Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по инженерной экологии. Расчет загрязнения атмосферы выбросами от точечного источника. Методические указания к самостоятельной работе студен
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Липецкий государственный технический университет»
Кафедра теплофизики
ПРАКТИКУМ ПО ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ.
РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ВЫБРОСАМИ
ОТ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА
Методические указания к самостоятельной работе студентов профиля
«Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей»
по дисциплине «Инженерная экология»
Составитель С.В. СКАКОВ
Липецк
Липецкий государственный технический университет
2014
УДК 502(7)
С422
Рецензент – А.Ю. Кривцов, канд. техн. наук, доц.
Скаков С.В.
С422 Практикум по инженерной экологии. Расчет загрязнения атмосферы вы-
бросами от точечного источника [Текст]: метод. указ. к самостоятельной
работе студентов профиля «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей» по дисциплине «Инженерная экология» / сост. С.В.
Скаков – Липецк : Изд-во ЛГТУ, 2014. – 25 с.
Приведена расчетная методика определения приземных концентраций за-
грязняющих веществ при выбросе из точечного источника.
Методические указания рекомендованы студентам–бакалаврам, обучающимся по направлению 150400.62 «Металлургия» профиля подготовки «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей» для самостоятельной работы по учебной дисциплине «Инженерная экология».
Табл. 2. Ил. 8. Библиогр.: 3 назв.
© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный
технический университет», 2014
Общие указания
Цель методических указаний – оказать помощь студентам-бакалаврам
направления «Металлургия» (профиль «Теплофизика, автоматизация и эколо-
гия промышленных печей») при выполнении расчетов по дисциплине «Инженерная экология», а также при выполнении экологической части выпускной
квалификационной работы.
Современные масштабы влияния антропогенной деятельности столь ве-
лики, что принимают планетарные масштабы, поэтому охрана окружающей
среды от загрязнения, обеспечение экологической безопасности производства актуальнейшая задача. Одним из путей её решения является инженерная защита
природных компонентов от различных видов загрязнителей. В стандарт подго-
товки бакалавров по направлению «Металлургия» включены несколько про-
фессиональных компетенций экологической направленности, например: вы-
пускник должен уметь применять в практической деятельности принципы ра-
ционального использования природных ресурсов и защиты окружающей среды
(ПК-5).
Учет рассеивания загрязняющих веществ при осуществлении планирующегося или уже существующего технологического процесса важен как с точки зрения обеспечения экологической безопасности производства, так и права
населения нашей страны на благоприятную природную среду.
Расчет приземной концентрации загрязняющих веществ позволяет определить интенсивность воздействия источников выбросов на природную среду,
установить размеры санитарно-защитной зоны предприятия, оценить эффективность инженерных мероприятий, направленных на снижение вредного воздействия выбросов, а также определить предельно допустимые выбросы (ПДВ)
для загрязняющих веществ и требуемую степень их обезвреживания.
Источники выбросов, присутствующие на предприятиях, можно разделить по их геометрическим признакам на три группы (рис. 1). К первой группе
относятся точечные источники загрязнения атмосферы 1 (ИЗА), размерами ко-
торых возможно пренебречь в сравнении с масштабом окружающей террито-
рии. Примером таких источников могут выступать различные дымовые и вен-
тиляционные трубы, оголовки шахт и каналов. Это наиболее распространенный
3
тип организованных источников выбросов. Вторая группа – линейные источники 2, у которых одно из измерений – длина – значительно превосходит остальные. В промышленности к таким источникам относят цеховые вентиляционные
фонари. Особенностью линейных ИЗА является значительная зависимость ве-
личины приземной концентрации выбрасываемых ими веществ от направления
ветра (вдоль или поперек источника). Еще одним примером линейного источ-
ника загрязнения может служить автомобильная дорога с учетом усреднения
количества автотранспорта на ней.
