Способ принудительного таяния снега и устройство для его осуществления

 

Область использования: городское хозяйство, транспортные и промышленные предприятия. Сущность изобретения: установка для принудительного таяния снега содержит ванну 1 приема и плавления снежной массы, устройство нагрева в виде погруженных горелок 5, насос 13 для забора воды из ванны и подачи ее через сопла 18 для полива снежной массы, приспособление для удаления воды из ванны 1. Ванна 1 имеет отсек 2 для погруженных горелок 5, отсек 3 для размещения в нем снежной массы. При реализации способа нагревают воду отсека 2 до температуры от 10 до 80°С и подают ее для полива снежной массы в отсек 3. Воду из отсека 2 могут забирать и для подачи ее в систему теплоснабжения. Воду из отсека 3 направляют в канализацию и/или очистные сооружения. Изобретение повышает эффективность производимых работ. 2 с. и 10 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области очистки дорог от снежной массы и льда и может быть использовано в городском хозяйстве, на транспортных и промышленных предприятиях.

Известен способ нагрева жидкости с помощью погруженных горелок (см. Авторское свидетельство СССР N 1020701, МПК E 01 H 5/10). Недостатками механического применения погружных горелок для принудительного таяния снега без учета особенностей процесса являются повышенный расход топлива, низкая производительность установок, реализующих указанный способ, значительный выброс вредных продуктов сгорания, сложность очистки от мусора.

Известен способ принудительного таяния снега с последующим удалением талой воды путем контактного нагрева продуктами сгорания воды до температуры в среднем 50^oC, получаемых в горелках погружного горения, работающих на жидком или газообразном топливе (см. Ридер К.Ф., Рочинский О.Г., Удовенко В.Е. "Погруженные газовые горелки для таяния снега", "Газовая промышленность", N 10, 1970 г.).

Недостатками данного аналога также является низкая эффективность, связанная с повышенными теплопотерями при испарении воды и удалении ее при достаточно высоких температурах, низкая производительность, сложность удаления мусора, высокое содержание вредных веществ в выбросах, а также узкий диапазон применения.

Наиболее близкими к предлагаемому способу и устройству являются способ и установка, описанные в патенте США N 5235762, МПК E 01 H 5/10.

Способ заключается в том, что заполняют водой ванну, нагревают воду продуктами сгорания жидкого или газообразного топлива, подают нагретую воду в зону подачи снежной массы для ее полива и удаляют воду из ванны при определенном ее уровне.

Установка для принудительного таяния содержит ванну для приема и плавления снежной массы, устройство нагрева расположенной в ванне воды продуктами сгорания жидкого или газообразного топлива, насос для забора воды из ванны и подачи ее через сопла для полива снежной массы и приспособление для удаления воды из ванны.

Недостатком известных способа и устройства является их низкая эффективность, обусловленная нерациональным расположением элементов установки, на которой реализуется известный способ, а также неудобство обслуживания и эксплуатации.

Технический результат, на достижение которого направлены изобретения, заключается в повышении эффективности способа и устройства за счет рационального распределения элементов и узлов установки.

Указанный результат достигается тем, что в способе, содержащем операции выше описанного прототипа, воду для полива отбирают из поверхностных слоев, нагретых от 10 до 80^oC, причем воду удаляют из ванны в канализацию и/или в очистное сооружение при температуре ее придонных слоев и/или в систему теплоснабжения при температуре поверхностных слоев. Кроме того, наиболее целесообразно воду нагревать горелками погружного типа, сжигая топливо при коэффициенте избытка воздуха выше 1,2.

Удаление воды в канализацию и/или очистное сооружение может осуществляться автоматически при достижении уровня воды сливного отверстия в ванне.

