способ обработки объектов продуктами сгорания на базе теплового газогенератора

Формула изобретения

1. Способ обработки объектов продуктами сгорания на базе теплового газогенератора, включающий создание газовой струи из продуктов сгорания углеводородного топлива, добавление в нее жидкости, отличающийся тем, что на выхлопном устройстве газогенератора устанавливают насадку с изменяемыми длиной и диаметрами входного и выходного сечения, регулируют расход подаваемого в камеру сгорания углеводородного топлива, газовую струю создают соответствующую наиболее полному сгоранию топлива с температурой на выходе из выхлопного устройства до 950^oС и скоростью до 350 м/с, добавляют жидкость, образуют поток со скоростью от 20 до 350 м/с и температурой от 50^oС до 950^oС, изменяют направление потока в вертикальной и горизонтальной плоскостях, изменяя положение газогенератора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что образуют поток газовый.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что образуют поток парогазовый.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что образуют поток газокапельный.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что образуют поток непрерывного или импульсного действия.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что создают газовую струю с содержанием СО₂ - от 0,8 до 3%, СО - от 0,01 до 0,2%, О₂ - от 15,5 до 19,65%, N₂ - от 83,6885 до 77,055%.

7. Способ по п. 2, отличающийся тем, что для термомеханической сухой очистки и осушения загрязненных наружных и внутренних поверхностей объектов образуют газовый поток, со скоростью от 20 до 200 м/с и температурой от 100 до 950^oС.

8. Способ по п. 1 или 3, отличающийся тем, что добавляемую жидкость нагревают газовой струей и создают парогазовый поток с температурой от 100 до 400^oС.

9. Способ по п. 4, отличающийся тем, что для газокапельной термомеханической очистки объектов в газовую струю непрерывно добавляют в качестве жидкости химические соединения, образуют мелкодисперсный поток непрерывного действия с температурой от 45 до 200^oС и скоростью до 300 м/с.

10. Способ по п. 4, отличающийся тем, что для получения потока импульсного действия для термомеханической очистки загрязненных наружных и внутренних поверхностей объектов в газовую струю прерывисто добавляют в качестве жидкости химические или биохимические соединения.

11. Способ по п. 1 или 6, отличающийся тем, что для создания аэрозольных облаков и завес устанавливают насадку с входным сечением, равным диаметру выхлопного устройства газогенератора, изменяют направление потока в вертикальной и горизонтальной плоскостях, образуют газовую струю со скоростью до 350 м/с и температурой до 950^oС, добавляют в качестве жидкости химические или биохимические соединения и получают мелкодисперсионный поток.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для дезинфекции объектов эжектируют атмосферный воздух и снижают температуру газовой струи, получают поток с температурой от 45^oС, добавляют в качестве жидкости химические или биохимические соединения.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для дегазации и дезактивации объектов создают газовую струю с температурой до 950^oС и скоростью до 350 м/с, добавляют в качестве жидкости химические соединения и получают дезактивирующий или дегазирующий поток.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для заполнения внутренних объемов обрабатываемого объекта инертным по отношению к горению газом дожигают углеводородное топливо в насадке и получают поток, содержащий: СО₂ - от 12,0 до 14,0%; СО - от 0,1 до 0,5%; Н₂ - от 0,1 до 0,5%; О₂ - от 1,0 до 3,0%, что соответствует горению в насадке при коэффициенте избытка воздуха от 1,05 до 1,25.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится преимущественно к технике безопасности и предназначено для струйной термической, термохимической и термомеханической обработки, например дегазации, дезактивации и дезинфекции объектов, участков местности газовым, газокапельным или парогазовым потоком; создания аэрозольных облаков и завес; заполнения внутренних объемов объектов инертным по отношению к горению газом; очистки загрязненных или обледенелых объектов потоком непрерывного или импульсного действия и т.п.

