Курсовая работа по дисциплине Физико-химические процессы в техносфере

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФГБ ОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

специальность – 280700.62 Техносферная безопасность

Курсовая работа

        по дисциплине: Физико-химические процессы в техносфере

Проверил:                                                                   Выполнил:                                                                                                              

__Манаков Д.В._____________                 Студент:_Чернецкий В.В._______

        (заметка о зачете)

Рецензент:____________________                        Шифр: 1317-п/ТБб-1029______        

 ___________________________________

                                (подпись)

____________________________

                      (дата)

Калининград 2016 г

СОДЕРЖАНИЕ

1. Расчет загрязнения атмосферы в жилой зоне котельной локомотивного депо………………………………………………………….……………...…3
2. 1.1 Краткая характеристика предприятия как источника загрязнения атмосферы…………………………………………………………………….....3
3. 1.2 Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в дымовых газов котельной при сжигании твердого топлива…………………………....5
4. 1.2.1 Валовые и максимально-разовые выбросы твердых частиц………...6
5. 1.2.2 Расчет выбросов оксида азота при сжигании твердого топлива.......……………………………………………...…………………………..8
6. 1.2.3 Расчет выбросов оксидов серы……..………………………………..10
7. 1.2.4 Расчет выбросов оксида углерода…………………………………11
8. 1.2.5 Расчетное определение выбросов бенз(а)пирена в атмосферу паровыми и водогрейными котлами……………………………………………13
9. 1.2.6 Суммарные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу котельной Локомотивного депо……………………………………………………….17
10.  1.3 Расчет рассеивания выбросов загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы…………………………………………………………….18
11. Список используемой литературы………………………………….……34

Расчет загрязнения атмосферы в жилой зоне котельной локомотивного депо

       Провести расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферы из дымовой трубы котельной при сжигании твердого топлива. На основании расчета рассеивании выбросов в приземном слое атмосферы провезти анализ уровня загрязнения атмосферы в контрольных точках селитебной зоны.

1. Краткая характеристика предприятия как источника загрязнения атмосферы.

        Предприятие Локомотивное депо проводит техобслуживание и ремонт электро-  и тепловоз.  Локомотивное депо находится в городе Саратов. Карта-схема предприятия и его района расположения указана на рисунке 1. Перечень объектов, расположенных в восьми направлениях от границы предприятия:

1.  север – автомагистраль;
2. юг – железнодорожные пути;
3. запад – селитебная зона;
4. восток – промышленное предприятие;
5. северо-запад – сады;
6. юго-запад – селитебная зона;
7. северо-восток – лес;
8. юго-восток – промышленные предприятия;

Котельная предприятия осуществляет обогрев производственных помещений и подачу пара для производственных нужд, работает круглосуточно. Данные для расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу из домой трубы котельной предприятия:

1. Температура выбросов 22°С
2. Вид топлива – бурый уголь, Челябинск
3. Степень рециркуляции – 0%
4. Доля воздуха подаваемого помимо горелок,
5. Расход топлива – 4,0 тыс. т/год = 126,84 г/с
6. Номинальная паропроизводительность котла, т/час
7. Производительность парового котла, D = 15,0 т/час
8. Вид топки – с пневматическим забрасывателем и неподвижной решеткой
9. Расход топлива – 670/600/480 кг/час

Характеристики источников загрязнения атмосферы, необходимые для проведения расчетов рассеивании выбросов загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы источник 0001, котельная:

1. Высота, Н – 18 м
2. Диаметр, D – 1.0 м
3. Скорость,  м/с
4. Температура

Рисунок 1. Карта-схема района расположения Локомотивного депо

2. Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в дымовых газов котельной при сжигании твердого топлива

Котельные являются наиболее распространенными источниками загрязнения атмосферного воздуха среды предприятий железнодорожного транспорта ( на их долю приходится до 80% суммы выбросов всех загрязняющих веществ). Паровые котлы котельной вырабатывают пар для технических нужд и обогрева производственных помещений. Для котельный, в зависимости от вида топлива, на котором они работают, нормируемыми являются массы выбросов следующих видов загрязняющих веществ:

