охрана воздушных бассейнов / poz122_0

Федеральное агентство по образованию

Государственноеобразовательноеучреждениевысшегопрофессиональногообразования

Ухтинский государственный технический университет

Кафедра промышленной безопасности и охраны окружающей среды

РАСЧЁТ РАССЕИВАНИЯ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

ОБЪЕКТОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

Методические указания для выполнения практической работы для студентов специальности

270109 – ТГВ «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Ухта 2009

УДК 614.841.12 (076.5) П 27

Перхуткин, В.П.

Расчёт рассеивания вредных примесей дымовых газов от источников загрязнения атмосферы объектов теплоэнергетики [Текст] : метод. указания для выполнения практической работы. – Ухта : УГТУ, 2009. – 18 с.

Методические указания предназначены для выполнения практической работы по дисциплине «Охрана воздушного бассейна» для студентов специальности 270109 – ТГВ «Теплогазоснабжение и вентиляция».

Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой ПБ и ООС от 20.02.09 протоколом № 7.

Рецензент: Воловик О.В., доцент кафедры ПБ и ООС

Редактор: Колесник О.А., ассистент кафедры ПБ и ООС

В методических указаниях учтены предложения рецензента и редактора.

План 2009 г., позиция 122.

Подписано в печать 26.02.2009 г. Компьютерный набор. Объём 18 с. Тираж 50 экз. Заказ № 228.

©Ухтинский государственный технический университет, 2009 169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Первомайская, 13 Отдел оперативной полиграфии УГТУ.

169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Октябрьская, 13.

3

1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

Цель практической работы: научиться проводить расчёт рассеивания вредных примесей дымовых газов от организованных источников загрязнения атмосферы объектов теплоэнергетики.

Для достижения поставленной цели в практической работе следует решить следующие задачи:

1.Изучить основные термины и определения, характеризующие процесс загрязнения атмосферного воздуха вредными примесями дымовых газов.

2.Изучить методику расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ (ОНД-86), направленную на соблюдение норм при проектировании предприятий, а также при нормировании выбросов в атмосферу реконструируемых и действующих предприятий.

3.Изучить метеорологические параметры и фоновое загрязнение атмосферного воздуха исследуемой территории.

4.Изучить унифицированную программу УПРЗ «Эколог» версии 2.55, реализующую положения «Методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86)».

5.Создать базу данных программного продукта серии «Эколог» и провести расчет рассеивания вредных примесей дымовых газов в атмосферном воздухе.

6.Провести санитарно-гигиеническую оценку результатов расчёта рассеивания вредных примесей дымовых газов.

7.Сделать выводы по проведённой работе.

2 ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Выброс вещества – вещество, поступающее в атмосферу из источника. Загрязнение атмосферы – изменение состава атмосферы в результате на-

личия в ней примесей.

Загрязняющее воздух вещество – примесь в атмосфере, оказывающая неблагоприятное воздействие на окружающую среду и здоровье населения.

Источник выделения вредных примесей – технологический агрегат, выде-

ляющий в процессе эксплуатации вредные вещества.

Источник загрязнения атмосферы – источник, вносящий в атмосферу за-

грязняющие ее твердые, жидкие и газообразные вещества.

4

Мощность выброса – количество выбрасываемого в атмосферу вещества в единицу времени.

Неорганизованный промышленный выброс – промышленный выброс, по-

ступающий в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа.

Организованный промышленный выброс – промышленный выброс, по-

ступающий в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды и трубы.

Опасная скорость ветра – скорость ветра на установленной высоте, при которой приземная концентрация от источника достигает максимального значения.

Опасное направление ветра – направление ветра, при котором в контрольной точке приземная концентрация от источника достигает максимального значения.

ПДК (предельно допустимая концентрация) – максимальная концентра-

ция примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии не оказывает на человека вредного действия, включая отдаленные последствия.

