Читать книгу Сборник авторских физико-технических идей и решений в области очистки и предотвращения загрязнений в технических системах - Группа авторов - Страница 4

Известно, что уменьшение загрязнения атмосферы вредными примесями дымовых газов достигается максимальным их рассеиванием с помощью дымовых труб. Эффективность рассеивания выбросов тем выше, чем больше высота дымовой трубы и скорость газов на выходе из ее устья.

Таким образом, высокая труба, этот главный проводник выбросов – одновременно и залог чистого воздуха на близ лежащей территории. Рассеивание выбросов через дымовые трубы следует рассматривать, как вынужденное решение. Это не решает принципиально вопрос надежной охраны атмосферы, а лишь «размазывает» вредные выбросы по большой площади, доводя их концентрацию у земли до предельно допустимой нормы.

Получается, что чем выше дымовая труба, тем больше территория с относительно чистым воздухом в пределах допустимой концентрации вредных веществ.

Но каждая дымовая труба для котельной или промышленного предприятия разрабатывается в индивидуальном порядке с учетом специфики производства, состава отводимых газов и климатических особенностей района строительства. Высота трубы не может быть сколь угодно увеличена.

Необходимо найти способ транспортировать дымовые газы на большие высоты атмосферы из относительно не высоких печных труб промышленного производства без увеличения тяги.

Решение

Предлагается физически обоснованный и конструктивно реализуемый способ вертикального транспортирования дымовых газов на большую высоту без увеличения длины дымовой трубы и без вмешательства в саму систему тяги печи. Принцип действия основан на генерации последовательных вихревых тороидальных колец – особых трёхмерных воздушных структур с авто поддерживающимся движением, способных захватывать и транспортировать окружающий газ при самоорганизующемся продвижении вверх.

Центральный образ – само выворачивающийся вихревой бублик, действующий как своеобразный бесконтактный поршень:

– сам вихрь (тороиды) – поршень,

– неподвижный воздух и дымовые газы – как стенки цилиндра,

– вертикальный канал – как направление хода.

Такая структура создаёт динамику внутреннего сдвига, захватывая примыкающий к ней воздух и втягивая за собой порцию газов вверх.

Это может обеспечить только вихревой тороид обратной структуры. При распространении такой вихревой тороид само выворачивается не наружу, как кольца курильтщика, а вовнутрь к оси распространения и имеет дополнительную крутку вокруг оси распространения. Такой тороид имеет максимально возможную энергетику среди всех типов вихревых колец.

Рис. № 5. Обратный ротационный вихревой тороид.

Схематически, для заявленных целей, генератор вихревых тороидов с само выворачиванием внутрь оси распространения и ротацией вокруг оси распространения, представлен на рис. № 6.

Рис. № 6. Способ формирования обратного ротационного вихревого тороида.

Закрученное течение из сопла под действием встречного потока из диафрагмы разворачивается и образует вихревой осе симметричный газодинамический купол. Обладая определенной упругостью, вихревой газодинамический купол в передней его части является препятствием по отношению ко встречному потоку. В результате уже не отрывного обтекания потоком, за этим препятствием образуется вихревая зона обратных токов в при осевой части.

Такая конструкция в практическом плане формирует тороидальное вихревое кольцо с аксиальной круткой уже вовнутрь движения с одновременным радиальным вращением, см. рис. № 7.

Рис. № 7. Формирование обратного ротационного вихревого тороида.

Дополнительной особенности распространения вихревого кольца является тот факт, что вихревое кольцо, при движении, является объёмным, бес корпусным вихревым насосом. Само выворачивающийся бублик можно сравнить с поршнем компрессора, а неподвижный объём воздуха вокруг бублика при движении – со стенками цилиндра, в котором движется поршень (вихревой бублик).

Конструктивное исполнение

В конструктивном плане, предложенный способ представлен на рис. № 8.

Рис. № 8. Схема реализации торидально-вхревого способа транспортировки дымовых газов промышленного производства в верхние слои атмосферы для рассеивания.

На выходе дымовой трубы монтируется генератор вихревых колец в виде системы из двух противопоточных патрубков. Высота установки генератора над выходом дымовой трубы должна быть равна диаметру вихревого кольца. Это условие обязательно для целей недопущения искусственного повышения тяги в печи за счёт эжекционных процессов формирования вихревых тороидов. Патрубки запитаны от воздушного компрессора с ресивером через быстродействующие клапаны, которые управляются так, что обеспечивается формирование следующих друг за другом полноценных вихревых тороидов с ротацией и само выворачиванием внутрь к оси распространения. Расход воздуха должен обеспечивать формирование вихревого тороида, диаметром, меньшим, чем внутренний диаметр печной трубы.

Организация способа транспортировки дымовых газов промышленного производства в верхние слои атмосферы для рассеивания:

Источник сжатого воздуха (компрессор с ресивером) периодически формирует в противопоточном генераторе следующие друг за другом, вихревые ротационные тороиды с само выворачиванием во внутрь к оси движения.

Высоко энергетические вихревые тороиды, благодаря установке генератора чуть выше среза дымовой трубы – формируются из дымовых газов печной трубы. Вихревые кольца периодически следуют друг за другом высоко вверх в зависимости от энергетики первичного вихреобразующего потока. Тем самым происходит транспортировка дымовых газов на большие высоты для рассеивания без увеличения высоты трубы и без увеличения тяги печи.

Преимущества способа

– Нет вмешательства в теплотехнический процесс самой печи (не затрагивается горение, тяга, газы);

– Значительное увеличение высоты выброса – без архитектурных и финансовых затрат на надстройку трубы;

– Снижается приземлённая концентрация вредных выбросов – за счёт их физического рассеивания в более высоких слоях атмосферы;

– Модульность – генератор можно включать в зависимости от погодных условий (штиль, инверсионный слой, повышенная влажность и т.п.);

– Работа по умолчанию энергонезависима от основного производства (работает от небольшого компрессора и клапанного блока).

Экологическое замечание

Хотя речь идёт о технологии физического подъёма и рассеивания дымовых газов, важно подчеркнуть: это не способ утилизации, а временное, но полезное решение по снижению приземленных концентраций. Само рассеивание – это вынужденный экологический компромисс, применимый в ситуациях, когда установка полноценной системы очистки невозможна или требует больших ресурсов.

Следовательно, этот способ может рассматриваться как:

– промежуточный или вспомогательный этап санитарной защиты атмосферы;

– инжиниринговое решение для старых, реконструируемых или временных ТЭЦ/котельных;

– способ повышения эффективности рассеивания при неблагоприятных погодных условиях.

Заключение

Вихревой способ транспортировки выбросов за счёт само-выворачивающихся ротационных тороидальных структур представляет собой энергетически и конструктивно простой метод удаления вредных газов из приземлённого слоя атмосферы. Без увеличения тяги, без вмешательства в тело трубы, без промышленных воздуходувок – только за счёт управляемого формирования вихря. Он соединяет физику автодвижения газов через вихревой эффект с реальным экологическим применением в промышленности. Это пример того, как правильная структура потока может заменить сложный аппарат.