Концепция применения природного газа на тепловозах

Проблема снабжения тепловозов топливом и пути ее решения

В 2003 году отмечалось 200-летие создания первого паровоза, разработанного английским инженером Р. Тревитиком. И уже более ста лет тому назад были предприняты практические попытки перевода железнодорожного транспорта на газ. В 1894 году в немецком городе Дессау, а затем в 1895 году в пригороде Парижа Сен-Дени были проведены успешные испытания трамвая, использовавшего в качестве моторного топлива светильный газ (рис. 1.8.).

Рис. 1.8. Газовый трамвай

Во французском эксперименте трамвай выполнял перевозки по маршруту, привязанному к заводу фирмы «Ланди». Светильный газ, получаемый на этом заводе, хранился в баллоне под давлением примерно 10 атмосфер [4].

Перевод тепловозного парка железных дорог на альтернативные виды топлива – это задача, продиктованная неблагоприятными последствиями применения нефтяных топлив для всего общества в целом (см. табл. 1.1.).

Железнодорожный транспорт является одним из крупнейших потребителей нефтяного топлива в стране. На осуществление тяги поездов тепловозами расходуется около трёх млн. тонн дизельного топлива в год. При сохраняющейся тенденции увеличения грузопотоков, прогнозируется возрастание этих расходов до пяти млн. тонн в год, поэтому ожидается рост объемов нефтепереработки.

Растет и цена нефти, которая в современных условиях зависит от рынка (рис. 1.9.).

Рис. 1.9. Динамика мировых цен на нефть 1970–2002 гг.

Указанные обстоятельства ставят перед железнодорожным транспортом задачу обеспечения устойчивого снабжения тепловозов моторным топливом и снижение расходов на его приобретение.

Эта задача может решаться в двух направлениях:

– сокращение объемов потребления дизельного топлива за счет повышения топливной экономичности тепловозных силовых установок;

– за счет его замещения менее дефицитным и более дешевым альтернативным топливом.

Анализ показывает, что повышение эксплуатационной топливной экономичности тепловозов за счет совершенствования дизелей, внедрения компьютерных систем их управления, снижение мощности вспомогательных агрегатов и ряда других мероприятий, возможно в пределах 10…15%.

Повышение выработки дизельного топлива возможно за счет расширения его фракционного состава (прибавления тяжелых фракций) или увеличения качества переработки нефти. Однако, эта задача не решается нефтеперерабатывающей промышленностью, а для тепловозов применение такого топлива связано со снижением энергоресурса двигателей и затратами на их дооборудование и эксплуатацию.

Из альтернативных топлив, по которым ведутся работы в стране и за рубежом, можно рассматривать синтетические топлива, получаемые из угля, сланцев, природного газа и других материалов. К таким топливам относятся, например, метанол и диметиловый эфир (СН3-О-СН3). Диметиловый эфир обладает хорошими моторными и экологическими свойствами и может быть получен в процессе производства метанола. Однако в стране имеются или создаются только опытные установки по производству синтетических топлив и существующие технологические процессы их получения пока экономически не выгодны, так как требуют больших затрат энергии.

Наиболее готовым для применения на тепловозах является природный газ (метан). Более того, энергетические и физические характеристики природного газа – повышенная по сравнению с дизельным топливом на ~ 10% массовая калорийность, улучшенные в 1,5 – 2,0 раза экологические качества (см. табл. 1.5.), увеличение срока работы смазочного масла на 30 – 40% – позволяют получить более высокие экономические, экологические и ресурсные показатели работы газодизельных локомотивов.