原帖由 A209 于 2008-7-23 13:59 發(fā)表 ![]() 3 h5 e) o& x' b
也是環(huán)密封，但活塞環(huán)的材料和結(jié)構(gòu)和內(nèi)燃機的很不一樣
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有文章說美國STM動力公司外燃機使用氫氣作為工質(zhì)，但像氫氣這樣的氣體，如果汽缸壁與活塞間的有縫隙的話（由于不可能做到100%的密封），那氫氣不是就跑掉了嗎？
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一種廣泛適用的新型動力設(shè)備——美國STM動力公司外燃機
0 q5 `3 T+ y& ECIO 韓曉平 " Z' A" B/ k& r+ G( X. W5 i" q7 a
位于美國底特律的STM動力公司經(jīng)過20年的努力，在傳統(tǒng)斯特林發(fā)動機的基礎(chǔ)上，結(jié)合先進技術(shù)成果，成功地研制了新一代外燃機。3 C D! G1 I# p
外燃機是一種外燃的閉式循環(huán)往復(fù)活塞式熱力發(fā)動機，因它是在1816年為蘇格蘭的R.斯特林所發(fā)明，故又稱斯特林發(fā)動機。新型外燃機使用氫氣作為工質(zhì)，在四個封閉的氣缸內(nèi)充有一定容積的工質(zhì)。氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔。工質(zhì)在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫?zé)崆恢醒杆偌訜?，膨脹做功。燃料在氣缸外的燃燒室?nèi)連續(xù)燃燒，通過加熱器傳給工質(zhì)，工質(zhì)不直接參與燃燒，也不更換。
$ \4 R; c7 J# P5 g+ E9 M, A/ y 由于外燃機避免了傳統(tǒng)內(nèi)燃機的震爆做功問題，從而實現(xiàn)了高效律、低噪音、低污染和低運行成本。外燃機可以燃燒各種可燃氣體，如：天然氣、沼氣、石油氣、氫氣、煤氣等，也可燃燒柴油、液化石油氣等液體燃料，還可以燃燒木材，以及利用太陽能等。只要熱腔達到700℃，設(shè)備即可做功運行，環(huán)境溫度越低，發(fā)電效率越高。該公司提供的STM4-120型25kW級機組的發(fā)電效率為29.6%，大大高于同容量的內(nèi)燃機。外燃機最大的優(yōu)點是出力和效率不受海拔高度影響，非常適合于高海拔地區(qū)使用。
/ w' `+ c; Z! } 該設(shè)備目前有三種型號可供選擇，"熱電聯(lián)產(chǎn)"型、"太陽能-外燃混合發(fā)電"型、"余熱利用"型，以及車用型和流動現(xiàn)場電源。
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M$ E# w8 X4 Y3 e( R' j T, V% M 熱電聯(lián)產(chǎn)型
0 C$ m7 O2 P& A5 [8 w. [. G. ^ 將燃料燃燒發(fā)電后的余熱用于供熱和生活熱水機型為熱電聯(lián)產(chǎn)型，一臺25kW的外燃機，可以供熱44kW，完全可以滿足1000-1500建筑平方米或一個連級單位的基本能源供應(yīng)。STM設(shè)備可以單臺獨立使用，也可多臺連用，根據(jù)需要進行組合配置，適應(yīng)不同規(guī)模的能源需求。$ `2 S0 P( |8 P+ {
燃燒后的煙氣可以達到盟國加利福尼亞州2005年和歐洲5號標準，這意味著可以將煙氣直接排入塑料大棚，利用其中的低溫余熱、二氧化碳和水蒸氣來促進植物生長。噪音，在距設(shè)備1米處，為68分貝。
6 v/ [1 U# a+ Z" ^4 `+ ~" J 污染物排放比較4 |! Y+ M4 C) F$ Z
| 排放物 | 單位 | STM | 柴油機 | | 氮氧化物 | g/kW | 0.5 | 9.2 | | 一氧化碳 | g/kW | 4.4 | 11.4 |
一臺25kW外燃機如果用于供熱，可以在高寒地區(qū)，滿足500-800平方米建筑面積的持續(xù)供暖。如果用于供應(yīng)熱水，每小時可以供應(yīng)1261kg 50℃熱水，每天30噸約滿足500-600人的生活熱水供應(yīng)。( k/ M; q! g# u& J+ e
STM外燃機性能: V. G+ |7 n+ [! {
| 發(fā)電輸出功率 | KW | 25 | | 效率 | % | 29.6 | | 供熱功率 | KW | 44 | | 供熱效率 | % | 52.1 | | 燃料消耗量 | MJ | 304.05 | | 功率輸出總量 | KW | 69 | | 熱電總效率 | % | 81.7 | | 轉(zhuǎn)速 | Rpm | 1800 | | 尺寸（長/寬/高） | Cm | 201/76/107 | | 大修周期 | Hrs | 50000 |
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熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備外觀 Z5 r$ X( `+ F3 z0 x" m
