М Е Т О Д И Ч Е С К И Е У К А З А Н И Я

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

ИНСТИТУТ УСКОРЕННОЙ ПОДГОТОВКИ

 

 

Расчёт нормативов предельно допустимых выбросов

промышленных и энергетических объектов

 

 

М Е Т О Д И Ч Е С К И Е У К А З А Н И Я

 

и задания к контрольной работе

по курсам «Экология» и «Охрана воздушного бассейна»

для студентов специальностей

290300 «Промышленное и гражданское строительство»:

290500 «Городское строительство и хозяйство;

290700 "Теплогазоснабжение и вентиляция"

 

 

Ставрополь, 2003

 

В методических указаниях по расчёту нормативов предельно допустимых выбросов промышленных предприятий и энергетических объектов (производственно-отопительных котельных) приводятся технологические и режимные характеристики, позволяющие получить количественные оценки по всем видам вредных выбросов.

Для студентов специальностей 290300; 290500 и 290700, изучающих курсы «Экология» и «Охрана воздушного бассейна» приводятся рекомендации по: расчётам максимальных концентраций вредных веществ и предельно допустимых выбросов; оценке эффекта суммации вредного воздействия нескольких веществ; построению кривых распределения концентраций выбросов в микрорайоне и определению минимально допустимой высоты трубы.

Методические указания представляют собой интерес для студентов строительных и энергетических специальностей, а также инженерно-технических работников, занимающихся решением практических природоохранных задач.

Составители: Воронин А.И.

Фомущенко Л.В.

Чмерёва Е.К.

 

Ответственный редактор:

зав. Кафедрой

«Теплотехника, ТГСиВ» Стоянов Н.И.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ЗАДАНИЯ к выполнению курсовой работы по дисциплине "Экология" для студентов специальностей 290300 «Промышленное и гражданское строительство»: 290500 «Городское строительство и хозяйство; 290700 "Теплогазоснабжение и вентиляция" рассмотрены и утверждены на заседании кафедры "Теплотехника, ТГСиВ", протокол №, от " " ________ 2003 г.

 

Зав. кафедрой ТТГСиВ - Стоянов Н.И.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

	Введение
1.	Цели и задачи контрольной работы
2.	Формулировка задания и его объем
3.	Основное содержание контрольной работы
4.	Общие требования к контрольной работе
5.	Рекомендации по организации работ над контрольной работой
6.	Порядок защиты контрольной работы
7.	Список рекомендуемой литературы

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Методические указания выполнены в соответствии с рабочими программами по дисциплинам “Экология ” и «Охрана воздушного бассейна» для студентов специальностей 290300 «Промышленное и гражданское строительство»; 290500 «Городское строительство и хозяйство; 290700 "Теплогазоснабжение и вентиляция". Разработанные указания определяют единый подход к выполнению студентами контрольных работ, обязательные требования к их содержанию и оформлению. Настоящие методические указания не исключают творческого подхода к решению поставленных технологических задач и ориентируют студентов на реализацию оригинальных методик расчета, используемых в отраслевой технологии.

Методические указания к выполнению контрольной работы нацеливают на стимулирование самостоятельной работы студентов с тем, чтобы повысить ее роль не только в формировании знаний, но и в накоплении навыков научного исследования.

По своей структуре методические указания включают в себя положения, имеющие обязательный и рекомендательный характер.

 

 

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

 

Одним из основных методов изучения курса «Экология» является выполнение контрольной работы.

Цель выполнения контрольной работы:

· систематизация и закрепление изучаемого материала;

· увязка теоретических основ курса с решением практических инженерных задач по защите окружающей среды;

· формирование умения сделать оценку теоретических положений и использовать их в инженерной деятельности;

· овладение совокупностью методов повышения эффективности использования технологического оборудования;

· приобретение умений практического принятия инженерных решений.

 

Подбор и изучение необходимого материала, самостоятельное выполнение контрольной работы позволит студенту в большей степени подготовиться к принятию инженерных решений, возникающих в процессе функционирования предприятия в современных условиях. Глубокое изучение теоретических аспектов рассматриваемой темы, анализ и оценка работы оборудования позволят студенту подготовиться к более качественному выполнению дипломного проекта.

 

 

2. ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАНИЯ И ЕГО ОБЪЕМ

 

2.1. ЗАДАНИЕ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ

 

Источником выбросов вредных веществ в прилегающем районе или микрорайоне города является:

- цементный завод, на котором установлены речи обжига цементного сырья (спец. 290300);

- производственно-отопительная котельная, на которой установлено (n) паровых котлов серии ДЕ (спец.290500; 290700).

Выброс уходящих газов производится через одиночную трубу.

