原帖由 A209 于 2008-7-23 13:59 發(fā)表 ![]()
3 B' n4 Y: R$ i3 r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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) q% A6 b) U% z% e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,？
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# y: e8 e5 ?" Y6 t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)
6 f/ w1 r! J. _: P9 zCIO 韓曉平
& Y; Z. m$ d7 G- @8 n0 n0 j' O 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)。
5 Y1 g. a* Q, }' V, v1 h/ Y 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,。
I y; r4 S( J4 _ ^8 |6 d: {& Q 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(jí)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,。
8 M4 g& i5 h# [$ G" T3 X" B 該設(shè)備目前有三種型號(hào)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(chǎng)電源,。" K$ J, m( d7 d5 f2 X; j/ r
$ S( k& w! \1 m6 D0 \ 熱電聯(lián)產(chǎn)型
3 A" }$ K: m5 Z4 f( d* H& g 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(jí)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,。+ j2 U: j* C/ m5 w# t& H% t
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(hào)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。
& x6 r7 D w. L2 b5 b/ N- ` 污染物排放比較( w; [% O& B- F* m9 f' J7 z6 X
| 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)。
0 O5 b7 H2 [2 i- p! {8 s STM外燃機(jī)性能
7 ~9 z* A: w2 r O5 M( w, o' l | 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
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9 b/ h+ j. x w. | 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(chǎng)趨勢(shì)，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 E# M. R" a3 H
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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,。 2 z1 K' C0 I/ a
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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 |
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太陽能-外燃混合發(fā)電型( T5 m! Y0 x8 k. J
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。3 X) i7 i8 d+ V- E: j( i0 c
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)猓l(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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- o# }" Z$ }# D' w STM太陽能--外燃混合發(fā)電設(shè)備外觀 $ U- c2 u* ?/ _/ B3 N
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余熱利用型9 x+ n6 }# S. d3 t9 [
STM的另一優(yōu)勢(shì)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,。 : v( h1 Y# x7 Q2 m
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; ?1 c6 [# s, v 四聯(lián)裝余熱回收系統(tǒng) 6 B2 } K% \: w8 t! A/ }8 R
其他用途3 s/ d, ~+ D8 J; u$ M
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),。
" `: A# z2 ?- w3 y4 w1 Y. s 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)。
! Z; t/ p8 o! q. I2 g% H9 X 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)
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外燃機(jī)的優(yōu)勢(shì)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,。 8 q/ D! N: z9 d
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5 |9 B. ~0 n9 {3 F$ x5 ]( d7 L 混合動(dòng)力巴士示意$ G7 A' A' e/ T6 O, D
, V4 E, T H0 @3 E# N 外燃機(jī)對(duì)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(chǎng)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,。- O0 p2 ^0 p) F( a |$ k
也可以作為現(xiàn)場(chǎng)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,。
( d K5 x, L6 | 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,。
5 _& ]" f6 B5 A, q* m7 d' O 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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& g& `; o8 E* z9 R" K# t& C9 u% C( E 外燃機(jī)的適用問題4 |" G. v/ e- @5 {6 X3 A4 S) y+ k
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,。
7 O* S# ]) ], a+ ] 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(chǎng)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)。. a% v+ z8 e7 P# M% Y3 j
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(duì)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,。
! i- H' b6 g# ^$ r* Y% N6 s0 G 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(chǎng)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),。
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STM設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益分析
: e" y6 i4 s3 Q 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
3 P7 E2 i+ Q3 ^! n- K% o | 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,。6 x: W( A: b$ v2 n2 O* \
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,。
' X2 M) m: h/ d0 M5 ^ 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 |
% Q G2 `8 i2 N- h 更加微型化的發(fā)展趨勢(shì)
) S3 [0 ~4 G0 q& K+ D+ A, o 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(chǎng)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,。
" W* |1 F% m' _3 n! U# P6 x% {) r 5kW的外燃機(jī) 能源設(shè)備微型化技術(shù)的發(fā)展,，將對(duì)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。& x9 D& Q# T4 G; S- d, C5 x
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(duì)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(chǎng)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(chǎng)上的一種具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品,。
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