原帖由 A209 于 2008-7-23 13:59 发表  , u @5 h1 w5 H1 \% L0 o
也是环密封，但活塞环的材料和结构和内燃机的很不一样
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有文章说美国STM动力公司外燃机使用氢气作为工质，但像氢气这样的气体，如果汽缸壁与活塞间的有缝隙的话（由于不可能做到100%的密封），那氢气不是就跑掉了吗？
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一种广泛适用的新型动力设备——美国STM动力公司外燃机
3 K0 O! ^5 T. _CIO 韩晓平 " t5 r5 B" ^9 z# y, H
位于美国底特律的STM动力公司经过20年的努力，在传统斯特林发动机的基础上，结合先进技术成果，成功地研制了新一代外燃机。
5 T2 E! Y- Y$ d6 r$ S, f6 N. j: q 外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，因它是在1816年为苏格兰的R.斯特林所发明，故又称斯特林发动机。新型外燃机使用氢气作为工质，在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。
# r+ V1 M: O- a; q 由于外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题，从而实现了高效律、低噪音、低污染和低运行成本。外燃机可以燃烧各种可燃气体，如：天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等，也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料，还可以燃烧木材，以及利用太阳能等。只要热腔达到700℃，设备即可做功运行，环境温度越低，发电效率越高。该公司提供的STM4-120型25kW级机组的发电效率为29.6%，大大高于同容量的内燃机。外燃机最大的优点是出力和效率不受海拔高度影响，非常适合于高海拔地区使用。
9 ~$ ~" l, E) E' d( P; x% W 该设备目前有三种型号可供选择，"热电联产"型、"太阳能-外燃混合发电"型、"余热利用"型，以及车用型和流动现场电源。
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z: q) q1 S) d 热电联产型
* ~# x r/ J% E( C1 C' `8 O 将燃料燃烧发电后的余热用于供热和生活热水机型为热电联产型，一台25kW的外燃机，可以供热44kW，完全可以满足1000-1500建筑平方米或一个连级单位的基本能源供应。STM设备可以单台独立使用，也可多台连用，根据需要进行组合配置，适应不同规模的能源需求。
6 M$ N0 U$ w1 Q3 T* S" w2 _ 燃烧后的烟气可以达到盟国加利福尼亚州2005年和欧洲5号标准，这意味着可以将烟气直接排入塑料大棚，利用其中的低温余热、二氧化碳和水蒸气来促进植物生长。噪音，在距设备1米处，为68分贝。
5 q6 b1 e/ W) E 污染物排放比较
) @& R$ ^2 O3 T# O- c! c' ?( l( b | 排放物 | 单位 | STM | 柴油机 | | 氮氧化物 | g/kW | 0.5 | 9.2 | | 一氧化碳 | g/kW | 4.4 | 11.4 |
一台25kW外燃机如果用于供热，可以在高寒地区，满足500-800平方米建筑面积的持续供暖。如果用于供应热水，每小时可以供应1261kg 50℃热水，每天30吨约满足500-600人的生活热水供应。2 R2 a! M! [2 Q6 A$ Y5 V7 G4 _* v+ F
STM外燃机性能
' j$ O* L- V* d1 X; Q | 发电输出功率 | KW | 25 | | 效率 | % | 29.6 | | 供热功率 | KW | 44 | | 供热效率 | % | 52.1 | | 燃料消耗量 | MJ | 304.05 | | 功率输出总量 | KW | 69 | | 热电总效率 | % | 81.7 | | 转速 | Rpm | 1800 | | 尺寸（长/宽/高） | Cm | 201/76/107 | | 大修周期 | Hrs | 50000 |
