Расчет предельно-допустимых выбросов котельной

 
 
 
                                                                                      ,                                   (3.11);                                                   
 
                                                                                                                                                                                                                                  
 
          –    при 0,5 < ν_m ≤ 2 величина (d) вычисляется по формуле (3.12): 
   ,                             (3.12); 
         –    при ν_m > 2 величина (d) вычисляется по формуле (3.13):                       
 ,                                  (3.13). 
Величины приземных концентраций примесей (С) (меньше, чем С_м) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях от источника выброса определяются по формуле (3.14): 
 
  
 
,                                                   (3.14) 
где S₁ – безразмерная величина, определяемая при опасной скорости ветра в зависимости от отношения X/X_м : 
 
-          при X/X_м ≤ 1 величина (S₁) рассчитывается по формуле (3.15): 
 

 
 
 
                                                                                           ,                              (3.15); 
-          при 1 < X/X_м ≤ 8 величина (S₁) рассчитывается по формуле (3.16): 
,                                        (3.16); 
-          при X/X_м > 8 необходимо учитывать параметр F: 
 
-         если F ≤ 1,5 величина (S₁) рассчитывается по формуле (3.17): 
 

 
 
 
 
 
                                                                                                   ,                      (3.17); 
-         если F > 1,5 величина (S₁) рассчитывается по формуле (3.18): 

 
 
 
                                                                                                 ,                        (3.18). 
Если известны С_м и X_м, то приняв С = ПДК можно по формуле (3.13) определить S₁, а затем определить соотношение X/X_м и далее определить Х, то есть, безопасное по оси факела выброса расстояние, на котором С = ПДК (размер санитарно – защитной зоны предприятия). 
 
Минимальная высота трубы H_min (рис. 3.1) и размеры санитарно – защитной зоны (СЗЗ) определяются из основной формуле рассеивания выбросов (3.2) при фиксированном значении ПДВ [2]. Полученный по расчету размер СЗЗ (Х) должен уточняться в сторону увеличения в зависимости от розы ветров на участке предприятия по формуле (3.19): 

 (3.19) 
где L₀ – расчетное расстояние от источников загрязнения до границ СЗЗ (без учета поправки на розу ветров), до которого концентрации вредных веществ больше ПДК, м; 
 
Р – среднегодовая повторяемость направлений ветров рассматриваемого румба, %; 
 
Р₀ – повторяемость направлений ветров одного румба (при восьми румбовой розе ветров Р₀ =12.5^о/_о). 
 

 
 
 
 
Рисунок 3.1 - Рассеивание вредных  веществ в атмосфере 
1 – зона неорганизованного загрязнения; 2 – зона переброса факела (небольшие концентрации загрязняющих веществ); 3 – зона задымления (на расстоянии 10 – 40 Hmin); 
 
4 – зона снижения уровня загрязнения. 
Построение схемы СЗЗ на карте местности производится в соответствии с выбранным масштабом (например, в 1 мм:5000 мм или 1мм:10000 мм и т.п.), по направлениям, противоположным соответствующему румбу (см. рис. 3.1) (например, восточный ветер вызывает отклонение факела выброса в западную зону). 
 
Можно определить величину ПДВ по основной формуле рассеивания выбросов (3.2) на расстоянии Х _м, прировняв С _м = ПДК, а именно по формуле (3.20) [5]: 
,                                   (3.20) 
3.3.        Понятие о санитарно-защитной зоне 
Нормативный документ СН 245-71 «Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий» определяет размеры СЗЗ (табл. 3.1). 
Таблица 3.1 – Размеры СЗЗ

 
 
 
Увеличение СЗЗ может быть произведено не более чем в три раза. Это возможно в четырех случаях: 
 
-          при малой эффективности систем очистки выбросов в атмосферу;  
 
-          в отсутствие способов очистки выбросов;  
 
-          при необходимости размещения жилой застройки с подветренной стороны по отношению к предприятию в зоне возможного загрязнения;  
 
-          при строительстве новых, еще недостаточно изученных, вредных в санитарном отношении производств. 
 
Размеры СЗЗ могут быть уменьшены при изменении технологии, совершенствовании технологического процесса и внедрении высокоэффективных и надежных в эксплуатации очистных устройств.  
 
Санитарно-защитная зона не может рассматриваться как резервная территория предприятия и использоваться для расширения промышленной площадки. Вместе с тем на территории СЗЗ допускается размещать производства более низкого класса вредности, чем основное производство, для которого установлена эта зона, а также пожарные депо, гаражи, склады, административные здания, научно-исследовательские лаборатории, стоянки транспорта и т. п.  
 
Для максимального ослабления влияния на окружающее население производственных загрязнений атмосферного воздуха территория СЗЗ быть благоустроена и озеленена. Озеленение производится газоустойчивыми породами деревьев и кустарников. Со стороны жилого массива ширина полосы древесно-кустарниковых насаждений должна быть не менее 50 м, а при ширине зоны до 100 м – не менее 20 м. 
3.3.1.   Озеленение санитарно-защитной зоны 
 
Для зон шириной до 300 м – не менее 60 % территории СЗЗ должно быть озеленено. 
 
