Высотная подвесная дымовая труба.

Почему-то наибольшее количество отзывов получила идея подвесной дымовой трубы. Практически каждый «специалист» по транспорту написал, что строительство трубы высотой 5 км невозможно (подробнее в главе «Переписка»). Поэтому придётся описывать элементарные вещи.

В чём принцип работы дымовой трубы?

1) Перенос точки выброса на максимальное расстояние от источника выброса по вертикали (высота).

2) Снижение концентрации загрязнителя за счёт перемешивания загрязнителя в большом объёме чистого воздуха. Известно, что объём кубично зависит от расстояния.

Рассмотрим формулы снижения концентрации с помощью дымовой трубы [Расчёт минимальной высоты источника выброса]:

Для горячего выброса (температура газов выше окружающей среды, что характерно для металлургического производства) максимальная приземная концентрация =

, где

A - безразмерный коэффициент, зависящий от температурного режима атмосферы.

M (грамм/секунда) – мощность выброса или количество вредного вещества, выбрасываемого в единицу времени.

F - безразмерный коэффициент, зависящий от скорости оседания вредного вещества.

m и n - коэффициенты, зависящие от условий выхода газа воздушной смеси из устья источника, рассчитываются по специальным формулам и имеют сложную размерность.

H (метр) – высота источника выброса.

- разность между температурой выброса газа и температурой окружающего воздуха.

(кубический метр/секунда) – объёмный расход газовоздушной смеси.

, где

(метр) – диаметр устья источника.

(метр/секунда) – линейная скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника.

Из анализа этой формулы видно, что приземная концентрация больше всего, причём квадратично, зависит от высоты трубы. Соответственно, чем больше высота трубы, тем приземная концентрация ниже.

Пусть , при той же мощности, в результате получим график, идущий ниже первого.

Таким образом, чем больше высота источника выброса при заданной мощности, тем меньше максимальная приземная концентрация.

Минимальная высота источника выброса при заданной мощности выброса – это такая высота, при которой максимальная приземная концентрация равна ПДК ( ).

Обратите внимание, что даже при научной постановке задачи, решается не экологическая, а экономическая проблема (снижение выбросов только до уровня, когда за них уже не нужно платить).

Таким образом, самый эффективный способ (квадратичный эффект) снижения приземной концентрации это увеличение высоты дымовой трубы. К сожалению, существующая технология строительства несущих труб с опорой на фундамент для кирпичной трубы ограничена высотой в 120 метров, что часто даже ниже окружающего рельефа. Строительство железобетонных труб максимальной высотой до 420 метров (Экибастузская ГРЭС-2) очень дорого и по цене сопоставима с ценой телебашни. Поэтому такие трубы существуют в единичных экземплярах.

Но для отвода газа несущие функции трубы никому не нужны,поэтому предлагается строить не опорную, а подвесную дымовую трубу.

Все технологии для этого давно есть:

1) В качестве самой трубы можно использовать существующие оболочки для тепловых шаров, температурный режим для которых существенно жёстче (открытое пламя).

2) Вес газа внутри трубы вообще отрицательный. Так как отходящие газы значительно горячее окружающего воздуха, то возникает подъёмная сила как и у обычных тепловых шаров.

3) Для удержания в воздухе трубы (оболочки), при отсутствии газа, можно использовать существующие привязные аэростаты. Проблема высоты и связанной с ней проблемой веса привязного троса, давно решена многоярусной конструкцией аэростатов.

Таким образом, можно строить трубу высотой, ограниченной эффективной высотой использования аэростатов (около 5 километров).

Так как промышленные предприятия, как правило имеют непрерывный цикл работы, то теоретически можно вообще обойтись подъёмной силой отходящих промышленных газов.

4) В качестве сверхпрочного удерживающего троса можно использовать саму оболочку трубы.

5) Стоимость такой трубы сопоставима со стоимостью стандартной кирпичной трубы высотой 120 метров.

В результате для трубы высотой 5 километров (выше в 50 раз) получаем снижение приземной концентрации в 2500 раз, то есть до уровня, сопоставимого с фоном.

Более того, из рисунка распространения выброса видно, что если трубу расположить не вертикально, а под углом, с горизонтальным катетом размером с поперечник города, то при наличии минимального ветра (или искусственного вентилятора) приземная концентрация в черте города будет вообще равна нулю. Для этого достаточно создать механизм поворота трубы по ветру (флюгер).

Очевидно, что обратной стороной этого решения является значительное увеличение площади загрязнения. Но так как концентрация при этом уменьшается в тысячи раз, то влияние от этого будет не больше, чем от исландского вулкана, то есть в пределах естественного фона.