- оксид углерода, диоксид азота, оксид азота, диоксид веры, бензапирен, твердые частицы для котельных, работающих на твердом или жидком топливе (летучая зола – сажа; коксовые остатки или мазутная зола в пересчете на ванадий);

- оксид углерода, диоксида азота, оксид азота, диоксид серы, бензапирен ( для котельных, работающих на газообразном топливе: природный, доменный газ).

Расчет выбросов продуктов сгорания (оксида углерода, оксидов азота, бензапирена и т.д.) от котельных осуществляется по «Методике определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал/ч»[4]. В соответствии с методикой проводится расчет валового и максимально-разового выбросов по каждому виду учитываемого загрязняющего вещества.

Ниже приводятся расчетные формулы для определения выбросов загрязняющих веществ дымовой трубой ( источник 0001 на рисунке 1) котельной Локомотивного депо, расположенной в корпусе к. К.

1. Валовые и максимально-разовые выбросы твердых частиц

При сжигании твердого топлива (угля, кокса, торфа) с дымовыми газами в атмосферу выбрасываются твердые частицы: летучая зола и несгоревшее топлива.

Суммарное количество твердых частиц (летучей золы и несгоревшего топлива) , поступающих в атмосферу с дымовыми газами котлов (г/с, т/год),вычисляют по формуле:

где В = 4000 – расход натурального топлива, г/с  (т/год)

 – зольность топлива на рабочую массу, %; для бурых углей принять ;

 - доля золя, уносимой газами из котла (доля золы топлива в уносе);

 - доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях; если золоуловители отсутствуют .

 - потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %; при отсутствии данных можно использовать ориентировочные значения;

 - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

32,68 – теплота сгорания углерода, МДж/кг.

Тогда:

Количество летучей золы (), г/с (т/год), входящее в суммарное количество твердых частиц, уносимых в атмосферу, определяет по формуле:

Количество коксовых остатков при сжигании твердого топлива и сажи при сжигании мазута ( ) г/с  (т/год), образующихся в топке в результате механического недожога топлива и выбрасываемых в атмосферу, определяют по формуле:

В обязательном порядке осуществляем расчет максимально-разовых (г/с) и валовых (т/год) выбросов твердых веществ в атмосферу при сжигании твердого топлива.

2. Расчет выбросов оксида азота при сжигании твердого топлива

Для котлов, оборудованных топками с неподвижной, цепной решеткой, с пневмомеханическим забрасывателем и для шахтных топок с наклонной решеткой суммарное количество оксидов азота  (в г/с, т/год), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами при сжигании твердого топлива, рассчитывается по формуле:

Где  - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

 - потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %;

           - расчетный расход топлива, определяемый по формуле:

В = 4000 т/год – расход натурального топлива, 126,84 г/с;

 – удельный выброс оксида азота при слоевом сжигании твердого топлива, г/МЖд. Рассчитывается по формуле:

Где  - коэффициент избытка воздуха в топке, определяемый по формуле:

Где  – концентрация кислорода в дымовых газах за котлом, %; при отсутствии информации о концентрации кислорода в дымовых газах за котлом можно принимать

 – характеристика гранулометрического состава угля – остаток на сите с размером ячеек 6 мм, %: принимается при расчете равным 1 %;

 - тепловое напряжение зеркала горения, МВт/м², при расчетах можно использовать значение 350 МВт/м²;

 - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов, подаваемых в смеси с дутьевым воздухом под колосниковую решетку, на образование оксида азота:

        r = 0 %, степень рециркуляции дымовых газов;

 – коэффициент пересчета; при определении выбросов в грамм в секунду (г/с)  при определении выбросов в тоннах в год (т\год) .

