(tǒng)治地位，并在船用動力系統(tǒng)中也得到了廣泛的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)動力和蒸汽輪機(jī)等相比，燃?xì)廨啓C(jī)能夠克服很多它們的缺點(diǎn)，但是也有一些自身慣有的不足。

與柴油機(jī)相比，船用燃?xì)廨啓C(jī)有以下特點(diǎn)：

1.燃?xì)廨啓C(jī)工作時雖然同樣經(jīng)歷吸氣、壓縮、做功和排氣四個環(huán)節(jié)，但是這些環(huán)節(jié)是分別在不同位置同時、連續(xù)地進(jìn)行的，各裝置的工作過程互不干擾而且又同時進(jìn)行，而柴油機(jī)要等一個沖程結(jié)束后才能開始另一個沖程。

2.燃?xì)廨啓C(jī)以高速回轉(zhuǎn)方式工作，它的主要運(yùn)動部件壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和渦輪轉(zhuǎn)子等都經(jīng)過精確地調(diào)節(jié)平衡，因此燃?xì)廨啓C(jī)在高速轉(zhuǎn)動的過程中沖擊小，平穩(wěn)性好。而活塞式內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動方式為往復(fù)運(yùn)動，工作時有較強(qiáng)的沖擊。

3.相比內(nèi)燃機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)有更高的工作溫度，而燃燒膨脹壓力較低。4.燃?xì)廨啓C(jī)啟動時需要強(qiáng)制點(diǎn)火，而正常運(yùn)行之后則可以自燃，而內(nèi)燃機(jī)一般只有一種固定的著火方式。

5.燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時沒有時間和角度的要求，也沒有正時的問題，燃?xì)廨啓C(jī)的燃油噴射是連續(xù)不間斷的，而內(nèi)燃機(jī)只在一個循環(huán)中的某個階段進(jìn)行噴油。

一般來說，與船用柴油機(jī)相比，燃?xì)廨啓C(jī)的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1.比功率大，重量輕，體積小。在同等功率的各種內(nèi)燃機(jī)中，燃?xì)廨啓C(jī)具有最輕的重量和最小的體積。船用燃?xì)廨啓C(jī)單位功率重量，只有高速柴油機(jī)的十五分之一或更小。

2.船用燃?xì)廨啓C(jī)對功率指令反應(yīng)迅速，低溫起動性，加速性良好，且起動后立即可投入全負(fù)荷工作。不必“暖車”，不必慢慢提速，有利于提高艦船的機(jī)動性。

3.燃?xì)廨啓C(jī)工作時有充足的空氣來滿足燃油燃燒所需。由于燃燒完善，從而保證在起動、加速、變速及正常運(yùn)行等不同工況下排氣都不會冒黑煙。這個突出的優(yōu)點(diǎn)，大大提高了軍用船艦的隱蔽性。

4.燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，傳動機(jī)構(gòu)較少，工作極為平穩(wěn)，不震動，工作噪音。尤其是高頻噪音較小。便于安裝封閉式機(jī)罩而對機(jī)組實(shí)行整體隔音、降噪，從而使機(jī)艙工作條件得到改善。在一定程度上也能提高船艦的隱蔽性。

5.燃?xì)廨啓C(jī)工作可靠性高，故障較少發(fā)生。同時拆卸、維修、安裝都較方便。與船用柴油機(jī)相比，船用燃?xì)廨啓C(jī)具有以下缺點(diǎn):

1.耗油率偏高，尤其是小型船用燃?xì)廨啓C(jī)。但隨著技術(shù)的發(fā)展，已得到很大改善。2.燃?xì)廨啓C(jī)的工作轉(zhuǎn)速很高，但輸出扭矩較小，必須通過減速箱降速提高扭矩才能輸出作功。然而配套的減速箱減速比都比較大，其重量甚至大于燃?xì)廨啓C(jī)本身，增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

3.燃?xì)廨啓C(jī)工作當(dāng)中耗氣量特別大。故進(jìn)氣通道及排氣煙囪尺寸都較大，占用了船 艙的部分空間容積在小噸位船上布置起來有些不便。4.燃?xì)廨啓C(jī)的構(gòu)造較復(fù)雜精細(xì)，制造材料和工藝要求都很高，因而它的造價較柴油機(jī)高，維修配件也比較貴。

5.為滿足燃?xì)廨啓C(jī)高速、高溫工作所需，對使用的潤滑油有較嚴(yán)格的要求，必須具有良好的潤滑性及抗高溫的熱穩(wěn)定性。燃料則用熱值高，含雜質(zhì)、水分少，尤其是含硫分低的優(yōu)質(zhì)輕柴油，因而在一定程度上限制了使用范圍并增加了營運(yùn)成本。

