Определение максимальных приземных концентраций загрязняющих веществ

 

Исходные данные:

№ вар.	Размещение		Выплавка	Условия плавки	Высота трубы Н, м	Диаметр устья трубы Д, м	Скорость выхода вещества W0, м/с	Т, 0С	Коэффициент рельефа местности,
24	Азов		стали	легирован. сталь	8,2	0,61	12,8	19	1,2
Исходные данные и удельное выделение вещества на единицу продукции кг/м.
Производительность печи, Д т/ч		Эффективность пылеочистки,			Эффективность газоочистки,		Взвешенные вещества	Углерода окись	Хлороводород
19		0,79			0,77		22,01	0,86	0,84

 

Рассчитать массу выбросов загрязняющих веществ плавильного агрегата литейного цеха. Определить концентрацию вредных веществ в приземном слое воздуха от организованного источника выбросов промышленного предприятия. Установить значение ПДВ, размеры СЗЗ. Определить класс опасности данного предприятия. По результатам расчетов дать заключение.

Решение данной задачи производится в несколько этапов.

Этап 1. Расчет массы выбросов плавильного агрегата литейного производства.

Расчет выбросов i – го вещества при работе плавильного агрегата производится по формуле:

Mi = qi Д β (1-η) кг/ч,

 

где:

q – удельное выделение вещества на единицу продукции, кг/т;

Д – расчетная производительность агрегата, т/ч;

β - поправочный коэффициент для учета условий плавки;

η - эффективность пылеочистки или газоочистки. Принимается условно в долях единицы.

Решение:

 

Mi = qi Д β (1-η) кг/ч,

M_вв = 22,01 · 19 · 0,85 · (1- 0,79) = 74,65 кг/ч → 20,74 г/с

M_СО = 0,86 · 19 · 0,85 · (1-0,77) = 3,2 кг/ч → 0,89 г/с

M_HCL = 0,84 · 19 · 0,85 · (1-0,77) = 3,12 кг/ч → 0,87 г/с

 

Этап 2. Определение приземной концентрации загрязняющих веществ.

В отходящих дымовых газах литейного производства по каждому загрязняющему веществу определяем максимальную приземную концентрацию.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества См (мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из одного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Х_m (м) от источника и определяется по формуле:

 

 

где:

А – коэффициент, зависящий от температуры стратификации атмосферы с 2/3 мг град 1/3/г;

М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредный веществ в атмосферном воздухе;

m, n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м;

η - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности;

Т – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, ⁰С;

А – значение коэффициента, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна в Азове = 200

V₁ – расход газовоздушной смеси, м³/с. Определяется по формуле:

 

D – диаметр устья источника выброса, м;

W ₀ - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.

Значение безразмерного коэффициента F принимается: для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (возгоны, туманы, дымы и т.п.), скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю, F =1.

Значение коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, U_м, U_m’, f_e.

Решение:

 

 

f = 1000 · 12,8² · 0,61/8,2² · 19 = 99942,4/1277,56 = 78,23 < 100

f = 78, 23 < 100

 

следовательно, m находим по формуле:

 

m = 1/0,67 + 0,1·  + 0,34 · = 0,33

Um =

Um = 0,65 · 2,054 = 1,33

V₁ = 3,14 · 0,61² / 4 · 12,8 = 3,74 м³/с

 

Так как Um = 0,5 < 1,33 < 2 значит, применяем следующую формулу:

n = 0,532 · 1,33² – 2,13 · 1,33 + 3,13 = 1,24

Поскольку значения каждого параметра нам известны, мы можем вычислить максимальные приземные концентрации для каждого вещества по формуле:

 

Для взвешенных веществ:

Смвв = 200 · 20,74 · 2 · 0,33 · 1,24 · 1,2 / 8,2² ·  = 14,63 мг/м3

Для окиси углерода:

CмCO = 200 · 0,89 ·1 · 0,33 ·1,24 · 1,2 /8,2² · = 0,31 мг/м³

Для хлороводорода:

CмHCL = 200 ·0,87 · 1· 0,33 · 1,24 · 1,2 /8,2² · = 0,31 мг/м³

Этап 3. Определение ПДВ.

