Способ работы и устройство для вентиляции автодорожных тоннелей



Способ работы и устройство для вентиляции автодорожных тоннелей
Способ работы и устройство для вентиляции автодорожных тоннелей

 


Владельцы патента RU 2487245:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" (RU)

Способ работы и устройство для вентиляции автодорожных тоннелей относится к установкам для вентиляции автодорожных тоннелей с одновременной выработкой электрической и тепловой энергии для энергоснабжения жилых зданий, социальных и промышленных объектов городов. Улучшение экономических показателей устройств для вентиляции в сочетании с их использованием для дополнительной выработки электрической и тепловой энергии достигается за счет того, что по трассе тоннелей на определенных расстояниях от входных и выходных порталов дополнительно размещают вытяжные вентиляционные шахты с блоками пылеочистки и газотурбинными мини-теплоэлектроцентралями. Подвод в тоннели большей части свежего атмосферного воздуха и удаление из тоннеля загрязненного воздуха производят за счет разрежения, создаваемого воздушными компрессорами дополнительных энергетических газотурбинных установок. Работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии. Теплоту отработавших продуктов сгорания утилизируют в котле-утилизаторе, вырабатывают тепловую энергию и используют ее для теплоснабжения зданий. Продукты сгорания после котла-утилизатора сбрасывают через дымовую трубу в атмосферу и рассеивают на высоте 60-80 метров вредные газовые составляющие продуктов сгорания. Одновременно с вентиляцией тоннелей производят выработку электрической и тепловой энергии и ее подачу к потребителям. Вредные газовые составляющие продуктов сгорания рассеиваются в атмосфере на высоте 60-80 метров. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Способ работы и устройство для вентиляции автодорожных тоннелей относится к сферам экологии и энергетики, а точнее к установкам для вентиляции автодорожных тоннелей с одновременной выработкой электрической и тепловой энергии для энергоснабжения жилых зданий, социальных и промышленных объектов городов.

В состав удаляемой из тоннелей смеси воздуха с отработавшими газами бензиновых и дизельных двигателей легковых и грузовых автомобилей и автобусов входит ряд токсичных загрязнителей, составляющих до 90% от объема выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания - продукты неполного сгорания топлива - СО, оксиды азота воздуха. Кроме того, в выхлопных газах содержатся другие токсичные соединения - диоксид серы SO2, озон и бенз(а)пирен, способные накапливаться вблизи автодорожных тоннелей, а также мелкодисперсные твердые и аэрозольные частицы органического и неорганического типа.

Вентиляционные системы тоннелей должны снабжаться устройствами пыле- и газоочистки, предотвращающими возможность ухудшения экологической обстановки в районе прохождения тоннеля.

Существующие системы вентиляции предусматривают вентиляцию автодорожных тоннелей путем принудительной подачи в них чистого наружного воздуха мощными осевыми вентиляторами, с последующим удалением загрязненного воздуха из тоннелей вентиляторами через порталы тоннеля или специальные вентиляционные шахты. Вентиляционные системы могут содержать до нескольких десятков приточных струйных осевых вентиляторов и промежуточные вентиляционные камеры с несколькими приточными и вытяжными вентиляторами производительностью, в зависимости от размеров тоннеля, превышающей 350 тыс м3/ч.

Известны несколько способов и систем для вентиляции автодорожных тоннелей - струйная, продольно-струйная, а также комбинированные системы - полупоперечная, полупродольная, полупоперечно-поперечная. Струйные системы предусматривают установку через определенные интервалы реверсивных осевых вентиляторов большой производительности, создающих высокоскоростной поток воздуха (до 40 м/с). Чаще всего используют струйные осевые вентиляторы, которые при небольших статических напорах должны обеспечивать перемещение больших объемов воздуха. При продольном способе вентиляции тоннель служит воздуховодом для прохода воздуха, вентилирующего тоннель.

Поперечный или распределительный способ предусматривает принудительную подачу в тоннель наружного воздуха из приточного воздуховода через специальные отверстия, равномерно расположенные по его длине. Загрязненный воздух вытягивается через отверстия в вытяжном газоходе, причем приточные и вытяжные отверстия размещаются в шахматном порядке.

При полупоперечном способе, так же как и при поперечном способе, чистый наружный воздух подается в тоннель принудительно, а загрязненный воздух проходит по всему тоннелю и выходит наружу в атмосферу через порталы или через специальные вентиляционные шахты. Комбинированные системы вентиляции с шахтной вентиляцией применяют для тоннелей длиной 3-5 км.

