Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Отечественные и зарубежные методы утилизации снега с дорожных покрытий, как мера защиты окружающей среды 9
1.1 Влияние антропогенных факторов на снежный покров и воду поверхностных источников .9
1.2 Теплоносители и сооружения, применяемые при утилизации снега с дорожных покрытий .12
1.3 Утилизация снега с дорожных покрытий в зарубежной практике .16
1.4 Современные методы утилизации снега, применяемые в России 18
ГЛАВА 2 Методика проектирования стационарных снегоплавильных пунктов
2.1 Оценка загрязнений снега, поступающего на снегоплавильные пункты 29
2.2 Влияние талых стоков на эффективность работы очистных сооружений систем водоотведения .33
2.3 Основные теоретические положения таяния снега за счёт тепловой энергии сточных вод 36
2.4 Экспериментальная оценка времени таяния снега на стационарном снегоплавильном пункте 43
ГЛАВА 3 Методика расчёта конструкционых энергетических параметров стационарных снегоплавильных пунктов .51
3.1 Кинетика талых вод и минеральных частиц в проточной части стационарного снегоплавильного пункта .51
3.2 Расчёт конструкционных параметров стационарного снегоплоплавильного пункта .53
3.3 Предложения по нормированию требований проектирования стационарных снегоплавильных пунктов систем водоотведения 56
ГЛАВА 4 Предложения по совершествованию конструкции стационарного снегоплавильного пункта .59
4.1 Анализ регламентируемых требований по выбору технологических схем и конструкций стационарных снегоплавильных пунктов .59
4.2 Предложения по совершенствованию конструкции стационарного снегоплавильного пункта 65
ГЛАВА 5 Оценка эффективности объектов плавления снежных масс с дорожных покрытий 71
5.1 Показатели эффективности сооружений систем водоотведения .71
5.2 Оценка эффективности применения стационарного снегоплавильного пункта предлагаемой конструкции 78
5.3 Оценка эффективности применения сжатого воздуха на объектах плавления снежных масс 81
Заключение .85
Список сокращений и условных обозначений .87
Список литературы 88
- Теплоносители и сооружения, применяемые при утилизации снега с дорожных покрытий
- Влияние талых стоков на эффективность работы очистных сооружений систем водоотведения
- Расчёт конструкционных параметров стационарного снегоплоплавильного пункта
- Предложения по совершенствованию конструкции стационарного снегоплавильного пункта
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Утилизация снежных масс с дорожных покрытий, которые по федеральному классификационному каталогу входят в список отходов от зимней уборки улиц, относится к перечню мероприятий по обеспечению экологической безопасности окружающей среды. Особую значимость тема переработки отходов от зимней уборки улиц приобретает в «Год экологии 2017», провозглашённого указом Президента Российской Федерации № 7 от 05 января 2016 г.
В России впервые в мировой практике был использован тепловой ресурс сточных вод для таяния снега и построены стационарные снегоплавильные пункты (ССП) на канализационных сетях. Накоплен уникальный опыт эксплуатации ССП, как сооружений систем водоотведения, и возникла необходимость разработки единых принципов и методов проектирования объектов, обеспечивающих их эффективность и надёжность, совершенствования технологии плавления снега за счёт тепловой энергии бытовых сточных вод.
Степень разработанности темы. Основные методы утилизации снежных масс, которые отражены в работах А.В. Никитина, В.Е. Корецкого, Е.И. Пупырева, послужили методологической основой для исследования направлений совершенствования технологий и конструкций объектов приёма, таяния снега с дорожных покрытий, очистки, подачи талых стоков на обезвреживание. Преемственность исследований соблюдалась при проведении экспериментов, моделировании процессов таяния снега, анализе статистических данных. Несмотря на актуальность рассматриваемой проблемы, решение таких задач как расчёт времени таяния снега, определение требуемого расхода теплоносителя при заданных технологических и энергетических параметрах ССП, ранее не принималось во внимание.
