2. Расчет загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника

Под одиночным (точечным) источником рассеивания понимается дымовая труба ТЭС или котельной.

Порядок расчета загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника приводится по методике [10], которая позволяет рассчитать концентрацию вредных примесей в составе выбрасываемых газов в двухметровом слое (на уровне земли), а также в вертикальном и горизонтальном сечении дымового факела на расстоянии не более 100 км от источника.

Рассчитанные по методике [10] значения концентрации вредных примесей относятся к так называемым «неблагоприятным метеорологическим условиям»¹, продолжительность которых не превышает 1 – 2 % (86 – 150 ч) в течение года. Таким образом, на протяжении года подавляющее число фактически наблюдаемых значений концентрации вредных примесей будет значительно ниже расчетных. Фактически измеренная среднегодовая концентрация вредных примесей в 30 – 40 раз ниже рассчитанной.

Основной исходной величиной для расчета загрязнения атмосферы выбросами является высота источника выброса над уровнем земли Н, м, которая для наземных источников при расчетах принимается равной 2 м.

Расчет производится в следующем порядке.

1) Для каждого из вредных веществ, выбрасываемых при сгорании топлива в атмосферу в единицу времени, определяется его масса М, г/с (см. работу [1, разд. 2] и разд. 1 настоящих методических указаний).

На практике на предприятии для ускорения и упрощения расчетов приземных концентраций рассматриваются те из выбрасываемых вредных веществ, для которых выполняется условие:

,

(2.1)

где М  суммарное значение выброса от всех источников предприятия, соответствующее наиболее неблагоприятным из установленных условий выброса, включая вентиляционные источники и неорганизованные выбросы, г/с;

,

(2.2)

где , ,  суммарные выбросы предприятия в интервалах высоты от земли до 10 м включительно, 11  20, 21  30 м и т. д., г/с;

ПДК  максимальная разовая предельно допустимая концентрация, мг/м³, значения ПДК приведены в прил. 1;

Ф = 0,01 при > 10 м и Ф = 0,1 при  10 м,

_где  средневзвешенная по предприятию высота источников выброса, м,

.

(2.3)

2) Принимается по табл. 1 значение климатического коэффициента А, зависящего от температурной стратификации² атмосферы и определяющего ее рассеивающие свойства при неблагоприятных метеорологических условиях.

Таблица 1

Значения коэффициента А

Географические районы	Значение коэффициента А
Средняя Азия южнее 40° с. ш., Бурятия и Читинская область	250
Европейская территория бывшего СССР: районы России южнее 50° с. ш., остальные районы Нижнего Поволжья, Кавказа, Молдовы; азиатская территория России, Казахстан, Дальний Восток и остальная территория Сибири и Средней Азии; расположенные на Украине источники высотой менее 200 м в зоне южнее 50° с. ш.	200
Европейская территория России и Урала от 50 до 52° с.ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов и Украины; расположенные на Украине источники высотой менее 200 м в зоне от 50 до 52° с. ш.	180
Европейская территория России и Урала севернее 52° с.ш. (за исключением центральной части европейской территории страны), Украина	160
Московская, Тульская, Рязанская, Владимирская, Калужская, Ивановская области	140

3) Определяется безразмерный коэффициент F, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе:

для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т. п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю)  1 (условие выполняется для малозольного топлива, например, мазута, или для установок с глубокой очисткой газов от золы, когда степень улавливания золы более 90 %);

для мелкодисперсных аэрозолей (кроме указанных выше) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 %  2; от 75 до 90 %  2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки  3.

Вне зависимости от глубины очистки значение коэффициента F принимается равным трем при расчете концентрации пыли в атмосферном воздухе для производства, в котором содержание водяного пара в выбросах достаточно для того, чтобы в течение всего года наблюдалась его интенсивная конденсация сразу же после выхода в атмосферу. В энергетике это явление проявляется при сжигании влажных, высоководородных видов топлива и «мокрых» способах очистки от золы или окислов серы.

4) Определяется расход газовоздушной смеси на срезе трубы от каждого котла, м³/с, по формуле:

,

(2.4)

где  объем продуктов сгорания топлива, м³/кг, порядок расчета приведен в методических указаниях [1];

 расчетный расход натурального топлива, кг/с (м³/с), порядок расчета  в методических указаниях [1];

 температура газов, выбрасываемых в атмосферу, °С; в общем случае для котлов мощностью менее 1 МВт (без экономайзера) принимается равной 200°С, 2  5 МВт  150°С, более 5 МВт  120°С.

По полученным значениям расхода газовоздушной смеси от котлов находится суммарное значение расхода газовоздушной смеси от котельной в дымовую трубу.

5) В зависимости от исходных данных через расход газовоздушной смеси на срезе трубы из выражения

,

(2.5)

где D  диаметр устья источника выброса, м;

 средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с,

определяется при известном значении диаметра устья источника выброса  средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; при заданном значении скорости выхода газовоздушной смеси  диаметр устья источника выброса.

Значение скорости выхода газовоздушной смеси рекомендуется принимать при естественной тяге равным 15  20 м/с; при искусственной тяге и высоте трубы до 100 м  20 – 30 м/с, при высоте трубы 100 – 180 м – 35 – 40 м/с.