        В обязательном порядке осуществляется расчет максимально разовых (г/с) и валовых (т/год) выбросов оксида азота в атмосферу при сжигании твердого топлива.

        В связи с установленными раздельными ПДК на оксид и диоксид азота и с учетом трансформации оксидов азота суммарные выбросы оксидов азота разделяются на составляющие по формуле:

3. Расчет выбросов оксидов серы

Суммарное количество оксидов серы , выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами ( г/с, т/год) при сжигании всех видов топлива, вычисляется по формуле:

Где В = 4000 т/год – расход натурального топлива,126,84 г/с;

 - содержание серы в топливе на рабочую массу, равен 1%;

 - доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле; ориентировочные значения при сжигании угля ;

- доля оксида серы, улавливаемых в мокром золоуловителе попутно с улавливанием твердых частиц, при отсутствии золоуловителей принимается равной нулю.

        В обязательном порядке осуществляется расчет максимально разовых (г/с) и валовых (т/год) выбросов диоксида серы в атмосферу при сжигании твердого топлива.

4. Расчет выбросов оксида углерода

Расчет суммарного количества выбросов оксида углерода для твердого и жидкого топлива, г/с (т/год), выполняется по соотношению:

Где В – расход топлива, 4000 т/год (126,84 г/с);

 - выход оксида углерода при сжигании топлива, г/кг или кг/т, рассчитывается по формуле:

Где  - потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива;

        R – коэффициент, учитывающий долю вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную наличием в продуктах неполного сгорания оксида углерода; принимается для твердого топлива 1,0;

         - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

         - потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %;

        Ориентировочная оценка суммарного количества выбросов оксида углерода  (г/с, т/год) может проводиться по формуле:

Где  - количество оксида углерода, образующееся на единицу тепла, выделяющегося при горении топлива, 0,7 кг/ГДж.

5. Расчетное определение выбросов бенз(а)пирена в атмосферу паровыми и водогрейными котлами

Выбросы бенз(а)пирена, поступающего в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т/год), рассчитывается по уравнению:

;

.

Где  - массовая концентрация бенз(а)пирена в сухих дымовых газах при стандартном коэффициенте избытка воздуха  и нормальных уравнениях², мг/м³;

         - расчетный расход топлива; при определении выбросов в граммах в секунду  берется в т/ч; при определении выбросов в тоннах в год  берется в т/год;

 – объем сухих дымовых газов, образующихся при полном сгорании 1 кг топлива, при  топлива. При расчетах использовать значение  равное 2 м³/кг топлива – для твердого топлива;

         – коэффициент пересчета; при определении выбросов в г/с  при определении выбросов в тоннах в год

        Расчетный расход топлива  т/ч или т/год, определяется по соотношению:

;

.

Где В – полный расход топлива на котел, 126,84 г/с,  0,46 т/ч или 4000 т/год;

         - потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, 9 %;

        Концентрация бенз(а)пирена в сухих дымовых газах котлов при слоевом сжигании твердых топлив  (мг/нм³), приведенная к избытку воздуха в газах  рассчитывается по формуле:

Где А – коэффициент, характеризующий тип колосниковой решетки и вид топлива; коэффициент А принимают равным:

- для углей, антрацитов и сланцев……2,5

         - низшая теплота сгорания топлива, 14,19 МДж/кг;

        R – коэффициент, характеризующий температурный уровень экранов;

- для

- для

 - температура насыщения при давлении в барабане паровых котлов или на выходе  из котла для водогрейных котлов;

         - коэффициент, учитывающий степень улавливания бенз(а)пирена золоуловителем и определяемый по соотношению:

Где  – степень очистки газов в золоуловителе, доли единицы, при отсутствии золоуловителя ;

        z – коэффициент, учитывающий снижение улавливающей способности золоуловителем бенз(а)пирена:

        при температуре газов перед золоуловителем

          z=0.8 – для сухих золоуловителей

        z=0.9 – для мокрых золоуловителей

        при температуре газов перед золоуловителем  

          z=0.7 – для сухих золоуловителей

        z=0.8 – для мокрых золоуловителей

        Принимается

         - коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, (определяется по графику рисунка 1.2 для случая подачи воздуха в шлицы под горелки);

         - коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, (определяется по графику рисунка 1.4 в зависимости от относительной нагрузки котла ); значения номинальной и фактической паропроиводительности  D = 15 т/час,  = 25 т/час.

         - коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжигания на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, (определяется по графику рисунка 1.3 в зависимости от доли воздуха , подаваемого помимо горелок).

          Коэффициенты, учитывающие влияние различных факторов на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания.

        В обязательном порядке осуществляется расчет максимально разовых (г/с) и валовых (т/год) выбросов бенз(а) пирена в атмосферу при сжигании твердого топлива.

6. Суммарные  выбросы загрязняющих веществ в атмосферу котельной Локомотивного депо.

Результатами расчетов выбросов всех загрязняющих веществ в атмосферу источником 0001 Локомотивного депо заносятся в таблицу 1. В таблице приведены значения максимально разовых концентраций вредных веществ, установленные не для населенных пунктов. Данные таблицы 1 используются при проведении расчетов рассеивания выбросов загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы и при установлении нормативов их предельно-допустимых выбросов.

Таблица 1 – Валовые и максимально-разовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу котельной Локомотивного депо

2. Расчет рассеивания выбросов загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы

Степень загрязнения атмосферного воздуха промышленными выбросами из дымовых труб определяется по наибольшему значению концентрации вредных веществ – См, мг/м³ в приземном слое атмосферы. Выбросы в атмосферу должны лимитироваться таким образом, чтобы с учетом рассеивания примесей концентрация каждого вредного вещества в приземном слое атмосферного воздуха не превышала санитарную норму: в воздухе на территории предприятия 30 % предельно допустимой концентрации вредного вещества рабочей зоны (, в воздухе населенных пунктов – величины максимальной разовой предельно допустимой концентрации - . ограничение на содержание примесей в воздухе на территории предприятия связано с его использованием для вентиляции производственных помещений. Для зон санитарной охраны курортов, мест размещения крупных санаториев и домов отдыха, зон отдыха, парков городов, садовых кооперативов, а также для других территорий с повышенными требованиями к охране атмосферного воздуха - .

Нормирование выбросов строящегося предприятия проводят с учетом присутствующих в воздухе примесей. Содержание этих примесей рассматривают в качестве фоновой концентрации . в связи отсутствием данных Гидромета по фоновым концентрациям принимать значение фоновой концентрации для всех загрязняющих веществ равным десятой части его максимально-разовой предельно-допустимой концентрации.

В результате распространения (рассеивания) выбросов концентрация вредных веществ, попавших в атмосферу, уменьшается при удалении от дымовой трубы. Расчет рассеивания загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы выполняется по методике ОНД-86, при этом в первую очередь определяется целесообразность проведения расчетов рассеивания выбросов загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы.

Оценка целесообразности проведения расчетов рассеивания выбросов загрязняющих веществ для Локомотивного депо осуществляется в соответствии с ОНД-86, согласно которому детальные расчеты загрязнения атмосферы не проводятся при соблюдении условия:

 Где  - сумма максимальных концентраций j-го вещества от совокупности источников данного предприятия, мг/м³;

 - коэффициент целесообразности расчета,

        Для расчета рассеивания загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы используется карта-схема местности, представленная на рисунке 1.

        Размер нормативной санитарно-защитной зоны (НСЗЗ) Локомотивного депо согласно санитарной классификации действующего СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 принимается равным 100 м. на рисунке 1 приведены нормативная санитарно-защитная зона предприятия и контрольные точки НСЗЗ (к.т.1-8).

