Система и способ вывода вредных выбросов производственных предприятий за границы воздушного бассейна города Российский патент 2021 года по МПК A01G15/00 E04H12/00 F24F3/16 B01D53/00 

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкции трубопроводов, выводящих на заводах вредные выбросы, и может быть использовано для воздушного бассейна города от смога, выделяемого на вредных производствах, в том числе на Тепловых электростанциях-электроцентралях, (ТЭС-ТЭЦ) работающих на угле и/или мазуте, или использующих иное углеводородное топливо.

Актуальность проблемы, а также природные элементы конструкции, в которые входит рельеф местности. Примеры:

Столица Кузбасса Кемерово - город промышленный. Здесь много крупных заводов, среди которых "АЗОТ", "Химпром", "КОКС", а также ГРЭС и ТЭС.

Сам город построен в котловине, поэтому особенности ландшафта и диктуют свои условия. В этой ситуации нужно правильно делать высоту труб на заводах, и чем они выше, тем лучше проходит рассеивание выхлопов и меньше выбросов опускается на город.

http://sibfo.ru/ecology/4015-pochemu-nad-kemerovo-vsegda-smog.html

Экологические проблемы Красноярского края на слуху: о «черном небе» говорят давно, ежегодно Минприроды РФ вносит Красноярск в топ самых загрязненных городов страны.

Режим черного неба - это или ветер с востока, т.е. с КрАЗа, или штиль, когда выбросы скапливаются в городской котловине.

https://novayagazeta.ru/articles/2017/02/13/71484-rezhim-chernogo-neba

Миллионный Челябинск, выступает средоточием тяжелой промышленности, и потому смог над городом и его окрестностями - явление привычное. Действительно, город металлургов расположен на холмистой местности, в своего рода котловине или яме. http://smog74.tilda.ws/

В наше время проблема вредных выбросов решается следующим образом:

Известна Дымовая труба (дымоход) - инженерная система жизнеобеспечения зданий и сооружений, предназначенная для отведения продуктов сгорания от работающих теплогенерирующих аппаратов в атмосферу, посредством естественного или принудительного побуждения тяги, на безопасную высоту для людей и зданий. Промышленные дымовые трубы могут быть до нескольких сотен метров в высоту.

Труба на Красноярской ТЭЦ-1. одно из самых высоких сооружений в городе - 275 метров. Такая высота нужна, чтобы эффективно рассеивать дымовые газы в верхних слоях атмосферы. Чем лучше рассеивание, тем меньше выбросов ТЭЦ попадет в приземный слой воздуха, где дышат люди».

Основными недостатками высокой дымовой трубы, выводящей вредные выбросы высоко в атмосферу, являются:

а. дороговизна и долгое строительство.

в. при штиле дым не уходит из города, и наносит вред здоровью горожан.

c. при строительстве высоких труб не учитывается, что за границы воздушного бассейна города уходит лишь видимый дым - пар, а тяжелые фракции выбросов осаждаются на территории жилых районов, То есть цель не достигается.

d. высокие трубы опасны для летательных аппаратов.

Ночью на трубах должны гореть красные сигнальные огни и ночная подсветка.

Конструкционным Аналогом предлагаемого изобретения, можно взять «СПОСОБ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРАНСПОРТА ГАЗА» Патент №2502914.

Изобретение относится к энергосберегающим технологиям транспорта газа и может быть использовано при создании автоматизированной системы управления технологическим процессом магистрального газопровода на компрессорных станциях. Техническим результатом является повышение энергоэффективности транспорта газа. Данный аналог, конструктивно не приспособлен выполнять поставленную задачу.

Прямых аналогов и конструкционных прототипов не найдено.

Техническая задача: снижение степени загрязнения Воздушного бассейна в городе, при работающих промышленных предприятиях, имеющих вредные выбросы и Тепловых электростанциях (ТЭС-ТЭЦ), работающих на угле и/или мазуте, и их полное удаление.