3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЁТА РАССЕИВАНИЯ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ

3.1 Методика расчёта концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе

Методику расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ устанавливает общесоюзный нормативный документ (ОНД-86), направленный на соблюдение норм при проектировании предприятий, а также при нормировании выбросов в атмосферу реконструируемых и действующих предприятий.

Методика оценивает степень опасности загрязнения атмосферного воздуха наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующим неблагоприятным метеорологическим условиям, в том числе опасной скорости ветра.

При одновременном совместном присутствии в атмосферном воздухе нескольких веществ, обладающих суммацией вредного действия, для каждой группы указанных веществ однонаправленного действия, рассчитывается безразмерная суммарная концентрация q по формуле

5

где С1, С2 , Сn – расчетные концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности, мг/м3; ПДК1, ПДК2 ПДКn – соответствующие максимально разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м3.

Основными механизмами переноса частиц и газа в атмосфере являются: адвекция (горизонтальное перемещение), конвекция (вертикальное перемещение), диффузия и сила тяжести. Последняя рассчитывается по известному закону Стокса для газов. Реперным параметром при установлении ПДВ для действующего предприятия является максимальное значение приземной концентрации вредного вещества (мг/м3). Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества См (мг/м3) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм (м) от источника и определяется по формуле

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы с учетом неблагоприятных метеоусловий, создающих максимальные приземные концентрации (для северо-западного региона А=160 , он относится к зоне низкого и умеренного потенциала загрязнения: повторяемость слабых ветров < 1 м/с менее 20%, повторяемость приземных инверсий составляет 20-30%, застойные условия наблюдаются лишь для 5-10% времени; очищению атмосферы также способствуют осадки, вымывающие примеси из воздуха; смещение холодных слоев воздуха вниз, напротив, способствуют концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы); М – мощность выброса вредных веществ (г/с), определяется по существую-

щим технологическим нормативам для данного производства; F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания частиц:

-для вредных газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей, ско-

рость упорядоченного осаждения которых стремится к нулю, F =1;

-для мелкодисперсных аэрозолей, при средней эффективности очистки выбросов не менее 90%, значение F =1, от 75 до 90% – F = 2 , при эффективности ниже 75% или при отсутствии очистки F =3;

Z – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа, который, в свою очередь, определяет направление движения воздуха и вероятность за-

6

стойных явлений; устанавливается в зависимости от перепадов высоты и генеральных форм рельефа (например, в малопересеченной местности с перепадом высот менее 50 м на 1 км Z =1);

V1 – объемный расход газовоздушной смеси (м/с)

где Wo – средняя линейная скорость выхода газов (м/с); D – диаметр устья источника;

∆Т – разность температур между температурой окружающего атмосферного воздуха (по средней максимальной самого жаркого месяца) и температуры выбрасываемой газовоздушной смеси (по технологическим данным); Н – высота трубы, м;

m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника.

Для определения коэффициентов m и n используются дополнительные параметры f и Vm , зависящие от высоты источника, размера устья, скорости выхода газов, их температуры и т.д. Расчет коэффициентов производится с учетом целого ряда условий и достаточно трудоемок без использования специальных программных средств.

Таким образом, приземная концентрация вредного вещества зависит от большого числа факторов: гидрометеорологических параметров атмосферы данного района, мощности выброса, динамических особенностей выбрасываемых частиц, влияния рельефа местности, расхода и температуры газовоздушной смеси, высоты трубы и т.д.

Расчет предельно допустимого выброса, применительно к стационарному одиночному источнику с круглым устьем, производится для двух случаев в зависимости от численного значения упомянутого выше вспомогательного параметра:

Приземная концентрация вредных веществ С (мг/м3) в любой точке местности при наличии N источников определяется как сумма концентраций веществ от отдельных источников при заданных направлении и скорости ветра

где С1, С2 СN – концентрации вредного вещества соответственно от первого, второго, N -го источников, расположенных с наветренной стороны при рассматриваемом направлении ветра.

