4

Курсовая работа

на тему: "Расчет ПДВ вредных веществ в воздушный бассейн котельной, мероприятия по снижению вляния вредных веществ на население"

Оренбург, 2008

Содержание

• Введение 3
• 1. Структура котельной 4
• 1.1 Влияние вредных веществ на окружающую среду 5
• 1.2 Описание тепловой схемы 6
• 1.3 Котел 7
• 1.4 Насосы 8
• 1.5 Основные сведения об организации эксплуатационного обслуживания котельных 10
• 1.6 Права и обязанности оператора котельной 11
• 2. Расчет предельно допустимых выбросов (ПДВ) вредных веществ в воздушный бассейн 14
• 2.1 Понятие о ПДВ 14
• 2.1.1 Нормирование и регулирование выбросов вредных веществ в воздушный бассейн 16
• 3. Комплексы воздухоохранных мероприятий 22
• 4. Расчет ПДВ котельной 24
• 4.1 Расчёт безопасного расстояния до жилой застройки для NO₂ и SO₂ 27
• 4.2 Построение границ санитарно-защитной зоны для NO₂ и SO₂ 28
• 4.3 Мероприятие по снижению уровня концентрации загрязняющих веществ 29
• Вывод 30
• Список литературы 31
• Приложение 1. 32

Введение

Целью данной курсовой работы является анализ котельной, определение ПДВ и минимальной высоты трубы котельной, составление схемы санитарно-защитной зоны и предложение комплекса необходимых воздухоохранных мероприятий по снижению приземных концентраций вредных веществ для уменьшения их влияния на население.

1. Структура котельной

Александровская котельная расположена в Оренбургской области, Грачевском районе, пос. Александровка, ул. Коммунаров, 2.

Поселок Александровка расположен в западной части Оренбургской области.

В пределах поселка перепад отметок местности не превышает 30 м на 1 км. Коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы А, определяющий условия рассеивания вредных веществ в атмосфере, составляет 180.

Климат резко континентальный. Лето жаркое, сухое, с большим числом дней солнечного сияния. Самым теплым месяцем в году является июль, среднемесячная температура которого равна +23є С. Зима ветреная, холодная. Среднемесячная температура января -16 Сє. Роза ветров представлена в таблице 1.

Таблица 1. Роза ветров на участке эксплуатации котельной

Среднегодовая повторяемость ветров (роза ветров)	Тр,оС температура наружного воздуха	А, коэффициент стратификации
С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
7	11	8	4	18	20	22	10	25,6	180

Котельная представляет собой 2х этажное здание, построена из красного кирпича, общая площадь равна 92 м2. На первом этаже котельной расположен бак для сбора конденсата, конднсатный насос, на втором котел.

Котельная предназначена для отопительно-производственных целей и оборудована одними паровым котлом паропроизводительностью 4 т/ч ДЕ-4-14. Котельная вырабатывает насыщенный пар с рабочим давлением 0,8 МПа. Тепловая нагрузка котельной с учетом потерь тепла в паропроводах и наружных тепловых сетях при максимально-зимнем режиме составляет: на производство 1,2 Гкал/ч; на отопление и вентиляцию 2,3 Гкал/ч. Высота трубы 15 м, диаметр трубы 1,5 м, температура выброса паров около 143 оС, объем выброса 5,2 м/с. Котельная работает на угле. Концентрации загрязнителей, измеренные в трубе (отходящих газах) котельной: SО2 двуокись серы - 602 мг/м3, NO2 двуокись азота - 57 мг/м3, СО окись углерода - 180 мг/м3, сажа - 140 мг/м3. Фоновые концентрации вредных веществ на участке котельной составляют: SО2 - 0,1 мг/м3, NO2 - 0,011 мг/м3, СО - 1,1 мг/м3, сажа - 0,08 мг/м3. Водоснабжение котельной осуществляется из подземных источников. Забор воздуха на горение осуществляется с улицы и непосредственно с котельного помещения. Тяга дымовых газов осуществляется дымососами. Котельная обслуживает около 75 одноэтажных домов поселка.

Таблица 2. ПДК максимальные разовые для данных вредных веществ (по СН 245-71), мг/м³

ПДКм.р.SO2	ПДКм.р.NO2	ПДКм.р.CO	ПДКм. рсажи
0.5	0.085	3.0	0.15

Примечание: ПДК одинаковы для всех регионов страны.

1.1 Влияние вредных веществ на окружающую среду

Оксид углерода (II) - высоко токсичное вещество. Уже при концентрации СО в воздухе порядка 0,01 - 0,02 % при выхании в течение нескольких часов возможно отравление, а концентрация 2,4 мг/м3 через 30 мин. приводит к обморочному состоянию. Оксид углерода вступает в реакцию с гемоглобином крови, наступает кислородное голодание, поражающее кору головного мозга и вызывающее расстройство высшей нервной деятельности, ориентировочный экономический ущерб от загрязнения СО составляет 70 -100 руб/т.