Техническим результатом является:

Система имеет как минимум один основной общий контур, создающий общий поток выбросов от всех предприятий, от которого идет один или более трубопроводов подсоединенных к основному контуру,

Трубопроводы 8 имеют радиальное направление относительно основного контура, по которым ведется транспорт вредных выбросов производственных предприятий посредством нагнетающих вентиляторов или компрессорной станции, гонящих выбросы в направлении радиально от центра города,

Каждый участок трубопровода снабжен запорной арматурой, все линии трубопроводов на всем протяжении жестко закреплены к земле, например, сваями и/или анкерными креплениями посредством хомутов.

Каждое предприятие 2, производящее вредные выбросы, имеет расширительную камеру (на чертеже не показана), в которой установлены фильтры для очистки вредных выбросов, и своим сечением значительно превышающим сечение трубопровода, и объемом, позволяющим провести фильтрацию выбросов.

Оголовок трубопровода на выпуске вредных выбросов разделен на несколько воздуховыпускных трубопроводов - рукавов, общая площадь сечения которых значительно превышает площадь сечения трубопровода.

Оголовок и рукава трубопровода огорожены прочной сеткой, для непропуска механических предметов и защиты от попадания в горячий поток птиц и животных.

Конструкция поясняется чертежами.

Рис. 1 и 2. Город, расположенный в котловине, - 1, Предприятие, Завод или ТЭЦ, производящее вредные выбросы, - 2.

Трубы Предприятия - 3, вредные выбросы предприятий - 4, трубопроводы контура, объединяющие выбросы всех предприятий, - 5, трубопроводы, по которым Предприятие, Завод или ТЭЦ транспортируют свои выбросы в трубопроводы контура - 5 посредством патрубков-трубопроводов - 6, запорная арматура - вентили (на трубопроводах 5) - 7,

трубопровод выводящий вредные выбросы на значительное расстояние от города на восток 8, на 30° северо-восток (8 с/в), на 30° юго-восток (8 ю/в). юг - 10, на 30° юго-запад (10 ю/з), на 30° юго-восток (10 ю/в). На запад 12, на 30° юго-запад (12 ю/з), на 30° северо-запад (12 с/з). На север 14, на 30° северо-запад (14 с/з). на 30° северо-восток (14 с/в). Запорная арматура-вентили (на трубопроводе направленном на восток 9-1 и 9-2, юг -11-1 и 11-2, на запад 13-1 и 13-2, на север 15-1 и 15-2. Холм на котором или за которым находится оголовок труба для выбросов за городом - 16,

труба на холме (оголовок) 17, выбросы за городом, направления сторон света согласно Розы ветров, Восток 19, Юг - 20, Запад - 21, Север - 22.

линии трубопроводов на всем протяжении жестко закреплены к грунту, например, сваями и/или анкерными креплениями посредством хомутов 23. Рис. 2

Поставленная задача обеспечивается тем, что в Городе -1, загрязняющие атмосферу Предприятие, Завод или ТЭС-ТЭЦ - 2, производящее вредные выбросы, и имеющие Трубы Предприятия - 3, через которые идут вредные выбросы предприятия - 4, устанавливаются трубопроводы контура объединяющие выбросы всех предприятий - 5, посредством трубопровода 6. На каждом участке трубопровода 5 установлена запорная арматура-вентили 7, и на трубопроводах 8/10/12/14, имеющих радиальное направление, и выводящем вредные выбросы на значительное расстояние от города - также установлена запорная арматура -вентиль на восток 9-1 и 9-2, юг 11-1 и 11-2, на запад 13-1 и 13-2, на север 15-1 и 15-2.

Внутри трубопроводов 5 и 8/10/12/14, и/или в общей конструкции установлены нагнетательные (и/или всасывающие) вентиляторы, и/или компрессорные станции, которые ускоряют поток выбросов и тем самым позволяют уменьшать требуемые диаметры для трубопроводов 5 и 8/10/12/14, удаляющих Вредные выбросы далеко за город. Сами вредные выбросы удаляемые на значительное расстояние от города - 18, Холм на котором или за которым находится дальняя труба для выбросов за городом - 16,

Работа системы осуществляется следующим образом:

Выбросы идут от производственных предприятий и ТЭС-ТЭЦ (2), которые имеют расширительную камеру в которой установлены фильтры для очистки вредных выбросов (на чертеже не показана), и своим сечением значительно превышающим сечение трубопровода 5, и выполнена объемом, позволяющим провести фильтрацию выбросов 4.

