9.1  Розрахунок забруднення атмосфери викидами одиночного джерела

1. Згідно з діючою методикою максимальне значення приземної кон­центрації шкідливої речовини См, мг/м3 при викиді нагрітої газо­повітряної суміші з одноствольної труби з круглим отвором дося­гається при несприя­тливих метеорологічних умовах на відстані Хм, м, від джерела і знахо­диться за формулою [45-50]:

;                                            (9.3)
де   А – коефіцієнт, який залежить від температурного градієнта ат­мосфери,  приймається для розташованих на Україні дже­рел висотою ме­нше 200 м в зоні від 50° до 52° південної широти – 180, а південніше 50° південної широти – 200;
Н –  висота джерела викидів (для наземних джерел викидів Н = 2 м);
М – маса шкідливої речовини, яка викидається в атмосферу за оди­ницю часу, г/с;
F – коефіцієнт, який враховує швидкість осідання шкідливих речо­вин в атмосфері (для газів F = 1, для пилу при ефективності очищен-ня ви­кидів не менше  90%  F= 2,5 і менше 75% чи при відсутності очищення  F = 3);
η – коефіцієнт, який враховує вплив рельєфу місцевості; у випадку рівної чи слабопересіченої місцевості з пере­падом висот, що не перевищу­ють 50 м на 1 км, η = 1;
ΔТ – різниця між температурою газоповітряної суміші, яка викида­ється, tr і температурою навколишнього  атмосферного повітря tn, °С;
Q – витрати газоповітряної суміші, м3/с, які визначаються за форму­лою:

,                                                     (9.4)

тут     D – діаметр гирла джерела викиду, м; V0– середня швидкість виходу газоповітряної суміші з отвору джерела викиду, м/с. Приймається на основі техніко-економічних розраху­нків і залежить від висоти труби [33].

 

 

Значення коефіцієнтів m і n визначаються  залежно від параметрів f, , та fe:
;                                       (9.5)
;                                        (9.6)
                ;                                          (9.7)
.                                          (9.8)

Коефіцієнт m визначається  залежно від f з рис. 9.2 чи за формулами:

 при f < 100;                                    (9.9)
 при f ≥ 100.                                     (9.10)
Для fe < f < 100 значення коефіцієнта m розраховується при f = fe
Коефіцієнт n при f < 100 визначається  залежно від VM з рис. 9.3 або за формулами:
 при VМ ≥ 2;                                                 (9.11)
 при 0,5 ≤VМ < 2;                     (9.12)
      при Vм < 0,5;                                 (9.13)
2. Максимальне значення приземної концентрації холодної газопові­тряної суміші від одиночного джерела з круглим отвором при f  ≥ 100 (або ΔТ ≈ 0) і при розрахунку СМ замість формули (9.3) використову­ється формула:
,                                                     (9.14)
   де    ;                                                  (9.15)
причому n визначається за формулами (9.11)…(9.13) при Vм = . Анало-гічно при f < 100 і Vм < 0,5 або f ≥ 100 і  < 0,5 (випадки гранично малих шкідливих швидкостей вітру) розрахунок Cм замість (9.3) прово­диться за формулою:
,                                              (9.16)
де m' = 2,86 m  при f  < 100, Vм < 0,5;                                          (9.17)
m' = 0,9  при f  ≥ 100, < 0,5

Рисунок 9.2 – Залежність коефіцієнта m від параметра f

Рисунок 9.3 – Залежність коефіцієнта n від параметра VM

 

3.Відстань ХM, м, від джерела викидів, на якій приземна концен-трація С, мг/м3, при несприятливих метеорологічних умовах досягає максимального значення, визначається за формулою:

,                                         (9.18)

де d – безрозмірний коефіцієнт, який визначається за фор­мулами:
при   f < 100:

                              при Vм ≥ 0,5;                    
               при 0,5 < Vм ≤ 2;                                      (9.19)
                                 при Vм > 2;

при f  > 100 або ΔT ≈ 0:
                              при  ≤ 0,5;
                при 0,5 <  ≤ 2;                                              (9.20)
                          при  > 2

4. Значення шкідливої швидкості вітру UM, м/с, на рівні флюгера (звичайно 10 м від рівня землі), при якій досягається найбільше значення приземної концентрації шкідливих речовин С знаходиться за формулами:

  при f < 100
                                           Uм = 0,5      при Vм ≤ 0,5;
                             Uм =   Vм     при 0,5 < Vм ≤ 2;                                           (9.21)
                                            при Vм > 2;
при f  ≥ 100, або ΔT ≈ 0:
                              Uм = 0,5             при  ≤ 0,5;                                              (9.22)
              Uм =            при 0,5 <  ≤ 2;                                      (9.23)
                                 Uм = 2,2       при  > 2                                  (9.24)

5. Максимальне значення приземної концентрації шкідливої речо­вини CMU , мг/м3, при несприятливих метеорологічних умовах і швидкості вітру U, м/с, яка відрізняється від шкідливої швидкості вітру UM, м/с, визначається за формулою:

         Cмu =  r • Cм,                                                      (9.25)

де r – безрозмірна величина, яка визначається  залежно від від­ношення U/UM з рис. 9.4 або за форму­лами:

    при U/Uм ≤ 1           (9.26)
       при U/Uм > 1             (9.27)

Примітка.

