Министерство образования и науки Российской Федерации

Пензенский Государственный Университет Архитектуры

и Строительства

Кафедра «Теплогазоснабжения и вентиляции»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

«Охрана воздушного бассейна» на тему:

«Расчет рассеивания в атмосфере вредных веществ в выбросах котельной»

Автор работы: _____________________________ Кирилина А.Н.

Специальность: ________________2069059-270109-081328-2011

Группа: ________________________________________ ТГВ-51

Руководитель: _____________________________ Мишанин С.И.

Работа защищена:_____________________ Оценка__________

Пенза 2012

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………………3

1. Методика расчета рассеивания выбросов в атмосферу……………………………...4

2. Исходные данные для расчета………………………………………………………...10

3. Расчет рассеивания выбросов от одиночной котельной при НМУ по оси факела выброса……………………………………………………………………………….....12

4. Расчет рассеивания вредных веществ на различных расстояниях от оси факела выброса……………………………………………………………………………...…..16

5. Выбор СЗЗ……………………………………………………………………………....19

Список использованных источников………………………………………………...……20

Введение

Расчет рассеивания выбросов вредных веществ в атмосферу проводится с целью оценки состояния экологической обстановки в зоне её влияния и установки границы СЗЗ.

Целями расчета является:

1. определение максимальных концентраций оксида серы (SO₂), оксида азота (NO_x) и золы в приземном слое атмосферы на высоте 2 м, при выбросе газо-воздушной смеси от одиночного нагретого источника выброса при неблагоприятных метеорологических условиях (НМУ);

2. рассчитать концентрацию оксида серы, оксида азота и золы по оси факела выброса на различном расстоянии от котельной, при НМУ;

3. рассчитать концентрации вредных веществ по перпендикуляру к оси факела выброса;

4. определить СЗЗ для котельной.

Расчеты приведены в соответствии с методикой расчета концентрации в атмосферном воздухе ВВ, содержащихся в выбросах предприятий, по ОНД-86 ГОСКОМГИДРОМЕТ «Расчет рассеивания вредных веществ в атмосфере»

1. Определение методик расчета рассеивания выбросов в атмосферу

Концентрация вредных веществ, попадающих в атмосферу из газо-воздушной смеси,

выходящей из дымовой трубы котельной уменьшается по мере удаления от источника.

На процесс рассеивания влияют следующие основные факторы:

- геометрические характеристики источника выброса (диаметр устья, высота дымовой трубы);

- количество и свойства выбрасываемой газо-воздушной смеси (объем выброса, температура, концентрация вредных веществ);

- географическое и метеорологическое условия в зоне выброса.

Существенное влияние будет оказывать скорость ветра у устья дымовой трубы. Из метеорологических факторов важное влияние оказывает скорость ветра. Граничными условиями является штиль и сильный ветер по шкале Бофорта.

При штиле или при малых скоростях ветра дымовой факел поднимается на большую высоту и в этом случае концентрация вредных веществ в районе котельной невелика, а содержание вредных веществ обычно не превышает ПДК. Однако в некоторых случаях при штиле и слабом ветре наблюдается повышение температуры воздуха по мере подъема от уровня земли, в результате происходит накопление вредных веществ в низкорасположенных слоях атмосферного воздуха. Методов расчета этой ситуации не имеется.

Сильный ветер вызывает интенсивное перемещение в большом объеме окружающего воздуха и в этом случае величины приземных концентраций будут невелики. Между штилем и сильным ветром находится опасная скорость ветра (U_m) – скорость ветра, при которой в приземном слое создается наибольшая величина - (С_m) в пределах от 2-3,5 м/с и ориентировочно эта скорость наблюдается на расстоянии от трубы 20Н, где Н – высота трубы. Опасная скорость ветра обычно принимается на высоте флюгера (10м). Опасная скорость ветра зависит от объема выбрасываемых газов, температуры газо-воздушной смеси, высоты трубы. Повышение температуры дымовых газов также увеличивает опасную скорость, а с увеличением высоты трубы, при одинаковых параметрах газо-воздушной смеси опасная скорость убывает.

Анализ рассеивания вредных веществ включает:

- определение величины концентрации вредного вещества в точке максимального загрязнения воздуха вблизи земной поверхности (2м);

- определение расстояния от источника выброса до расстояния где наблюдается максимальное загрязнение (C_m);

- определение концентрации вредного вещества в любой точке по оси факела выброса.

Эти данные позволяют рассчитать концентрацию вредных веществ в любой точке по оси факела выброса.

Расчеты базируются на методике утвержденной РОСКОМГИДРОМЕТ. Это методика «Расчета концентраций вредных веществ в атмосфере, содержащихся в выбросах предприятий ОНД-86». Согласно этой методике проводится расчет наибольших концентраций каждого отдельного вредного вещества, выбрасываемого в газо-воздушной смеси при опасной скорости ветра, а также расстояние от источника выброса до места максимального загрязнения воздуха на высоте 2 м. Полученные данные необходимы для оценки влияния вредных веществ содержащихся в выбросах на человека.