Цели и задачи работы. Целью работы являются разработка и научное обоснование технологии утилизации снежных масс на ССП системы водоотведения с учётом обеспечения его надёжности и эффективности работы в режиме непрерывной подачи и отвода сточных вод.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Выбрать оптимальную технологию утилизации снежных масс с
дорожных покрытий на ССП систем водоотведения;
2. Дать научное обоснование процесса таяния снега на ССП в условиях
непрерывного поступления и отвода сточных вод;
3. Определить время таяния снега с дорожных покрытий на ССП в условиях
непрерывной подачи и отвода сточных вод с заданными энергетическими
параметрами;
4. Разработать конструкцию ССП и технологию утилизации снега с
дорожных покрытий, которые обеспечат выполнение заданных функций при
экономии затрат на его строительство и эксплуатацию.
Объектом исследования являются ССП систем водоотведения по утилизации снежных масс, обеспечивающие защиту окружающей среды от зимних отходов с дорожных покрытий.
Предмет исследования - технология плавления снежных масс с использованием тепловой энергии бытовых сточных вод
Научная новизна работы:
обоснована теория плавления снега на ССП систем водоотведения в режиме непрерывной подачи и отвода сточных вод;
экспериментально подтверждены результаты оценки подачи сточных вод Q в зависимости от количества загрузки снежных масс G, времени таяния снега Тсм на ССП, с заданными конструкционными параметрами, в режиме непрерывного поступления и отвода теплоносителя, температура которого снижается на величину At о С;
обоснован диапазон температур, при которых осуществляется таяние снега в снегоприёмной камере ССП системы водоотведения за счёт энергии сточных вод;
установлено, что тепловая энергия сточных вод наиболее эффективно используется в процессе таяния снега, если её потенциал передаётся через дренажные каналы снежной загрузки, а не плотностные потоки жидкой среды.
Теоретическая значимость работы заключается в том, что выявленные закономерности процесса утилизации снежных масс за счёт тепловой энергии сточных вод могут быть использованы при оценке энергетических параметров ССП систем водоотведения в условиях непрерывной подачи снега и теплоносителя.
Практическая значимость работы.
1.Результаты исследования могут использоваться в практике проектирования ССП систем водоотведения, на которых сточные воды выполняют функцию теплоносителя.
-
Разработаны рекомендации по формированию нормативных требований проектирования ССП.
-
Результаты исследования позволяют учитывать закономерности процесса утилизации снежных масс при заданных конструкционных и энергетических параметрах ССП систем водоотведения.
-
Разработаны конструкция ССП и технология утилизации снежных масс, обеспечивающие выполнение заданных функций при минимальных приведенных затратах.
Методология и методы диссертационного исследования базируются на трудах отечественных и зарубежных учёных в области водоотведения, гидравлики, теплотехники, физики, отчётной документации по эксплуатации ССП, экспериментальных данных, обработанных с использованием математических и статистических методов.
Внедрение результатов исследований:
Предложения по оценке количества плавления снежных масс от расхода сточных вод, времени таяния снега и температуры теплоносителя, рекомендации по выбору конструкционных параметров ССП внедрены АО «Проектно-изыскательское научно-исследовательское бюро «ГИТЕСТ» в проекты ССП г. Тюмени, а организацией «Рэсэкострой» включены в пакет материалов по
формированию требований новой редакции СП 32.13330.2012 и практику проектирования ССП систем водоотведения. Положения, выносимые на защиту:
1. Теория плавления снега на ССП системы водоотведения при
непрерывном режиме подачи и отвода сточных вод;
2. Конструкция ССП системы водоотведения и технология утилизации
снежных масс, обеспечивающие надёжность и экономию затрат при его
строительстве и эксплуатации.
Апробация результатов.
Основные результаты диссертационного исследования докладывались на научно-технических конференциях НИУ МГСУ 2012, 2013, 2014 гг. и XVIII Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности» 2015 года.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в девяти работах, три из них опубликованы в научных журналах, входящих в перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание учёной степени кандидата наук, на соискание учёной степени доктора наук, одна работа опубликована в журнале, который включен в базу данных Scopus.
Личный вклад соискателя заключается в самостоятельном решении поставленных перед ним задач, анализе и обработке статистических данных, выполнении экспериментов, обосновании выводов, моделировании процессов, разработке методов расчёта энергетических и конструкционных параметров сооружений по утилизации снежных масс с использованием энергии бытовых сточных вод.
