RU2173744C1

RU2173744C1 - Method and device for forced snow thawing

Info

Publication number: RU2173744C1
Application number: RU2000109081A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Гайстер; К.Ф. Ридер
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Экотеплогаз"
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2001-09-20

Abstract

FIELD: municipal services; transport and industrial enterprises. SUBSTANCE: device has bath 1 for intake and melting of snow mass; heating device made in the form of dipped burners 5, pump 13 for evacuating water from bath and discharging it through nozzles 18 for snow mass watering, device for water outlet from bath 1. Bath 1 has compartment 2 for dipped burners 5, and compartment 3 for holding snow mass. Method involves heating water in compartment 2 from 10 to 80 C and conveying it to compartment 3 for snow mass watering. Water may be also taken from compartment 2 and delivered to heat supply system. Water from compartment 3 is delivered to sewerage system and/or to sewage works. EFFECT: enhanced effectiveness. 12 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области очистки дорог от снежной массы и льда и может быть использовано в городском хозяйстве, на транспортных и промышленных предприятиях. The invention relates to the field of cleaning roads from snow mass and ice and can be used in municipal services, transport and industrial enterprises.

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. A known method of heating a liquid using immersed burners (see USSR Author's Certificate N 1020701, IPC E 01 H 5/10). The disadvantages of the mechanical use of submersible burners for forced snow melting without taking into account the process features are increased fuel consumption, low productivity of plants implementing this method, a significant emission of harmful combustion products, and the difficulty of cleaning up garbage.

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.).There is a method of forced snow melting, followed by removal of melt water by contact heating with water combustion products to an average temperature of 50 ^o C, obtained in submersible burners operating on liquid or gaseous fuels (see Reader K.F., Rochinsky O.G. , Udovenko VE "Submerged gas burners for melting snow", "Gas industry", N 10, 1970).

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. The disadvantages of this analogue are also low efficiency associated with increased heat loss during evaporation of water and its removal at sufficiently high temperatures, low productivity, difficulty in removing garbage, high content of harmful substances in emissions, as well as a narrow range of applications.

Наиболее близкими к предлагаемому способу и устройству являются способ и установка, описанные в патенте США N 5235762, МПК E 01 H 5/10. Closest to the proposed method and device are the method and installation described in US patent N 5235762, IPC 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. The method consists in filling a bath with water, heating water with liquid or gaseous fuel combustion products, supplying heated water to the snow mass supply zone for irrigation, and removing water from the bath at a certain level thereof.

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. The forced melting installation comprises a bath for receiving and melting snow mass, a device for heating water in the bath of liquid or gaseous fuel, a pump for taking water from the bath and supplying it through nozzles for irrigating the snow mass and a device for removing water from the bath.

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. A disadvantage of the known method and device is their low efficiency, due to the irrational arrangement of the elements of the installation on which the known method is implemented, as well as the inconvenience of maintenance and operation.

Технический результат, на достижение которого направлены изобретения, заключается в повышении эффективности способа и устройства за счет рационального распределения элементов и узлов установки. The technical result, to which the invention is directed, is to increase the efficiency of the method and device due to the rational distribution of elements and components of the installation.

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.The specified result is achieved by the fact that in the method containing the operations of the prototype described above, water for irrigation is taken from surface layers heated from 10 to 80 ^o C, and water is removed from the bath into the sewer and / or into the treatment plant at the temperature of its bottom layers and / or into the heat supply system at the temperature of the surface layers. In addition, it is most advisable to heat the water with submersible burners, burning fuel with a coefficient of excess air above 1.2.

Удаление воды в канализацию и/или очистное сооружение может осуществляться автоматически при достижении уровня воды сливного отверстия в ванне. The removal of water into the sewer and / or treatment plant can be carried out automatically when the water level reaches the drain hole in the bath.

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. To achieve a technical result in an installation containing a bath for receiving and melting snow mass, a device for heating the water in the bath with combustion products of liquid or gaseous fuel, a pump for taking water from the bath and supplying it through nozzles for irrigating the snow mass and a device for removing water from baths, the latter is divided by a perforated partition, which can be made in the form of a grid, into two compartments, one of which is made with the possibility of loading snow mass into it, and in the other there are devices for heating water, the pump suction pipe is arranged to take water from its surface layers.

Нагнетательный патрубок насоса может быть соединен с трубопроводом, имеющим сопла и расположенным по периметру указанного одного отсека. The discharge pipe of the pump can be connected to a pipe having nozzles and located around the perimeter of the specified one compartment.

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. A bath for removing water with a temperature of the bottom layers can be made with an insulated compartment communicated in the lower part with the lower part of one compartment, and a drain hole is made in the upper part of the compartment.

