CN105546561A - 柔性伸缩通天烟囱 - Google Patents

Abstract

柔性伸缩通天烟囱，打破传统刚性烟囱的重量限制，使用以降落伞布或塑料薄膜为代表的轻薄柔性薄膜材料制造烟囱管道，利用支架、立柱、氢气囊或浮空设备通过缆绳将柔性伸缩通天烟囱管道牵引伸向高空，管道高矮可伸缩，高度可通天，堆放可折叠，用密闭交通隧道隔离汇集汽车尾气，把城市一百米高度以下地面近地层空间看作是一间巨大房屋，我们共同在这个大房屋里工作生活产生大量空气污染物，通过建造空气污染物隔离汇集输送管道系统，将被污染空气和干净空气隔离，通过柔性伸缩通天烟囱将底层空气污染物加压输送到几百米高度以上的高空气流中，通过气流输送带效应，将空气污染物输送扩散到远离城市地面的高空，保证人们呼吸所需空气洁净健康安全。

Description

柔性伸缩通天烟囱

技术领域

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。

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

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。

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100um，平均直径在10um～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。

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。霾粒子分布均匀，粒子直径较小，从0.001um到10um，平均直径在1um～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。

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PM10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。

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。

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：（1）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秆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。

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。

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%。

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%。

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：SO2：7048mg/Nm3，SO3：144mg/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。

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。

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、PM10可吸入颗粒物、PM2.5可入肺颗粒物。

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（SO2）、三氧化硫（SO3，硫酸酐）、三氧化二硫（S2O3）、一氧化硫（SO）；此外还有两种过氧化物：七氧化二硫（S2O7）和四氧化硫（SO4）。在大气中比较重要的是SO2和SO3，其混合物用SOx表示。它与水滴、粉尘并存于大气中。SOx是大气污染、环境酸化的主要污染物。化石燃料的燃烧和工业废气的排放物中均含有大量SOx。目前采用燃料脱硫、烟气脱硫等技术来降低或消除硫氧化物（主要是SO2）的排放。

氮氧化物包括一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等，其混合物用NOx表示。除二氧化氮以外，其它氮氧化物均极不稳定，遇光、湿或热变成二氧化氮及一氧化氮，一氧化氮又变为二氧化氮。氮氧化物都具有不同程度的毒性。人为活动排放的NOx，大部分来自化石燃料的燃烧过程，如汽车、飞机、内燃机及工业窑炉的燃烧过程，也来自生产、使用硝酸的过程，如氮肥厂、有机中间体厂、有色及黑色金属冶炼厂等。NOx对环境的损害作用极大，它既是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗O3的一个重要因子。在高温燃烧条件下，NOx主要以NO的形式存在，最初排放的NOx中NO约占95%。但是，NO在大气中极易与空气中的氧发生反应，生成NO2，故大气中NOx普遍以NO2的形式存在。空气中的NO和NO2通过光化学反应，相互转化而达到平衡。在湿度较大或有云雾存在时，NO2进一步与水分子作用形成酸雨中的第二重要酸分——硝酸(HNO3）。在有催化剂存在时，加上合适的气象条件，N02转变成硝酸的速度加快。特别是当NO2与SO2同时存在时，可以相互催化，形成硝酸的速度更快。目前主要采用燃料脱硝、烟气脱硝等技术来降低或消除氮氧化物（主要是NOx）的排放。

城市大气中的氮氧化物大多来自于燃料燃烧，即人为源，如汽车等流动源，工业窑炉等固定源。据计算，各种燃料燃烧产生的氮氧化物量为：1吨天然气6.35公斤，1吨石油9.1-12.3公斤，1吨煤8-9公斤。而以汽油、柴油为燃料的汽车，尾气中氮氧化物的浓度相当高。在非采暖期，北京一半以上的氮氧化物来自机动车排放。

人们一般通过数米到数十米高的低矮烟囱将室内做饭取暖产生的空气污染物排放到室外近地层空气中，工业生产上一般采用数十米至二三百米高的砖石混凝土烟囱将燃煤燃油燃气锅炉产生的烟气直接排放到逆温层之下的近地层空气中。中国最高的钢筋混凝土烟囱只有二百多米，世界最高的烟囱也只有三百多米。烟囱是一种排除工具，用来排除由火引起的气体或烟尘，是一种把烟气排入高空的高耸结构。将烟囱建得更高一点对于防治地面近地层空气的烟气污染有百利而无一害。但是现在主要以钢筋混凝土为材料建造的固体重力烟囱，由于烟囱的所有重量都落在最底层的地基上，受到材料重量和材料强度等技术性能指标限制，不可能无限向上建造更高大的烟囱，只有突破烟囱建造理念和材料的限制，使用超轻超薄的烟囱管道材料，才能设计建造出超高超大的烟囱。

对流层。地球对流层位于大气的最低层，集中了约75%的大气质量和90%以上的水汽质量，其下界与地面相接，上界高度随地理纬度和季节而变化，在低纬度地区平均高度为17～18公里，在中纬度地区平均为10～12公里，极地平均高度为8～9公里，并且夏季高于冬季。

对流层中气温随高度升高而降低，平均每上升100米，气温约降低0.65℃。气温随高度升高而降低是由于对流层大气的主要热源是地面长波辐射，离地面越高，受热越少，气温就越低。但在一定天气、地形和光照条件下，对流层中也会出现气温随高度增加而上升的现象，称之为“逆温现象”。由于受地表影响较大，气象要素气温、湿度等水平分布不均匀，空气有规则的垂直运动和无规则的乱流混合都相当强烈，上下层水气、尘埃、热量、动量发生交换混合。

在对流层内又分为下层、中层和上层。对流层下层又称扰动层或摩擦层，其范围一般是自地面到2000米高度，随季节和昼夜不同，下层的范围也有一些变动，一般是夏季高于冬季，白天高于夜间。在这层里气流受地面摩擦作用影响较大，湍流交换作用特别强盛，通常随着高度的增加，风速增大，风向偏转。这层受地面热力作用的影响，气温亦有明显的日变化，由于本层的水汽尘粒含量较多，因而，低云、雾霾、浮尘等出现频繁。

对流层中层的底界在摩擦层顶，上层高度约为6000米，空气密度约0.644kg/m3，它受地面影响比摩擦层小得多，气流状况基本上可表征整个对流层空气运动的趋势，大气中的云和降水大都产生在这一层内。对流层上层的范围是从6000米高度伸展到对流层顶部，这一层受地面影响更小，气温常年都在0℃以下，水汽含量较少，各种云都由冰晶和过冷水滴组成。在中纬度和热带地区，这一层中常出现风速等于或大于30米/秒的强风带，即所谓的急流。

