微小軌距復古蒸汽小火車節能環保動力系統結構設計

周麟　陳永恒　繆友文　馬順意　江海波　陳玲

【摘 要】為了填補現有旅游業領域有軌蒸汽動力小火車動力系統設計上的不足，提出了一種具有廣泛適用性的復古有軌蒸汽小火車的節能環保動力系統。該蒸汽動力小火車動力系統可以使用種類更多的可燃物作為燃料，具有廣泛適用性；節能系統充分利用封閉結構的反應爐結合燃燒室內負壓設計實現燃料反應后產生的一氧化碳二次燃燒，實現熱能效率使用最大化和污染物的零排放；同時利用水箱的水循環系統，充分實現熱能利用，進一步達到了節能降耗的功能。

【關鍵詞】蒸汽小火車；動力系統；結構設計；節能；環保

中圖分類號：TU318 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）34-0036-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.014

Structural design of energy-saving power system for small steam vintage-railroad with tiny gauge

ZHOU Lin CHEN Yong-heng MIAO You-wen MA Shun-yi JIANG Hai-bo CHEN Ling

（Wenzhou Jiekai Intelligent Equipment Technology Co.， LTD.， Wenzhou Zhejiang 325024， China）

【Abstract】In order to fill the deficiency of power system design of small steam train in the field of tourism， an energy-saving and environmental protection power system of small steam train with wide applicability was proposed. The power system of the steam train can use a wide range of combustible materials as fuel， has a wide range of applicability. The energy saving system makes full use of the closed reactor structure combined with the negative pressure design in the combustion chamber to realize the secondary combustion of carbon monoxide generated after fuel reaction， so as to maximize in-use of thermal efficiency and achieve zero emission of pollutants. At the same time， the water circulation system of the water tank was utilized to fully realize the utilization of heat energy and further achieve the energy-saving and consumption reduction.

【Key words】Small steam railroad； Power system； Structure design；Energy-saving；Environmentally friendly

0 引言

隨著我國經濟快速發展和國家服務型產業大發展戰略舉措推進下，旅游業的發展進入了一個全新發展的時代。目前，我國城鄉居民收入不斷提高、閑暇時間生活品質需求不斷增加，旅游消費進入一個快速發展的新階段。我國已經成為世界上繼美國、西班牙、法國之后的第四大入境旅游接待國、亞洲最大的出境旅游客源國，正在形成世界上最大的國內旅游市場。全國許多地方都把旅游業作為經濟發展的重要支柱產業或優勢產業，如江蘇省浙江省以及西南的四川省等等都提出建設"旅游大省"、"旅游強省"的發展目標，各省旅游經濟產值也不斷增長，競爭局面越來越激烈，旅游業已經全面融入國家戰略體系，成為國民經濟戰略性支柱產業。但目前也面臨不少挑戰，比如旅游基礎設施和公共服務明顯滯后，補短板任務艱巨，在這樣的大背景下，提升特色旅游競爭力和保護環境及節約能源已成為旅游景點不容忽視的重大課題。自1876年我國第一條營業性鐵路建成至今，已經有120多年的發展史，素有"萬國蒸汽機車博物館"之稱。建國以來蒸汽機車在我國走過了五十多年的光輝歷程，以各種形式和故事存在于幾代人的記憶里。隨著蒸汽機車的淘汰，世界上越來越難以看到真實的蒸汽機車了，蒸汽火車懷舊游是一種旅游方式[1-2]，目前市面上的復古有軌蒸汽動力火車，基本都是直接燒煤和木炭類的，與當下國家提倡的節能環保、綠色旅游不符；或者采用傳統動力系統，存在設備老化，運營安全隱患等現實問題[3]。為了填補現有蒸汽動力小火車的動力在節能環保方面的不足，設計研發了一款復古蒸汽小火車環保節能型動力系統，從而更好的保護環境、節約資源。該復古蒸汽小火車環保節能型動力系統包括：水箱機構；反應爐機構；風機機構；水汽排放機構；煙氣干燥過濾機構；輸送管道機構；配電箱機構以及紅外燃燒機構等。