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. To collect garbage at the bottom of the bath (in one compartment), pallets can be installed, and the bath itself (one compartment) can be blocked by a grill located above the pipeline with nozzles.

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. The device for removing water from the bath may include an additional pump, the suction pipe of which is configured to draw water from its surface layers, and the discharge pipe can be connected to a heat supply system.

Для нагрева воды целесообразно использовать горелки погружного типа. To heat the water, it is advisable to use a submersible type burner.

Сущность предлагаемых изобретений поясняется чертежом. The essence of the invention is illustrated in the drawing.

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. The drawing shows a diagram of an installation for forced snow melting, which implements the proposed method. The installation includes a bath 1 with compartments 2 and 3, separated from each other by a grid 4. In the compartment 2, immersion burners 5 are mounted, for example, operating on diesel fuel. In the bath 1, an isolated compartment 6 is allocated, communicating with the compartment 3 by an opening 7 in the lower part of the bath. A hole 8 is located in the upper part of compartment 6, which communicates with the sewage treatment plant 9 by a drain 10. In the lower part of compartment 3 there are trays 11 for collecting garbage, and the bath is closed by a suction grate 12. The installation kit includes a pump 13 with a suction port 14, a suction pipe (pipe) 15 of which is located with the possibility of water intake from the upper layers of melt water, and discharge 16 is connected to a pipe 17 with nozzles 18 located along the perimeter of the bath from three of its sides, except for the side on which the compartment 2 s Submersible burners 5. The conduit 17 is situated below the grid 12. The installation is provided with an additional pump (not shown), the suction conduit 19 which, like duct 15 is disposed to intake water from the upper layers of the melt water and the discharge 20 is connected to the heating system. The installation also includes a tank 21 for diesel fuel, a fuel pump 22, a fuel pipe 23, a blower 24 with a suction duct 25 and a discharge 26. For ignition of submersible burners, the installation is completed with gas cylinders 27 for liquefied petroleum gases with a pressure regulator 28, a gas pipeline 29, and a gas pilot 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. The method is as follows. First, the installation is launched into operation. To do this, compartment 3 of the bathtub 1 is filled with snow by unloading dump trucks loaded with snow onto the receiving grate 12. Snow, falling through the grate cells, fills the compartment 3 after unloading a certain number of dump trucks. On the grate there are objects larger than the size of the grating 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. They are deleted by the operator. Snow does not enter compartment 2, because it is retained by the net 4. Further, compartment 2 is filled, for example, with technical water, and submersible burners are ignited 5. To do this, the blower 24 and the fuel pump 22 are started. At the same time, the gas igniter 30 is ignited. The fuel is sprayed with air and ignited from the gas igniter. The combustion products from the combustion chamber of the immersion burner, passing through the U-shaped bends, enter the glass and then, leaving at a distance of about 600 mm from the surface, “bubble” through the water, and the higher layers of water are intensively heated. When burning submersible burners, a "cold boiling" of the liquid and an oscillatory-wave process occur. There is an active melting of snow from the location of the burners. Next, a pump 13 is turned on, with the help of which heated layers of liquid from the zone of location of the submersible burners enter the discharge pipe 17 and are directed through the nozzles 18 to snowballs. Under the dynamic pressure of jets of clods, on the one hand, they are transported to the zone of intense exposure to a fluidized bed of liquid from immersion burners, on the other hand, under the influence of jets of hot water, the snow melts intensely. At the same time, in this way fluid is mixed along its surface. After the snow in compartment 3 is melted, the installation works in the operating mode: the snow is dumped by dump trucks into compartment 3, the cold bottom layers of liquid are removed through hole 7, compartment 6 and the drain hole 8 into the treatment plant 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. The combustion process in immersion burners is carried out with a coefficient of excess air above 1.2. This allows you to reduce the temperature of the flame and thereby reduce the emission of nitrogen oxides, intensify the vibrational-wave process and increase the coefficient of heat transfer from water to snow and, at the same time, the overall efficiency of the installation is not reduced. Trash falling into the bathtub along with snow settles in pallets, which are removed and cleaned from time to time.

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. In the absence of snowfall, in summer, early autumn and late spring, the installation can be used as a hot water generator, which in some cases can give a certain economic effect in comparison with, for example, centralized heat supply. In this case, the grate is closed, for example, with wooden shields to avoid heat and water losses from evaporation.

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. Using the proposed method and installation, which implements it, allows to increase efficiency and productivity, reduce fuel consumption, reduce the emission of nitrogen oxides and pollution by harmful substances and garbage compared to the prototype.