Рис. 1. Виды источников выбросов
Третий тип ИЗА называется площадными источниками 3. Как правило,
такие источники являются наземными и неорганизованными. Примером таких
источников могут служить открытые склады пылящих материалов, поверхно-
сти прудов-отстойников, стоянки автомобильного транспорта. Иногда в пло-
щадные источники объединяют множество мелких источников другого типа,
например точечных (вентиляционные трубы на крыше крупного цеха).
Кроме геометрических характеристик для классификации ИЗА использу-
ют признак организованности или неорганизованности источника. Под органи-
зованным понимают источник загрязнения атмосферы, снабженный специаль-
ными средствами отвода загрязняющих веществ в окружающую среду: трубой,
воздуховодом и т.п. В случае отсутствия таких средств источник относят к не-
4
организованным (все площадные источники, большинство линейных источников, различные неплотности технологического оборудования и т.п.). Для неор-
ганизованных источников характерно отсутствие четкой границы выхода за-
грязняющего вещества, изменчивость массы и объемов выбросов, трудность
оценки параметров газо-воздушной смеси (направления выхода, скорости, температуры и т.п.)
Рассмотренные выше типы источников относятся к стационарным ИЗА,
т.е. имеющим определенные координаты, неизменные во времени. В отличие от
них, все виды транспорта (автомобильный, железнодорожный и т.д.) относят к
нестационарным (передвижным) источникам, учет вклада которых в приземную концентрацию загрязняющих веществ сильно затруднен.
Расчеты рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере от всего разно-
образия промышленных источников выбросов проводится в соответствии с
ОНД-86 [1]. Этот документ устанавливает требования в части расчета концен-
траций вредных веществ в атмосферном воздухе при размещении и проектиро-
вании предприятий, нормировании выбросов в атмосферу реконструируемых и
действующих предприятий, а также при проектировании воздухозаборных со-
оружений.
Согласно этой методике, в зависимости от высоты H источника выброса
над поверхностью земли различают: наземные источники (H<2 м), низкие источники (2<Н<10 м), источники средней высоты (10<Н<50 м) и высокие источники (H>50 м).
По разнице температур окружающего воздуха tв и выходящей из источника газо-воздушной смеси tг выделяют горячие (tг>tв) и холодные источники
(tг≈tв), и для каждых предусмотрена особая последовательность расчетов.
В данном методическом указании рассматривается расчет величин при-
земных концентраций от организованного одиночного точечного источника
(Рис. 2). Вопросы расчетов концентраций загрязняющих веществ, содержащихся в выбросах от источников другой формы, а также расчетов рассеивания с
5
учетом влияния застройки промышленной площадки и рельефа окружающей
2
11
4
V D w
местности изложены в [1, прил. 1, 2].
Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ,
содержащихся в выбросах точечного источника
Внешний вид и основные расчетные параметры точечного источника вы-
броса вместе с примерным полем создаваемых им приземных концентраций за-
грязняющих веществ приведены на рис. 2. Исходными данными к расчету при-
земной концентрации ЗВ являются геометрические параметры источника: вы-
сота H и диаметр устья D, а также характеристики газо-воздушной смеси: объемный расход при действительных условиях V1 и скорость выхода w
причем
1,
эти параметры связаны между собой и диаметром устья соотношением (и, как
следствие, не могут быть произвольными):
(1)
Рис. 2. Точечный источник загрязнения атмосферы при неблагоприятных
Расчет приземных концентраций выполняется для неблагоприятных ме-
теорологических условий, при которых они достигают максимальных значений.
метеорологических условиях
6
Характеристиками метеорологических условий в районе расположения ИЗА
являются скорость ветра u и температура окружающего воздуха t
. Неблагопри-
в
ятное сочетание заключается в наличии высокой температуры воздуха и особой
скорости ветра, называемой опасной. При любых других значениях этих пара-
метров (меньшей температуре, большей или меньшей скорости ветра) призем-
ная концентрация загрязняющего вещества будет ниже.