4．燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用于船舶的狀況

1.軍事方面：英國于1967 年率先提出實(shí)行水面戰(zhàn)艦全燃汽輪機(jī)推進(jìn)的動力政策。1969年以后，高性能船舶燃?xì)廨啓C(jī)LM2500 研制成功，美國海軍動力裝置迅速走上了全燃推進(jìn)的道路，并在裝艦數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了英國。原蘇聯(lián)一直是船舶燃?xì)廨啓C(jī)的最大使用國，其海軍裝用燃機(jī)的艦艇數(shù)、燃機(jī)臺數(shù)和裝機(jī)總功率均占世界第一位。80 年代初，日本海軍步英國、美國和原蘇聯(lián)后塵也走上了全燃推進(jìn)的道路。最近十多年，其燃機(jī)裝艦的速度和規(guī)模均超過了英國。目前的護(hù)衛(wèi)艦，尤其是裝備現(xiàn)代武器的大型護(hù)衛(wèi)艦，采用燃機(jī)(含柴燃聯(lián)合裝置)推進(jìn)日益增多；在驅(qū)逐艦和巡洋艦中，燃汽輪機(jī)將取代蒸汽機(jī)，成為兩艦種的動力裝置；輕型航母也傾向于采用燃機(jī)驅(qū)動。我國第一艘裝備燃?xì)廨唲恿Φ摹跋咸?52”氣墊登陸艇于1989年服役，成為我海軍發(fā)展史上的一個重要里程碑。后來又在一些中大型軍艦，如舷號112、113、168、169等驅(qū)逐艦上，裝備了多種不同型號的燃?xì)廨啓C(jī)動力，為海軍的現(xiàn)代化建設(shè)奠定了牢固基礎(chǔ)。2001年，以沈陽黎明公司為研制總成單位、六〇六所為總設(shè)計單位，聯(lián)合清華大學(xué)、中科院、上海交通大學(xué)等科研院所和有關(guān)企業(yè)，組成設(shè)計研制項(xiàng)目聯(lián)合體，借鑒國外技術(shù)，引進(jìn)國外智力，共同研制R0110重型燃?xì)廨啓C(jī)。這一項(xiàng)目被列為國家“十五”期間“863”能源領(lǐng)域重大專項(xiàng)。2009年，重型燃?xì)廨啓C(jī)己進(jìn)入最后聯(lián)調(diào)及試驗(yàn)驗(yàn)證階段。輸出功率預(yù)計可達(dá)114500kW，可以作為中型常規(guī)航空母艦的主動力。這對于提高我國的綜合國力具有積極推動作用。

2.民用船舶：近十年來，燃?xì)廨啓C(jī)在高速渡船中得到大量應(yīng)用。具有代表性的是瑞士斯坦納航運(yùn)公司營運(yùn)的三艘HSS1500大型高速渡船。大型旅游船和高速集裝箱船采用燃機(jī)推進(jìn)是船用燃機(jī)在商船應(yīng)用領(lǐng)域中的又一個重大突破。在商船推進(jìn)領(lǐng)域中，船舶燃?xì)廨啓C(jī)正在向船用柴油機(jī)的世襲地位挑戰(zhàn)。

5．船用燃?xì)廨啓C(jī)的未來發(fā)展方向

近20 年來，隨著燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的發(fā)展、高性能航空發(fā)動機(jī)的改裝以及在燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)方面的開發(fā)研究，船用燃?xì)廨啓C(jī)的性能日益先進(jìn)，技術(shù)日臻完善。船用燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展方向主要有以下幾個方面。

1.提高燃?xì)廨啓C(jī)參數(shù)，改進(jìn)部件設(shè)計，提高簡單循環(huán)機(jī)組性能，由于艦船對高性能燃?xì)廨啓C(jī)的需求，近20 年來推出了多型大功率高效燃?xì)廨啓C(jī)組。通過提高初溫和壓比、改進(jìn)部性能等措施，在簡單循環(huán)下機(jī)組效率超過40%，如GE公司的LM6000PC、R-R公司的MT30等。在推出新機(jī)組的同時，各大公司不斷提高原有機(jī)組的性能。

2.采用先進(jìn)的復(fù)雜循環(huán)，提高機(jī)組性能采用回?zé)嵫h(huán)、間冷－回?zé)嵫h(huán)等復(fù)雜循環(huán)，是提高燃?xì)廨啓C(jī)性能的另一條途徑。對于低壓比小功率船用燃?xì)廨啓C(jī)，通過增加回?zé)崞餍纬苫責(zé)嵫h(huán)來提高效率；對于高壓比三轉(zhuǎn)子大功率船用燃?xì)廨啓C(jī)，增加中間冷卻器和回?zé)崞餍纬砷g冷回?zé)嵫h(huán)，可增大功率、提高效率。

3.采用燃蒸聯(lián)合循環(huán)，提高裝置的功率和效率在燃?xì)廨啓C(jī)后增加一個利用排氣熱量的余熱利用回路，用來產(chǎn)生蒸汽并使它在蒸汽輪機(jī)中做功，然后蒸汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)并車驅(qū)動螺旋槳。這種燃蒸聯(lián)合裝置可明顯地提高裝置的輸出功率和效率。燃蒸聯(lián)合循環(huán)的效率將達(dá)到45%～50%，在使用低壓蒸汽時，整個系統(tǒng)的能量利用率高達(dá)80%。