Оксид азота (IV) - общий характер действия на теплокровных зависит от содержания в газовых смесях различных оксидов азота. При контакте с влажной поверхностью легких образуется азотная и азотистая кислоты, поражающие альвеолярную ткань, что приводит к отеку легких и сложным рефлекторным расстройствам. Действуя на кровеносную систему приводит к кислородной недостаточности, оказывает прямое действие на центральную нервную систему. Для поражения наиболее чувствительных растений достаточно концентрации 38 мг/м3. Даже при небольших концентрациях от 5 мг/м3 до ПДК, но при постоянном воздействии снижается иммунноустойчивость, нарушается система воспроизводства низших млекопитающих.

Оксид серы (IV) - оказывает многостороннее общетоксичное действие на теплокровных, вызывает острое и хронические отравления. Вызывает расстройство сердечно-сосудистой системы, легочно-сердечную недостаточность, нарушает деятельность почек. Общетоксическое действие SO2 связано с нарушением иммунного статуса организма с понижением сопротивляемости инфекции. SO2 оказывает выраженное токсичное действие на растения. В присутствии диоксида серы ускоряется коррозия металлов в воздухе. Сернистый газ разрушающе действует на строительные конструкции, т. к. содержащиеся в цементе карбонаты кальция, реагируя с SO2 при наличии влаги, переходит в нестойкие сульфаты, вымываемые водой. Воздействие SO2 на почву снижает ее плодородность, т. к. при этом происходит закисление.

1.2 Описание тепловой схемы

Насыщенный пар из котлов с рабочим давлением Р = 0,8 МПа поступает в общую паровую магистраль котельной, из которой часть пара отбирается на оборудование установленное в котельной, а именно на: подогреватель воды; деаэратор. Другая часть пара направляется на производственные нужды котельной.

Конденсат от производственных нужд самотёком возвращается, в размере 30% при температуре 80оС, в конденсатосборник и далее конденсатным насосом направляется в бак горячей воды.

Подогрев воды, производится паром в последовательно включённых двух подогревателях, при этом подогреватели работают без конденсатоотводчиков, отработанный конденсат направляется в деаэратор.

В деаэратор, также поступает химически очищенная вода, восполняющая потери конденсата.

Насосом сырой воды вода из подземного источника направляется на очистку и в бак горячей воды.

Деаэрированная вода с температурой около 104оС питательным насосом нагнетается в экономайзеры и далее поступает в котлы.

Подпиточная вода для системы теплоснабжения забирается подпиточным насосом из бака горячей воды.

1.3 Котел

В соответствии со СНиП "Котельные установки" расчётная мощность котельной определяется суммой мощностей требующихся потребителям на технологические процессы, отопление, вентиляцию и горячие водоснабжение при максимально-зимнем режиме.

При определении мощности котельной должны также учитываться мощности расходуемые на собственные нужды котельной и покрытия потерь в котельной и тепловых сетях.

Потребители тепла по надёжности теплоснабжения относятся:

1. К первой категории - потребители, нарушение теплоснабжения которых связано с опасностью для жизни людей и со значительным ущербом народному хозяйству (больницы и родильные дома, жилые дома северных районов, и т.д.). Перечень потребителей первой категории утверждает Министерство и Ведомство.

2. Ко второй категории - остальные потребители. Котельные по надёжности отпуска тепла потребителям относятся:

1. К первой категории - котельные являющиеся единственным источником тепла системы теплоснабжения и обеспечивающие потребителей Й категории не имеющих индивидуальных резервных источников тепла.

2. Ко второй категории - остальные котельные. Все котельные сооружаемые в северной строительной климатической зоне относятся к Й категории независимо от категории потребителей тепла.

Котельная рассматриваемая в данной курсовой относится ко второй категории.

1.4 Насосы

Питательный насос. Питание котлов водой должно быть надёжным. При снижении уровня воды ниже допустимых пределов кипятильные трубы могут оголиться и перегреться, что в свою очередь может привести к взрыву котла. Котлы с давлением выше 0,07 МПа с паропроизводительностью 2 т/ч и выше должны иметь автоматические регуляторы питания (установлено на данной котельной).

Для питания котлов устанавливают не менее двух насосов, из которых один должен быть с электроприводом, а другой - с паровым приводом. Производительность одного насоса с электроприводом составляет не менее 110 % номинальной производительности всех рабочих котлов.