对流层下层又称为大气边界层，是大气最底层，靠近地球表面，受地面摩擦阻力影响最大的大气层区域，标准空气密度为1.225kg/m3。大气边界层内的空气运动明显受地面摩擦力的影响，其性质主要取决于地表面的热力和动力作用，大气流过地面时，地面上各种粗糙元，如草、沙粒、庄稼、树木、房屋、高楼大厦、山脉等会使大气流动受阻，改变大气流动的方向和速度，这种摩擦阻力的影响由于大气中的湍流而向上传递，并随高度增加而逐渐减弱，达到某一高度后便可忽略。通常将大气边界层细分为近地层、摩擦上层即埃克曼层和自由大气层。近地层厚度为100米左右，100米至1000米之间为埃克曼层，1000米至2000米之间为自由大气层。

在大气边界层内，风速、风向、温度和湿度都有明显的日变化，这种日变化随高度增加而减弱。(1)风速随高度增加而逐渐增大，风速在地表面约等于零，而在大气边界层外缘同地转风速度相等。(2)湍流运动，在大气边界层中，大气流动具有很大的随机性，基本上是湍流流动，湍流强度随高度增加而减弱。(3)风向偏转：在北半球由于地球自转产生的科里奥利力的作用，顺着地面附近风的方向看，风向随高度的增加逐渐向右偏转，而在大气边界层外缘，与地转风的风向相合，风向偏转角度因时因地而异，一般可达几十度。(4)温度层结，即温度随高度变化而变化，大气温度随高度变化情况复杂多变，其变化率直接影响大气的稳定程度，当出现逆温层时影响并阻碍大气的垂直运动。(5)气溶胶浓度，地面是产生气溶胶的主要源地，该层紧临地面，气溶胶(如尘埃、烟、雾、霾等)在该层浓度高，气溶胶浓度随高度的增加而降低。

地面近地层。从地面至100米左右的高度为地面近地层，该层内大气运动以湍流黏性力为主导力，风速随高度增加而逐渐增大，气温高的地方空气呈上升运动，而气温低的地方空气呈下沉运动，从而形成了空气对流。地面近地层气温下面高，上面低，容易发生空气对流。对流层的各种天气变化和空气运动影响着生物的生存和行为，地面近地层空间是大气层中与人们生产生活关系最为密切的一层。

大气层的压力随高度升高而下降。这是因为位于地表上的空气被其之上的所有空气压着，反之在高的地方，空气被少一点的空气压着，故气压亦随之递减。当空气上升时，气压下降而空气随之扩张。为了使空气扩张，需要有一定的功施予四周，故气温下降。在中纬度地区气温由海平面的大约+17℃下降至对流层顶的大约-52℃。而在极地(高纬度地区)，由于对流层相对较薄，所以气温只会下降至-45℃，相反赤道地区(低纬度地区)，由于对流层相对较厚，气温可以下降到-75℃。

地转风。地转风是指自由大气中空气的水平等速直线运动，是指无加速度、惯性离心力不起作用情况下的空气运动。在这种运动中，只有水平气压梯度力和地转偏向力起作用。地转风是自由大气中水平气压梯度力和地转偏向力相平衡时的空气的水平运动。地转风是平衡运动，它受到的合外力等于零，没有加速度。空气运动平行于等压线，人背风而立，高压在右，低压在左。这就是北半球地转风的规则。平时人们说水往低处流，那么空气也应该从高压向低压流动了，但实际上却是平行于等压线流动的，这是地转偏向力影响的结果。因为，当有了气压梯度之后，空气要从高压向低压流动，一但有运动，就会受地转偏向力的作用，使运动方向向右偏(北半球)，随着运动方向的改变，偏向力方向也改变，因为偏向力的方向永远垂直于运动方向所指的右方。

地转风和气压场分布规律。地转风的大小与水平气压梯度(或等压面上的重力位势梯度，即等压面坡度)的数值成正比，与科里奥利参数及空气密度成反比。在离地面约1500米以上的自由大气中，大尺度运动的铅直速度比水平速度小得多，而且水平运动的惯性力和湍流摩擦力也比水平气压梯度力和科里奥利力小得多，因此，自由大气中的大尺度运动，除了具有准水平运动的性质外，还近似满足地转风关系，故又称为准地转运动。在中高纬度地区，高空的实际风十分接近地转风，风压关系大体遵循地转风原理。

西风急流。西风急流是盛行西风带对流层上层或平流层中一般强而窄的气流，水平宽度几百公里，垂直厚度几公里，长几千公里，弯弯曲曲自西向东围绕整个半球。急流轴线上风速并不均匀，有一个或多个风速极大值中心，也可能出现急流中断(当风速小于30m/s即不算急流)、分支或汇合。急流中心风速一般50-80m/s，有时可达100-150m/s。急流两侧的风速水平切变最强可达每百公里20-30m/s，甚至达40m/s；急流上下的风速垂直切变最强可达10m·s-1m-1。急流轴位置和中心强度随季节而异，北半球冬季平均约在北纬27°的200hPa附近；北半球夏季约在北纬42°的200-300hPa之间。

大气湍流与空气污染物扩散的关系。在地面近地层空间影响空气污染物扩散的重要气象因素是大气湍流。所谓大气湍流，是指大气短时间的不同尺度的不规则运动。可以把大气想象为是由大小不同的涡旋(称为湍涡)构成，一个大湍涡包含着许多小湍涡，而一个小湍涡又包含着许多更小的湍涡，湍涡尺度可以细分到分子水平。大气湍流运动便是由这些大大小小的湍涡所构成。处于湍流中的一团污染烟团，被不同的湍涡携带而逐渐展开。尺度小于污染烟团的小湍涡不能改变污染烟团的整体位置，但能使烟团边缘由清晰而逐渐模糊；尺度大于污染烟团的大湍涡能移动整个烟团位置，造成污染烟团瞬时轨道的弯曲摆动；尺度大小和污染烟团相当的湍涡对污染物的扩散最为有效，能把污染烟团拉开、撕裂，而使它变形，加速它的扩散过程。大气中存在着各种尺度的湍涡，多种湍涡的综合作用使污染物在随风移动的同时逐渐散开，和周围的洁净空气相混合而稀释扩散。

大气湍流强弱能直接影响大气对污染物的扩散能力。下垫面的状态对大气湍流强弱发生影响：下垫面粗糙起伏，湍流较强；下垫面光滑平坦，湍流较弱。大气温度沿垂直方向分布的状态对大气湍流的强弱也产生影响，这种影响以大气温度随高度的变化率(垂直减温率)T和干绝热减温率Td相比较而确定。Td值为每100米0.98℃，即每升高100米温度降低0.98℃。当T>Td时，湍流有增大趋势，大气处于不稳定状态，对污染物的扩散稀释能力强；当T<Td时，湍流有减弱趋势，大气处于稳定状态，扩散稀释能力弱；当T=Td时，大气处于中性平衡状态，污染物被推到哪里就停在那里。