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STM公司推出的25kW外燃機，主要為適應(yīng)當今世界正在出現(xiàn)的能源設(shè)施小型、分散化的市場趨勢，并作為這一"新工業(yè)革命"的重要基礎(chǔ)工藝產(chǎn)品之一。該設(shè)備作為一個獨立的電源供應(yīng)裝置，能夠自動適應(yīng)小型獨立電網(wǎng)的容量變化需求，實現(xiàn)智能化控制，無需專人運行職守，基本屬于傻瓜機。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，零件只有內(nèi)燃機的一半，沒有進出氣閥門等磨損機件，沒有震爆作功，可靠性大大提高。設(shè)備堅固耐用，大修周期為5萬小時，設(shè)備壽命可以達到20年。 ![]() , R; O" I% I; [9 X
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/ ^4 C R5 u9 G1 P6 } STM外燃機外型
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設(shè)備綜合效率超過80%，特別是發(fā)電效率高達29.6%，比同容量內(nèi)燃機效率高，是一般高原地區(qū)內(nèi)燃機效率的150%，如果駐清藏和新疆西部地區(qū)的單位全部采用該設(shè)備供電，僅此一項每年減少三分之一的能源用燃油供應(yīng)，如果考慮熱電聯(lián)產(chǎn)的節(jié)能效果，以及運輸損耗的減少，年減少能源用油五分之二到50%，效益極為可觀。因此，外燃可以作為一種效費比極好的備裝。
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* {3 M# p2 s% W1 K2 ]" k 燃料消耗量 | 燃料消耗量 | MJ | 304.05 | | 小時天然氣消耗 | M3 | 8.65 | | 小時柴油消耗 | kg | 7.05 | | 小時人工煤氣消耗 | M3 | 17.29 | | 小時LPG消耗 | kg | 7.82 |
8 X" s/ p; c' x' z) {( _3 T9 _8 m 太陽能-外燃混合發(fā)電型! l) m# ~0 e6 A
STM利用外燃機的特性，將多面反光鏡聚焦在外燃機的熱腔，利用太陽的能量加溫?zé)崆话l(fā)電，發(fā)電功率達到20kW，設(shè)備可以自動跟蹤太陽旋轉(zhuǎn)。STM另一個獨具匠心的設(shè)計是在太陽落山后或陽光不足以發(fā)電時，自動合閉熱腔，利用燃料燃燒發(fā)電，一機兩用，節(jié)省了蓄電池投資，提高了能源供應(yīng)設(shè)備的利用效率。而造價僅僅為硅晶光伏電池的三分之一，投資效益極好。
. ^- F4 M4 t6 O1 O3 `2 } STM太陽能發(fā)電裝置，造型優(yōu)美，可以安裝在城市建筑物上，作為城市造型建筑，白天利用太陽能，晚上利用夜間低谷燃氣，發(fā)電并解決樓內(nèi)熱水供應(yīng)，在一定程度上還可以減少城市熱島效應(yīng)。
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/ N. D# ]% U1 H+ Y, x# y O STM太陽能--外燃混合發(fā)電設(shè)備外觀
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余熱利用型
) b1 x5 ]! a1 ^! S STM的另一優(yōu)勢是余熱回收，而且大大簡化了工藝技術(shù)。利用熱腔溫度達到700℃即可發(fā)電的特性，不需要任何介質(zhì)或熱能轉(zhuǎn)換裝置，直接將熱腔伸入熱源之中，將余熱轉(zhuǎn)換成高價值的電能。例如：煉油廠、化工廠、焦化廠、冶煉廠等，均可使用。每個外燃機可以回收25kW電能和44kW熱能。
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& P; }3 V1 _) H$ U2 w$ `6 h+ ? 四聯(lián)裝余熱回收系統(tǒng)
/ {' m( D# T0 o. p) { 其他用途+ P9 ^& F1 }( p8 l0 M- S" n0 X4 h
STM外燃機還可以作為車用混合動力電源，目前國際上大力發(fā)展的混合動力汽車，采用動力機和發(fā)電機混合動力，由動力機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，透過蓄電池為汽車動力馬達驅(qū)動汽車。由于汽車行駛時只有加速和爬坡需要較多的動力，多數(shù)時間僅在怠速或略高的工況下運行。汽車起動時，動力機和電池同時提供動力，穩(wěn)定行駛時動力機多余電能需入電池。所以50千瓦燃機可以推動一輛14米長50座的大巴士，25kW外燃機能夠滿足一輛120馬力（91.68kW）轎車的動力。STM公司正在與美國通用汽車公司聯(lián)合發(fā)展新型的混合動力轎車的外燃機動力系統(tǒng)。. ^9 e8 p" ]9 }- e8 l