4.燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電模塊是未來艦船燃?xì)廨啓C(jī)的主要應(yīng)用方向綜合電力系統(tǒng)是今后艦艇動力的發(fā)展方向，其主要特點(diǎn)是將推進(jìn)動力與電站動力合二為一，為艦船裝備高能武器奠定電能基礎(chǔ)。綜合電力系統(tǒng)對電站總功率的需求大幅度增加，這就要求單臺發(fā)電機(jī)組的功率成倍增長，傳統(tǒng)意義上的柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組已不能滿足這種變化要求。燃?xì)廨啓C(jī)單機(jī)功率大、輸出轉(zhuǎn)速高，特別適合作為綜合電力系統(tǒng)的原動力.5.低NOx排放燃燒室的研制對陸地和空中推進(jìn)裝置日益嚴(yán)格的排放要求，未來艦船的主動力裝置應(yīng)滿足今后的排放法規(guī)，以保證艦船在世界各國港口均能順利入港。通常用于陸基燃?xì)廨啓C(jī)的干式低排放系統(tǒng)采用貧預(yù)混燃燒室，但是這些裝置大多數(shù)是以氣態(tài)燃料運(yùn)行而不是使用餾出油。英國羅爾斯·羅伊斯公司正承擔(dān)一項(xiàng)計劃，根據(jù)貧預(yù)混預(yù)氣化(LPP)原理生產(chǎn)使用餾出燃油的液體干式低排放系統(tǒng)。此項(xiàng)工作已證明，在高功率下可以使NOx排放減少到是常規(guī)擴(kuò)散火焰技術(shù)的10%。

參考文獻(xiàn)：

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第三篇：高溫合金材料的應(yīng)用與發(fā)展

高溫合金材料的應(yīng)用與發(fā)展分析

李桃山

王保山

南昌航空大學(xué)飛行器工程學(xué)院100631班：10號

南昌航空大學(xué)飛行器工程學(xué)院100631班：20號

摘 要：

本文主要介紹高溫合金材料的定義及加工特點(diǎn)，通過了解合金的使用范圍及選擇標(biāo)準(zhǔn)，使更好的發(fā)展運(yùn)用在各個領(lǐng)域。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。要求使用具有耐更高溫度下的疲勞、蠕變、熱穩(wěn)定性以及抗氧化性能的高溫材料，以適應(yīng)先進(jìn)設(shè)備（主要是航空運(yùn)用）的設(shè)計要求，因此近半個多世紀(jì)以來人們從未停止過對的各種高溫合金材料研發(fā)。從我國高溫材料的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀分析認(rèn)為，我們應(yīng)該發(fā)揚(yáng)民主, 軍民結(jié)合, 發(fā)揚(yáng)全國一盤棋的精神, 形成一個和諧的集體，使我國高溫合金體系建立在一個更堅實(shí)的基礎(chǔ)上。

關(guān)鍵字：高溫合金材料 合金分類 應(yīng)用 合金發(fā)展前景 選擇標(biāo)準(zhǔn) 前 言：

高溫鈦合金以其優(yōu)良的熱強(qiáng)性和高比強(qiáng)度，在航空發(fā)動機(jī)上獲得了廣泛的應(yīng)用。類似的高溫合金材料在未來很長的一段時間應(yīng)該是王牌型材料，在科技日新月異的今天，對高溫合金材料的研究與來發(fā)具有很高的實(shí)際意義與戰(zhàn)略意義。未來的航空航天飛行器及其推力系統(tǒng)，要求發(fā)展比現(xiàn)有的Ti64和Ti6242合金的強(qiáng)度、工作溫度和彈性模量更高，密度更小，價格更低的高溫合金材料，因此，高溫合金材料的是航空材料的發(fā)展主流。

一、高溫合金材料的定義及加工特點(diǎn)

高溫合金定義：高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料。并具有較高的高溫強(qiáng)度，良好的抗氧化和抗腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能。高溫合金為單一奧氏體組織，在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性。高溫合金加工特點(diǎn)

對于鎳合金、鈦合金以及鈷合金等高溫合金來說，耐高溫的特性直接提高了加工難度。在加工時的重切削力和產(chǎn)生的高溫共同作用下，使刀具產(chǎn)生碎片或變形，進(jìn)而導(dǎo)致刀具斷裂。此外，大多數(shù)此類合金都會迅速產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。工件在加工時產(chǎn)生的硬化表面會導(dǎo)致刀具切削刃在切深處產(chǎn)生缺口，并使工件產(chǎn)生不良應(yīng)力，破壞加工零件的幾何精度。加工鈦合金同樣面臨這些問題。盡管加工鈦合金所需的切削力只比鋼稍微高一點(diǎn)，但由于鈦合金的特殊性能，使加工它比加工同等硬度的鋼要困難得多。主要有以下幾點(diǎn)：

1）鈦合金和其它高溫合金一樣，也容易產(chǎn)生加工硬化；

2）鈦基合金導(dǎo)熱能力很低，使加工時產(chǎn)生的所有熱量幾乎都集中在切削刃上；

3）鈦合金的彈性模量很小，尤其是在重切削力時，使工件容易受刀具偏移和震動的影響；

4）最嚴(yán)重的是鈦合金比其它高溫合金化學(xué)性能都要活潑，這一點(diǎn)使鈦合金工件在加工時很容易與刀具發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致工件產(chǎn)生縮孔。

因?yàn)橐陨显?，加工耐高溫合金需要特殊的加工技術(shù)，這里就不詳細(xì)列出。

二、合金使用范圍及選擇標(biāo)準(zhǔn)

在540 ～ 815℃高強(qiáng)度應(yīng)用場合主要采用析出強(qiáng)化合金。這些合金體系均包含通過鎳、鋁、鈦或鈮的析出物(Ni3 Al、Ni3 Ti、Ni3 Nb)以及固溶強(qiáng)化元素(如Mo)加以強(qiáng)化的奧氏體基體。