Степень достоверности обеспечена сопоставлением теоретических и практических результатов, а также проведением натурных и модельных испытаний ССП систем водоотведения. В работе использованы исследования, которые проводились при эксплуатации натурных объектов в период с 2010 по 2016 гг. в г. Москве, а также практический опыт инженеров АО «Мосводоканал».
Структура и объём диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы из 95 наименований и 4 приложений. Объём диссертации составляет 98 страниц машинописного текста (с учётом приложений 128 страниц), 35 рисунков, 10 таблиц в основном тексте, 11 таблиц и 1 рисунка в приложениях.
Теплоносители и сооружения, применяемые при утилизации снега с дорожных покрытий
Принятая формулировка совпадает с определением, которое было принято на Международном симпозиуме в Гааге в 1968 г. [16]. Так, например, определено вещество, близкое к нефтепродуктам - бензин, лабораторное определение которого не утверждено и очень расплывчато, поскольку он может быть этилированным и неэтилированным. Марки этилированного бензина - А-80, А-92, Аи-95 имеют разное содержание тетраэтилсвинца (1 класс опасности, сильно токсичен) от 0,2 до 0,75 мл на 1 л бензина, которого в водоёме не должно быть [16]. Тетраэтилсвинец нерастворим в воде, а растворим в органических растворителях (керосине, ацетоне), поэтому его удаление возможно только вместе с нефтепродуктами.
Все загрязнения, которые перечислены выше, перемешиваясь со снегом, образуют снежную массу. Исследования по утилизации снежных масс показали [10, 40, 61, 62, 64, 71, 72], что плотность природного снега может находиться в интервале 0,06-0,34 т/м3, а снега, убираемого с улиц города, - 0,3 -0,5 т/м3. Снежные массы, которые утилизируются на ССП, поступают со сточными водами на очистные сооружения, а далее в поверхностные водоёмы.
Традиционно [9, 42, 55, 75, 84] очистные сооружения городских систем водоотведения не рассчитываются на приём снега и загрязнений, находящихся в нём. В этой связи возникает необходимость пересмотра норм по оценке количества загрязнений и проектированию сооружений систем водоотведения.
Стационарные и передвижные снеготаялки стали применяться в России с середины ХIХ века [49]. Первая стационарная снеготаялка представляла собой бетонный резервуар, размещаемый в стороне от проезжей части. Теплоносители (пар, вода) подавались по трубам в нижнюю часть резервуара, а снег загружался ручным способом. Передвижные снеготаялки [38], которые монтировали на платформах железнодорожных вагонов, постоянно совершенствовали. В системах плавления снега использовали традиционные источники тепла: уголь, торф, древесное топливо. Начиная с 30-х годов прошлого столетия в России начали применять стационарные снеготаялки конструкции В.Г. Ефремова и Н.И. Горбунова с использованием газа, выходящего из дымовых труб котельных. Коэффициент полезного действия (КПД) таких снеготаялок достигал л = 0,77. Конструкции снеготаялок существенно не менялись, поскольку сохранялись традиции применения исследованных видов теплоносителей.
Традиционные источники тепла для таяния снега имеют свои плюсы и минусы. Применять их удобно, но не всегда экономически выгодно и безопасно для экологии. В последние десятилетия службы ЖКХ вели поиски новых и перспективных теплоносителей для утилизации снежных масс. Результаты работы в этом направлении показали [58, 59, 61, 62, 64, 65, 66], что наибольшим резервом тепловой мощности в мегаполюсах обладают сети хозяйственно-бытовой канализации. Широкое использование систем водоотведения для таяния снежных масс вполне перспективно и ограничивается лишь условиями местности, затрудняющими реализацию проектных решений.
В середине 1980-х гг. в г. Москве был разработан проект снегосплавного пункта на самотечном канализационном коллекторе. Параллельно основному коллектору прокладывалась байпасная линия с устройством на ней камеры, размером в плане 12 х 3 м и глубиной до 5 м. Камера перекрывалась стальными решётками, через которые снег продавливался с помощью бульдозера. В летний период байпасная линия отключалась от коллектора затворами и осуществлялась её очистка от загрязнений, которые накопились в камере. По данному проекту было построено 6 ССП, которые эксплуатировались до 2001 г.