Далее через патрубок 6 выбросы идут в основной общий контур 5. Поток газов движется посредством нагнетающих вентиляторов или компрессорной станции, гонящих выбросы в определенные оператором трубопровод 8 или 10 или 12 или 14, установленный в направлении радиальном от центра города 1, Перемещение выбросов идет в том направлении, в котором, согласно спрогнозированного направления ветра, вредные выбросы 18 максимально удаляются от воздушного бассейна города 1.

Оголовок трубопровода 17 на выпуске вредных выбросов 18 имеет два варианта исполнения:

Первый - это невысокая вертикально установленная труба высотой 10-50 метров, через которую выбросы уходят в атмосферу.

Для сравнения, новая труба Красноярской ТЭЦ возвышается на 275 метров.

Но поскольку Оголовок трубопровода 17 находится на холме 16 высотой 300 метров Н.У.М., то общая высота новой трубы будет выше, чем уже установленная. Также поскольку разница высот между высотой холма 300 метров, и высотой Н.У.М. города = 180 метров, то транспорту потока выбросов эта разница высот (120 метров) будет добавлять тяги, и уменьшать нагрузку на вентиляторы.

Второй вариант: Оголовок трубопровода 17 на выпуске вредных выбросов разделен на несколько воздуховыпускных трубопроводов - рукавов установленных вертикально, общая площадь сечения которых значительно превышает площадь сечения любого трубопровода 8 или 10 или 12 или 14. Это выполнено с целью снижения скорости газового потока на выходе и тем самым повышения безопасности.

Оголовок и рукава трубопровода 17 на выходе газа огорожены прочной сеткой, для непропуска механических предметов и защиты от попадания в горячий поток птиц и животных. Чем больше общее сечение воздуховыпускных трубопроводов - рукавов на выпуске, тем медленнее, и значит безопаснее будут производиться выбросы из трубы 17.

Пример: Новая труба Красноярской ТЭЦ возвышается на 275 метров.

Диаметр фундамента составляет 36 метров. В самой верхней точке диаметр будет равен 10 метрам. Скорость выходящих выбросов 1,5-2 м/сек.

Объем выходящих выбросов = 3,14×25×(2 м/сек)=150 куб. метров/сек. Несколько предприятий произведут = 750 куб. метров/сек = Общий объем выбросов города.

Их надо удалить по трубе длиной 10 км. Но диаметр трубы 9 метров, нельзя позволить в городской черте. Поэтому будут использованы трубы меньшего диаметра, но с увеличением скорости газового потока.

Если диаметр трубы будет 1,4 метра (стандартный), 0,7²×3,14×?=750 куб. метров/сек 0,7²×3,14=1,54×?=750 куб. метров/сек, = 750:1,54=487 метров/сек, если труба 1 шт.

Для оптимальной скорости транспорта выбросов устанавливается например 3 трубы (рис. 2) диаметром 1,4 метра, 487:3=162 м/сек = скорость движения выбросов по трубам.

Для сравнения: скорость движения воздуха в аэротрубе, достигает 300 м/сек. Также воздух в 800 раз легче воды, поэтому давление на стенки трубопроводов будет незначительное.

В разных городах при разных объемах вредных выбросов, скорость газового потока выбросов по трубопроводам 8/10/12/14, будет достигать 70-150 метров в секунду.

В зависимости от различных условий каждого объекта, параметры составляющих элементов системы могут варьироваться.

Во избежание вибраций, все участки трубопровода, на всем протяжении жестко закреплены к грунту, например, сваями и/или анкерными креплениями посредством хомутов 23.

Вентили 7 трубопроводов 5 будут в основном открыты, и закрывать их будут например при ремонте отдельного участка или перенаправлении газового потока.