При проведенні розрахунків не використовується значення швидко­сті вітру U < 0,5 м/с, а також швидкості вітру U < U0 , де U0  –  значення швидкості вітру, що перевищує в даній місцевості в середньому багаторіч­ному режимі в 5% ви­падків.

 

Рисунок 9.4 – Залежність коефіцієнтів r і p від відношення U/UM

6. Відстань від джерела викиду, м, на якій при швидкості вітру U і несприятливих метеорологічних умовах приземна концентрація шкідливих речовин досягає максимального значення  СMU , мг/м3, визначається за фо­рмулою:

Xмu =  р • Xм                                                       (9.28)

де р – безрозмірний коефіцієнт, який визначається  залежно від відношення  U/UM з рис 9.4 або за формулами:       

                      
                         р = 3      при U/Uм ≤ 0,25;
          при 0,25 < U/Uм ≤ 1;
            при U/Uм > 1;                         (9.29)

7. При небезпечній швидкості вітру UM приземна концентрація шкід­ливих речовин С, мг/м3, в атмосфері за віссю факела викидів на різних відста­нях X, м, від джерела викидів визначається за формулою:
       С  = S1 • См                                                                                       (9.30)
де  S1 – безрозмірний коефіцієнт, який знаходиться  залежно від відношення X/XM і коефіцієнта F  з  рис. 9.5 або за формулами:
     при X/Xм ≤ 1;
            при 1 < X/Xм ≤ 8;             (9.31)
         при F < 1,5 і X/Xм > 8;
при F > 1,5 і X/Xм > 8;     
Для низьких і наземних джерел (висотою Н не більше 10 м) при зна­ченнях X/Xм < 1 величина S1 в (9.30) заміняється на величину,яка ви­значається залежно від X/Xм і H з рис. 9.6 чи за формулою:
          при 2 ≤ H < 10 .            (9.32)

Рисунок 9.5 – Залежність коефіцієнта S1 від відношення X/XM: 1 – легкі домішки, 2 – важкі домішки

 

8. Значення приземної концентрації шкідливих речовин в ат­мосфері Су, мг/м3, на відстані у, м,  перпенди­кулярно до осі факела викидів знахо­диться за формулою
        Су = S2 • С,                                                        (9.33)
де S2 – безрозмірний коефіцієнт, який визначається за­лежно від швидкості вітру U, м/с, і відношення у/х за значенням аргументу tу:
   при U ≤ 5;                                           (9.34)
                                  при U > 5;
з рисунку 9.7 або за формулою:
      S                       (9.35)  

 

Рисунок 9.6 – Залежність коефіцієнта  від відношення X/XM

Рисунок 9.7 – Залежність коефіцієнта S2 від аргументу ty

 

9. Максимальна концентрація   CMX, мг/м3, на відстані X від джерела викидів на осі факела при швидкості вітру UMX визначається за формулою:
Cмх = • Cм                                                 (9.36)
де    – безрозмірний коефіцієнт знаходиться  залежно від від­ношення X/Xм з рис. 9.8 чи за формулами:
     при X/Xм ≤ 1;
              при 1 < X/Xм ≤ 8;

           при 8 < X/Xм ≤ 24;           (9.37)
        при 24 < X/Xм ≤ 80, F ≤ 1,5;
            при 24 < X/Xм ≤ 80,  F > 1,5;
          при X/Xм > 80,  F ≤ 1,5;
           при X/Xм > 80,  F > 1,5;

 

Рисунок 9.8 – Залежність коефіцієнта S'1 від відношення X/XM

 

Швидкість вітру UMX при цьому розраховується за формулою:

                           UMX =  f1 • Uм,                                                          (9.38)  
де f1 – безрозмірний коефіцієнт, який визначається  залежно від відношен-ня Х/Хм з рис. 9.9 чи за формулами:

   при Х/Хм ≤ 1;
     при 1 < Х/Хм ≤ 8;         (9.39)
  при 8 < Х/Хм < 80;
  при Х/Хм ≥ 80;

Рисунок 9.9 – Залежність коефіцієнта f1 від відношення X/XM

10. Розрахунки забруднень атмосфери при викидах газоповітря­ної суміші з джерела з прямокутним отвором проводяться за при­веденими вище формулами при середній швидкості V0 і значеннях D = De, м, і           Q1 = Q 1  e , м3/с.