; R1 D q5 @6 ^9 a5 c6 \ F: ~% h- m, m 热电联产设备外观
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STM公司推出的25kW外燃机，主要为适应当今世界正在出现的能源设施小型、分散化的市场趋势，并作为这一"新工业革命"的重要基础工艺产品之一。该设备作为一个独立的电源供应装置，能够自动适应小型独立电网的容量变化需求，实现智能化控制，无需专人运行职守，基本属于傻瓜机。设备结构简单，零件只有内燃机的一半，没有进出气阀门等磨损机件，没有震爆作功，可靠性大大提高。设备坚固耐用，大修周期为5万小时，设备寿命可以达到20年。 
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# r0 r/ w1 r; c5 l8 d STM外燃机外型 ~5 Y+ h$ Z/ c- {' o( Q) B
& ?, c9 e1 i+ P6 ?4 E p 设备综合效率超过80%，特别是发电效率高达29.6%，比同容量内燃机效率高，是一般高原地区内燃机效率的150%，如果驻清藏和新疆西部地区的单位全部采用该设备供电，仅此一项每年减少三分之一的能源用燃油供应，如果考虑热电联产的节能效果，以及运输损耗的减少，年减少能源用油五分之二到50%，效益极为可观。因此，外燃可以作为一种效费比极好的备装。 - P2 w4 f/ B: n) x
0 N1 l" K4 g" ` n3 y' t3 D. o 燃料消耗量 | 燃料消耗量 | MJ | 304.05 | | 小时天然气消耗 | M3 | 8.65 | | 小时柴油消耗 | kg | 7.05 | | 小时人工煤气消耗 | M3 | 17.29 | | 小时LPG消耗 | kg | 7.82 |
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太阳能-外燃混合发电型* }" b$ j7 h4 x$ l. J3 }+ l6 J& {
STM利用外燃机的特性，将多面反光镜聚焦在外燃机的热腔，利用太阳的能量加温热腔发电，发电功率达到20kW，设备可以自动跟踪太阳旋转。STM另一个独具匠心的设计是在太阳落山后或阳光不足以发电时，自动合闭热腔，利用燃料燃烧发电，一机两用，节省了蓄电池投资，提高了能源供应设备的利用效率。而造价仅仅为硅晶光伏电池的三分之一，投资效益极好。( Z3 |% N/ r) T- ?9 n6 s
STM太阳能发电装置，造型优美，可以安装在城市建筑物上，作为城市造型建筑，白天利用太阳能，晚上利用夜间低谷燃气，发电并解决楼内热水供应，在一定程度上还可以减少城市热岛效应。  8 p- l' p7 N/ n/ S, q/ h% D
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7 n/ t8 }6 x! e; S r6 t. _& O STM太阳能--外燃混合发电设备外观 7 P$ V9 i6 L! ?( U U# {, m
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余热利用型
7 A% P& h Y! I G9 w STM的另一优势是余热回收，而且大大简化了工艺技术。利用热腔温度达到700℃即可发电的特性，不需要任何介质或热能转换装置，直接将热腔伸入热源之中，将余热转换成高价值的电能。例如：炼油厂、化工厂、焦化厂、冶炼厂等，均可使用。每个外燃机可以回收25kW电能和44kW热能。 0 g& Y$ E; l; R6 p* a m
$ Q2 r: \3 t4 l. F7 e 四联装余热回收系统
- t/ F. h6 o" c) a! E 其他用途
2 p# T2 {& \; X! n5 Y STM外燃机还可以作为车用混合动力电源，目前国际上大力发展的混合动力汽车，采用动力机和发电机混合动力，由动力机驱动发电机发电，透过蓄电池为汽车动力马达驱动汽车。由于汽车行驶时只有加速和爬坡需要较多的动力，多数时间仅在怠速或略高的工况下运行。汽车起动时，动力机和电池同时提供动力，稳定行驶时动力机多余电能需入电池。所以50千瓦燃机可以推动一辆14米长50座的大巴士，25kW外燃机能够满足一辆120马力（91.68kW）轿车的动力。STM公司正在与美国通用汽车公司联合发展新型的混合动力轿车的外燃机动力系统。) r! S7 X" `5 z; h: f& Y3 g* D) p