Для плавления снега широко применялись и альтернативные источники тепла. В нашей стране и за рубежом созданы тепловые установки, которые вырабатывают энергию за счёт природных отходов. Так стала известна идея Н.Л. Егина [69] создания завода, перерабатывающего любые отходы, содержащие фракции углерода. Сырьем могут служить древесина, каменный уголь, коксовая крошка, автомобильные шины, отходы нефтяных и газодобывающих комплексов. На базе этой установки разработан комплекс «АИСТ-200» с более совершенной технологией переработки углеродсодержащих отходов (патент РФ, рег. № 2459144 от 01.02.2011). Установка «АИСТ-200» предназначена для экологически безопасной переработки углеродосодержащих отходов (бытовых и промышленных, резинотехнических изделий, пластика, угольных и нефтяных шламов), очистки от загрязнений земель, водоёмов, сточных вод, загрязненных розливами нефти и нефтепродуктов, с получением на выходе различных видов синтетического топлива и тепла, электроэнергии, технической и дистиллированной воды [69]. Принципиальная схема установки «АИСТ-200» представлена на рисунке 1.2.
Вырабатываемое комплексом синтетическое моторное топливо (СМТ) обладает рядом потребительских свойств, которые придают ему возможность вытеснить традиционное топливо, особенно в крупных мегаполисах. Установка компактна, мобильна и полностью автоматизирована. Путем окисления сырья на ней получают синтез-газ – смесь окиси углерода и водорода [69, 78].
Влияние талых стоков на эффективность работы очистных сооружений систем водоотведения
По отчётным данным эксплуатации очистных сооружений АО «Мосводоканал» в 2013–2015 гг. фактическое содержание песка в осадке первичных отстойников превышает в 1,5–2 раза пределы допустимости для нормальной работы сооружений, что указывает на неудовлетворительную работу песколовок и изменение частиц минеральных загрязнений. В 1940-х гг. на Кожуховской станции аэрации содержание песка в сточной воде было в пределах 242 г/м3, а в последние годы его количество достигло значений: 11,556,3 г/м3 [9]. Пагубное воздействие на работу сооружений биологической очистки сточных вод оказывают нефтепродукты, хлориды и противогололёдные реагенты. Зимой на Курьяновских очистных сооружениях фиксировали поступление сточных вод с содержанием нефтепродуктов в 2 раза превышающих соответствующие показатели летнего периода времени.
Увеличение загрязнений в сточных водах непосредственно связано со сбросом талых вод в систему водоотведения. Например, в январе 2016 г. в Москве утилизировалось до 560 тыс. м3 снега в стуки.
Как следует из приведённых данных, полная переработка дополнительных загрязнений требует изменения состава и мощностей очистных сооружений систем водоотведения. Чтобы минимизировать нагрузку на очистные сооружения по загрязнениям, а также материальные затраты на обеспечение их нормального функционирования, в Москве в 1996 г. вместо противогололёдных реагентов стали использовать гранитный щебень. [60]. Щебень экологически чистый материал, но и он сорбирует загрязнения с дорожных покрытий. Если не осуществлять его рециклинга, то использованный щебень приходится вывозить на полигоны ТБО как отход. Стоимость таких перевозок превышает 1300 руб./т и существенно снижает экономическую эффективность противогололёдных работ на дорогах. В 2008 г. АО «Мосводоканал» совместно с АО «МосводоканалНИИпроект» была реализована экспериментальная схема рециклинга гранитного щебня фракции 2–5 мм с привязкой к инженерным сетям и сооружениям снегоплавильных пунктов. Стали собирать с городских территорий мелкогравийный щебень, используемый в качестве противогололёдных средств, очищать и повторно использовать. Для очистки гранитного щебня использовался мобильный виброгрохот итальянской марки GMC-33. На нём загрязнённый щебень промывался оборотной водой с последующей очисткой на фильтрах. Проектная производительность мобильного виброгрохота составляет 25 т/ч. По расчётам специалистов технология рециклинга щебня должна была уменьшить цену щебня примерно на 15 %, а также решить экологические задачи по снижению загрязнений, вывозимых на полигоны ТБО. Поскольку при рециклинге щебня образовывались отходы, которые необходимо было также утилизировать на полигонах ТБО, в г. Москве в III квартале 2010 г. отказались от рециклинга гранитного щебня фракции 2–5 мм и вернулись к применению реагентов для борьбы с гололёдом.