Известен способ дегазации животноводческих помещений (авторское свидетельство СССР 1274692, кл. A 61 L 2/00), заключающийся в том, что поток аэрозоля различных дезинфицирующих средств (растворы формальдегида, кислот, хлорсодержащих препаратов и др.) с помощью устройства, содержащего пневмораспылитель, растворный бак, источник давления и соединительные шланги, направляют из центра помещения на обрабатываемую поверхность. При этом расход дезинфицирующего средства определяют по формуле G= 2,77x10^-6xB, где 2,77х10^-6 - коэффициент пропорциональности, В - ширина обрабатываемого помещения, а расстояние от устройства распыления до обрабатываемой поверхности определяется по формуле h=l1хGх0,33 при скорости перемещения распылительного устройства от 0,15 до 2 м/с.

Этот способ отличается тем, что обладает струей малой мощности с произвольной температурой, газовым составом, скоростью всего до 0,2 м/с и невысокой производительностью, вследствие чего пригоден для обработки небольших помещений сельскохозяйственного назначения.

Известен способ термохимической обработки птицеводческих помещений (патент RU 2054949, кл. A 61 L 2/06, 10.01.95 г.), являющийся наиболее близким по технической сущности к заявленному способу и выбранный в качестве прототипа.

Сущность способа заключается в проведении термохимической дезинфекции птицеводческих помещений газовой либо газокапельной струей, образованной продуктами сгорания топлива в газотурбинной установке с добавлением дезинфицирующего раствора.

В данном способе применение газовой струи с целью бесконтактного нагрева обрабатываемого объекта и переноса дезинфицирующей жидкости в капельном состоянии реализуется с ограниченным использованием потенциальных возможностей газового состава самой струи. Кроме того, обработка объектов может проводиться только на одном режиме работы газогенератора, выбранном по температуре струи без учета других ее параметров и состава.

Технический результат изобретения состоит в повышении эффективности обработки, расширении использования потенциальных возможностей газового состава струи, создании универсальной базы для осуществления известных и перспективных методов обработки, в обеспечении на базе одного теплового газогенератора решения широкого круга задач дистанционной бесконтактной обработки объектов.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе обработки объектов продуктами сгорания на базе теплового газогенератора, включающем создание газовой струи из продуктов сгорания углеводородного топлива, добавлении в нее жидкости, согласно изобретению на выхлопном устройстве газогенератора устанавливают насадку с изменяемыми длиной и диаметрами входного и выходного сечений, регулируют расход подаваемого в камеру сгорания углеводородного топлива, газовую струю создают соответствующую наиболее полному сгоранию топлива с температурой на выходе из выхлопного устройства до 950^oС и скоростью до 350 м/с, добавляют жидкость, образуют поток со скоростью от 20 до 350 м/с и температурой от 50 до 950^oС, меняют направление потока в вертикальной и горизонтальной плоскостях, изменяя положение газогенератора.

При этом возможно образование потока газового, газокапельного или парогазового. Образование потока возможно непрерывного или импульсного действия.

Причем газовую струю целесообразно создавать с содержанием CO₂ от 0,8 до 3%, СО от 0,01 до 0,2%, O₂ от 15,5 до 19,65%, N₂ от 83,6885 до 77,055%.

Для осуществления термодинамической сухой очистки и осушения загрязненных наружных и внутренних поверхностей объектов образуют газовый поток со скоростью от 20 до 200 м/с с температурой от 100 до 950^oС.

Парогазовый поток создают с температурой от 100 до 400^oС, нагревая газовой струей добавляемую жидкость.

Для газокапельной термомеханической очистки объектов образуют мелкодисперсный поток непрерывного действия с температурой от 50 до 200^oС и скоростью до 300 м/с.

Для получения потока импульсного действия для термомеханической очистки загрязненных наружных и внутренних поверхностей объектов в газовую струю прерывисто добавляют в качестве жидкости химические или биохимические соединения.

Для создания аэрозольных облаков и завес устанавливают насадку с входным сечением, равным диаметру выхлопного устройства газогенератора, изменяют направление потока в вертикальной и горизонтальной плоскостях, доводят расход углеводородного топлива до 1,14 кг топлива/кг тяги, образуют газовую струю со скоростью до 350 м/с и температурой до 950^oС, в газовую струю добавляют в качестве жидкости химические соединения и получают мелкодисперсный поток.

