Пример выполнения охрана атмосферного воздуха Задание 1

Определить ПДВ загрязняющих веществ одиночного источника (котельной). Определить максимальную приземную (на высоте 1,5 м от земли) концентрацию загрязняющих веществ и расстояние, на котором она может наблюдаться, при наступлении неблагоприятных метеорологических условий (НМУ), то есть при скорости ветра 0,5 м/с.

Построить кривую распределения приземных концентраций загрязнения по оси факела (для случая НМУ).

Уточнить размеры санитарно-защитной зоны (СЗЗ) в соответст­вии с розой ветров данного района.

Определение ПДВ загрязняющих веществ одиночного источника проводится по методике, принятой в ОНД-86 (в г/с).

Исходные данные

Имеется котельная с одиночным источником выбросов, которая работает на мазуте и производит вредные выбросы, представленные окислами углерода СО (оксидами азота N0₂, серы SO₂, ванадия V₂0₅ и золой). Котельная имеет одну дымовую трубу с диаметром ее устья D=1,4 м и высотой Н=35 м. Скорость выхода газовоздушной смеси составляет =7 м/с, ее температура T_г=+125°С. Средняя температура самого жаркого месяца года равна Т_в=+25°С.

Фоновые концентрации С_ф вредных веществ по данным санитарно-эпидемиологической службы составляют: СО=2 мг/м³ (N0₂=0,03 мг/м³; SO₂=0,2 мг/м³; V₂O₅=0,005 мг/м³ и золы - 0,1 мг/м³). Предельно-допустимые концентрации (ПДК - разовые) вредных веществ приведены в табл.2. ПДК=5,0 мг/м³.

Котельная расположена в Московской области, местность ровная, с перепадом высот менее 25 м. Степень очистки пылегазоочистного оборудования - 80%. В районе расположения котельной среднегодовая повторяемость направления ветров (при вось­мирумбовой розе ветров) составляет С - 17%, СВ- 17%, В - 16%, ЮВ - 12%, Ю - 10%, ЮЗ - 7%, 3-9%, СЗ - 12%.

РАСЧЕТ

Определение величины ПДВ (г/с) для окиси углерода СО, которая рассчитывается (по каждому из вредных веществ) по формуле:

, г/с, (1)

где: Спдк - предельно-допустимая концентрация загрязняющего вещества, мг/м³,

С_ф -фоновая концентрация вредного вещества, мг/м³;

Н - высота источника выброса, м;

W - расход газовоздушной смеси, м³/с, который определяется по формуле:

=, м³/с, (2)

- скорость выхода газовоздушной смеси, м/с; D - диаметр устья трубы, м.

T - разница температур выбрасываемого газовоздушного потока Т_г и окружающего воздуха Т_в, °С:

Т=Т_г – Т_в=125–25=100 °С (3)

Т_в - средняя температура самого жаркого месяца, а для котельных, работающих только для отопления, Тв - средняя температура самого холодного месяца года

А - коэффициент стратификации, учитывающий вертикальные перемещения воздуха в зависимости от степени расчлененности рельефа. Коэффициент А изменяется от 120 до 250.

А=140- для Московской области.

F - безразмерный коэффициент, учитываю­щий скорость оседания вредных веществ. Для легких газов, у которых скорость упорядоченного осаждения в воздухе равна 0, F=1, а для мелкодисперсных аэрозолей и тяжелых газов:

F=2,0 при степени очистки 90%;

F=2,5 " - " 75-90%;

F=3,0 " - " <75%.

Для любых загрязняющих веществ в присутствии паров воды F=3,0.

F=1, т.к. СО - легкий газ, у которого скорость упорядоченного осаждения в воздухе равна 0.

m и n - безразмерные коэффициенты, определяемые условиями выхода газовоздушной смеси и зависящие от соотношения высоты источника выброса, его диаметра, скорости и температуры отходящих газов.