STM与通用汽车联合发展的混合动力轿车动力系统。 1 {. v: m, M @: E! f* X: w
STM与通用汽车联合发展的混合动力轿车动力系统
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: i8 B% i. A3 `' F( | 外燃机的优势是效率比微型燃气轮机高（微燃机热效率26%），体积、噪音比内燃机小，排放比内燃机好得多。 & k; j& I8 t0 u' s2 L
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8 V, }/ R3 p! V- X6 t4 W 混合动力巴士示意
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$ E" F F6 G4 r5 I( T$ Q$ q 外燃机对于燃料和环境的要求很低，体积小而轻便，所以非常适合作为现场电源。可以在施工中使用，例如目前正在进行的清藏铁路工程，采用该设备将非常理想。8 [( @4 Q) z/ k% \( M
也可以作为现场的能源利用装置，将采油过程中的少量伴生气直接用于发电，将电力提供给采油设备，余热加温石油，不需要再架设电线供电。
: l+ ~7 Z' `$ E6 F$ f" C$ y# e 我国每年有万余矿工死于煤矿瓦斯爆炸，一个重要的原因是瓦斯没有和好很好的利用。STM外燃机可以就近利用这些瓦斯发电，供给矿井使用，不仅减少瓦斯爆炸的危险，也提高了供电的可靠性。
" i2 ?6 i# K/ j STM的发动机转速只有1800转/分，适合于直接动力输出，可以作为多种驱动设备动力源。用于驱动水泵、压缩机等动力装置。) x1 q; H2 w. i
- r' o2 l. W5 f5 }. p3 N- G/ U 外燃机的适用问题( M5 F" X4 H, i/ U
中国还有3500万人口完全没有电力供应，更多的人口没有持续可靠的电力供应。这些地区多在边远地区、山区和荒漠，以及海岛等地区，架设电网的投资太大，采用柴油发电成本太高，而外燃机可以利用太阳能、沼气、植物垃圾热解气体的特性，可以较好地解决这一难题。
F: D! N5 y H2 c) M' t: d) J STM外燃机具有极强的用户适用性，可以满足城市楼宇、乡村、小型工业和部队的能源需要。在城市中，医院、学校、市场和旅馆等项目均可使用。在大电网不能覆盖的地方，可以孤立使用，也可以在低压系统中组成网络联网使用，互相提供备用保证，建立一个小型的能源互联网络。" t! u) a" [; h4 N. ]
STM外燃机可以燃烧一切可以燃烧物质的特性，包括各种气体和液体燃料，而且不需要更换燃烧系统，非常适应战时需要。外燃机体积小、排热量低、噪音小，非常不易被发现。瑞典将其安装在潜水艇内，利用携带的柴油和液氧燃烧，在水下长距离潜航，日本海上自卫对也计划采购这种设备。STM可以多台并用，保证包括雷达站等各种用电量较大的部队的电力需求。: q1 G! R) V$ H {5 S
STM亚洲代理为新加坡的新科动力公司，中国能源网因考虑到这一设备在中国的广泛适用性，成为该设备的中国代理。由于该设备在中国广阔市场潜力，STM和新科动力计划在中国生产该设备，预计造价将大幅度下降。2002年进口价格为每千瓦不到7000元人民币，2003年将降至6000以下，大大低于国内各种持续供电供热综合设备的造价。
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! e$ a# z o& F, A) m STM设备经济效益分析# Q$ n a$ @; e/ }
STM 外燃机技术参数 | 电价 | RMB/kWh | 0.6 | | 电收入 | RMB/hrs | 15 | | 供水热水焓值（50˚C） | kJ/kg | 209.34 | | 回水热水焓值（20˚C） | kJ/kg | 83.74 | | 热水焓差 | kJ/kg | 125.6 | | 小时热水供应量 | kg/hrs | 1261 | | 热水价格 | RMB/t | 15 | | 热水收入 | RMB/hrs | 18.92 | | 系统小时收入 | RMB/hrs | 33.92 | | 基本维护费 | RMB/kWh | 0.03 | | 柴油经济性分析 | | | 柴油价格