Целесообразно для дезинфекции объектов эжектировать атмосферный воздух и снижать температуру газовой струи, возможно доводить расход углеводородного топлива до 1 кг топлива/кг тяги, получить поток с температурой до 45^oС, добавлять в качестве жидкости химические или биохимические соединения.

В случае дегазации и дезактивации объектов возможно доводить расход углеводородного топлива до 1,14 кг топлива/кг тяги, получать газовую струю с температурой до 950^oС и скоростью до 350 м/с, добавить в качестве жидкости химические соединения и получить дезактивирующий или дегазирующий поток.

При заполнении внутренних объемов обрабатываемого объекта инертным по отношению к горению газом дожигают углеводородное топливо в насадке и получают поток, содержащий СО₂ от 12,0 до 14,0%, СО от 0,1 до 0,5%, Н₂ от 0,1 до 0,5%, O₂ от 1,0 до 3,0%, что соответствует горению в насадке при коэффициенте избытка воздуха от 1,05 до 1,25.

Предлагаемый способ решает задачу бесконтактной дистанционной обработки объектов различной геометрии и размеров на базе многофункционального теплового газогенератора, способного формировать заданный состав, кинематические и термические параметры газового, газокапельного или парогазового потока, непрерывного или импульсного действия, на основе которого реализуют струйную термическую, термомеханическую или термохимическую обработку объектов. При этом способ является универсальной базой для осуществления известных и перспективных методов обработки объектов.

В способе реализуют следующее:

- рассчитывают необходимый режим работы и при выбранном режиме (температуре и скорости газовой струи) обработки объектов устанавливают соответствующий расход жидкого углеводородного топлива, обеспечивают наибольшее приращение кинетической энергии продуктов сгорания в газогенераторе от тепловой энергии, введенной в него с топливом, и тем самым обеспечивают режим наиболее полного сгорания углеводородного топлива, при котором в зависимости от массового расхода воздуха через газогенератор получают содержание в струе (на срезе выхлопного устройства): СО₂ от 0,8 до 3,0%; СО от 0,01 до 0,2%; О₂ от 15,5 до 19,65%; N₂ от 83,6885 до 77,055%.

- в состав выхлопного устройства газогенератора включают насадку с изменяемыми в рассчитанных пределах длиной и геометрией входного и выходного сечения относительно диаметра выхлопного устройства газогенератора (или используют комплект насадок), с помощью которой:

- изменяют критическое сечение выхлопного устройства газогенератора и тем самым изменяют температуру и скорость потока;

- изменяют диаметр входного сечения насадки, вследствие чего изменяется площадь проходного сечения между насадкой и корпусом выхлопного устройства, влияющая на степень эжектирования струей атмосферного воздуха, и тем самым влияют на температуру потока;

- регулируют подачу в поток жидкости с целью:

- использования потока как средства переноса жидких средств обработки объектов (химических или биохимических растворов и соединений) в сочетании с элементами газового состава струи, температурными и скоростными свойствами потока. Для механической обработки объектов (очистки) применяют поток непрерывного или импульсного действия. Для образования потока импульсного действия включение подачи в поток жидкости производят прерывисто, вследствие чего изменяют коэффициент импульса потока и придают ему свойства ударного действия;

- уменьшения в потоке кислородосодержащих соединений и заполнения обедненным (не поддерживающим горение) составом замкнутых объемов. Для этого в насадке производят впрыск и обеспечивают горение углеводородного топлива.

- производят нагрев жидкости за счет температурных свойств газовой струи и тем самым получают парогазовый поток.

Таким образом, применением указанного способа на базе одного газогенератора получают, в зависимости от поставленной задачи, газовую струю с температурой на выходе из выхлопного устройства до 950^oС и скоростью до 350 м/с, а затем образуют газовый, газокапельный или парогазовой поток с температурой обработки объектов от 45 до 200^oС.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое изобретение позволяет использовать весь диапазон устойчивых режимов газогенератора с целью получения параметров струи, на основе которых формируют многофункциональный газовый, газокапельный или парогазовый поток непрерывного или импульсного действия. То есть, на базе одного газогенератора осуществляют решение широкого круга задач по дистанционной обработке объектов. Кроме того, известный состав газовой струи используют для получения потока, наиболее эффективного при обработке с применением конкретных химических или биохимических растворов.

