Способ получения избыточного давления газа в вертикальном канале и устройство для его осуществления
Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для удаления воздуха, промышленных газов в атмосферу и выработки дополнительной механической энергии. Технический результат заключается в повышении избыточного давления газа в вертикальном канале и усилении тяги. Способ получения избыточного давления газа в вертикальном канале, заключается в подаче газа в газоотводящий канал с его увлажнением и нагреванием газа в основании газоотводящего канала с последующим подогревом отраженным тепловым потоком по всей высоте канала. Устройство для получения избыточного давления газа в вертикальном канале содержит несущий корпус с газоотводящим каналом, источник теплового излучения и увлажнитель, причем нижняя часть газоотводящего канала снабжена газоходом, выполненным с возможностью регулирования подачи газа, внутренняя поверхность газоотводящего канала выполнена гофрированной или волнистой формы из теплоотражающего материала, а над устьем несущего корпуса установлен отражатель. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для удаления воздуха, промышленных газов в атмосферу и выработки дополнительной механической энергии.
Известны способы удаления промышленных газов, как правило, продуктов сжигания топлива с помощью вертикального канала (трубы), при котором нагретый газ поднимается вверх за счет разрежения, создаваемого разностью температур газа в канале и температуры окружающей среды.
Недостатком данных способов удаления промышленных газов является то, что они распространяются только лишь на продукты сжигания топлива различного происхождения.
Известно устройство для усиления тяги при отводе дымовых и промышленных газов в атмосферу, например, с помощью эжекторов. При этом способе используется энергия струи пара, которая создает разрежение в системе и за счет этого происходит высасывание газа из системы [Патент RU №2203453, F 23 L 17/00].
Недостатком указанного устройства являются высокие затраты на его эксплуатацию, заключающиеся в выработке высокотемпературного пара и обслуживание систем под высоким давлением.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сути является способ нейтрализации и очистки загрязненного атмосферного воздуха, заключающийся в создании естественной тяги, за счет разности высот в газоотводящем стволе, усилении тяги нагреванием и очистке удаляемого воздуха, в том числе путем орошения [Патент RU №2105929, A 23 J 11/00, 02.12.1993].
Недостатком известного способа является недостаточно эффективная работа газоотводящего ствола из-за частичного вытеснения отводимого воздуха, а также его охлаждения на выходе из трубы по сравнению с температурой воздуха в основании трубы. Уменьшение величины разности температур газа и окружающей среды прямо пропорционально уменьшает величину геометрического напора.
Устройством для осуществления указанного способа является вытяжное газоочистное устройство, содержащее эластичный газоотводящий ствол в виде двух герметичных цилиндрических оболочек, подогреватель в виде горелок, в котором сжигается, например, жидкое топливо, ороситель в виде форсунок, диспергирующих жидкость [Патент RU №2105929, A 23 J 11/00, 02.12.1993].
Недостатком известного устройства является расположение подогревателя на расстоянии от газоотводящего ствола.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности работы вертикального канала.
Технический результат заключается в повышении избыточного давления газа в вертикальном канале и усилении тяги.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения избыточного давления газа в вертикальном канале, включающем подачу газа в газоотводящий канал с его нагреванием и увлажнением, согласно изобретению газ нагревают в основании газоотводящего канала с последующим подогревом его отраженным тепловым потоком по всей высоте канала.
Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для получения избыточного давления газа в вертикальном канале, содержащем несущий корпус с газоотводящим каналом, источник теплового излучения и увлажнитель, согласно изобретению нижняя часть газоотводящего канала снабжена газоходом, выполненным с возможностью регулирования подачи газа, внутренняя поверхность газоотводящего канала выполнена гофрированной или волнистой формы из теплоотражающего материала, а над устьем несущего корпуса установлен отражатель.
Сущность заявленного технического решения заключается в том, что в способе получения избыточного давления газа в вертикальном канале, интенсивное нагревание потока газа или воздуха, поступившего по газоходу через регулирующую задвижку, происходит путем лучистого теплообмена над источником теплового излучения, расположенным в основании газоотводящего канала. В результате, из-за разности плотностей нагретого воздуха и окружающей среды, увеличивается разрежение. Предварительное увлажнение газа при его движении по газоходу до максимально возможного значения при данной температуре, интенсифицирует лучистый теплообмен в канале. При движении вверх по каналу газ не остывает. Движущийся по каналу газ поглощает не только тепловое излучение источника, но и отраженный тепловой поток, создаваемый внутренним покрытием канала гофрированной или волнистой формы и внутренней поверхностью отражателя, выполненными из теплоотражающего материала. Эти поверхности не дают тепловым волнам покидать установку, одновременно выполняя функцию теплоизолятора, при этом отражатель и внутреннее покрытие газоотводящего канала практически не нагреваются. Дополнительный нагрев газа отраженным тепловым потоком во время движения газа по вертикальному каналу, разгоняет газ и создает разрежение до регулирующей задвижки газохода.
Способ получения избыточного давления газа в вертикальном канале может быть реализован как с промышленным нагретым газом, при этом он дополнительно нагревается, так и с атмосферным воздухом. В случае удаления воздуха площадка воздухозабора может быть окрашена в черный цвет для увеличения температуры всасываемого воздуха в светлое время суток.
