СПОСОБ ПРЕКРАЩЕНИЯ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ ПРОМЫШЛЕННОЙ ДЫМОВОЙ ТРУБОЙ Российский патент 2016 года по МПК F23J15/00 E04H12/28 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области требований Государственного комитета гидрометеорологии и контроля природной среды Российской Федерации. Преимущественная область применения - на промышленных предприятиях черной металлургии, коксохимической, нефтехимической, химической, органического синтеза и ряд других предприятий, а также на тепловых и электрических станциях, выбрасывающих в атмосферу наибольшее количество токсичных и вредных примесей.

Уровень техники

Известны промышленные вертикальные дымовые трубы предприятий как отдельно стоящие сооружения из монолитного железобетона, кирпича и стали, предназначенные для выброса дымовых производственных отходов и других вредных веществ в приземную атмосферу и рассеивания на окружающую среду, отличающиеся своей несовременностью и недостаточностью для полной очистки дымовых газовых выбросов, что приводит к глобальному загрязнению надземной атмосферы.

Известный способ, применяемый вертикальными трубами с очистительными циклонами и другими очистительными конструкциями, не удовлетворяет мировым требованиям экологии в аспекте охраны природы. Он создает аэродисперсную систему воздуха, в которой раздробленное вещество (пыль) способно находиться во взвешенном состоянии и слипаться в хлопья, образуя различные уровни загрязнения.

Известный способ выброса дымовых газов вертикальными трубами является губительным для людей, природы, растительности и животного мира. По данным ВОЗ в 2012 году от загрязнения воздуха умерло 7000000 человек.

С целью борьбы за лучший способ устранения выбросов вредных дымо-газовых отходов производства предлагается горизонтальная дымовая труба с искусственной дымовой тягой, которая устанавливается на низких наземных опорах и соединяется с наземными очистительными сооружениями.

Сравнивая работу воздушного потока ветра над вертикальной трубой с потоком воздуха в горизонтальной трубе, приходим к выводу, что работа воздушного потока над вертикальной трубой и горизонтальной идентична. Отличие лишь в том, что подхваченный ветровым потоком дым, выходящий из вертикальной трубы, разносится на окружающую жизненную площадь и рассеивается.

В горизонтальной трубе подхваченный дым воздуходувной турбулентной установкой транспортирует его по стволу прямо в очистительные сооружения, не допуская утечки. Поступающий поток воздуха от воздуходувной установки, соединяясь с горячим дымовым газом, выходящим из источника, образует смесь и гонит ее по стволу трубы, при условии

ωв≥ωд,

где ωв - скорость потока воздуха;

ωд - скорость дымового газа;

охлаждается при помощи воздушного потока и водяного охлаждения наружной водяной рубашки ствола трубы.

Под влиянием дивергенции, создаваемой дутьевым устройством, дымовая смесь переносится по стволу трубы прямо в двухсекционные очистительные сооружения.

При движении по стволу образовавшие вотирующие частицы сажи, золы и других крупных включений под своим собственным весом оседают в нижнюю часть ствола и при помощи водяного потока выносятся наружу, происходит грубая очистка дымовой смеси.

Затем дымовоздушная смесь - газовая пыль со скоростью 8-14 м/с при круглом сечении ствола диаметром Д=cons1 поступает в конечную часть трубы - конус и сразу же поступает в секцию N1 наземных очистительных сооружений, где проходит полутонкую очистку путем дождевания нейтрализующими химическими растворами и далее в секции N2 проходит тонкую очистку путем фильтров из металлостружки и самоочистительных маслянных фильтров, встроенных в верхней части очистительных сооружений.

Раскрытие изобретения

В качестве приточного воздушного потока для искусственной дымовой тяги в горизонтальной трубе используется «неизометрическая струя», которая дает быстрое перемешивание потока холодного воздуха с горячими дымовыми газами, поступающими от источника в рабочую зону трубы.

Образованная воздушнодымовая смесь с неизометрической струей, которая движется с расчетной скоростью, при этом вовлекает в движение огромное количество дымового газа с остаточными крупными витающими частицами (сажа, зола, пыль).

1. Предлагаемый способ исключает ряд экологических требований Госконтроля, например климатический коэффициент А, зависящий от температурной страцификации атмосферы, для Кавказа и азиатских территорий А = 200 в расчете трубы не входит, т.к. А=0;

2. При работе трубы приземная концентрация на окружающей среде не происходит, т.к. С=О.