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. The efficiency of snow melting in the proposed method is much higher than in the known solutions, and is provided by the combination of features described above. This is explained by the following: when a snowball gets into hot water, it floats on the surface of hot water, gradually melting. From the side of the location of the immersion burners there is an intensive "cold boiling" of the liquid associated with the bubbling of the combustion products, which many times increases the heat transfer coefficient from water to snow. However, on the one hand, a wall laminar layer of cold melt water arises around the snowball melting zone, which reduces the temperature head, and, on the other hand, a floating snowball under the action of the wave vector of forces directed from the bubbling outlet of the combustion products to the periphery of the bath, refers to the edges of the bath and there, due to the formation of a stagnant zone, it practically does not melt.

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. When the snow mass is irrigated with hot water from an extraneous source at the place where the jets come in contact with the snow, the latter melts intensively, however, in order to melt the snow, it is necessary to constantly change the direction of the jets, abundantly pouring snow over the entire surface with hot water. To melt snow, a sufficiently high water temperature and a large flow rate are necessary.

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.Jet watering of snow from the surface layers of water in the zone of operation of submersible burners allows you to intensively mix water, equalizing the temperature field, destroying the wall laminar layer near a snowball, and changes the motion vector of the clods under the influence of the dynamic pressure of the jet from the periphery to the zone of bubbling of combustion products. Ultimately, the heat transfer coefficient from water to snow increases manyfold compared with the total heat transfer coefficient when snow melts on the basis of the prototype and the sign of "watering with hot water". This allows you to reduce the temperature head at the same performance or increase productivity at the same temperature head. Intensive snow melting occurs even at a water temperature of plus 10 ^o C. This is the lower limit determined by experiments on the existing pilot plant. The upper limit - plus 80 ^o C is determined by the possibility of using the installation for heating needs. It is known that for the needs of hot water supply, the temperature of hot water according to sanitary requirements is maintained in the range of (60 - 65) ^o C, and for use in washing machines in vehicles up to (70 - 75) ^o C. In view of the heat losses in the heat exchanger, the upper value is selected water heating temperature.

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. Intermediate heating temperatures are set based on the following conflicting requirements. On the one hand, the lower the water temperature, the lower the fuel consumption, heat loss, in particular from evaporation, is reduced, but on the other hand, in the case of the requirement for prompt snow removal, the melting speed is proportional to the temperature head. In order to remove water to treatment facilities with the lowest temperature, only the upper surface layers of water are heated by setting the depth of exit of combustion products that is optimal from the surface of the water. Rising up, they heat mainly the overlying layers of water in relation to the outlet. Due to its higher density, chilled water is lowered down and removed through the insulated compartment from the installation through a drain hole located at the surface of melt water in the bath at the temperature of the bottom layers of water.

Claims

1. The method of forced snow melting, which consists in filling a bath with water, heating water with liquid or gaseous fuel combustion products, supplying heated water to the snow mass supply zone for irrigation, and removing water from the bath at a certain level, characterized in that water for irrigation is taken from the surface layers heated to a temperature of from 10 to 80 ^o C, wherein water is removed from the bath into the sewer and / or a treatment facility at its bottom layers and / or - in the heating system at a temperature of surfaces s layers.

2. The method according to claim 1, characterized in that the water is heated by submersible type burners.

3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that in the sewer and / or treatment plant water is removed through a drain hole in the bath, located at the surface of the water.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the fuel is burned with an excess ratio above 1.2.

5. Installation for forced melting of snow, containing a bath for receiving and melting snow mass, a device for heating the water in the bath with combustion products of liquid or gaseous fuel, a pump for taking water from the bath and feeding it through nozzles for irrigation of snow mass and a device for removing water from a bath, characterized in that the bath is divided by a perforated partition into two compartments, one of which is made with the possibility of loading snow mass into it, and in the other there is a device for heating water, while vayuschy pump nozzle is disposed to intake water and its surface layers.

6. Installation according to claim 5, characterized in that the discharge pipe of the pump is connected to a pipeline having nozzles and located around the perimeter of the specified one compartment.

7. Installation according to claim 5 or 6, characterized in that the bathtub is made with an insulated compartment communicated in the lower part with the lower part of one compartment, and a drain hole is made in the upper part of the compartment.

8. Installation according to any one of paragraphs.5 to 7, characterized in that trash trays are installed at the bottom of the bath.

9. Installation according to any one of paragraphs.6 to 8, characterized in that a grid is installed above the pipeline with nozzles.

10. Installation according to any one of paragraphs.5 to 9, characterized in that the device for removing water from the bath includes an additional pump, the suction pipe of which is configured to draw water from its surface layers, and the discharge pipe is connected to a heat supply system.

11. Installation according to any one of paragraphs.5 to 10, characterized in that the device for heating the water in the bath includes a submersible type burner.

12. Installation according to any one of paragraphs.5 to 11, characterized in that the perforated partition is made in the form of a mesh.