2.1.1. Определить наибольшие ожидаемые концентрации всех видов вредных веществ в приземном слое атмосферы окружающего района для заданных неблагоприятных условий рассеивания и сравнить фактические загрязнения (с учётом фоновых концентраций) с нормативами максимальных разовых предельно допустимых концентраций (ПДК_м.р.).

2.1.2. Выполнить расчёт (если потребуется) предельно допустимых выбросов (ПДВ) по каждому виду загрязняющих веществ и, сравнив их с фактическими, сделать выводы и дать рекомендации по усовершенствованию технологии очистки газопылевого выброса объекта.

2.1.3. Для веществ, обладающих эффектом суммации вредного воздействия, произвести расчёт их максимально допустимого совместного содержания в приземном слое атмосферы окружающего района.

2.1.4. Определить расстояние (L_max) от источника выброса до места, где ожидается максимальная концентрация (С_max) вредных веществ и построить кривую распределения концентрации выброса (на примере одного из компонентов) в интервале L/L_max = 1:10.

2.1.5. Определить минимально допустимую высоту трубы, обеспечивающую рассеивание вредных выбросов в пределах ПДК, при заданных условиях для наиболее неблагоприятного загрязняющего фактора.

 

 

2.2. ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ

Основные исходные данные для расчетов принимают из таблиц:

табл. № 1 и № 2 – по предпоследней и последней цифрам шифра (для расчета газопылевого выброса цементного завода – спец. 290300);

табл. № 3 и № 4 – по предпоследней и последней цифрам шифра (для расчета газопылевого выброса производственно-отопительной котельной – спец.290500; 290700).

Удельные показатели выбросов вредных веществ от топлива, сжигаемого в котлоагрегатах, принимают из таблицы № 5 по виду заданного топлива (спец. 290500; 290700).

В таблицах исходных данных № 1, 2, 3, 4, 5 приняты следующие обозначения:

 

n - количество котлов, установленных на котельной;

t_ух.г. - температура уходящих дымовых газов;

h_к.а. - коэффициент полезного действия котлоагрегата;

D_iп - удельный расход тепла на выработку 1 кг насыщенного пара;

Q^р_н - низшая теплота сгорания топлива;

t_н.в. - наиболее неблагоприятная температура наружного воздуха;

Н - высота трубы;

D - диаметр устья трубы;

W_о - средняя скорость выхода из трубы газовоздушной смеси.

 

Таблица 1. - Технологические характеристики цементных заводов

№ пред. последн. цифры	Район строительства	G, т/ч	tн.в., оС	tух.г., оС	Н, м	D, м	Wо, м/с
	Ростов		+25	+180		2,5
	Краснодар		+28	+170		2,7
	Саратов		+26	+165		2,85
	Мурманск		+20	+185		3,0
	Черкесск		+26	+175		3,2
	Владивосток		+25	+160		3,5
	Рязань		+24	+155		2,8
	Москва		+25	+160		2,9
	Санкт- Петербург		+22	+145		3,1
	Челябинск		+24	+140		3,4

 

 

Таблица 2. - Удельные показатели вредных выбросов цементных заводов

№ послед. цифры	Удельные показатели вредных выбросов, m (кг/кг)
Твердые частицы	Сернистый ангидрид	Окись углерода	Окислы азота
	0,085	0,0081	0,0261	0,00145
	0,234	0,0096	0,0185	0,00215
	0,183	0,0248	0,0090	0,00181
	0,297	0,0173	0,0063	0,00211
	0,144	0,0215	0,0138	0,00165
	0,217	0,0096	0,0235	0,00206
	0,268	0,0146	0,0198	0,00150
	0,117	0,0213	0,0143	0,00190
	0,167	0,0137	0,0074	0,00205
	0,111	0,0121	0,0176	0,00171

 

 

В состав твёрдых частиц вредных выбросов цементных заводов входят следующие компоненты: СаО; SiO₂; Al₂O₃; ТiO₂; Fe₂O₃; МgO; R₂O.

Данные по концентрациям, приведённые в табл. 2, соответствуют остаточному содержанию вещества в выбросах после электрофильтров.

 

Таблица 3. - Технологические характеристики производственно-отопительных котельных

№ предп. цифры	Марка котла	Кол-во котлов n	tух.г., оС	hк.а., %	Diп, кДж/кг	Вид топлива	Qзн, кДж/кг
	4-13					уголь Кузнецк.С
	20-23					уголь Донецк. К
	10-39					мазут высокосерн.
	6.5-13					уголь Челябинск. Б
	10-23					уголь Донецк. Д
	20-39					мазут малосернист.
	10-13					уголь Подмосков.Б
	20-23					уголь Кузнецк.Г
	20-13					уголь Караганд. Б
	20-39					мазут высокосерн.