當(dāng)析出物過剩并隨溫度升高開始溶解時,說明這些合金已達(dá)到溫度極限。但是,通過增加析出成形元素(Ti、Al、Nb),可以提高其耐熱性。此外,還必須持續(xù)增加鎳含量,以形成金屬間析出物,并穩(wěn)定合金含量更高的奧氏體結(jié)構(gòu)。還可以添加鈷元素,降低析出物的溶解傾向。添加鎢和鉬等難熔元素,可提高高溫硬度。所有這些添加元素可改善耐熱性能,但亦使合金成本大幅提高。

選擇合金取決于力學(xué)性能要求(即強(qiáng)度、蠕變、疲勞)以及最高使用溫度。典型高溫合金的成分、力學(xué)性能和使用溫度上限分別見表

1、表2。

A286的名義鎳含量為25% ,成本較低。

按耐熱性能的升序排列,其他常用合金有901、718、X750、751、Waspaloy和Pyromet 41與720合金。表1所示為本系列材料逐漸增加的合金含量。Pyromet 718合金也許是最通用的高溫合金,在675℃具有高強(qiáng)度和抗蠕變性,且這兩種特性在 最高760℃下,均達(dá)合理水平,其抗疲勞特性極其優(yōu)越。Waspaloy合金主要用于溫度超出675℃時和最高溫度在760℃時需達(dá)至超蠕變的情況。由于它的鎳和鈷含量更高,故其成本較高。Waspaloy是渦輪部件、鍛模緊固件和鋼模鍛造等的理想之選。

高溫合金的發(fā)展已很成熟,根據(jù)具體需求發(fā)展現(xiàn)有合金,比開發(fā)新型合金更為經(jīng)濟(jì)。合金生產(chǎn)工藝及控制技術(shù)日新月異,為合金性能的發(fā)展開辟了新的天地。

三、高溫合金分類及其應(yīng)用

1、高溫合金又叫熱強(qiáng)合金、超級合金。按基體組織材料可分為三類：鐵基、鎳基和鉻基。

鐵基高溫合金——此類合金又分為固溶強(qiáng)化合金和時效硬化合金。時效硬化合金包括PyrometA57、CTX909合金和Thermo750和751合金,這些合金的適用溫度最高為870℃。固溶強(qiáng)化合金(Pyromet 102、680和625合金)最高工作溫度達(dá)1 205℃。

鈷基高溫合金——此類合金的代表是L-605。除含有鎳、鐵、鉻和鎢外,其鈷含量達(dá)50%;它屬展延性合金,工作溫度最高約1 040℃;此類合金還包括MP159和188合金。此類合金尤其適用于需耐硫腐蝕的環(huán)境。

2、按生產(chǎn)方式可分為變形高溫合金與鑄造高溫合金。按強(qiáng)化機(jī)理可分為碳化物強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、時效強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化。（1）鑄造高溫合金

鑄造高溫合金及制品主要以航空、航天發(fā)動機(jī)，地面燃機(jī)等動力機(jī)械為服務(wù) 對象，其發(fā)展主要以動力機(jī)械需求為牽引。鑄造高溫合金及制品對原材料要求高，制備工藝復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量控制嚴(yán)格，行業(yè)準(zhǔn)入門檻高，國內(nèi)外具有研制和生產(chǎn)鑄 造高溫合金能力的企業(yè)數(shù)量有限。

近年來，國內(nèi)外鑄造高溫合金發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為：

1）在等軸晶方面不再投入大量的人力和物力進(jìn)行新合金的研制，而是通過工藝水平的提高，挖掘合金的潛能，提高等軸晶鑄件的使用性能，因而高性能等軸晶的發(fā)展是一個重要的方向。

2）目前各種先進(jìn)鑄件制造技術(shù)和設(shè)備在不斷開發(fā)和形成，如細(xì)晶工藝、熱控凝固、真空離心鑄造技術(shù)等，許多大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)高溫合金鑄件制造成功，并付諸應(yīng)用，特別是越來越呈現(xiàn)出材料和工藝互相影響和促進(jìn)的趨勢。發(fā)達(dá)國家在鑄造高溫合金材料上將集中于少數(shù)極端工作條件的關(guān)鍵需求上，如適用于超高溫、大應(yīng)力、富氧或腐蝕環(huán)境等。同時，繼續(xù)開發(fā)新技術(shù)，并提高現(xiàn)有技術(shù)的控制水平，從而提高各種高溫合金鑄件產(chǎn)品的質(zhì)量一致性和可靠性。

3）定向、單晶高溫合金研究方興未艾，新型合金不斷涌現(xiàn)，定向凝固合金已出現(xiàn)三代，單晶合金發(fā)展到5代，材料本體承溫能力達(dá)到1200℃，基本達(dá)到此類材料的極限。（2）變形高溫合金 變形高溫合金在國內(nèi)外發(fā)展基本比較平穩(wěn)，美國變形高溫合金年產(chǎn)量約4 萬噸左右，我國約5000噸左右。變形高溫合金在航空發(fā)動機(jī)中至今仍然是主要 用材，隨著其他產(chǎn)品的日益成熟，變形高溫合金的用量可能會有所減少，但這個 過程比較漫長。而且，通過改進(jìn)現(xiàn)有變形高溫合金的綜合性能、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、降低制造成本，變形高溫合金至少在數(shù)十年內(nèi)仍是航空發(fā)動機(jī)的主要用材。