Значение ПДВ (г/с) для I-го вещества, выбрасываемого одиночным источником с круглым устьем при фоновой концентрации С_ф < ПДК определяется по формуле:

 

С_ф – фоновая концентрация рассматриваемого вещества, мг/м³. При отсутствии данных принимается обычно С_ф = 0,1 ПДК _мр

ПДК мр (вв) = 0,5 мг/м³

ПДК мр (CO) = 5 мг/м³

ПДК мр (HCL) = 0,2 мг/м³

Решение:

 

ПДВвв = (0,5 – 0,1 · 0,5) · 8,2² /200 · 2 · 0,33 · 1,24 · 1,2 = 0,64 г/с

ПДВco = (5 – 0,1 · 5) · 8,2²/ 200 ·1 · 0,33 · 1,24 · 1,2 ·   = 6,38 г/с

ПДВHCL = (0,2 – 0,1 · 0,2) · 8,2²/ 200 · 1· 0,33 · 1,24 · 1,2 ·  = 0,26 г/с

Этап 4. Определение санитарно-защитной зоны.

Для уменьшения концентрации вредных веществ на прилегающей к промышленному предприятию территории устанавливают санитарно-защитные зоны (СЗЗ).

Размеры нормативной СЗЗ до границы жилой застройки устанавливают в зависимости от мощности предприятия, особенностей технологического процесса производства, характера и количества выделяемых в атмосферу вредных и с неприятным запахом веществ. В соответствии с санитарной классификацией промышленных предприятий размеры санитарно-защитных зон устанавливаются в зависимости от класса опасности предприятия.

Последовательность расчета СЗЗ литейного производства:

1. Определяем расстояние Хм, при котором достигается максимальное значение приземной концентрации вредного вещества См для каждого загрязнителя.

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

 

 

где d – безразмерный коэффициент.

Решение:

Окись углерода (СO), хлороводорода (HCL). Так как f=78,23 < 100 и 0,5≤Um≤2, то

d = 4,95 · 1,33 · (1 + 0,28 ·  = 6,58 · 4,28 =14,47

Х м = (5 - 1) · 14,47 · 8,2 /4 = 118,65 м

Взвешенные вещества

 

Х м = (5 - 2) · 14,47 · 8,2 /4 = 88,99 м

2. Определяем расстояние Хn от источника в расчетном направлении для каждого загрязнителя.

Распределение концентраций вредных веществ в приземном слое воздуха по оси факела на различных расстояниях Х от источника выброса находиться по формуле:

Сх = S ₁ * C м

 

Безразмерная величина S1 зависит от отношения X/Xм. При X/Xм > 8 она зависит от скорости взвешенных частиц выбросов.

Согласно ОНД-86 S1 рассчитывают по формулам:

Если  то

Если  то

Если  а F=1, то

Если и F = 2; 2,5; 3, то

Итак, рассчитаем СЗЗ для взвешенных веществ. Результаты вычислений отразим в таблице.

XM для взвешенных веществ равно 88,99 м.

Решение:

Находим точки абсциссы и их отношения к расстоянию.

Для X1 = 0,1· 88,99 = 8,9

Для X2 = 0,5 · 88,99 = 44,5

Для X3 = 0,8 · 88,99 = 71,19

Для X4 = 3 · 88,99 = 266,97

Для X5 = 5 · 88,99 = 444,95

Для X6 = 8 · 88,99 = 711,92

Далее можем вычислить значения S1 для каждой точки.

Для X1 → 0,1≤1

= 0,05

По аналогичным формулам вычисляем значения для точек X2 и X3.