 

 

Таблица 4. - Район строительства и характеристики дымовых труб котельных

№ последней цифры	Район строительства	tн.в., оС	Н, м	D, м	Wо, м/с
	Ростов	+25		1,1
	Краснодар	+28		1,2
	Саратов	+26		1,25
	Мурманск	+20		1,30
	Ставрополь	+26		1,35
	Владивосток	+25		1,05
	Рязань	+24		1,10
	Москва	+25		1,15
	Санкт-Петербург	+22		1,20
	Челябинск	+24		1,25

 

 

Таблица 5. - Удельные показатели выбросов вредных веществ от топлива,

сжигаемого в котлоагрегатах

Топливо	Удельные показатели вредных выбросов, m (кг/кг)
Твердые частицы	Сернистый ангидрид	Окись углерода	Окислы азота
Уголь Кузнецкий	0,0536	0,0072	0,0513	0,00223
Уголь Донецкий	0,0676	0,0504	0,0490	0,00221
Уголь Челябинский	0,0790	0,0180	0,0347	0,00127
Уголь Подмосковный	0,0704	0,0486	0,0258	0,00095
Уголь Карагандинский	0,0752	0,0144	0,0439	0,00197
Мазут малосернистый	0,0056	0,0059	0,0377	0,00257
Мазут высокосернистый	0,0060	0,0549	0,0377	0,00246

 

 

Дополнительные данные, принимаемые вне зависимости от варианта.

Значения коэффициента снижения концентрации (S1)

в зависимости от расстояния до эпицентра концентрации:

L/Lma
S1		0,8	0,5	0,38	0,28	0,2	0,15	0,12	0,10	0,08

 

 

При расчете максимальных концентраций (C_max) и ПДВ необходимо учитывать фоновые концентрации, значения которых выдаются территориальными комитетами по охране природы.

При отсутствии таких данных для городов с населением до 300 тыс. человек можно принять:

SO_2(Ф)=0,1 мг/м³ ; NO_2(Ф) =0.03 мг/м³ ; CO_(Ф)=1.5 мг/м³ ; пыль_(Ф)=0,2 мг/м³

 

Предельно допустимые (максимальные разовые) концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы – ПДК_м.р. (мг/м³):

SO₂=0,5 мг/м³ ; NO₂ =0,085 мг/м³ ; CO=5,0 мг/м³ ; пыль=0,5 мг/м³.

 

Каждый из компонентов выбросов не создаёт эффекта загрязнения в приземном слое атмосферы, если его максимальная расчетная концентрация удовлетворяет неравенству:

 

С_max+С_ф<;ПДК_м.р.

 

 

2.3. Объем контрольной работы

В соответствии с заданием (п.2.1.) в контрольной работе последовательно выполняется комплекс инженерно-технических расчетов по определению численных значений основных критериев экологичности окружающей среды в прилегающем районе, подверженном воздействию выбросов промышленного предприятия или энергетического объекта.

Контрольная работа состоит из расчетной и графической частей.

2.3.1.Объем расчетной части контрольной работы

1. На основании принятых исходных данных по технологической производительности объекта определяют секундные выбросы по всем видам вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу предприятием (М_i, г/с).

2. Определяются максимальные концентрации вредных веществ С_{max (i)} и предельно допустимые выбросы этих веществ ПДВ_(i).

3. По результатам выполненных расчетов производится оценка целесообразности установки устройств дополнительной очистки газопылевого выброса.

4. Выполняются расчеты по оценке эффекта суммации вредного воздействия парных сочетаний вредных выбросов.

5. Рассчитывается расстояние (L_max) от источника газопылевого выброса до места, где ожидается максимальная концентрация (С_max) вредных веществ по направлению среднего ветра.

6. Определяется минимально допустимая высота трубы, обеспечивающая рассеивание вредных веществ на уровне, не превышающем значений предельно допустимых концентраций (ПДК).

Объем расчетной части составляет 12-15 страниц машинописного текста.

3.2.2. Объем графической части контрольной работы

Выполняются расчеты значений концентраций по всем видам загрязнений в атмосфере (С_i) на расстоянии (L_i) и строятся кривые снижения концентраций каждого компонента по мере удаления от зоны максимальных концентраций на расстояниях, кратных L_max в пределах 1-10. Объем – 4 стр. формата А – 4.

3. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

 

3.1. Рассеивание выбросов в атмосфере

 

Одной из мер защиты воздушного бассейна является рассеивание газообразных веществ и пыли в атмосфере при выбросе через высокие дымовые трубы.

В результате рассеивания происходит снижение максимально возможной концентрации веществ в приземном слое атмосферы и удаление зоны максимального загрязнения.