Для удаления выбросов, за границы воздушного бассейна города производится следующий порядок действий:

а) Создается центр управления, где главный оператор отдает команды по работе с запорными арматурами - вентилями и координирует действия операторов на участках,

б) производится прикрепление к каждому вентилю (запорной арматуре) оператора(ов) снабженных средствами связи, например рацией,

с) создается карта «Розы ветров» и мест для сброса вредных выбросов 18 с их координатами, измерением их высоты 16 относительно трубопровода 5, с примерным объемом возможности принятия выбросов и их рассеивания за единицу времени.

d) определяется направление ветра и утверждается оптимальное направление потока вредных выбросов по трубопроводам 8 или 10 или 12 или 14, после этого поступает команда оператору (операторам) на открытие/закрытие запорных арматур на восток 9-1 и/или 9-2, юг-11-1 и/или 11-2, на запад 13-1 и/или 13-2, на север 15-1 и/или 15-2, за чертой города, за холмами 16, имеющих возможность принять выкачиваемые объемы вредных выбросов 18.

е) главный оператор отдает команды операторам на местах по открытию - закрытию запорных арматур - вентилей. Открытие/закрытие запорных арматур или вентилей на восток 9-1 и/или 9-2, юг-11-1 и/или 11-2, на запад 13-1 и/или 13-2, на север 15-1 и/или 15-2, производятся операторами по команде синхронно.

f) По мере компьютеризации процессов, открытие/закрытие запорных арматур-вентилей на восток 9-1 и/или 9-2, юг -11-1 и/или 11-2, на запад 13-1 и/или 13-2, на север 15-1 и/или 15-2, изменение направления 19 или 20 или 21 или 22 потока выбросов, в порядке описанном выше выполняет единая Электронная система управления дистанционно, с пульта управления главного оператора.

g) на сезон отсутствия работы ТЭЦ, трубопроводы 5 герметично консервируются.

В итоге вредные выбросы 18 максимально удаляются от воздушного бассейна города 1.

Пример работы системы на практике, то есть открытие/закрытие запорных арматур - вентилей и настройки системы выбросов:

Допустим, Ветер определился как «Северно-западный», то есть с Северо-запада 22 с/з на Юго-восток 20 ю/в. От оператора системы идет команда: Открыть вентиль 11-1 (11-2 закрыт) и открыть вентиль 11 ю/в, трубопровода 10, и одновременно закрыть вентили 9,13,15, трубопроводов 8/12/14. Весь поток выбросов будет направлен на юго-восток, то есть ровно по направлению ветра и подальше от города.

Также выбросы могут направляться по смежным направлениям, например, юг + юго-восток,

Или на запад + северо-запад и/или + юго-запад, главное что бы выбросы уходили и не осаждались на территории города.

Это не панацея решения проблемы. Но из 2-х зол выбирают меньшее. Проблема вредных выбросов из городской, превращается в проблему региональную. Будет больше внимания к этой проблеме на более высоком уровне.

В дни безветрия эта система будет спасительной для городов.

Также меньше негатива будет для здоровья горожан.

