柔性伸缩通天烟囱的制作方法
【技术领域】
[0001]柔性伸缩通天烟囱，是一种隔离、输送、扩散、控制城市地面近地层空间空气污染物的综合系统装置和方法的技术方案，用于控制治理城市空气污染，可以作为应急防治城市严重雾霾天气空气污染的措施之一，也可以作为城市主要污染源空气污染物汇集输送扩散的主要装置之一。所谓空气污染，又称为大气污染，通常是由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够高的浓度，维持足够长的时间，覆盖足够大的范围，并因此危害了人类的舒适、健康或环境的现象。烟囱是一种通气的管道，是最古老最重要的防治空气污染的装置之一。烟囱的发明极早。当原始人发现火时，同时发现了这样一个道理:哪里有火，哪里必有烟。最早的烟囱即是室内的通气孔。当把“火”带进室内做饭取暖时烟也随之而入，这就迫使人们不得不设法在屋顶或墙壁上开些通气孔，以此来驱除屋内的烟雾，这就是最早最原始的烟囱雏形。
[0002]通过烟囱防治室内空气污染这种方法作为一种房屋设计建造规范的人类实践活动已经持续了几十万年。人类曾花了很长的时间和智慧来不断改进完善烟囱。当我们把整个城市地面近地层空间作为一间巨大的房屋，我们共同在城市这个大房屋里工作、生活、栖息、娱乐、活动时，我们会产生大量的空气污染物，这些空气污染物的产生源几乎都是在离地面100米高度以下的地面近地层空间，我们需要发明设计建造一种高大的通天烟囱，这种通天烟囱可以把整个城市的主要空气污染物进行隔离、汇集、输送、扩散、稀释到我们人类赖以生存的地面近地层空间之外，保证我们呼吸所需空气的洁净、健康、安全、无害。柔性伸缩通天烟囱正是为了满足这种需求而发明的系统装置以及相关方法的技术方案。柔性伸缩通天烟囱可以作为城市这个大房屋排除内部空气污染物的通道，将城市地面近地层空间产生的空气污染物集中输送排放到高空大气层中去，远离城市地面近地层空间的空气湍流扩散效应，利用高空风力的输送扩散稀释作用将地面近地层空间空气污染物远远带离城市上空，以控制消除城市空气污染，尤其是控制消除城市地面近地层空间的空气污染。
【背景技术】
[0003]城市空气污染现象最集中的体现是大规模大范围长时间的城市雾霾天气。城市雾霾污染的形成原因是城市地面近地层空气处于静稳状态，水平空气流动性很小，逆温层深厚且接地，逆温层厚度达500-600米，空气温度下低上高，空气下重上轻，导致空气对流性差，湍流弱，地面风力很小，近地层空气几乎停滞不动，这种天气状况非常不利于空气污染物的扩散。逆温层就像是一个无形的大锅盖，将城市低空紧紧盖上，使低空中的工业、机动车尾气、低矮供暖燃煤锅炉烟囱排放、地面灰尘、工地扬尘、餐饮油烟以及其它一切低空空气污染物都扩散流动不出去，在低空不断汇入积累反应，加重地面近地层空间的空气污染，最终形成严重的雾霾污染。
[0004]什么是雾?雾接近地面，高度低，一般由400米以下大气层里面的微小水滴组成。雾会使空气透明度降低，能见度变差。从物理本质上讲，雾和云都是空气中水汽凝结的产物，与晴空区之间有明显边界。出现雾时，大气湿度达到饱和，雾升高到一定高度就成为云，而云降低到地面时就称为雾。雾通常浓度分布不均匀，厚度较小，常见的辐射雾厚度大约从几十米到200米。而雾滴的直径通常较大，从几微米到10um，平均直径在1um?20um左右，所以用肉眼就可以看到漂浮在空中的雾滴。由于雾散射太阳光时与光的波长关系不大，所以我们一般看到的雾呈乳白色或青白色。
[0005]什么是霾？霾主要成分是有机物、硫酸盐、硝酸盐、铵盐、灰尘等微小颗粒物。霾的厚度较大，可达1000米?3000米。霾与雾的区别在于，霾的相对湿度较低，一般相对湿度小于80%时出现的大气能见度恶化的天气现象是霾，而相对湿度大于90%时是雾，相对湿度介于80%?90%之间时是霾和雾的混合物，但主要成分是霾。霾与雾和云不同，与晴空区之间没有明显边界。霾粒子分布均勾，粒子直径较小，从0.00Ium到1um，平均直径在Ium?2um左右，因此肉眼看不到空中飘浮的颗粒物。由灰尘、硫酸盐、硝酸盐等粒子组成的霾容易散射波长较长的光，所以霾通常呈黄色或橙灰色。
[0006]什么是逆温层?在低层大气中，气温通常随高度的增加而降低，不过在某些情况下，气温会随高度的增加而升高，出现逆温现象，在大气中形成逆温层。逆温层通常出现在对流层低层，厚度较薄，大约几百米至1000米。逆温层的存在妨碍了地面空气污染物的垂直扩散，在逆温时，靠近地面的大气中水汽容易凝结成雾，因此，逆温天常有雾发生，而大雾又导致空气污染加重，形成雾与霾的混合体。雾本身没有原罪，雾并不代表脏的空气。真正可恶的是霾，也就是那些悬浮在大气中的大大小小的颗粒物。根据大小不同，这些小粒子被分为PMlO和PM2.5，分别代表动力学直径小于10微米和小于2.5微米的颗粒物。