        При расчете рассеивания выбросов и значений концентраций вредного вещества согласно ОНД-86 в качестве предельно-допустимой концентрации рассматриваемого вещества в атмосферном воздухе (ПД) используется значение максимально разовых ПДК, усредненных за 20-ти – 30-ти минутный интервал (). Для веществ, для которых установлены только среднесуточные концентрации , в соответствии с ОНД-86 [10], «Методическим пособием…» [15] при расчетах рассеивания выбросов ЗВ используется значение . Для веществ, для которых установлены значения ОБУ, при расчетах рассеивания выбросов ЗВ используется значение . Для веществ, для которых отсутствуют гигиенические критерии качества воздуха:  но есть значения  при расчетах рассеивания выбросов ЗВ используется значение  Используемые при проведении расчетов рассеивания значения максимально разовых, среднесуточных предельно допустимых концентраций, ОБУВ загрязняющих веществ приведены в таблице 1.

        В соответствии с инфраструктурой района расположения предприятия в контрольных (расчетных) точек выбираются точки селитебной (жилой) зоны и зон отдыха (соды, парки отдыха и т.д.), расположенных внутри НСЗЗ, точки НСЗЗ (всего 8 расчетных точек по всем направлениям).

        Анализ рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе предполагает:

1. Определение величины концентрации вредного вещества в точке максимального загрязнения слоя воздуха вблизи земной поверхности (до высоты 2 м).
2. Определение расстояния от источника выброса до места, где наблюдается максимальная концентрация вредного вещества.
3. Расчет и анализ распределения концентрации вредного вещества в приземном слое атмосферы над прилегающей территорией.
4. Оценку загрязнения атмосферы в контрольных точках на границе селитебной (жилой) зоны и зон отдыха.

В соответствии с ОНД-86 [10] осуществляется расчет наибольшей концентрации вредного вещества в приземном слое воздуха, расстояния от источника выброса до места максимального загрязнения воздуха, опасной скорости ветра. Полученные значения применяются при дальнейшем анализе воздействия предприятия на атмосферный воздух.

Выше даны характеристики источников загрязнения атмосферы, необходимые для проведения расчетов рассеивании выбросов загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы. Координаты и место расположение источников загрязнения атмосферы определяются по карте-схеме (рис. 1.)

Максимальная приземная концентрация вредных веществ – СМ, мг/м3, при рассеивании нагретой газовоздушной смеси из одиночного точечного источника (трубы) с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм (м) от источника и рассчитывается по формуле:

где A – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;

M (г/с) – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени (определяется в разделе 1.2, результат расчета представляется в таблице 1.4); Значение M  следует относить к 20-30-минутному периоду осреднения, в том числе и в случаях, когда продолжительность выброса менее 20 мин.

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 H=2 м), берется из таблицы 3 Приложения 1;

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

ΔT (°C) - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Tг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв, значения которой приводятся в таблице 4 приложения - температуру окружающего атмосферного воздуха Тв (°С) принимаем равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года;

V1 (м3/c) – расход газовоздушной смеси, определяемый по формуле:

 м3/c    (1.20)          

где    D (м) – диаметр устья источника выброса;

ω0 (м/с) – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

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., Бурятии и Читинской области;

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

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

г) 160 – для Европейской территории РФ и Урала севернее 52°с.ш. (за исключением Центра ETC);

д) 140 – для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей (Центр ETC).

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Принимает следующие значения: для газов и мелкодисперсных аэрозолей F = 1, для пыли и золы с учетом коэффициента очистки газоочистной установки:

при η > 90 %       F = 2;

при η = 75–90 % F = 2,5;

при η < 75 %       F = 3.

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, υм, υ′м и fe:

f = 1000                                                   (1.21)

υм = 0,65                                                   (1.22)

υ′м = 1,3                                                      (1.23)

fe = 800 (υ′м)3                                                      (1.24)

В формулы (1.21) и (1.22) подставляется положительное значение разности температур ΔТ.

Коэффициент m определяется в зависимости от f  по рисунку 1.5.