7

В случае наличия совокупности источников выброса, вклады этих источников (или их части) могут учитываться в расчетах загрязнения воздуха путем использования фоновой концентрации Сф (мг/м3), которая для отдельного ис-

точника выброса характеризует загрязнение атмосферы в городе или другом населенном пункте, создаваемое другими источниками, исключая данный.

Фоновая концентрация относится к тому же интервалу осреднения (2030 мин), что и максимальная разовая ПДК. По данным наблюдений Сф опреде-

ляется как уровень концентраций, превышаемый в 5% наблюдений за разовыми концентрациями.

3.2 Унифицированная программа УПРЗ «Эколог»

Программные продукты серии «Эколог» реализуют положения «Методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86)».

Программы позволяют по данным об источниках выброса примесей и условиях местности рассчитывать разовые (осредненные за 20-30 минутный интервал) концентрации примесей в приземном слое при неблагоприятных метеорологических условиях. Основным видом расчета в исследовательской работе выбран расчет областей. По его результатам сформированы отчеты и карты рассеивания.

Программа УПРЗ «Эколог» версии 2.55 входит в серию программ «Эколог», согласованной главной геофизической обсерваторией им. А.И. Воейкова. Программа успешно может быть использована при проектировании любых природоохранных мероприятий без ограничения.

4 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

4.1 Изучение природно-климатических условий

Климат. По климатическому районированию территория Ухтинского района находится в умеренном климатическом поясе в области совместного ат- лантико-континентального влияния воздушных масс. Для данного района характерен избыточно влажный и умеренно теплый климат. Климатические показатели даны по ближайшей метеостанции Ухта (Научно-прикладной справочник по климату, Гидрометеоиздат, 1989 г.) и представлены в табл. 4.1.

8

Таблица 4.1 – Основные климатические характеристики Ухтинского района

Среднегодовая температура воздуха составляет минус 1.1 °С. Лето теплое, но не жаркое – среднемесячная температура летних месяцев плюс 12-15 °С, зимних месяцев – минус 13-17°С. Наименьшая температура поверхности почвы достигается в январе – феврале (минус 17-18°С), положительная среднемесячная температура почвы устанавливается в мае и продолжается до сентября включительно. Разность между количеством выпадающих осадков и испаряемостью положительная. Наибольшая часть теплового баланса расходуется на испарение. Относительная влажность воздуха в среднем за год составляет 77%. В среднем за год наблюдается 32 дня с туманом. Большую часть года небо пасмурное, средний за год балл общей облачности – 7.7. Наиболее неблагоприятные условия для рассеивания вредных примесей создаются в холодное время года. В этот период повторяемость приземных инверсий большую часть суток составляет 45-50.5%, причем повторяемость приземных инверсий в сочетании с малой скоростью ветра (менее 2 м/с) не более 10%. Повторяемость приподнятых инверсий с высотой нижней границы 100-150 м равна 10-15%. Летом приземные инверсии наиболее часто отмечаются в ночные часы, достигая максимума в июле (61%), днем их повторяемость незначительная.

Метеорологические параметры. Повторяемость направлений ветров в Ухтинском районе отражена на рис. 4.1.

9

Рис. 4.1 – Средняя за год и сезонная повторяемость направлений ветра

Средние метеопараметры территории Ухтинского района определены по ближайшей метеостанции г. Ухта и представлены в табл. 4.2.

Таблица 4.2 – Метеорологические параметры

В холодное полугодие наиболее вероятны ветры южного и юго-западного направлений (23-25%), а совместная повторяемость ветра западного и южных румбов составляет больше 70%; в летний период увеличивается вероятность северных вторжений, что отражается в увеличении повторяемости ветров северных румбов, но циклическая циркуляция по-прежнему преобладает. В течение года преобладают южное, юго-западное и западное направления, что определяется влиянием циклонов, проходящих над Баренцевым морем. Неблагоприятные метеорологические условия, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, зависят от температурной стратификации атмосферы и учитываются коэффициентом А, принимаемым равным 160 для Европейской территории РФ.

10