空气污染物扩散与大范围的天气背景有关。当某地区为低压中心控制时，空气作上升运动，云天较多，通常大气呈中性状态或不稳定状态，有利于污染物的扩散稀释；当某地区为高压中心控制时，空气作下沉运动，并常形成下沉逆温，不利于污染物向上扩散。如果高压移动缓慢，长期停留在某一地区，那么，污染物就会长期得不到扩散。尤其是天气晴朗时，夜间容易形成辐射逆温，对污染物扩散更不利，此时容易出现污染危害。如果再加上不利的地形条件，往往形成严重的空气污染事件。

逆温层高度与空气污染物扩散的关系。距地面1000米以下的高度，PM2.5浓度总体上呈现随高度增加而下降的趋势。若有逆温层出现，情况会比较特殊，如果逆温层高度在500米，从300多米一直到500米，PM2.5浓度反而越来越高，再继续向上污染物浓度又急剧下降。在有逆温层的情况下，地面近地层空间空气污染比较严重，但到了逆温层之上的高空就很干净。所以，在经济技术条件许可的情况下，烟囱的高度要达到逆温层高度之上，这样烟囱排放的空气污染物都在逆温层顶高度以上，对于地面近地层空间的污染就小多了，对于人类健康的危害性也就小多了。

风速大小与地面高度的关系。风速与地面高度呈一定的线性变化关系，一般情况下，越接近地面，地面摩擦力对风速的影响越大，风速越小；离地面越高，地面摩擦力对风速的影响越小，风速越大；到1000米以上，地面摩擦力对风速的影响就可以忽略不计了，此时的风速就等同于地转风的风速。正常情况下，10米高度年平均风速约在2m/s-3m/s，70米高度年平均风速约在5m/s-8m/s，600米高空年平均风速约在10m/s-15m/s。即使在污染最为严重、低层空气层结最为静稳的雾霾天气下，地面风速仅有0.1m/s-1m/s，300米高处风速也有2.5m/s-4m/s，500米高处风速都在6m/s-10m/s，逆温层之上风速大于10m/s。风速随高度增加迅速增加。

风速越大，对空气污染物的输送扩散越有利，空气的自净能力越强。在空气污染物排放总量基本不变的情况下，大气扩散条件成为形成空气污染事件的主要原因，大气扩散与风速和湍流等气象条件关系密切，高空中风力较大，建设高耸的烟囱，将烟囱高度向上翻一番，提高烟气出口高度，充分利用高空大气扩散输送能力较强的优势，对防治地面近地层空间的空气污染十分有利。

烟囱高度与地面近地层空间空气污染强度的关系。烟囱排气口的高度越矮，烟气越接近地面，空气对流效应越强，垂直风切变越厉害，空气污染物越容易下落至地面，近地面最大落地浓度越大，落地距离越近，烟囱排放物对地面近地层空间的空气污染越严重。烟囱排气口的高度越高，烟气越远离地面，空气对流效应越弱，垂直风切变影响越小，大气存在稳定的层结结构，空气污染物越不容易下落至地面，近地面最大落地浓度越小，落地距离越远，烟气对地面近地层空间的空气污染越微弱。在城市大气边界层中，烟气污染物最大接地浓度离源距离随源高增高而增大，源高增加一倍，距离增大1.6-2.2倍；烟气污染物最大接地浓度随源高增高而减少，并呈现显著的非线性关系，烟气污染物地面最大接地浓度与烟囱高度的平方成反比。

城市粗糙下垫面、城市热岛效应和热岛环流是造成烟囱烟羽在城市上空输送扩散特性不同于平坦均匀郊区的原因。城市作用使烟羽在水平和垂直方向上扩散增强，浓度分布趋于均匀，烟羽最大接地浓度离源距离减少，烟囱中排放的空气污染物浓度的分布都呈现强烈的向地面扩散的特征，这是由于大气边界层风速垂直切变造成的。风切变强弱是影响烟羽的输送和扩散能力的重要机制，当风速垂直切变小时，烟羽的烟轴为水平分布，浓度在垂直方向上几乎是以烟轴为轴对称分布的。当垂直风切变较大时，它会引起污染物显著地向地面扩散，提高最大接地浓度，污染物的垂直分布严重偏离对称分布。

采用高烟囱扩散稀释的方法，可以使空气污染物向更高、更广的范围扩散。把100米高的矮烟囱改为240米高的高烟囱，地面二氧化硫SO2浓度年平均值减小为原来的1/5.2到1/7.5，显著减轻了局部地区的地面空气污染。采用高烟囱排放是防止地面空气污染的一种十分有效的方法，它可以把空气污染物有组织地排向高空，向更广的范围扩散稀释，充分利用高层大气的扩散作用和自净能力，减轻城市地面近地层空间的空气污染。提高烟囱高度大大有利于空气污染物的输送与扩散，大大降低地面近地层空间的空气污染强度。

烟囱源高与地面污染物浓度的关系数据

烟囱源高37米195米310米

最大接地浓度离源距离600米6600米7800米

最大接地浓度56.8%27.8%3.9%

源高处局地风切变0.0027/s0.044/s0.022/s

源高至地面风切变0.011/s0.016/s0.050/s

烟囱高度100m200m300m400m

逆温高度300m300m300m300m

地面SO2最大浓度6.5mg/m34.8mg/m31.0mg/m30.1mg/m3。

流动源污染。城市道路两侧500米范围内是交通汽车尾气污染最严重的区域。白天，车流量大，排放源强，公路附近污染物浓度高，近地面空气对流旺盛，大气不稳定，空气污染物主要集中在道路两侧及道路上空，道路下风向受影响较小。夜间，低空逆温层出现，大气层结稳定，空气对流弱，水平向风速大，污染物容易扩散到下风向，污染物影响范围广。道路两侧300米至500米内PM2.5浓度较高，而且离道路越近浓度越高，离马路100米范围内一氧化碳浓度最高。中国主要大城市汽车尾气污染组成中，CO占75-92%，NOx占39-79%。

发明内容

柔性伸缩通天烟囱，是一种隔离、输送、扩散、控制、利用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，保证100米高度以下地面近地层空间的空气干净是我们防治城市空气污染的主要发力方向，柔性伸缩通天烟囱包括一种解决城市地面近地层空间空气污染的系统工程技术方案，具体包括：柔性伸缩通天烟囱管道制造材料为柔性薄膜材料，柔性伸缩通天烟囱管道高矮可伸缩，柔性伸缩通天烟囱管道高度可通天，柔性伸缩通天烟囱管道可折叠，将流动交通污染源的污染控制方法由限行限购改变为建造密闭交通隧道隔离汽车尾气污染，将传统刚性固体重力烟囱升级改造为柔性伸缩通天烟囱，柔性伸缩通天烟囱常规防护装置，一种循环利用城市地面近地层空间空气污染物的工程系统技术方案。