Для достижения технического результата в установке, содержащей ванну для приема и плавления снежной массы, устройство нагрева находящейся в ванне воды продуктами сгорания жидкого или газообразного топлива, насос для забора воды из ванны и подачи ее через сопла для полива снежной массы и приспособление для удаления воды из ванны, последняя разделена перфорированной перегородкой, которая может быть выполнена в виде сетки, на два отсека, один из которых выполнен с возможностью загрузки в него снежной массы, а в другом расположено устройство для нагрева воды, при этом всасывающий патрубок насоса расположен с возможностью забора воды из ее поверхностных слоев.

Нагнетательный патрубок насоса может быть соединен с трубопроводом, имеющим сопла и расположенным по периметру указанного одного отсека.

Ванна для осуществления удаления воды с температурой придонных слоев может быть выполнена с изолированным отсеком, сообщенным в нижней части с нижней частью одного отсека, причем в верхней части отсека выполнено сливное отверстие.

Для сбора мусора на дне ванны (в одном отсеке) могут быть установлены поддоны, а сама ванна (один ее отсек) может быть перекрыта решеткой, расположенной выше трубопровода с соплами.

Приспособление для удаления воды из ванны может включать в себя дополнительный насос, всасывающий патрубок которого выполнен с возможностью забора воды из ее поверхностных слоев, а нагнетательный патрубок может быть подсоединен к системе теплоснабжения.

Для нагрева воды целесообразно использовать горелки погружного типа.

Сущность предлагаемых изобретений поясняется чертежом.

На чертеже изображена схема установки для принудительного таяния снега, в которой реализуется предложенный способ. Установка включает в себя ванну 1 с отсеками 2 и 3, отделенными друг от друга сеткой 4. В отсеке 2 смонтированы погружные горелки 5, работающие, например, на дизельном топливе. В ванне 1 выделен изолированный отсек 6, сообщающийся с отсеком 3 отверстием 7 в нижней части ванны. В верхней части отсека 6 расположено отверстие 8, сообщающееся с очистными сооружениями 9 водостоком 10. В нижней части отсека 3 установлены поддоны 11 для сбора мусора, а сверху ванна закрыта приемной решеткой 12. В комплект установки входит насос 13 с приемным отверстием 14, всасывающий трубопровод (патрубок) 15 которого расположен с возможностью забора воды из верхних слоев талой воды, а нагнетательный 16 подключен к трубопроводу 17 с соплами 18, расположенному по периметру ванны с трех ее сторон, за исключением стороны, с которой размещен отсек 2 с погружными горелками 5. Трубопровод 17 размещен ниже решетки 12. Установка снабжена дополнительным насосом (на чертеже не показан), всасывающий трубопровод 19 которого подобно трубопроводу 15 расположен с возможностью забора воды из верхних слоев талой воды, а нагнетательный 20 подключен к системе теплоснабжения. Установка также включает бак 21 для дизельного топлива, топливный насос 22, топливопровод 23, воздуходувку 24 со всасывающим воздуховодом 25 и нагнетательным 26. Для розжига погружных горелок установка комплектуется газовыми баллонами 27 для сжиженных углеводородных газов с регулятором давления 28, газопроводом 29 и газовым запальником 30.

Способ осуществляется следующим образом. Вначале производят запуск установки в работу. Для этого отсек 3 ванны 1 заполняют снегом путем разгрузки самосвалов, нагруженных снегом, на приемную решетку 12. Снег, проваливаясь через ячейки решетки, после разгрузки определенного количества самосвалов заполняет отсек 3. На решетке остаются предметы, имеющие размеры больше размеров ячейки решетки 12.