Недостатком всех перечисленных способов вентиляции автодорожных тоннелей с помощью струйных осевых вентиляторов является выброс в атмосферу удаляемого из тоннелей загрязненного воздуха без его предварительной очистки на уровне дыхания человека. Поэтому в современных тоннелях вентиляционные шахты также оснащаются системами воздухоочистки, включающими устройства низкотемпературной плазмы и катализаторы (Маковский Л.В. Вентиляция автодорожных тоннелей. Учебное пособие. МАДИ (ГТУ) - М., 2009).

Известен способ и устройство с использованием плазмохимического реактора для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от содержащихся в них нежелательных химических соединений, в частности СО, H2S, NO2, СО2 (Патент РФ 2184601 от 07.10.2002, МКИ B01D 53/32). Недостатками этого устройства являются большие габариты реактора и источника питания и, как следствие, высокая материалоемкость реактора.

Известно устройство для очистки воздуха от газообразных загрязняющих или дурнопахнущих веществ, воздухоподготовки и стерилизации приточного воздуха - газоконвертор "Ятаган" (патент РФ на полезную модель №40013 от 31.05.04. МКИ В03С 3/02, бюл. №24, 2004 г.). Принцип действия газоконвертора "Ятаган" основан на совместном воздействии объемного барьерного разряда, озона высокой концентрации с каталитическим воздействием на молекулы газообразных загрязнений и патогенную микрофлору. В этом устройстве продуктами окисления при очистке воздуха являются CO2 и H2O. Конструктивно газоконвертор "Ятаган" состоит из трех основных блоков - блока предварительной очистки, газоразрядного и каталитических блоков. Его недостатками являются ограниченная производительность, большие габариты, вес и стоимость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ работы газоразрядного очистного комплекса “ГРОК", предназначенного для очистки газовых выбросов автодорожных тоннелей от твердых частиц и вредных газообразных веществ органической природы: фенола, формальдегида, гексана, стирола, толуола, ксилола, акролеина, бутанола, жирных кислот, бенз(а)пирена, и токсичных веществ неорганической природы: сероводорода, оксида углерода, аммиака, диоксида серы, окислов азота и других токсикатов. Проект применения газоразрядного очистного комплекса "ГРОК" для Серебряноборских тоннелей Москвы разработан Проектным бюро 82 (Москва) mailto:buro@buroproject.ru, а его характеристики изложены в статье Лола Т.А. «Газоочистка, система газоочистки ГРОК, инженерные системы. Очистка газовых выбросов, участок тоннеля».

Способ работы газоразрядного очистного комплекса "ГРОК" предусматривает производить очистку загрязненного воздуха при вентиляции автомобильного тоннеля в несколько этапов. Устройство газоразрядного очистного комплекса "ГРОК" состоит из трех блоков - блока отсасывания и пылеочистки, газоразрядного плазменно-каталитического блока, блока финишной очистки воздуха. В первом блоке применены струйные осевые вентиляторы и тканевые фильтры пылеочистки. Второй газоразрядный плазменно-каталитический блок включает плазменную газоразрядную ячейку, поглощающие фильтры с полиэфирным тканевым фильтрующим полотном и платино-палладиевые катализаторы. Блок финишной очистки содержит низкотемпературный композитный нанокатализатор. В первом блоке струйными осевыми вентиляторами осуществляют отсасывание из тоннеля загрязненного воздуха и его предварительную очистку от пыли и взвешенных частиц в системе тканевых фильтров пылеочистки. В газоразрядной ячейке второго плазменно-каталитического блока производят высоковольтный разряд и формируют слабоионизированную низкотемпературную плазму, с помощью которой производится плазмохимическое разрушение вредных компонентов вентиляционных выбросов, содержащих СО и NOX. При этом окись углерода окисляется до углекислого газа CO2, а оксиды азота частично восстанавливаются до молекулярного азота. После газоразрядной ячейки в поглощающих фильтрах с полиэфирным тканевым фильтрующим полотном осуществляют тонкую очистку воздуха от взвешенных частиц и аэрозолей с размерами как 1-3 мкм, так и менее 1 мкм. Далее на платино-палладиевых катализаторах производят завершение конверсии загрязняющих веществ с каталитическим разложением газообразных загрязнителей.

