МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

Кафедра теплогазоснабжения, вентиляции и гидромеханики

Т.Н. Холодилина

Нормирование и расчет рассеивания выбросов загрязняющих веществ в атмосферу методические указания

по дисциплине «Охрана воздушного бассейна» для студентов специальности 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Оренбург 2009

Работа выполняется по варианту, номер которого определяется по таблице. Решение задачи и ответы на вопросы при необходимости должны сопровождаться ссылками на литературные источники, а также эскизами в масштабе, выполненные карандашом на миллиметровке. В конце работы указывается литература и ставится подпись студента с датой. Отчет выполняется на листах формата А-4.

1. Общие положения

Расчет рассеивания производится в соответствии с нормами [1] для приземного слоя атмосферы - на высоте 2,0 м от поверхности земли.

В зависимости от высоты Н устья ИЗА они подразделяются на четыре класса:

а) высокие источники, Н>50 м;

б) источники средней высоты, Н=10...50 м;

в) низкие источники, Н=2...10 м;

г) наземные источники, Н<2 м.

При проведении расчетов не используются значения скорости U ветра U<0,5 м/с, а также скорости ветра U>U*, где U*- значение; скорости ветра, превышаемое в данной местности в среднем многолетнем режиме в 5% случаев. Это значение запрашивается в ЦГМ, на территории которого находится предприятие, или опре­деляется по климатическому справочнику.

Степень загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации при неблаго­приятных метеорологических условиях, соответствующих выбору коэффициента А в формуле (1) и опасной скорости ветра U_m.

При одновременном совместном присутствии в атмосферном воз­духе нескольких п веществ, обладающих в соответствии с перечнем [2] суммацией вредного действия, для каждой группы рассчитыва­ется безразмерная или приведенная концентрация.

Безразмерная концентрация q определяется по формуле

q=(с₁ /П ДК₁)+(с₂/ПДК₂)+…(с_n/ПДK_n), (1)

где с₁с₂…с_n - расчетная концентрация ЗВ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности, мг/м³;

ПДК₁, ПДК₂,...ПДК_n - соответствующие максимальные разовые предельно-допустимые концентрации ЗВ, мг/м³.

Приведенная концентрация с рассчитывается по формуле

с=с₁+с₂(ПДК₁/ПДК₂)+...с_n(ПДК_n/ПДК_n), (2)

где с₁ - концентрация вещества, к которому осуществляется приведение;

ПДК₁- его ПДК;

с₂...с_n, и ПДК₂...ПДКn- соответственно концентрации и ПДК дру­гих веществ, входящих в рассматри­ваемую группу суммации.

1.1 Расчет загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м, мг/м³, при выбросе газовоздушной смеси из одиноч­ного точечного источника с круглым устьем достигается при не­благоприятных метеорологических условиях на расстоянии х, м, от источника и определяется по формуле

(3)

где А - коэффициент, зависящий от температурной cтратификации атмосферы;

М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость осе­дания вредных веществ в атмосферном воздухе;

т, п – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоз­душной смеси из устья источника выброса;

H – высота источника выброса над уровнем земли (для назем­ных источников при расчетах принимается H=2 м), м;

η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности; в случае ровной или слабо­пересеченной местности, с перепадом высот, не превы­шающим 50 м на 1 км, η=1;

ΔT – разность между температурой выбрасываемой газо­воздушной смеси Тг и температурой окружающего атмо­сферного воздуха Тв, °С;

V₁ – расход газовоздушной смеси , м³/с, определяемый по формуле:

(4)

где D - диаметр устья источника выброса, м;

ω₀- средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.

Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным:

а) 250 - для районов Средней Азии южнее 40° с.ш., Бурятии и Читинской области;

б) 200 - для Европейской территории бывшего СССР: для районов России южнее 50° с.ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Молдовы; для Азиатской территории России: для Казахстана, Дальнего Востока и остальной территории Сибири и Средней Азии;

в) 180 - для Европейской территории России и Урала от 50 до 52° с.ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов и Украины;

г) 160 - для Европейской территории России и Урала севернее 52° с.ш. (за исключением Центра ETР), а также для Украины (для расположенных на Украине источников высотой менее 200 м в зоне от 50 до 52° с.ш. -180, а южнее 50° с.ш. - 200);

д) 140 - для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей.

Значения массовых выбросов М, г/с, и расхода газовоздушной смеси V₁, м³/с, принимаются по технологической части вновь строящихся и реконструируемых предприятий, а для действую­щих - по данным инвентаризации.

Необходимо отметить, что значения М следует относить к 20-30-минутному периоду осреднения, в том числе и в случаях, когда продолжительность выброса менее 20 мин.

При определении значения ΔТ, °С, следует принимать темпе­ратуру окружающего атмосферного воздуха Т_в, °С, равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца по СНиП 23-01-99, а температуру выбрасываемой в атмо­сферу газовоздушной смеси Т_г, °С, - по действующим для данного производства технологическим нормативам.

Для котельных, работающих по отопительному графику, допускается при расчетах принимать значения Т_в равными средним температурам наружного воздуха за самый холодный месяц по СНиП 23-01-99.

Значение безразмерного коэффициента F принимается:

а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) - 1;

б) для мелкодисперсных аэрозолей (кроме указанных в п. а) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % - 2; от 75 до 90 % - 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки - 3.