Сравнение заявленного решения с другими решениями в данной и смежных областях техники показывает, что добавляемые реагенты, химические и биохимические вещества и некоторые конструктивные элементы сами по себе широко известны. Однако их применение в заявленном изобретении приводит к появлению новых свойств, расширяя спектр решаемых задач в сфере бесконтактной дистанционной обработки объектов.

Способ осуществляется следующим образом.

Указанный способ может быть реализован на основе конструкции теплового газогенератора по заявке 99120434/13(021616) от 27.09.99 О.М.Байлова под названием "Автономный модуль оборудования для струйной, термической и термомеханической обработки объектов", а также на базе различных тепловых газогенераторов, отличающихся конструктивным исполнением, размерами и характеристиками, но доработанных в соответствии с предлагаемым. Однако реализованные на практике термодинамические циклы дают возможность использовать в качестве одного из параметров подобия давление газов на срезе выхлопного устройства (P_c ^*). Поэтому в отличие от приведенных в формуле предельно возможных параметров, получаемых с помощью использования тепловых газогенераторов различных схем и размеров, в последующем описании все количественные параметры будут отнесены к низконапорным газогенераторам с Р_c ^* от 1,15 до 1,25 ата. Для использования средненапорных или высоконапорных газогенераторов достаточно знать их напорные или дроссельные характеристики, через несложные термодинамические зависимости аппроксимировать на них описанные ниже действия и изменить конструкцию в соответствии с вышеуказанной заявкой.

Способ обработки объектов, для примера реализованный на базе теплового газогенератора с диаметром сечения выхлопного устройства около 330 мм, заключающийся в том, что в зависимости от вида и объема обработки, по известным методикам рассчитывают необходимую мощность струи и ее состав, устанавливают насадку с изменяемыми длиной и диаметрами входного и выходного сечения в пределах от 320 до 350 мм (или соответствующую насадку из комплекта), регулируют расход углеводородного топлива, подаваемого в камеру сгорания, получают газовую струю с заданными кинематическими и тепловыми параметрами, содержащую CO₂ - 0,8%; СО - 0,01%; О₂ - 19,65%; N₂ - 83,6885%, что соответствует наиболее полному сгоранию топлива с температурой до 460^oС и скоростью до 220 м/с, при необходимости добавляют рассчитанное количество жидких химических или биохимических соединений в определенном режиме и тем самым образуют газовый, газокапельный или парогазовый поток непрерывного или импульсного действия с температурой от 45 до 450^oС и скоростью от 20 до 220 м/с.

Для термомеханической обработки (сухой очистки или осушения) загрязненных наружных и внутренних поверхностей объектов в зависимости от степени загрязнения, состава загрязняющих веществ, конструктивных особенностей обрабатываемого объекта создают газовую струю выбранной мощности и параметрами (например, использование мощной струи для обработки железнодорожных вагонов нецелесообразно с точки зрения возможных повреждений конструкций, но допустимо для обработки железнодорожных путей, дорог, участков местности и т.п.), регулируют подачу углеродного топлива в камеру сгорания от до 1,14 (кг топлив /кг тяги), скоростью от 20 до 240 м/с и температурой от 200 до 650^oС.

Для термомеханической газокапельной очистки объектов в газовую струю через систему регулирования подачи жидкости непрерывно или прерывисто подают в качестве жидкости химические или биохимические соединения (например, воду) с рассчитанным в зависимости от расхода воздуха на выбранном режиме работы теплового газогенератора расходом, тем самым изменяют массу и коэффициент импульса струи и образуют газокапельный поток непрерывного или импульсного (ударного) действия с температурой от 45 до 450^oС и скоростью от 20 до 240 м/с.