Изобретение относится к области строительства, а именно к обеспечению вывода вредных выбросов - смога, выделяемого вредными производствами, в том числе тепловыми электростанциями-электроцентралями, работающими на угле и/или мазуте, или ином углеводородном топливе, из воздушного бассейна города. Технический результат - снижение степени загрязнения воздушного бассейна города. Система вывода вредных выбросов представляет собой систему трубопроводов различного диаметра, имеющего как минимум один основной общий контур для общего потока выбросов от всех предприятий. К общему контуру подсоединен один или более трубопроводов, имеющих радиальное направление относительно центра города и основного контура. По нему предусмотрен транспорт вредных выбросов производственных предприятий посредством нагнетающих вентиляторов или компрессорной станции в направлении радиально от центра города. Каждый участок трубопроводов снабжен запорными арматурами - вентилями. Все линии трубопроводов контура и радиальных на всем протяжении жестко закреплены к земле, например, сваями и/или анкерными креплениями посредством хомутов. Для работы создают карту «розы ветров» и мест для сброса выбросов с их координатами. Измеряют высоты мест выброса над уровнем моря относительно трубопровода. Оценивают примерный объем возможности принятия выбросов и их рассеивания за единицу времени. Открытие/закрытие запорных арматур - вентилей производят по команде синхронно. Оголовок трубопровода на выпуске вредных выбросов разделен на несколько воздуховыпускных трубопроводов – рукавов, установленных вертикально, общая площадь сечения которых значительно превышает площадь сечения любого трубопровода для снижения скорости газового потока на выходе. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Система вывода вредных выбросов производственных предприятий и теплоэлектростанций-теплоэлектроцентралей, работающих на угле и/или мазуте, за границы воздушного бассейна города, характеризующаяся тем, что представляет собой систему трубопроводов различного диаметра, имеющего как минимум один основной общий контур 5 для создания общего потока выбросов от всех предприятий, от которого идет один или более трубопроводов 8, 10, 12, 14, подсоединенных к основному контуру 5 и имеющих радиальное направление относительно центра города и основного контура, по которым предусмотрен транспорт вредных выбросов производственных предприятий посредством нагнетающих вентиляторов или компрессорной станции в направлении радиально от центра города 1, также каждый участок трубопроводов 8, 10, 12, 14 снабжен запорными арматурами - вентилями 9, 11, 13, 15, все линии трубопроводов контура 5 и радиальных 8, 10, 12, 14 на всем протяжении жестко закреплены к земле, например, сваями и/или анкерными креплениями посредством хомутов 23.

2. Система вывода вредных выбросов производственных предприятий по п. 1. отличающаяся тем, что каждое предприятие 2, производящее вредные выбросы 4, имеет расширительную камеру, в которой установлены фильтры для очистки вредных выбросов, своим сечением значительно превышающим сечение трубопровода 5, и объемом, позволяющим провести фильтрацию выбросов 4.

3. Система вывода вредных выбросов производственных предприятий по п. 1. отличающаяся тем, что имеет возможность перемещения выбросов в том направлении, в котором, согласно спрогнозированного направления ветра, вредные выбросы 18 максимально могут быть удалены от воздушного бассейна города 1.

4. Система вывода вредных выбросов производственных предприятий по п. 1. отличающаяся тем, что оголовок трубопровода 17 на выпуске вредных выбросов разделен на несколько воздуховыпускных трубопроводов - рукавов, общая площадь сечения которых превышает площадь сечения трубопроводов 8, 10, 12, 14.

5. Система вывода вредных выбросов производственных предприятий по п. 1, отличающаяся тем, что оголовок и рукава трубопровода 17 огорожены прочной защитной сеткой.

6. Способ вывода вредных выбросов производственных предприятий и теплоэлектростанций-теплоэлектроцентралей, работающих на угле и/или мазуте за границы воздушного бассейна города, характеризующийся следующим порядком действий:

а) создают командный центр управления по работе с основным и вторичными запорными арматурами - вентилями, координируют действия оператора/операторов на участках и назначает к каждому вентилю - запорной арматуре оператора/операторов, снабженных средствами связи, например рацией;

в) определяют направление ветра и утверждают оптимальное направление потока для вредных выбросов по трубопроводам 8, 10, 12, 14, после этого отдают команду на открытие/закрытие запорных арматур или вентилей 9 или 11 или 13 или 15, за чертой города, в местах за холмами 16, имеющих возможность принять выкачиваемые объемы вредных выбросов 18;

с) создают карту «розы ветров» и мест для сброса выбросов 18 с их координатами, измеряют их высоты над уровнем моря 12 относительно трубопровода 5, оценивают примерный объем возможности принятия выбросов и их рассеивания за единицу времени;

d) открывают/закрывают запорную арматуру - вентили 7 и/или 9, и/или 11, и/или 13, и/или 15 по команде синхронно;

e) открытием/закрытием запорных арматур - вентилей 7 и/или 9, и/или 11, и/или 13, и/или 15 изменяют направления потока выбросов в направлении 19 или 20, или 21, или 22 в порядке, описанном выше, что выполняют дистанционно с пульта управления посредством единой электронной системы управления;

f) на сезон отсутствия работы теплоэлектроцентрали трубопроводы 5 герметично консервируют.