3. Расстояние рассеивания вредных веществ X=О.

4. Опасная скорость ветров для горизонтальной трубы отсутствует U=О.

При работе трубы ПДВ определяется после тонкой очистки в наземных условиях. Расчетные данные горизонтальной трубы идентичны с вертикальной трубой, что позволяет использовать вентиляторную технику с турболентной струей для создания искусственной тяги.

Пример: Для расчета предлагаемого способа устранения выбросов в атмосферу длина трубы выбрана из следующего ряда длины 60; 90; 120 метров.

Диаметр трубы до конусного участка принят круглого сечения по следующему ряду 1,2; 1,5; метра с уточнением.

Величина противодавления принята в каждом сечении ствола трубы 50 Па (5 кг/м); длина конической части принята % длины трубы, диаметр 1/10. Определение параметров отходящего дымового газа от производств для расчета горизонтальной трубы принято по согласованию службы контроля. Плотность продуктов сгорания Рп.с=1,23 кг/м.

Охлаждение дымовых отходов в трубе на 1 метр длины трубы принято по эмперической формуле для стальной трубы Δt_mp=0,22°C.

Охлаждение от водяной рубашки на 1 метр трубы условно принято Δt_mp=0,10°C.

Пример. Условный расчет горизонтальной трубы

Общее охлаждение дымовой смеси по формуле t_mp=Δt·L_mp составит: t_mp=(0,22+0,10)90=28,8°C,

где Δt_mp - нормативное охлаждение дымовой смеси и от водяной рубашки на трубе

L - выбранная длина трубы по ряду 90 м.

Принимаем температуру дымового потока на выходе из источника в горизонтальную трубу t_2mp=160°C.

Определяется температура газовоздушной смеси, образующейся смешением газодымового потока воздуха, по формуле:

t_3mp=t_2mp-t_1mp,

где t_2mp - температура потока, выходящего из источника;

t_1mp - температура воздушного потока подаваемого воздуходувной установкой;

t_3mp=160°C-28,8°C=131,2°C.

Средняя температура для горизонтальной трубы определяется по формуле:

t_3mp=0,5(t_2mp+t_3mp)=0,5(160+131,2)=145,6°C.

Определяется средняя плотность дымового газа в горизонтальной трубе по формуле:

P_cp=P_nc/(1+β·t_cp),

где P_nc - плотность сгорания (принимается из расчета топлива)=1,23 кг/м;

β - коэффициент объемного расширения принят - 1/273 градуса

для горизонтальной трубы составляет:

P_cp=1,23·(1+144/273)=0,8 кг/м.

Определяется суммарный расход воздушнодымовой смеси, проходящей через ствол горизонтальной трубы, по формуле:

где В - расход топлива на котел принято 293 м³/час;

n - количество одновременно работающих котлов;

V_nc - объем продукта сгорания на котел, принято - 10,3;

V_mp=10,3·273·4(1+144/273)=18470 м³/час.

Определяется внутренний диаметр трубы по формуле:

d_mp=[4·V_mp/(3600·π·ω_mp),

где π - коэффициент = 3,14;

ω - скорость для потока воздушнодымовой смеси = 9 м/сек принято с уточнением

d_mp=4·18470/(3600·3,14·9)=0,72 м. По справочнику принимается 0,82 м.

Уточняется скорость воздушнодымовой смеси в горизонтальной трубе по формуле:

ω_mp=4·V_mp/(3600·π·d²=4·18470/(3600·3,14·0,82²)=9,7 м/с.

Условный результат расчета горизонтальной дымовой трубы

Сравнивая работу воздушного потока над вертикальной трубой и с работой воздушного потока, создаваемого механической воздуходувной установкой, встроенной в нижнюю часть горизонтальной трубы, видно, что работа идентична. Отличие в том, что вертикальная труба дымовые газы разбрасывает и рассеивает на окружающую среду, а наземная горизонтальная труба транспортирует по стволу трубы прямо в наземные очистительные сооружения, не выпуская дымовые газы в атмосферу. Очистка происходит в закрытом режиме.

В горизонтальной трубе используется механическая система побуждения тяги в трубе путем приточного воздушного потока с применением неизотермической струи, которая дает быстрое перемешивание потока холодного воздуха с горячим дымовым газом, поступающим от источника в рабочую зону трубы. Образованная воздушнодымовая смесь, которая движется с расчетной скоростью, при этом вовлекает в движение огромное количество дымового газа с остаточными крупными вотирующими частицами сажи, золы, пыли.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 изображен общий вид горизонтальной дымовой трубы, состоящей из лежащего ствола из листовой стали с устройством приточновоздушной искусственной тягой, соединенным с наземными очистительными сооружениями.