柔性伸缩通天烟囱是一种解决城市地面近地层空间空气污染的系统工程技术方案，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，我们把城市100米高度以下的地面近地层空间看作是一间巨大的房屋，我们共同在这个大房屋里工作、生活、栖息、活动，产生大量空气污染物，通过设计建造空气污染物隔离汇集输送管道系统，将被污染空气和干净空气进行隔离，不允许在100米高度以下的地面近地层空间排放污染性气体；通过柔性伸缩通天烟囱这个城市大房屋排除内部空气污染物的通道，将底层空气污染物汇集加压输送到几百米高度以上的高空气流中，民用烟囱高度提高到200-300米以上，工业烟囱高度提高到500-600米以上，在严重雾霾天气情况下，通过应急措施将城市生产生活产生的空气污染物通过柔性伸缩通天烟囱排放到800-1000米高度的城市逆温层之上，通过高空气流的输送带效应，将地面空气污染物输送扩散稀释到远离城市地面的高空，远离城市地面近地层空间，保证人们呼吸所需空气的洁净、健康、安全、无害。

柔性伸缩通天烟囱管道制造材料为柔性薄膜材料，在对流层中建造超高超大的柔性伸缩通天烟囱工程，选择合适的烟囱管道工程材料是关键，材料必须要柔性、轻薄、结实、气密性好、抗撕裂强度高，抗老化、抗氧化、抗紫外线，防风、防雨、防雷、防电，柔性伸缩通天烟囱管道工程主体材料选用以降落伞布为代表的柔性、轻薄、抗撕裂强度高的材料，包括但不限于各种锦纶、芳族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等材料制成的纺织品面料、塑料薄膜、高分子材料薄膜以及其它各种合成膜状材料，在受力较强部位加装强化带，增加工程膜强度和使用寿命，以抵抗恶劣环境的冲击，为了实现烟囱高度超高，制造烟囱管道的材质轻薄自重轻，依靠固体立柱、或管道框架、或浮空装置的牵引，能够使柔性伸缩通天烟囱管道竖立在地面上，是一种用于输送空气污染物的巨大轻薄柔性气密管道装置，根据当地空气污染物状况和大气环流条件确定实际烟囱高度。

柔性伸缩通天烟囱管道高矮可伸缩，柔性伸缩通天烟囱管道的高矮可以根据需要随时进行自由调整，由于烟囱所处的对流层底层天气气象情况变化复杂，风雨雷电雾霾频繁，为了保护柔性伸缩通天烟囱既不被恶劣的大风天气所破坏，在大风来临前可以及时降低烟囱管道高度，直至完全降到底层，又能够在雾霾天气来临前可以将烟囱管道高度伸高到雾霾逆温层之上，以最大程度排除地面近地层空间空气污染物，在暴风雨雷电天气来临时及时做好防雷防电防风防雨措施；柔性伸缩通天烟囱管道的高矮由矗立在地面的固体立柱、或管道框架、或浮空装置进行高度控制，固体立柱以强度高重量轻的金属合金材料或非金属合成材料制造，可以稳固矗立在数百米高的高空中，固体立柱的最高高度决定了柔性伸缩通天烟囱管道伸展的最高高度，在固体立柱顶端安装滑轮，缆绳穿过滑轮可以受控自由升降，柔性伸缩通天烟囱管道与缆绳连接，使固体立柱成为柔性伸缩通天烟囱管道在空中的依靠，通过缆绳牵引可以随时升高或降低烟囱管道的高度；管道框架和浮空装置都是用于固定牵引柔性伸缩通天烟囱管道的装置，可以将烟囱管道牵引升向更高的高空。

柔性伸缩通天烟囱管道高度可通天，为了降低地面近地层空间的空气污染物浓度，烟囱排烟管道高度越高越好，为了突破传统刚性固体重力烟囱排烟高度的限制，我们设计建造柔性伸缩通天烟囱来不断提高烟囱的排烟高度，以传统刚性重力烟囱为基础，在其烟囱排烟口之上架设管道框架，用轻薄柔性伸缩通天烟囱管道继续接力向上提高烟气排放高度；在管道框架之上再竖立固体立柱，固体立柱牵引连接柔性伸缩通天烟囱管道继续向上提升烟气排放高度；为了突破依托地面的固体立柱高度的限制，我们还可以通过浮空装置如浮空气球、氦气囊浮空装置、氢气囊浮空装置、热气球浮空装置、浮空气艇、无人直升机等综合浮空系统装置将柔性伸缩通天烟囱管道烟气排气口牵引伸向更高的空中，用最轻薄结实材料制造柔性伸缩通天烟囱管道以降低自重；还可以用氢气囊或氦气囊制成柔性伸缩通天烟囱管壁，使其在空气中的自重为负，这样依靠管道自身浮力就可以将烟囱排气口伸向更高的天空中。

柔性伸缩通天烟囱管道可折叠，柔性伸缩通天烟囱管道安装连接在现有刚性固体重力烟囱的排气口上，生产生活产生的锅炉烟气或者其它空气污染物经过脱硫、脱硝、除尘、降温、加压等工艺流程后进入烟囱管道，立柱基座固定在传统固体重力烟囱上，立柱顶端用钢丝或其它柔韧结实材料进行高空稳定固定，立柱顶端安装滑轮可升降缆绳，缆绳与柔性伸缩通天烟囱管道相连接，整个升降系统由电动绞盘、导缆盘、自动排缆、控制室等部分组成，为了使柔性伸缩通天烟囱管道的升降方便，需要设计制造合适的升降装置和烟囱管道折叠整理装置，以地面原有刚性固体重力烟囱为基础，柔性伸缩通天烟囱管道呈套管状，每节管道长度相同，当烟囱管道降下来时，可以顺利在底层进行折叠整理，以利于管道的存放和下次升空使用。

将流动交通污染源的污染控制方法由限行限购改变为建造密闭交通隧道隔离汽车尾气污染，对于机动车等流动污染源，既然我们隔离处理单个汽车的尾气排放难以做到，我们无法将一辆辆单独出行的汽车尾气收集起来，但是我们可以将一批批道路车流的汽车尾气进行封闭隔离收集起来集中处理，我们将城市交通主干线道路建成密闭的交通隧道，将汽车尾气全部封闭隔离在隧道中，通过人工换气系统装置将交通隧道中的废气集中加压排放到600米以上的高层大气中去，使汽车尾气排放地远离地面大气边界层，不再干扰污染我们赖以呼吸的地面近地层空气，通过密闭交通隧道，可以解决道路地面扬尘的反复污染问题，降低地面PM2.5指数。

将传统刚性固体重力烟囱改造为柔性伸缩通天烟囱，烟囱是向高空输送烟气的通道，传统刚性固体重力烟囱以砖头、混凝土、钢筋等为主要建造材料，整个烟囱的自身重量都压在最底层基座上，由于受烟囱自身重量和材料强度等技术指标的限制，不可能建造太高太大的烟囱，但是当我们改变对烟囱的传统理念时，其实烟囱仅仅是烟气流动的通道，只要通道能够满足烟气流动所必要的气密性要求即可，没有必要非要用粗厚笨重的钢筋混凝土材料来建造烟囱管壁，我们创新思维改用轻薄柔性气密性良好自重轻的以降落伞布为代表的纺织品面料或塑料薄膜来制造烟囱管道，用立柱、框架或浮空装置将柔性伸缩通天烟囱管道矗立固定在高空中，利用柔性连接装置将烟囱管道和立柱相连，将生产生活产生的锅炉烟气或者其它空气污染物经过烟气脱硫、脱硝、除尘、降温、加压等工艺处理后输送到新型烟囱管道中，通过柔性伸缩通天烟囱管道排向高空中，这种新型烟囱结构装置就是柔性伸缩通天烟囱。