[0007]在有逆温层的情况下，地面近地层空间空气污染比较严重，但是到了逆温层以上的高空，由于打破了逆温层的覆盖，高层空气流动比较顺畅，风速比地面增加许多，空气就很干净。一般大型热源厂、热电厂和大型工矿企业燃煤锅炉烟囱高度都在二三百米以下，这样的烟囱高度还不足以突破逆温层的覆盖，还不能让地面近地层空间免受烟囱排放烟气的污染。如果我们能够将烟囱高度增加到逆温层500-600米高度以上，这样就能够将烟囱排放的空气污染物穿透过逆温层大锅盖直接排放到高空进行稀释扩散，就不会对我们人类赖以呼吸生存的地面近地层空气造成污染了。
[0008]城市空气污染源就是空气污染物的来源，主要有以下几个方面:(I)以热电厂燃煤、燃油、燃气、工业生产炉窑烟囱排放为代表的固定源污染，工业生产排放到大气中的污染物种类繁多，有烟尘、硫氧化物、氮氧化物、有机化合物、卤化物、碳化合物等。(2)生活炉灶与采暖锅炉:大量民用生活炉灶和采暖锅炉需要消耗大量煤炭，煤炭在燃烧过程中释放大量灰尘、二氧化硫、一氧化碳等有毒有害物质污染大气，特别是冬季采暖时往往使污染地区烟雾弥漫。(3)交通运输:以汽车、火车、飞机、轮船等运输工具为代表的流动性污染源，特别是城市中的汽车，量大而集中，汽车尾气排放的污染物直接侵袭人的呼吸器官，对城市空气污染影响很严重。汽车尾气主要有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和碳氢化合物等。(4)以建筑施工工地裸土地面扬尘为代表的固定面源污染，随风飘扬。(5)以餐饮汽车维修畜禽养殖农业秸杆焚烧居民日常用火为代表的分散立体源污染。(6)森林火灾产生的自然源烟雾。
[0009]空气污染强度。空气污染源的影响可以从源强和源高两方面来看。源强是指污染物单位时间的排放速率。污染物浓度与源强成正比，即源强越大，污染越严重。源高是指污染源排放的高度。源高对污染物的浓度分布有很大影响。一般来说，离污染源越远，污染物浓度越低，但对于高架源来说，情况比较复杂。以烟囱为例，地面污染物的浓度在离烟囱很近处很低，随着距离的增加逐渐增加，达到一个最大值后又逐渐减小。根据实验数据监测结果，提高烟囱高度可以大幅度降低地面近地层空气的污染物浓度。
[0010]当前中国空气污染状况主要表现为煤烟型污染和汽车尾气污染。城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标，二氧化硫污染一直处于较高水平，机动车尾气污染物排放总量迅速增加，氮氧化物污染呈加重趋势。以北京为例，根据2015年环境保护部发布的污染源解析数据，机动车、燃煤、工业生产和扬尘是北京市PM2.5来源的四个主要来源，区域传输对北京PM2.5来源的贡献率高达28-36%，本地污染来源占64_72%。在本地污染来源中，机动车尾气排放占31.1%、燃煤烟气占22.4%、工业生产占18.1%、地面扬尘占14.3%、餐饮汽车修理畜禽养殖建筑占14.1%。从PM2.5组成成分来看，有机污染物占26%、硝酸盐占17%、硫酸盐占16%、地壳元素占12%、铵盐占11 %、其它占18%。
[0011 ]纯净空气是由一定比例的氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气和固体杂质微粒组成的混合物。就干燥空气而言，按体积计算，在标准状态下，氮气占78.08%，氧气占20.94%，稀有气体占0.93%，二氧化碳占0.03%，而其他气体及杂质体积大约是0.02%。
[0012]燃煤锅炉烟气主要成分，按体积计算，氮气占75.63%，氧气占6.33%，二氧化碳占12.29%，二氧化硫0.26%，水蒸气5.49%，而其他气体及杂质体积大约是0.02%。烟气中污染物的主要成分含量:S02: 7048mg/Nm3，S03: 144mg/Nm3，HCl: 50mg/Nm3，HF: 35mg/Nm3，烟尘浓度:88mg/Nm3。一般技术条件下，烟气脱硫成本大约2元/公斤二氧化硫，烟气脱硝成本大约2元/公斤氮氧化物，二氧化碳排放成本大约为0.1-0.2元/公斤二氧化碳。
[0013]汽车尾气主要成分，按体积计算，一氧化碳0.5-1.5%，二氧化碳占13-16%，碳氢化合物0.017%，氮氧化物0.05-0.10%，氧气占1-2%，氮气75-77%，水蒸气5.5-8%。汽车尾气中PM2.5的含量几百微克/立方米。机动车排放的几乎全是细颗粒物，主要为氮氧化物与挥发性有机物，这些细颗粒物在空气中和其它污染物发生化学反应，生成二次颗粒物，造成二次污染。
[0014]空气污染物包括污染气体和污染悬浮物。污染气体主要有硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、氟氯碳化物、对流层臭氧和碳氢化合物等。污染悬浮物包括TSP总悬浮颗粒物、PMl O可吸入颗粒物、PM2.5可入肺颗粒物。
[0015]硫氧化物是硫的氧化合物的总称。通常硫有4种氧化物，即二氧化硫(S02)、三氧化硫(S03，硫酸酐)、三氧化二硫(S203)、一氧化硫(SO);此外还有两种过氧化物:七氧化二硫(S207)和四氧化硫(S04)。在大气中比较重要的是S02和S03，其混合物用SOx表示。它与水滴、粉尘并存