Определение концентраций загрязняющих веществ в атмосфере для точечного источника

 

Рассматривается одиночный точечный источник (заводская труба) с круглым устьем, выбрасывающий газовоздушную смесь, содержащую вредные примеси. При определенных неблагоприятных метеорологических ситуациях на некотором расстоянии x_м от источника достигается максимальная приземная концентрация вредного вещества, которая определяется по формуле:

(1)

где A – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;

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

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

m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

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

η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности; в случае ровной или слабо пересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, η = 1;

ΔT – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси T_г и температурой окружающего наружного воздуха T_в, ⁰С;

V₁ – расход газовоздушной смеси (ГВС), м³/с, определяемый по формуле

,

(2)

где D – диаметр устья источника выброса (диаметр выходного отверстия трубы), м;

w₀ – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса (трубы), м/с.

Значения коэффициента А, характеризующего соответствующие повторяемости неблагоприятных метеорологических условий (инверсии температуры), при которых концентрация вредных веществ в воздухе максимальна, определяются для территории РФ по таблице П1.

Таблица П1

Территория	Коэффициент А
Бурятия и Читинская обл.
Районы Европейской территории России (ЕТР) южнее 500 с.ш., включая Кавказ и Нижнее Поволжье; Азиатская территория России, включая Сибирь и Дальний Восток
ЕТР и Урал от 50 до 520 с.ш.
ЕТР и Урал севернее 520 с.ш. за исключением центра ЕТР
Центр ЕТР (Московская, Тульская, Рязанская, Владимирская, Калужская, Ивановская области)

 

Эмиссия выбросов загрязняющих веществ М и расход газовоздушной смеси V₁ для вновь строящихся предприятий определяются исходя из конкретных особенностей технологического процесса с помощью специальных методик расчета, которые разработаны для ряда типовых технологий. При отсутствии таких методических разработок приходится проводить специальные научные исследования и инженерные расчеты. Для действующих предприятий эти величины, как правило, уже известны и могут быть проконтролированы путем непосредственных измерений.

Значение коэффициента F принимается:

а) для газообразных примесей и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость оседания которых практически равна нулю) F = 1;

б) для мелкодисперсных аэрозолей, кроме указанных выше, при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % F = 2; от 75 до 90 % F = 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки F = 3.

Температуру T_в принимают равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца. Для котельных, работающих по отопительному графику, допускается принимать T_в равной средней температуре наружного воздуха за самый холодный месяц. Температура выходящей газовоздушной смеси T_г определяется по технологическим расчетам и действующим для данного производства нормативам.

Расстояние от источников выбросов, на котором концентрация вредных веществ при неблагоприятных метеоусловиях достигает максимального значения см определяется формулой:

 

,

(3)

где d – безразмерный коэффициент.

Алгоритм расчета коэффициентов m, n, d, а также опасной скорости ветра u_м (м/с), зависит от параметров f, f_e, v_м , v*_м и определяется формулами, приведенными в таблицах П2 и П3.

 

	(4)
	(5)
	(6)
	(7)

 

Таблица П2

	при f < 100	(8)
	при	(9)

 

Таблица П3

при f < 100	при vм < 0,5	n = 4,4vм	(10)
	(11)
uм = 0,5	(12)
при		(13)
	(14)
uм = vм	(15)
при	n = 1	(16)
	(17)
	(18)
при или	при		(19)
d = 5,7	(20)
uм = 0,5	(21)
при		(22)
	(23)
	(24)
при	n = 1	(25)
	(26)
	(27)

 

В предельных случаях (холодные выбросы, предельно малые опасные скорости ветра) максимальная концентрация загрязняющего вещества определяется не по формуле (1), а с помощью соотношений (28), (30).

Так, при (или ) и (холодные выбросы) для расчета с_м используется формула:

 

,	(28)
где ,	(29)

причем n здесь определяется по формулам (19), (22), (25).

 

При f < 100 и v_м < 0,5 или и (случаи предельно малых опасных скоростей ветра) расчет с_м вместо (1) производится по формуле:

(30)

 

где m*=2,86 m при f < 100 и v_м < 0,5 (31)

 

m* = 0,9 при и (32)

Помимо формул для вычисления коэффициентов m и n можно использовать графики, представленные на рис. 1, 2.

Если мы хотим вычислить приземную концентрацию вредных веществ по оси факела на различных расстояниях x (м) от источника выбросов при опасной скорости ветра, то необходимо воспользоваться формулой (33):

с = s1см,   где s1 – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения x/xм и F по графикам на рис. 3.

(33)

При значениях x/x_м < 1 для низких и наземных источников (высотой H не более 10 м) величину s₁ в формуле (33) заменяют на s¹_н и определяют по графику на рис. 4.

В более общем случае, когда требуется определить также и концентрации на некотором расстоянии y (м) по перпендикуляру к оси факела выброса, следует использовать формулу (34):

 

с = s1 (x/xм) s2 (y/x)см,	(34)
где функцию s2 (y/x) определяют с помощью графика на рис. 5 в зависимости от параметра ty:
	(35)
	(36)

 

 

Рис. 1. Графики для определения коэффициента m.

 

Рис.2. График для определения коэффициента n.

 

 

Рис. 3. Графики для определения коэффициента s₁.

 

Рис. 4. График для определения величины s_н¹.

 

Рис. 5. График для определения величины s₂.

 

 

 

 

Рис. 6. Характер распределения концентраций загрязняющего

вещества под факелом одиночной трубы.