Расчет концентраций вредных веществ в атмосфере приземного слоя воздуха от одиночного источника выбросов

 

От одиночного источника выбросов вредные вещества в приземном слое воздуха наблюдаются под факелом. Функция распределения концентрации вещества на площади под факелом имеет максимум. Для оценки допустимости воздействия важно определить максимальное значение концентрации и точку пространства, где она наблюдается (см. рис. 3.3).

Расчет выполняется в следующем порядке.

1. Максимальная концентрация с_м при неблагоприятных метеоусловиях и опасной скорости ветра на расстоянии х_м по оси факела от источника выброса.

2. Расстояние х_м и распределение концентраций вещества вдоль оси факела (рис. 3.4).

3. Значение опасной скорости ветра.

4. Концентрации на расстоянии у по оси, перпендикулярной к оси факела, на различных удалениях от источника выбросов (расчет поля концентраций (рис. 3.5)).

При выбросах нескольких веществ расчет выполняется для каждого вещества с учетом суммации их вредного действия. Значение с_м и х_м, а также распределение концентрации вдоль оси факела показано на рис. 3.4.

Рассмотрим расчет процесса рассеивания выбросов более подробно.

1. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м на расстоянии х_м от источника с круглым отверстием при

неблагоприятных метеоусловиях определяется по формуле

, (3.20)

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации (расслоения) атмосферы;

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

F – коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ;

m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газов из устья источника;

h – коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (при перепаде высот менее 50 м на 1 км длины h=1);

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м (для наземных источников Н = 2 м);

DТ – разность температур между температурой выбрасываемых газов Т_г и температурой окружающего воздуха Т_в, °С, DТ = Т_г - Т_в;

V_г – расход газов, м³/с.

Коэффициент А принимается для неблагоприятных метеоусловий, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна. Для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Ивановской, Калужской областей А =140, для Северного Урала А=160, для Нижнего Поволжья, Сибири, Дальнего Востока А=200 (значение А для других районов можно найти в [23])

Величины М, V_г, Т_г определяются расчетом в технологической части проекта или по паспорту установки. Для изменяющихся во времени значений М, V_г, Т_г принимаются такие их величины (усредненные в 20¸30-минутном интервале), при которых с_м максимально. В простейшем случае следует принять усредненные значения М, V_г, Т_г для интервала, в котором М имеет наибольшее значение, а V_г, Т_г – наименьшие значения (см. формулу (3.20)). В других случаях, когда при наибольшем значении М величиныV_г, Т_г больше наименьших, расчет по формуле (3.20) следует выполнять для нескольких интервалов времени.

Температура воздуха Т_в принимается равной средней максимальной температуре наиболее жаркого месяца по СНиП 2.01.01–82 или средней температуре самого холодного месяца для отопительных котельных.

Значение коэффициента F для вредных газообразных веществ принимается равным единице (F = 1), а для пыли и золы в зависимости от степени предварительной их очистки – m (F = 2 при m ³ 90, F = 2,5 при 75 £ m < 90 и F = 3 при m < 75 %).

Напомним, степенью очистки называют отношение в процентах уловленной массы пыли (золы) к массе, поступившей в устройство улавливания пыли.

Значения коэффициентов m и n определяют в зависимости от параметров f, v_М, v и f_e:

,

,

,

,

где D – диаметр устья источника выбросов, м; w₀ –средняя скорость выхода газов из устья источника, м/с,

.

Коэффициент m (m = 0,4...1,6) определяется в зависимости от f по рис. 3.6 (приближенно) или по формуле

Для f_e < f < 100 коэффициент m вычисляется по предыдущей формуле, но при f = f_е.

РРис. 3.6. Коэффициент m в зависимости от f или f_e

Коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от v_м по рис. 3.7 (приближенно)

 

или по формуле

,

,

.

Для f ³ 100 (или DТ»0, холодные выбросы) при расчете с_м используется формула

,

где .

Причем n рассчитывается при v_м=v.

В случае предельно малых опасных скоростей ветра при f < 100 и v_м<0,5 или f ³ 100 и v < 0,5 расчет с_м выполняется по другой формуле:

,

где m_н = 2,86 ´ m при f < 100, v_м < 0,5,

m_н = 0,9 при f ³ 100, v < 0,5

В тех случаях, когда рассчитывается концентрация нескольких веществ, расчет с_м для второго и следующих загрязнений можно упростить, используя выражение, связывающее концентрации и массы выбросов. Например, концентрации NO_x () и золы с^з_м можно найти по ранее рассчитанной концентрации газа SO₂ () по формулам:

,

.

Различие формул объясняется тем, что для газов коэффициенты F одинаковы, а для газа и золы различны.

2. Расстояние x_м от источника выбросов, на котором наблюдается максимальное значение концентрации с_м, определяется по выражению

,

где безразмерный коэффициент d при f <100 находится по формуле

при v_м 0,5,

при 0,5 < v_м 2,

при v_м > 2.

При f >100 или DТ»0 значение d находится по формулам:

d = 5,7 d = 11,4´v d = 16 ´

при v 0,5, при 0,5 < v 2, при v > 2.

Концентрации вредных веществ в приземном слое воздуха вдоль оси факела определятся по формуле

c = s₁ ´ c_м,

где s₁ – безразмерный коэффициент, зависящий от X = x/x_м и коэффициента F, который определяется по рис. 3.8 (приближенно) или по формулам:

s ₁ = 3X⁴ - 8X³ + 6X² при X 1;

при 1 < X 8;

при F 1,5 и X > 8;

при F > 1,5 и X > 8.

3. Значение опасной скорости u_м на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение с_м, в случае f < 100 определяется по формуле

uм = 0,5 uм = vм

при vм 0,5; при 0,5 < vм 2; при vм > 2.

При f ³ 100 или DТ»0 значение u_м находится по другим выражениям:

uм = 0,5 uм = v uм = 2,2

при v < 0,5; при 0,5 v 2; при v > 2.

4. Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере c_у на расстоянии у по перпендикуляру к оси факела выброса определяется по концентрации с на оси факела при заданном значении х:

с_у = s₂ ´ с,

где s₂ – безразмерный коэффициент, зависящий от скорости ветра u, м/c, и отношения x/y, определяется по формуле

s₂ = (1 + 5 ´ t_y + 12,8 ´ t_y² + 17 ´ t_у³ + 45,1 ´ t_у⁴)^-2,

где t_y = u ´ y²/x² при u 5;

t_y = 5 ´ y²/x² при u > 5.

Для построения поля концентраций (см. рис. 3.5) значения с(x_i,y_j) необходимо рассчитать для серии значений x_i и y_j, задавая их с шагом 50, 100 или 200 м. Величина шага будет зависеть от размера зоны загрязнения.