Розрахунок забруднення атмосфери викидами одиночних джерел

Максимальне значення приземної концентрації шкідливої речовини с_м (мг/м³) при викиді газоповітряної суміші з одиночного точкового джерела з круглим устям досягається при несприятливих метеорологічних умовах на відстані км (м) від джерела і визначається за формулою:

 

(7.1)

 

де А – коефіцієнт, що залежить від температурної стратифікації атмосфери;

М – маса шкідливої речовини, що викидається в атмосферу в одиницю часу, г/с;

F – безрозмірний коефіцієнт, що враховує швидкість осідання шкідливих речовин в атмосферному повітрі;

т і n – коефіцієнти, враховують умови виходу газоповітряної суміші з гирла джерела викиду;

H – висота джерела викиду над рівнем землі (для наземних джерел при розрахунках приймається Н = 2 м), м;

h – безрозмірний коефіцієнт, що враховує вплив рельєфу місцевості, у разі рівної або слабопересіченої місцевості з перепадом висот, що не перевищує 50 м на 1 км, h = 1;

DТ – різниця між температурою газоповітряної суміші Т_г,що викидається, і температурою навколишнього атмосферного повітря Т_в, °С;

V ₁ – витрата газоповітряної суміші, м³/с, що визначається за формулою:

(7.2)

 

де D – діаметр гирла джерела викиду, м;

w₀ – середня швидкість виходу газоповітряної суміші з гирла джерела викиду, м/с.

Значення коефіцієнта А, відповідне несприятливим метеорологічним умовам, при яких концентрація шкідливих речовин в атмосферному повітрі максимальна, приймається рівним:

а) 250 – для районів Середньої Азії південніше 40° п.ш., Бурятської АРСР і Читинській області;

б) 200 – для Європейської території СРСР: для районів РРФСР південніше 50° п.ш., для решти районів Нижнього Поволжя, Кавказу, Молдови; для Азіатської території СРСР: для Казахстану, Далекого Сходу і решти території Сибіру і Середньої Азії;

в) 180 – для Європейської території СРСР і Уралу від 50 до 52° п.ш. за винятком перерахованих вище районів та України, що потрапляють в цю зону;

г) 160 – для Європейської території СРСР і Уралу північніше 52° п.ш. (за винятком Центру ЄТС), а також для України (для розташованих на Україні джерел висотою менше 200 м у зоні від 50 до 52° п.ш. – 180, а південніше 50° п.ш. – 200);

д) 140 – для Московської, Тульської, Рязанської, Володимирської, Калузької, Іванівської областей.

Для інших територій значення коефіцієнта А повинні прийматися відповідними значеннями коефіцієнта А для районів СРСР з подібними кліматичними умовами турбулентного обміну.

Значення потужності викиду М (г/с) і витрати газоповітряної суміші V ₁ (м³/с) при проектуванні підприємств визначаються розрахунком у технологічній частині проекту або приймаються відповідно до діючих для даного виробництва (процесу) нормативами. У розрахунку приймаються поєднання М і V₁, що реально мають місце протягом року при встановлених (звичайних) умовах експлуатації підприємства, при яких досягається максимальне значення с_м.

Значення М слід відносити до 20-30-хвилинному періоду усереднення, у тому числі й у випадках, коли тривалість викиду менше 20 хв.

При визначенні значення DТ (°С) слід приймати температуру навколишнього атмосферного повітря Т_в (°С), що дорівнює середній максимальній температурі зовнішнього повітря найбільш жаркого місяця року за СНіП 2.01.01-82, а температуру газоповітряної суміші Т_г (°С), що викидається в атмосферу, – за діючими для даного виробництва технологічними нормативами.

Для котелень, які працюють за опалювальним графіком, допускається при розрахунках приймати значення Т_в рівними середнім температур зовнішнього повітря за найхолодніший місяць по СНіП 2.01.01-82.

При відсутності даних по Т_в в СНіП 2.01.01-82 вони запитуються у територіальному управлінні Держкомгідромету (УГКС) за місцем розташування підприємства.