目前，國內(nèi)的變形高溫合金使用可分為兩大類：

一是軍用，主要用戶為航空、航天、艦用等領(lǐng)域，軍品的特點(diǎn)是高牌號、高 使用性能、高精度、種類規(guī)格繁多。

二是民用，主要在石油化工、能源動力、冶金與環(huán)保等諸多民用工業(yè)領(lǐng)域廣 泛應(yīng)用，尤其是近幾年來，隨著產(chǎn)品的升級換代，高溫服役的部件使用溫度提高，許多原先使用耐熱鋼、不銹鋼部件都逐漸使用高溫合金和耐蝕合金取代，對高溫 合金及耐蝕合金的需求量非常大。民用變形高溫合金產(chǎn)品種類主要有不同規(guī)格的 鍛棒、軋棒、板材、帶材、絲材、管材等。（3）新型高溫合金

新型高溫合金包括粉末高溫合金、鈦鋁系金屬間化合物、氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）高溫合金、耐蝕高溫合金、粉末冶金及納米材料等多種細(xì)分產(chǎn)品領(lǐng)域。1）粉末高溫合金處于第三階段，同時具有高強(qiáng)度、高使用溫度及高抗裂紋擴(kuò)展能力，粉末高溫合金材料及制件已經(jīng)在國外獲得了廣泛的應(yīng)用。

2）鈦鋁系金屬間化合物的各個合金均在我國航空、航天和兵器領(lǐng)域開始應(yīng)用，應(yīng)用進(jìn)展明顯快于國外。

3）氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）高溫合金主要用于航空航天等軍工領(lǐng)域。4）耐蝕高溫合金主要用于替代耐火材料和耐熱鋼，目前在化纖等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

5）粉末冶金及納米材料固體自潤滑軸承、新型耐磨高韌性硬質(zhì)合金、新型高溫固體自潤滑密封件等已經(jīng)在相關(guān)行業(yè)逐步得到推廣。

四、我國高溫合金的發(fā)展與展望

自1956 年第一爐高溫合金GH3030試煉成功,迄今為止,我國高溫合金的研究生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)歷了50多年的發(fā)展歷程.目前，已有GH系變形高溫合金和K系鑄造高溫合金?？梢哉f，我國已具備了高溫合金新材料、新工藝自主開發(fā)和研究的能力, 進(jìn)行應(yīng)用研究和對材料進(jìn)行評估的能力以及進(jìn)行故障分析的能力,可以解決航空、航天及其它工業(yè)部門生產(chǎn)和發(fā)展中所遇到的各種高溫合金材料問題。50 多年來由于需求的推動, 全國科技人員和企業(yè)共同努力, 我國逐步形成了獨(dú)有的高溫合金體系, 其特點(diǎn)是牌號多, 性能相近的合金不少, 因而本來生產(chǎn)量很小, 工藝和性能難以穩(wěn)定的問題更加突出.造成這種局面的主要原因是每引進(jìn)一種發(fā)動機(jī), 就要試制一批合金, 再加我國自行研制的合金品種的不斷增加, 因而造成我國高溫合金品種的多樣化，但是最根本的原因是我們對每個合金的深入研究不夠, 對每個合金的特點(diǎn)不能做出有說服力的判斷, 再加上合金研制與設(shè)計人員溝通不夠, 以及國家在這方面沒有明確的政策, 造成合金的品種增加多, 淘汰少, 從而形成當(dāng)前如此局面, 這是留給高溫合金工作者和發(fā)動機(jī)設(shè)計人員的一個復(fù)雜而艱巨的任務(wù).應(yīng)該指出, 要想合理地解決這一問題, 必須發(fā)揚(yáng)民主, 軍民結(jié)合, 發(fā)揚(yáng)全國一盤棋的精神, 形成一個和諧的集體，使我國高溫合金體系建立在一個更堅實(shí)的基礎(chǔ)上。

五、結(jié)束語：

高溫合金的研制與應(yīng)用一直受到各國研究者的高度重視和政府的大力支持，在中國西北地區(qū)亦是如此。但國內(nèi)研制高溫合金與國外有較大差距這種差距不是在研究水平上，而是在工業(yè)化生產(chǎn)水平和應(yīng)用尤其是應(yīng)用上。

高溫合金發(fā)展的趨勢是進(jìn)一步提高合金的工作溫度和改善中溫或高溫下承受各種載荷的能力，延長合金壽命。就渦輪葉片材料而言，單晶葉片將進(jìn)入實(shí)用階段，定向結(jié)晶葉片的綜合性能將得到改進(jìn)。

此外，有可能采用激冷態(tài)合金粉末制造多層擴(kuò)散連接的空心葉片，從而適應(yīng)提高燃?xì)鉁囟鹊男枰＞蛯?dǎo)向葉片和燃燒室材料而言，有可能使用氧化物彌散強(qiáng)化的合金，以大幅度提高使用溫度。為了提高抗腐蝕和耐磨蝕性能，合金的防護(hù)涂層材料和工藝也將獲得進(jìn)一步發(fā)展。

但是，由于高溫合金的難變形特性以及我國尚無大型擠壓機(jī)和先進(jìn)的大型熱模鍛、等溫鍛造等設(shè)備, 使我國高溫合金材料的熱加工面臨很大的困難。雖然冶金學(xué)家致力于合金化提高合金的耐高溫性能，但收效甚微。

因此，進(jìn)一步提高合金性能與對高溫合金材料開發(fā)的工作道路仍是曲折而漫長的。

參考文獻(xiàn)

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第四篇：微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)展概況（本站推薦）

