利用锅炉热源实施智能控制“燃油低烧”项目的效益评价

袁文忠，柴伟

(兰州铁路局计划统计处，甘肃 兰州 730000)

1 概述

根据《铁路节能技术政策》(铁计［1999］117号)“采用低标号柴油替代高标号柴油技术，降低燃料费用支出”的要求，铁路系统北方部分路局先后实施了利用电加热技术的“燃油低烧”改造工程，在冬季使用0#柴油代替高标号的 －10#或－20#柴油，以节约燃料费用的支出。

2008年兰州铁路局先后在嘉峪关、武威南、白银西、大武口四个燃油存储点进行了电加热“燃油低烧”改造工程。从实际使用效果来看，虽然与使用负号柴油相比成本有所节约，但由于油库加热设备功率高达295 kW，长期使用电能消耗较大，相应抵减了部分节约的费用，而且利用电加热柴油存在极大的安全隐患。为进一步挖掘“燃油低烧”的经济效益，降低安全风险，兰州铁路局经过充分调研和论证，研发了利用锅炉热源这种低运行成本的燃油低烧技术，并对管内兰州车辆修配段、迎水桥机务段油库实施了改造，较好地解决了燃油低烧的问题，达到了节约燃料成本的目的。该方法与电加热技术相比，使用效果更经济，使用过程更加安全可靠，同时实现了智能控制。

2 低烧原理及工艺流程

2.1 低烧原理

“燃油低烧”就是在冬季气温较低的环境下，内燃机车和客车发电车应使用负号柴油而通过技术措施或手段来达到使用0#柴油，其目的就是节省负号柴油与0#柴油之间的价格差，减少使用成本。利用锅炉热源(蒸汽或热水)的热交换器，提高柴油温度，解决冬季低温天气使用 0#柴油在“卸、贮、上、用”四个环节上冷凝的问题，使其保持良好的流动特性，达到正常使用要求。

根据0#柴油的冷凝点为4℃、－10#柴油和－20#柴油的冷凝点分别为－5℃和－14℃，闪点为65℃的特性，要想实现燃油低烧，就要相应地保持柴油的温度在其冷凝点之上，而要确保安全，防止柴油燃烧或爆炸等隐患，又要确保其温度低于闪点，经过分析判断，内燃机车和客车发电车柴油温度应维持在10℃左右，油罐内的柴油维持在45℃左右，则既能实现低烧，又能确保安全。

设计方案确定为用133℃、0.2 MPa及以上的饱和蒸汽，通过一级换热器，将常温水换热至110℃、0.2 MPa的饱和热水;再用热水，通过二级换热器，将温度较低的柴油加热至45℃左右，实现提高油温的目的。对热水锅炉，可直接利用锅炉热水与柴油进行换热，同样可实现将柴油加热的技术要求，而且可以节省一级换热器，减少部分投资。图1为迎水桥机务段油库加热控制系统原理。图2为控制系统设备平面图。

图1 迎水桥机务段迎水桥油库加热控制系统原理图

2.2 工艺流程

该系统主要有三个功能，就是利用加热后的柴油，完成卸油、上油和储油罐柴油保温作业。

2.2.1 卸油:将油库柴油抽出，经换热器加热后注入到已结蜡的待卸油罐车中，熔化结蜡柴油，完成卸油作业。

2.2.2 上油:将油罐柴油抽出，经换热器加热到设定温度后，注入汽车油罐内，保证汽车罐车在到达上油点前，柴油不会在途中析蜡，完成域外加油作业。

2.2.3 保温:将油库柴油抽出，经换热器加热后返回油库储油罐并循环加热，使储油罐内柴油始终保持在不会结蜡的温度范围，完成储油罐保温作业。

本系统经过设定温度控制条件，油管路和热管路具有自动循环和启停功能。

3 主要设备及相关工程［1］

锅炉热源低烧改造除锅炉外，主要有管路系统和控制系统两大部分。管路系统包括油管路、水(汽)管路、换热设备、油(水)泵等，控制系统包括控制柜、工控机、电动阀、变频器以及温度、压力传感器等电器设备以及管路保温、设备仪器安装等工程。

3.1 主要设备

蒸汽或热水锅炉:就近利用现有锅炉设备及设施，为加热柴油提供热源。

图2 迎水桥机务段油库加热控制系统设备平面布置图

全焊板式换热器:主要由换热芯体和压紧板、外壳等组成，换热芯体是由换热板片周边交错组焊而成。外部有燃油进口、燃油出口，循环水进出口。

配电柜:为油库燃油低烧改造系统提供总电源和其它电气装置。包括变频器、油泵及水泵空气开关等。

控制柜:用于油库燃油低烧改造系统温度、压力、机车上油、汽车上油、罐车卸油等作业控制的核心装置，包括可编程控制器PLC、作业操作触摸屏以及自动报警仪器等。

触摸屏:为人机对话，设定条件或人工操作界面，配置为400 MHz CPU，128 Mb内存、16:9的10吋宽屏，65536色TFT LCD，分辨率800×480。

软件:软件分为工控软件和监控软件两部分。工控软件主要根据设定条件执行电机、油泵等设备的启动和停止;监控软件主要显示数据，如:油罐中油的液位、温度等数据和水泵和油泵的工作状态等。