Расчет концентрации вредных веществ в дымовой смеси находиться по формуле:

, (1)

где А – коэффициент температурной стратификации атмосферы установлен для

различных климатических зон РФ и принимается постоянным. Определяет усло-

вия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосфере.

Зависит от метеорологического и географического положения местности. ( Для

Поволжья - 160);

М – количество вредного вещества, г/сек., выбрасываемого в атмосферу. Определяется

проведением инвентаризации выбросов предприятия или технологическим рас-

четом;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в

атмосферном воздухе. Для газов и пылей 5-ого класса величина F=1,0, для других

пылей F зависит от степени очистки газа. (F=2, при степени очистки газа >90%;

F=2,5, при степени очистки газа от 75 до 90%; F=3, при степени очистки газа <75%.

Формула действует для горячих газов. Для холодных газов находиться по фор-

муле:

; (2)

При выбросах в атмосферный воздух газо-воздушной смеси с большим содержа-

нием водяного пара, коэффициент F=3;

Н- высота трубы, м;

V₁- объем, выбрасываемой газо-воздушной смеси, м³/сек.;

ΔТ- перегрев газо-воздушной смеси (ΔТ=t_г-t_о.в., где t_г – температура газо-воздушной

смеси, °С; t_о.в – температура окружающего воздуха в наиболее жаркий месяц года);

m – коэффициент, учитывающий общие условия выхода газо-воздушной смеси из

устья источника выброса;

n – коэффициент, учитывающий условие выхода устья источника данного конкретно-

го выброса;

η′ - коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности на рассеивание выброса.

Равен 1,0 для ровной или слабопересеченной местности (перепад высот не более

50 м на 1 км).

Расчет вспомогательного параметра f определяется по формуле:

(3)

где ω₀ – скорость выхода газо-воздушной смеси, м/сек.;

D – диаметр устья трубы, м;

Н – высота трубы, м;

ΔТ- перегрев газо-воздушной смеси, °С.

Расчет вспомогательного параметра ν_м определяется по формуле:

(4)

Расчет вспомогательного параметра ν_м определяется по формуле:

. (5)

Расчет вспомогательного параметра f определяется по формуле:

. (6)

Учитываем общие условие выхода газо-воздушной смеси из трубы через параметр m, рассчитываемый по формуле:

; (7)

Расчет параметра n, учитывающий условие выхода газо-воздушной смеси из устья конкретного источника выброса: n=1;

Рассчитываем опасную скорость ветра U_M по формуле:

, , м/сек. (8)

Выбор безразмерного коэффициента ν′, учитывающего влияние рельефа местности:

Коэффициент ν′ при перепаде высот местности на площадке длиной 1 км= 1.

Расчет безразмерного коэффициента d определяется по формулам:

. (9)

Расчет максимальных концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе от котельной при неблагоприятных метеорологических условиях (НМУ) определяется по формулам:

, (10)

По этой формуле рассчитываем максимальные концентрации в приземном слое оксида серы и золы. Также для сжигания мазутов и каменного угля можно рассчитывать максимальные концентрации оксидов азота. Выведены экспериментальные формулы.

Расчет максимальной концентрации оксида азота определяется по формуле:

, (11)

Расчет максимальной концентрации золы определяется по формуле:

, (12)

где коэффициент F для золы равен 3.

Рассчитываем расстояние от источника выброса, при котором достигается максимальная концентрация (приземная концентрация 2 м) определяется по формуле:

. (13)

Рассчитываем коэффициент S₁, необходимый для определения концентрации вредного вещества – SO₂, аналогично находим для NO_x и золы, на различных расстояниях от котельной, определяем по формуле:

, (24)

Расчет коэффициента S₁ основан на выявлении зависимости от отношения Х/Х_m. Во многих случаях для расчета достаточно исследовать изменение концентрации на расстоянии: Х_i/Х_m приблизительно равно 8.

Величина Х_i/Х_m ≤ 1, то ; (15)

Величина Х_i/Х_m от 1 до 8, то . (16)

Расчет максимального значения приземной концентрации SO₂ и золы при скорости ветра, отличающейся от опасной скорости ветра и НМУ. Расчет проводим при отношениях:

0,25; 0,5; 1; 2; 4; 8.

Расчет проводим по формулам:

, (17)

при ; (18)

при (19)

Расчет расстояния Х, м, от источника выброса для оксида серы и золы, на котором при скорости ветра, отличной от опасной предельная концентрация достигнет максимального значения. Расчет проводим при отношениях:

0.25; 1; 2.

Расчет проводим по формулам:

, (20)

при (21)

при (22)

при (23)

Расчет минимальной высоты одиночного источника выброса Н, м, для оксида серы и золы по известным значения М, г/с, ω₀, м/с, V₁, м³/с, D, м и при ΔТ≈0 определяется по формуле:

, (24)

где ПДК – максимальная разовая концентрация для оксида серы и золы, мг/м³;

С_ф – фоновая концентрация, принимаем равной 0.