原帖由 A209 于 2008-7-23 13:59 發(fā)表 ![]()
+ X2 z- _! f" @也是環(huán)密封，但活塞環(huán)的材料和結(jié)構(gòu)和內(nèi)燃機(jī)的很不一樣
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5 |$ G- `- J0 Q( F有文章說美國STM動(dòng)力公司外燃機(jī)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？6 W/ s8 ^4 `, ^6 u
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一種廣泛適用的新型動(dòng)力設(shè)備——美國STM動(dòng)力公司外燃機(jī)
- V+ K4 o: T+ \ QCIO 韓曉平 % B* Y, r! V/ A2 S$ u/ R9 \
位于美國底特律的STM動(dòng)力公司經(jīng)過20年的努力，在傳統(tǒng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，結(jié)合先進(jìn)技術(shù)成果，成功地研制了新一代外燃機(jī)。
0 v5 K7 V; N# I 外燃機(jī)是一種外燃的閉式循環(huán)往復(fù)活塞式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)。新型外燃機(jī)使用氫氣作為工質(zhì)，在四個(gè)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。* }8 t& m# w' i" |- g0 `: e
由于外燃機(jī)避免了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的震爆做功問題，從而實(shí)現(xiàn)了高效律、低噪音、低污染和低運(yùn)行成本。外燃機(jī)可以燃燒各種可燃?xì)怏w，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(dá)到700℃，設(shè)備即可做功運(yùn)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(jī)組的發(fā)電效率為29.6%，大大高于同容量的內(nèi)燃機(jī)。外燃機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)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。9 r- y8 K& V7 E J) V$ G) @
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(dòng)現(xiàn)場電源。% v& m/ q; H! {" a5 \
, m- C7 t, r" [$ r8 n 熱電聯(lián)產(chǎn)型
* X! r) d g8 u& ~6 [4 L3 l7 O 將燃料燃燒發(fā)電后的余熱用于供熱和生活熱水機(jī)型為熱電聯(lián)產(chǎn)型，一臺(tái)25kW的外燃機(jī)，可以供熱44kW，完全可以滿足1000-1500建筑平方米或一個(gè)連級單位的基本能源供應(yīng)。STM設(shè)備可以單臺(tái)獨(dú)立使用，也可多臺(tái)連用，根據(jù)需要進(jìn)行組合配置，適應(yīng)不同規(guī)模的能源需求。8 a( P x* f& }+ g& k: H2 \
燃燒后的煙氣可以達(dá)到盟國加利福尼亞州2005年和歐洲5號標(biāo)準(zhǔn)，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(jìn)植物生長。噪音，在距設(shè)備1米處，為68分貝。
, z2 V8 Y5 }2 O- L# J. ` 污染物排放比較, D3 K1 h, ~6 F( m$ @9 ~$ t
| 排放物 | 單位 | STM | 柴油機(jī) | | 氮氧化物 | g/kW | 0.5 | 9.2 | | 一氧化碳 | g/kW | 4.4 | 11.4 |
一臺(tái)25kW外燃機(jī)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(shí)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)。
5 _& c6 o" `; U. \9 W" y& \' Y STM外燃機(jī)性能
4 d' G7 r9 w( {5 f. _ | 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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; P0 t- N3 r, w- J; c0 \( Y6 X8 r 熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備外觀 ; V0 X9 }: j2 q
3 f2 y' Z i+ t! x+ P STM公司推出的25kW外燃機(jī)，主要為適應(yīng)當(dāng)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(gè)獨(dú)立的電源供應(yīng)裝置，能夠自動(dòng)適應(yīng)小型獨(dú)立電網(wǎng)的容量變化需求，實(shí)現(xiàn)智能化控制，無需專人運(yùn)行職守，基本屬于傻瓜機(jī)。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，零件只有內(nèi)燃機(jī)的一半，沒有進(jìn)出氣閥門等磨損機(jī)件，沒有震爆作功，可靠性大大提高。設(shè)備堅(jiān)固耐用，大修周期為5萬小時(shí)，設(shè)備壽命可以達(dá)到20年。 ![]()
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STM外燃機(jī)外型 7 Q/ ^1 v" U! @: @" ^# f! [
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設(shè)備綜合效率超過80%，特別是發(fā)電效率高達(dá)29.6%，比同容量內(nèi)燃機(jī)效率高，是一般高原地區(qū)內(nèi)燃機(jī)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(xiàng)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(yùn)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(fèi)比極好的備裝。 - I) `9 |+ R, L
