 |
Определение фактических концентраций вредных выбросов
|
|
|
|
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к практическим занятиям по дисциплине
«Физика аэрозолей»
для студентов, обучающихся по направлению подготовки
08.03.01. – Строительство,
Ставрополь, 2014
Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению подготовки 08.03.01. – Строительство, профиль обучения «Теплогазоснабжения и вентиляция» и изучающих дисциплину «Физика
аэрозолей».
В методических указаниях приводятся рекомендации по практическому определению 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, обеспечивающей рассеивание выброса в пределах допустимых концентраций микрорайона.
Методические указания нацеливают на стимулирование самостоятельной работы студентов с тем, чтобы повысить ее роль не только в формировании знаний, но и в накоплении навыков научного исследования.
Методические указания представляют собой интерес для студентов указанного направления и профиля обучения, а также инженерно-технических работников, занимающихся решением практических природоохранных задач.
Составители: Воронин А.И., Хащенко А.А.
Фомущенко Л.В.
Рецензент: Стоянов Н.И.
ВВЕДЕНИЕ
Способы повышения качества воздушной среды производственных
Помещений
Степень чистоты воздуха производственных помещений оказывает непосредственное прямое влияние на здоровье рабочего персонала и уровень профессиональных заболеваний.
Многие микроорганизмы являются возбудителями инфекционных и аллергических заболеваний человека, причиной отравлений. Поэтому к воздушной среде производственных помещений предприятий энергетического комплекса предъявляются высокие санитарно – гигиенические требования.
|
|
|
В целях улучшения качества воздуха, устранения неприятных запахов осуществляют:
- дезодорацию;
- дезинфекцию;
- ионизацию воздуха.
Дезодорация (устранение неприятных запахов).
Для устранения неприятных запахов необходимо осуществлять следующие технологические и технические мероприятия:
- обработку исходного технологического сырья под вакуумом;
- герметизацию оборудования и оснащение его местными отсосами;
- проведение эффективной вентиляции помещений;
- термическую и химическую обработку воздуха;
- своевременную уборку помещений.
Неприятные запахи воздуху сообщают газы и мельчайшие частицы вещетв размером 0,01 – 0,00003 мкм, находящиеся во взвешенном состоянии.
Такие частицы не улавливаются обычными воздушными фильтрами, применяемыми в системах вентиляции.
В этих случаях необходимо использовать например, фильтры с активированным углем.
Существуют также реагентые способы удаления вредных газов избирательного действия:
- для устранения запаха хлора (Cl2)применяют известковое молоко;
- от углекислого газа (СО2) и сероводорода (H2S) воздух очищают растворами этаноламинов;
- для удаления окиси углерода (СО) используют гопкалитовые фильтры, в состав которых входят окислы меди и магния (Cu2O; MgO).
При термической очистке газов от неприятных запахов применяют непосредственное сжигание газов при 850 – 1000 оС (например в топках котельных) или каталитическое при 300 – 400 оС в специальных установках (катализаторах).
Дезинфекция.
Воздух производственных помещений дезинфицируют с помощью его озонирования и ультрафиолетового облучения.
|
|
|
а) Озонирование целесообразно применять для дезинфекции как производственных, так и вспомогательных (складских) помещений. Озон (О3) легко разлагается с выделением свободного (атомарного) кислорода, который обладает сильными окислительными свойствами. Эти свойства особенно усиливаются во влажном воздухе.
При концентрации озона выше 1 мг/м3 ощущается острый раздражающий запах. Длительное пребывание человека в атмосфере с концентрацией озона более 2 мг/м3 не допускается.
Озон способен также устранять запахи, вызываемые органическими веществами.
На стали всех марок при высокой концентрации озон оказывает сильное коррозионное воздействие.
Озон получают в электрических озонаторах: воздух продувают между параллельно установленными пластинами (электродами) с высокой разностью потенциалов (6 – 30 кВ); в зоне тихих (коронных) разрядов из кислорода воздуха образуется озон.
На получение 50 г озона требуется 1 кВт . час электрической энергии.
Влажный воздух озонируется плохо, поэтому его предварительно следует подсушить.
б) Ультрафиолетовое облучение можно применять как для непосредственной дезинфекции движущегося воздуха в воздуховоде, так и для обработки в специальных камерах (каналах), через которые пропускают поток воздуха. Под действием ультрафиолетового излучения микроорганизмы погибают.
Источником ультрафиолетовой радиации служат бактерицидные и эритемные лампы. Промышленностью выпускается например, бактерицидный облучатель ОБН – 150 мощностью 100 Вт, обеспечивающий дезинфекцию воздуха в объёме помещения до 60 м3.
Ионизация.
Качество воздуха может быть улучшено путём его ионизации, то есть аэроионофикации.
Биологические свойства воздушной среды характеризуются наличием в нём отрицательных электрических зарядов, носителями которых являются ионизированные молекулы кислорода (аэроионы).
Воздух с повышенной концентрацией отрицательных аэроионов благоприятно действует на человека.