В блоке финишной очистки, содержащем низкотемпературный композитный нанокатализатор, производят нейтрализацию технологического озона и завершение конверсии остаточных концентраций токсичных компонентов. После финишного блока газоочистки очищенный воздух выбрасывают в атмосферу.

В соответствие с вышеуказанном проектом, по трассе Серебряноборских тоннелей расположены две вентиляционных камеры. Они служат для подачи в тоннели свежего воздуха. В каждой камере находятся три вентилятора с расходом воздуха по 600 тыс м3/ч. Один из них резервный. В камерах также устанавливаются по два вытяжных вентилятора. Выделяемые автотранспортом вредные выбросы и загрязненный воздух поступают в атмосферу через проемы (открытые участки тоннелей), порталы и две вытяжные вентиляционные камеры. Из вытяжных вентиляционных камер загрязненный воздух поступает в газоочистные системы (газоразрядные очистные комплексы «ГРОК») производительностью каждой 1200 тыс м3/ч.

Способ очистки автодорожных тоннелей от вредных газовых выбросов с применением газоразрядного очистного комплекса "ГРОК" и устройство для его реализации приняты за прототип предлагаемого изобретения.

В то же время для прототипа характерен ряд недостатков. В частности, не весь загрязненный в тоннеле воздух пропускают через газоразрядные очистные комплексы, размещенные в вытяжных вентиляционных камерах тоннеля. Его часть через открытые участки тоннеля поступает в атмосферу в приземном слое без предварительной очистки воздуха и приводит к высокой концентрации вредных газов на уровне дыхания. В способе и устройстве-прототипе фактически очищается от вредных примесей не более 70-80% загрязненного воздуха, отсасываемого из тоннелей. Во вторых, система вентиляции тоннелей, оснащенных газоразрядными очистными комплексами, очень затратна и достигает до 15% от общей стоимости сооружаемых тоннелей. В третьих, электрическая мощность, потребляемая осевыми вентиляторами и газоразрядными очистными комплексами автодорожных тоннелей, достигает нескольким тысяч киловатт и требует значительных затрат средств на их энергоснабжение.

Учитывая сложность и высокую стоимость очистных комплексов, становится особенно актуальной разработка нового типа экономичных и экологически эффективных установок для вентиляции автодорожных тоннелей большой протяженности.

Техническим результатом предлагаемого способа работы установки и устройства вентиляции автодорожных тоннелей является улучшение экономических показателей устройств их вентиляции в сочетании с их использованием для дополнительной выработки электрической и тепловой энергии.

Технический результат достигается за счет того, что в способе работы и устройстве установки для вентиляции автодорожных тоннелей применена комбинированная вентиляционно-энергетическая газотурбинная установка, обеспечивающая эффективную вентиляцию тоннелей с одновременной когенерационной выработкой электрической и тепловой энергии. В способе работы установки для вентиляции автодорожных тоннелей, содержащих входные и выходные порталы и вытяжные вентиляционные шахты, согласно которому атмосферный воздух подают в автодорожные тоннели струйными осевыми вентиляторами через входные и выходные порталы, причем воздух, загрязненный в автодорожных тоннелях, удаляют из тоннеля через дополнительные вытяжные вентиляционные шахты с блоками пылеочистки, снабженными тканевыми фильтрами, производя в них тонкую очистку загрязненного воздуха от пыли и взвешенных частиц, используя при этом разрежение, создаваемое воздушными компрессорами дополнительных газотурбинных мини-теплоэлектроцентралей (мини-ТЭЦ); воздух, частично очищенный в блоках пылеочистки, сжимают в воздушных компрессорах дополнительных газотурбинных мини-теплоэлектроцентралей, сжигают в нем топливо (природный газ), производя частичное доокисление оксидов углерода, продукты сгорания топлива расширяют в газовых турбинах, и используют их полезную работу для выработки электроэнергии, теплоту отработавших продуктов сгорания утилизируют в котлах-утилизаторах и вырабатывают тепловую энергию, подогревая сетевую воду; охлажденные до 100-120 градусов Цельсия продукты сгорания сбрасывают через дымовые трубы в атмосферу на высоте 60-80 метров, рассеивая вредные газовые составляющие продуктов сгорания и обеспечивая с учетом фоновых загрязнений воздуха экологически приемлемую концентрацию вредных газов в притоннельных зонах; выработанную дополнительными газотурбинными мини-теплоэлектроцентралями электрическую и тепловую энергию направляют к потребителям. В городах с высоким фоновым загрязнением воздуха в притоннельной зоне способ работы установки для вентиляции автодорожных тоннелей осуществляют в соответствии с п.1, причем продукты сгорания топлива после котлов-утилизаторов с температурой 100-120°С дополнительно очищают в газоразрядных очистных комплексах, формируя слабоионизированную низкотемпературную плазму, затем производят плазмохимическое разрушение вредных газовых компонентов и осуществляют каталитическое разложение газообразных загрязнителей в платано-палладиевых катализаторах, после чего очищенные в композитном нанокатализаторе продукты сгорания сбрасывают в атмосферу через дымовые трубы высотой 60-80 метров.