Рассчитанный диаметр округляется до нормируемой величины: 1,2; 1,5; 1,8; 2,1; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6 м и далее  через 0,6 м [11]. Минимальный диаметр трубы должен быть не менее 1,2 м для кирпичных труб (в свету по футеровке) и 3,6 м  для моно­литных железобетонных. Диаметр стальных труб допускает­ся уменьшать до 0,4 м при высоте их до 45 м.

6) Определяется безразмерный коэффициент , учитывающий влияние рельефа местности; в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высоты, не превышающим 50 м на 1 км,  равен единице.

Значение поправки на рельеф, отличное от единицы, вводится, если местность является пересеченной (размещение источника выброса на высоком берегу реки, в углублении типа каньона, при наличии горного кряжа на пути факела и т. п.), и указанные препятствия удалены от источника не более чем на 50 высот труб, но не менее 2 км. Порядок расчета коэффициента  для пересеченной местности приведен в методике [10].

7) Определяется разность между значениями температуры выбрасываемой газовоздушной смеси и температуры окружающего атмосферного воздуха , С:

.

(2.6)

При определении значения следует принимать значение температуры окружающего атмосферного воздуха равным значению средней максимальной температуры наружного воздуха наиболее жаркого месяца года по данным работы [8], а значение температуры выбрасываемой в атмосферу газо-воздушной смеси  по действующим для данного производства технологическим нормативам.

Для котельных, работающих по отопительному графику, допускается при расчетах принимать значение равным значению средней температуры наружного воздуха за самый холодный месяц по данным [8].

8) Вычисляются параметры f, , и по формулам:

	;	(2.7)
		(2.8)
	;	(2.9)
	.	(2.10)

9) Рассчитываются коэффициенты m и n, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса:

а) коэффициент m определяется в зависимости от значения f по формуле:

при f < 100 

;

(2.11а)

при f > 100 

.

(2.11б)

Для < f < 100 значение коэффициента m вычисляется при f = ;

б) коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от значения по формуле:

при 2 

n = 1;

(2.12а)

при 0,5 < 2 

;

(2.12б)

при < 0,5 

.

(2.12в)

10) Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества, мг/м³, при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем, достигаемое при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии , м, от источника определяется по формуле:

для горячих выбросов при 

;

(2.13а)

для холодных выбросов при ; f 100 и 

	;	(2.13б)
	;

в формуле (2.13б) n определяется по формулам (2.12а)  (2.12в) при ;

в случае предельно малой опасной скорости ветра при f < 100 и < 0,5 или f  100 и < 0,5 

,

(2.13в)

где при f < 100 и < 0,5

;

(2.14а)

при f  100 и < 0,5

.

(2.14б)

11) Рассчитывается безразмерный коэффициент d:

а) при f < 100 значение d находится по формуле:

при 

;

(2.15а)

при 

;

(2.15б)

при 

.

(2.15в)

б) при f > 100 или значение d находится по формуле:

при 

;

(2.16а)

при 

;

(2.16б)

при 

.

(2.16в)

12) Определяется расстояние, м, от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения:

.

(2.17)

13) Рассчитывается значение опасной скорости ветра, м/с, на уровне флюгера (10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ. При больших и меньших значениях скорости ветра концентрация снижается:

а) для горячих источников (при f < 100) значение опасной скорости ветра определяется по формуле:

при 

;

(2.18а)

при 

;

(2.18б)

при 

;

(2.18в)

б) для холодных источников (при или ) значение опасной скорости ветра вычисляется по формуле:

при 

;

(2.19а)

при 

;

(2.19б)

при 

.

(2.19в)

Значения величин, рассчитанные в п. 1 – 13 данного раздела, сводятся в таблицу, подобную табл. 2, составленной на примере расчета концентрации диоксида серы.

Таблица 2

Результаты расчета концентрации диоксида серы в атмосферном воздухе

в районе источника выброса при неблагоприятных метеорологических условиях

Наименование величины	Способ определения или расчетная формула	Расчет
Выброс диоксида серы, г/с
Максимальная разовая ПДК диоксида серы, мг/м3
Высота дымовой трубы, м
Значение коэффициентов: А F 
Расход газовоздушной смеси, м3/с
Диаметр устья трубы, м
Скорость выхода газовоздушной смеси, м/с
Температура газовоздушной смеси, С
Температура окружающего воздуха, С
Разность , С
Параметры:
Коэффициенты: m n
Максимальная концентрация диоксида серы , мг/м3
Коэффициент d
Расстояние , м
Опасная скорость ветра , м/с

14) Определяется приземная концентрация вредных веществ, мг/м³, в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях x, м, от источника выброса при опасной скорости ветра по формуле:

,

(2.20)

где  безразмерный коэффициент, определяемый по формуле:

при 

;

(2.21а)

при 

;

(2.21б)

при F  1,5 и 

;

(2.21в)

при F > 1,5 и 

.

(2.21г)

Для низких и наземных источников ( ) при значениях величина заменяется в формуле (2.20) на величину , определяемую по формуле:

.

(2.22)

Расчет выполняется для нескольких характерных значений х. Результаты расчета сводятся в табл. 3, и на основании данной таблицы строится графическая зависимость (пример построения приведен на рис. 1).

Таблица 3