柔性伸缩通天烟囱常规防护装置，柔性伸缩通天烟囱常规防护装置主要包括防风、防雨、防雷、放电，使用防水涂料对烟囱管壁进行处理，防止雨水粘附增加管壁自重；当地面风速在10m/s以上时，降低烟囱高度，甚至完全降低到最底层，防止烟囱管道被大风刮坏；当地面风速在5m/s以下时，烟囱高度可以完全向上伸展开，以降低地面近地层空气污染物浓度；当地面风速在5m/s-10m/s之间时，可以根据实际情况决定烟囱的伸展高度；柔性伸缩通天烟囱避雷装置，立柱用金属材料制造，立柱本身可以作为避雷针设计，在烟囱管道上设计安装一些避雷条、金属放电刷等避雷装置，及时转移释放中和烟囱管道上产生吸附的电荷；外观形状颜色根据大众的爱好进行选择，可以选择卡通造型、人物造型或科幻造型。

柔性伸缩通天烟囱是一种循环利用城市地面近地层空间空气污染物的工程系统技术方案，通过柔性伸缩通天烟囱将城市地面近地层空间危害人们身体健康的空气污染物隔离、汇集、加压、输送、排放到高空大气层中去，高层空气运动稳定性高，规律性强，风力大小方向均比较稳定，可以比较容易预测跟踪空气污染物的流向分布，在一定技术条件下可以将空气污染物定向定量输送到指定地方去，对空气污染物进行资源化利用，利用高空风力的输送带效应将空气污染物定向输送扩散稀释到深海大洋海域上空，逐渐随降雨沉降至海洋表面，成为海洋生态系统的营养盐元素来源，构成PM2.5中的有机物、氮氧化物、碳氧化物、硫氧化物、硅氧化物、磷氧化物、氧化铁灰尘，以及铜、锰、锌等各种重金属氧化物灰尘颗粒都是深海大洋海域海洋牧场中浮游植物的宝贵营养盐来源，这些营养盐参与浮游植物光合作用，将太阳光能吸收固定转化为生物质能，化害为利，变废为宝，循环利用，用于生产繁殖藻类、浮游生物，再通过海洋生态系统食物链食物网作用，最终转化为人们热爱喜欢的鱼虾蟹贝参鱿等美味海鲜。

传统解决城市空气污染的措施与成本。目前社会主流的控制空气污染的政策措施主要是降低排放源强度，比如降低燃煤消耗量、车辆限行限购、限产停产高污染企业的生产活动，对燃料烟气进行脱硫脱硝除尘，通过这些综合经济技术措施降低空气污染物的排放源强度和排放数量，可是所有这些降低排放源强度的措施都会降低社会生产生活经济活动，都具有巨大的社会经济成本。在现行技术条件下，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，二氧化碳排放费大约0.1-0.2元/公斤二氧化碳。中国的空气、水和土壤污染中，以空气污染的成本为最。2000年至2010年间，空气污染成本约占GDP的6.5%，水污染占2.1%，土壤污染退化占1.1%。国家统计局数据显示，中国在环境污染治理方面的投资总额已从2009年的5258.4亿元增至2013年的9516.5亿元，相当于GDP的1.67%，增长81%。

我们创新解决城市空气污染的发力方向。我们人类生活在大气层最底层，人们的呼吸、生活、工作、栖息、娱乐等几乎所有活动都集中在高度不足100米的地面近地层空气中，尤其是地面2-3米之间的贴地层是人类呼吸空气的主要来源，一个成年人每天呼吸2万多次，吸入空气15-20立方米。确保100米以下近地层空气随时处于干净状态，尤其是要确保贴地层3米以下空气层的持续干净，是城市空气污染防治控制措施的主要发力方向。而现实情况恰恰是地面近地层空间的空气污染最为严重，尤其是在逆温层厚重的严重雾霾天气条件下，地面生产生活交通运输排放到近地层空间的空气污染物无法输送扩散，全部积累覆盖在地面近地层空气中，使所有身处其间的人的基本呼吸健康都受到直接伤害。

如何将空气污染物对于人类健康危害性降到最低？在压缩降低空气污染物排放源强度的社会经济成本居高不下、困难重重的情况下，我们只有考虑提高排放源高度来降低空气污染物对于地面近地层空间的危害强度、危害范围和危害时间。既然完全消除空气污染源我们现在暂时还难以做到，但是我们可以采取综合措施保证我们人类所处的地面近地层空间的空气洁净。第一、将被污染的空气和干净空气进行隔离，不允许在100米以下的地面近地层空间排放生产生活产生的污染性气体。第二、将被污染的空气远远排放到高层大气中去。根据对流层空气的运动规律，综合考虑地面空气摩擦、湍流、风切变、风速、风向、污染物输送、扩散、稀释、自净能力、城市热岛高度、逆温层厚度、地转风等众多因素，为了保证地面近地层空气的干净，一般天气情况下，民用烟囱的排放高度提高到200-300米以上，工业烟囱的排放高度提高到500-600米以上，最好能够提高到600米高度的城市热岛效应混合层以上；在严重雾霾天气情况下，通过应急措施将城市生产生活产生的空气污染物排放到800-1000米高度的城市大气逆温层高度之上。

空气污染物的输送、扩散、稀释、自净能力。在烟囱设计建造经济技术能力可及的情况下，烟囱的高度越高越好，烟囱越高，空气污染物排放的高度越高，风速越大，风向越稳定，受地面建筑物的影响越小，空气层结越稳定，湍流风切变越弱，空气污染物可以在高层大气中快速输送扩散到远离城市人口密集生活区，远离城市地面近地层空间的人类呼吸层，这样空气污染物对城市人类的健康影响越小。烟囱高度每提高一米，烟气便会在更广阔的大气层里扩散、稀释与输送，地面污染物的浓度就会减轻一分，空气污染物对人类健康的危害性就会减少一分。在经济技术条件可行的情况下，将烟囱加高到大气边界层之上，防止空气污染物经过湍流、垂直风切变和空气对流又输送扩散回地面，从而对地面近地层空间造成污染。对于城市地面近地层空间空气的污染防治，应采取综合措施，降低排放源污染强度，提高污染源排放高度，将流动污染源进行隔离统筹排放处理，对空气污染物进行资源化利用。