В 2010 г. было использовано 150 тыс. т реагентов, в 2013 г. – 450 тыс. т [60]. В отличие от России страны ЕС, США, Канада с середины 1990-х отказались от технологии обработки дорог реагентами после образования льда, поскольку оптимальным способом борьбы с зимним гололёдом является предупреждение его возникновения путём комбинированного использования жидких и твёрдых противогололёдных материалов.
Формирование теории таяния снега определилось в последний период при исследовании процессов таяния ледников и снега на северном и южном полюсах Земли, в горах [73]. Благодаря своим изоляционным и радиационным свойствам снег увеличивает устойчивость окружающей атмосферы. По мнению геофизика Б. Вейнберга, снег не только важный, но и самый неисследованный вид ресурсов планеты. Ряд исследователей, испытывая трудности в объяснении реальных физических процессов таяния снега, вынуждены были обратиться к эмпирическим зависимостям между свойствами и количественными параметрами снега. Были разработаны математичекие модели плавления снега для открытых местностей с использованием атмосферной радиации, тепловой энергии солнца, передачи теплоты от грунта, строительных конструкций [33, 34, 36], сточных вод [21]. Схематизация процессов и эмпирические зависимости, применяемые в них, не позволяют использовать упомянутые модели для отображения таяния снежных масс за счёт энергии сточных вод. Объективные данные о сложных термодинамических и химических процессах в сточных водах отсутствуют, нет полной информации о свойствах снега. Термическое воздействие на снег осуществляется не при послойном контакте воды с пластинами кубиков льда [34], а за счёт заполнения пор и кристаллов льда водой. Вакахама показал [92], что при заполнении пор водой возникает ламинарный поток, представляющий собой эффективный механизм плавления снега. В снеге возможно расслоение снежных плёнок с различной плотностью. Но для воды они не оказывают существенного сопротивления. В тонкозернистом снеге возможна комбинация плёночного и капельного течения воды [47, 85, 88]. По мнению Гардела [87], в плёнках льда всегда присутствуют вертикальные каналы, через которые протекает вода в обход всем препятствиям. Передача теплоты снегу с помощью воды осуществляется эффективнее, чем при поверхностном воздействии на него воздуха или солнечных лучей. По результатам выполненного эксперимента соотношение интенсивностей таяния снега при воздействии воды и воздуха превышает 1:100 (таблицу 1 приложения 1). Это условие позволяет исключить рассмотрение воздушных потоков теплоты при исследовании процесса таяния снега на ССП за счёт энергии сточных вод. Сложный характер термодинамических и химических процессов, а также большое количество факторов, определяющих эти процессы в бытовых сточных водах, ограничивает разработку общей математической модели таяния снега на молекулярном уровне. Для оперативного использованиия результатов исследования в практике проектирования ССП требуются доступные методы.
В работе применяются методики для оценки параметров плавления твёрдых тел [25, 83] с допущениями, которые позволили использовать результаты эксплуатации ССП и экспериментальных данных плавления снега на моделях.