1 環保節能系統

該節能系統燃燒反應系統從反應爐內反應開始，主體機構包括：爐蓋、爐體、爐盤、排渣閥。首先將一些能燃燒的燃燃燒物放進反應爐，并填滿反應爐。然后通過反應爐的排渣閥或爐體上方的開口引燃反應爐內的燃燒物，關上排渣閥，打開風機，風機運行狀態是往外吸取狀態，反應爐上方的爐蓋是設有圓形開口的，保證爐體內的燃燒物是與大氣相通的，有助于氧氣進入到反應爐內。燃燒物在反應爐內通過燃燒反應會產生煙氣，煙氣主要成分是一氧化碳氣體，是可以燃燒的一種氣體，通過風機的抽吸，煙氣經過水汽凝結機構，煙氣接觸腔體后，水汽通過接觸腔體壁后會順著圓形筒壁流下來，通過開啟排放球閥可以排放出過濾的水汽。煙氣經過水汽凝結機構后，通過快裝接頭和連接管道進入到煙氣干燥過濾機構，在煙氣干燥過濾筒體內設有過濾網和濾芯填充物，填充物為一些干燥粉末狀的鋸屑或花生殼等生物體材料，當煙氣通過過濾網時，干燥的鋸屑或花生殼等物能有效的吸收煙氣中的水分。筒體下方設有排放閥，一些多余的水分可以通過排放閥排出，經過過濾后的煙氣更干燥、干凈（低煙塵）、易燃，能夠實現氣體的充分燃燒。通過輸送管道直接將經過多重過濾的氣體輸送到火車鍋爐的燃燒室內，輸送管道安裝有流量控制閥，流量控制閥一側設有紅外燃燒器風門開關，風門開關一側設有紅外節能燃燒器，實現燃燒效率最大化。燃燒室內設有紅外點火器，煙氣通過紅外點火器點燃，在燃燒室內燃燒并加熱鍋爐，使鍋爐產生蒸汽來驅動火車。火車在行駛過程中，會產生一種負壓讓燃燒室內的氣體燃燒的更旺盛，充分燃燒。在節能動力系統中還安裝有以蓄電池為儲能方式的電箱，以實現對節能動力系統的控制系統供電。經上述機構組合形成一套復古蒸汽小火車環保節能型動力系統，具體設計結構可以參見圖1。

2 環保節能輔助系統

2.1 超低熱損耗溫水及鍋爐注水系統

該反應爐機構、風機機構、水汽排放機構及煙氣排放機構都是設置在水箱內腔內。水箱內腔裝滿水，反應爐在燃燒工作中會產生高溫，通過水箱內的水可以達到降溫作用。同時，水箱內的水經過反應爐長時間的加熱，水溫也會升高。經過加溫的水直接通過泵注入到鍋爐內，不會導致鍋爐內的水溫下降明顯，影響鍋爐蒸汽的產生量，造成蒸汽壓力下降，致使火車汽機動力不足，影響行車速度，能很充分的利用反應爐的熱能，達到超低熱能損耗和熱能利用，同時延長了反應爐是使用壽命。

2.2 蒸汽動能及負壓增氧助燃系統

通過蒸汽小火車鍋爐的燃燒，蒸汽達到一定壓力驅動汽機帶動整車行走后，通過汽機的排氣管道，向煙囪外排氣，在整個排氣過程中，由于鍋爐燃燒室、煙道及煙室都是一個密封狀態，只有煙囪一個排放口，在通過汽機排氣管道向外排放時，鍋爐燃燒室內會產生一股通過煙道向外煙囪外吸的負壓，使燃燒室內的氧氣更充分，使燃燒室內燃燒的更加旺盛。由于上述環保節能型系統到煙囪出口的整個系統管道形成一個循環式的密封管道，通過汽機排氣產生的向外吸取的負壓也會對環保節能型系統整個管道起到作用，向燃燒室方向形成負壓狀態，此時風機就可以減小功率工作節約電能，具體設計機構如圖2所示。

3 結語

本技術方案所設計的蒸汽小火車節能環保動力系統，具有以下技術效果：

（1）可以使用種類更多的可燃物作為燃料，燃燒也會更充分，相對鍋爐內直接燒煤或碳，節能應用領域更廣泛；

（2）在燃料燃燒過程中，通過反應爐的燃燒反應后產生一氧化碳氣體，通過與空氣中氧氣燃燒，產生的是熱源和水蒸氣，無其他有害氣體及煙塵產生，為此實現了環保功能；

（3）通過水箱內的水實現爐體降溫，反過來又能加熱水箱內的水，充分實現熱能利用，達到了節能降耗的功能；整個系統都是封閉結構，煙氣再通過管道輸送到鍋爐燃燒室內，能燃燒更充分，從而更好地節約了能源。

【參考文獻】

[1]史永海.關于建設秦嶺旅游小火車的建議[J].陜西發展和改革，2015（1）：33-33.

[2]邵革軍.旅游目的地的競爭力評價及其應用研究[D].西南交通大學，2015.

[3]劉強.基于模糊理論的嘉陽小火車運營安全風險評價研究[D].西南交通大學，2016.