Они удаляются оператором. Снег не поступает в отсек 2, так как задерживается сеткой 4. Далее отсек 2 заполняют, например, технической водой, и разжигают погружные горелки 5. Для этого пускают воздуходувку 24 и топливный насос 22. Одновременно зажигают газовый запальник 30. Топливо распыливается воздухом и поджигается от газового запальника. Продукты сгорания из камеры сжигания погружной горелки, пройдя через У-образные отводы, поступают под стакан и далее, выходя на расстоянии от поверхности примерно 600 мм, "пробулькивают" через воду, интенсивно нагревают вышестоящие слои воды. При горении погружных горелок возникает "холодное кипение" жидкости и колебательно-волновой процесс. Происходит активное таяние снега со стороны расположения горелок. Далее включают в работу насос 13, с помощью которого нагретые слои жидкости из зоны расположения погружных горелок поступают в нагнетательный трубопровод 17 и через сопла 18 направляется на снежные комья. Под динамическим напором струй комья, с одной стороны, транспортируются в зону интенсивного воздействия кипящего слоя жидкости от погружных горелок, с другой, под действием струй горячей воды, - снег интенсивно тает. Одновременно, таким образом происходит перемешивание жидкости по ее поверхности. После расплавления снега, находящегося в отсеке 3, установка работает в рабочем режиме: снег разгружается самосвалами в отсек 3, холодные придонные слои жидкости удаляются через отверстие 7, отсек 6 и сливное отверстие 8 в очистные сооружения 9.

Процесс горения в погружных горелках ведут при коэффициенте избытка воздуха выше 1,2. Это позволяет снизить температуру факела и тем самым снизить выброс окислов азота, интенсифицировать колебательно-волновой процесс и увеличить коэффициент теплопередачи от воды к снегу и, в то же время, общий КПД установки не снижается. Мусор, попадающий в ванну вместе со снегом, оседает в поддонах, которые время от времени извлекаются и очищаются.

При отсутствии снегопадов, летом, ранней осенью и поздней весной установку можно использовать как генератор горячей воды, что в ряде случаев может дать определенный экономический эффект по сравнению, например, с централизованным теплоснабжением. При этом решетка закрывается, например, деревянными щитами во избежание потерь тепла и воды от испарения.

Использование предложенного способа и установки, его реализующей, позволяет по сравнению с прототипом повысить КПД и производительность, снизить расход топлива, сократить выброс окислов азота и загрязнение вредными веществами и мусором стоки.

Эффективность таяния снега в предлагаемом способе намного выше, чем в известных решениях, и обеспечивается описанной выше совокупностью признаков. Объясняется это следующим: при попадании снежного кома в горячую воду он плавает по поверхности горячей воды, постепенно тая. Со стороны расположения погружных горелок идет интенсивное "холодное кипение" жидкости, связанное с барботажем продуктов сгорания, которое во много раз повышает коэффициент теплоотдачи от воды к снегу. Однако, с одной стороны, вокруг зоны таяния снежного кома возникает пристенный ламинарный слой холодной талой воды, уменьшающий температурный напор, а с другой, плавающий ком снега под действием волнового вектора сил, направленного от барботирующего выхода продуктов сгорания к периферии ванны, относится к краям ванны и там вследствие образования застойной зоны практически не тает.

При поливе снежной массы горячей водой от постороннего источника в месте соприкосновения струй со снегом последний интенсивно тает, однако чтобы растопить снег необходимо постоянно изменять направление струй, обильно поливая горячей водой снег по всей его поверхности. Для плавления снега необходима достаточно высокая температура воды и большой ее расход.

Струйный полив снега от поверхностных слоев воды в зоне работы погружных горелок позволяет интенсивно перемешивать воду, выравнивая температурное поле, разрушая пристенный ламинарный слой около кома снега, изменяет вектор движения комьев под действием динамического напора струи от периферии к зоне барботажа продуктов сгорания. В конечном итоге, коэффициент теплопередачи от воды к снегу возрастает многократно по сравнению с суммарным коэффициентом теплопередачи при таянии снега по признакам прототипа и признаку "полива горячей водой". Это позволяет снизить температурный напор при той же производительности или повысить производительность при том же температурном напоре. Интенсивное таяние снега происходит уже при температуре воды плюс 10^oC. Это - нижняя граница, определенная экспериментами на действующей опытно-промышленной установке. Верхний предел - плюс 80^oC определяется возможностью использования установки для нужд теплоснабжения. Известно, что для нужд горячего водоснабжения температуру горячей воды по санитарным требованиям поддерживают в диапазоне (60 - 65)^oC, а для использования в моечных машинах на автотранспорте до (70 - 75)^oC. С учетом тепловых потерь в теплообменнике выбрана верхняя величина температуры нагрева воды.