微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)展概況

微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的雛形可追溯到60年代，但作為一種新型的小型分布式能源系統(tǒng)和電源裝置的發(fā)展歷史則較短。1995年在美國動力年會上，AlliedSignal、Capstone與Elliott公司展示了25～75kW微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組樣機(jī)。其后發(fā)展迅速，每年均有樣機(jī)推出。美國能源部技術(shù)峰會指出微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組市場很大，工業(yè)應(yīng)用競爭激烈，其中未來電力市場結(jié)構(gòu)將是影響微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)展因素之一；微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的廉價高效，性能可靠對其發(fā)展十分重要，同時，燃料處理。微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組壓縮，回?zé)嵯到y(tǒng)以及電力電子技術(shù)對提高微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的可靠性及降低造價也很重要，并且，廉價耐用可靠的高溫材料將是微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組在熱效率和環(huán)保方面取得進(jìn)展的關(guān)鍵；微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組分布式發(fā)電的聯(lián)網(wǎng)是其特殊技術(shù)問題。

總之，近年來微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)展顯著，特別是美國微型燃?xì)猓ㄈ細(xì)獍l(fā)電機(jī)組）輪機(jī)的發(fā)展達(dá)到高潮。

技術(shù)特征及優(yōu)勢

微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組具有多臺集成擴(kuò)容、多燃料、低燃料消耗率、低噪音、低排放、低振動、低維修率、可遙控和診斷等一系列先進(jìn)技術(shù)特征，除了分布式發(fā)電外，還可用于備用電站、熱電聯(lián)產(chǎn)、并網(wǎng)發(fā)電、尖峰負(fù)荷發(fā)電等，是提供清潔、可靠、高質(zhì)量、多用途、小型分布式發(fā)電及熱電聯(lián)供的最佳方式，無論對中心城市還是遠(yuǎn)郊農(nóng)村甚至邊遠(yuǎn)地區(qū)均能適用。

發(fā)展動力——分布式發(fā)電

微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)展源于分布式發(fā)電。分布式發(fā)電主要是由電力市場的放松控制所驅(qū)動的，同時還得益于天然氣市場的放松控制。電力市場的放松控制是世界范圍內(nèi)的發(fā)展趨勢，它使得用戶可以選擇向誰買電或允許用戶自行發(fā)電，就地供電（現(xiàn)貨電力）成為向用戶提供最低廉用電的主要競爭武器之一。

分布式發(fā)電的發(fā)展為微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的技術(shù)發(fā)展和市場擴(kuò)展提供了極好的平臺。目前，美、英等國電力市場已從控制發(fā)電轉(zhuǎn)向分布式發(fā)電的競爭。小型發(fā)電廠在分布式電網(wǎng)中的應(yīng)用，已成為一種日益增長的可行選擇。這種發(fā)電方式能夠?yàn)橛脩魷p緩電網(wǎng)擁擠，增加電網(wǎng)機(jī)動性，降低送電損失和成本，改善電力質(zhì)量。微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組技術(shù)的發(fā)展及其商用推出大大增加了分布式發(fā)電面向較小用戶的可能性，微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電裝置的緊湊性，可靠性和遙控運(yùn)行以及環(huán)境友好等特點(diǎn)，意味著它們特別適合分布式發(fā)電的區(qū)域性應(yīng)用，例如可以置于非?？拷脩暨\(yùn)行

技術(shù)進(jìn)展

國際上幾個公司研發(fā)的第一代微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的技術(shù)參數(shù)，其功率為28～75kW，效率為22.5～33。因此，在新一代微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組中，期望通過引人高新技術(shù)如陶瓷材料部件（陶瓷葉輪等），以大大提高效率。研究表明進(jìn)氣溫度為1350℃的微型陶瓷燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的效率可達(dá)40。微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組裝置的潔凈，可靠，高質(zhì)量源于以下技術(shù)：通過采用貧燃料預(yù)混合技術(shù)，可使排放降低，通常NOx排放低于12ppm（燃用天然氣（天然氣發(fā)電機(jī)組）或丙烷燃料時為9ppm），噪聲低于70dB；通過采用空氣軸承，不需維修或維修性好，設(shè)計大修周期為40,000～50,000小時甚至更高；通過采用數(shù)字式遙控的聯(lián)網(wǎng)離網(wǎng)發(fā)電變換裝置，可以確保發(fā)電質(zhì)量和電網(wǎng)安全。同時，微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組也具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，目前售價為250～350美元/kW。

因此，先進(jìn)微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組提供了清潔可靠高質(zhì)量多用途分布式小型發(fā)電的最佳方式。

第五篇：高溫除塵技術(shù)及其應(yīng)用

高溫除塵技術(shù)及其應(yīng)用

高溫氣體除塵技術(shù)是利用高溫過濾介質(zhì)（金屬或陶瓷過濾材料）直接在高溫條件下實(shí)現(xiàn)氣體的除塵和凈化，其突出優(yōu)點(diǎn)是可以最大程度地利用氣體的物理顯熱，提高能源利用率，實(shí)現(xiàn)高溫條件下過程強(qiáng)化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)氣體的潔凈排放，同時可以簡化工藝過程，節(jié)省工藝設(shè)備投資，另外可以節(jié)約水資源，并避免了濕法除塵所帶來的二次水污染。