Значення безрозмірного коефіцієнта F приймається:

а) для газоподібних шкідливих речовин і дрібнодисперсних аерозолів (пилу, золи і т.п., швидкість упорядкованого осідання яких практично дорівнює нулю) – 1;

б) для дрібнодисперсних аерозолів при середньому експлуатаційному коефіцієнті очищення викидів не менше 90% – 2; від 75 до 90% – 2,5; менше 75% і при відсутності очистки – 3.

При наявності даних про розподіл на викиді частинок аерозолів за розмірами визначаються діаметр d_g, так що маса всіх часток діаметром більше d_g становить 5% загальної маси частинок, і відповідна d_g швидкість осідання v_g (м/с). Значення коефіцієнта F встановлюється в залежності від безрозмірного відношення v_g / u_м, де и_м – небезпечна швидкість вітру. При цьому F = 1 у разі v_g / u_м £ 0,015 і F = 1,5 у разі 0,015 < v_g / u_м £ 0,030.

Незалежно від ефективності очищення значення коефіцієнта F приймається рівним 3 при розрахунках концентрації пилу в атмосферному повітрі для виробництв, в яких вмісту водяної пари у викидах достатньо для того, щоб протягом усього року спостерігалася його інтенсивна конденсація відразу ж після виходу в атмосферу, а також коагуляція вологих пилових частинок (наприклад, при виробництві глинозему мокрим способом).

Значення коефіцієнтів m і n визначаються залежно від параметрів f, v_м, , f_e.:

(7.3)

 

(7.4)

 

(7.5)

 

(7.6)

 

Коефіцієнт n визначається в залежності від f за формулами:

 

(7.7)

 

(7.8)

 

Для f_c < f < 100 значення коефіцієнта m обчислюється при f = f_e.

Коефіцієнт n при f < 100 визначається в залежності від v_м за формулами:

 

n = 1 при v_м ³ 2; (7.9)

 

(7.10)

 

n = 4,4 v_м при v_м < 0,5. (7.11)

 

Для f ³ 100 (або DТ» 0) и (холодні викиди) при розрахунку c_м замість формули (7.1) використовується формула:

 

(7.12)

 

де

 

(7.13)

 

причому n визначається за формулами(7.8) - (7.9) при .

Аналогічно при f < 100 і v_м < 0,5 або f ³ 100 і (випадки гранично малих небезпечних швидкостей вітру) розрахунок c_м замість (7.1) визначається за формулою:

 

(7.14)

 

де

 

(7.15)

 

(7.16)

 

Відстань x_м (м) від джерела викидів, на якому приземна концентрація с (мг/м³) при несприятливих метеорологічних умовах досягає максимального значення с_м, визначається за формулою:

 

(7.17)

 

де безрозмірний коефіцієнт d при f <100 знаходиться за формулами:

 

(7.18)

 

(7.19)

 

(7.20)

 

При f > 100 або DT» 0 значення d знаходиться за формулами:

 

(7.21)

 

(7.22)

 

(7.23)

 

Значення небезпечної швидкості u_м (м/с) на рівні флюгера (зазвичай 10 м від рівня землі), при якій досягається найбільше значення приземної концентрації шкідливих речовин с_м, у разі f <100 визначається за формулами:

 

(7.24)

 

(7.25)

 

(7.26)

 

При f >100 або DT» 0 значення u_м знаходиться за формулами:

 

(7.27)

 

(7.28)

 

(7.29)

 

Максимальне значення приземної концентрації шкідливої речовини с_ми (мг/м³) при несприятливих метеорологічних умовах і швидкості вітру u (м/с), що відрізняється від небезпечної швидкості вітру u_м (м/с), визначається за формулою:

 

с_ми = r c_м, (7.30)

 

де r – безрозмірна величина, що визначається залежно від відношення u / u_м за формулами:

 

(7.31)

 

(7.32)

 

При проведенні розрахунків не використовуються значення швидкості вітру u <0,5 м/с, а також швидкості вітру u > u ^*, де u ^* – значення швидкості вітру, що перевищується в даній місцевості в середньому багаторічному режимі в 5% випадків. Це значення запитується в УГКС Держкомгідромету, на території якого розташоване підприємство, або визначається за кліматичному довідником.

