Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлоагрегатах. Учебно-методическое пособие

3. Рассчитаем расстояние Хм, м, от источника выбросов, на котором приземная концентрация С, мг/м3, при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения См. Предварительно для расчета Хм, м, рассчитаем параметры м, м′ и fe определим по одной из формул (4.7) – (4.9) в зависимости от полученных результатов:

м = 0,65 ∙ 3√2,64∙16520 = 0,65 ∙ 2,79 = 1,81.

Полученное значение м сравним с условиями выбора выражения для расчета безразмерного коэффициента d по формулам (4.4) – (4.6). Исходя из полученного значения м, равного 1,81, расчет безразмерного коэффициента d проведем по формуле (4.5), так как 0,5 < м ≤ 2:

= 4,95 ∙ 1,81 ∙ (1 + 0,28 ∙ 3√0,33) = 10,69.

Расстояние Хм, м, составит: − для газообразных веществ

Хм = 5−41 ∙ 10,69 ∙ 20 = 213,8 м; − для твердых веществ

Хм = 5−42,5 ∙ 10,69 ∙ 20 = 133,6 м.

Вывод: анализ данных табл. 4.2 показал, что наблюдается превышение ПДК в приземном слое атмосферы по диоксиду серы и твердым загрязняющим веществам. Максимальная приземная концентрация для газообразных загрязняющих веществ будет наблюдаться на расстоянии 213,8 м, а для твердых загрязняющих веществ – 133,6 м.

4.3. Задание по работе

Рассчитать максимальную приземную концентрацию загрязняющих веществ при сжигании топлива в котельной, расположенной в городе, если известны высота трубы Н, м, диаметр устья трубы Dуст, м, и температура отходящих газов tгв, °С (табл. 4.3). Температура окружающей среды tв составляет 25 °С. Расчет проводится на основании данных, полученных в результате решения задач (см. гл. 2).

41

Таблица 4.3 Исходные данные к расчету максимальной приземной концентрации

42

5. РАСЧЕТ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

5.1.Расчет предельно допустимых выбросов

Всоответствии с Федеральным законом «Об охране атмосферного воздуха» предельно допустимый выброс (ПДВ) − норматив выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, который определяется как объем или масса химического вещества либо смеси химических веществ, микроорганизмов, иных веществ, как показатель активности радиоактивных веществ, допустимый для выброса в атмосферный воздух стационарным источником и (или) совокупностью стационарных источников, и при соблюдении которого обеспечивается выполнение требований в области охраны атмосферного воздуха [2]. Таким образом, ПДВ – это такие выбросы загрязняющих веществ в единицу времени (г/с, т/год), при рассеивании которых в приземном слое атмосферы формируется концентрация, не превышающая ПДК, с учетом фонового загрязнения атмосферы для i-го загрязняющего вещества.

Расчет максимально разовых ПДВi, г/с, зависит от типа источника по температуре отходящих газов (холодный или горячий). Выбросы от котельных установок относятся к горячим источникам. Для горячих источников величина ПДВ рассчитывается по формуле (5.1)

сучетом фонового загрязнения атмосферы при условии, что Сфi ≤ ПДКi:

где ПДКмрi – максимально разовая нормативно-допустимая концентрация вредного вещества в приземном слое атмосферы, мг/м3; Сфi – фоновая концентрация i-го загрязняющего вещества, зависящего от уровня загрязнения атмосферного воздуха другими предприятиями и средствами транспорта; А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, определяющий условия горизонтального и вертикального рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (см. табл. 4.1); F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания ЗВ (газообразных и аэрозолей, включая твердые частицы) в атмосферном воздухе. Значение безразмерного

43

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 (а)) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90% − 2; от 75 до 90% − 2,5; менее 75% и при отсутствии очистки − 3; m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; H – высота источника выброса над уровнем земли, м (для наземных источников при расчетах принимается H = 2 м); ξ – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, η = 1; при пересеченной местности этот параметр приравнивается к 2; ΔT – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Tг и температурой окружающего атмосферного воздуха Tв, °C. При определении значения ∆Т, °С, следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Тв,°С, равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Тг, °С, – по действующим для данного производства технологическим нормативам; Vдг – расход газовоздушной смеси, м3/с (см. гл. 3).