高溫氣體除塵技術(shù)在能源、石油化工、鋼鐵、建材等工業(yè)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景：整體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)：煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）是一項(xiàng)跨世紀(jì)的發(fā)電新技術(shù)，煤氣化產(chǎn)生的高溫煤氣經(jīng)過高溫除塵和凈化后首先通過燃?xì)馔钙桨l(fā)電，尾氣通過余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電，構(gòu)成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，發(fā)電效率達(dá)45％～50％，較普通燃煤發(fā)電效率高5％～10％，同時污染物排放很低，是一種高效、清潔發(fā)電工藝。高溫除塵是其核心技術(shù)。

自20世紀(jì)80年代以來，各國競相開展煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)。荷蘭NUONPOWERBUGGENUM建立了25萬kWIGCC工業(yè)示范電站，美國SOUTHERNCOMPANY和日本W(wǎng)AKAMATSU都建立了半工業(yè)示范電站。中國華能集團(tuán)“綠色煤電”工程也將在天津建立一座20萬kW IGCC工業(yè)示范電站。該項(xiàng)環(huán)保節(jié)能技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

煤化工多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)：我國的能源狀況是“缺油少氣富煤”。煤化工是煤炭的深加工產(chǎn)業(yè)，發(fā)展煤化工有利于推動我國石油替代能源發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，有利于推動我國化學(xué)工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，同時滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

煤炭屬于低效率、高污染能源，傳統(tǒng)的煤化工是高消耗、高污染、低效率即“兩高一低”的低技術(shù)層次的行業(yè)?，F(xiàn)代煤化工以煤、水煤漿為原料，通過煤氣化獲得高溫煤氣，經(jīng)過高溫氣體除塵和凈化獲得潔凈合成氣，其后續(xù)產(chǎn)品可以是甲醇、二甲醚、烯烴、氫、油或電等，這是一種低排放、高效率的潔凈生產(chǎn)工藝。

近幾年，Shell煤氣化技術(shù)作為先進(jìn)的潔凈煤技術(shù)大舉進(jìn)入中國煤化工市場。目前國內(nèi)共有煤炭、電力、化工等14家企業(yè)投資上馬17套Shell煤氣化工業(yè)裝置，以“煤頭”代替“油頭”生產(chǎn)合成氣從而生產(chǎn)甲醇、合成氨乃至烯烴等化工產(chǎn)品。

中石化巴陵化肥廠、中石化湖北分公司、安慶分公司、湖北應(yīng)城和廣西柳州化肥廠、云南云天化股份有限公司和云南沾化集團(tuán)引進(jìn)荷蘭殼牌的煤氣化技術(shù)，“以煤帶油”生產(chǎn)合成氨；大連大化集團(tuán)、河南省永城煤炭電力集團(tuán)、河南中原大化集團(tuán)有限公司以及河南省開祥化工有限公司引進(jìn)荷蘭殼牌的煤氣化技術(shù)，利用該技術(shù)生產(chǎn)合成氣，作為生產(chǎn)甲醇的原料。甲醇作為“清潔替代燃料”，用于汽車能起到節(jié)能的作用。甲醇可進(jìn)一步用于生產(chǎn)二甲醚，后者是一種替代液化氣的清潔燃料，可替代煤氣、液化石油氣用于民用燃料，也是柴油發(fā)動機(jī)最潔凈替代燃料，可降低氮化物排放，實(shí)現(xiàn)無煙燃燒，并可降低噪聲，其排放廢氣可達(dá)到或超過美國加州有關(guān)中型載重汽車及客車的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)（ULEV）。甲醇還可進(jìn)一步用于生產(chǎn)烯烴，以制作各種化工產(chǎn)品；神華集團(tuán)公司、大唐國際電力股份有限公司引進(jìn)荷蘭殼牌的煤氣化技術(shù)，利用該技術(shù)生產(chǎn)合成氣，進(jìn)一步為神華集團(tuán)的煤制油項(xiàng)目、大唐國際的46萬t煤基烯烴項(xiàng)目制氫。

煤液化技術(shù)：中國石油資源匱乏，大量依賴進(jìn)口。從數(shù)量上分析，石油基液體燃料和化工品的短缺量很大，預(yù)計到2020年我國原油消費(fèi)量將達(dá)到4～5億t，原油進(jìn)口量將達(dá)到消費(fèi)總量的60％。神華集團(tuán)在內(nèi)蒙建設(shè)的1Mt／a直接液化工業(yè)示范工程單條生產(chǎn)線年處理液化原料煤超過2Mt，是迄今為止世界上最大的加氫液化生產(chǎn)線。圖3為煤直接液化技術(shù)生產(chǎn)工藝流程。其中，氫是由煤氣化生成合成氣后，通過高溫氣體凈化和分離獲得。高溫除塵是過程核心技術(shù)之一。煤液化可得到質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，含硫、氮很低的潔凈發(fā)動機(jī)燃料，不改變發(fā)動機(jī)和輸配、銷售系統(tǒng)均可直接供給用戶。產(chǎn)品以汽油、柴油、航煤，以及石腦油、丙烯等為主，根據(jù)煤種和工藝的不同，3～6t煤可以制得1t液體燃料。根據(jù)目前工業(yè)示范工程經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果，在石油原油價格不低于每桶30美元的情況下，煤制油工業(yè)化生產(chǎn)可以獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。煤液化產(chǎn)品市場潛力巨大，工藝、工程技術(shù)集中度高，是我國新型煤化工技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，其戰(zhàn)略意義重大。