Відстань від джерела викиду x_ми (м), на якому при швидкості вітру u і несприятливих метеорологічних умовах приземна концентрація шкідливих речовин досягає максимального значення с_ми (мг/м³), визначається за формулою:

 

х_ми = p x_м, (7.33)

 

де р – безрозмірний коефіцієнт, що визначається залежно від відношення u / u_м за формулами:

 

(7.34)

 

(7.35)

 

(7.36)

 

При небезпечній швидкості вітру u_м приземна концентрація шкідливих речовин с (мг/м³) в атмосфері по осі факела викиду на різних відстанях х (м) від джерела викиду визначається за формулою:

 

с = s ₁ c_м, (7.37)

 

де s ₁ – безрозмірний коефіцієнт, що визначається залежно від відношення x / x_м і коефіцієнту F за формулами:

 

(7.38)

 

(7.39)

 

(7.40)

 

(7.41)

 

Для низьких і наземних джерел (висотою Н не більше 10 м) при значеннях х / х_м < 1 величина s ₁ в (7.37) замінюється на величину , яка визначається в залежності від х / х_м і Н за формулою:

 

(7.42)

 

Аналогічно визначається значення концентрації шкідливих речовин на різних відстанях по осі факела при інших значеннях швидкостей вітру u і несприятливих метеорологічних умовах. За формулами (7.30), (7.33) визначаються значення величин c_ми і x_ми. Залежно від відношення х / х_ми визначається значення s₁ за формулами (7.39-7.41), (7.42). Шукане значення концентрації шкідливої речовини визначається шляхом множення c_ми на s ₁.

Значення приземної концентрації шкідливих речовин в атмосфері с_y (мг/м³) на відстані у (м) по перпендикуляру до осі факела викиду визначається за формулою:

 

с_y = s ₂ c. (7.43)

 

де s ₂ – безрозмірний коефіцієнт, що визначається залежно від швидкості вітру и (м/с) і відношення у / х за значенням аргументу t_y:

 

(7.44)

 

(7.45)

 

(7.46)

 

Максимальна концентрація c_мx (мг/м³), що досягає на відстані x від джерела викиду з осі факела при швидкості вітру u_мx, визначається за формулою:

 

(7.47)

 

де – безрозмірний коефіцієнт, що знаходиться в залежності від відношення х / х_м за формулами:

 

(7.48)

 

(7.49)

 

(7.50)

 

(7.51)

(7.52)

 

(7.53)

 

(7.54)

 

Швидкість вітру u_мx при цьому розраховується за формулою:

 

u_мx = f ₁ u_м, (7.55)

 

де f ₁ – безрозмірний коефіцієнт, що визначається в залежності від відношення x / x_м за формулами:

 

f ₁ = 1 при x / x_м £ 1; (7.56)

 

(7.57)

 

f ₁ = 0,25 при 8 < x / x_м < 80; (7.58)

 

f ₁ = 1,0 при x / x_м ³ 80. (7.59)

 

Якщо розрахована за формулою (7.55) швидкість вітру u_мx < 0,5 м/с або u_мx > u^*, то величина с_мx визначається як максимальне значення з концентрацій на відстані x, розрахованих при трьох швидкостях вітру: 0,5 м/с, u_м, u^*; відповідна c_мx швидкість вітру приймається за u_мx.

Розрахунки розподілу концентрації с_z (мг/м³) на різних висотах z (м) над підстилаючою поверхнею при x < x_мu проводяться за формулою:

 

(7.60)

 

Коефіцієнт s_z визначається в залежності від параметрів b ₁ і b ₂ за формулами:

 

(7.61)

 

(7.62)

 

Тут

b ₁ = x / x_мu; (7.63)

 

(7.64)

 

(7.65)

 

(7.66)

 

При f_e £ f < 100 коефіцієнт d ₂ обчислюється за формулою(7.65) при f = f_e; при v_м < 0,5 або відповідно в (7.65) і (7.66) приймається v_м = 0,5 або .

Небезпечна швидкість вітру и_мz (м/с) на рівні флюгера, при якій на висоті z досягається максимальна концентрація, визначається за формулою:

 

(7.67)

 

Розрахунки забруднення атмосфери при викидах газоповітряної суміші із джерела з прямокутним гирлом (шахти) проводяться за наведеними вище формулами при середній швидкості w₀ і значеннях D = D ₀ (м) і V ₁ = V (м³/с).

