РАСЧЕТ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ОТ КОТЕЛЬНОЙ
И ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНО НЕОБХОДИМОЙ ВЫСОТЫ
ДЫМОВОЙ ТРУБЫ
Выброс вредных веществ в атмосферу должен производиться таким образом, чтобы загрязнение воздушной среды в приземном слое не превышало установленных предельно допустимых концентраций. Необходимую высоту выбросных труб рассчитывают из условия рассеяния вредных веществ в атмосфере. Последнее зависит от ряда факторов: метеорологических условий атмосферы, скорости движения воздушных масс, температуры выбрасываемых газов идр.
При рассеянии вредных выбросов из дымовой трубы максимальная приземная концентрация примесей образуется при неблагоприятныхметеорологических условиях (опасной величине скорости ветра, интенсивном вертикальном турбулентном воздухообмене) на расстоянии, равном примерно 20•Н от трубы, где Н – высота трубы.
Обычно на практике приходится решать две основные задачи: определять высоту трубы и максимальную приземную концентрацию вредного вещества при известном количестве выбрасываемых в атмосферу веществ
Главной геофизической обсерваторией им. А.И. Воейкова разработаны указания по расчету рассеивания в атмосфере вредных выбросов предприятий, которыми следует руководствоваться при расчете сбросов от высоких источников, например, дымовых труб.
Для холодных вентиляционных и промышленных выбросов максимальную концентрацию вредных веществ в приземном слое атмосферы (СM), мг/м3, подсчитывают по формуле:
|
А – коэффициент, зависящий от метеорологических условий рассеяния вредностей в атмосфере (температурной стратификации; таблица 1 и приложение 2);
М – масса выбрасываемых вредных веществ, г/с;
|
|
n – безразмерный коэффициент;
К – коэффициент;
F – безразмерный коэффициент, зависящий от скорости оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;
Н – высота выброса вредных веществ над уровнем земли (высота трубы), м.
Значение коэффициента А определяют в зависимости от климатических зон по таблице 1 или приложению 2.
Таблица 1. Значения коэффициента температурной стратификации
| Климатическая зона | Коэффициент А |
| Нижнее Поволжье, Кавказ, Сибирь, Дальний Восток | |
| Север и Северо-Запад Европейской территории, Среднее Поволжье, Урал | |
| Центральная часть Европейской территории |
Значение коэффициента F назначается следующим образом:
1) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсной пыли F =1;
2) для крупнодисперсной пыли при среднем коэффициенте очистки пылеулавливающих устройств (h):
– h ≥ 90 %, то F = 2;
– 75 % < h < 90 %, то F = 2,5;
– h < 75 %, то F = 3.
Безразмерный коэффициент n зависит от параметра Vм (опасная скорость ветра, м/с) следующим образом:
– при VМ ≤ 0,3, то n = 3;
– при 0,3 ≤ VМ ≤ 2, то 
Параметр VМ находят из выражения:
|
D – диаметр устья трубы, м;
ωО – скорость выхода газов из устья трубы, м/с.
Коэффициент К определяется по формуле:
|
где V – объем выбрасываемых газов в единицу времени, м3/с.
Максимальную высоту трубы (Н) для вентиляционных (холодных) выбросов определяют по формуле:
|
где: А – коэффициент, зависящий от метеорологических условий рассеяния вредностей в атмосфере (температурной стратификации; приложение 2);
|
|
М – масса выбрасываемых вредных веществ, г/с;
F – безразмерный коэффициент, зависящий от скорости оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;
D – высота выброса вредных веществ над уровнем земли (высота трубы), м;
V – объем выбрасываемых газов в единицу времени, м3/с;
CПДК – предельно-допустимая концентрация вещества, определяется по СН 245-71(приложение 1)
Если найденному значению Н соответствует значение параметра Vм ≥ 2 м/с, то при данной высоте трубы концентрация вредностей в приземном слое не будет превышать ПДК.
Если Vм < 2 м/с, то необходимо сделать пересчет высоты выбросной трубы.
Пересчет выполняют следующим образом. По найденной высоте трубы (Н) и значению Vм находят безразмерный коэффициент n. Затем уточненную высоту трубы (Нi+1) находят по формуле:
|
где nI, nI-1 – значения коэффициента n, которые соответствуют высотам труб HI и HI-1 соответственно.
Если найденные высоты труб HI и HI-1 будут отличаться друг от друга незначительно, то принимают найденную высоту трубы. Если же расхождения значительны, то аналогичным образом проводят дальнейший пересчет.
