Практическая работа № 1

Практическая работа № 1
РАСЧЕТ РАССЕИВАНИЯ НАГРЕТЫХ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В
АТМОСФЕРЕ
Цель: Произвести расчет рассеивания нагретого выброса вредного
вещества из высокого одиночного источника с круглым устьем (труба) в
атмосфере.
Теоретическая часть
Расчет рассеивания нагретых выбросов вредных веществ в атмосфере
производится в соответствии с «Методикой расчета концентраций вредных
веществ, содержащихся в выбросах предприятий в атмосферу» (ОНД – 86).
Степень опасности загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха
вредными веществами определяют по наибольшему рассчитанному
значению приземной концентрации вредных веществ, которая может
устанавливаться на некотором расстоянии от источника выброса при
наиболее неблагоприятных метеорологических условиях. Значения
наибольшей концентрации каждого вредного вещества в приземном слое
атмосферы См не должны превышать максимальной разовой предельно
допустимой концентрации данного вредного вещества в атмосферном
воздухе ПДКм.р.:
См ≤ ПДКм.р.
(1.1)
При одновременном присутствии в атмосфере нескольких вредных
веществ, обладающих однонаправленным характером действия, их
безразмерная суммарная концентрация не должна превышать единицы:
g=
C1
ПДК1
+
С2
ПДК2
+ ⋯+
С𝑛
ПДК𝑛
≤ 1,
(1.2)
где g – безразмерная суммарная концентрация группы вредных веществ,
обладающих однонаправленным действием;
С1, С2,..., Сn – концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в
одной и той же точке местности, мг/м3;
ПДК1, ПДК2, ... ПДКn – соответствующие максимальные разовые
предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном
воздухе, мг/м3.
Максимальная концентрация См (мг/м3) вредного вещества в приземном
слое при нагретых газопылевых выбросах через трубы с круглым устьем для
одиночного источника определяется по формуле:
См =
где
А
–
М
–
F
–
m,
n
H
–
𝜂
–
ΔT
–
–
–
𝐴∙𝑀∙𝐹∙𝑚∙𝑛∙𝜂
3
𝐻 2 ∙ √𝒬∙∆𝑇
,
(1.3)
коэффициент, зависящий от температурной стратификации
атмосферы,
определяющей
условия
вертикального
и
горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном
воздухе;
масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, в
единицу времени, г/с;
безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания
вредных веществ в атмосферном воздухе;
безразмерные коэффициенты, учитывающие условиявыхода
газовоздушной смеси из устья источника выброса;
высота источника выброса над уровнем земли, м; (для наземных
источников при расчетах принимается H=2м);
безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа
местности (для ровной или слабопересеченной местности с
перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, 𝜼 = 1);
разность между температурой выбрасываемой газовоздушной
смеси Tг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв,
равной средней температуре самого жаркого месяца в 13 ч, °С,
ΔТ = Тг – Тв
объемный расход газовоздушной смеси, поступающей от
источника в атмосферу (м3/с), определяемый по формуле:
𝒬=
𝜋∙𝐷2
4
∙ 𝜔0 ,
(1.4)
где D – диаметр устья источника выброса (табл. 1), м;
ω0 – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника
выброса, м/с.
Значения коэффициента А зависят от географического района, для
Нижнего Поволжья А = 200.
Значение безразмерного коэффициента F для газообразных вредных
веществ и мелкодисперсных аэрозолей, скорость упорядоченного оседания
которых практически равна нулю, принимают равным единице (F= 1), для
пыли и золы коэффициент F выбирают из условий: выше 90% – 2; от 75 до 90
% – 2,5; менее 75 % – 3.
Безразмерный коэффициент m определяют по формуле:
𝑚=
1
3
0,67+0,1√𝑓+0,34 √𝑓
где f – коэффициент, м/с2 (°С), определяемый по формуле:
(1.5)
𝑓=
𝐷∙𝜔02
𝐻 2 ∙∆𝑇
∙ 103
(1.6)
Коэффициент n определяется в зависимости от опасной скорости
VM (м/с):
при
𝑉 ≤ 0,5
𝑛 = 4,4 𝑉м ;
при
0,5 ≤ 𝑉 < 2
𝑛 = 0,532 𝑉м 2 − 2,13 𝑉м + 3,13;
при
𝑉≥2
𝑛 = 1.
ветра
(1.7)
(1.8)
(1.9)
Для нагретых выбросов VM определяется по формуле:
3
𝑉м = 0,65√
𝒬∙∆𝑇
Н
.
(1.10)
Расстояние хм (м), на котором образуется максимальная концентрация
вредных веществ по оси факела, определяется по формулам:
а) для газообразных и мелкодисперсных примесей (F = 1)
хм = 𝑑 ∙ 𝐻;
(1.11)
б) для пыли и золы (F > 2)
хм = [
5−𝐹
4
] ∙ 𝑑 ∙ 𝐻;
(1.12)
где d – безразмерный коэффициент, значение которого для нагретых выбросов определяется по формулам:
3
при
𝑉м ≤ 2
𝑑 = 4,95 ∙ 𝑉м (1 + 0,28√𝑓
(1.13)
);
3
при
𝑉м > 2
𝑑 = 7 ∙ √𝑉м ∙ (1 + 0,28√𝑓).
(1.14)
Приземные концентрации вредных веществ в атмосфере на различных
расстояниях от источников выброса по оси факела определяются по
формуле:
𝐶 = 𝑆 ∙ 𝐶м ,
(1.15)
где S – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения
х/хм и коэффициента F:
х
при
при
при
при
1<
х
хм
х
хм
хм
𝑥 4
≤1
≤8
𝑆=
>8 и𝐹 = 1
х
хм
𝑥 3
𝑥 2
𝑆 = 3( ) − 8( ) + 6( ) ;
𝑥
𝑥
𝑥
1,13
0,13(
𝑥 2
) +1
𝑥м
𝑆=
3,58(
>8 и𝐹 ≥2
м
𝑆=
м
м
;
(1.16)
(1.17)
𝑥
𝑥м
𝑥 2
𝑥
) −35,2( )+120
𝑥м
𝑥м
1
𝑥 2
𝑥
0,1( ) +2,47( )−17,8
𝑥м
𝑥м
.
;
(1.18)
(1.19)
Предельно допустимый выброс вредного вещества в атмосферу ПДВ
(г/с), при котором его максимальная концентрация в приземном слое воздуха
не превышает ПДКм.р., для нагретых выбросов определяется по формуле:
ПДВ =
ПДКм.р. ∙Н2 ∙ 3√𝒬∙∆Т
(1.20)
А∙𝐹∙𝑚∙𝑛∙𝜂
Минимальную высоту Нмin источника выброса для рассеивания выбросов через одиночный источник, при которой максимальная концентрация
вредного вещества в приземном слое не превышает ПДКм.р., можно
определить по формуле:
𝐻𝑚𝑖𝑛 = (
А∙𝐹∙𝑚∙𝑛∙𝜂
3
ПДКм.р. ∙ √𝒬∙∆Т
)
(1.21)
Исходные данные для практической работы № 1
Исходные данные для практической работы «Расчёт рассеивания нагретых
выбросов вредных веществ в атмосфере» возьмите в табл. 1.1. Номер варианта
соответствует двум последним цифрам зачётной книжки.
Таблица 1.1
Исходные данные для практической работы «Расчёт рассеивания
нагретых выбросов вредных веществ в атмосфере»
Вредн
Номер
ое
вариан
вещест
та
во
1
SO2
2
SO2
3
SO2
4
SO2
5
SO2
6
SO2
7
NО2
8
NО2
9
NО2
10
NО2
11
NО2
12
NО2
13
NO
14
NO
15
NO
16
NO
17
NO
Н,
м
Тг
°C
Tв
°С
D,
м
𝜔0 ,
м/с
M,
г/c
ПДКм.р.
мг/м3
25
30
35
30
40
30
40
25
20
25
35
30
35
20
30
35
25
120
125
130
110
135
120
135
120
110
115
120
125
110
120
125
130
120
25
30
25
25
30
30
30
30
25
30
25
30
25
25
30
25
27
1,2
1,0
1,4
1,3
1,2
1.0
1,2
1,0
0,8
1,0
1,2
1,5
1,3
1.4
1,2
1,4
1,3
8
12
9
10
10
12
10
8
11
10
9
7
7
8
12
8
9
8
10
12
9
14
10
10
8
12
11
12
8
10
10
12
9
10
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,085
0,085
0,085
0,085
0,085
0,085
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
Вредн
Номер
ое
вариан
вещест
та
во
18
NO
19
CO
20
CO
21
CO
22
CO
23
CO
24
CO
25
CO
Н,
м
Тг
°C
Tв
°С
D,
м
𝜔0 ,
м/с
M,
г/c
ПДКм.р.
мг/м3
40
30
35
25
40
20
25
30
135
100
110
120
130
140
130
120
30
15
30
25
30
25
30
20
L5
1,0
1,2
1,2
1,5
0,8
1.0
1,7
7
6
9
10
12
8
10
10
10
8
12
14
15
12
10
15
0,6
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
Порядок расчёта рассеивания нагретых выбросов вредных веществ в атмосфере
a. Определите максимальную концентрацию См вредного вещества
в приземном слое атмосферы по формуле 1.3, для этого:
1) вычислите разность между температурой выбрасываемой
газовоздушной смеси Tг и температурой окружающего
атмосферного воздуха Тв, равной средней температуре самого
жаркого месяца в 13 ч, °С, ΔТ = Тг – Тв;
2) определите объемный расход газовоздушной смеси, поступающей
от источника в атмосферу (м3/с), по формуле 1.4;
3) необходимые коэффициенты определите по формулам 1.5-1.10.
b. Сравните максимальную концентрацию См с максимальной
разовой предельно допустимой концентрацией ПДКм.р. данного вредного
вещества (формула 1.1); сделайте выводы о соблюдении санитарных
норм.
c. Определите расстояние хм, на котором образуется максимальная
концентрация вредного вещества (формулы 1.11-1.14).
d. Определите концентрации вредного вещества С на различных
расстояниях х от источника выброса для построения графика
распределения концентраций (значения х рекомендуется принять 100,
500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000 м) (формулы 1.15-1.19)
(Рисунок 1).
e. Постройте график распределения концентраций.
f. Рассчитайте предельно допустимый выброс вредного вещества в
атмосферу (формула 1.20).
g. Определите минимальную высоту источника выброса Нmin.
Концентрация, мг/м3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
1000
2000
3000
Расстояние от источника, м
4000
Рисунок 1 – Пример графика (пункт e)
Содержание отчёта по практической работе № 1
В отчёте по практической работе № 1 «Расчёт рассеивания нагретых
выбросов вредных веществ в атмосфере» приведите:
1.
2.
3.
4.
титульный лист (приложение 1);
задание с исходными данными;
расчет рассеивания нагретого выброса вредного вещества;
выводы.