Значения коэффициентов т и п определяются в зависимости от параметров f, ν_м, v'_м и f_e:

, (5)

(6)

, (7)

(8)

Коэффициент т определяется в зависимости от f по формулам:

т = 1/(0,67+0,1f^1/2+0,34f^1/3) при f<100; (9а)

т = 1,47/f^1/3 при f≥100. (9б)

Для fe<f<100 значение коэффициента т вычисляется при f=f_e,. Коэффициент n при f<100 определяется в зависимости от ν_м по формулам:

при ν_м <0,5, n = 4,4 ν_м; (10а)

при 0,5 ≤ ν_м < 2, n=0,532ν²_м- 2,13 ν_м +3,13; (10б)

при ν_м≥2, n=1, (10в)

Для f≥100 (или ΔТ≈0) и ν′_м≥0,5 (холодные выбросы) при расчете с_м вместо формулы (3) используется формула:

(11)

где К=D/8V₁=1/(7,1 (ω₀ V₁ )^1/2), (12)

причем n определяется по формулам (10а)- (10в) при v_м = v'_м.

Расстояние х_м, м, от источника выбросов, на котором приземная концентрация с, мг/м³, при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения с_м, определяется по формуле

, (13)

где безразмерный коэффициент d при f<100 находится по формулам:

d = 2,48 (1+0,28f_e^1/3) при v_м ≤0,5; (14а)

d = 4,95ν_м(1+0,28f^1/3) при 0,5< v_м ≤2; (14б)

d = 7 v_м^1/2(1+0,28f^1/3) при v_м >2 (14в)

При f>100 или ΔT≈0 значение d находится по формулам:

d=5,7 при v′_м ≤0,5; (15а)

d=11,4 v^,_м при 0,5< v′_м ≤2; (156)

d=16(v′_м )^1/2 при v′_м >2 (15в)

В формулу (3) в скрытой форме входит скорость ветра. Ветер оказывает двоякое влияние на рассеивание примесей: чем больше скорость ветра, тем больше турбулентность атмосферы и тем, сле­довательно, интенсивнее распространяются эти примеси в окру­жающей среде; в то же время, с увеличением скорости ветра уменьшается высота факела над устьем трубы. Опасная скорость ветра не является метеорологическим фактором и для одного и того же производственного здания, на котором имеются различные источники выбросов, она может иметь различные численные значения для каждого источника в зависимости от его характера.

Значение опасной скорости u_м, м/с, на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значе­ние приземной концентрации вредных веществ с_м, в случае f<100 определяется по формулам:

u_м =0,5 при v_м ≤0,5; (16а)

u_м =v_м при 0,5< v_м ≤2; (16б)

u_м= v_м(1+0,12f^1/2) при v_м >2. (16в)

При f≥100 или ΔT≈0 значение u_м вычисляется по формулам:

u_м =0,5 при v′_м ≤0,5; (17а)

u_м = v′_м при 0,5< v′_м ≤2; (17б)

u_м =2,2v'_м при v′_м >2. (17в)

При опасной скорости ветра u_м приземная концентрация вред­ных веществ с, мг/м³, в атмосфере по оси факела выброса на раз­личных расстояниях х, м, от источника выброса определяется по формуле

с = s₁c_м, (18)

где s₁ — безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения х/х_м и коэффициента F по формулам:

s₁=3(x/x_м)⁴ - 8(x/x_м)³ + 6(x/x_м)² при x/x_м ≤1; (19a)

s₁=1,13/(0,13(x/x_м)² + 1) при 1< x/x_м≤8 ; (19б)

s₁=(x/x_м)/(3,58(x/x_м)²-35,2 (x/x_м)+120) при F≤1,5 и x/x_м>8; (19в)

s₁=1/(0,1(x/x_м)² + 2,47(x/x_м)-17,8) при F>1,5 и x/x_м>8. (19г)

Для низких и наземных источников (высотой H не более 10 м) при значениях x/x_м<1 величина s₁ в (18) заменяется на величину s^н₁, определяемую в зависимости от x/x_м и Н по формуле

s^н₁=0,125(10-Н)+0,125(Н-2)·s₁, при 2≤Н<10, (20)

Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере с_у, мг/м³, на расстоянии у, м, по перпендикуляру к оси факела выброса определяется по формуле

c_y=s₂c, (21)

где s₂ - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости ветра и, м/с, и отношения у/х по значению аргумента t_y:

t_y=uy²/x² при и≤5; (22а)

t_y=5y²/x² при и>5 (22б)

по формуле:

s₂=1/(1+5t_y+12,8t_y² +17t_у³+45,1t_y⁴)² . (23);

Расчеты загрязнения атмосферы при выбросах газовоздушной смеси из источника с прямоугольным устьем (шахты) производится по приведенным выше формулам при средней скорости ω₀ и значениях D=D_э, м, и V₁=V_1э, м³/с.

Средняя скорость выхода в атмосферу газовоздушной смеси ω₀, м/с, определяется по формуле

ω₀= V₁/Lb , (24) |

где L - длина устья, м;

b - ширина устья, м.

Эффективный диаметр устья D_э, м, определяется по формуле

D_э=2Lb/(L+b). (25)

Эффективный расход выходящей в атмосферу в единицу времени газовоздушной смеси V_1э, м³/с, определяется по формуле

V_1э =(πD²/4) ω₀. (26)