На фиг. 2 показан ствол трубы в разрезе.

На фиг. 3 показано воздуходувное устройство в разрезе.

На фиг. 4 показаны очистительные сооружения химическими нейтрализаторами в разрезе.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показана горизонтальная дымовая труба 1, принимаемая дымогазовые выбросы (продукт сгорания топлива) и токсично вредные газы от различных промпредприятий. Является отдельно лежащим сооружением. Ствол трубы собирается на расчетную длину из звеньев длиной 12 метров заводского производства, выполненных из листовой стали толщиной от 4 мм и более. Наружная поверхность ствола накрыта металлорубашкой, заполняемой водой для охлаждения горячего потока смеси, проходящего через дымовую трубу - 5 при помощи воздуходувной установки - 4 поступающего из сажеуловителя - 2; при помощи дымоса - 3; поступает в начальную часть горизонтальной трубы, где путем воздуходувного устройства смешивается с потоком атмосферного воздуха и со скоростью 8-14 м/с гонится прямо в наземные очистительные сооружения - 7, при этом охлаждается, а крупные витающие частицы дымовой смеси падают на низ горизонтально лежащего ствола трубы, происходит грубая очистка, осевшие частицы водой выносятся наружу.

В начальной части ствола установлена воздуходувная установка - 4. Ствол трубы обеспечивает транспортировку отходящей дымовой смеси газов, не допуская их выхода в атмосферу. Воздушногазовая смесь транспортируется через конус секцию - 6 для уменьшения давления в потоке воздушногазовой смеси, входящей в зону оросительной системы - 8. Остаточная смесь поступает в секцию - 9; где фильтры из металлостружки производят тонкую очистку, и далее очищается самоочистительными масляными фильтрами - 10. Жидкость после душевой очистки удаляется отводной трубой - 11. Для обслуживания дождевальной системы очистительных сооружений устанавливается подъемная металлическая лестница - 12. Горизонтальная дымогазовая труба укладывается на низких железобетоных опорах - 13.

Основным видом производства трубы является подача воздуха для смешивания с поступающими горячими дымовыми выбросами от горения топлива и разных вредных газов от производств, при этом воздух преимущественно используется для транспортировки воздушнодымовой смеси на расстояние до очистительных сооружений, влажность воздуха, от смешивания с горячими выбросами, для увлажнения пыли в воздушнодымовом потоке, для большой дальнобойности струи смеси.

Проектирование и строительство промышленной горизонтальной трубы - есть совершенствование технологии, обеспечивающей максимальное сокращение вредных газовых выбросов в атмосферу.

Объект-устройство

Двухсекционные очистные сооружения для совместной работы с горизонтальной дымовой трубой

Изобретение относится к области охраны окружающей среды. В эпоху научно-технического процесса антропогенные воздействия на окружающую среду становятся все более губительными для природы и жизни всей планеты Земля.

Использование дымоочистительного сооружения относится для применения совместно с высокоэффективной горизонтальной промышленной дымовой трубой.

Аналогами для очистки дымовых и газовых вредных примесей применяются три основных процесса: абсорция жидкостью, абсорция твердым веществом и каталитическое превращение вредных веществ в другие соединения. Наиболее распространненый способ очистки дымовых газов от вредных примесей- химические реакции, когда в абсорбиционной жидкости (обычно вода) применяются такие реагенты, которые образуют с улавливаемым компонентом химическое соединение.

Поставленная цель прекращения выбросов вредных веществ в атмосферу достигается предлагаемой горизонтальной промышленной дымовой трубой, работающей совместно с наземными двухсекционными очистительными сооружениями в закрытом режиме.

Совместный процесс исключает рассеивание выбрасывающих вредных веществ на окружающую земную поверхность. Выброшенные вещества в горизонтальную трубу не подвергаются размыванию дождями, туманами и снегом.

При помощи горизонтальной дымовой трубы дымовой газ поступает непосредственно в герметически закрытое двухсекционное дымоочистительное сооружение, не выходя в приземную атмосферу.

Краткое описание чертежей

На фиг. 4 изображен общий вид двухсекционного очистительного сооружения для горизонтальной промышленной трубы.