Расчет валовых ПДВ, т/год, зависит от режимов работы источника выбросов. Для пересчета максимальных разовых ПДВ, г/с, в валовые ПДВ, т/год, используем переводной коэффициент Кпер (определенный по формуле 2.23).

Пример расчета предельно допустимых выбросов

Рассчитаем ПДВi по формуле (5.1) для всех рассматриваемых загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу Ростова-на- Дону через трубу высотой 24 м, T = 170 °С. Для газообразных веществ F = 1 (NO, NO2, SO2, СО). Для взвешенных веществ F = 2,5 (эффективность очистки равна 80 %). Примем, что значения m и n равны 1. Значения ПДКмрi и фоновых концентраций загрязняющих веществ для места расположения предприятия приведены в табл. 5.1. Объем дымовых газов дг, м3/с, принимаем на основании полученных расчетных данных в п. 3.2 для nк котлов (в нашем случае по условию задачи установлено три котла).

44

Таблица 5.1

Значения ПДКi и Сфi для расчета

Решение.

ПДВNO = (0,4−0,15)200∙1∙1∙1∙1∙242 ∙ 3√2,64 ∙ 170 = 5,51 г/с,

ПДВNO2 = (0,2−0,1)200∙1∙1∙1∙1∙242 ∙ 3√2,64 ∙ 170 = 2,20 г/с,

ПДВSO2 = (0,5−0,015)200∙1∙1∙1∙1∙242 ∙ 3√2,64 ∙ 170 = 10,99 г/с,

ПДВCO = (5,0−3,0)200∙1∙1∙1∙1∙242 ∙ 3√2,64 ∙ 170 = 44,09 г/с,

(0,5−0,1)∙242 3

ПДВВВ = 200∙2,5∙1∙1∙1 ∙ √2,64 ∙ 170 = 3,53 г/с.

Для определения валовых значений ПДВi, т/год, умножим полученные значения ПДВi, г/с, на переводной коэффициент Кпер:

ПДВгодNO = 5,51 ∙ 31,536 = 173,76 т/год,

ПДВгод = 2,20 ∙ 31,536 = 69,38 т/год,

NO2

ПДВгод = 10,99 ∙ 31,536 = 346,58 т/год,

SO2

ПДВгодCO = 44,09 ∙ 31,536 = 1390,42 т/год, ПДВгодВВ = 3,53 ∙ 31,536 = 111,32 т/год.

Составим сравнительную таблицу фактических (полученных расчетным путем в п. 2.5 (см. табл. 2.4)) и ПДВ загрязняющих веществ

(табл. 5.2).

45

Таблица 5.2 Сравнительный анализ ПДВ и фактических выбросов ЗВ

в атмосферу

Вывод: так как наблюдается превышение ПДВгод по диоксиду серы и взвешенным веществам, необходимо разработать мероприятия по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу (в соответствии с п. 5.2.).

5.2. Задание по работе

Рассчитать ПДВi по формуле (5.1) для всех рассматриваемых загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу через трубу высотой Н, м, разностью температур выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха T, °С и с учетом определенного объема (см. гл. 3) дымовых газов Vдг, м3/с. Аппараты очистки воздуха предусматривают улавливание только твердых веществ. Примем, что значения m и n равны 1. Значения ПДКi принимаются по табл. 5.1. Фоновые концентрации загрязняющих веществ для места расположения предприятия принимаются согласно варианту исходных данных (табл. 5.3).

46

Таблица 5.3

Исходные данные к работе

5.3. Разработка мероприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу

К воздухоохранным мероприятиям относятся планировочные, технологические и специальные мероприятия, направленные на сокращение выбросов загрязняющих веществ и снижение их приземных концентраций.

Планировочные мероприятия влияют на уменьшение воздей-

ствия выбросов предприятия на жилые районы и предусматривают:

−расположение предприятия и жилых массивов с учетом господствующих направлений ветра;

−размещение объектов и предприятия на площадке таким образом, чтобы исключалось попадание дымовых факелов на селитебную зону;

−рациональное расположение заслона между жилым районом

ипредприятием в виде горной гряды, леса и т.д.;

−устройство СЗЗ (см. гл. 7).

