Расчетно-графическая работа - Нормирование и регулирование выбросов вредных веществ в воздушный бассейн - файл n1.doc

приобрести
Расчетно-графическая работа - Нормирование и регулирование выбросов вредных веществ в воздушный бассейн
скачать (573.5 kb.)
Доступные файлы (1):

n1.doc

574kb.

18.09.2012 23:47

скачать

n1.doc

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Геолого-географический факультет
Кафедра «экологии и природопользования»

ОТЧЕТ

по расчетно-графической работе

«Нормирование и регулирование выбросов вредных веществ в воздушный бассейн»

Оренбург 2011

Содержание
Глава 1 Предельно допустимые выбросы (ПДВ) вредных веществ в воздушный бассейн…………………………………………………..……………...3

1.1Понятие о ПДВ…………………………………………….………………3

1.2 Нормирование и регулирование выбросов вредных веществ в воздушный бассейн………………………………………………………………….5

1.3 Определение минимальной высоты трубы и размеров (границ) санитарно-защитной зоны с учетом розы ветров…………………………..……...9

1.4 Мероприятия по охране воздушного бассейна………..………………10

Глава 2 Практическая часть……………………..……………………12

2.1 Постановка задачи………………………………………………...….….12

2.2 Исходные данные………………..………………………..……………..12

2.3 Ход решения……………………………………………..………………14

2.3.1 Расчет ПДВ…………………………………………………………….17

2.3.2 Расчет безопасного расстояния до жилой застройки для NO₂ и SO₂…………………………………………………………………………………..18

2.3.3 Построение границ санитарно-защитной зоны для NO₂ и SO₂..........19

2.3.4 Описание чертежа санитарно-защитной зоны……………….………20

Вывод…………………………………………………………..……………..22

Глава 1 Предельно допустимые выбросы (ПДВ) вредных веществ в воздушный бассейн
1.1 Понятие о ПДВ

ГОСТ 17.2.3.02-78 определяет, что предельно допустимый выброс вредных веществ в атмосферу (ПДВ) устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы таким образом, что выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности источников населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создают приземную концентрацию, превышающую их ПДК для населения, растительного и животного мира.

Значения ПДВ устанавливаются во всех видах проектной документации на строительство новых и реконструкцию существующих предприятий. ПДВ устанавливается как для строящихся, так и для действующих предприятий.

Величина предельно допустимого выброса (ПДВ) вредных веществ является одним из основных показателей экологической безопасности предприятий. Если на участке строительства (реконструкции) предприятия сумма фонового загрязнения атмосферы и приземных концентраций, создаваемых выбросами данного предприятия, выше ПДК- строительство (реконструкция) не разрешается органами экологической и санитарной инспекций. Чем сильнее фоновое загрязнение воздуха на участке строительства, тем меньше величина ПДВ для проектируемого предприятия. Если С_ф ? ПДК_м.р.- строительство (реконструкция) не разрешается.

Поэтому технологи и проектанты стремятся использовать в проекте предприятия малоотходные, экологически безопасные технологии и оборудование, обеспечивающее минимальную величину выброса вредных веществ (г/с). Уменьшить величину выброса можно также путем улавливания вредных веществ в устье источника выбросов пыле-газоочистными аппаратами. Уменьшить величины приземных концентраций можно путем увеличения высоты выброса (трубы) и увеличения расстояния до границы санитарно-защитной зоны с жилой застройкой, где должно соблюдаться ПДК_м.р.Во всех случаях решения принимаются по результатам расчета рассеивания вредных веществ в атмосфере после выброса их из источника.

Степень опасности загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха выбросами вредных веществ определяется путем сравнения с ПДК_м.р., рассчитанного значения приземной концентрации вредных веществ, С (мг/м³), которое устанавливается на границе с жилой застройкой при наиболее неблагоприятных метеорологических условиях (когда скорость ветра достигает опасного значения u_М).

Должно соблюдаться условие:
C^п+C_ф^п ? ПДК_м_._р_.^п(1.1)

где C^п и C_ф^п - соответственно расчетная и фоновая концентрация n-ого вещества на границе санитарно-защитной зоны предприятия с жилой застройкой;

При одновременном совместном присутствии в атмосфере нескольких вредных веществ, обладающих согласно СН 245 - 71суммацией биологического действия, их безразмерная суммарная концентрация не должна превышать единицы при расчете по формуле
(1.2)

где С¹, С² … Сⁿ - концентрации отдельных вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности, мг/м³;

ПДК¹, ПДК²… ПДКⁿ - соответствующие максимально разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м³ (принимаются по СН 245-71);

C_ф¹, С_ф² … С_фⁿ - соответствующие фоновые концентрации вредных веществ (мг/м³) - принимаются по данным городской гидрометеослужбы.