Расчёт конструкционных параметров стационарного снегоплоплавильного пункта
Ранее отмечалось, что объекты по утилизации снежных масс с дорожных покрытий не могут рассматриваться обособленно, без связи с окружающей средой, сооружениями и системами, с которыми они взаимодействуют. Снег с дорожных покрытий классифицируется как отход (IV класса опасности), а деятельность, связанная с обработкой, утилизацией, обезвреживанием и размещением подобных сред, подлежит лицензированию [19, 57]. Правила по проектированию объектов плавления снежных масс также необходимо систематизировать и регламентировать с учётом требований, предъявляемых к сооружениям систем водоотведения. Работы в этом направлении ведутся. В новой редакции строительных правил по канализации [75] отражены основные положения по проектированию ССП. Впервые в правилах [75] приводятся рекомендации об использовании стационарных снегоплавильных пунктов при канализационных сооружениях, что даёт основание подходить к их проектированию и строительству как к инженерным объектам. Кроме того, допущение п. 6.11.1 [75] о возможности размещения ССП на канализационных сооружениях позволяет при расчётах энергетических и конструкционных параметров использовать правила, которые разработаны и применяются десятилетиями для сооружений систем водоснабжения и водоотведения. На всех этапах проектирования допускается, что ССП является элементом системы водоотведения. Если снегоплавильный пункт не относить к элементу или сооружению системы водоотведения, тогда условия его функционирования и требования проектирования не могут нормироваться правилами [75]. Необходимость в классификации объектов для плавления льда и снега как канализационных сооружений заключается в том, что эти объекты не только используют тепловую энергию сточных вод, но и влияют на режим работы всех составляющих элементов системы водоотведения. Прямо или косвенно при отводе сточных вод на ССП меняются расходы воды на сопряженных участках трубопроводной сети, энергетические параметры насосных станций, нагрузки на очистных сооружениях по качеству и количеству воды и т.д. Уже сейчас, на начальной стадии эксплуатации ССП, при ненормируемом сбросе нефтепродуктов и химических веществ с талыми водами в канализацию ощущается изменение условий жизнедеятельности микрофлоры на биофильтрах и аэротенках городских очистных сооружений. Дождь и снег относятся к атмосферным осадкам, которые по количественным и качественным параметрам идентичны. Оба вида осадков собираются с дорожных покрытий, транспортируются и очищаются. Если объекты системы дождевых вод классифицируются как канализационные сооружения (см. п. 7 [75]), следовательно, и объекты утилизации снежных масс должны иметь аналогичный статус. Чтобы не возникали противоречия, на стадии проектирования объектов необходимо исключать избирательный подход не только при выборе терминов и принципов проектирования элементов системы водоотведения, но и методов их исследования. В этой связи предлагается в п. 6.11 [75] для объектов утилизации снежных масс записать: «Снегоплавильные сооружения».
Качество снегоплавильного сооружения, как и любого объекта в технике, должно иметь количественную оценку. Для этих целей принято [53] использовать показатели надежности [11, 15, 48]. Уровни надёжности объектов обосновываются различными методами. Для оценки надёжности стратегических объектов применяют экспертные методы.
Если уровень надёжности проектируемого объекта ниже установленного предела, то выбирают другой вариант его конструкции, состава оборудования. Например, песколовки резервируются (принимаются два параллельных коридора). При проектировании любого канализационного сооружения соблюдаются системный подход, единство общетехнических требований по их оптимизации. Аналогичный подход должен выполняться и при проектировании объектов утилизации снежных масс. Более подробно предложения по корректировке нормативных правил проектирования ССП приведены в таблице 3 приложения 1. Анализ статистических данных по эксплуатации ССП показал, что конструкционные параметры действующих объектов утилизации снежных масс существенно превышают оптимальные пределы. Целесообразно при проектировании ССП руководствоваться методиками , которые традиционно используются для гидравлического и технологического расчёта сооружений систем водоотведения. 2. В результате анализа правил проектирования ССП разработаны рекомендации по их совершенствованию и расчёту конструктивных параметров: длины, ширины, высоты ССП и объёма зоны накопления осадка. 3. Приведены рекомендации по формированию нормативных требований проектирования стационарных снегоплавильных пунктов систем водоотведения
