2.2. Расчет загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м на расстоянии х_м (м) от источника с круглым отверстием при неблагоприятных метеоусловиях определяется по формуле

, (4)

где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации (расслоения) атмосферы;

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

F – коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ;

m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газов из устья источника;

 – коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (при перепаде высот менее 50 м на 1 км длины  = 1);

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м (для наземных источников Н = 2 м);

Т – разность температур между температурой выбрасываемых газов Т_г и температурой окружающего воздуха Т_в, С, Т = Т_г - Т_в;

V_г – расход газов,

, (5)

где D – диаметр устья источника выбросов, м;

w₀ – средняя скорость выхода газов из устья источника, м/с.

Поясним методику определения параметров, входящих в формулу (4).

Коэффициент А принимается для неблагоприятных метеоусловий, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна. Для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Ивановской, Калужской областей А = 140.

Величины М, V_г, Т_г определяются расчетом в технологической части проекта. Для изменяющихся во времени значений М, V_г, Т_г принимаются такие их величины (усредненные в 2030-минутном интервале), при которых с_м максимально.

Температура воздуха Т_в принимается равной средней максимальной температуре наиболее жаркого месяца по СНиП 2.01.01–82 или средней температуре самого холодного месяца для отопительных котельных.

Значение коэффициента F для вредных газообразных веществ принимается равным единице (F = 1), а для пыли и золы в зависимости от степени предварительной их очистки  (F = 2 при   9 F = 2,5 при 7590 и F = 3 при    .

Напомним, степенью очистки называют отношение в процентах уловленной массы пыли и золы к поступившей.

Значения коэффициентов m и n определяют в зависимости от параметров f, v_М, v и f_e:

, (6)

, (7)

, (8)

. (9)

Коэффициент m (m = 0,4...1,6) определяется в зависимости от f :

(10)

Для f_e < f < 100 коэффициент m вычисляется по формуле (10) при f = f_е. Коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от v_м :

;; (11)

.

Для f100 (или ) (холодные выбросы) при расчете с_м вместо формулы (4) используется формула

, (12)

где . (13)

Причем n рассчитывается по формулам (11) при v_м = v.

В случае предельно малых опасных скоростей ветра при f < 100 и v_м<0,5 или f  100 и v < 0,5 расчет с_м также выполняется по другой формуле:

, (14)

где m_н = 2,86  m при f < 100, v_м < 0,5,

m_н = 0,9 при f  100, v < 0,5 . (15)

Расстояние x_м от источника выбросов, при котором достигается максимальное значение концентрации с_м (мг/м³), определяется по формуле

, (16)

где безразмерный коэффициент d находится по формуле

при v_м 0,5 ,

при 0,5 < v_м 2 ,

при v_м > 2 . (17)

При f >100 или значениеd находится по формуле:

d = 5,7 при v 0,5 ,

d = 11,4v при 0,5 < v2 ,

d = 16  v^1/2 при v > 2 . (18)

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

u_м = 0,5 при v_{м } 0,5,

u_м = v_м при 0,5 < v_м 2,

при v_м > 2. (19)

При f  100 или значениеu_м находится по формуле

u_м = 0,5 при v < 0,5 ,

u_м = v при 0,5 v2 , (20)

u_м = 2,2 при v > 2 .

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

c = s₁  c_м, (21)

где s₁ - безразмерный коэффициент, зависящий от X = x/x_м и коэффициента F,

S₁ = 3X⁴ - 8X³ + 6X² при X 1 ,

S₁ = при 1 < X 8 ,

S₁ = при F 1,5 и X > 8 ,

S₁ = при F > 1,5 и X > 8 . (22)

При низких источниках выброса H 10 м при X < 1 величина s₁ в (21) заменяется на s^н₁, которая рассчитывается по формуле

s^н₁= 0,125 (10 - H) + 0,125 (H - 2) s₁ при 2 Н< 10. (23)

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

с_у = s₂  с, (24)

где s₂ - безразмерный коэффициент, зависящий от скорости ветра u (м/c) и отношения x/y;

s₂ = (1 + 5t_y + 12,8t+ 17t+ 45,1t)^-2 , (25)

где t_y = u  y²/x² при u 5, (26)

t_y = 5  y²/x² при u > 5.

В документе [1] приводятся формулы для расчета при скоростях ветра, отличающихся от опасных, и формулы, позволяющие рассчитать распределение концентраций по высоте. Кроме того, приводятся графики для нахождения коэффициентов m, n, s_1, s₂ и др.

Формулы (4) и (14) можно использовать для решения обратных задач по определению мощности выброса М, г/с, и высоты источника Н:

, или (27)

при f > 100 или . (28)

Высота источника для холодных выбросов находится по формуле

. (29)

Если найденному по формуле (29) значению Н соответствует v < 2 м/с, то Н уточняется методом последовательных приближений по формуле

, (30)

где n_i и n_i-1 - значения коэффициента n, полученные соответственно по значениям H_i и H_i-1 (при i = 1 принимается n₀ = 1).

Формулы (29) и (30) применяются при Т>0,если при этом выполняется условие

.

В противном случае первое приближение следует найти по формуле

. (31)

По величине Н₁ определяются величины f, v_м, v, f_e и коэффициенты m_i=1, n_i=1. Новое приближение Н_i+1 находится по формуле

(32)

(при i = 1 можно принять m₀ = n₀ = 1 и Н₀ = Н₁).

В тех случаях, когда формулы (27)…(29), (30) используются для нахождения величин предельно допустимых выбросов (ПДВ) или минимальной высоты трубы, вместо с_м в них подставляется

с_м = ПДК - с_ф.

Причем фоновая концентрация должна учитываться для точки, расположенной на расстоянии х_м от источника выбросов. При рассеивании вредных веществ, обладающих суммацией вредного действия, в расчетах следует использовать приведенные массы выбросов:

где М₁, М₂,…,М_n – мощности выброса каждого вещества. (В данном случае приведение делается к первому веществу. По аналогичной формуле должна рассчитываться приведенная фоновая концентрация веществ.)