для X2

= 0,69

для X3

= 0,97

для X4 → 1<3≤8 применяем другую формулу:

= 0,52

Так же находим X5 и X6

для X5

= 0,26

для X6

= 0,12

для Х7, Х8, Х9, Х10 > 8 и F= 2, 2,5

= 0,06

 = 0,02

 = 0,01

 = 0,009

Находим Cx для каждого Х (точки ординат).

CMвв = 14,63 мг/м³

14,63 · 0,05 = 0,73

14,63 · 0,69 = 10,09

14,63 · 0,97 = 14,19

14,63 · 0,52 = 7,61

14,63 · 0,26 = 3,80

14,63 · 0,12 = 1,76

14,63 · 0,06 = 0,87

14,63 · 0,02 = 0,29

14,63 · 0,01 = 0,15

14,63 · 0,009 = 0,13

 

Номера точек (Хn)	Х1	Х2	Х3	Х4	Х5	Х6	Х7	Х8	Х9	Х10
Абсцисса точек	0,1Х(m)	0,5Х(m)	0,8Х(m)	3Х(m)	5Х(m)	8Х(m)	10(Хm)	15(Хm)	20Х(m)	25Х(m)
	8,9	44,5	71,19	266,97	444,95	711,92	889,9	1334,85	1779,8	2224,75
	0,1	0,5	0,8	3	5	8	10	15	20	25
	0,05	0,69	0,97	0,52	0,26	0,12	0,06	0,02	0,01	0,009
	0,73	10,09	14,19	7,61	3,80	1,76	0,87	0,29	0,15	0,13

Х m =71,19

С < ПДКатм (ПДКсс,ПДКмр)

С, мг/м3

ветер

СЗЗ

С=0,15

 

 

Рис. 1. График распределения концентраций взвешенных веществ в атмосфере от организованного высокого источника выбросов

 

СЗЗ для CO определяем по схеме описанной выше, только применяем значение расстояния = 118,65 м.

Решение:

Находим точки абсциссы и их отношения к расстоянию.

Для X1 = 0,1 · 118,65 = 11,86

Для X2 = 0,5 · 118,65 = 59,33

Для X3 = 0,8 · 118,65 = 94,92

Для X4 = 3 · 118,65 = 355,95

Для X5 = 5 · 118,65 = 539,25

Для X6 = 8·118,65 = 949,2

Находим Cx для каждого Х (точки ординат).

CMco = 0,31 мг/м³

0,31 · 0,05 = 0,02

0,31 · 0,69 = 0,21

0,31 · 0,97 = 0,30

0,31 · 0,52 = 0,16

0,31 · 0,26 = 0,08

0,31 · 0,12 = 0,04

 

Построим график.

Номера точек (Xn)
Абсцисса точек	0,1	0,5	0,8	3	5	8
	11,86	59,33	94,32	355,95	539,25	949,2
	0,1	0,5	0,8	3	5	8
	0,05	0,69	0,97	0,52	0,26	0,12
	0,02	0,21	0,30	0,16	0,08	0,04

 

Рис. 2. График распределения концентраций окиси углерода в атмосфере от организованного высокого источника выбросов

 

И для третьего загрязняющего вещества хлороводород (HCL) тоже вычислим

СЗЗ.

XM = 118,65 м.

В данном случае все расчеты совпадают с расчетами для CO, за исключением значений Cx.

Найдем эти значения:

CM HCL = 0,31 мг/м³

CMco = 0,31 мг/м³

0,31 · 0,05 = 0,02

0,31 · 0,69 = 0,21

0,31 · 0,97 = 0,30

0,31 · 0,52 = 0,16

0,31 · 0,26 = 0,08

0,31 · 0,12 = 0,04

 

Номера точек (Xn)
Абсцисса точек	0,1	0,5	0,8	3	5	8
	11,86	59,33	94,32	355,95	539,25	949,2
	0,1	0,5	0,8	3	5	8
	0,05	0,69	0,97	0,52	0,26	0,12
	0,02	0,21	0,30	0,16	0,08	0,04

 

Зона Задымления

Рис. 3. График распределения концентраций водорода хлористого в атмосфере от организованного высокого источника выбросов