Для круглых источников m и n рассчитываются по формулам:

=;(4)

где при параметре f<100 (а это почти всегда в стандартных источниках),

f=1000·=,(5)

n = 0,532 ^. V² – 2,13 ^. V + 3,13=

0,532^.2,04²–2,13^.2,04+3,13=0,532^.4,16-2,13^.2,04+3,13=2,21-4,34=3,13=1,0. (6)

При скорости ветра, изменяющейся в пределах 0,5<Vветра≤2, м/с

V = 0,65^.=0,65^. 0,65^.3,14=2,04 (7)

- коэффициент, учитывающий влияние рельефа. При перепаде высот менее 50 м =1, при перепаде высот более 50 м>1 и зависит от соотношения высоты трубы и высоты препятствия (Н/h₀), а также от соотношения ширины и высоты препятствия (а/h).

, т.к. местность ровная, с перепадом высот менее 50 м;

Тогда величина ПДВ по СО рассчитается по формуле:

=

=, г/с.

2. Определение максимальной концентрации (М_х) СО.

Примем, что замеренное количество выбрасываемой окиси уг­лерода М_х составило 60% от величины ПДВ, т.е. М_х=0,6^. 227,9^.136,7 г/с.

С_max ==, мг/м³ (8)

Проверим, соблюдается ли основное законодательное требование по охране воздуха: С_х ≤ ПДК:

С_max + С_ф= 1,85 +2,0=3,85 мг/м³ < ПДК (5 мг/м³).

Расстояние от источника загрязнения, на котором наблюдается максимальная концентрация окиси углерода, равна:

l_max=, м (9)

где d - аэродинамический коэффициент.

При холодных выбросах, когда ~ 0°С,d = 5,7; при горячих выбросах, то есть >> 5°С, коэффициентd определяется по формуле:

d=2,48∙[1+0,28 =2,48 ∙ [1+0,28]= (10)

2,48 ^. [1+0,28 ^. 9,23^.(1,3]=2,48^. [1+2,58^.(1,3]=

2,48 [1+2,58 ^. 0,36]=2,48 ^. 1,92=4,72;

тогда l_max= ≈ 165 м.

3. Построение кривой распределения концентрации СО по оси факела. Для упрощения расчетов величину l_x принимаем равной 1/3, 2/3, 1,33 и 1,66 от l_max. Таким образом, определим концентрацию окиси углерода на расстоянии 55, 110, 220 и 275 м от источника загрязнения (котельной) (рис. 1).

Находим С_х по формуле:

С_х=С_max∙S_0-lx (11)

где С_x - концентрация загрязнения в любой точке по оси факела, мг/м³;

S_0-lx - коэффициент пересчета от максимальной концентрации С_max к концентрации загрязнения в любой точке на расстоянии l_x от источника выброса.

Коэффициент S_0-lx определяется:

при <1: S_0-lx=3^.()⁴ – 8^.()³ + 6^.( )², (12)

при 1 < ≤8: S_0-lx=. (13)

Кривая распределения приземных концентраций по оси факела строится по величине максимальной концентрации и как минимум четырем точкам на различных расстояниях от источника выброса.

Коэффициент S_0-lx определяется:

при <1: S_0-55 = 3^.()⁴ – 8^.( )³ + 6^.( )² = 3()⁴ - 8()³ – 6 ()² = 0,41;

С₁ = 1,85 ∙ 0,41 = 0,76 мг/м³;

S_0-110 = 3^.()⁴ – 8^.( )³ + 6^.( )² = 3()⁴ - 8()³ – 6 ()² = 0,89;

С₂ = 1,85 ∙ 0,89 = 1,65 мг/м³;

при 1 < ≤ 8 S_0-220==

С₃ = 1,85 ^{. .}0,96^.=1,78 мг/м³;

S_0-275==

С₄ = 1,85 ^. 0,83 ^.= 1,54 мг/м³.

Рис. 1. Кривая распределения концентраций загрязнения СО по оси факела

* Зона максимального загрязнения принимается при концентрации выше значения 0,75 от С_мах.