Для зон шириной 300 – 1000 м – не менее 50 % территории должно быть озеленено. 
 
Для зон шириной 1000 – 3000 м – не менее 40 % территории должно быть озеленено. 
 
Чтобы озеленение было эффективным, необходимо использовать определенные породы деревьев, кустарников. При этом не менее 50 % смешанных посадок должна занимать основная порода. При озеленении санитарно-защитной зоны монокультура не приветствуется. 
 
Для создания оптимальных условий проветривания в санитарно-защитной зоне создаются коридоры проветривания, особенно в направлении господствующих ветров. Коридоры не должны быть направлены в сторону жилой застройки. В качестве коридоров используют автотрассы, железные дороги, высоковольтные линии электропередач. 
 
При организации санитарно-защитной зоны на территориях, покрытых лесом, создаются коридоры проветривания в виде просек шириной 60 – 80 м в направлении господствующих ветров (не в сторону жилой застройки). Со стороны просеки насаждения не должны иметь плотных опушек [2]. 
 
 
  
 
 
4.    РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 
4.1.        Расчет ПДВ котельной 
В данном расчете проводятся вычисления максимальных приземных концентраций (С _м) для SO₂, NO_2, CO и сажи; расстояние (X_м) по оси факела, на которой они достигаются. Полученные значения (C_м + C_Ф) сравниваются с величиной ПДК_м.р, в случае превышения ПДК_м.р. необходимо рассчитать расстояние, на котором (С_м + С_Ф) будет равно ПДК, или необходимую высоту трубы котельной. 
 
Исходные данные для котельной: 
 
-          высота трубы H = 15 м; 
 
-          диаметр устья источника D = 1,5 м; 
 
-          температура отходящих газовТ= 143 ^оС; 
 
-          объем отходящих газов V₁= 5,2 м³/с; 
 
-          концентрации вредных веществ, измеренные в трубах (С) (табл. 4.1) и их фоновые концентрации (табл. 4.2); 
 
-          розы ветров (табл. 4,3). 
Таблица 4.1 – Концентрации вредных веществ 

 
 
 
Таблица 4.2 – Фоновые концентрации вредных веществ

 
 
 
Таблица 4.3 – Розы ветров

 
 
 
Расчёт массы выброса в атмосферу  по каждому из вредных веществ  производится по формуле (3.6): 
М_SO2 = С_SO2 · V₁ = 602· 5,2 · 10^{– 3} = 3,1304, г/c 
М_NO2= C_NO2· V₁ = 57 · 5,2· 10^{– 3} = 0,2964, г/c 
M_CO= С_СО · V₁ = 180 · 5,2 · 10^{– 3} = 0,936, г/c 
М_сажи= C_сажи · V₁ = 140 · 5,2 · 10^{– 3} = 0,728, г/c 
Расчёт разности температур (∆Т): 
∆Т = Т_г – Т_в = 143 – 25,6 = 117,4 ^оС 
Расчет средней скорости выхода газовоздушной смеси (отходящих газов) из устья источника выброса производится по формуле (3.7): 
 
 
 
Расчет параметра (f) производится по формуле (3.4): 
 
 
 
 
 
Расчет безразмерного параметра (m) производится по формуле (3.3): 
 
 
 
 
Из справочных материалов ν_m > 2, следовательно n = 1. 
 
Расчет максимальной приземной концентрации вредных веществ производится по формуле (3.2): 
 
 
 
где З = 1, т.к. слабо пересеченная местность с перепадом, не превышающим 50 м на 1 км. 
 
 
 
 
 
 
 
 
гдеF_сажа = 3,F _газ= 1. 
 
Из перечня вредных веществ, выбрасываемых из трубы котельной, эффектом суммации действия обладают диоксид азота и диоксид серы. 
 
Определяем приведенную к диоксиду азота концентрацию этих веществ, так как диоксид азота относят к наибольшему (второму) классу опасности, по формуле (3.8): 
 
 
 
Проверяем условиеСⁿ_м + Сⁿ_ф < ПДКⁿ_м.р.: 
C_м^прив.NO2 +С^NO2 = 0,076 + 0,011 = 0,087 мг/м ³ > ПДК ^NO2_м.р = 0,085 мг/м 
С_м^СО + С_ф^СО= 0,080 + 1,100 = 1,180 мг/м ³ < ПДК ^СО_м.р. = 3,000 мг/м ³ 
С_м^сажи + С_ф^сажи =0,200 + 0,080 = 0,280 мг/м³ > ПДК ^сажи _м.р. = 0,150 мг/м³ 
Следовательно, наибольшую опасность для окружающей среды и биологических организмов, представляют выбросы NO₂ и сажи.  
4.2.        Расчет безопасного расстояния до жилой застройки 
Расчёт расстояния по оси факела выброса от источника выброса (Х_м), на котором достигается величина максимальной приземной концентрации (C_м) производится по формуле (3.10) для NO₂ и SO₂, а для сажи – по формуле (3.9). Так как ν_m > 2м/с, величину вспомогательного параметра (d) определяем по формуле (3.13): 
 
