Расчет загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника

 

2.1. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м (мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии х_м (м) от источника и определяется по формуле

, (2.1)

где А — коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; М (г/с) — масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени; F — безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; m и n — коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; H (м) — высота источника выброса над уровнем земли (для наземных источников при расчетах принимается Н = 2 м); h — безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (см. раздел 4), в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, h = 1; D T (°С) — разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в; V ₁ (м³/с) — раход газовоздушной смеси, определяемый по формуле

, (2.2)

где D (м) — диаметр устья источника выброса; w₀ (м/с) — средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

2.2. Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным:

а) 250 — для районов Средней Азии южнее 40° с. ш., Бурятской АССР и Читинской области;

б) 200 — для Европейской территории СССР: для районов РСФСР южнее 50° с. ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Молдавии; для Азиатской территории СССР: для Казахстана, Дальнего Востока и остальной территории Сибири и Средней Азии;

в) 180 — для Европейской территории СССР и Урала от 50 до 52° с. ш., за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов и Украины;

г) 160 — для Европейской территории СССР и Урала севернее 52° с.ш. (за исключением Центра ETC), а также для Украины (для расположенных на Украине источников высотой менее 200 м в зоне от 50 до 52° с. ш. — 180, а южнее 50° с.ш. — 200);

д) 140 — для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей.

Примечание. Для других территорий значения коэффициента А должны приниматься соответствующими значениям коэффициента А для районов СССР со сходными климатическими условиями турбулентного обмена.

 

2.3. Значения мощности выброса М (г/с) и расхода газовоздушной смеси V ₁ (м³/с) при проектировании предприятий определяются расчетом в технологической части проекта или принимаются в соответствии с действующими для данного производства (процесса) нормативами. В расчете принимаются сочетания М и V ₁, реально имеющие место в течение года при установленных (обычных) условиях эксплуатации предприятия, при которых достигается максимальное значение с_м.

Примечания: 1. Значение М следует относить к 20 — 30-минутному периоду осреднения, в том числе и в случаях, когда продолжительность выброса менее 20 мин.

2. Расчеты концентраций, как правило, проводятся по тем веществам, выбросы которых удовлетворяют требованиям п. 5.21.

 

2.4. При определении значения D Т (°С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Т_в (°С), равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года по СНиП 2.01.01-82, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Т_г (°С) — по действующим для данного производства технологическим нормативам.

Примечания: 1. Для котельных, работающих по отопительному графику, допускается при расчетах принимать значения Т_в равными средним температурам наружного воздуха за самый холодный месяц по СНиП 2.01.01-82.

2. При отсутствии данных по Т_в в СНиП 2.01.01-82 они запрашиваются в территориальном управлении Госкомгидромета (УГКС) по месту расположения предприятия.

 

2.5. 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. 2.5а) при среднем эсплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % — 2; от 75 до 90 % — 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки — 3-

Примечания: 1. При наличии данных о распределении на выбросе частиц аэрозолей по размерам определяются диаметр d_g,так что масса всех частиц диаметром больше d_g составляет 5 % общей массы частиц, и соответствующая d_g скорость оседания u _g (м/с). Значение коэффициента F устанавливается в зависимости от безразмерного отношения u _g / u_м, где u_м — опасная скорость ветра (см.п. 2.9). При этом F = 1 в случае u _s / u_м £ 0,015 и F = 1,5 в случае 0,015 < u _g / u_м £ 0,030. Для остальных значений u _g / u_м коэффициент - F устанавливается согласно п. 2.56.

2. Вне зависимости от эффективности очистки значение коэффициента F принимается равным 3 при расчетах концентраций пыли в атмосферном воздухе для производств, в которых содержание водяного пара в выбросах достаточно для того, чтобы в течение всего года наблюдалась его интенсивная конденсация сразу же после выхода в атмосферу, а также коагуляция влажных пылевых частиц (например, при производстве глинозема мокрым способом).

 

2.6. Значения коэффициентов т и п определяются в зависимости от параметров f; u _м, и f_e:

; (2.3)

; (2.4)

; (2.5)

. (2.6)

Коэффициент т определяется в зависимости от f по рис. 2.1 или по формулам:

при f < 100; (2.7а)

при f ³ 100. (2.7б)

 

 

Рис. 2.1

 

 

Рис. 2.2

 

Для f_e < f < 100 значение коэффициента т вычисляется при f = f_e.