Рис. 3. Мгновенная проекция дымового факела на земную поверхность
Расчетным путём определяются разовые приземные концентрации, отно-
сящиеся к 20-30 минутному интервалу осреднения. Мгновенные концентрации
загрязняющих веществ в контрольных точках могут быть как выше, так и ниже
средних. Неустойчивость положения оси дымового факела (рис. 3), связанная с
турбулентными явлениями в атмосфере приводит к тому, что в момент времени
зафиксированный на рис. 3, концентрация в точках A и С минимальна, а в точках B и D достигает наибольшего значения, причем спустя короткий промежуток времени картина может полностью измениться.
При одновременном совместном присутствии в атмосферном воздухе не-
скольких веществ, обладающих суммацией вредного действия (прил.), для уче-
та однонаправленного вредного действия рассчитывается безразмерная сум-
марная концентрация q (которая в итоге должна быть меньше единицы), или
значения концентрации всех вредных веществ приводятся условно к значению
7
концентрации с одного из них (и тогда она должна быть меньше предельно до-
12
12
n
n
c сс
q
ПДК ПДК ПДК
11
12
2
n
n
ПДК ПДК
c c c с
ПДК ПДК
2
1
2
1000
wD
f
Ht
1
3
0,65
m
Vt
v
H
3
1
0,67 0,1 0,31
m
ff
пустимой для этого вещества).
Безразмерная суммарная концентрация q определяется по формуле
, (2)
где c1, с2, ..., сn – расчетные концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности, мг/м3;
ПДК1, ПДК2, ..... ПДК
– соответствующие максимальные разовые пре-
n
дельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе,
3
мг/м
.
Приведенная концентрация рассчитывается по формуле
, (3)
где с
его предельно допустимая концентрация, мг/м
, ПДК1– концентрация вещества, к которому осуществляется приведение и
1
3
;
с
... cn и ПДК2 ..... ПДКn – концентрации и предельно допустимые концен-
2
трации других веществ, входящих в рассматриваемую группу суммации, мг/м3.
Перед расчетом непосредственно концентраций необходимо определить
некоторые вспомогательные параметры:
В зависимости от значения параметров f и vm определяются коэффициен-
ты m и n, учитывающие особенность выхода газо-воздушной смеси из устья источника выброса.
Коэффициент m находится по рис. 4 или по формуле
, (4)
, м/с. (5)
. (6)
8
Рис. 4. Зависимость коэффициента m от параметра f
2
1 при 2;
0,532 2,13 3,13 при 0,5 2;
4,4 при 0,5.
m
m m m
mm
v
n v v v
vv
Коэффициент n находится по рис. 5 или по формуле:
(7)
Рис. 5. Зависимость коэффициента n от параметра vm
9
Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества при
2
3
1
m
AFmn
сM
H V t
Таблица 1
Значение коэффициента А
Географические районы Российской Федерации
А
Читинская область, Бурятия
250
Для районов РФ южнее 50
о
с.ш.; для остальных районов
Нижнего Поволжья, Кавказа; для азиатской территории РФ,
Дальнего Востока, остальной территории Сибири
200
Для Европейской территории РФ и Урала от 50 до 52о с.ш. (за
исключением центра ЕТ);
180
Европейская территория РФ и Урала севернее 520 с.ш. (за исключением центра ЕТ); в том числе г. Липецк и Липецкая обл.
160
Московская, Тульская, Рязанская, Владимирская, Калужская,
Ивановская области
140
выбросе нагретой газо-воздушной смеси из одиночного точечного источника с
круглым устьем рассчитывается по формуле
где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы
(табл. 1);
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вред-
ных веществ в атмосферном воздухе;
m, n – коэффициенты рассчитанные по формулам (6) и (7);
η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местно-
сти. В случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не
превышающим 50 м на 1 км, η = 1;
Н – высота источника выброса над уровнем земли, м (для наземных ис-
точников при расчетах принимается Н = 2 м);
, мг/м
3
, (8)
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]