Расчёт рассеивания выбросов в атмосферу

Расчёт рассеивания выбросов в атмосферу

Вариант № 11

Исходные данные:

Город Рязань (местность ровная).

Высота трубы 15 м.

Диаметр устья 3,1 м.

Расход ГВС 7,6 м3/ч.

Температура газа 160 ˚С.

Температура воздуха 24,1 ˚С.

Массовый выброс, г/с: пыль древесная - 10,9; NO2 - 2,46.

Коэффициент А = 140.

1. Общие положения

Расчет рассеивания производится для приземного слоя атмосферы - на высоте 2,0 м от поверхности земли.

Степень загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации при неблагоприятных метеорологических условиях, соответствующих выбору коэффициента А в формуле (1) и опасной скорости ветра Um.

. Расчет загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника

Задание № 1

Определить максимальное значение приземной концентрации ЗВ см мг/м3, при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем и расстояние хм, м, на котором она достигается при неблагоприятных метеорологических условиях. Сравнить величину см с допустимым значением концентрации загрязняющего вещества в атмосферном воздухе.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества см, мг/м3, определяется по формуле:

 (1)

где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;

М - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;

т, п - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

H - высота источника выброса над уровнем земли (для наземных источников при расчетах принимается H = 2 м), м;

η - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности; в случае ровной или слабопересеченной местности, с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, η = 1;

ΔT- разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв, °С;

V1- расход газовоздушной смеси, м3/с, определяемый по формуле:

 (2)

где D- диаметр устья источника выброса, м;

ω0 - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.

ω0 = = 1,0074 м/с.

Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным 140 - для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей.

Значения массовых выбросов М, г/с, и расхода газовоздушной смеси V1, м3/с, принимаются по технологической части вновь строящихся и реконструируемых предприятий, а для действующих - по данным инвентаризации.

При определении значения ΔТ, °С, следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Тв, °С, равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца по СНиП 23-01-99, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Тг, °С, - по действующим для данного производства технологическим нормативам.

ΔТ = Тг - Тв = 160 - 24,1 = 135,9 °С.

Значение безразмерного коэффициента F принимается:

а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) - 1;

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

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, νм, v'ми fe:

, (3)

, (4)

, (5)

, (6)

Коэффициент m при f < 100 определяется по формуле:

m = . (7)

m = 1,16.

Коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от νм.

При νм ≥ 2, n = 1.

См NO2 < ПДК = 0,2 мг/м3.

См Древ. пыль > ПДК = 0,5 мг/м3.

Расстояние хм, м, от источника выбросов, на котором приземная концентрация с, мг/м3, при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения см, определяется по формуле:

, (8)

где безразмерный коэффициент d при f < 100 находится по формуле:

d = , при vм>2 (9)

d = = 12,91.

Для NO2:

Для древесной пыли:

Значение опасной скорости ветра uм, м/с, на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ см, в случае f < 100 определяется по формуле:

uм = , при vм>2. (10)

uм =  = 2,76 м/с.

Задание № 2

Определить приземную концентрацию ЗВ в атмосфере с, мг/м3, по оси факела выброса на различных расстояниях х, м, от ИЗА при опасной скорости ветра uм , м/с. Построить график распределения концентраций c=f(x).Установить, на каком расстоянии от источника меньше и больше хм достигается концентрация, равная ПДК.

При опасной скорости ветра uм приземная концентрация вредных веществ с, мг/м3, в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях х, м, от источника выброса определяется по формуле

с = s1×cм, (11)

где s1- безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения х/хм и коэффициента F по формулам:

s1=3(x/xм)4 - 8(x/xм)3+ 6(x/xм)2, при x/xм≤1; (12a)

s1=1,13/(0,13(x/xм)2 + 1), при 1<x/xм≤8 ; (12б)

s1=(x/xм)/(3,58(x/xм)2-35,2 (x/xм)+120), при F≤1,5 и x/xм>8; (12в)

s1=1/(0,1(x/xм)2 + 2,47(x/xм)-17,8), при F>1,5 и x/xм>8. (12г)

Таблица 1 - Результаты расчёта приземной концентрации древесной пыли

х = 20 м:

s1=3(0,2067)4 - 8(0,2067)3+ 6(0,2067)2 = 0,1912;

с = 0,1912×2,335 = 0,4465 (мг/м3).