Устройство для реализации способа работы установки вентиляции автодорожных тоннелей, согласно которому автодорожный тоннель снабжают входными и выходными порталами со струйными осевыми вентиляторами, причем по трассе автодорожных тоннелей, на определенных расстояниях от входных и выходных порталов, дополнительно размещают вытяжные вентиляционные шахты с блоками пылеочистки, содержащими батарейные циклоны, блоки пылеочистки связывают воздуховодами с дополнительными газотурбинными мини-теплоэлектроцентралями (мини-ТЭЦ). содержащими воздушные компрессоры, камеры сгорания, газовые турбины, электрогенераторы, котлы-утилизаторы и дымовые трубы; в котлах-утилизаторах размещают теплообменные поверхности для нагрева сетевой воды; выхлопные патрубки газовых турбин связывают газоходами через котлы-утиличаторы и дымовые трубы с атмосферой, роторы газовых турбин соединяют общим валом с роторами электрогенераторов, клеммы электрогенераторов электрически связывают с внешними электрическими сетями, поверхности нагрева котлов-утилизаторов связывают трубопроводами сетевой воды с тепловыми сетями потребителей, а в газоходе между котлами-утилизаторами и дымовыми трубами устанавливают последовательно: газоразрядный плазменно-каталитический блок, включающий плазменную газоразрядную ячейку, поглощающие фильтры с полиэфирным тканевым фильтрующим полотном и платино-палладиевые катализаторы, блок финишной очистки продуктов сгорания с композитным нанокатализатором.

На фиг.1 приведена принципиальная схема установки для вентиляции автодорожных тоннелей для осуществления предлагаемого способа ее работы по п.1.

Принципиальная схема вентиляции автодорожных тоннелей по фиг.1 может быть применена при умеренной загрязненности воздуха в притоннельной территории города. Она включает: автодорожный тоннель 1, вытяжные вентиляционные шахты 2, вентиляционную шахту 3, блок пылеочистки 4, газотурбинную мини-теплоэлектроцентраль 5, блок струйных осевых вентиляторов 6, энергетическую газотурбинную установку 7, воздушный компрессор 8, газовую турбину 9, электрогенератор 10, котел-утилизатор 11, дымовую трубу 12.

Устройство для вентиляции автодорожных тоннелей по фиг.1 выполнено следующим образом. Автодорожный тоннель 1 связан с атмосферой по чистому воздуху через входные и выходные порталы, блок струйных осевых вентилятораторов 6, установленных на входе в вентиляционную шахту 3. На определенных расстояниях от входных и выходных порталов автодорожного тоннеля 1 дополнительно размещены вытяжные вентиляционные шахты 2 с блоками пылеочистки 4 загрязненного воздуха, содержащие, например, батарейные циклоны и тканевые фильтры. Вытяжные вентиляционные шахты 2 через блоки пылеочистки 4 связаны по воздуху с дополнительными газотурбинными мини-теплоэлектроцентралями 5 с энергетическими газотурбинными установками 7, содержащими воздушные компрессоры 8, камеры сгорания, газовые турбины 9, электрогенераторы 10, котлы-утилизаторы 11. Выходы газовых турбин 9 связаны газоходами через котлы-утилизаторы 11 и дымовые трубы 12 с атмосферой. Электрические генераторы 10 присоединены к внешним электрическими сетям, а котлы-утилизаторы 11 - к внешними тепловым сетям.

