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2.燃气轮机的高温部件材料及制造技术
目前，高温部件金属材料的使用温度已接近极限，不可能满足未来燃气轮机透平叶片温度不断提高的设计要求。但是由于非金属材料和制造成本高昂、关键技术尚未解决，在未来很长的一段时间里，燃气轮机高温部件材料仍然将以高温合金为主。因此，未来燃气轮机高温部件材料及制造技术的发展重点是高温合金和新型非金属材料的设计及其制造技术。
一方面，随着F级以上燃气轮机的陆续投产，增加了对大尺寸定向、单晶叶片，以及轮盘锻件和粉末冶金轮盘的需求，对于先进镍基单晶高温合金和粉末高温合金的开发，以及新型高梯度定向凝固技术、大尺寸高温合金锻造和粉末冶金技术的开发将是未来高温合金材料及制造技术的主要研究方向。另一方面，从目前国外应用现状及发展前景来看，未来燃气轮机高温部件非金属材料将以陶瓷基复合材料、金属间化合物、C/C复合材料为主体。为适应未来重型燃气轮机发展趋势和提高我国重型燃气轮机材料制造技术水平，我国须大力加强材料制造技术研究，具体为①加强大尺寸单晶高温合金铸件定向凝固技术研究，提高带有复杂冷却通道的大尺寸透平叶片(特别是单晶叶片)生产合格率：②加强新型耐高温热障涂层及其制备技术研发：③积极探索开发新型耐高温基体材料，如，陶瓷基复合材料、金属间化合物、C/C复合材料。
3.高效低污染稳定燃烧技术
污染物减排是NGCC和分布式能源发电技术必须面对的问题，高效低污染稳定燃烧技术可在保证燃烧稳定的同时大幅度降低气轮机污染物的排放，达到减排的效果，是燃气轮机燃烧室污染物排放控制的主要手段和方法。此外，高效低污染稳定燃烧技术也是未来制约燃气轮机是否可投入商业运营的关键技术。其中，富燃/淬熄/贫燃燃烧、烟气再循环燃烧、柔和燃烧、催化燃烧等新一代低污染燃烧技术将是未来燃气轮机的发展和应用趋势。
基于国内重型燃气轮机燃烧技术的现状，高效低污染稳定燃烧技术的研发应分为三个阶段，包括低污染燃烧理论与机理研宄：分级预混低污染燃烧技术研究;贫燃预混、柔和燃烧、富燃/淬熄/贫燃燃烧等新一代低污染燃烧技术研究。第一阶段的关键技术及难点在于燃气轮机不同工作状态下NOx、CO、UHC等污染物的生成机理和影响因素研究：第二阶段的关键技术及难点在于分级预混燃烧火焰稳定技术和分级燃料喷嘴设计，目前，国外主要采用扩散燃烧作为燃机在启机和低负荷时分级预混燃烧的火焰稳定技术，而驻涡燃烧等新一代火焰稳定技术仍处于研发阶段，鉴于国内的研究基础，该阶段可通过大量燃料喷嘴实验解决：第三阶段的关键技术及难点在于新型低污染燃烧技术的研究基础薄弱，无任何技术资料可供借鉴和参考，其可行的解决方案是集合全国燃机研发单位，各单位基于自己的研发基础重点研发一项新型低污染燃烧技术，采取集中优势力量逐个击破的方针对新型低污染燃烧技术进行突破。
4.燃气轮机高温部件修复技术
随着燃气轮机机型的不断更新升级，高温部件修复技术将向H、G、J级燃气轮机高温部件修复技术方向发展，包括新型单晶高温合金、稀土高温合金和陶瓷基复合材料的损伤检测和焊接工艺、冷却通道改进和新型涂层工艺，修复工艺仍以熔焊或钎焊为主导，各修复技术及设备逐步趋于自动化、廉价化、规范化和标准化。
热通道部件修复是一项复杂系统工程，涉及损伤评估、焊接修复、内孔道涂层重建、热障涂层修复等工艺步骤。鉴于国内外燃气轮机热通道部件修复技术最新研究进展和现状，我国应坚持“重点突破、从易到难、先基础研究后工程应用”的原则，重点突破热通道部件损伤评估、焊接修复和涂层重建等关键技术环节。由于各关键修复技术环节既独立又互相关联，不同部件或同一部件不同部位可能使用不同的修复工艺。为了早日实现燃气轮机热通道部件的全面国产化修复，具体对策和建议为：①先突破高温部件损伤评估技术，后开展高温部件焊接和涂层修复技术。其中，损伤评估技术是热通道部件修复技术的研究基础，也是热通道部件寿命管理和检修周期制定的关键，而焊接和涂层技术相对独立，可并行开展：②先静止部件后转动部件，先低应力区后高应力区;③先系统开展关键技术环节基础性研究，后开展工程应用研究，最后推广形成热通道部件修复规范和标准。
5.燃气轮机分布式能源系统集成优化技术
随着当今世界能源与环境危机的日益突出，与环境相容相协调是未来能源动力系统发展的必然要求和趋势。多能源输入与多产品输出、化学能与物理能综合梯级利用、污染物控制一体化是未来燃气轮机分布式能源系统发展的主流方向和前沿课题。基于化学能与物理能综合梯级利用原理的能量释放机理、污染物控制与能量综合利用一体化原理、多联产和多能源互补等多功能耦合系统的集成机理将成为未来系统理论研究的主要内容。
随着分布式能源系统朝着多能源互补及多联产方向发展，系统的集成度将更高，优化设计难度将更大，对核心设备的性能要求也越高。因此，完善的系统集成理论和核心装备的自主设计制造是未来我国分布式能源领域研究的重要内容。应当首先开展先进能量系统集成的理论研究，并逐步推进有市场前景示范项目建设，借助示范项目的推广建设，逐步完善系统集成理论，并形成具有自主知识产权的能源装备产业体系，消化吸收国外先进制造技术推动分布式能源产业发展。未来的能源动力系统将更加强调多学科交叉联系与多领域合作，因此，开展能源、环境、化工等交叉学科间的基础理论研究和人才培养，推进示范项目建设并提高装备自主化是实现本技术方向突破发展瓶颈的关键。
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