汽／柴油吸附脫硫技術(shù)：為了改善日益惡化的環(huán)境污染問題，世界許多國家對其環(huán)保法規(guī)進(jìn)行更新和修改，其中對硫含量指標(biāo)做出了明確而嚴(yán)格的規(guī)定。1999年12月21日，英國環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)（EPA）頒布了汽油硫含量標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)的II級補(bǔ)充法規(guī)，規(guī)定成品汽油中平均硫含量應(yīng)低于30μg／g，美國環(huán)保局規(guī)定自2006年9月公路柴油硫含量低于15μg／g，歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定2005年公路柴油硫含量低于50μg／g.為了達(dá)到環(huán)保法規(guī)的要求，世界各大煉油公司開發(fā)了許多新型的脫硫技術(shù)。美國康菲（ConocoPhillips）公司開發(fā)的吸附脫硫技術(shù)（S－Zorb）通過采用流化床反應(yīng)器，使用其專門的吸附劑脫除原料中的硫，從而達(dá)到對汽油進(jìn)行脫硫的目的，具有產(chǎn)品硫含量低，辛烷值損失小、能耗少、操作費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。為S－Zorb吸附脫硫技術(shù)基本原理，其中，高溫氣體除塵是該工藝的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

我國燕山石化引進(jìn)康菲公司開發(fā)的吸附脫硫技術(shù)（S－Zorb）技術(shù)，對其1000萬t／a煉油系統(tǒng)進(jìn)行改造，成功產(chǎn)出首批符合歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)的高品質(zhì)清潔汽柴油。隨著這一國內(nèi)首座可以生產(chǎn)歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)汽柴油的千萬噸煉油基地的投產(chǎn)，燕山石化已經(jīng)具備向北京市場提供符合歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)的高品質(zhì)汽柴油的條件，提前兌現(xiàn)了中國政府對國際奧委會的承諾，可隨時向首都市場供應(yīng)優(yōu)質(zhì)能源產(chǎn)品，服務(wù)綠色奧運(yùn)。同時，這項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)還有很好的推廣前景。

鋼鐵工業(yè)、水泥工業(yè)氣體除塵技術(shù)：鋼鐵工業(yè)是我國節(jié)能減排工作重點(diǎn)行業(yè)之一。2005年鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生廢氣57134億Nm 3，占全國比重21.31％；產(chǎn)生煙塵71萬t，占工業(yè)排放量8.3％；產(chǎn)生粉塵129.6萬t，占工業(yè)排放量15.65％。鋼鐵工業(yè)中高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣的高溫除塵技術(shù)的廣泛推廣對鋼鐵行業(yè)的節(jié)能減排工作有著重要的意義。水泥工業(yè)是高能耗、高污染行業(yè)，其工業(yè)粉塵和二氧化碳排放量巨大，開展煙氣干法除塵和余熱發(fā)電技術(shù)的推廣，可大幅度降低粉塵和二氧化碳的排放量，有著很好的節(jié)能減排作用。

另外，高溫除塵技術(shù)在垃圾焚燒爐高溫氣體凈化，機(jī)動車尾氣凈化，生物質(zhì)能源高溫氣體凈化等方面都有廣闊的應(yīng)用前景。

高溫除塵技術(shù)展望自20世紀(jì)80年代，西方國家開展了高溫氣體過濾除塵技術(shù)的開發(fā)，其主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)被稱之為跨世紀(jì)新技術(shù)的煤的潔凈燃燒聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝技術(shù)（IGCC，PFBC）的商業(yè)化。在高溫過濾材料的研制、高溫除塵技術(shù)開發(fā)以及工程化應(yīng)用等方面取得了很大進(jìn)展。開發(fā)了許多高性能濾材，如日本Asahi公司的均質(zhì)堇青石陶瓷濾管，德國Schumacher公司的SiC濾管，美國3M公司生產(chǎn)的Nextel系列Al 2 O 3－SiO 2陶纖袋，以及SiC－Al 2 O 3等纖維增強(qiáng)復(fù)合陶瓷過濾元件等。

Schumacher公司的SiC濾管已成功用于荷蘭Bueggenon的IGCC工業(yè)裝置。另外，針對陶瓷過濾材料韌性差、抗熱震性差的特點(diǎn)，美國Mott和Pall公司開發(fā)了310SFeAl金屬間化合物、FeCrAl等燒結(jié)金屬過濾材料，其中，F(xiàn)eAl燒結(jié)金屬過濾材料已成功用于美國SouthernCompany和日本W(wǎng)akamatsu的IGCC半工業(yè)試驗(yàn)裝置。

我國自20世紀(jì)90年代開展了高溫氣體過濾除塵技術(shù)的開發(fā)，鋼鐵研究總院／安泰科技股份有限公司開發(fā)了310SFeAl金屬間化合物等高性能燒結(jié)金屬過濾材料。安泰科技股份有限公司、國電熱工研究院、中科院山西煤化所圍繞IGCC工藝技術(shù)發(fā)展，開發(fā)了以金屬過濾材料為介質(zhì)的高溫除塵技術(shù)，并在煤氣化中試裝置上成功應(yīng)用，為工程化發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。根據(jù)能源工業(yè)潔凈能源技術(shù)發(fā)展的需要以及制造工業(yè)技術(shù)進(jìn)步和節(jié)能減排的需要，進(jìn)一步發(fā)展我國高溫除塵過濾材料制備技術(shù)和高溫除塵工程應(yīng)用技術(shù)是非常必要的。