由于气象条件和大气运动能力不同，大气对空气污染物的容量便不同，排入同样数量的污染物，造成的地面近地层空间空气污染物浓度便不同，对于人类的危害强度也不同。对于风力大、通风好、湍流盛、对流强的地区和时段，比如一般天气晴朗期间，地面风力较大，大气扩散稀释能力强，可以接受较多厂矿交通企业活动的排放源强度，也可以接受较低烟囱高度的排放源高度，地面近地层空间人们还是感觉空气洁净清爽。但在大气近地层空气逆温层深厚且接地、逆温层强度大的地区和时段，地面近地层空气风力小、通风差、湍流衰、对流弱的地区和时段，比如严重雾霾期间，大气输送扩散稀释能力弱，不能接受较多的污染物，否则便会造成严重的空气污染，人们必须减少厂矿交通企业活动的排放源强度，提高烟囱高度以提高排放源高度，将地面近地层空间所必需排放的空气污染物尽可能高的排放到逆温层之上，借助高空大气的强大风力将空气污染物输送、扩散、稀释到更广泛的空气中去，以降低地面近地层空间的空气污染强度。

人们日常生产生活活动绝大多数都是在地面上进行的，因此，烟囱排气口高度越高越好。城市夜间逆温层高度一般在200-500米之间，城市热岛效应高度一般在150-500米之间，大雾层高度在400-600米左右，最高可达1000米以上。由于城市热岛效应引起的热岛环流的存在，从城市上空排出去的空气污染物又从郊区流回城市，加剧城市空气污染，不利于城市污染物向远处扩散。因此，城市烟囱高度最好能够提高到600米高度的城市大气静稳层高度之上。当烟囱高度达到1000米以上进入自由大气中时，烟气扩散受地面湍流和城市热岛环流的影响就小得多了，烟气对地面近地层空间的空气污染影响率降到最低；如果烟囱能够达到6000米以上的西风急流层高度，将空气污染物直接排放到西风急流层中，西风急流可以将空气污染物输送扩散到几千公里外的太平洋中，远远带离空气污染物生产地城市，消除当地城市空气污染。

如何将空气污染物进行资源化利用？在降低排放源强度的同时，我们还要提高污染源排放高度，将空气污染物排放到一定高度后，高层空气运动稳定性高，规律性强，风力大小方向均比较稳定，可以比较容易跟踪预测空气污染物的流向分布，在一定的技术条件下可以将空气污染物定向定量输送到指定的地方去，将空气污染物进行资源化利用，构成PM2.5中的有机物、硫酸盐、硝酸盐、铵盐、碳酸盐、硅酸盐、二氧化碳、灰尘、铁离子等微小颗粒物和气体都是海洋浮游植物的宝贵营养盐资源，尤其是在远离陆地补给的深海大洋表层海域海水中严重缺乏这些营养盐资源，导致海洋初级生产力很低，海洋渔获量很低。我们通过不同高度层的空气运动规律将城市中危害人体健康的人人厌恶的雾霾空气污染物定向定量输送到指定深海大洋海域中去，用气流作为输送带，将空气污染物转化为辽阔深海大洋海域海洋牧场中的宝贵营养盐资源，化害为利，变废为宝，循环利用，用于生产繁殖藻类、浮游生物、鱼虾蟹贝参鱿等人类热爱喜欢的美味海鲜，这才是漂亮的循环经济，这才是颠覆性的科技创新。

工业中主要使用还原剂（氨气、尿素、烷烃等）与氮氧化物发生化学反应中和掉氮氧化物，工艺主要有选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）等，氨气与氮氧化物反应后生成氮气和水，从而达到无污染排放。烟气脱硝装置主要应用于取暖、供电等行业。化肥工业的主要生产原理是花费大量能源将氢气和氮气合成为氨气，而氮氧化物处理原理却是化肥工业的逆反应，用氨气将氮氧化物还原为氮气，实在是资源和能源浪费，我们将氮氧化物直接作为氮肥原料，岂不是更好？人类和动物不喜欢氮氧化物，我们通过柔性伸缩通天烟囱让氮氧化物远离人类和动物，但是海洋浮游植物却是非常喜欢氮氧化物，氮氧化物在海水中能够转变成硝酸盐和亚硝酸盐，浮游植物细胞能够有效利用硝酸盐和亚硝酸盐合成自身蛋白质，用于生长繁殖。

烟囱仅仅是烟气流动的通道，只要通道能够满足烟气流动所必要的气密性要求即可，没有必要非要用粗厚笨重的钢筋混凝土材料来建造厚重烟囱管壁，我们创新思维改用轻薄柔性气密性良好自重轻的以降落伞布为代表的纺织品面料来制造烟囱管道，以降落伞布为例，降落伞布面料轻、薄、牢，抗撕裂强度高，主要成分为锦纶、芳族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维，每平方米降落伞布材料重量仅40克，直径10米的烟囱管道每米需要降落伞布面积31.4平方米，重量仅1.256公斤左右，成本只有300元；100米高的烟囱管道表面积3140平方米，重量为125.6公斤，成本只有3万元；600米高的烟囱管道表面积18840平方米，重量为753.6公斤，成本只有18万元；1000米高的烟囱管道表面积3.14万平方米，重量1256公斤，成本只有30万元左右，这样就克服了钢筋混凝土烟囱的自身重力与材料强度不足的问题，单位成本还降低许多。

还可以使用更轻的塑料薄膜来制造烟囱管道，作为应对城市严重雾霾天气污染事件的空气污染物应急高空排放一次性通天烟囱管道。以塑料薄膜为代表的复合薄膜材料制造烟囱管道，以高强度聚乙烯材料制造的薄膜，具有轻、薄、牢、抗撕裂强度高等特点，气密性强，最薄时厚度只有3um，每平方米重量不足3克，成本只有5分钱；直径10米的烟囱管道每米面积31.4平方米，重量仅0.0942公斤左右，成本只有1.5元；100米高的烟囱管道表面积3140平方米，重量为9.42公斤，成本只有150元；600米高的烟囱管道表面积18840平方米，重量为56.52公斤，成本只有900元；1000米高的烟囱管道表面积3.14万平方米，重量94.2公斤，成本只有1500元；通过氢气球或氦气球将管道牵引伸展到高空中，或者用氢气囊或氦气囊作为烟囱管道顶部，这样的氢气囊烟囱管道在空气中的自身重力为负，将氢气囊薄膜烟囱管道底部在地面与污染气体排气口相固定，依靠自身浮力氢气囊烟囱管道可以矗立在高空中。

柔性伸缩通天烟囱的管道高度足够高，可以达到西风急流层中，烟囱中排出的空气污染物随西风急流输送扩散到几千公里之外的太平洋海域中，彻底远离城市地面近地层人类活动空间。高空风的特点是风速大，分布广，稳定性高，常年不断。随着与地面距离的增加和表面摩擦的减少，风速将逐渐加大。地球上最强劲稳定的风存在于距离地面6000到10000米高的大气对流层顶，此处风速超过每小时100公里，比地面风更好预测。