STM與通用汽車聯(lián)合發(fā)展的混合動力轎車動力系統(tǒng)。
% H% ?7 Y- `7 I0 x2 ?9 n; V STM與通用汽車聯(lián)合發(fā)展的混合動力轎車動力系統(tǒng) 0 E# c- f$ f- l1 B5 [5 X% E+ {
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外燃機的優(yōu)勢是效率比微型燃氣輪機高（微燃機熱效率26%），體積、噪音比內(nèi)燃機小，排放比內(nèi)燃機好得多。
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混合動力巴士示意9 U# W) H( w4 E) d
9 ~& y r4 q) e. X( x" { 外燃機對于燃料和環(huán)境的要求很低，體積小而輕便，所以非常適合作為現(xiàn)場電源?？梢栽谑┕ぶ惺褂茫缒壳罢谶M行的清藏鐵路工程，采用該設(shè)備將非常理想。8 Z- `! a& v) _! K0 [
也可以作為現(xiàn)場的能源利用裝置，將采油過程中的少量伴生氣直接用于發(fā)電，將電力提供給采油設(shè)備，余熱加溫石油，不需要再架設(shè)電線供電。5 b! e2 U- b) @' K6 A
我國每年有萬余礦工死于煤礦瓦斯爆炸，一個重要的原因是瓦斯沒有和好很好的利用。STM外燃機可以就近利用這些瓦斯發(fā)電，供給礦井使用，不僅減少瓦斯爆炸的危險，也提高了供電的可靠性。
+ a1 |0 c# @' W, ]- D& X. \ STM的發(fā)動機轉(zhuǎn)速只有1800轉(zhuǎn)/分，適合于直接動力輸出，可以作為多種驅(qū)動設(shè)備動力源。用于驅(qū)動水泵、壓縮機等動力裝置。# j, P& Y! q7 V. {( x* V
' x2 _5 i" }3 e* a$ v D 外燃機的適用問題
! N- O+ b1 ]# h" ^. ^7 P7 Y 中國還有3500萬人口完全沒有電力供應(yīng)，更多的人口沒有持續(xù)可靠的電力供應(yīng)。這些地區(qū)多在邊遠地區(qū)、山區(qū)和荒漠，以及海島等地區(qū)，架設(shè)電網(wǎng)的投資太大，采用柴油發(fā)電成本太高，而外燃機可以利用太陽能、沼氣、植物垃圾熱解氣體的特性，可以較好地解決這一難題。
( i; I. A. k0 U' N# m STM外燃機具有極強的用戶適用性，可以滿足城市樓宇、鄉(xiāng)村、小型工業(yè)和部隊的能源需要。在城市中，醫(yī)院、學(xué)校、市場和旅館等項目均可使用。在大電網(wǎng)不能覆蓋的地方，可以孤立使用，也可以在低壓系統(tǒng)中組成網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)使用，互相提供備用保證，建立一個小型的能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
$ w( R. m" q) r" V STM外燃機可以燃燒一切可以燃燒物質(zhì)的特性，包括各種氣體和液體燃料，而且不需要更換燃燒系統(tǒng)，非常適應(yīng)戰(zhàn)時需要。外燃機體積小、排熱量低、噪音小，非常不易被發(fā)現(xiàn)。瑞典將其安裝在潛水艇內(nèi)，利用攜帶的柴油和液氧燃燒，在水下長距離潛航，日本海上自衛(wèi)對也計劃采購這種設(shè)備。STM可以多臺并用，保證包括雷達站等各種用電量較大的部隊的電力需求。
( c8 v$ g" Q/ Z. V1 @ STM亞洲代理為新加坡的新科動力公司，中國能源網(wǎng)因考慮到這一設(shè)備在中國的廣泛適用性，成為該設(shè)備的中國代理。由于該設(shè)備在中國廣闊市場潛力，STM和新科動力計劃在中國生產(chǎn)該設(shè)備，預(yù)計造價將大幅度下降。2002年進口價格為每千瓦不到7000元人民幣，2003年將降至6000以下，大大低于國內(nèi)各種持續(xù)供電供熱綜合設(shè)備的造價。
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, f1 W' n0 J0 a$ d* C STM設(shè)備經(jīng)濟效益分析; S% v( P) g3 x0 ?/ I% L( R* _
STM 外燃機技術(shù)參數(shù) | 電價 | RMB/kWh | 0.6 | | 電收入 | RMB/hrs | 15 | | 供水熱水焓值（50˚C） | kJ/kg | 209.34 | | 回水熱水焓值（20˚C） | kJ/kg | 83.74 | | 熱水焓差 | kJ/kg | 125.6 | | 小時熱水供應(yīng)量 | kg/hrs | 1261 | | 熱水價格 | RMB/t | 15 | | 熱水收入 | RMB/hrs | 18.92 | | 系統(tǒng)小時收入 | RMB/hrs | 33.92 | | 基本維護費 | RMB/kWh | 0.03 | | 柴油經(jīng)濟性分析 | | | 柴油價格- i0 r4 t! U4 @2 }4 C