Середня швидкість виходу в атмосферу газоповітряної суміші w₀ (м/с) визначається за формулою:

 

(7.68)

 

де L (м) – довжина гирла;

b (м) – ширина гирла.

Ефективний діаметр гирла D_э (м) визначається за формулою:

 

(7.69)

 

Ефективний витрата виходить в атмосферу в одиницю часу газоповітряної суміші V _{1 э} (м³/с) визначається за формулою:

 

(7.70)

 

Для джерел з квадратним гирлом (L = b) ефективний діаметр D_э дорівнює довжині сторони квадрата. В іншому випадку розрахунок розсіювання шкідливих речовин проводиться як для викидів з джерела з круглим устям.

Рішення зворотних задач з визначення потужності викиду М і висоти H, які відповідають заданому рівню максимальної приземної концентрації с_м за інших фіксованих параметрах викиду, наводиться таким чином.

Потужність викиду М (г/с), відповідна заданому значенню максимальної концентрації с_м (мг/м³), визначається за формулою:

 

(7.71)

 

У випадку f ³ 100 або DT» 0

 

(7.72)

 

Висота джерела H, відповідна заданому значенню c_м, у разі DT» 0 визначається за формулою:

 

(7.73)

 

Якщо обчисленому за формулою (7.73) значенню Н відповідає м/с, то H уточнюється методом послідовних наближень за формулою:

 

(7.74)

 

де n_i і n_{i- 1} – значення визначеного за формулами (7.9-7.11) коефіцієнта n, отримані відповідно за значеннями Н_i і H_{i- 1}, – (при i = 1 у формулі (7.74) приймається n ₀ = 1, а значення H_i визначається по (7.73)).

Формули (7.73), (7.74) використовуються також для визначення Н при DT > 0. Якщо при цьому виконується умова то знайдене Н є точним. Якщо ж то для визначення попереднього значення висоти Н використовується формула:

 

(7.75)

 

По знайденому значенню H визначаються на підставі формул (7.3)-(7.6) величини f, v_м, і f_c і встановлюється в першому наближенні добуток коефіцієнтів m і n. Подальші уточнення значення Н виконуються за формулою:

 

(7.76)

 

де т_i, n_i відповідають Н_i, а т_{i- 1}, n_{i- 1} – H_{i- 1} (при i = 1 приймається m ₀ = n ₀ = 1, а H ₀ визначається по (7.75)).

Уточнення значення H за формулами (7.74) і (7.76) проводиться до тих пір, поки два послідовно знайдених значення H (H_i и H_{i+ 1}) будуть відрізнятися менш ніж на 1 м.

При одночасній необхідності врахування впливу рельєфу місцевості та забудови в формулах (7.72)-(7.73) і (7.75) за величину h приймаються поправки до максимальної концентрації на рельєф і забудову.

У разі викидів в атмосферу, обумовлених спалюванням палива, при фіксованих висоті і діаметрі гирла труби відповідна с_м витрата палива Р (т/год) визначається за формулою:

 

(7.77)

 

де d ₃ – кількість шкідливої речовини, що викидається в атмосферу, на одиницю маси палива (у необхідних випадках з урахуванням пилогазоочистки, г/кг;

d ₄ – витрата газоповітряної суміші, що виділяється на одиницю маси палива, м³/кг.

Для кожного джерела радіус зони впливу розраховується як найбільша з двох відстаней від джерела х₁ і х₂, де х ₁ = 10 x_м, а величина х₂ визначається як відстань від джерела, починаючи з якого с ≤ 0,05 ГДК.

На вертикальній осі відкладається точка 0,05 ГДК/ с_м, через яку проводиться паралельна горизонтальній осі лінія до перетину з графіком функції s ₁ за максимумом. З точки перетину опускається перпендикуляр на горизонтальну вісь, отримане значення x / x_м множиться на х, в результаті чого визначається шукане значення. При с_м £ 0,05 ГДК значення x ₂ вважається рівним нулю.

При повному навантаженні обладнання середня концентрація (г/м³) в гирлі джерела дорівнює:

 

(7.78)

 

(7.79)

 

(7.80)

 

де с_м – відповідна максимальна приземна концентрація, мг/м³.