Практикум к решению задач Основы экологии 2004

11

Определить значение концентраций Су, мг/м3, в точке пространства, находящейся на расстоянии Х от источника выброса по оси факела и на высоте У от поверхности земли.

Задача №2 Завод по производству строительных материалов, расположенный в

Республике Беларусь выбрасывает С, мг/м3, цементной пыли в отходящих газах. Степень очистки составляет 90%, объем отходящих газов V1, м3/с. Перепад высот в радиусе 5 км от источника выброса не превышает 50 м на 1 км.

Требуется рассчитать минимальную высоту трубы с диаметром устья Дм, обеспечивающую соблюдение нормативов ПДК в приземном слое воздуха. Для цемента ПДКм.р=0,3 мг/м3. Фоновую концентрацию цементной пыли при расчете не учитывать. Расчет выполнить в двух вариантах: температура отходящих газов равна температуре окружающего воздуха и превышает ее на 50 ºС.

Задача №3 В отделении подготовки костного сырья желатинового завода от

установленного оборудования выделяется костная пыль, которая системой вытяжной вентиляции производительностью П, м3/ч, выбрасывается в атмосферу, выбросы производятся через трубу высотой Н, м, с устьем прямоугольной формы размером l bм. Произвести санитарногигиеническую оценку выбросов с учетом фоновой концентрации. Скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника принять равной Wo, м/с, ПДКмр костной пыли – равной 1 мг/м3,

12

фоновую концентрацию – Сф=0, фактический массовый выброс пыли - М, г/с, температуру отходящих газов – tг, температуру окружающего воздуха – tв, ºС.

А=160, η=1.

13

Практическая работа № 2

Расчет предельно допустимых выбросов от стационарных источников загрязнения атмосферы

1 Теоретическая часть

Для предотвращения загрязнения атмосферы введены нормативы непосредственно на выбросы вредных веществ из каждого источника (труба, аэрационный фонарь, дефлекторы, шахты, крышные вентиляторы и т. п.). Стандартом установлены величины предельно допустимого выброса вредных веществ в атмосферу (ПДВ), т. е. количество вредных веществ, выбрасываемых в единицу времени, которое в сумме с выбросами от совокупности источников города или другого населенного пункта (с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ) не создаст приземной концентрации примеси, превышающей значение предельно допустимой концентрации (ПДК).

Предельно допустимый выброс является научно-техническим нормативом, устанавливаемым для каждого конкретного источника загрязнения при условии, что выбросы вредных веществ от него и всей совокупности других источников с учетом их рассеивания и превращения в атмосфере не создадут приземных концентраций, превышающих нормативы качества воздуха. Если в воздухе городов или других населенных пунктов концентрация вредных веществ превышает ПДК, а значения ПДВ по объективным причинам не могут быть достигнуты, вводится поэтапное снижения выброса вредных веществ. В этом случае фактический выброс, превышающий ПДВ, называется временно согласованным выбросом (ВСВ). На каждом этапе устанавливают временно согласованные выбросы на уровне предприятий с передовой технологией. Нормативы (в г/с) устанавливают для каждого источника и для предприятия в целом (в т/год).

Разработка нормативов ПДВ (ВСВ) включает следующие этапы: разработку и согласование плана-графика выполнения работ; подготовку исходных данных; согласование исходных данных; расчет нормативов выбросов ПДВ (ВСВ); анализ данных, полученных в результате расчета; разработку плана оргтехмероприятий и технико-экономического обоснования мероприятий по сокращению выбросов; организацию контроля за соблюдением ПДВ (ВСВ); оформление документации по обоснованию ПДВ (ВСВ); согласование и утверждение нормативов ПДВ

(ВСВ).

Подготовка исходных данных заключается в выявлении источников загрязнения атмосферы на предприятии и определении их параметров. Исходными данными в большинстве случаев являются данные инвентаризации (паспортизации).

При расчете ПДВ (ВСВ) необходимо учитывать фоновые концентрации, значения которых выдаются предприятию территориальными организациями Госкомгидромета.