Вентиляция автодорожного тоннеля в соответствии с принципиальной схемой, приведенной на фиг.1, работает следующим образом. Атмосферный воздух поступает в автодорожный тоннель 1 через входной и выходной порталы, а также через вентиляционную шахту 3, за счет разрежения, которое создают воздушные компрессоры энергетических газотурбинных установок 7, а также за счет нагнетания чистого атмосферного воздуха в тоннель 1 блоком осевых вентиляторов 6 через вентиляционную шахту 3. Воздушный компрессор 8 газотурбинной мини-теплоэлектроцентрали 5 всасывает из автодорожного тоннеля 1 через вытяжные вентиляционные шахты 2 загрязненный воздух, содержащий пыль, взвешенные частицы и вредные газы выхлопов автомобилей. Отсасываемый загрязненный воздух очищают от пыли и взвешенных частиц в блоке пылеочистки 4. Загрязненный воздух, частично очищенный в блоке пылеочистки 4, сжимают в воздушном компрессоре 8 энергетической газотурбинной установки 7 газотурбинных мини-ТЭЦ 5, сжигают в их камере сгорания топливо (природный газ) (при температурах 1600-1800°С) и производят частичное доокисление оксидов углерода, содержащихся в загрязненном воздухе. Затем продукты сгорания топлива расширяют в газовой турбине 9 энергетической газотурбинной установки 7 и используют их полезную работу для выработки электроэнергии в электрогенераторе 10. Теплоту отработавших в газовой турбине продуктов сгорания утилизируют в котле-утилизаторе 11, вырабатывая тепловую энергию и нагревая сетевую воду теплосети. Охлажденные в котле-утилизаторе 11 до температуры 100-120°С продукты сгорания топлива сбрасывают через дымовую трубу 12 в атмосферу и рассеивают содержащиеся в них вредные газовые составляющие продуктов сгорания на высоте 60-80 метров, обеспечивая экологически допустимую концентрацию вредных газов в притоннельной зоне города. Выработанную на газотурбинной мини-ТЭЦ 5 электрическую и тепловую энергию подают потребителям по соответствующим электрическим и тепловым сетям.

На фиг.2 приведена принципиальная схема установки для вентиляции автодорожных тоннелей для осуществления предлагаемого способа ее работы по п.1 и 3.

Принципиальная схема вентиляции автодорожных тоннелей по фиг.2 может быть применена в городах с высоким фоновым загрязнением атмосферного воздуха. Она включает: автодорожный тоннель 1, вытяжные вентиляционные шахты 2, вентиляционную шахту 3, блок пылеочистки 4, газотурбинную мини-теплоэлектроцентраль (мини-ТЭЦ) 5, блок осевых вентиляторов 6, энергетическую газотурбинную установку 7, воздушный компрессор 8, газовую турбину 9, электрогенератор 10, котел-утилизатор 11, газоразрядный очистной комплекс 12, дымовую трубу 13.

Устройство для вентиляции автодорожных тоннелей по фиг.2 выполнено следующим образом. Автодорожный тоннель 1 связан с атмосферой по чистому воздуху через входные и выходные порталы, блок струйных осевых вентиляторов 6, установленных на входе в вентиляционную шахту 3. На определенных расстояниях от входных и выходных порталов автодорожного тоннеля 1 дополнительно размещены вытяжные вентиляционные шахты 2 с блоками пылеочистки 4 загрязненного воздуха, содержащие, например, батарейные циклоны и тканевые фильтры. Вытяжные вентиляционные шахты 2 через блоки пылеочистки 4 связаны по воздуху с дополнительными газотурбинными мини-теплоэлектроцентралями 5 с энергетическими газотурбинными установками 7, содержащими воздушные компрессоры 8, камеры сгорания, газовые турбины 9, электрогенераторы 10, котлы-утилизаторы 11. Выходы газовых турбин 9 связаны газоходами через котлы-утилизаторы 11, газоразрядные очистные комплексы 12 и дымовые трубы 13 с атмосферой. Электрические генераторы 10 присоединены к внешним электрическим сетям, а котлы-утилизаторы 11 - к внешним тепловым сетям.

Вентиляция автодорожных тоннелей в городах с высоким фоновым загрязнением атмосферного воздуха в соответствии с принципиальной схемой, приведенной на фиг.2, работает таким образом. Атмосферный воздух поступает в автодорожный тоннель 1 через входной и выходной порталы, а также через вентиляционную шахту 3, за счет разрежения, которое создают воздушные компрессоры энергетических газотурбинных установок 7, а также за счет нагнетания чистого атмосферного воздуха в тоннель 1 блоком осевых вентиляторов 6 через вентиляционную шахту 3. Воздушный компрессор 8 газотурбинной мини-теплоэлектроцентрали 5 всасывает из автодорожного тоннеля 1 через вытяжные вентиляционные шахты 2 загрязненный воздух, содержащий пыль, взвешенные частицы и вредные газы выхлопов автомобилей. Отсасываемый загрязненный воздух очищают от пыли и взвешенных частиц в блоке пылеочистки 4. Загрязненный воздух, частично очищенный в блоке пылеочистки 4, сжимают в воздушном компрессоре 8 энергетической газотурбинной установки 7 газотурбинных мини-ТЭЦ 5, сжигают в камере сгорания топливо (природный газ) (при температурах 1600-1800°С) и производят частичное доокисление оксидов углерода, содержащихся в загрязненном воздухе. Затем продукты сгорания топлива расширяют в газовой турбине 9 энергетической газотурбинной установки 7 и используют ее полезную работу для выработки электроэнергии в электрогенераторе 10. Теплоту отработавших в газовой турбине продуктов сгорания утилизируют в котле-утилизаторе 11, вырабатывая тепловую энергию и нагревая сетевую воду теплосети. Охлажденные в котле-утилизаторе 11 до температуры 100-120°С продукты сгорания топлива направляют в дополнительные газоразрядные очистные комплексы 12, где производят их дополнительную очистку - формируют слабоионизированную низкотемпературную плазму, производят плазмохимическое разрушение вредных газовых компонентов и осуществляют каталитическое разложение газообразных загрязнителей на платино-палладиевых катализаторах. Важно, что при температуре газов в 100-120°С существенно интенсифицируются каталитические процессы. Продукты сгорания, очищенные от вредных примесей в газоразрядном очистном комплексе 12, через дымовые трубы 13 сбрасывают в атмосферу, рассеивая их на высоте 60-80 метров.

Совокупность признаков изобретения:

- по трассе тоннелей на определенных расстояниях от входных и выходных порталов дополнительно размещают вытяжные вентиляционные шахты с блоками пылеочистки и газотурбинными мини-теплоэлектроцентралями, содержащими воздушные компрессоры, камеры сгорания топлива, газовые турбины, электрогенераторы, котлы-утилизаторы и дымовые трубы;

- подвод в тоннели большей части свежего атмосферного воздуха и удаление из тоннеля загрязненного воздуха производят за счет разрежения, создаваемого воздушными компрессорами дополнительных энергетических газотурбинных установок;

- сжигают в сжатом воздухе топливо (природный газ) и осуществляют частичное доокисление оксидов углерода, находящихся в загрязненном воздухе;

- полезную работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии;

- теплоту отработавших продуктов сгорания утилизируют в котле-утилизаторе, вырабатывают тепловую энергию и используют ее для теплоснабжения зданий;

- продукты сгорания после котла-утилизатора сбрасывают через дымовую трубу в атмосферу и рассеивают на высоте 60-80 метров вредные газовые составляющие продуктов сгорания;

- в притоннельной зоне городов с высоким фоновым загрязнением воздуха продукты сгорания топлива после котлов-утилизаторов дополнительно очищают в газоразрядных очистных комплексах;

позволяет повысить качество вентиляции тоннелей и снизить концентрацию вредных газов на притоннельной территории;

позволяет осуществить доокисление части оксидов углерода, находящихся в загрязненном воздухе;

позволяет одновременно с вентиляцией тоннелей производить выработку электрической и тепловой энергии и ее подачу к потребителям;

позволяет рассеивать в атмосфере на высоте 60-80 метров вредные газовые составляющие продуктов сгорания, обеспечивая приемлемую концентрацию вредных газов в притоннельных зонах;

позволяет в притоннельной зоне городов с высоким фоновым загрязнением воздуха производить тщательную очистку продуктов сгорания в газоразрядных очистных комплексах.

Предварительная очистка атмосферного воздуха от пыли и твердых компонентов в комплексных воздухоочистительных установках (КВОУ) применяется в газоперекачивающих агрегатах компрессорных станций магистральных газопроводов и в энергетических ГТУ. Обычно их выполняют по двухступенчатой схеме - с батарейными циклонами и тканевыми фильтрами тонкой очистки воздуха.