х = 200 м:

s1=1,13/(0,13(2,0672)2 + 1) = 0,7264;

с = 0,7264×2,335 = 1,6962 (мг/м3).

х = 2250 м:

s1=1/(0,1(23,2558)2 + 2,47(23,2558)-17,8) = 0,0107;

с = 0,0107×2,335 = 0,0249 (мг/м3) = 0,05ПДК.

Рисунок 1 - Графическая зависимость c = f(x) для древесной пыли

Концентрация древесной пыли, равная ПДК будет достигнута на расстоянии от источника х = 21,5 м и х = 555 м.

Таблица 2 - Результаты расчёта приземной концентрации NO2

х = 50 м:

s1=3(0,2584)4 - 8(0,2584)3+ 6(0,2584)2 = 0,2760;

с = 0,2760×0,176 = 0,0486 (мг/м3).

х = 200 м:

s1=1,13/(0,13(1,0336)2 + 1) = 0,9922;

с = 0,9922×0,176 = 0,1746 (мг/м3).

Рисунок 2 - Графическая зависимость c = f(x) для NO2

Задание № 3

Определить приземную концентрацию ЗВ в атмосфере су по перпендикуляру к оси факела выброса на различных расстояниях у при опасной скорости ветра uм от точки х = хм. Построить график распределения концентраций cу =f(y).

Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере су, мг/м3, на расстоянии у, м, по перпендикуляру к оси факела выброса определяется по формуле

=s2c, (13)

где s2 - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости ветра u, м/с, и отношения у/х по значению аргумента ty:=uy2/x2 , при u ≤ 5. (14)

по формуле:

s2=1/(1+5ty+12,8ty2 +17tу3+45,1ty4)2 . (15)

Таблица 3 - Результаты расчёта сy древесной пыли

ty = 0,1179;

s2 = 0,3088;

cy = 0,3088×2,335 = 0,7211 мг/м3.

Рисунок 3 - Графическая зависимость c=f(у) для древесной пыли

cy= 0,5 мг/м3 = ПДК на расстоянии у = 23 м.

Таблица 4 - Результаты расчёта приземной концентрации сy для NO2

ty= 0,0074;

s2= 0,9289;

cy= 0,9289×0,176 = 0,1635 мг/м3.

Рисунок 4 - Графическая зависимость c=f(у) для NO2

Задание № 4

Построить поле (изолинии) концентраций в приземном слое атмосферы выбросов ЗВ одиночного точечного источника, при заданном направлении ветра.

Древесная пыль: см = 2,335 мг/м3 , хм = 193,5 м.

NO2 : см = 0,176 мг/м3 , хм = 96,75 м.

Таблица 5 - Координаты х и у для заданных концентраций древ. пыли

Таблица 6 - Координаты х и у для заданных концентраций NO2

Изображения полей (изолиний) концентраций в приземном слое атмосферы выбросов ЗВ одиночного точечного источника при заданном направлении ветра представлены в Приложении А.

Задание № 5

Построить поле (изолинии) концентраций в приземном слое атмосферы для одиночного точечного источника при переборе направлений ветра от 0 до 360 оС.

Порядок расчета:

.        Примем условно за 0о направление ветра слева направо.

.        За шаг перебора направлений ветра возьмем один угловой градус, откладываемый по часовой стрелке. Тогда ось факела, совпадающая с направлением ветра, тоже сместится на 1о, а вместе с ней и весь факел выброса. В каждой точке местности из двух значений концентраций за расчетное выбираем одно - максимальное.

Рассмотрим это на примере двух точек (Рисунок 5).

Рисунок 5 - Определение концентраций в двух точках местности при изменении направления ветра