Предложения по совершенствованию конструкции стационарного снегоплавильного пункта
Снижение поступления сточных вод по участкам трубопроводных систем водоотведения обусловливает поиск дополнительных источников тепла для плавления снежных масс с дорожных покрытий. Очевидно, что альтернативный теплоноситель должен быть сопоставим с базовым по экологической безопасности, стоимости и доступности. Такими свойствами обладает сжатый воздух. Воздух - сжимаемая среда. При сжатии воздух нагревается. Температура воздуха при адиабатическом сжатии оценивается по формуле [15,17, 74]: t =to (ш). (5-2) наг Р вс , где t0и Р вс - начальная температура, К, и давление воздуха на входе, Па; Рнаг - конечное давление воздуха в нагнетателе, Па. Например, при tн = -15 + 273 = 25&К плотность воздуха составляет ро = 1,293 кг/м3 . Компрессор, установленный на насосной станции, создает давление на выходе Рнаг = 1,08 кгс/см2 1,1 -10"5 Па. Он забирает и подает воздух, который имеет связь с атмосферой. Атмосферное давление составляет Рвс = 0,968 кг/см2 = 1,05-10"5 Па. Температура сжатого воздуха при этом равна 258 2,13-1050286 316 К , т.е. воздух нагреется после сжатия до W = 316 - 273 = +43оС 113оС. Такой температуры будет достаточно для плавления снега в период снижения подачи сточных вод на ССП. - 82 При адиабатическом процессе напор компрессора оценивается по формуле к Я (5.3) Над = к 1 1 [(р) " 1] , с гдек = - показатель адиабаты, 1 п к; Cv п - показатель политропы, в зависимости от степени совершенства отвода тепла, может быть ближе к 1 или 1,4; С - удельная теплоемкость, (Ср - при постоянном давлении, Сv - при постоянном объеме); R 287 Дж/кг- К - удельная газовая постоянная для воздуха; Р1, Р2 - давление на входе и выходе, ат; t1 - абсолютная температура воздуха на входе, оК. Для воздуха: Ср = 0,241, С v =0,172, k = 0,241 = 1,4. 0,172 Сжатие воздуха происходит при политропном процессе. Можно допустить к = 1,16. Сжатый воздух можно использовать и для перемещения осадка из снегоприёмной камеры в канализационный коллектор с использованием струйного нагнетателя - эжектора, либо трубных насадок. Предварительные расчёты подачи сжатого воздуха для этих целей показали допустимость такого решения. Однако параметры стоимости, энергетических затрат в жилой застройке города послужили поводом для исключения из дальнейшего рассмотрения использования эжекторов для откачки осадка из приямков ССП.
Параметры оборудования для использования сжатого воздуха, создаваемого компрессором, в качестве теплоносителя можно рассчитать по аналогии ранее проведенных расчётов. Если дополнительно на рассмотренном выше ССП предусмотреть в качестве резервного теплоносителя сжатый воздух с температурой t = +43 оС, то на плавление снега массой G = 15 т потребуется количество сжатого воздуха
Расход воздуха, который необходимо подать на снегоплавильное сооружение в единицу времени, оценивается по формуле Євозд=Увоз/ =143/-1,293-6=18,4м3/мин 0,Зм3/с, (5.5) где Увозд - количество сжатого воздуха, т ; Т = 6 мин - время плавления снега; 1,29 кг/м3 - плотность воздуха при t = 0 С и давлении 0,103 МПа. При двух рабочих агрегатах требуемые энергетические параметры каждой воздуходувки составят: Рнаг = 1 кг/см2 = 9,81-Ю4 Па, Q = 9,2 м3/мин, N = 1 кВт. Этим параметрам соответствует воздуходувка марки ТВ 10-1,25 с параметрами: Рнаг = 1,25 кг/см2; Q=\0 м3/мин; N = 4 кВт. На станции устанавливаются две рабочих и одна резервная воздуходувки (для цикличной работы на каждой из параллельных линий ССП).
Стоимость воздуходувки в комплекте с оборудованием составляет 1 млн руб. На станции достаточно установить три таких агрегата. Стоимость оборудования воздуходувной станции на порядок меньше стоимости сепараторов-дробилок. Сопоставимы и расходы на устройство здания под воздуходувные машины. Целесообразно воздуходувные машины и насосные агрегаты компоновать в одном здании.
Мощность двигателей сепараторов-дробилок четырех секций составляет IN = 4-52 = 208 кВт, мощность двух рабочих агрегатов воздуходувки 2 возд = 2-4 = 8 кВт. Определить расход сжатого воздуха для плавления массы снега G при заданных параметрах температуры теплоносителя t и времени таяния снега Тс.м можно по графику рисунка 5.5.
График расхода сжатого воздуха Q= f (G, Tс.м,At), необходимого для таяния снежной массы Gснег, придґ = 10 оС, Тс.м = 39 мин Данный график построен по результатам экспериментальных исследований таяния снега за счет энергии сжатого воздуха на модели ССПм, испытание которой выполнялось аналогично, как и при испытании таяния снега за счёт энергии сточных вод. Результаты этих испытаний приведены в таблице 1 приложения 1.