14

Расчет нормативов выбросов ПДВ проводится по формулам отдельно для холодных и нагретых выбросов. Выбор формулы расчета производят по параметру f, м/(с2∙град):

где ωо – средняя скорость выхода газовоздушной смеси (вентиляционного воздуха) из устья источника выброса, м/с;

D – диаметр устья источника выброса, м; Н – высота источника над уровнем земли, м;

∆t – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси tг и температурой окружающего атмосферного воздуха tв, оС.

Выбросы, для которых f≥100, относятся к холодным; выбросы при f<100 относятся к нагретым.

Расчет ПДВр, г/с, для источника нагретых выбросов производят по формуле

где ПДВр – расчетное значение ПДВ; ПДК – максимально разовая предельно допустимая концентрация

вредного вещества, мг/м3; Сф – фоновая концентрация вредного вещества, мг/м3;

V – объем газо-воздушной смеси, м3/с;

А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредного вещества в атмосферном воздухе;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Величины F принимаются:

а) F=1 для вредных газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей; б) F=3 для более крупнодисперсной пыли и золы.

Коэффициент m определяется по формуле

Коэффициент n определяют по соотношениям: n=3 при υм≤0,3;

n 3 υм 0,3 4,36 υм при 0,3<υм≤2;

n=1 при υм>2.

Значение параметра υм определяют по формуле

Расчет ПДВр для источников холодных выбросов производят по формуле

Безразмерный коэффициент n определяют по формулам, приведенным выше, в зависимости от параметра υм, м/с, который рассчитывают для холодных выбросов по зависимости

υм 1,3ωоD. (1.6) H

Расчеты ПДВ для источников выбросов с прямоугольным устьем рассчитывают по формуле для нагретых выбросов и по формуле для холодных выбросов с учетом замены D на Dэ и V1 на V1э.

Эффективный диаметр устья Dэ, м, определяют по формуле

где L – длина устья, м;

b – ширина устья, м (для источников с квадратным устьем L=b). Эффективный объем V1э, м3/с, выходящей в атмосферу газо-воздушной

смеси в этом случае определяют по формуле

После анализа данных, полученных в результате расчета, выбранное значение норматива ПДВ (ВСВ) должно быть согласовано в органах Госкомгидромета. Если фактический выброс превышает расчетный норматив ПДВ для неблагоприятных метеорологических условий, то в этом случае необходима разработка плана оргтехмероприятий по снижению выбросов.

План оргтехмероприятий по сокращению выбросов разрабатывают для каждого предприятия в отдельности с использованием всех имеющихся в настоящее время возможностей.

16

2 Решение задач

Задача №1 Источником загрязнения атмосферного воздуха предприятия является

котельная и вентиляционный выброс. Выброс газов производится через одну трубу.

Произвести санитарногигиеническую оценку состояния приземного слоя атмосферы по всем выбрасываемым веществам в соответствии с вариантом задания. Рассчитать предельно допустимый выброс (ПДВ) по каждому веществу, массовый выброс (М). Во всех случаях учитывать наличие фоновых концентраций веществ-загрязнителей атмосферного воздуха. Сравнить полученные результаты, сделать вывод о необходимости очистки выброса от золы (сажи) и газообразных примесей.

При расчете максимальной приземной концентрации веществ массовый выброс каждого вещества Мi, г/с, определяется по формуле

где В – расход топлива, т/ч;

gi, т/т – удельное количество выброса i-го вредного вещества при сжигании топлива, определяемое по таблице варианта задания.

Безразмерные коэффициенты m и n определяются расчетом по формуле

(1.4).

Значение коэффициента, зависящего от температурной стратификации атмосферы, принимается А=120. Вентиляционный выброс содержит тепло- и влаговыделение.

Исходные данные к решению задачи принимаются по таблице (2.1).

Таблица 2.1 – Варианты заданий к задаче №1

18

Практическая работа № 3

Пылеулавливающее оборудование и его расчет

1 Теоретическая часть

Многие технологические процессы в различных отраслях промышленности сопровождаются выделением пыли. На предприятиях пищевой промышленности, химических волокон она является основным или одним из главных вредных выделений в воздух рабочей зоны и в атмосферу. Пыль оказывает неблагоприятное воздействие на работающих, она оказывает вредное действие на органы дыхания, зрения, кожу, а при проникании в организм человека через пищеварительный тракт, может вызвать общее отравление организма (токсическая пыль). Выделение пыли связано с потерей части сырья и готовой продукции, вызывает преждевременный износ технологического оборудования, ухудшение санитарно-гигиенического состояния производственных помещений, загрязняет окружающую среду. Большинство пылей пищевых производств, имеющих органическую основу, способны образовывать с воздухом взрывоопасные смеси, отложения пыли представляют большую пожарную опасность.