1.2 Нормирование и регулирование выбросов вредных веществ в воздушный бассейн

Нормирование проводится с учетом влияния рельефа местности, суммации вредного воздействия нескольких веществ, фоновых концентраций и неблагоприятных метеоусловий, например, скорость ветра более 9 м/с для г. Оренбурга.

Максимальная приземная концентрация вредного вещества, С_m, при выбросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного источника (точечного) с круглым устьем при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии, Х_m (м), от источника определяется по формуле:
(2.1)

где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы в регионе и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе, в данной местности, C^2/3∙мг∙град^1/3/г;

М - количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу г/с;

?- коэффициент, учитывающий рельеф местности; (при ровной местности с перепадом высот не более 50 м на 1 км ? = 1(в радиусе 2 км);

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;

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

Н - высота источника выброса над уровнем земли, м;

∆Т - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в, град. ^оC;

V₁ - расход газовоздушной смеси, м³/с.

2.1.1. Коэффициент А (C^2/3∙мг∙град^1/3/г) должен приниматься для неблагоприятных метеорологических условий, при которых концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе от источника выброса достигают максимального значения:

- для Севера и Северо-Запада европейской территории России, Среднего Поволжья, Урала и Украины - 160;

- для Оренбурга - 180.

2.1.2. Количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу определяется по формуле:
, г/с (2.2)

где С - концентрация вредного вещества в выбрасываемой газовоздушной смеси, мг/м³;

V₁ - расход газовоздушной смеси, м³/с.

2.1.3. Значения безразмерного коэффициента F должны приниматься:

для газообразных вредных веществ (сернистого газа, сероуглерода и т.п.) и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т. п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) – 1;
для пыли и золы (кроме указанных выше), если средний эксплуатационный коэффициент очистки равен: не менее 90% –2; от 75-90 % – 2.5; менее 75 % – 3.

2.1.4. Величину ∆Т (^оС) следует определять, принимая температуру окружающего атмосферного воздуха Т_в по средней температуре наружного воздуха в 13 часов наиболее жаркого месяца года по главе СНиПП - А.6-72 "Строительная климатология и геофизика", а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Т_г - по действующим для данного производства технологическим нормативам.

2.1.5. Средняя линейная скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса,W₀ (м/с), определяется по формуле:
(2.3)

, м/с (2.4)

где D - диаметр устья источника выброса, м;

V₁ - расход газовоздушной смеси, м³/с.

2.1.6. Безразмерный коэффициент, m определяется по формуле:
(2.5)

2.1.7. Расчет параметра, f , производится формуле:
, м/с²∙град (2.6)

2.1.8. Значение безразмерного коэффициента, n, определяется в зависимости от параметра V_M:

при V_M ? 0.3, n = 3;

при 0.3 ? V_M ? 2

(2.7)

при V_M ˃ 2, n = 1

2.1.9. Расчет параметра V_M производится по формуле:
(2.8)

2.2 Вычисленные по формуле (2.1) С_M, для каждого отдельного вещества, подставляют в формулы (1.1) и (1.2), оценивают результаты (с учётом суммации и фоновых концентраций) и делают вывод о необходимости и объёме проведения технологических, санитарно-технических и архитектурно-планировочных мероприятий.

Если в воздухе содержатся вещества, обладающие эффектом биологической суммации, то определяется приведённая к одному из этих веществ концентрация. Основным веществом выбирают то, которое относится к наибольшему классу опасности.
(2.9)

Например, эффектом суммации действия обладают сернистый ангидрид и диоксид азота (СН 245-71). Основным веществом является двуокись азота.

Если по результатам расчетов C_Mⁿ+C_ф^п сумма превышает ПДК_м.р.^п, то расчет продолжается с целью вычисления расстояния Х (в метрах) на котором концентрации вредных веществ будут равны ПДК.

Если C_Mⁿ+C_ф^п? ПДК_м.р.^п, то величину выброса утверждают как ПДВ и новых воздухоохранных мероприятий не планируют.

2.3. На расстоянии, X_М (м), от источника выброса при неблагоприятных метеорологических условиях по оси факела выброса, достигается максимальная (наибольшая) приземная концентрация вредных веществ, С_М.