Промежуточные температуры нагрева устанавливают исходя из следующих противоречивых требований. С одной стороны, чем ниже температура воды, тем меньше расход топлива, уменьшена теплопотеря, в частности от испарения, но с другой стороны, в случае требования оперативной уборки снега, скорость таяния пропорциональна температурному напору. Для того чтобы удалять воду в очистные сооружения с наименьшей температурой, нагревают только верхние поверхностные слои воды путем установки оптимальной от поверхности воды глубины выхода продуктов сгорания. Поднимаясь вверх, они нагревают, в основном, вышележащие по отношению к выходу слои воды. Охлажденная вода в силу большей плотности опускается вниз и удаляется через изолированный отсек из установки через сливное отверстие, расположенное на уровне поверхности талой воды в ванне при температуре придонных слоев воды.

Формула изобретения

1. Способ принудительного таяния снега, заключающийся в том, что заполняют водой ванну, нагревают воду продуктами сгорания жидкого или газообразного топлива, подают нагретую воду в зону подачи снежной массы для ее полива и удаляют воду из ванны при определенном ее уровне, отличающийся тем, что воду для полива отбирают из поверхностных слоев, нагретых до температуры от 10 до 80^oC, причем воду удаляют из ванны в канализацию и/или в очистное сооружение при температуре ее придонных слоев и/или - в систему теплоснабжения при температуре поверхностных слоев.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду нагревают горелками погружного типа.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в канализацию и/или очистное сооружение воду удаляют через сливное отверстие в ванне, расположенное на уровне поверхности воды.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что сжигание топлива ведут при коэффициенте избытка выше 1,2.

5. Установка для принудительного таяния снега, содержащая ванну для приема и плавления снежной массы, устройство нагрева находящейся в ванне воды продуктами сгорания жидкого или газообразного топлива, насос для забора воды из ванны и подачи ее через сопла для полива снежной массы и приспособление для удаления воды из ванны, отличающаяся тем, что ванна разделена перфорированной перегородкой на два отсека, один из которых выполнен с возможностью загрузки в него снежной массы, а в другом расположено устройство для нагрева воды, при этом всасывающий патрубок насоса расположен с возможностью забора воды и ее поверхностных слоев.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что нагнетательный патрубок насоса соединен с трубопроводом, имеющим сопла и расположенным по периметру указанного одного отсека.

7. Установка по п.5 или 6, отличающаяся тем, что ванна выполнена с изолированным отсеком, сообщенным в нижней части с нижней частью одного отсека, причем в верхней части отсека выполнено сливное отверстие.

8. Установка по любому из пп.5 - 7, отличающаяся тем, что на дне ванны установлены поддоны для сбора мусора.

9. Установка по любому из пп.6 - 8, отличающаяся тем, что выше трубопровода с соплами установлена решетка.

10. Установка по любому из пп.5 - 9, отличающаяся тем, что приспособление для удаления воды из ванны включает в себя дополнительный насос, всасывающий патрубок которого выполнен с возможностью забора воды из ее поверхностных слоев, а нагнетательный патрубок подсоединен к системе теплоснабжения.

11. Установка по любому из пп.5 - 10, отличающаяся тем, что устройство нагрева находящейся в ванне воды включает в себя горелки погружного типа.

12. Установка по любому из пп.5 - 11, отличающаяся тем, что перфорированная перегородка выполнена в виде сетки.

РИСУНКИ

Рисунок 1