Середня швидкість виходу в атмосферу газоповітряної сумі­ші V0, м/с, знаходиться за формулою:
               ,                                                  (9.40)
де      L – довжина шахти, м;
b – ширина шахти, м;

Ефективний діаметр отвору  De, м, визначається за формулою:
                                                                              (9.41)
Ефективні витрати газоповітряної суміші, м3/с, яка викидається в атмосферу в одиницю часу, знаходяться за формулою:
                                                   (9.42)

Примітка.

Для джерел з квадратним отвором (L = b) ефективний діаметр De   дорівнює довжині сторони квадрата. В останньому розрахунок розсію­вання шкідливих речовин проводиться як для викидів з джерела з круглим отвором.

11. Вирішення зворотних задач для визначення потужності викидів

М і висоти H, які відповідають заданому рівню максимальної приземної концентрації при інших фіксованих параметрах викидів, проводиться так.

 

Потужність викиду М, г/с, відповідна заданому значен­ню максима­льної концентрації СM, мг/м3, визначається за формулою:
;                                             (9.43)
у випадку f ≥ 100 або ΔT ≈ 0
                                                       (9.44)    

 

Висота джерела H, відповідна заданому значенню СM, у ви­падку       ΔT ≈ 0 зна­ходиться за формулою:
                                                                              (9.45)

 

Якщо знайденому за формулою (9.45) значенню Н відповідає         V'M < 2 м/с, то Н уточнюється методом послідовних набли­жень за формулою:
,                                                 (9.46)
де ni та ni-1 – значення знайденого з  рис. 9.3 чи за форму­лами (9. 11) - (9. 13) коефіцієнта n, одержані відповідно за значеннями Hi та Hi-1 (при і = 1 у формулі (9.46) приймається n0 = 1, а значення Hi визначається за формулою (9.45).

 

Формули (9.45) і (9.46) застосовуються також для визна­чення H при ΔT > 0. Якщо при цьому виконується умова H, то знайдене

 

Нє точним. Якщо ж , то для визначення попереднього значення висоти Н використовується формула:
                                                              (9.47)

 

За знайденим значенням Н визначаються на основі формул (9.5) ... (9.8) величини f , V'M, VM і fe  та встановлюються в першому наближенні кое­фіцієнти m і  n . Дальші уточнення значення Н виконуються за формулою:
,                                                 (9.48)
де  –  mi, ni відповідають Hi, а mi-1, ni-1 – Hi-1 (при i = 1 приймається m0 = n0 = 1, а Н0 визначається за формулою (9.47). 

 

Уточнення значень Н за формулами (9.46) і (9.48) проводиться до того часу, поки два послідовно знайдених значень Н (Нi та Hi+1) будуть відрізнятися менше як на 1 м.

12. У випадку викидів в атмосферу, зумовлених спалюванням па­лива, при фіксованих висоті та діаметрі отвору труби відповідні CM витрати палива σ, т/год., визначаються за формулою:
,                           (9.49)
де    d3 – кількість шкідливої речови­ни на одиницю палива (в необхідних випадках з ура­хуванням пилогазоочи­щення), г/кг, яка викидається в атмосферу; d4 – витрати газоповітряної суміші, г/кг,  яка виділяється на оди­ницю маси палива, м3/кг.

13. Для кожного джерела радіус зони впливу розраховується як
найбільша з двох відстань   до джерела X1 і X2, де X1 = 10 XM, а величина X2   визначається як відстань від джерела, починаючи з якої С ≤ 0,05 ГДК.

Примітка.
Значення X2 знаходиться графічно з рис. 9.5а, б. На вер­тикальній осі відкладається точка 0,05 ГДК/СM, через яку проводиться па­ралельна горизонтальній осі лінія до перетину з графіком функції S1 за максимумом. З точки перетину опускається перпендикуляр на горизонта­льну вісь, одержане значення         множиться на XM, внаслідок чого визнача­ється шукане значення. При СM ≤ 0,05 ГДК значення X2 приймається рів­ним нулю.

14. При повному навантаженні обладнання середня концентрація
См, г/м3, в отворі джерела рівна:
                   ,                                                (9.50)
знаходиться  за формулами:
  при f < 100,                                            (9.51)
  при f  ≥ 100 або ΔТ ≈ 0,
де  – відповідна максимальна приземна концентрація, мг/м3.

Вінниця ВНТУ 2010