Величина X_М определяется по формуле:
(2.10)

где d - безразмерная величина, определяемая по формулам в зависимости от значения V_M_:

при V_M ? 2, (2.11)

при V_M > 2, (2.12)

Когда безразмерный коэффициент, f ? 2, величина X_М определяется по формуле:
(2.13)

2.4. Величины приземных концентраций примесей С (мг/м³) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях Х (м) от источника выброса определяются по формуле:
(2.14)

где S₁ - безразмерная величина, определяемая при опасной скорости ветра в зависимости от отношения X/X_M.
, при 1< X/X_M<8
(2.15)

1.3 Определение минимальной высоты трубы и размеров (границ) санитарно-защитной зоны с учетом розы ветров

3.1 Минимальная высота трубы и размеры санитарной зоны определяются по основной формуле рассеивания выбросов (2.1) при фиксированном значении ПДВ (г/с). Полученный по расчету размер санитарно-защитной зоны "Х" (м) должен уточняться (в сторону увеличения) в зависимости от розы ветров на участке расположения предприятия по формуле:

, м (3.1)

где L₀ - расчетное расстояние, от источников загрязнения до границы санитарно-защитной зоны (без учета поправки на розу ветров), до которого концентрации вредных веществ больше ПДК, м;

Р - среднегодовая повторяемость направлений ветров рассматриваемого румба, %;

Р₀ - повторяемость направлений ветров одного румба (при восьми румбовой розе ветров Р₀ =12.5%).

3.2 Построение чертежа санитарно-защитной зоны производится в соответствии с выбранным масштабом (например, в 1 мм:5 м и т.п.), по направлениям, противоположным соответствующему румбу (например, восточный ветер вызывает отклонение факела выброса в западную зону).

1.4 Мероприятия по охране воздушного бассейна

4.1. Технологические мероприятия.

4.1.1. Соблюдение технологических норм расхода электроэнергии и пара единицу продукции.

4.1.2. Очистка сырья от вредных примесей (удаление серы из топлива), использование малосернистого мазута с содержанием серы 2% и менее; перевод котельной с угля на мазут или природный газ, перевод предприятия на централизованное теплоснабжение с закрытием местной котельной.

4.1.3. Создание малоотходных технологических процессов (количество отходов меньше 10 % от количества сырья); применение рециркуляции отходящих газов (до 100%) в технологическом процессе.

4.1.4. Использование вторичных энергоресурсов (ВЭР); установка экономайзеров, утилизация тепла вытяжного воздуха в системах вентиляции для подогрева приточного воздуха.

4.1.5. Замена сухих способов переработки пылящих материалов мокрыми.

4.1.6. Применение пневмотранспорта для транспортировки пылящих материалов в деревообрабатывающих цехах, в силикатной промышленности и т. д.

4.2. Архитектурно-планировочные мероприятия

4.2.1. Выбор участка под строительство с учетом розы ветров, рельефа местности, размещения существующих промузлов или промзоны.

4.2.2. Организация санитарно-защитных зон с радиусом от 50 до 1000 м и более в зависимости от класса предприятия и результатов расчета рассеивания (L₀).

4.2.3. Посадка в санитарно-защитных зонах лесополос шириной 50 м с газонным разрывом 20 м, отдавая предпочтение районированным на Южном Урале газоустойчивым деревьям и кустарникам (боярышник обыкновенный, смородина золотистая, клен ясенелистный, клен татарский и т. д.), а так же деревьям с высокими пылезащитными свойствами (вяз гладкий, ясень узколистный, клен остролистый, можжевельник и т.д.).

4.3. Санитарно-технические мероприятия

4.3.1 Организация местной аспирационной сети и общеобменной вентиляции цеха (участка) в соответствии с расчетами выделений по каждому веществу (г/с) и соответствующей степени очистки.

4.3.2. Объединение мелких источников в единый источник одной аспирационной сетью.

4.3.3. Установка пылеочистного оборудования с выбором по паспортам и с учетом необходимой степени очистки (Э, %), производительности (м³/c), температурного режима и себестоимости очистки, возможности переработки уловленных вредных веществ в полупродукты или товарные продукты.

4.3.4.Установка газоочистного оборудования, снижающего концентрации вредных веществ на основе процессов: абсорбции, адсорбции, каталитического сжигания. Например, применение мокрого скруббера, угольного адсорбера, печей сжигания, системы нейтрализации отработавших газов (СНОГ) и т. д.

Глава 2 Практическая часть
2.1 Постановка задачи

Требуется рассчитать:

Максимальные приземные концентрации (C_m) для SO₂, NO_2, CO и сажи.
Расстояние (X_m) по оси факела, на которой они достигаются. Полученные значения (C_m + C_Ф) сравнить с величиной ПДК_м.р.; в случае превышения ПДК_м.р. необходимо рассчитать расстояние (X) в метрах, на котором (C_m + C_Ф) будет равно ПДК или количество циклонов, или необходимую высоту трубы котельной.