Важно, что при использовании для вентиляции автодорожных тоннелей газотурбинных мини-ТЭЦ с энергетическими газотурбинными установками конвертированного типа появляется возможность комплексного решения задач вентиляции тоннелей с очисткой загрязненного в них воздуха при одновременной выработке на газотурбинной мини-ТЭЦ значительного количества электрической и тепловой энергии. Например, в случае применения для этих целей газотурбинной установки ГТЭ 16-18 с двигателем НК 16-18 электрической мощностью 18 МВт расход воздуха через ее воздушный компрессор при температуре 15°С составляет 469370 м3/час. Для ГТЭ НК-37 при электрической мощности 25 МВт расход воздуха будет составлять 440000 м3/час. Следовательно, при установке мини-ТЭЦ с двумя ГТУ НК-37 у каждой из двух вентиляционных шахт Серебряноборских тоннелей они могут в летний период отсасывать из них практически весь загрязненный воздух. Зимой при отрицательных температурах воздуха из-за повышения его расхода через компрессор увеличится отсос из тоннеля. При необходимости более тщательной очистки газовоздушной смеси от вредных примесей между котлом-утилизатором и дымовой трубой мини-ТЭЦ могут быть дополнительно размещены газоразрядные очистные комплексы плазменно-каталитической и финишной очистки газо-воздушного потока. При температуре отходящих газов в 100-120°С в них произойдет интенсификация каталитических процессов, уменьшение габаритов и стоимости газоразрядных очистных комплексов.

Главные факторы при предлагаемом техническом решении комбинированного способа вентиляции автодорожных тоннелей:

- отсос из тоннелей загрязненного воздуха компрессорами газотурбинных установок с выработкой на мини-ТЭЦ электроэнергии и использованием теплоты уходящих газов газотурбинных установок для выработки тепловой энергии. Например, каждая мини-ТЭЦ с двумя ГТЭ НК-37 будет иметь порядка 50 МВт электрической мощности и 80 Гкал/ч тепловой мощности;

- из котлов-утилизаторов газотурбинных установок через дымовые трубы удаляется в атмосферу воздух, отсасываемый из тоннелей и продукты сгорания сжигаемого топлива. Это позволяет снизить концентрацию загрязняющих веществ на уровне дыхания человека в жилых массивах притоннельных территорий, по сравнению с известными по аналогам и прототипу способами работы систем вентиляции автодорожных тоннелей, где отсасываемый из тоннелей загрязненный воздух выбрасывается вентиляторами в приземную зону;

- к мини-ТЭЦ могут присоединяться тепловые сети небольшой протяженности, обеспечивающие теплоснабжение близлежащих жилых массивов. Высокоэкономичная комбинированная выработка на мини-ТЭЦ электрической и тепловой энергии позволит на прилегающих к тоннелям микрорайона города снизить тарифы на электрическую и тепловую энергию. Снижение величины тарифов будет связано не только с низкой себестоимостью их производства на мини-ТЭЦ, но также и вследствие значительного снижения потерь при транспорте энергоносителей, а также из-за меньших утечек сетевой воды и расхода электроэнергии на собственные нужды по сравнению с централизованным теплоснабжением потребителей из магистральных тепловых сетей;

- в городах с высоким фоновым загрязнением атмосферного воздуха можно осуществить частичное доокисление содержащихся в газо-воздушном потоке экологически вредных примесей оксидов углерода.

1. Способ работы установки для вентиляции автодорожных тоннелей, содержащих входные и выходные порталы и вытяжные вентиляционные шахты, согласно которому атмосферный воздух подают в автодорожные тоннели струйными осевыми вентиляторами через входные и выходные порталы, отличающийся тем, что воздух, загрязненный в автодорожных тоннелях, удаляют из тоннеля через дополнительные вытяжные вентиляционные шахты с блоками пылеочистки, снабженными тканевыми фильтрами, производя в них тонкую очистку загрязненного воздуха от пыли и взвешенных частиц, используя при этом разрежение, создаваемое воздушными компрессорами дополнительных газотурбинных мини-теплоэлектроцентралей, воздух, частично очищенный в блоках пылеочистки, сжимают в воздушных компрессорах дополнительных газотурбинных мини-теплоэлектроцентралей, сжигают в нем топливо-природный газ, производя частичное доокисление оксидов углерода, продукты сгорания топлива расширяют в газовых турбинах и используют их полезную работу для выработки электроэнергии, теплоту отработавших продуктов сгорания утилизируют в котлах-утилизаторах и вырабатывают тепловую энергию, подогревая сетевую воду; охлажденные до 100-120°С продукты сгорания сбрасывают через дымовые трубы в атмосферу на высоте 60-80 м, рассеивая вредные газовые составляющие продуктов сгорания и обеспечивая с учетом фоновых загрязнений воздуха экологически приемлемую концентрацию вредных газов в притоннельных зонах; выработанную дополнительными газотурбинными мини-теплоэлектроцентралями электрическую и тепловую энергию направляют к потребителям.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в городах с высоким фоновым загрязнением воздуха в притоннельной зоне продукты сгорания топлива после котлов-утилизаторов с температурой 100-120°С дополнительно очищают в газоразрядных очистных комплексах, формируя слабоионизированную низкотемпературную плазму, затем производят плазмохимическое разрушение вредных газовых компонентов и осуществляют каталитическое разложение газообразных загрязнителей в платино-палладиевых катализаторах, после чего очищенные в композитном нанокатализаторе продукты сгорания сбрасывают в атмосферу через дымовые трубы высотой 60-80 м.