X_м = 12,72 · 15 = 190,8 м (для газов NO₂ и SO₂) 
 
Величина приземных концентраций вредных веществ (С) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях (X) определяются по формуле (3.14): 
C = S₁  (C_м^прив.NO2+ C_Ф^NO2) 
Приравниваем С = ПДК_мр^NO2 и рассчитываем S₁: 
 
 
 
Далее,  из  формулы  (3.16)  находим  соотношение  X/X_м = 1,2,  отсюда: 
 
X = 1,2 · X_м = 1,2 · 190,8 = 228,9 м 
При таком расстоянии фактический выброс диоксида азота и двуокиси серы является ПДВ, т.е. обеспечивает соблюдение ПДК: 
ПДВ_NO2 = 0,296 г/с = 9,3 т/год 
ПДВ_SO2 = 3,130 г/с = 98,7 т/год 
4.3.        Построение границ санитарно-защитной зоны 
Для газов SO₂ и NO₂, безопасное расстояние X = 228,9 м. Используя исходные данные о розе ветров и формулу (3.19), где L₀ = X, вычисляем размеры санитарно-защитной зоны по восьми румбам: 
L _С = 228,9 · 7/12,5 = 128,184 м 
 
  
 
L _СВ = 228,9 · 11/12,5 = 201,432 м 
L _В = 228,9 · 8/12,5 = 146,496 м 
L _ЮВ = 228,9 · 4/12,5 = 73,248 м 
L _Ю = 228,9 · 18/12,5 = 329,600 м 
L _ЮЗ = 228,9 · 20/12,5 = 366,200 м 
L _З = 228,9 · 22/12,5 = 402,800 м 
L _СЗ = 228,9 · 10/12,5 = 183,100 м 
Строим окружностьR = X c центром по месту расположения источника выброса (рис. 4.1). Проводим восемь основных направлений ветра и откладываем расстояние L_i,учитывая, что северный ветер смещает выбросы на юг и т.д. 
 
В тех случаях, когда Х < L₀ влияние направления ветра не учитывается и по данному румбу откладывается расстояние Х = L₀ для гарантии безопасности.  
 

 
 
 
 
Рисунок 4.1 – Санитарно-защитная зона 
Жилые дома расположены уже на расстоянии 150 м от котельной, что не удовлетворяет требованиям СЗЗ. Поэтому необходимо увеличить высоту трубы для того чтобы снизить приземную концентрацию загрязняющих веществ. 
 
Высота трубы (Н), необходимая для соблюдения условия См = ПДК, определяется путем преобразования основной формулы рассеивания (3.2) с учетом фонового загрязнения. Следовательно, высоту трубы котельной надо увеличить с 15 до 19 м, то есть, на 4 м, при этом условии необходимость в санитарно-защитной зоне для диоксида азота отпадает. Для соблюдения См = ПДК для сажи трубу котельной надо увеличить с 15 до 33,4 м. При этом условии не нужны ни санитарно-защитная зона, ни циклоны, но высота трубы котельной увеличится более чем в два раза. 
 
 
5. Воздухоохранные мероприятия 
Способы уменьшения загрязнения атмосферы разделяют на два вида: 
 
1.  Пассивные способы. Эти способы предназначены для уменьшения вредного воздействия газообразных выбросов на растительный и животный мир. При этом абсолютное количество вредных выбросов не уменьшается, происходит только их разбавление в атмосферном воздухе и снижение опасных концентраций до уровня предельно допустимых. Наиболее распространенными из них являются: 
 
-          проектирование и строительство промышленных предприятий осуществляется с учетом розы ветров. Она представляет собой векторную диаграмму, которая характеризует режим ветра в данном месте по многолетним наблюдениям. Учет розы ветров позволяет строить промышленное предприятие так, чтобы его вредные газообразные выбросы уносились ветром в противоположном направлении от города или населенного пункта; 
 
-          создание санитарно-защитных зон в виде лесопосадок и парков. Санитарно-защитные зоны вокруг промышленных предприятий не только способствуют разбавлению вредных газообразных выбросов в воздухе, но и поглощают их. Установлено, что 1 га леса в возрасте 20 – 30 лет за вегетационный период поглощает листьями 500 – 700 кг диоксида серы, 400 кг серного ангидрида, 180 кг оксидов азота, 100 кг хлора, 40 кг фтора, 20 кг фенола, задерживает до 18 т пыли. Таким образом, благодаря дыханию и автотрофному питанию, растения способны очищать значительный объем воздуха. При этом устойчивые виды растений не погибают, а накапливают и обезвреживают достаточно большое количество токсичных веществ; 
 
-          введение режимных условий работы предприятий. Режимные условия работы промышленных предприятий заключаются в следующем. В ветреную погоду производство работает на полную мощность, а в безветренную мощности производств, в которых образуются вредные выбросы, уменьшают. 
 
-          использование высоких труб. Для рассеивания вредных выбросов на большие площади используют высокие дымовые или выхлопные трубы. Известно, что дымовая труба высотой в 200 м рассеивает вредные выбросы на площади радиусом в 25 км, тогда как трубы высотой в 250 м увеличивают радиус площади рассеивания до 75 км