1 B6 } h& l. K v | RMB/kg | 2.6 | | 柴油燃料费用 | RMB/hrs | 18.3 | | 维护费用 | RMB/kWh | 0.75 | | 收益 | RMB/hrs | 14.84 | | 设备大修寿命周期内收益 | RMB | 741771 | | 投资回收率 | % | 359.21 |
在STM设备大修寿命使用周期中，按电价0.6元/kWh，热水15元/吨，柴油2600元/吨的条件下，可以收回投资3.6倍。也许在高原地区的实际情况不一样，但与柴油机、风力发电和光伏发电比较，经济性必然更好。
- W5 h9 T* I% B1 m( G STM 热电联产设备折旧费用 | 年利用小时 | Hrs | 7500 | | 设备寿命周期 | 年 | 20 | | 设备造价 | 元/kW | 6624 | | 设备折旧 | 元/kWh | 0.044 | | 大修周期 | Hrs | 50000 | | 大修费用 | 元/kWh | 3312 | | 大修折旧 | 元/kWh | 0.066 | | KWh折旧费 | 元/kWh | 0.110 |
STM 太阳能设备折旧费用 | 设备寿命周期 | 年 | 20 | | 02年设备价格 | RMB | 198720 | | 年折旧 | RMB | 9936 | | 日平均利用时间 | Hrs | 8 | | 年平均利用日 | Days | 280 | | 年利用小时 | Hrs | 2240 | | 小时折旧费 | 元 | 4.44 | | KWh折旧费 | 元/kWh | 0.22 |
上述两种设备在20年寿命周期中折旧费分别为0.11和0.22元/kWh，太阳能-外燃混合发电设备折旧为0.143元/kWh。随着造价的不断降低，折旧费用将会不断减少。- d/ E! c5 D6 O* T
STM 热电联产设备价格预计 | 预计2002年kW造价 | USD | 1000 | | | RMB | 8280 | | 单台造价 | USD | 25000 | | | RMB | 207000 | | 预计2003年kW造价 | USD | 800 | | | RMB | 6624 | | 单台造价 | USD | 20000 | | | RMB | 165600 | | 预计2004年kW造价 | USD | 700 | | | RMB | 5796 | | 单台造价 | USD | 17500 | | | RMB | 144900 |
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更加微型化的发展趋势( X6 r2 }% p1 V
美国人通常居住在独立的房子里，能源基本自成体系，为适应市场的这一特性，STM公司正在开发2-5kW的微型外燃机。这些外燃机精巧细小到可以安装在家用热水器上，代替燃烧器，而且是有什么燃料烧什么燃料，真正实现了发电厂的个人化和白色家电化。
+ `3 g, f+ e7 y/ K C- b 5kW的外燃机 能源设备微型化技术的发展，将对能源行业带来更加深刻的革命和更为深远的影响，不仅会出现建在楼里的发电厂，还会出现安在车上的发电厂、白色家电化的热电厂，甚至出现背着走的发电厂。发电将不再是一个不可代替的工业行业，将会成为一些个人的业余爱好和家庭副业收入的新方式。$ y/ B/ g3 W/ p" ~
STM外燃机在的广泛应用性能，将使我国的能源利用效率得到大幅度提高，无论对中国的可持续发展，还是环境保护基本国策的落实，无疑都有着非常积极的作用。不久的将来，STM将成为一个中国的企业和中国的品牌，如同桑塔那、宝洁一样为国人熟知。不仅如此，STM还将能够依附于中国巨大的市场和制造能力，不断降低成本，乘中国加入WTO的东风，成为全世界市场上的一种具有竞争力的产品。
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发表于 2008-7-23 13:47:25
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