【摘 要】为了填补现有旅游业领域有轨蒸汽动力小火车动力系统设计上的不足，提出了一种具有广泛适用性的复古有轨蒸汽小火车的节能环保动力系统。该蒸汽动力小火车动力系统可以使用种类更多的可燃物作为燃料，具有广泛适用性；节能系统充分利用封闭结构的反应炉结合燃烧室内负压设计实现燃料反应后产生的一氧化碳二次燃烧，实现热能效率使用最大化和污染物的零排放；同时利用水箱的水循环系统，充分实现热能利用，进一步达到了节能降耗的功能。
【关键词】蒸汽小火车；动力系统；结构设计；节能；环保
中图分类号：TU318 文献标识码： A 文章编号： 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
隨着我国经济快速发展和国家服务型产业大发展战略举措推进下，旅游业的发展进入了一个全新发展的时代。目前，我国城乡居民收入不断提高、闲暇时间生活品质需求不断增加，旅游消费进入一个快速发展的新阶段。我国已经成为世界上继美国、西班牙、法国之后的第四大入境旅游接待国、亚洲最大的出境旅游客源国，正在形成世界上最大的国内旅游市场。全国许多地方都把旅游业作为经济发展的重要支柱产业或优势产业，如江苏省浙江省以及西南的四川省等等都提出建设"旅游大省"、"旅游强省"的发展目标，各省旅游经济产值也不断增长，竞争局面越来越激烈，旅游业已经全面融入国家战略体系，成为国民经济战略性支柱产业。但目前也面临不少挑战，比如旅游基础设施和公共服务明显滞后，补短板任务艰巨，在这样的大背景下，提升特色旅游竞争力和保护环境及节约能源已成为旅游景点不容忽视的重大课题。自1876年我国第一条营业性铁路建成至今，已经有120多年的发展史，素有"万国蒸汽机车博物馆"之称。建国以来蒸汽机车在我国走过了五十多年的光辉历程，以各种形式和故事存在于几代人的记忆里。随着蒸汽机车的淘汰，世界上越来越难以看到真实的蒸汽机车了，蒸汽火车怀旧游是一种旅游方式[1-2]，目前市面上的复古有轨蒸汽动力火车，基本都是直接烧煤和木炭类的，与当下国家提倡的节能环保、绿色旅游不符；或者采用传统动力系统，存在设备老化，运营安全隐患等现实问题[3]。为了填补现有蒸汽动力小火车的动力在节能环保方面的不足，设计研发了一款复古蒸汽小火车环保节能型动力系统，从而更好的保护环境、节约资源。该复古蒸汽小火车环保节能型动力系统包括：水箱机构；反应炉机构；风机机构；水汽排放机构；烟气干燥过滤机构；输送管道机构；配电箱机构以及红外燃烧机构等。
1 环保节能系统
该节能系统燃烧反应系统从反应炉内反应开始，主体机构包括：炉盖、炉体、炉盘、排渣阀。首先将一些能燃烧的燃燃烧物放进反应炉，并填满反应炉。然后通过反应炉的排渣阀或炉体上方的开口引燃反应炉内的燃烧物，关上排渣阀，打开风机，风机运行状态是往外吸取状态，反应炉上方的炉盖是设有圆形开口的，保证炉体内的燃烧物是与大气相通的，有助于氧气进入到反应炉内。燃烧物在反应炉内通过燃烧反应会产生烟气，烟气主要成分是一氧化碳气体，是可以燃烧的一种气体，通过风机的抽吸，烟气经过水汽凝结机构，烟气接触腔体后，水汽通过接触腔体壁后会顺着圆形筒壁流下来，通过开启排放球阀可以排放出过滤的水汽。烟气经过水汽凝结机构后，通过快装接头和连接管道进入到烟气干燥过滤机构，在烟气干燥过滤筒体内设有过滤网和滤芯填充物，填充物为一些干燥粉末状的锯屑或花生壳等生物体材料，当烟气通过过滤网时，干燥的锯屑或花生壳等物能有效的吸收烟气中的水分。筒体下方设有排放阀，一些多余的水分可以通过排放阀排出，经过过滤后的烟气更干燥、干净（低烟尘）、易燃，能够实现气体的充分燃烧。通过输送管道直接将经过多重过滤的气体输送到火车锅炉的燃烧室内，输送管道安装有流量控制阀，流量控制阀一侧设有红外燃烧器风门开关，风门开关一侧设有红外节能燃烧器，实现燃烧效率最大化。燃烧室内设有红外点火器，烟气通过红外点火器点燃，在燃烧室内燃烧并加热锅炉，使锅炉产生蒸汽来驱动火车。火车在行驶过程中，会产生一种负压让燃烧室内的气体燃烧的更旺盛，充分燃烧。在节能动力系统中还安装有以蓄电池为储能方式的电箱，以实现对节能动力系统的控制系统供电。经上述机构组合形成一套复古蒸汽小火车环保节能型动力系统，具体设计结构可以参见图1。
2 环保节能辅助系统
2.1 超低热损耗温水及锅炉注水系统
该反应炉机构、风机机构、水汽排放机构及烟气排放机构都是设置在水箱内腔内。水箱内腔装满水，反应炉在燃烧工作中会产生高温，通过水箱内的水可以达到降温作用。同时，水箱内的水经过反应炉长时间的加热，水温也会升高。经过加温的水直接通过泵注入到锅炉内，不会导致锅炉内的水温下降明显，影响锅炉蒸汽的产生量，造成蒸汽压力下降，致使火车汽机动力不足，影响行车速度，能很充分的利用反应炉的热能，达到超低热能损耗和热能利用，同时延长了反应炉是使用寿命。
2.2 蒸汽动能及负压增氧助燃系统
通过蒸汽小火车锅炉的燃烧，蒸汽达到一定压力驱动汽机带动整车行走后，通过汽机的排气管道，向烟囱外排气，在整个排气过程中，由于锅炉燃烧室、烟道及烟室都是一个密封状态，只有烟囱一个排放口，在通过汽机排气管道向外排放时，锅炉燃烧室内会产生一股通过烟道向外烟囱外吸的负压，使燃烧室内的氧气更充分，使燃烧室内燃烧的更加旺盛。由于上述环保节能型系统到烟囱出口的整个系统管道形成一个循环式的密封管道，通过汽机排气产生的向外吸取的负压也会对环保节能型系统整个管道起到作用，向燃烧室方向形成负压状态，此时风机就可以减小功率工作节约电能，具体设计机构如图2所示。
3 结语
本技术方案所设计的蒸汽小火车节能环保动力系统，具有以下技术效果：
（1）可以使用种类更多的可燃物作为燃料，燃烧也会更充分，相对锅炉内直接烧煤或碳，节能应用领域更广泛；
（2）在燃料燃烧过程中，通过反应炉的燃烧反应后产生一氧化碳气体，通过与空气中氧气燃烧，产生的是热源和水蒸气，无其他有害气体及烟尘产生，为此实现了环保功能；
（3）通过水箱内的水实现炉体降温，反过来又能加热水箱内的水，充分实现热能利用，达到了节能降耗的功能；整個系统都是封闭结构，烟气再通过管道输送到锅炉燃烧室内，能燃烧更充分，从而更好地节约了能源。
【参考文献】
[1]史永海.关于建设秦岭旅游小火车的建议[J].陕西发展和改革，2015（1）：33-33.
[2]邵革军.旅游目的地的竞争力评价及其应用研究[D].西南交通大学，2015.
[3]刘强.基于模糊理论的嘉阳小火车运营安全风险评价研究[D].西南交通大学，2016.