Отопление вагонов. Котлы с обогревом жидким топливом
Использованию высокотехнологичного жидкого топлива, каким является дизельное, для обогрева отопительных котлов пассажирских вагонов в советское время препятствовал жёсткий лимит на поставки его предприятиям МПС, а также большие опасения в отношении пожароопасности. Солярка широко использовалась в ряде стран не только в коммунальном хозяйстве для обогрева домов, коттеджей, но и для обогрева пассажирских вагонов. Стоимость солярки, с учётом её высокой теплотворной способности, была практически соизмерима со стоимостью высокосортных углей. Учитывая технологичность солярки все кухонные плиты вагонов-ресторанов, были переведены с угля на солярку. Это, несомненно, способствовало значительному улучшению труда рейсовых бригад, повышению качества приготовления пищи. Солярка использовалась для обогрева отопительных котлов служебных вагонов рефрижераторных секций производства как бывшей ГДР, так и «БМЗ». Во всех случаях для сжигания солярки использовались горелки испарительного типа, размещаемые в топках кухонных плит, отопительных котлов вместо колосниковых решёток. Использовались различные конструкции горелок. В кухонных плитах применялась шведская горелка типа «Q-Термо» и её модификации с производством в ГДР, в отопительных котлах наибольшее распространение получила горелка «Депо Уссурийск». Положительным качеством горелок была возможность регулирования их производительности от 0,2 до (Qном, а существенным недостатком — пожароопасность и ненадёжность работы. Указанные недостатки горелок связаны с процессом фракционного испарения топлива в испарительных камерах, постоянном их «зарастании» коксом, коксовании паровых сопел и катализаторов, особенно при использовании летней солярки (которой в основном снабжался ж. д. транспорт) с большим содержанием парафинистых соединений и высокой коксуемостью. Известно, что коксуемости подвержены все сорта жидких углеводородных топлив. Известно также, что скорость коксообразования, его количество и дисперсность зависят не только от сорта, но и от условий перевода топлива в паровую фазу. При определённых условиях коксообразование при нагреве и переводе в паровую фазу можно свести к минимуму, позволяющему создать конструкцию испарительной горелки, которая будет надёжно и безопасно работать довольно длительный период времени. Однако предпринятые рядом организаций работы в СССР и за рубежом по созданию надежных горелок испарительного типа не были доведены до конца, в том числе и по причине утраты актуальности.
Идея обогрева отопительного котла пассажирских вагонов жидким топливом возродилась благодаря инициативной деятельности С.-Петербургской фирмы НВФ «Альтереэн». Фирма совместно с АО «Вагонмаш» (С.-Петербург) в 1996 году выполнили модернизацию пассажирского вагона 47 К/к под использование жидкого топлива (дизельного арктического) в качестве альтернативного источника энергии для отопительного котла. Модернизация была выполнена в соответствии с разработанной и утверждённой конструкторской документацией. Конструкция модернизированной системы отопления выбрана из условия максимального использования заимствованных сборочных единиц и деталей, применяемых на выпускаемых вагонах и отвечающих действующим требованиям. Модернизированная система отопления включает следующие позиции.
1. Подсистему, обеспечивающую сжигание жидкого топлива в топке типового отопительного котла, в состав которой входят: горелка «Юниор LF2» с фланцем герметизации, закрепленным на топочной арматуре (вместо дверцы топки); фланец герметизации зольника котла; топливные баки с заливочными горловинами; топливные фильтры грубой и тонкой очистки; заслонка на дымоходе; циркуляционный насос водяной системы с грязевым фильтром и муфтовыми задвижками, запорная топливная арматура.
2. Подсистему автоматического управления работой водяного отопления вагона, в состав которой входят эквитерм «Саутер», преобразователь — 110 В/220 В, 50 Гц, термостат комплект автоматики (блок контроля и защиты, датчик температуры наружного воздуха и воды, подающейся в отопительную систему вагона). Эквитерм «Саутер» с жидкокристаллическим экраном отображения необходимых параметров работы системы расположен в купе проводника. Схема и конструкция модернизированной системы отопления выбраны из условия безопасности работы котла с обеспечением защиты от закипания воды. Конструкция обеспечивает также герметичность топки и зольника котла (от помещений вагона), всасывающих трубопроводов, заливных горловин топливных баков. Ёмкость топливных баков рассчитана на непрерывную работу горелки в течение 60 часов.
Положительные результаты испытаний позволили АО «Вагонмаш» совместно с фирмой «Альтерэн» выпустить партию вагонов с системой жидкостного отопления.
С 2000 года московская фирма «Циркон-Сервис», специализирующаяся на выпуске эксклюзивных вагонов повышенной комфортности, стала применять на них, в качестве дублирующей, систему жидкостного отопления вместо угольного обогрева.
По результатам проведенных испытаний вагонов с жидкостной системой отопления в стационарных и поездных условиях, отдельно горелки на лабораторных стендах, получена довольно полная характеристика системы.
Основным узлом системы является горелка «Юниор» (изготовитель: А/О ОЙЛОН, Финляндия).
Мощностной ряд выпускаемых горелок представлен в таблице 13.
Таблица 13. Мощностной ряд горелок фирмы А/О ОЙЛОН
Как видно из данных, представленных в таблице 13, каждый тип горелок допускает корректировку расхода топлива в небольшом интервале, который уже в процессе эксплуатации не меняется и горелка работает в циклическом режиме на установленном расходе топлива. Для отопительных котлов вагонов по мощности подходит горелка ЮНИОР LF 3 мощностью до 44 кВт. Работа горелки полностью автоматизирована. При включении кнопки на блоке управления с учётом параметров автоматики управления тепловыми процессами котла и вагона в целом, происходит последовательная цепочка операций по вводу горелки в действие с воспламенением и горением топлива (длительность пуска около 60 секунд). Предусмотрены продувки газовоздушного тракта котла после ложного пуска, предварительный подогрев топлива по необходимости, отключение подачи топлива при погасании факела и другие функциональные защиты. При достижении заданной температуры воды на выходе из котла горелка отключается. Обогрев котла горелкой происходит в циклическом режиме, подобно работе высоковольтных групп. Циркуляционный насос с нерегулируемой производительностью работает постоянно.
В горелке применена механическая форсунка для распыла топлива с давлением до 16 кг/см2 от встроенного насоса и принудительная подача воздуха в завихритель горелочного устройства от дутьевого вентилятора.
Как показали испытания, проведенные ВНИИЖТ'ом, горелка обеспечивает качественное сжигание топлива с полнотой сгорания, близкой к 1, при коэффициенте избытка воздуха а = 1,5. Коксования сопла горелки не наблюдалось в процессе проведения всех испытаний (стационарных и поездных) при работе горелки на качественной солярке «Арктика». В отработавших газах на выходе из котла отсутствует высокодисперсная сажа (дыма нет), содержание СО составляет величину около 1,0 %. В рабочем тамбуре, котельном отсеке и салоне вагона повышения концентрации С02 при работе системы на жидкостном отоплении не наблюдалось.
В испытаниях было отмечено, что одновременное включение в работу горелки и циркуляционного насоса (без регулирования подачи массы теплоносителя), приводят к несоответствию распределения выделенного в котле и отопительных приборах тепла, снижению уровня комфорта. За цикл включения на частичных нагрузках насос успевает «прогнать» нагретый теплоноситель через систем^ обратно в котёл. Недостаток легко устраним изменением алгоритма включения циркуляционного насоса (п.п. 4.4.1, 4.4.2) или введением регулирования производительности насоса.
Существенным недостатком разработанной системы жидкостного отопления является её низкий КПД, не превышающий 40 %. Для эффективного использования горелок типа «Юниор» необходимо проведение конструктивной доработки котла пассажирского вагона, а лучше — замена его на новый, в конструкции которого будут учтены вопросы вписываемости факела горелки в топочный объём, увеличение степени заполнения топки факелом, а также наличие развитой конвективной поверхности. При реально достижимом КПД котла на уровне 80-5-85 % горелка типа «Юниор» обеспечит требуемую теплопроизводительность системы, соответственно, в значительной степени снизятся расходы на топливо.
Не исключено, что система жидкостного отопления, обладающая всеми необходимыми требованиями по пожароопасности, экологии и автономностью, обеспечивающая необходимый комфорт при значительно улучшенных условиях работы обслуживающего персонала по сравнению с угольным обогревом, найдёт более широкое применение не только в эксклюзивных вагонах, но и в вагонах фирменных поездов дальнего следования.