2.2 Исходные данные

Таблица 1
Задание для котельной

Высота трубы (Н), м	Диаметр трубы (D), м	Темпера- тура выброса (Т_г), ^°С	Объем выброса (V₁), м³/с	Концентрация загрязнений, измеренные в трубах (отходящих газах) котельных (С), мг/м³
Высота трубы (Н), м	Диаметр трубы (D), м	Темпера- тура выброса (Т_г), ^°С	Объем выброса (V₁), м³/с	SO₂ двуокись серы	NO₂ двуокись азота	СО окись углерода	сажа
29,5	1,5	160	8,3	520	72	290	58

Таблица 2
Фоновые концентрации вредных веществ на участке строительства (эксплуатации) котельной

Город	С_ф, мг/м³
	SO₂	NO₂	CO	Cажа
Оренбург	0,11	0,011	1,2	0,08

Таблица 3
Роза ветров на участке строительства (эксплуатации) котельной

Город	Среднегодовая повторяемость ветров (роза ветров)								Т_в, °С темпера-тура наружного воздуха	А коэф. стратифи- кации
Город	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ	Т_в, °С темпера-тура наружного воздуха	А коэф. стратифи- кации
Оренбург	8	12	18	7	13	15	19	8	26,9	180

Таблица 4
ПДК максимальные разовые для данных вредных

веществ (по СН 245 71), мг/м³


0,5	0,085	3,0	0,15

2.3 Ход решения

Расчет массы выброса в атмосферу по каждому из вредных веществ производится по формуле:

, г/с

г/с

, г/с

г/с

, г/с

г/с

, г/с

г/с
Расчет ?? (разности температур)

где: Т_г – температура отходящего газа, Т_г = 160° С (по заданию);

Т_в – температура окружающего воздуха; для расчета принята средняя температура наружного воздуха в 13 часов наиболее жаркого месяца года; г. Оренбурга Т_в = 26,9° С.

Расчет средней скорости выхода газовоздушной смеси (отходящих газов) из устья источника выброса производится по формуле:

, м/с

м/с
Расчет параметра, f , производится по формуле:

, м/с² · град

м/с² · град
Расчет безразмерного параметра m, производится по формуле:

Расчет безразмерного параметра v_м производится по формуле:

Расчет безразмерного параметра n производится когда

Расчет максимальной приземной концентрации вредных веществ производится по формуле:

где

- для случая ровной или слабо пересеченной местности с перепадом, не превышающим 50м/км (ОНД 86);

А – коэффициент стратификации = 180;

М – скорость оседания частиц.

где

, а

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 относится к наибольшему (второму) классу опасности:

Поверяем условие

2.3.1 Расчет ПДВ

Для оксида углерода предельно-допустимый выброс составит (есть соблюдение ПДК по СО):

Мероприятия по достижению ПДК_м.р. на границе санитарно-защитной зоны по саже, диоксиду серы и диоксиду азота могут быть технологическими, санитарно-техническими, архитектурно-планировочными.

В данном примере решения задачи рассматривается организация санитарно-защитной зоны в зависимости от результатов рассеивания для диоксида азота.

Эффективность улавливания сажи Э циклонами ЦН-24 равна согласно каталогу 80% (или 0,8), тогда:

2.3.2 Расчет безопасного расстояния до жилой застройки для NO₂ и SO₂

Расчет расстояния по оси факела выброса от источника выброса Х_м, на котором достигается величина максимальной приземной концентрации С_м производится по формуле:

Поскольку в нашем примере

, величину вспомогательного параметра d определяем по формуле:

(для газов SO₂, NO₂)

Для сажи

, тогда по формуле:

2.3.3 Построение границ санитарно-защитной зоны для NO₂ и SO₂

Для газов SO₂, NO₂, безопасное расстояние

. Используя исходные данные о розе ветров и формулу, вычисляем размеры санитарно-защитной зоны по восьми румбам.

где

безопасное расстояние по i-ому румбу;

Для сажи, безопасное расстояние

2.3.4 Описание чертежа санитарно-защитной зоны

Проводим восемь основных направление ветра и откладываем расстояние l, учитывая, что северный ветер смещает выбросы на юг и т.д.

В тех случаях, когда расстояние

влияние направления ветра не учитывается и по данному румбу откладывается расстояние равное

для гарантии безопасности. На рисунке внутри санитарно-защитной зоны для газов показана санитарно-защитная зона для сажи, следовательно, в нашем примере циклоны для улавливания сажи не нужны. Однако, в тех вариантах, где С_мгазов не превышает ПДК, а С_м сажи превышает ПДК циклоны потребуются или же санитарно-защитная зона (без циклонов) будет рассчитана по l_i для сажи.
Вывод
Для снижения объема загрязняющих веществ устанавливают дополнительное очистное оборудование, но зачастую в малонаселенных пунктах этот наиболее эффективный способ не применяют в связи с дорогой стоимостью оборудования, отсутствием квалифицированного тех.персонала и т.д.

В данном варианте не наблюдается превышение ПДК по газам и саже. Из этого следует, что никаких улучшений проводить не нужно.