Коэффициент п при f < 100 определяется в зависимости от u _м по рис. 2.2 или формулам:

n = 1 при u _м ³ 2; (2.8а)

п = 0,532 - 2,13u _м + 3,13 при 0,5 £ u _м < 2; (2.86)

n = 4,4u _м при u _м < 0,5. (2.8в)

При f ³ 100 или D T» 0 коэффициент п вычисляется по п. 2.7.

2.7. Для f ³ 100 (или D T» 0) и» ³ 0,5 (холодные выбросы) при расчете с_м вместо формулы (2.1) используется формула

, (2.9)

где

, (2.10)

причем п определяется по формулам (2.8а) — (2.8в) при u _м = .

Аналогично при f < 100 и u _м < 0,5 или f ³ 100 и < 0,5 (случаи предельно малых опасных скоростей ветра) расчет с_м вместо (2.1) производится по формуле

, (2.11)

где

т' = 2,86 m при f < 100, u _м < 0,5; (2.12а)

т' = 0,9 при f ³ 100, < 0,5. (2.126)

Примечание. Формулы (2.9), (2.11) являются частными случаями общей формулы (2.1).

 

2.8. Расстояние х_м (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация с (мг/м³) при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения с_м, определяется по формуле

, (2.13)

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

d = 2,48 (1 + 0,28 ) при u _м £ 0,5; (2.14а)

d = 4,95 u _м (l + 0,28 ) при 0,5 < u _м £ 2; (2.14б)

d = 7 (1 + 0,28 ) при u _м > 2. (2.14в)

При f > 100 или D Т» 0 значение d находится по формулам:

d =5,7 при £ 0,5; (2.15a)

d = 11,4 при 0,5 < £ 2; (2.156)

d = 16 при > 2. (2.15в)

2.9. Значение опасной скорости и_м (м/с) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ с_м, в случае f > 100 определяется по формулам:

и_м = 0,5 при u _м £ 0,5; (2.16а)

и_м = u _м при 0,5 < u _м £ 2; (2.16б)

и_м = u _м (1 + 0,12 ) при u _м > 2 (2.16в)

При f ³ 100 или D Т» 0 значение и_м вычисляется по формулам:

и_м = 0,5 при £ 0,5; (2.17а)

и_м = при 0,5 < £ 2; (2.176)

и_м = 2,2 при > 2. (2.17в)

2.10. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_ми (мг/м³) при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра и (м/с), отличающейся от опасной скорости ветра и_м (м/с), определяется по формуле

с_ми = r_см, (2.18)

где r — безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения и/и_м по рис. 2.3 или по формулам:

r = 0,67 (u / u_м) + 1,67 (u / u_м)² - 1,34 (u / u_м)³ при u / u_м £ 1; (2.19а)

при u / u_м > 1. (2.19б)

Примечание. При проведении расчетов не используются значения скорости ветра и < 0,5 м/с, а также скорости ветра и > и*, где и* — значение скорости ветра, превышаемое в данной местности в среднем многолетнем режиме в 5 % случаев. Это значение запрашивается в УГКС Госкомгидромета, на территории которого располагается предприятие, или определяется по климатическому справочнику.

 

 

Рис. 2.3

 

2.11. Расстояние от источника выброса х_ми (м), на котором при скорости ветра и и неблагоприятных метеорологических условиях приземная концентрация вредных веществ достигает максимального значения с_ми (мг/м³), определяется по формуле

х_ми = рх_м, (2.20)

где р — безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения и/и_м по рис. 2.3 или по формулам:

р = 3 при и/и_м £ 0,25; (2.2la)

р = 8,43 (1 - и/и_м)⁵ + 1 при 0,25 < и/и_м £ 1; (2.21б)

р = 0,32 и/и_м + 0,68 при и/и_м > 1. (2.21в)

2.12. При опасной скорости ветра и_м 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 = s ₁ с_м, (2.22)

где s ₁ — безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения х/х_м и коэффициента F по рис. 2.4 или по формулам:

s ₁ = 3 (х / х_м)⁴ - 8 (х / х_м)³ + 6 (х / х_м)² при (х / х_м) £ 1; (2.23а)

при 1 < х / х_м £ 8; (2.23б)

при F £ 1,5 и х / х_м > 8 (2.23в)

при F > 1,5 и х / х_м > 8 (2.23г)

Для низких и наземных источников (высотой H не более 10 м) при значениях х/х_м < 1 величина s ₁ в (2.22) заменяется на величину , определяемую в зависимости от х/х_м и H по рис. 2.5 или по формуле

= 0,125 (10 - H) + 0,125 (H - 2) s ₁ при 2 £ Н < 10. (2.24)

Примечание. Аналогично определяется значение концентрации вредных веществ на различных расстояниях по оси факела при других значениях скоростей ветра u и неблагоприятных метеорологических условиях. По формулам (2.18), (2.20) определяются значения величин с_ми и х_ми. В зависимости от отношения х/х_ми определяется значение s ₁ по рис. 2.4, 2.5 или по формулам (2.23), (2.24). Искомое значение концентрации вредного вещества определяется путем умножения с_ми на s ₁,.

 

2.13. Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере c_у (мг/м³) на расстоянии у (м) по перпендикуляру к оси факела выброса определяется по формуле

c_у = s ₂ c, (2.25)

где s ₂ — безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости ветра и (м/с) и отношения у/х по значению аргумента t_y:

а)

 

б)

 

Рис. 2.4

 

при u £ 5; (2.26а)

при u > 5; (2.26б)

по рис. 2.6 или по формуле

, (2.27)

 

 

Рис. 2.5

 

 

Рис. 2.6

 

2.14. Максимальная концентрация с_мх (мг/м³), достигающаяся на расстоянии х от источника выброса на оси факела при скорости ветра и_мх, определяется по формуле

, (2.28)

где безразмерный коэффициент, находится в зависимости от отношения х/х_м по рис. 2.7 или по формулам:

= 3 (х/х_м)⁴ - 8 (х/х_м)³ + 6 (х/х_м)² при х/х_м £ 1; (2.29а)

при 1 < х / х_м £ 8; (2.29б)

при 8 < х / х_м £ 24; (2.29в)

при 24 < х / х_м £ 80; F £ 1,5 (2.29г)

при 24 < х / х_м < 80; F > 1,5 (2.29д)

при х / х_м > 80; F £ 1,5 (2.29e)

при х / х_м > 80; F < 1,5 (2.29ж)

Рис. 2.7

 

Скорость ветра и_х при этом рассчитывается по формуле

u_мх = f ₁ u_м, (2.30)

где безразмерный коэффициент f ₁ определяется в зависимости от отношения х/х_м по рис. 2.8 или по формулам:

f ₁ = 1 при х / х_м £ 1; (2.31а)

при 1< х / х_м £ 8; (2.31б)

f ₁ = 025 при 8 < х / х_м < 80; (2.31в)

f ₁ = 1,0 при х / х_м ³ 80; (2.31г)

Примечание. Если рассчитанная по формуле (2.30) скорость ветра и_мх < 0,5 м/с или и_мх > и* (см. п. 2.10), то величина с_мх определяется как максимальное значение из концентраций на расстоянии х, рассчитанных при трех скоростях ветра: 0,5 м/с, и_м, и*; соответствующая с_мх скорость ветра принимается за и_мх.

 

2.15. Расчеты распределения концентраций с_z (мг/м³) на разных высотах z (м) над подстилающей поверхностью при х < х_м производятся по формуле

c_z = r c_м s_z s ₂. (2.32)

 

 

Рис. 2.8

 

Значения с_м, r и s ₂ вычисляются согласно пп. 2.1, 2.7, 2.10 и 2.13, а коэффициент s_z определяется в зависимости от параметров b ₁ и b ₂по рис. 2.9 или по формулам:

при b ₁ £ 1; (2.33а)

s_z = s ₁ (b ₁) при b ₁ > 1. (2.33б)

Здесь

b ₁ = х / х_ми; (2.34)

; (2.35)

при f < 100; (2.36а)

 

 

Рис. 2.9

при f > 100. (2.36б)

При f_e £ f < 100 коэффициент d ₂ вычисляется по формуле (2.36а) при f = f_e, при u _м < 0,5 или < 0,5 соответственно в (2.36а) и (2.36б) принимается u _м = 0,5 или = 0,5.

Опасная скорость ветра и_мz (м/с) на уровне флюгера, при которой на высоте z достигается максимальная концентрация, определяется по формуле

u_мz = l ₁ u_м. (2.37)

Коэффициент l ₁ определяется в зависимости от х / х_м по рис. 2.10.

2.16. Расчеты загрязнения атмосферы при выбросах газовоздушной смеси из источника с прямоугольным устьем (шахты) производятся по приведенным выше формулам при средней скорости w₀ и значениях D = D_э (м) и V ₁= V _{1 э} (м³/с).

 

 

Рис. 2.10

 

Средняя скорость выхода в атмосферу газовоздушной смеси w₀ (м/с) определяется по формуле

, (2.38)

где L (м) — длина устья; b (м) — ширина устья.

Эффективный диаметр устья D_э (м) определяется по формуле

. (2.39)

Эффективный расход выходящей в атмосферу в единицу времени газовоздушной смеси V _{1 ý} (м³/с) определяется по формуле

. (2.40)

Примечание. Для источников с квадратными устьем (L = b) эффективный диаметр D_э, равняется длине стороны квадрата. В остальном расчет рассеивания вредных веществ производится как для выбросов из источника с круглым устьем.

 

2.17. Решение обратных задач¹ по определению мощности выброса М и высоты H, соответствующих заданному уровню максимальной приземной концентрации с_м при прочих фиксированных параметрах выброса, находится следующим образом.

Мощность выброса М (г/с), соответствующая заданному значению максимальной концентрации с_м (мг/м³), определяется по формуле

. (2.41)

В случае f ³ 100 или D T» 0

. (2.42)

Высота источника Н, соответствующая заданному значению с_м,в случае D T» 0 определяется по формуле

. (2.43)

____________

¹ Формулы пп. 2.1 — 2.16 предназначены для решения прямой задачи расчета концентрации по заданным параметрам источника.

 

Если вычисленному по формуле (2.43) значению H соответствует < 2 м/с, то H уточняется методом последовательных приближений по формуле

, (2.44)

где n_i и п _i-1 - значения определенного по рис. 2.2 или по формулам (2.8) коэффициента п, полученные соответственно по значениям H_i и H_{i -1} (при i = 1 в формуле (2.44) принимается n ₀=1, а значение H_i определяется по (2.43)).

Формулы (2.43), (2.44) используются также для определения H при D T > 0. Если при этом выполняется условие , то найденное H является точным. Если же , то для определения предварительного значения высоты H используется формула

. (2.45)

По найденному значению H определяются на основании формул (2.3) — (2.6) величины f, u _м, и f_e и устанавливается в первом приближении произведение коэффициентов m и n. Дальнейшие уточнения значения H выполняются по формуле

, (2.46)

где m_i, n_i соответствуют H_i, а т_{i -1}, п_{i -1} — Н_i (при i = 1 принимается т ₀= n ₀= 1, a H ₀ определяется по (2.45)).

Примечания: 1. Уточнение значения Н по формулам (2.44) и (2.46) производится до тех пор, пока два последовательно найденных значения Н (Н_i и H_i+i) будут различаться менее чем на 1 м.

2. При одновременной необходимости учета влияния рельефа местности и застройки в формулах (2.41) — (2.43) и (2.45) за величину h принимается произведение поправок к максимальной концентрации на рельеф и застройку, определенных согласно разделу 4 и приложению 2.

 

2.18. В случае выбросов в атмосферу, обусловленных сжиганием топлива, при фиксированных высоте и диаметре устья трубы соответствующий с_м расход топлива Р (т/ч) определяется по формуле

, (2.47)

где d ₃ (г/кг) - количество выбрасываемого в атмосферу вредного вещества на единицу массы топлива (в необходимых случаях с учетом пылегазоочистки); d ₄ (м³/кг) — расход газовоздушной смеси, выделяющейся на единицу массы топлива.

2.19. Для каждого источника радиус зоны влияния рассчитывается как наибольшее из двух расстояний от источника х ₁ и х ₂, где х ₁= 10 х _м, а величина х ₂ определяется как расстояние от источника, начиная с которого с £ 0,05 ПДК.

Примечание. Значение х ₂ при ручных расчетах находится графически с помощью рис. 2.4 а, б. На вертикальной оси откладывается точка 0,05 ПДК/ с_м, через которую проводится параллельная горизонтальной оси линия до пересечения с графиком функции s ₁ за максимумом. Из точки пересечения опускается перпендикуляр на горизонтальную ось, полученное значение х/х_м умножается на х_м, в результате чего определяется искомое значение. При с_м £ 0,05 ПДК значение х ₂ полагается равным нулю.

 

2.20. При полной нагрузке оборудования средняя концентрация (г/м³) в устье источника, равная

, (2.48)

определяется по формулам:

при f < 100; (2.49а)

при f ³ 100 или DT» 0, (2.49б)

 

где с_м (мг/м³) — соответствующая максимальная приземная концентрация.