Хотя, в идеале, в трубу должен поступать уже полностью очищенный газ (подробнее «Центральная канализация загрязняющих газов»).

Принцип работы ЦКЗГ

Проблемы реализации:

1) Главной проблемой является большой объём отходящих газов.

Объём отходящих газов Магнитогорского металлургического комбината (ММК) меньше расхода одной нитки магистрального газопровода «северный поток» 3.5 млн м3час. (7 домен по 250 000 + 3 конвертера периодической работы в сумме дают меньше 3 млн м3час). Таким образом, все газы можно транспортировать по 1 трубе магистрального газопровода или по нескольким трубам меньшего диаметра или давления. То есть объём газов принципиальной преградой не является.

2) Прокладка 30 км наземным или подземным способом по промышленной зоне и за городом, например, вдоль железной дороги, сложной проблемой не является. А наличие достаточного места за городом для России не является проблемой тем более.

То есть, технически непреодолимых препятствий для системы канализации промышленных газов нет.

Принцип работы Рис. Система очистки промышленных газов до фоновых значений:

1) Сохраняются все существующие на данный момент системы очистки. В существующих дымовых трубах устанавливаются ответвления, подающие газ, ранее выбрасываемый в атмосферу, на вход компрессора. В самой дымовой трубе устанавливается предохранительный клапан, на случай поломки компрессора, что обеспечивает аварийный режим на порядок лучший существующего штатного.

2) По возможности газы от разных источников комбинируются по принципу их очистки (горючие газы, парниковые газы, металлургические газы) или по соображениям взрывобезопасности.

3) Газовые трубы малого расхода компрессором объединяются в магистрали и транспортируются за пределы города.

4) Выработка электричества на расширении сжатого газа.

5) Прохождение газа через электростатический фильтр

6) Прохождение газа через систему полной мокрой газоочистки.

7) Прохождение газов через специализированные фильтры, срок службы которых увеличивается многократно, так как к этому моменту большинство загрязнений уже удалено. Соответственно снижается и цена замены.

8) Максимально очищенный воздух подаётся в высотную дымовую трубу большого диаметра и распыляется на высоте более 5 км. Труба подвешивается на разновысотных привязных аэростатах.

9) Грязная вода от мокрой газоочистки поступает в отстойники большого объёма. После выпадения осадка достаточно чистая вода сливается и используется в замкнутом цикле мокрой газоочистки. Осадок поступает в испаритель, где, при использовании энергии низкокалорийных отходящих газов, превращается в твёрдые отходы. Из твёрдых отходов извлекаются полезные металлы и так далее, после чего остатки подлежат захоронению.

10) Горючие газы и вся система очистки используются для безопасной, эффективной и экологичной работы мусоросжигающих заводов.

В результате, предложенная концепция:

1) Полностью решает проблему промышленных выбросов в формулировке снижение концентрации до фоновых значений.

2) Использует только широкораспространённые дешёвые технологии, следовательно ниокр не нужны, и время реализации зависит только от финансирования.

3) Время полной реализации составляет примерно 2 года и в основном зависит от производства компрессоров и труб большого диаметра.

4) Используются максимально дешёвые материалы и технологии, следовательно, минимальная цена строительства.

5) Сбор всех горючих газов и жидкостей в 1 месте значительно увеличивает экономическую целесообразность электростанций, что уже в ближайшей перспективе делает всю систему очистки прибыльной.

Принципиальным отличаем данной концепции является отказ от ненаучных и относительных параметров ПДК и переход к понятным и проверенным временем естественным фоновым значениям.

Принципиальная возможность полного решения экологических проблем, даёт всем горожанам, а особенно получившим онкологические заболевания, возможность требовать от предприятий реального, легко проверяемого, решения экологических проблем. А не как сейчас, каждый год приглашать высоких государственных чиновников и сообщать, что теперь из 1 из 100 труб выбрасывается на 20% меньше загрязнений, каждый раз рассказывая байку о чистом магнитогорском снеге, который таковым никак нельзя назвать. Возможность полного решения проблемы ставит, как минимум, нравственный вопрос о получении прибыли, за счёт здоровья и жизни людей. Поэтому государство, вместо бесполезных штрафов, должно запретить предприятиям, продолжающим загрязнять окружающую среду, расходовать прибыль иначе как на экологию до 100% решения экологических проблем. Но самое абсурдное в сегодняшней ситуации, что огромные средства ММК, выделяемые на экологию (около 2х миллиардов рублей в год) уже давно могли бы полностью решить все экологические проблемы и вместо штрафов приносить прибыль.