47

Технологические мероприятия включают:

−кооперацию проектируемого объекта с другими предприятиями;

−использование более прогрессивной технологии;

−увеличение единичной мощности агрегатов;

−применение более «чистого» вида топлива;

−применение рециркуляции дымовых газов;

−внедрение наиболее совершенной структуры газового баланса предприятия, обеспечивающей оптимизацию распределения топлива между технологическими агрегатами.

Специальные мероприятия направлены на сокращение выбросов загрязняющих веществ и снижение приземных концентраций загрязняющих веществ. К ним относятся:

−сокращение неорганизованных выбросов;

−очистка и обезвреживание вредных веществ из отходящих газов;

−улучшение условий рассеивания выбросов;

−изменение высоты источника выбросов.

Для существенного снижения уровня загрязнения воздуха в районе расположения проектируемого объекта должны быть подготовлены и разработаны предложения по временному сокращению вредных выбросов в атмосферу в периоды неблагоприятных метеорологических условий (НМУ). Разработку мероприятий по регулированию выбросов в периоды НМУ выполняют в соответствии с требованиями территориальных органов по гидрометеорологии и контролю природной среды (УГКС).

Методы расчета эффективности работы пылеуловителей определяются отношением количества уловленных загрязняющих веществ к количеству загрязняющих веществ, поступающих в газоочистной аппарат с пылегазовым потоком, за определенный период времени. Существует несколько вариантов расчета:

1. Эффективность очистки, ηтрз , %, может быть определена по содержанию пыли в газах до поступления в газоочистной аппарат и на выходе из аппарата по формуле:

где Gвх, Gвых − массовый расход частиц пыли (капель, тумана) в газах, соответственно поступающих и выходящих из газоочистного аппа-

48

рата, г/с; Vвx, Vвых − объемный расход газов, соответственно поступающих и выходящих из газоочистного аппарата, м3/с; Cвх, Cвых − концентрация частиц в газах, соответственно поступающих и выходящих из газоочистного аппарата, г/м3.

2. Методы расчета эффективности работы пылеуловителей очистки могут быть определены по количеству пыли в газах до поступления в аппарат и количеству уловленной пыли по формуле:

где Gул − количество уловленной пыли, г/с.

3.Эффективность по количеству уловленной аппаратом пыли

иконцентрации пыли в газах, выходящих из аппарата, определяется по формуле:

4. Степень очистки газов часто определяют по фракционной эффективности степени очистки газов от частиц определенного размера. Фракционная эффективность очистки ηф определяется по формуле:

где Фвх и Фвых − содержание данной фракции в газах соответственно на входе и выходе из фильтра, %.

Зная фракционную степень очистки газов, можно определить общую степень очистки по формуле:

где Ф1, Ф2 .... Фn − содержание данной фракции на входе в фильтр, %. Для расчета по этой формуле могут быть использованы методы расчета эффективности работы пылеуловителей − кривые фракционных эффективностей (степеней очистки), полученные эксперимен-

тальным путем для некоторых типов пылеуловителей.

5. Требуемую эффективность очистки газоочистной установки (ГОУ) (в процентах) можно рассчитать исходя из значений фактических и ПДВ по формуле:

49

Суммарную степень очистки газов ηΣ, достигаемую в нескольких последовательно установленных аппаратах, определяют по формуле:

где η1, η2, …, η − степень очистки газов от пыли соответственно в первом, втором и n-ом пылеуловителе.

Выбор аппарата очистки зависит от вида загрязняющих веществ и требуемой системы очистки.

5.4. Пример расчета требуемой эффективности очистки выбросов

По результатам расчета фактических выбросов и ПДВ (табл. 5.2) сделали вывод, что наблюдается превышение фактических выбросов по диоксиду серы и взвешенным веществам. По формуле (5.7) рассчитаем требуемую эффективность очистки по этим загрязняющим веществам.

Требуемая эффективность очистки по диоксиду серы составит:

Требуемая эффективность очистки по взвешенным веществам составит:

Задание по работе.

В практической работе для сокращения выбросов загрязняющих веществ и снижения их приземных концентраций рассчитать требуемую эффективность очистки выбросов.

50