3. Устройство для реализации способа работы установки вентиляции автодорожных тоннелей по п.1, согласно которому автодорожный тоннель снабжают входными и выходными порталами со струйными осевыми вентиляторами, отличающееся тем, что по трассе автодорожных тоннелей, на определенных расстояниях от входных и выходных порталов, дополнительно размещают вытяжные вентиляционные шахты с блоками пылеочистки, содержащими батарейные циклоны, блоки пылеочистки связывают воздуховодами с дополнительными газотурбинными мини-теплоэлектроцентралями, содержащими воздушные компрессоры, камеры сгорания, газовые турбины, электрогенераторы, котлы-утилизаторы и дымовые трубы, в котлах-утилизаторах размещают теплообменные поверхности для нагрева сетевой воды; выхлопные патрубки газовых турбин связывают газоходами через котлы-утилизаторы и дымовые трубы с атмосферой, роторы газовых турбин соединяют общим валом с роторами электрогенераторов, клеммы электрогенераторов электрически связывают с внешними электрическими сетями, поверхности нагрева котлов-утилизаторов связывают трубопроводами сетевой воды с тепловыми сетями потребителей.

4. Устройство для реализации способа работы установки вентиляции автодорожных тоннелей по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в газоходе между котлами-утилизаторами и дымовыми трубами устанавливают последовательно: газоразрядный плазменно-каталитический блок, включающий плазменную газоразрядную ячейку, поглощающие фильтры с полиэфирным тканевым фильтрующим полотном и платино-палладиевые катализаторы, блок финишной очистки продуктов сгорания с композитным нанокатализатором.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к способу получения высокотемпературного воздуха для использования его в качестве рабочего тела в газовой турбине.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в нефтедобывающей отрасли. .

Изобретение относится к способу и устройству для подачи порошкообразного топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя открытого цикла для быстрого, безопасного и эффективного сжигания этого топлива с целью генерирования электроэнергии, в частности к новым способу и устройству, предусматривающим использование винтового питателя закрытого типа.

Изобретение относится к турбореактивным двигателям, преимущественно двухконтурным, и пригодно для газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к энергетике. .

Изобретение относится к нанесению покрытия на топливопроводящую деталь турбины, например на деталь газовой турбины. .

Изобретение относится к способу эксплуатации энергетической установки интегрированным газифицирующим устройством. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при определении динамической работы перемещения тела. .

Изобретение относится к подземной разработке полезных ископаемых слоевой выемкой с закладкой выработанного пространства твердеющей смесью и может быть использовано при доработке кимберлитовых месторождений подземным способом.

Изобретение относится к вентиляционным трубам для горных выработок. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. .

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке крутопадающих рудных тел, например кимберлитовых трубок, подземным способом с заполнением выработанного пространства закладочным материалом.

Изобретение относится к средствам механизации погрузочных, транспортных и разгрузочных работ и может быть использовано, например, в добывающей промышленности в подземных условиях для строповки и транспортировки (перемещения) линейных секций лавного конвейера (рештаков) по горным выработкам.

Изобретение относится к горному делу и подземному строительству и может быть применено в качестве вентиляционного клапана подземных выработок. .

Изобретение относится к транспортированию горной массы из очистных блоков при разработке подземным способом рудных залежей, расположенных в прибортовом массиве карьера.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть применено при осушении горных пород системами восстающих дренажных скважин, сооружаемых из горных выработок.

Изобретение относится к системам газоразрядно-каталитической, газоразрядной, плазменной, барьерной и иных видов электроочистки газов и воздуха, и предназначено для использования в жилых и производственных помещениях.
Наверх