3.2 相关工程

锅炉热源低烧改造项目除设备外，有大量的保温工程和相关的设备安装工程及机车车辆改造工程。保温工程主要有:机车车辆上的油管以及输油管路、油罐罐体、蒸汽(热水)管道、车辆等的保温。设备安装主要有:热交换器、电机以及油(水)泵、相关控制阀门、连接管道等的安装和软件调试等。机车车辆改造工程主要有:机车加装回油管路和客车发电车加装油管路预热系统等。

4 使用效果

安装调试后，在全自动控制状态下和手动状态下，分别进行了油罐保温加热、0#柴油解冻卸载、机车车辆加油试验。根据试验数据，油罐内53 t 5℃的0#柴油加温至20℃用时14 min、60 t 0#柴油解冻用时22 min、内燃机车加3 000 L 0#柴油用时9 min，完全能够满足使用要求，且操作简便、效果良好。目前已连续使用二个冬季低温期，尤其2010年11月至2011年3月份，兰州地区最低气温达到 －17℃、迎水桥地区最低气温达到－25℃，“燃油低烧”所有设备正常运行、状态良好。

5 投资效益分析

2009年兰州局投资440.8万元，实施利用锅炉热源的燃油低烧改造，其中240.8万元用于改造全局28辆空调发电车、200万元改造兰州车辆修配段和迎水桥机务段油库系统。2009年10该项工程完工，并经过试运行后，投入使用。

5.1 柴油消耗及成本

两个单位2009年11月至2010年3月的柴油使用情况见表1、2。

迎水桥机务段使用低烧燃油的数量为1 641t，相应的节约价值为99.95万元。

表1 迎水桥机务段柴油使用情况

表2 兰州车辆修配段发电车柴油使用情况

兰州车辆修配段使用低烧燃油的数量为2 562 t，相应的节约价值为199.6万元。

5.2 燃煤增加及成本

由于使用锅炉热源，相应要增加锅炉的燃煤消耗，经测算，2009年11月至2010年3月间，增加煤炭消耗1 037 t，价值39.4万元。

5.3 投资回收期计算

440.8 /(99.95+199.6－39.4)=1.69(a)

根据计算结果，不到二个使用周期就可以收回投资。回收期将随着能源价格的变动和柴油消耗量的增减会缩短或延长。

2010年11月至2011年3月，兰州车辆修配段实际消耗0#柴油 2 801 t，按0#柴油与 －20#柴油的平均差价720元计算，节省201.7万元;迎水桥机务段实际消耗 0#柴油 1 745 t，按0#柴油与－20#柴油的平均差价780元计算，节省136.1万元。合计节约298.4万元(201.7+136.1－39.4 =298.4)

6 结论

根据二个冬季低温期的使用情况，利用锅炉热源改造的“燃油低烧”项目良好地解决了冬季使用低标号柴油的技术难题，并避免了利用电加热存在的电能消耗过大且存在安全隐患的问题。投入运行以来，设备运转正常、安全可靠、效果良好;根据实际使用效果，不到二个使用周期就可以完全收回投资，经济效益突出，运行成本低。而且有如下优点:

(1)设计合理。经过系统设计，采取油罐“体外”加热，即单独设置换热间对柴油进行加热。一是便于施工，大部分施工在油库外进行，不对库内油罐直接改造加热，施工难度和风险小;二是便于检修，系统故障或定期检修时，减少了库内作业量，既方便，又安全。

(2)简单高效。板式换热器体积小、结构简单，换热效率高，实现了动态即时的加热。即冷介质一旦流经换热器即可瞬间被加热至所需温度。

(3)运行安全。采取两级换热器，实现柴油与锅炉的物理隔离，安全系数高。在设备运行中，可以随时监测油、水管路压力变化，防止了串液或渗漏问题。系统设计报警功能，若油、水管道压力或温度超过设定的安全值，系统会发出声光报警，强制停机。

(4)智能控制。系统分别设计了人工手动控制和自动控制。

人工控制状态:在锅炉房值班室安装声光告警装置或直接采用电话联系方式通知锅炉房值班人员开启或关闭蒸汽阀门。自动控制方式:利用水路启动循环或停止循环的水流量信号控制电动阀的开和关，从而实现蒸汽或热水的给、停控制;柴油加热可通过人机对话界面设定温控条件，实现热油循环泵自动启停。自动控制更加简便可靠。

7 建议

(1)加强联劳协作、密切配合。卸油、加热、上油作业系统性较强，涉及锅炉供热单位、用油单位、油罐车调度和推送作业等三家单位，各单位要分工协作、密切配合，才能良好地完成卸油、给气(水)加热、上油等一套作业程序。

(2)健全规章制度、严格操作。由于油库是防火防爆重点单位，作业工艺又需要各单位良好合作，为此要建立健全相应的规章制度，明确各相关单位的职责和分工，严格按操作规程作业，使各单位作业环节接点和时间按顺序推进;同时要加强管理、维护等工作，消除各种隐患，确保系统安全正常运行。

［1］ 兰州铁路局科研技术监督所.兰州铁路局燃油低烧改造实施方案设计［R］.2009.10.