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燃料消耗量 | 燃料消耗量 | MJ | 304.05 | | 小時(shí)天然氣消耗 | M3 | 8.65 | | 小時(shí)柴油消耗 | kg | 7.05 | | 小時(shí)人工煤氣消耗 | M3 | 17.29 | | 小時(shí)LPG消耗 | kg | 7.82 |
* i% o4 w7 _5 j( S- q d 太陽能-外燃混合發(fā)電型8 y" u% [$ K- }. E8 k9 B
STM利用外燃機(jī)的特性，將多面反光鏡聚焦在外燃機(jī)的熱腔，利用太陽的能量加溫?zé)崆话l(fā)電，發(fā)電功率達(dá)到20kW，設(shè)備可以自動(dòng)跟蹤太陽旋轉(zhuǎn)。STM另一個(gè)獨(dú)具匠心的設(shè)計(jì)是在太陽落山后或陽光不足以發(fā)電時(shí)，自動(dòng)合閉熱腔，利用燃料燃燒發(fā)電，一機(jī)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(jià)僅僅為硅晶光伏電池的三分之一，投資效益極好。" l0 K+ t; R; I6 S! e! ?3 e
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?xì)�，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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0 ]) g! w% ~# \/ \4 U( l( m STM太陽能--外燃混合發(fā)電設(shè)備外觀 + P! b0 T! w. z
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余熱利用型
, s0 q$ @: v8 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(dá)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(jià)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(gè)外燃機(jī)可以回收25kW電能和44kW熱能。
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2 n) \% Q7 ~. ~7 y) {2 w 四聯(lián)裝余熱回收系統(tǒng) 2 E& L& S3 ]* v7 i
其他用途% q7 w. R0 ?" L# n6 z& c# P' _
STM外燃機(jī)還可以作為車用混合動(dòng)力電源，目前國際上大力發(fā)展的混合動(dòng)力汽車，采用動(dòng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)混合動(dòng)力，由動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，透過蓄電池為汽車動(dòng)力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)汽車。由于汽車行駛時(shí)只有加速和爬坡需要較多的動(dòng)力，多數(shù)時(shí)間僅在怠速或略高的工況下運(yùn)行。汽車起動(dòng)時(shí)，動(dòng)力機(jī)和電池同時(shí)提供動(dòng)力，穩(wěn)定行駛時(shí)動(dòng)力機(jī)多余電能需入電池。所以50千瓦燃機(jī)可以推動(dòng)一輛14米長50座的大巴士，25kW外燃機(jī)能夠滿足一輛120馬力（91.68kW）轎車的動(dòng)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(dòng)力轎車的外燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)。# C- q! h" Z1 w/ D+ H" ?
STM與通用汽車聯(lián)合發(fā)展的混合動(dòng)力轎車動(dòng)力系統(tǒng)。
7 ^/ s' c+ C2 j M: m4 o STM與通用汽車聯(lián)合發(fā)展的混合動(dòng)力轎車動(dòng)力系統(tǒng) - I+ M2 l3 Y1 O# w; W
' W2 B5 D' P$ T( ]3 L 外燃機(jī)的優(yōu)勢是效率比微型燃?xì)廨啓C(jī)高（微燃機(jī)熱效率26%），體積、噪音比內(nèi)燃機(jī)小，排放比內(nèi)燃機(jī)好得多。
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混合動(dòng)力巴士示意
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外燃機(jī)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(jìn)行的清藏鐵路工程，采用該設(shè)備將非常理想。
) C( ^) z$ Y! L4 f 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。
* {: T. S4 C* A: h 我國每年有萬余礦工死于煤礦瓦斯爆炸，一個(gè)重要的原因是瓦斯沒有和好很好的利用。STM外燃機(jī)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(xiǎn)，也提高了供電的可靠性。
; z+ W% T0 J$ }7 m) l4 E# r STM的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速只有1800轉(zhuǎn)/分，適合于直接動(dòng)力輸出，可以作為多種驅(qū)動(dòng)設(shè)備動(dòng)力源。用于驅(qū)動(dòng)水泵、壓縮機(jī)等動(dòng)力裝置。
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外燃機(jī)的適用問題
e. A7 B1 J# `- f! F. X2 u 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(yuǎn)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(jī)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。: y" | l/ K5 d7 s/ |* s