Рисунок 1.5 – Зависимость коэффициента m от f

Коэффициент n при f <100 определяется в зависимости от υм по рис. 1.6.

Полученные по формуле (1.19) в зависимости от параметров f, υм, υ′м и fe значения максимальных приземных концентраций Cм для всех загрязняющих веществ вносятся в таблицу 1.5. В этой таблице также приводятся результаты расчета целесообразности проведения расчетов рассеивания для всех загрязняющих веществ по формуле (1.18).

Для fe< f <100 значение коэффициента m вычисляется при f =fe.

Рисунок 1.6 – Зависимость коэффициента n от υм, υ′м

По рисункам 1.5 и 1.6 принимаем m=1  и n=1,2.

Определим максимальную приземную концентрацию вредных веществ:

Расстояние Xм (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация С (мг/м3) при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения См, определяется по формуле:

Хм=dH                                                  (1.25)

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

d = 2,48(1+0,28) при υм≤ 0,5;                                (1.26)

d = 4,95υм (1+0,28) при 0,5<υм≤ 2;                            (1.27)

d = 7 (1+0,28) при υм> 2.                                 (1.28)

Для f >100 или ΔT ≈ 0 значение d находится по формулам:

d=5,7 при υм′ ≤ 0,5                                                (1.29)

d=11,4 υм′ при   0,5<υм′≤ 2                                       (1.30)

d=16  при υм′> 2                                           (1.31)

Значение опасной скорости 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 формулам:

uм = 0,5 при υм ≤ 0,5;                                            (1.32)

uм = υм при 0,5<υм≤ 2                                           (1.33)

uм = υм (1+0,12 при υм> 2                                     (1.34)

При f ≥100 или ΔT ≈ 0 значение uм  вычисляется по формулам:

uм = 0,5 при υм ≤ 0,5;                                              (1.35)

uм = υм′ при 0,5<υм′≤ 2;                                          (1.36)

uм = 2,2υм′ при υм′> 2                                             (1.37)

Рисунок 1.7 – Зависимость r и p от отношения u/uм

Если для загрязняющего вещества соблюдается условиеСмj/ПДК ≤ Е3=0,1 (графа 11 в таблице 1.5), то для него дальнейшие расчеты рассеивания выбросов не проводятся.

Расстояние от источника выброса Xмu (м), на котором при скорости ветра u и неблагоприятных метеорологических условиях приземная концентрация вредных веществ достигает максимального значения Cмu (мг/м3), определяется по формуле:

Xмu = p Xм                                (1.38)

где p – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения u/uм 

по рисунку 1.7. Проводить расчеты при скорости ветра, равной опасной: u=uм.

Xмu = 4∙ 135,18 = 540.72 м.

Полученные значения опасной скорости uм, расстояния от источника выброса Xм и Xмu приводятся в таблице 1.5. Для загрязняющих веществ, для которых соблюдается условиеСмj/ПДК > Е3=0,1 (графа 11 в табл. 1.5) осуществляется расчет максимальной приземной концентрации в контрольных точках селитебной зоны (жилой зоны и зоны отдыха – парков, садов).

Таблица 1.5 – Результаты расчета максимальной концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы

На рисунке 1.1 приведены контрольные точки:

к.т. 1 – к.т. 8 - контрольные точки санитарно-защитной зоны,

к.т. 9 – к.т. 16 - контрольные точки на границе объектов, расположенных в санитарно-защитной зоне предприятия. Из этих точек выбираются точки, соответствующие по заданию, приведенному в таблице 2 Приложения 1, селитебной зоне (жилой зоне и зоне отдыха – паркам, садам). В подпись к рисунку 1.1 вносятся номера контрольных точек селитебной зоны.

Расчет максимальной приземной концентрации загрязняющих веществ проводится только в контрольных точках селитебной зоны в соответствии с заданием и осуществляется по значению расстояния Х (м) от источника выброса до контрольной точки, определяемого по карте-схеме. Далее рассчитывается соотношение X/Xм и приземная концентрация вредных веществ C (мг/м3) по оси факела выброса на расстоянии X (м). При опасной скорости ветра uм приземная концентрация вредных веществ C (мг/м3) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях X (м) от источника выброса определяется по формуле

С = s1Cм                                                       (1.39)

где s1 – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения X/Xм и коэффициента F по рис. 1.8.

Для низких и наземных источников (высотой Н менее 10 м) при значениях X/Xм <1 величина s1 в (1.39) заменяется на величину s1н, определяемую в зависимости от соотношения X/Xм и высоты источника H по рисунку 1.9.

Код загрязняющего вещества (ЗВ), предельно-допустимая концентрация ЗВ (ПДКi), используемая при расчетах рассеивания берутся из таблицы 1 Приложения 1. ПДКj – предельно-допустимая концентрация рассматриваемого вещества в атмосферном воздухе, утвержденная Минздравом РФ. Согласно ОНД-86 используется значение максимально разовых ПДК, усредненных за 20-ти – 30-ти минутный интервал (ПДКм.р.j). Для веществ, для которых установлены только среднесуточные концентрации ПДКс.с., в соответствии с ОНД-86 при расчетах рассеивания выбросов ЗВ используется значение ПДКj = 10 ПДКс.с.j. Для веществ, для которых установлены ОБУВj, при расчетах рассеивания выбросов загрязняющих веществ используется значение ПДКj = ОБУВj.

Сф – фоновая концентрация загрязняющего вещества. Фоновая концентрация является характеристикой загрязнения атмосферы и характеризует суммарную концентрацию загрязняющего вещества, создаваемую всеми источниками, расположенными на данной территории. Фоновая концентрация, в долях ПДК, при расчетах принимается равной 0,1 ПДК для диоксида азота, оксида азота, оксида углерода, диоксида серы.

Результаты расчета максимальной приземной концентрации загрязняющих веществ в контрольных точках Ск.т., мг/м3 (без учета фона) и Ск.т.+Сф, мг/м3 (с учетом фона)  заносятся в таблицу 1.6.

На основании результатов расчета рассеивания выбросов загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы (табл. 1.6) провести анализ уровня загрязнения атмосферы в контрольных точках селитебной зоны.

Рисунок 1.8 – Зависимость s1 от отношения X/Xм

Рисунок 1.9 – Зависимость s1н от отношения X/Xм

При X/Xм =1,26 примем s1 = 1,0;

при X/Xм = 3,69 примем s1 = 0,4;

при X/Xм =3,55 примем s1 = 0,43;

при X/Xм =3,32 примем s1 = 0,45.

Приземная концентрация сажи (углерода черного) в контрольных точках:

Ск.т.10 = 1,0 ∙ 0,169 = 0,169 мг/м3;

Ск.т.12 = 0,4∙ 0,169= 0,0676 мг/м3;

Ск.т.13 = 0,43∙ 0,169= 0,072 мг/м3;

Ск.т.14 = 0,45∙ 0,169= 0,076 мг/м3.

Приземная концентрация ангидрида сернистого в контрольных точках:

Ск.т.10 = 1,0 ∙ 0,078 = 0,078 мг/м3;

Ск.т.12 = 0,4 ∙ 0,078 = 0,031 мг/м3;

Ск.т.13 = 0,43 ∙ 0,078 = 0,033 мг/м3;

Ск.т.14 = 0,45∙ 0,078  = 0,035 мг/м3.

Приземная концентрация оксида углерода в контрольных точках:

Ск.т.10 = 1,0 ∙ 0.07 = 0.07 мг/м3;

Ск.т.12 = 0,4 ∙ 0.07 = 0.028 мг/м3;

Ск.т.13 = 0,43 ∙ 0.07 = 0.03 мг/м3;

Ск.т.14 = 0,45 ∙ 0.07 = 0.032 мг/м3.