За первую примем точку с концентрацией с1 = см мг/м3, которая при нулевом направлении ветра u1имеет координаты х1= хм м, у1= 0. Изменим направление ветра на 1о по часовой стрелке. Ось факела сместится, и точка максимальной концентрации см перейдет в точку 2, отстоящую от источника также на расстоянии хм, м. Эта точка будет иметь координаты (х2, у2). При нулевом направлении ветра в данной точке была некая концентрация с2< см (максимальная расчетная концентрация может быть только в одной точке местности при заданном направлении ветра). При направлении ветра u2 уже в точке 1 концентрация будет меньше см (на такую же величину). Итак, при изменении направления ветра на 1о в точках 1 и 2 существует два значения концентраций. Одно значение см, а другое с< см. Поэтому за расчетное максимальное значение концентрации в каждой из точек принимаем см, мг/м3. Такие рассуждения будут справедливы и для любой другой точки, отстоящей от источника на расстоянии хм м. Следовательно, любая точка на местности при нулевом направлении ветра, не лежащая на оси х (у ≠0), будет иметь концентрацию меньшую, чем точка на таком же расстоянии (радиусе) от источника, лежащая на оси х (у = 0). Таким образом, при переборе направлений ветра от 0 до 360° получим изолинию максимальной концентрации в виде окружности. Аналогичные построения можно сделать на оси х факела для других концентраций с мг/м3. Изолинии концентраций будут иметь вид концентрических окружностей, убывая в обе стороны от значения см с радиусом хм.

Рисунок 6 - Поле (изолинии) концентраций древесной пыли в приземном слое атмосферы для одиночного точечного источника при переборе направлений ветра от 0 до 360 оС.

Рисунок 7 - Поле (изолинии) концентраций древесной пыли в приземном слое атмосферы для одиночного точечного источника при переборе направлений ветра от 0 до 360 оС.

Задание №6

Определить предельно допустимое значение максимально разового выброса М, г/с, при котором концентрация загрязняющего вещества в приземном слое см, мг/м3, не будет превышать гигиенического норматива качества атмосферного воздуха. Рассчитать минимально необходимую степень очистки воздуха Е, %, в пылегазоочистном аппарате, в случае превышения нормативов.

ПДВ определяют для каждого вещества отдельно, в том числе и в случаях учета эффекта суммации вредного действия.

ПДВ одиночного «горячего» выброса рассчитывается по формуле, (г/с):

,

где сф - фоновая концентрация загрязняющего вещества.

Сф NO2 = 0,013 мг/м3: Сф древ.пыль = 0,1 мг/м3.

ПДВNO2 = = 2,619 г/с. (Мф < ПДВ)

ПДВпыль = = 1,867 г/с. (Мф > ПДВ)

Степень очистки определяется по формуле:

Е = .

загрязнение атмосфера древесный пыль

Епыль = = 82,9 %.

Задание №7

Определить приземную концентрацию загрязняющего вещества от группы из двух одинаковых источников загрязнения атмосферы с равными выбросами при направлении ветра, обеспечивающем минимальное наложение факелов, на примере древесной пыли.

Параметры источника загрязнения атмосферы принимаем из задания 1. Распределение концентраций в приземном слое вдоль и по перпендикуляру к оси факела выброса для каждого источника загрязнения атмосферы - из заданий 2, 3. Расстояние между источниками у = 40 м.

Приземную концентрацию вредных веществ с, мг/м3, в любой точке местности при наличии N источников определяют как сумму концентраций веществ от отдельных источников при заданных направлении и скорости ветра:

c= с1+с2+…сn (16)

где с1 с2,..., cn - концентрации вредных веществ соответственно от 1-го, 2-го,.... n-гo источников, расположенных с наветренной стороны при рассматриваемом направлении ветра.

Таблица 7 - Результаты расчетов приземных концентраций древесной пыли

Рисунок 8 - График распределения максимальных приземных концентраций по линии перпендикулярной к осям факелов выбросов источников загрязнения атмосферы с=f(y).

Задание № 8

Определить зону влияния для группы источников, выбрасывающих два вида загрязняющих веществ. Установить размеры области (расчетного прямоугольника), для которой следует производить расчеты рассеивания.

Зону влияния для одиночного источника принимаем как наибольшее из двух расстояний от источника х1 и х2 (где х1= 10хм), а х2 соответствует изолинии концентраций в приземном слое 0,05ПДК.

х1 = 10 × 96,75 = 967,5 м

с = 0,05 × 0,5 = 0,025 (мг/м3)

х/хм = 2250 / 96,75 = 23,2558 > 8, поэтому коэффициент s1 определяется по формуле:

s1 = ,

s1 =  = 0,0107

с = s1 ×cм = 0,0107× 2,335 = 0,0249 (мг/м3)

Рисунок 9 - Зона влияния двух источников загрязняющих веществ

Зона влияния имеет размеры: Х = 4540 м; У = 4500 м.

Список использованных источников

1. Холодилина Т.Н. Нормирование и расчёт рассеивания выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Методические указания - Оренбург: ОГУ, 2012. - 26 с.