Сущность заявленного технического решения заключается в том, что в устройстве снабжение газоходом нижней части газоотводящего канала позволяет направленно подавать газ в газоотводящий канал, регулируя подачу газа, что влияет на температуру нагрева газа и степень разрежения в газоотоводящем канале. Возможность увлажнения газа при прохождении по газоходу интенсифицирует лучистый теплообмен. Источник теплового излучения, расположенный в основании газоотводящего канала, позволяет интенсивно нагревать подаваемый газ, уменьшая эксплуатационные расходы при создании разрежения. Выполнение внутренней поверхности газоотводящего канала гофрированной, волнистой формы из теплоотражающего материала увеличивает поверхность лучистого теплообмена. Установка отражателя на выходе из газоотоводящего канала перекрывает лучистый тепловой поток, при минимальном влиянии на величину сопротивления выходящему газу.
Устройство для осуществления способа представлено на чертеже, где 1 - несущий корпус, 2 - газоотводящий канал, 3 - источник теплового излучения, 4 - отражатель, 5 - опоры отражателя, 6 - газоход, 7 - задвижка регулирующая, 8 - увлажнитель, 9 - вентилятор.
Способ получения избыточного давления газа в вертикальном канале при помощи устройства реализован на примере удаления воздуха. Воздух поступает по газоходу 6 с температурой, например, 10°С. Объемы удаляемого воздуха регулируют задвижкой 7, установленной в газоходе, что влияет на температуру нагрева удаляемого воздуха. При движении по газоходу воздух увлажняют распыляемой из увлажнителя 8 водой, затем нагревают в основании канала над источником теплового излучения 3 в среднем до температуры 50°. При дальнейшем движении по газоотводящему каналу 2 вверх температура воздуха не снижается, а с учетом подогрева отраженным тепловым потоком, создаваемым внутренней поверхностью газоотводящего канала 2 и отражателем 4, температура воздуха в устье газоотводящего канала 2 составит примерно 55°. Разрежение или избыточное давление газа, создаваемое в канале, будет равно 37 Па. Величина получаемого в устройстве разрежения зависит от высоты и диаметра вертикального канала, тепловой мощности источника теплового излучения, отражательной способности внутренних поверхностей, исходной температуры газа или воздуха
Пример конкретного выполнения устройства. Несущий корпус 1 выполнен из кирпича высотой 25 м с вертикальным газоотводящим каналом 2 в виде усеченного конуса (форма корпуса может быть иной), при этом внутренний диаметр основания равен 4 м, а внутренний диаметр устья канала равен 3 м. В нижней части корпуса 1 размещен газоход 6 диаметром 0,3 м и длиной 10 м с регулирующей задвижкой 7. В основании газоотводящего канала 2 расположен источник теплового излучения 3, который может быть электрическим или факельного типа, в последнем случае воздух для сгорания топлива поступает через патрубок с дросселем для регулирования факела (не показан), расход топлива при факельном выполнении составляет 0,0005 м3/с. В газоходе 6 расположен увлажнитель 8 в виде форсунки, в которую подается под давлением вода. В случае использования вертикального канала для выработки энергии за счет избыточного давления в газоход 6 устанавливается съемный вентилятор или турбина 9 для передачи вращательного движения, например, на генератор (не показан). Внутренняя поверхность газоотводящего канала 2 выполнена из полированной гофрированной или волнистой формы алюминиевой фольги. На устье несущего корпуса расположен отражатель 4, установленный на опорах 5, внутренняя поверхность которого также выполнена из полированной алюминиевой фольги. Для сохранения отражательной способности внутренние поверхности газоотводящего канала 2 и отражателя 4 должны быть обработаны антистатиком во избежание налипания пыли, сажи. Высота опор отражателя выбирается таким образом, что бы он минимально влиял на величину сопротивления газу на выходе из канала. Величина получаемого разрежения, мощность установки и ее параметры рассчитываются индивидуально для каждого конкретного случая.
Полученное избыточное давление, создаваемое в вертикальном канале, можно использовать для выработки механической энергии при условии установки в газоходе съемного вентилятора или турбины 9 для передачи вращательного движения на генератор (не показан). При использовании вертикального канала для удаления воздуха или газа в атмосферу устройство 9 снимается.
1. Способ получения избыточного давления газа в вертикальном канале, включающий подачу газа в газоотводящий канал с его нагреванием и увлажнением, отличающийся тем, что нагревание газа осуществляют в основании газоотводящего канала с последующим подогревом отраженным тепловым потоком по всей высоте канала.
2. Устройство для получения избыточного давления газа в вертикальном канале, содержащее несущий корпус с газоотводящим каналом, источник теплового излучения и увлажнитель, отличающееся тем, что нижняя часть газоотводящего канала снабжена газоходом, выполненным с возможностью регулирования подачи газа, внутренняя поверхность газоотводящего канала выполнена гофрированной или волнистой формы из теплоотражающего материала, а над устьем несущего корпуса установлен отражатель.
