Расчет предельно-допустимых выбросов котельной

         Исходные данные для котельной:

• высота трубы H = 15 м;
• диаметр устья источника D = 1,5 м;
• температура отходящих газов Т = 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.

 

где F_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 условие Сⁿ_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.  

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 

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 окружность R = 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.  В то же время при частом расположении дымовых труб эффект рассеивания не достигается из-за перекрывания площадей рассеивания однотипных вредных выбросов из различных труб, например, диоксида серы в составе дымовых газов в городах Западной Европы;
• расположение промышленных предприятий с учетом рельефа местности. Обычно промышленные предприятия располагаются на возвышенных местах, а населенные пункты — в низменных, что позволяет рассеивать вредные газообразные выбросы в высоких слоях атмосферы даже с территории предприятий.

2. Активные способы. Они предназначены для сокращения абсолютных количеств выбросов вредных газообразных веществ в окружающую среду. Наиболее широкое применение находят следующие активные способы:

• строительство предприятий по проектам, прошедшим экологическую экспертизу;
• совершенствование уже существующих технологий с повышением их экологической безопасности;
• строгое соблюдение технологического регламента рабочими и служащими предприятий;
• повышение экологической безопасности сырья перед его применением;
• строительство газоочистных установок для улавливания и последующей утилизации или обезвреживания вредных газообразных выбросов. Однако это не всегда возможно из-за того, что стоимость газоочистных установок порой достигает 70 % стоимости самих предприятий;
• создание малоотходных и безотходных технологий с газооборотным циклом.