STM外燃機(jī)具有極強(qiáng)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(duì)的能源需要。在城市中，醫(yī)院、學(xué)校、市場和旅館等項(xiàng)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(gè)小型的能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。& c. g0 @. h6 u
STM外燃機(jī)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(shí)需要。外燃機(jī)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(jì)劃采購這種設(shè)備。STM可以多臺(tái)并用，保證包括雷達(dá)站等各種用電量較大的部隊(duì)的電力需求。
6 g3 ?; I9 ^1 }: ]' V STM亞洲代理為新加坡的新科動(dòng)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(dòng)力計(jì)劃在中國生產(chǎn)該設(shè)備，預(yù)計(jì)造價(jià)將大幅度下降。2002年進(jìn)口價(jià)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(jià)。: o7 X/ d# o, U' S5 j6 e9 J6 k
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STM設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益分析2 L& v U" F+ E u
STM 外燃機(jī)技術(shù)參數(shù) | 電價(jià) | 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(shí)熱水供應(yīng)量 | kg/hrs | 1261 | | 熱水價(jià)格 | RMB/t | 15 | | 熱水收入 | RMB/hrs | 18.92 | | 系統(tǒng)小時(shí)收入 | RMB/hrs | 33.92 | | 基本維護(hù)費(fèi) | RMB/kWh | 0.03 | | 柴油經(jīng)濟(jì)性分析 | | | 柴油價(jià)格
; q. c, _' X0 X9 ^1 I' l& Z, e | RMB/kg | 2.6 | | 柴油燃料費(fèi)用 | RMB/hrs | 18.3 | | 維護(hù)費(fèi)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(jià)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(shí)際情況不一樣，但與柴油機(jī)、風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電比較，經(jīng)濟(jì)性必然更好。8 ^+ ?% k V2 u2 L
STM 熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備折舊費(fèi)用 | 年利用小時(shí) | Hrs | 7500 | | 設(shè)備壽命周期 | 年 | 20 | | 設(shè)備造價(jià) | 元/kW | 6624 | | 設(shè)備折舊 | 元/kWh | 0.044 | | 大修周期 | Hrs | 50000 | | 大修費(fèi)用 | 元/kWh | 3312 | | 大修折舊 | 元/kWh | 0.066 | | KWh折舊費(fèi) | 元/kWh | 0.110 |
STM 太陽能設(shè)備折舊費(fèi)用 | 設(shè)備壽命周期 | 年 | 20 | | 02年設(shè)備價(jià)格 | RMB | 198720 | | 年折舊 | RMB | 9936 | | 日平均利用時(shí)間 | Hrs | 8 | | 年平均利用日 | Days | 280 | | 年利用小時(shí) | Hrs | 2240 | | 小時(shí)折舊費(fèi) | 元 | 4.44 | | KWh折舊費(fèi) | 元/kWh | 0.22 |
上述兩種設(shè)備在20年壽命周期中折舊費(fèi)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(jià)的不斷降低，折舊費(fèi)用將會(huì)不斷減少。: X# G: Y. g( ^1 T: T5 M& O' j% t
STM 熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備價(jià)格預(yù)計(jì) | 預(yù)計(jì)2002年kW造價(jià) | USD | 1000 | | | RMB | 8280 | | 單臺(tái)造價(jià) | USD | 25000 | | | RMB | 207000 | | 預(yù)計(jì)2003年kW造價(jià) | USD | 800 | | | RMB | 6624 | | 單臺(tái)造價(jià) | USD | 20000 | | | RMB | 165600 | | 預(yù)計(jì)2004年kW造價(jià) | USD | 700 | | | RMB | 5796 | | 單臺(tái)造價(jià) | USD | 17500 | | | RMB | 144900 |
! K7 s Q+ z% L8 O% F 更加微型化的發(fā)展趨勢
- c: H( d9 L3 R7 y 美國人通常居住在獨(dú)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(jī)。這些外燃機(jī)精巧細(xì)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(shí)現(xiàn)了發(fā)電廠的個(gè)人化和白色家電化。
, Y/ X9 _) x3 R* v' R 5kW的外燃機(jī) 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(yuǎn)的影響，不僅會(huì)出現(xiàn)建在樓里的發(fā)電廠，還會(huì)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(gè)不可代替的工業(yè)行業(yè)，將會(huì)成為一些個(gè)人的業(yè)余愛好和家庭副業(yè)收入的新方式。
& x; r2 h$ r6 M0 g; A6 k STM外燃機(jī)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(hù)基本國策的落實(shí)，無疑都有著非常積極的作用。不久的將來，STM將成為一個(gè)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。
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