Факторы: H_тр ; w_в; t _н.в.; t_ух.г.; 1.- производственное здание;

Рельеф; М (г/с). 2.- газо-пылеулавливающая

установка;

3.- дымовая труба.

w_в, м/с ®

 

1 2 3

 

Lmax Cmax

Зона переброса факела Зона

загрязнения

 

Основным критерием контроля качества атмосферного воздуха

являются предельно допустимые концентрации вредных веществ. (ПДК).

Содержание загрязняющих веществ принято выражать в мг/м³ воздуха. Критерием оценки влияния выбросов предприятий на атмосферный воздух является сравнение фактических концентраций, полученных в результате рассеивания, с предельно допустимыми.

Стандартом установлены следующие виды предельно допустимых концентраций:

1. Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны ПДК _{Р.З. .}:

1 класс - чрезвычайно опасные <0,1 мг/м³.

2 класс - высокоопасные (0,1¸1,0 мг/м³.)

3 класс - умеренно опасные (1,0¸10 мг/м³.)

4 класс - малоопасные >10 мг/м³.

2. Максимально разовая ПДК_М.Р. - такая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенных мест, которая не вызывает рефлекторных реакций в организме человека: ощущений запаха, вкуса, световой чувствительности глаза, изменение активности головного мозга и т.д.

3. Среднесуточная ПДК_С.С. – такая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенных мест, которая не оказывает, прямого или косвенного, вредного воздействия в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания воздуха.

Концентрации вредных веществ не должны превышать:

а) в воздухе производственных помещений –ПДК _Р.З.

б) в атмосферном воздухе населенных мест – ПДК _М.Р.

в) при отсутствии данных по ПДК _{М.Р .} – ПДК _С.С.

 

 

Если в воздухе находятся несколько вредных веществ, обладающих суммацией действия, с концентрациями C _i, то расчет допустимого содержания веществ проводится по формуле:

где С₁, С₂, С_n –фактические концентрации веществ, обладающие эффектом суммации вредного воздействия (Например: CO + NO₂; SO₂ + NO₂ ).

Стандартом установлены также величины предельно допустимых выбросов вредных веществ в атмосферу (ПДВ) – это количество вредных веществ, выбрасываемых в единицу времени, которое в сумме с выбросами от совокупности других источников города не создаст приземной концентрации примеси, превышающей значение ПДК.

а) для отдельных источников - ед. измер. (г/с);

б) в целом по предприятию – ед. измер. (т/год).

Если при расчете рассеивания выбросов наибольшая возможная концентрация вредного вещества:

Cmax>0,05 ПДК_м.р.,

то в этом случае расчет ПДВ обязателен.

Расчет Сmax иПДВ проводится по формулам отдельно для холодных и нагретых выбросов.

 

3.2. Определение секундных выбросов по всем видам вредных веществ

 

3.2.1. Секундные выбросы цементных заводов по отдельным компонентам определяются из формулы

М_i = 1/3,6 * G * m_i * 10³ , г/с,

где G, т/ч – часовая производительность завода;

m_i, кг/кг – удельный выброс i – го компонента.

 

3.2.2. Секундные выбросы производственно-отопительных котельных по каждому виду загрязняющих веществ находят из выражения

М_i = В_с * m_i *10³, г/с,

где В_с (кг/с) – секундный суммарный расход топлива, определяемый по фор-

муле

Д * n * D i_п

В_с = 1/3,6 * ------------------- *100, кг/с,

Q^p_н * h_к.а.

где Д (т/ч) – паропроизводительность котла, принимаемая в соответствии с маркировкой котла по заданию.

 

3.3. Определение максимальных концентраций вредных веществ С_max(i) и предельно допустимых выбросов этих веществ ПДВ_(i).

Для выбора вида расчетных формул по определению С_max(i) и ПДВ_(i) определяем параметр (f):

-если f <100, то расчет ведется по формуле для нагретых выбросов;

-если f ≥100, то расчет ведется по формуле для холодных выбросов.

 

где Dt = t_{ух. г.} - t_н.в., ^оС – температурный перепад между уходящими газами и воздухом окружающей среды.

 

Таблица 6 - Рабочие формулы расчётных концентраций нагретых и холодных выбросов

Вид выброса
Нагретые
Холодные

 

В приведенных в таблице №6 формулах приняты следующие параметрические характеристики объекта.

- - коэффициент рельефа местности;

- - секундная производительность по дымовым газам.

Безразмерные коэффициенты (m) и (n) учитывают условия выхода дымовых газов из устья дымовой трубы.

Коэффициент (m) определяется по формуле:

Коэффициент (n) определяют по соотношениям:

n=3 при

n=1 при

,

где Vm - параметр, определяемый по формуле: