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燃料改质在铁路节能减排的应用

 论文栏目:节能减排论文     更新时间:2018/3/13 15:46:21   

摘要:随着我国铁路通车里程的逐年增加,铁路机车燃料的消耗量和废气的排放量都越来越多。为了实现铁路行业的节能减排,本文通过分析衡量柴油品质的三个重要指标对燃料消耗的影响说明柴油中各个指标必须在一定范围内取值才可以最大限度的降低能源消耗、减少污染物排放。然后以怀柔机务段的柴油品质为例说明我国铁路车用柴油的现状。最后通过比较我国柴油品质与世界燃油协议标准存在的差距,给出我国衡量柴油品质的三个重要指标应达到的标准值。

关键字:燃料改质;节能减排;铁路行业

引言

随着近年来我国国民经济的高速增长,铁路运输需求大幅增加,能源的消耗也在快速增长。在我国目前人均能源匮乏的情况下,尤其石油资源缺口日趋突出,能源供需的矛盾开始出现。另外,由于我国的燃油品质普遍较差,所以在铁路运输过程中会产生大量的有害废气,直接影响人类的居住环境。因此,如何提高能源的利用效率、降低能源消耗、减少污染物的排放已成为日前铁路运输行业必须面对的问题。

1铁路节能与减排的关系

从减少能源消耗的角度来看,节能就是减排。以北京铁路局为例,内燃机车年消耗柴油约61万t;而柴油燃烧废气则会对人体健康产生不良影响。因此,铁路机车柴油消耗量越大,其产生的废气也就越多。要想减少废气的排放就必须提高能源利用效率、降低柴油的消耗量。因此,节能是实现减排最有利的方法。

2如何实现节能减排

目前主要通过两种方式实现铁路的节能减排,即直接节能和间接节能,其中直接节能是通过提高能源利用率来减少能源消耗量;间接节能则是通过调整运输产业结构使能源配置趋于合理。铁路行业的节能应把改进燃料品质、提高能源利用效率作为重点。

3燃料品质的改进

机车按牵引动力来划分有蒸汽机车、内燃机车和电力机车。我国火车大多为内燃机车,普遍是12V240和12V280柴油机。由此可见,柴油是机车行驶的主要燃料。所以改进柴油品质是实现铁路行业节能减排的根本方法。3.1衡量柴油品质的指标衡量柴油品质的指标有很多,但最主要的、最有代表性的和操作性较好的有三个:柴油密度、芳香烃含量、十六烷值。3.2三者之间的关系柴油密度和芳烃含量越大,十六烷值越小,滞燃期越长。而滞燃期越长,则喷入汽缸内的燃料油就越多,相应的可燃混合气体量也越多;一旦着火,就易形成类似爆炸性的燃烧。这种燃烧的最大压力升高率和放热率峰值都很大;最高燃烧压力和最高燃烧温度都很高。这可能引起燃烧压力震荡,振动和噪声过大,零部件所受冲击载荷过猛,磨损增加,寿命降低。当柴油中芳烃含量在35%以上继续增加时,柴油机的最高燃烧压力突变性的急速升高。柴油芳烃含量A在35%左右存在一个阈值。A≤35%的柴油可以在1500r/min以上的高速柴油机中正常燃用;A>35%的柴油在1500r/min以上的高速柴油机中难于正常使用。这时将发生冷启动困难,工作粗暴,振动,噪声大,积炭和结胶严重,润滑油易于污染和失效,排污恶化等。3.3三个指标对燃料消耗的影响3.3.1柴油密度燃油密度发生变化,柴油机功率和燃油消耗也会随之发生改变,柴油密度增加会降低燃料热值,导致燃料燃烧不完全。由此分析可知,柴油机单耗增加的主要诱因就是柴油密度的升高,燃油密度大小可直接影响燃油单耗,建议相关部门控制所采购燃油的密度,进而降低燃油单耗。3.3.2芳香烃含量不同的烃类,由于密度不同,其粘度也不同。如果燃料的粘度高,则喷射角就越小,导致液滴大,雾化效果较差,燃料燃烧不完全。对于烷烃、环烷烃、芳香烃而言,烷烃的密度0.6260-0.7731kg/cm3,环烷烃的密度0.719-0.658kg/cm3,芳香烃的密度为0.8765-0.9281kg/cm3。由此可以看出,烷烃、环烷烃是较轻组分,粘度较小,芳香烃是较重组分,粘度较大。所以,烷烃的燃烧完全程度最好,芳香烃最差。因此,柴油中芳香烃的含量不易过多,因为它的燃烧性能较差。3.3.3十六烷值柴油的十六烷值是代表柴油在发动机中燃烧性能的一个约定量值,它影响着整个燃烧过程。十六烷值在一定程度上还影响柴油燃烧的平稳性。使用十六烷值高的柴油,柴油机燃烧均匀,热功效率高,发动机工作稳定,对提高发动机的功率,节省燃料有很大的实际意义;但值得注意的是,十六烷值并非越高越好。对十六烷值的要求取决于发动机的设计,特别是发动机的转数及负荷变化大小,启动情况和环境温度等因素。要保证柴油的均匀燃烧和不致使消耗量不必要的增大,我们必须选取适宜的十六烷值。

4我国铁路车用柴油现状研究

4.1以怀柔机务段柴油品质为例[2]以我国北方铁路机车为基础进行研究,对机车组主要车用柴油品质进行追踪调查,调查时间为一年,具体分析结果如图1-5。分析结果表明,北方地区柴油与我国轻柴油的总体物理化学指标相符,初馏点分别为50%、90%、95%;馏程分别为180℃、230℃、320℃、340℃,柴油密度在0.83~0.84g/cm3,十六烷值在45~55之间;十六烷值随密度和馏程的变化情况与柴油总体变化趋势一致。因此,在对我国柴油品质调查的基础上,可确定铁路车用柴油的理化性质,这对通过调整柴油品质来实现铁路节能减排具有重要意义。

5我国柴油品质与世界燃油标准存在的差距

近年来,国内轻柴油中的硫含量有所降低,但与国外还存在较大差距;此外,国内轻柴油中的芳烃含量有升高趋势,且超过发达国家标准。而硫和芳烃含量对环境有着较大影响,因此可通过降低硫和芳烃的含量来控制车辆尾气排放,降低环境污染。与世界燃油协议标准相比,我国在燃油组分和有害物质含量等方面还存在一定差距。

6铁路车用柴油品质应达到的条件

(1)十六烷值要大于53,提高十六烷值可改善起动性能、降低油耗。(2)密度和粘度:15℃时密度0.82~0.85kg/L;40℃时粘度2-4rnm2/s。(3)芳香烃含量:总芳香烃含量低于25%,多芳香烃含量低于5%;(4)馏程:T90低于340℃或T95低于355℃;终馏点低于365℃。

参考文献

[1]张丽英.合理降低油品芳香烃含量的重要性.油气储运,2003,22(5):58-60.

[2]蒋鑫,蒋大明,任福民.我国铁路内燃机车用柴油的现状的研究.铁路采购与物流,2010,(2)

作者:燕艳 单位:广州市番禺环境科学研究所有限公司

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