Отрицательные ионы обладают целебными свойствами, укрепляют нервную систему человека, предупреждают возникновение ряда заболеваний, повышают работоспособность, очищают воздух помещений от болезнетворных микроорганизмов и приближают его по своим свойствам к природному воздуху лесов и полей.
|
|
|
В системах приточной вентиляции или кондиционирования воздух, проходя через фильтры и другое оборудование, теряет лёгкие ионы и поэтому его следует ионизировать.
Для отрицательной ионизации воздуха созданы электроэффлювиальные аэроионизаторы. Их выполняют в виде сетчатого диска диаметром до 1м с многочисленными отверстиями. К сетке – диску подаётся высокое напряжение (50 кВ). В процессе трения воздуха на остриях отверстий происходит ионизация кислорода воздуха.
Практическое занятие № 1
Определение фактических концентраций вредных выбросов
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.
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.
Определяющие факторы: Hтр ; wв; t н.в.; tух.г.; рельеф; М,(г/с); wв,м/с.
Ветер ®
 |
1 2 3
 | |||
 | |||
Lmax Cmax
 |
Зона переброса факела Зона
загрязнения
Рис.1. Схема рассеивания газопылевого выброса предприятия:
1. – производственное здание;
2. – газо-пылеулавливающая установка;
3. – дымовая труба.
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 – высоко опасные (0,1¸1,0 мг/м3).
3 класс – умеренно опасные (1,0¸10 мг/м3).
4 класс – мало опасные >10 мг/м3.
2. Максимально разовая ПДКМ.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 ПДКС.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.
ПДК Р.З. >ПДК М.Р. > ПДК С.С.
Расчет СmaxиПДВ проводится по формулам отдельно для холодных и нагретых выбросов.
Для выбора вида расчетных формул по определению Сmax(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 = tух. г. – tн.в., оС – температурный перепад между уходящими газами и воздухом окружающей среды.
Таблица 1 – Рабочие формулы расчётных концентраций нагретых
и холодных выбросов
| Вид выброса | С max, мг/м3 | ПДВ р, г/с 
|
| Нагретые | 
| 
|
| Холодные | 
| 
|
В приведенных в таблице № 7 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 
.
при 0,3 < Vm 
2,
где Vm – параметр, определяемый по формуле:
,
А – коэффициент температурной стратификации атмосферы, входящий в формулы таблицы 1 и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредного вещества в атмосферном воздухе:
– 240 – субтропики южнее 45°с.ш.;
– 200 – Кавказ, Нижнее Поволжье, Сибирь, Дальний Восток;
– 160 – Север и Северо-Запад европейской части России, Среднее Поволжье, Урал;
– 120 – Центральная часть европейской территории России.
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;
а) F = 1 – для газообразных вредных веществ и аэрозолей;
б) для более крупнодисперсной пыли и золы в зависимости от степени очистки
ε = 90%, F = 2;
ε =75¸90%, F = 2,5;
ε <75%, F = 3 (вне зависимости от ε при выбросе большого количества водяного пара).
По результатам выполненных расчетов делаются выводы о том, что загрязняют или нет вредные выбросы приземный слой атмосферы прилегающего района.
|
|
|
Если фактические выбросы не превышают предельно допустимых, то результаты расчетов могут быть рекомендованы для представления на согласование в городской или районный комитет по охране природы.
При расчете максимальных концентраций (Cmax) 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:
SO2(Ф) = 0,1 мг/м3 ; NO2(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 – ПДКм.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:
Сmax+Сф< ПДКм.р.
Основные исходные данные для расчетов принимают из таблиц:
– табл. № 2 и № 3 – по предпоследней и последней цифрам шифра (для расчета газопылевого выброса цементного завода – спец. 290300);
– табл. № 4 и № 5 – 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 № 6 по виду заданного топлива (спец. 290500; 290700).
Расчеты максимальных концентраций вредных выбросов выполняются по алгоритмам, приведенным в разделе 1.2.
Таблица 2 – Технологические характеристики цементных заводов
| № пред– послед. 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 3 – 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 4 –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 |
Продолжение таблицы 4
| 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 5 – 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 6 – 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 высокосернист. | 0,0060 | 0,0549 | 0,0377 | 0,00246 |
Дополнительные данные, принимаемые вне зависимости от варианта.
Таблица 7 – Значения коэффициента снижения концентрации (S1)
в зависимости от расстояния до эпицентра концентрации
| L/Lmax | ||||||||||
| S1 | 0,8 | 0,5 | 0,38 | 0,28 | 0,2 | 0,15 | 0,12 | 0,10 | 0,08 |
В таблицах исходных данных № 2, 3, 4, 5, 6 приняты следующие обозначения:
n – количество котлов, установленных на котельной;
tух.г. – температура уходящих дымовых газов;
hк.а. – коэффициент полезного действия котлоагрегата;
Diп – удельный расход тепла на выработку 1 кг насыщенного пара;
Qрн – низшая теплота сгорания топлива;
tн.в. – наиболее неблагоприятная температура наружного воздуха;
Н – высота трубы;
D – диаметр устья трубы;
Wо – средняя скорость выхода из трубы газовоздушной смеси.
Практическое занятие № 2
|
|
|