Предельно допустимого выбросы (ПДВ), т. е. максимальное количество вредных веществ в единицу времени, которое можно выбрасывать в атмосферу, чтобы ее загрязнение в приземном слое не превышало ПДК (приложение 1) определяют по формуле:
|
Соответствующую этому случаю предельно допустимую концентрацию вредных веществ в устье выбросной трубы (шахте; СМ.Т) определяют по формуле:
|
Максимальную приземную концентрацию вредных веществ (См)при выбросе нагретой газо-воздушной смеси из одиночного источника с круглым устьем (трубы) при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм от источника определяется по формуле:
|
|
|
М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с;
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания частиц вредных веществ в атмосферном воздухе;
m и n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газо-воздушной смеси из устья источника – трубы (обычно m близко к 1, но может меняться от 0,8 до 1,5; n изменяется от 1 до 3);
Н – высота трубы над уровнем земли, м;
V1 – объем газо-воздушной смеси, м3/с;
ΔТ = Тг – Тв – разность температур выбрасываемой газо-воздушной смеси (Тг) и воздуха (Тв), °С.
Безразмерный коэффициент F для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей равен 1; для пыли и золы в зависимости от степени очистки от 2 при η ≥ 90 % до 3 при η ≤ 75 %.
Предельно допустимый выброс (ПДВ) вредного вещества в атмосферу при повышенной температуре из одиночного источника (трубы), при котором обеспечивается его концентрация в приземном слое воздуха, не превышающая ПДК, определяется по формуле:
|
При этом концентрация вредного вещества в отходящем газе около устья источника не должна превышать величины, определяемой по формуле:
|
Минимальная высота трубы (Н) в первом приближении рассчитывается по формуле:
|
Максимальная приземная концентрация вредных веществ (См) при неблагоприятных метеорологических условиях достигается на расстоянии (Хм) от источника выброса в зависимости от высоты трубы:
k – безразмерный коэффициент, среднее значение которого около 20.
Значение опасной скорости ветра, при котором в зоне дыхания создается наибольшая концентрация вредных веществ (Vм), для крупных тепловых электростанций составляет 5…6 м/с. Скорость ветра определяют на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня моря).
Пример определения высоты трубы
Характеристика технологической установки
Объем газовых выбросов 5,25 м3/с.
Загрязняющие вещества и их содержание в газовых выбросах, (в мг/м3): SO2 – 0,92·103; NO2 – 1,24·103; пыль, содержащая <20% SiO2, – 0,25·103.
Температура выбросных газов: 164°С.
Характеристика района выброса
Установка располагается на слабопересеченной местности в промышленной зоне города Воронежа.
Фоновые концентрации (мг/м3): SO2 –0,16; пыль, содержащая >70% SiO2 – 0,05.
Средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца года в районе расположения источника выброса: 24,2°С (по данным климатического справочника).
Расчеты выполняем согласно вышеизложенной методике и соблюдая рекомендуемую последовательность вычислительных процедур.
Вначале оценим мощность выбросов загрязняющих веществ по формуле (1.3):
Затем, приняв скорость газов в стволе трубы w0, равную 12 м/с, определяем предпочтительный диаметр трубы:
Определение высоты трубы начнем для газообразных компонентов SO2 (1) и NO2 (2) обладающих эффектом суммации вредного воздействия. Применительно к источникам горячих выбросов (ΔT=164-24,2 = 139,8˚C >0) следует воспользоваться формулой (4):
Поскольку при этом условие
не выполняется, ибо значение
намного меньше Н (90,6 м), то необходимо перейти на другой маршрут расчета.
Для определения предварительного значения Н используем соотношение (4)
По найденному значению Н рассчитываем параметры f и VМ.
Затем устанавливаем в первом приближении произведение коэффициентов m и n.
Дальнейшее уточнение значения Н выполняется по формуле (5).
По найденному значению Н 2 из формул (2.8) и (2.9) определяем параметры f и Vм, а затем – коэффициенты m и n
Далее определяем Н3:
Исходя из значения Н3, рассчитываем f и Vм, а затем, – коэффициенты m3 и n3:
Определяем Н4
Два последних значения Н различаются менее, чем на 1 м, поэтому высоту 55,2 м принимаем за окончательную для организованного выброса в атмосферу газообразных веществ SO2 и NO2.
Проверяем достоверность найденных высот источника выбросов. Для этого вначале рассчитываем значения максимальных приземных концентраций SO2 и NO2, наблюдаемые при Н=55,2 м:
Затем проверяется выполнение санитарно-гигиенических нормативов качества воздуха в приземном слое атмосферы в точке с максимальными значениями концентраций SO2 и NO2, учитывая фоновое загрязнение:
Таким образом, расчет высоты трубы для SO2 и NO2, обладающих эффектом суммации вредного воздействия, выполнен вполне корректно.
Аналогично рассчитываем высоту трубы для выброса пыли, последовательно используя формулы (2.2), (2.6), (2.8) и (2.9) и описанный ранее прием постепенного уточнения значений Н. Минимальная высота оказалась равна 32,5 м. Для такой высоты максимальная приземная концентрация пыли 
, как показали соответствующие расчеты, составляет 0,45 мг/м3. С учетом фонового загрязнения сумма отношений:
равна единице, что свидетельствует о корректности выполненного расчета.
В конечном итоге, принимаем за окончательную, большую из двух высот, т.е. 55,2 м, которая обеспечивает соблюдение нормативов качества воздуха в приземном слое для всех загрязняющих веществ, выбрасываемых данной технологической установкой.
Приложение 1