способ снижения загрязняющих атмосферу вредных веществ посредством замкнутой системы управления

Формула изобретения

1. Способ снижения загрязнения окружающей среды замкнутой системой автоматического управления, включающей измерители концентраций загрязняющих веществ, систему управления очистными агрегатами, отличающийся тем, что измерители установлены на подвижных носителях управляемыми для выполнения замеров в точке максимума концентрации в самом факеле, а измеряемые в факеле составляющие загрязняющих веществ преобразуются и передаются через автоматическую обратную связь на исполнительные устройства очистных агрегатов, которые, в свою очередь, изменяют режимы работы очистных агрегатов в сторону минимизации загрязняющих выбросов, не оказывая влияния на процесс производства основной продукции предприятия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что замеры ингредиентов загрязняющих веществ, измеренные в факеле, передаются параллельно в реальном времени на устройства визуализации и регистрации пунктов принятия решений в процессе функционирования замкнутой системы управления.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерители размещены на управляемых подвижных носителях для сканирования и фиксирования координат максимума выброса в факеле.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что измерители размещены на управляемых беспилотных летательных аппаратах.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что измерители на подвижных носителях двигаются по заданной траектории.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что измерения производятся по заданной программе нахождения максимума концентрации.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что данные, собранные, обработанные и преобразованные в управляющие сигналы, подаются на исполнительные органы управления, минимизирующие концентрацию загрязняющих веществ в заданных пределах.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что реализован закон управления, обеспечивающий инвариантность процесса производства основной продукции предприятия от процесса минимизации загрязняющих выбросов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу снижения загрязнения атмосферы вредными веществами замкнутой системой автоматического управления и может быть использовано в индустриальных странах во всех отраслях промышленности, имеющих источники загрязнения атмосферного воздуха. К числу наиболее распространенных веществ-загрязнителей атмосферы относятся соединения углерода в виде аэрозолей и газов (сажа, CO, CO₂, углеводороды), соединения азота (NO _x, NH₃), соединения серы (SO₂, SO ₃), фенолы (химически активные соединения галогенов), частицы пыли различного химического состава.

Среди промышленных предприятий наибольший вклад в загрязнения атмосферы вносят металлургические, химические, нефтехимические заводы. Дымовые трубы, входящие в состав технологического оборудования теплоэлектростанций, ТЭЦ, крупных промышленных предприятий, относятся к высоким точечным источникам. Их выбросы, как правило, дают наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха в крупных городах [1].

Для очистки выбросов от дисперсных загрязнений (в виде твердых и жидких частиц) применяют осадительные камеры, циклоны, скрубберы, электрофильтры и т.д. Для удаления парогазообразных загрязнителей применяют различные установки, основанные на адсорбции, абсорбции, дожигании, каталитическом превращении примесей ([2], с.391).

В настоящее время разработаны и серийно выпускаются измерительные устройства и агрегаты для очистки воздух, газовых выбросов и сточных вод от примесей - загрязняющих веществ (ЗВ), опасных для человека и окружающей среды.

Однако нерешенными проблемами пока остаются недостаточная эффективность очистки технологических и вентиляционных выбросов. Существующие системы являются разомкнутыми, включают «человеческий фактор» при передаче и реализации результатов мониторинга в соответствующих очистных агрегатах, что наносит ущерб от сброса и выброса ЗВ не только из-за потерь информации, но и из-за больших временных разрывов в такой системе и соответствующих экономических потерь. Предлагается замкнутая система автоматического управления (фиг.1).

Объектом управления является предприятие - источник выбросов ЗВ в атмосферу, воду, сбросов твердых отходов, энергетических выбросов.

Управление включает измерительные, усилительно-преобразующие, вычислительные, регулирующие и исполнительные устройства.

Исполнительные устройства - очистные агрегаты - получают сигналы управления в соответствии с заданным законом (алгоритмом) управления и изменяют свои параметры с целью (по критерию) минимизации управляемых координат системы - составляющих ЗВ* (фиг.2).

Измерительные устройства включают широкий спектр датчиков-газоанализаторов, анализаторов физико-химических параметров воды и т.п., измеряющих и передающих информацию по концентрациям ЗВ*. Измерительные устройства размещаются в точках наибольшей концентрации ЗВ* с помощью подвижных носителей (фиг.3).

Усилительно-преобразующие и вычислительные устройства обеспечивают обработку, сжатие, формирование информации и передачу ее в управляющие и регулирующие устройства, а также в устройства визуализации и регистрации.

Исполнительные устройства регулируют параметры очистных агрегатов в соответствии с управлением, минимизирующим концентрации ЗВ*.

Система автоматического управления работает в реальном масштабе времени.

Существует ряд локальных систем автоматического контроля загазованности атмосферного воздуха, в частности САКЗ-МК [3]. САКЗ-МК предназначена для непрерывного автоматического контроля содержания топливного углеводородного и угарного газа в воздухе помещений с выдачей световой и звуковой сигнализации и перекрытием подачи газа в предаварийных ситуациях. Область применения - обеспечение безопасной эксплуатации газовых котлов, газонагревательных приборов и другой газоиспользующей аппаратуры в котельных, газоперекачивающих станциях, производственных и бытовых помещениях. Хотя эти системы уже отработаны, но являются стационарными и не могут быть использованы в качестве систем мониторинга и последующего регулирования для уменьшения выбросов ЗВ через устье дымовой или газовой трубы предприятия.

Наиболее близким к предложенному способу является известный способ САКЗ- МК-3 для контроля загазованности, параметров технологического процесса и работы оборудования в необслуживаемых котлах ОАО «Инвестстрой» [2].

Предложенный способ отличается от известного тем, что точка замеров в выбросах объекта находится в самом факеле выброса, что позволяет иметь более достоверные показатели загрязнения атмосферы воздуха от источника, концентрация которой существенно выше, чем в других точках, так как газ (дым), выбрасываемый из трубы в факел, охлаждается, и плотность газа в факеле увеличивается, пока не произойдет рассеяние факела.

Замеры ингредиентов, выбрасываемых источником загрязнений, преобразуются и передаются непрерывно в устройства визуализации и регистрации в пунктах контроля и принятия решений. Измерительные устройства размещены на беспилотных носителях, которые движутся по заданной траекторий, либо расположены в зоне факела, и замеры производятся автоматически по заданной программе.

Измеренные данные, обработанные и преобразованные в сигналы управления, подаются на исполнительные органы очистных агрегатов, меняющих концентрацию выбрасываемых вредных веществ в заданных пределах.

Разработанная и реализованная замкнутая система автоматического управления, воздействующая на состояние окружающей среды, позволяет, не вмешиваясь в технологию производства продукции предприятия, резко уменьшить вредное воздействие предприятия на живую природу.

Источники информации

1. Экологическая безопасность воздушной среды. В.И.Козаченко, Т.В.Колобашкина, Т.А.Пожарова и др. Учебно-методическое пособие Санкт-Петербург, 2003 г., стр.4, 5.

2. Окружающая среда и человек. Д.П.Никитин, Ю.В.Новиков. Учебное пособие для вузов. Москва, «Высшая школа», 1986 г.

3. ОАО «Инвестстрой» сайт: http://saratov-gaz.ru.