Осуществление конкретного выполнения

Двухсекционное очистительное сооружение (Фиг 4), состоящее из оросительного и очистительного устройства - дым из горизонтальной трубы поступает в секцию 1 с дождевальной системой орошения жидкими химическими нейтрализаторами - 8, происходит полутонкая очистка. Масса жидкостного нейтрализатора в заправленном состоянии достигается расчетно.

Отработанная нейтрализующая жидкость удаляется из очистительных сооружений через трубу - 11 на утилизацию. После очистки дымовых газов средством промывки, дымовой газ поступает в секцию 2, в металлофильтры - 9, где проходит тонкую очистку, далее через масляные фильтры - 10, где дымовая смесь очищается с коэффициентом до 98%.

Использованная литература

1. Состояние окружающей среды в мире 1972-1992 г. две декады насущных проблем. М., 1993 г.

2. Основа общей экологии. М., 1979 г.

3. Экологическая экспертиза и риск технологий. М., ВИНИТИД990 г.

4. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. Справочник. Под ред. С. Кольверта и Г.М. Инглунда. М., Металлургия, 1988 г.

5. Охрана воздуха и поверхностных вод и загрязнений. И.М. Кутырин. М., изд. Наука 1980 г.

6. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнение атмосферы. Л., Гидрометеиздат. 1975 г.

7. Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния. "Химия и жизнь" 1983 г. №1 стр. 43

8. Михайлов Е.Д. США: Проблемы больших городов. М. 1987 г.

9. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М. Наука 1982 г.

Изобретение относится к очистке дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу промышленными вертикальными трубами. Техническим результатом является недопущение вредных выбросов газа в атмосферу. Способ включает сборку ствола горизонтальной трубы на расчетную длину из звеньев, выполненных из листовой стали, причем наружная поверхность ствола горизонтальной трубы покрыта металлорубашкой, заполненной водой для охлаждения проходящего горячего дымового потока. При этом дымовой газ из источника выбросов направляется в сажеуловитель, а затем с помощью дымососа направляют в начальную часть горизонтальной трубы, где с помощью устройства искусственной тяги его смешивают с потоком атмосферного воздуха. Полученную дымовую смесь со скоростью 8-14 м/с направляют через коническую часть горизонтальной трубы, длина которой равна 1/4 длины горизонтальной трубы, диаметр - 1/10 диаметра горизонтальной трубы, в наземное очистное сооружение для полутонкой очистки с помощью дождевания нейтрализующим химическим раствором и далее для тонкой очистки с помощью фильтров из металлостружки и самоочистительных масляных фильтров, где дымовая смесь очищается с коэффициентом до 98%, не допуская вредные выбросы газа в атмосферу. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ прекращения выбросов вредных дымовых газов в атмосферу, включающий сборку ствола горизонтальной трубы на расчетную длину из звеньев, выполненных из листовой стали, причем наружная поверхность ствола горизонтальной трубы покрыта металлорубашкой, заполненной водой для охлаждения проходящего горячего дымового потока, при этом дымовой газ из источника выбросов направляют в сажеуловитель, а затем с помощью дымососа направляют в начальную часть горизонтальной трубы, где с помощью устройства искусственной тяги его смешивают с потоком атмосферного воздуха, полученную дымовую смесь со скоростью 8-14 м/с направляют через коническую часть горизонтальной трубы (длина которой равна 1/4 длины горизонтальной трубы, диаметр - 1/10 диаметра горизонтальной трубы) в наземное очистное сооружение для полутонкой очистки с помощью дождевания нейтрализующим химическим раствором и далее для тонкой очистки с помощью фильтров из металлостружки и самоочистительных масляных фильтров, где дымовая смесь очищается с коэффициентом до 98%, не допуская вредные выбросы газа в атмосферу, отличающийся тем, что с целью недопустимости вредных выбросов газа в атмосферу сохраняют экологически здоровое состояние окружающей среды путем строительства горизонтальной трубы в наземных условиях.

2. Способ прекращения выбросов дымовых газов в атмосферу по п. 1, отличающийся тем, что отработанная нейтрализующая жидкость после очистки газов из очистительных сооружений удаляется на утилизацию в химические предприятия на переработку для народного хозяйства.

3. Способ прекращения выбросов вредных дымовых газов в атмосферу по п. 1, отличающийся тем, что строительство возможно на существующих ТЭЦ, ТЭС и промышленных котельных без остановки их работы.