Все вышесказанное обуславливает необходимость обеспечения производств эффективной системой очистки воздуха от пыли. Важная роль в решении этой проблемы отводится пылеулавливающему оборудованию.

1.1 Классификация пылеулавливающего оборудования

Пылеулавливающее оборудование широко применяется во всех отраслях пищевой промышленности, на предприятиях химических волокон. Оно служит для очистки от пыли вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу, для отделения пылевидных материалов, перемещаемых в потоке воздуха системами пневмотранспорта, а также для обеспыливания приточного и рециркуляционного воздуха.

Взависимости от способа отделения пыли от воздушного потока различают оборудование для улавливания пыли сухим способом (частицы осаждают на сухую поверхность) и оборудование для улавливания пыли мокрым способом, при котором отделение частиц от воздушного потока осуществляется с использованием жидкостей.

Оборудование, улавливающее пыль сухим способом, подразделяется на четыре группы: гравитационное, инерционное, фильтрационное, электрическое; мокрым – на три группы: инерционное, фильтрационное, электрическое.

Вкаждой группе различают виды оборудования. Так, группа инерционного оборудования для улавливания пыли сухим способом подразделяется на следующие виды: камерное, жалюзийное, циклонное, ротационное. Рассмотрим подробно циклонные аппараты.

20

Газовый поток вводится в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса 2 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4. Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с частью газа попадает в бункер. Отделение частиц пыли от газа, попавшего в бункер, происходит при повороте газового потока в бункер на 180о. Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь и выходит из бункера, давая начало вихрю газа, покидающему циклон через выходную трубу 3. Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. Если бункер негерметичен, то из-за подсоса наружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу.

Все практические задачи по очистке газов от пыли с успехом решаются цилиндрическими (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, ЦП-2) и коническими (СК-ЦН-34, Ск- ЦН-34М и СДК-ЦН 33) циклонами НИИОГАЗа (Государственный научноисследовательский институт по промышленной и санитарной очистке газов).

Конструктивные схемы цилиндрических и конических циклонов НИИОГАЗа показаны на рисунке 1.2. Для циклонов принят следующий ряд внутренних диаметров D, мм:200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400 и 3000.

Для всех циклонов бункеры имеют цилиндрическую форму диаметром Dб, равным 1,5D для цилиндрических и (1,1 – 1,2)D для конических циклонов. Высота цилиндрической части бункера составляет 0,8D, днище бункера выполняется с углом 60о между стенками, выходное отверстие бункера имеет диаметр 250 или

500 мм.

Избыточное давление газов, поступающих в циклоны, не должно превышать 2500 Па. Температура газов во избежание конденсации паров жидкости выбирается на 30 – 50 оС выше температуры точки росы, а по условиям прочности конструкции – не выше 400оС. Производительность циклона зависит от его диаметра, увеличиваясь с ростом последнего. Эффективность очистки циклона серии ЦН падает с ростом угла входа в циклон α.

Цилиндрические циклоны НИИОГАЗа предназначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем. Их рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и устанавливать перед фильтрами или электрофильтрами.

Конические циклоны НИИОГАЗа серии СК, предназначенные для очистки газов от сажи, обладают повышенной эффективностью по сравнению с циклонами типа ЦН, что достигается за счет большего гидравлического сопротивления циклонов серии СК.

Для расчетов циклона НИИОГАЗа необходимы следующие исходные данные: объем очищаемого газа Q, м3/с; плотность газа при рабочих условиях ρ,кг/м3; вязкость газа при рабочей температуре μ, Па∙с; дисперсный состав пыли d50 и lg σч; входная концентрация пыли свх, г/м3; плотность частиц пыли ρч, кг/м3; требуемая эффективность очистки газа ηтр.

Расчет циклонов ведут методом последовательных приближений в следующем порядке.