Для получения потока с целью дезинфекции объектов биохимическим раствором формируют поток с температурой около 45^oС. Для этого устанавливают насадку с диаметром входного сечения в 345 мм, доводят удельный расход углеводородного топлива в камеру сгорания до 1,0 (кг топлив/кг тяги) и получают струю с температурой 200^oС и скоростью 20 м/с. Далее через систему регулирования подачи жидкости добавляют требуемое, в зависимости от степени зараженности объекта, количество жидких химических или биохимических средств (например, формалин, перекисьсодержащие дезинфектанты и т.п.).

Для проведения работ по дезактивации и дегазации объектов требуется высокотемпературный поток. С этой целью устанавливают удельный расход топлива в камеру сгорания 1,14 (кг топлива/кг тяги), устанавливают насадку с входным сечением, равным диаметру выхлопного устройства газогенератора, и тем самым получают поток с температурой 460^oС и скоростью 220 м/с. Для получения газокапельного потока через систему регулирования подачей жидкости добавляют требуемое (в зависимости от степени зараженности объекта) количество жидких химических соединений (например, 7.5% водяную суспензию гипохлорида кальция).

Для образования аэрозольных облаков или завес для решения задач в области распространения веществ, например создания непросматриваемых зон, опрыскивания местности, водных поверхностей и т. д., устанавливают удельный расход топлива в камеру сгорания порядка 1,14 (кг топлива/кг тяги), устанавливают насадку с входным сечением, равным размеру выхлопного устройства газогенератора и тем самым получают поток с температурой 460^oС и скоростью 220 м/с. При необходимости уменьшают выходное сечение насадки до 320 мм, вследствие чего увеличивают скорость потока до 240 м/с. В струю подают жидкие химические или биохимические соединения (например, дымообразующие смеси или жидкие аэрозолеобразующие соединения, такие как ДС-В: смесь 70-80% масла МС-8 и 20-30% дизельного топлива "З" ТУ 0251-11474681-02-2001) в количестве до 50% от расхода воздуха через газогенератор и получают мелкодисперсный поток. В случае необходимости жидкость нагревают и получают парогазовый поток. Путем изменения положения газогенератора в пространстве (от -15 до +45^o в вертикальной плоскости, от -90 до +90^o в горизонтальной) изменяют направление потока для обработки площадных объектов, котлованов, оврагов, ущелий и расположенных на них объектов.

Для получения потока инертных по отношению к горению газов (например, с целью ликвидации горения в замкнутых объемах) через систему регулирования подачей жидкости в насадку подают и дожигают жидкое углеводородное топливо, тем самым уменьшают уровень кислородосодержащих соединений в газовом составе струи и получают поток инертных газов, содержащий СО₂ - от 12,0 до 14,0%; СО - от 0,1 до 0,5%; Н₂ - от 0,1 до 0,5%; O₂ - от 1,0 до 3,0%, что соответствует горению в насадке при коэффициенте избытка воздуха от 1,05 до 1,25.

Таким образом, заявленный способ струйной термической, термохимической и термомеханической обработки объектов путем введения дополнительных регулирующих факторов термодинамического цикла газогенератора и дополнительных систем формирования потока расширяет область применения теплового газогенератора и может быть потенциальным решением множества задач.

Посредством регулирования расхода углеводородного топлива, диаметров входного и выходного сечений насадка и его длины изменяют тепловые и кинематические параметры струи газогенератора для соблюдения температурных пределов обрабатывающей способности переносимых жидких химических или биохимических соединений, а также обеспечения требуемой скорости обрабатывающего потока.

Предложенный в изобретении способ обеспечивает на базе одного теплового газогенератора решение широкого круга задач дистанционной бесконтактной обработки объектов с удовлетворением в каждом отдельном случае требуемых тепловых, кинематических параметров обрабатывающего потока, а также имеющий заданный газовый состав, способный, в том числе, ликвидировать горение внутри объектов. Применение данного способа позволяет получить газовый, газокапельный или парогазовые потоки, импульсного или непрерывного действия, которые, в зависимости от типа переносимых жидких химических или биохимических соединений, применяют для дистанционной дегазации, дезактивации, дезинфекции объектов различной геометрии и размеров, их термомеханической очистки при загрязнении или обледенении, а также решают задачи в области распространения веществ (создание аэрозольных облаков или завес, опрыскивание местности и т. п.).