Приземная концентрация сажи (углерода черного) в контрольных точках с учетом фона:

Ск.т.10 + Сф = 0.169 + 0,15 ∙0,1  = 0,184 мг/м3;

Ск.т.12 + Сф = 0,0676 + 0,15 ∙0,1  = 0,0826 мг/м3;

Ск.т.13 + Сф = 0,072 + 0,15 ∙0,1  = 0,087 мг/м3;

Ск.т.14 + Сф = 0,076 + 0,15 ∙0,1  = 0,091 мг/м3.

Приземная концентрация ангидрида сернистого в контрольных точках с учетом фона:

Ск.т.10 + Сф = 0,078 + 0,5 ∙0,1  = 0,128 мг/м3;

Ск.т.12 + Сф = 0,031 + 0,5 ∙0,1  = 0,081 мг/м3;

Ск.т.13 + Сф = 0,033 + 0,5 ∙0,1  = 0,083 мг/м3;

Ск.т.14 + Сф = 0,035 + 0,5 ∙0,1  = 0,085 мг/м3.

Приземная концентрация оксида углерода в контрольных точках с учетом фона:

Ск.т.10 + Сф = 0.07 + 5 ∙0,1  = 0.57 мг/м3;

Ск.т.12 + Сф = 0.028 + 5 ∙0,1  = 0.528 мг/м3;

Ск.т.13 + Сф = 0.03 + 5 ∙0,1  = 0.53 мг/м3;

Ск.т.14 + Сф = 0.031 + 5 ∙0,1  = 0.531 мг/м3.

Таблица 1.6 – Результаты расчета максимальной приземной концентрации ЗВ в контрольных точках селитебной зоны

Вывод: расчеты выбросов загрязняющих веществ в атмосферу из дымовой трубы котельной при сжигании твердого топлива, показали, что максимальный выброс составил диоксида азота – 1.096  г/с, оксида азота –   0,1781 г/с, сажи – 4.91383 г/с, ангидрида сернистого – 2.283 г/с, оксида углерода – 1.15 г/с, бенз(а)пирена – 0.327·10-5 г/с, золы угольной – 0,04617 г/с.

Концентрация вредных веществ в точке максимального загрязнения слоя воздуха вблизи земной поверхности следующая диоксида азота – 0,037 мг/м3, оксида азота – 0,006 мг/м3, сажи (черный углерод) – 0,169 мг/м3, ангидрида сернистого – 0,078 мг/м3, оксида углерода – 0.07 мг/м3, бенз(а)пирена – 1.12 ·10-5 мг/м3, золы угольной – 0,001 мг/м3.

Расстояние от источника выброса до места, где наблюдается максимальная концентрация вредного вещества, составляет 135,18 м.

Оценка загрязнения атмосферы в контрольных точках на границе селитебной (жилой) зоны и зон отдыха выявила превышение ПДК сажи (углерода черного) в 2,6-5,7 раза с учетом фона и превышение оксида углерода в точке 10 в 1,9 раза.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федеральный Закон «Об охране атмосферного воздуха» М, 1999.
2. Федеральный Закон «Об охране окружающей среды» М., 2002.
3. Перечень документов по расчету выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферный воздух, действующих в 2001 – 2002 годах. СПб., 2001.
4. Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час, или менее 20 Гкал в час. М., 1999.
5. ГН 2.1.6.1338-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
6. ГН 2.1.6.1339-03 ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
7. Методические указания по выполнению и защите выпускных квалификационных работ. – М.: РГОТУПС. – 2004.
8. СанПиН 2.1.6.1032-01. Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест.
9. РД 52 04. 186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы, М, 1991.
10.  ОНД-86. Госкомгидромет. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Л., Гидрометеоиздат. 1987.
11.  СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. Минздрав России. М., 2003 г.
12.  Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. (дополненное и переработанное) НИИ Атмосфера. С.-пб., 2005.