| RMB/kg | 2.6 | | 柴油燃料費用 | RMB/hrs | 18.3 | | 維護費用 | RMB/kWh | 0.75 | | 收益 | RMB/hrs | 14.84 | | 設(shè)備大修壽命周期內(nèi)收益 | RMB | 741771 | | 投資回收率 | % | 359.21 |
在STM設(shè)備大修壽命使用周期中，按電價0.6元/kWh，熱水15元/噸，柴油2600元/噸的條件下，可以收回投資3.6倍。也許在高原地區(qū)的實際情況不一樣，但與柴油機、風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電比較，經(jīng)濟性必然更好。% J; r" Q& t5 y2 b* \* r
STM 熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備折舊費用 | 年利用小時 | Hrs | 7500 | | 設(shè)備壽命周期 | 年 | 20 | | 設(shè)備造價 | 元/kW | 6624 | | 設(shè)備折舊 | 元/kWh | 0.044 | | 大修周期 | Hrs | 50000 | | 大修費用 | 元/kWh | 3312 | | 大修折舊 | 元/kWh | 0.066 | | KWh折舊費 | 元/kWh | 0.110 |
STM 太陽能設(shè)備折舊費用 | 設(shè)備壽命周期 | 年 | 20 | | 02年設(shè)備價格 | RMB | 198720 | | 年折舊 | RMB | 9936 | | 日平均利用時間 | Hrs | 8 | | 年平均利用日 | Days | 280 | | 年利用小時 | Hrs | 2240 | | 小時折舊費 | 元 | 4.44 | | KWh折舊費 | 元/kWh | 0.22 |
上述兩種設(shè)備在20年壽命周期中折舊費分別為0.11和0.22元/kWh，太陽能-外燃混合發(fā)電設(shè)備折舊為0.143元/kWh。隨著造價的不斷降低，折舊費用將會不斷減少。
6 X. X3 K( \3 D' Y STM 熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備價格預(yù)計 | 預(yù)計2002年kW造價 | USD | 1000 | | | RMB | 8280 | | 單臺造價 | USD | 25000 | | | RMB | 207000 | | 預(yù)計2003年kW造價 | USD | 800 | | | RMB | 6624 | | 單臺造價 | USD | 20000 | | | RMB | 165600 | | 預(yù)計2004年kW造價 | USD | 700 | | | RMB | 5796 | | 單臺造價 | USD | 17500 | | | RMB | 144900 |
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更加微型化的發(fā)展趨勢
: e$ @6 m% ~* n: X9 P( C$ j: l1 _ 美國人通常居住在獨立的房子里，能源基本自成體系，為適應(yīng)市場的這一特性，STM公司正在開發(fā)2-5kW的微型外燃機。這些外燃機精巧細小到可以安裝在家用熱水器上，代替燃燒器，而且是有什么燃料燒什么燃料，真正實現(xiàn)了發(fā)電廠的個人化和白色家電化。
5 N0 ^$ ?! E* @- ^# |' A6 M 5kW的外燃機 能源設(shè)備微型化技術(shù)的發(fā)展，將對能源行業(yè)帶來更加深刻的革命和更為深遠的影響，不僅會出現(xiàn)建在樓里的發(fā)電廠，還會出現(xiàn)安在車上的發(fā)電廠、白色家電化的熱電廠，甚至出現(xiàn)背著走的發(fā)電廠。發(fā)電將不再是一個不可代替的工業(yè)行業(yè)，將會成為一些個人的業(yè)余愛好和家庭副業(yè)收入的新方式。8 \3 \+ |: f1 [6 u2 {$ g$ j! t
STM外燃機在的廣泛應(yīng)用性能，將使我國的能源利用效率得到大幅度提高，無論對中國的可持續(xù)發(fā)展，還是環(huán)境保護基本國策的落實，無疑都有著非常積極的作用。不久的將來，STM將成為一個中國的企業(yè)和中國的品牌，如同桑塔那、寶潔一樣為國人熟知。不僅如此，STM還將能夠依附于中國巨大的市場和制造能力，不斷降低成本，乘中國加入WTO的東風(fēng)，成為全世界市場上的一種具有競爭力的產(chǎn)品。% n- x% V9 y, P1 v4 P! q3 j- s' K" R
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發(fā)表于 2008-7-23 13:47:25
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