作为城市严重雾霾天气时的空气污染物应急高空排放系统装置，柔性伸缩通天烟囱与传统刚性固体重力烟囱相比更具优势：(1)生产成本低。生产安装一个排气能力相同的柔性伸缩通天烟囱的成本只有传统重力烟囱成本的百分之一至万分之一，对于损坏的管道和配件可以迅速更换。(2)安装速度快。几个小时就可以将一座几百米高的柔性伸缩通天烟囱安装调试完毕，并正常使用。(3)使用维护费用低。柔性伸缩通天烟囱每次使用费用只有一些运输费、电费、人员费用，费用低廉。(4)材料不受限制。任何气密性好的轻薄柔性材料都可以用于制造柔性伸缩通天烟囱管道。(5)操作简单，展开快速。准备及布置时间最短只需数十分钟，非常适合于紧急情况下的快速应急部署。(6)系统简单，使用方便快捷。柔性伸缩通天烟囱更适用于应急处理严重雾霾空气污染状况。

大规模改变城市地面近地层空间的严重污染区域的气象条件，目前技术水平上还难以做到，但是我们可以做到将空气污染物排放到更高层的大气中去，将被污染空气与干净空气隔离开，保证我们可以呼吸到干净空气，保证人民身体健康。这就是柔性伸缩通天烟囱的发明宗旨，这就是道路交通封闭隧道的发明宗旨，将燃煤、燃油、燃气、工农业生产、发电、取暖、餐饮等产生的废气通过在现有烟囱出口上加装数百米高的柔性伸缩通天烟囱管道，将空气污染物排放到数百米高的高空大气中去，远离地面近地层空间，远离人民的呼吸空气。

具体实施方式：

标准化模块化设计、生产、组装，各个部件可以相互通用，在每个烟囱单元里都包括烟囱管道、管道支架、固体立柱、升降结构、滑轮、缆绳、高空固定装置、浮空装置、降温装置、加压鼓风装置、电动绞盘、导缆盘、自动排缆、控制室等。在工厂里根据技术设计标准要求生产，叠放包装整齐。

将柔性伸缩通天烟囱管道及相应配件运输到安装实施地点，固定好支架和立柱，安装固定好烟囱管道、滑轮、缆绳、浮空装置，做好放风、防雨、防雷、放电设施，通过鼓风机加压后让烟囱管道在空中充分展开，形成并保持设计形状，用固定结构、缆绳、浮空装置将整个柔性伸缩通天烟囱管道固定在天空中预定位置。

定期定点测量各高度层风向风速，研判天气预报信息数据，确定柔性伸缩通天烟囱管道的伸展高度和伸展时间，确定柔性伸缩通天烟囱管道的下降时间和下降高度，测量地面近地层空间的空气污染物浓度和分布特点情况。

Claims (10)

1.柔性伸缩通天烟囱，一种隔离、输送、扩散、控制、利用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，其特征是：保证100米高度以下地面近地层空间的空气干净是我们防治城市空气污染的主要发力方向，柔性伸缩通天烟囱包括2一种解决城市地面近地层空间空气污染的系统工程技术方案，具体包括：3柔性伸缩通天烟囱管道制造材料为柔性薄膜材料，4柔性伸缩通天烟囱管道高矮可伸缩，5柔性伸缩通天烟囱管道高度可通天，6柔性伸缩通天烟囱管道可折叠，7将流动交通污染源的污染控制方法由限行限购改变为建造密闭交通隧道隔离汽车尾气污染，8将传统刚性固体重力烟囱升级改造为柔性伸缩通天烟囱，9柔性伸缩通天烟囱常规防护装置和方法，10一种循环利用城市地面近地层空间空气污染物的工程系统技术方案。

2.根据权利要求1所述2一种解决城市地面近地层空间空气污染的系统工程技术方案，其特征是：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，我们把城市100米高度以下的地面近地层空间看作是一间巨大的房屋，我们共同在这个大房屋里工作、生活、栖息、活动，产生大量空气污染物，通过设计建造空气污染物隔离汇集输送管道系统，将被污染空气和干净空气进行隔离，不允许在100米高度以下的地面近地层空间排放污染性气体；通过柔性伸缩通天烟囱这个城市大房屋排除内部空气污染物的通道，将底层空气污染物汇集加压输送到几百米高度以上的高空气流中，民用烟囱高度提高到200-300米以上，工业烟囱高度提高到500-600米以上，在严重雾霾天气情况下，通过应急措施将城市生产生活产生的空气污染物通过柔性伸缩通天烟囱排放到800-1000米高度的城市逆温层之上，通过高空气流的输送带效应，将地面空气污染物输送扩散稀释到远离城市地面的高空，远离城市地面近地层空间，保证人们呼吸所需空气的洁净、健康、安全、无害。

3.根据权利要求1所述3柔性伸缩通天烟囱管道制造材料为柔性薄膜材料，其特征是：在对流层中建造超高超大的柔性伸缩通天烟囱工程，选择合适的烟囱管道工程材料是关键，材料必须要柔性、轻薄、结实、气密性好、抗撕裂强度高，抗老化、抗氧化、抗紫外线，防风、防雨、防雷、防电，柔性伸缩通天烟囱管道工程主体材料选用以降落伞布为代表的柔性、轻薄、抗撕裂强度高的材料，包括但不限于各种锦纶、芳族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等材料制成的纺织品面料、塑料薄膜、高分子材料薄膜以及其它各种合成膜状材料，在受力较强部位加装强化带，增加工程膜强度和使用寿命，以抵抗恶劣环境的冲击，为了实现烟囱高度超高，制造烟囱管道的材质轻薄自重轻，依靠固体立柱、或管道框架、或浮空装置的牵引，能够使柔性伸缩通天烟囱管道竖立在地面上，是一种用于输送空气污染物的巨大轻薄柔性气密管道装置，根据当地空气污染物状况和大气环流条件确定实际烟囱高度。

4.根据权利要求1所述4柔性伸缩通天烟囱管道高矮可伸缩，其特征是：柔性伸缩通天烟囱管道的高矮可以根据需要随时进行自由调整，由于烟囱所处的对流层底层天气气象情况变化复杂，风雨雷电雾霾频繁，为了保护柔性伸缩通天烟囱既不被恶劣的大风天气所破坏，在大风来临前可以及时降低烟囱管道高度，直至完全降到底层，又能够在雾霾天气来临前可以将烟囱管道高度伸高到雾霾逆温层之上，以最大程度排除地面近地层空间空气污染物，在暴风雨雷电天气来临时及时做好防雷防电防风防雨措施；柔性伸缩通天烟囱管道的高矮由矗立在地面的固体立柱、或管道框架、或浮空装置进行高度控制，固体立柱以强度高重量轻的金属合金材料或非金属合成材料制造，可以稳固矗立在数百米高的高空中，固体立柱的最高高度决定了柔性伸缩通天烟囱管道伸展的最高高度，在固体立柱顶端安装滑轮，缆绳穿过滑轮可以受控自由升降，柔性伸缩通天烟囱管道与缆绳连接，使固体立柱成为柔性伸缩通天烟囱管道在空中的依靠，通过缆绳牵引可以随时升高或降低烟囱管道的高度；管道框架和浮空装置都是用于固定牵引柔性伸缩通天烟囱管道的装置，可以将烟囱管道牵引升向更高的高空。

