16 октября 2016г.
Уборка снега является важной задачей для коммунальных служб любого города. Особенно острой эта проблема стала в последние годы, когда во многих городах за зимний период выпало количество осадков, превышающее нормативные значения. Так в Москве [1] это превышение в среднем составило 22%. Сильные снегопады приводят к аварийным ситуациям на дорогах, также необходимо отметить, что снег является накопителем различных загрязняющих веществ, причем в крупных городах загрязнение усиливается из-за выбросов автомобилей, заводов и ТЭС, работающих на органическом топливе.
В настоящее время для уборки снега используется, так называемый, «традиционный метод», который заключается в вывозе снега с городских территорий и накопление его в отвалах. Но при использовании данного метода снег не перестает накапливать вредные вещества, которые могут попасть в грунтовые воды.
В качестве альтернативы предлагается использование мобильных снегоплавильных установок с модульным источником тепловой энергии. Особенностью установки является то, что помимо плавления снега, она переводит полученную воду в пар, таким образом, отсутствует необходимость слива расплавленного снега в канализацию, но повышаются энергетические затраты на установку.
Для проектирования подобной установки
необходимо было определить количества тепла для перевода 1 килограмма снега в пар, для этого была построена
зависимость,
показанная на рисунке 1. Наибольшее количество тепла в данном случае расходуется на испарение воды.
Также необходимо было рассчитать
поверхности нагрева. Для удобства, а также для планирования модельного ряда установок были определены площади поверхностей
нагрева для плавления снега и для испарения воды в зависимости от объема снега,
который можно загрузить в установку – рисунок 2 и 3. Как видно из рисунка для испарения вод необходима площадь поверхности теплообмена, в несколько раз
превышающая площадь,
необходимую
для плавления снега.
На рисунке 4 показана снегоплавильная установка
для плавления и испарения 1 м3 снега. Наклон поверхности для
испарения
воды необходим для
чистки трубной системы.
На рисунке 4 обозначены: 1 – теплообменная поверхность для плавления снега, 2 –
теплообменная поверхность для испарения воды, 3 – отвод полученного пара, 4 – форсунки для смыва загрязнений с поверхности для испарения воды, 5 – отвод
грязной воды.
Загрузка снега производится в бункер над поверхностью (1), далее через зазоры
между поверхностью и бункером полученная вода стекает вниз на поверхность (2). После испарения полученный пар удаляется через газоход (3). Для очистки системы от
загрязнений (песок, мелкий мусор и т.д.) используются форсунки, которые распыляют
воду
по поверхности (2),
и далее загрязненная вода
удаляется через
слив
(5).
Греющей средой в поверхностях (1) и (2) служит горячая вода, получаемая в подключаемом модуле. В качестве данного модуля
выбран
водогрейный газовый котел, но может использоваться электрический
котел, котел на другом топливе (пеллеты, дрова и т.п.).
Стоит отметить, что нагреваемая среда имеет температуру близкую к 0°С, а значит греющий теплоноситель будет значительно охлаждаться в теплообменнике для таянья
снега (поверхность (1)). Использование традиционных котлов
для этих целей неизбежно приведет к конденсации паров воды на поверхностях нагрева в котельном агрегате, и как следствие – к интенсивной коррозии. В качестве подключаемого
модуля для снегоплавильной установки наиболее целесообразно использовать конденсационные
котлы. Данный вид оборудования лишен указанного недостатка, поверхности нагрева изготавливаются из коррозионностойких материалов. Максимальная эффективность
работы данных котлов достигается при температурах нагреваемого теплоносителя ниже 50°С.
Возможна также конструкция снегоплавильной установки, в которой будет исключена вода как промежуточный теплоноситель, тогда горючие газы от сжигания
топлива будут подаваться
напрямую к поверхностям
(1) и (2).
Дальнейшая разработка снегоплавильных установок должна идти в направлении повышения интенсификации теплообмена при испарении воды, что позволит
снизить площадь
поверхности (2),
габариты установки
и металлоёмкость конструкции.
Список литературы
1.
Итоги аномально теплой зимы в Москве /https://www.gismeteo.ru/news/klimat/13757-itogi-anomalno-teploy-zimy-v-moskve/