5.根据权利要求1所述5柔性伸缩通天烟囱管道高度可通天，其特征是：为了降低地面近地层空间的空气污染物浓度，烟囱排烟管道高度越高越好，为了突破传统刚性固体重力烟囱排烟高度的限制，我们设计建造柔性伸缩通天烟囱来不断提高烟囱的排烟高度，以传统刚性重力烟囱为基础，在其烟囱排烟口之上架设管道框架，用轻薄柔性伸缩通天烟囱管道继续接力向上提高烟气排放高度；在管道框架之上再竖立固体立柱，固体立柱牵引连接柔性伸缩通天烟囱管道继续向上提升烟气排放高度；为了突破依托地面的固体立柱高度的限制，我们还可以通过浮空装置如浮空气球、氦气囊浮空装置、氢气囊浮空装置、热气球浮空装置、浮空气艇、无人直升机等综合浮空系统装置将柔性伸缩通天烟囱管道烟气排气口牵引伸向更高的空中，用最轻薄结实材料制造柔性伸缩通天烟囱管道以降低自重；还可以用氢气囊或氦气囊制成柔性伸缩通天烟囱管壁，使其在空气中的自重为负，这样依靠管道自身浮力就可以将烟囱排气口伸向更高的天空中。

6.根据权利要求1所述6柔性伸缩通天烟囱管道可折叠，其特征是：柔性伸缩通天烟囱管道安装连接在现有刚性固体重力烟囱的排气口上，生产生活产生的锅炉烟气或者其它空气污染物经过脱硫、脱硝、除尘、降温、加压等工艺流程后进入烟囱管道，立柱基座固定在传统固体重力烟囱上，立柱顶端用钢丝或其它柔韧结实材料进行高空稳定固定，立柱顶端安装滑轮可升降缆绳，缆绳与柔性伸缩通天烟囱管道相连接，整个升降系统由电动绞盘、导缆盘、自动排缆、控制室等部分组成，为了使柔性伸缩通天烟囱管道的升降方便，需要设计制造合适的升降装置和烟囱管道折叠整理装置，以地面原有刚性固体重力烟囱为基础，柔性伸缩通天烟囱管道呈套管状，每节管道长度相同，当烟囱管道降下来时，可以顺利在底层进行折叠整理，以利于管道的存放和下次升空使用。

7.根据权利要求1所述7将流动交通污染源的污染控制方法由限行限购改变为建造密闭交通隧道隔离汽车尾气污染，其特征是：对于机动车等流动污染源，既然我们隔离处理单个汽车的尾气排放难以做到，我们无法将一辆辆单独出行的汽车尾气收集起来，但是我们可以将一批批道路车流的汽车尾气进行封闭隔离收集起来集中处理，我们将城市交通主干线道路建成密闭的交通隧道，将汽车尾气全部封闭隔离在隧道中，通过人工换气系统装置将交通隧道中的废气集中加压排放到600米以上的高层大气中去，使汽车尾气排放地远离地面大气边界层，不再干扰污染我们赖以呼吸的地面近地层空气，通过密闭交通隧道，可以解决道路地面扬尘的反复污染问题，降低地面PM2.5指数。

8.根据权利要求1所述8将传统刚性固体重力烟囱升级改造为柔性伸缩通天烟囱，其特征是：烟囱是向高空输送烟气的通道，传统刚性固体重力烟囱以砖头钢筋混凝土等为主要建造材料，整个烟囱的自身重量都压在最底层基座上，由于受烟囱自身重量和材料强度等技术指标的限制，不可能建造太高太大的烟囱，但是当我们改变对烟囱的传统理念时，其实烟囱仅仅是烟气流动的通道，只要通道能够满足烟气流动所必要的气密性要求即可，没有必要非要用粗厚笨重的钢筋混凝土材料来建造烟囱管壁，我们创新思维改用轻薄柔性气密性良好自重轻的以降落伞布为代表的纺织品面料或塑料薄膜来制造烟囱管道，用立柱、框架或浮空装置将柔性伸缩通天烟囱管道矗立固定在高空中，利用柔性连接装置将烟囱管道和立柱相连，将生产生活产生的锅炉烟气或者其它空气污染物经过烟气脱硫、脱硝、除尘、降温、加压等工艺处理后输送到新型烟囱管道中，通过柔性伸缩通天烟囱管道排向高空中，这种新型烟囱结构装置就是柔性伸缩通天烟囱。

9.根据权利要求1所述9柔性伸缩通天烟囱常规防护装置和方法，其特征是：柔性伸缩通天烟囱常规防护装置主要包括防风、防雨、防雷、放电，使用防水涂料对烟囱管壁进行处理，防止雨水粘附增加管壁自重；当地面风速在10m/s以上时，降低烟囱高度，甚至完全降低到最底层，防止烟囱管道被大风刮坏；当地面风速在5m/s以下时，烟囱高度可以完全向上伸展开，以降低地面近地层空气污染物浓度；当地面风速在5m/s-10m/s之间时，可以根据实际情况决定烟囱的伸展高度；柔性伸缩通天烟囱避雷装置，立柱用金属材料制造，立柱本身可以作为避雷针设计，在烟囱管道上设计安装一些避雷条、金属放电刷等避雷装置，及时转移释放中和烟囱管道上产生吸附的电荷；外观形状颜色可以根据大众的爱好进行选择，可以选择卡通造型、人物造型或科幻造型。

10.根据权利要求1所述10一种循环利用城市地面近地层空间空气污染物的工程系统技术方案，其特征是：通过柔性伸缩通天烟囱将城市地面近地层空间危害人们身体健康的空气污染物隔离、汇集、加压、输送、排放到高空大气层中去，高层空气运动稳定性高，规律性强，风力大小方向均比较稳定，可以比较容易预测跟踪空气污染物的流向分布，在一定技术条件下可以将空气污染物定向定量输送到指定地方去，对空气污染物进行资源化利用，利用高空风力的输送带效应将空气污染物定向输送扩散稀释到深海大洋海域上空，逐渐随降雨沉降至海洋表面，成为海洋生态系统的营养盐元素来源，构成PM2.5中的有机物、氮氧化物、碳氧化物、硫氧化物、硅氧化物、磷氧化物、氧化铁灰尘，以及铜、锰、锌等各种重金属氧化物灰尘颗粒都是深海大洋海域海洋牧场中浮游植物的宝贵营养盐来源，这些营养盐参与浮游植物光合作用，将太阳光能吸收固定转化为生物质能，化害为利，变废为宝，循环利用，用于生产繁殖藻类、浮游生物，再通过海洋生态系统食物链食物网作用，最终转化为人们热爱喜欢的鱼虾蟹贝参鱿等美味海鲜。