Производительность насоса с паровым приводом составляет не менее 50 % номинальной производительности котла. Можно устанавливать все питательные насосы только с паровым приводом, а при двух или нескольких источниках питания электроэнергией - только с электрическим приводом. Насосы с паровым приводом потребляют от 3 до 5 % вырабатываемого пара, поэтому их используют как резервные.

Выхлопной пар поршневого прямодействующего насоса удаляется в атмосферу. Этим паром подогревают воду в особом теплообменнике, конденсат выбрасывают. В котёл его возвращать нельзя, так как он загрязнён маслом, а плёнка масла на трубках ухудшает теплопередачу.

Конденсатный насос. Производительность конденсатного насоса равна часовому расходу конденсата от технологического потребителя. К этому расходу прибавляют расход конденсата от сетевого подогревателя отопления, так как в случаи повышения жёсткости конденсат сбрасывают в конденсатный бак. Повышение жёсткости может быть вызвано разрывом нескольких латунных трубок в самом подогревателе и вследствие чего попадания сетевой воды с довольно большой жёсткостью (0,7 ч 1,5 мг-экв/кг) в конденсат. Такой конденсат нельзя направлять в деаэратор, где требуется жёсткость равная 0,02 мг-экв/кг.

Сетевой насос системы отопления и вентиляции. Этот насос служит для циркуляции воды в тепловой сети. Его выбирают по расходу сетевой воды из расчёта тепловой схемы. Сетевые насосы устанавливаются на обратной линии тепловой сети, где температура сетевой воды не превышает 70 оС.

Подпиточный насос. Предназначен для восполнения утечки воды из системы теплоснабжения, количество воды необходимое для покрытия утечек определяется в расчёте тепловой схемы. Необходимый напор подпиточных насосов определяется давлением воды в обратной магистрали и сопротивлением трубопроводов и арматуры на линии подпитки, число подпиточных насосов 2, один из которых резервный.

Описание работы деаэратора. Деаэрацией называется освобождение питательной воды от растворённого в ней воздуха в состав которого входит кислород (О2) и двуокись углерода (СО2). Будучи растворенными, в воде эти газы вызывают коррозию питательных трубопроводов и поверхности нагрева котла, вследствие чего оборудование выходит из строя.

Термический деаэратор служит для удаления из питательной воды растворённых в ней кислорода и двуокиси углерода путём нагрева воды до температуры кипения. При температуре кипения воды растворённые в ней газы полностью теряют способность растворяться. Деаэратор состоит из бака-аккумулятора и деаэрированной колонки, внутри которой расположен ряд распределительных тарелок. Внутри бака-аккумулятора расположено барботажное устройство - оно служит для дополнительного удаления растворённых газов путём частичного перегрева питательной воды. За счёт барботажного устройства качество деаэрации улучшается.

1.5 Основные сведения об организации эксплуатационного обслуживания котельных

Основные принципы организации эксплуатации котельных заключаются в том, чтобы обеспечить надёжную, экономичную и безаварийную работу оборудования.

Для этого нужно:

- поручить обслуживание котельной обученному персоналу и периодически повышать его квалификацию;

- обеспечить обслуживающий персонал "производственной инструкцией по обслуживанию оборудования котельной" и другими служебными инструкциями;

- организовывать постоянный контроль работы всего оборудования котельной, создать систему технического учёта, отчётности и планирования работы;

- правильно использовать всё оборудование в наиболее экономичных режимах, поддерживая в исправности тепловую изоляцию горячих поверхностей нагрева и использовать другие меры для сохранности топлива, тепла и электроэнергии;

- составлять и точно выполнять годовые графики планово-предупредительного и капитального ремонтов всего оборудования котельной, имея необходимое количество запасных частей, ремонтных и вспомогательных материалов;

- вести постоянный контроль за исправным состоянием работающего оборудования и своевременно исправлять неисправности.

1.6 Права и обязанности оператора котельной

К обслуживанию котлоагрегата могут быть допущены лица не моложе 18 лет, которые прошли медицинский осмотр, обученные по утверждённой программе для операторов и имеющие соответствующие удостоверение квалификационной комиссии учебно-курсового комбината о сдаче экзамена по этой программе, которые прошли инструктаж по охране труда и стажировку на рабочем месте.

Знания операторов проверяются не реже одного раза в год.

Оператор котельной должен хорошо знать:

- строение и работу котлоагрегатов и всего вспомогательного оборудования, которое он обслуживает;

- схемы газопроводов (мазутопроводов);

- конструкции газогорелочных устройств и границы их регулирования;

- правила безопасной эксплуатации котлоагрегатов на газовом (жидком) топливе и вспомогательного оборудования котельной;

- инструкции: а) производственную по эксплуатации оборудования; б) противопожарную; в) по предупреждению и ликвидации аварий.

Кроме того, он должен знать, кому подчинён, чьи распоряжения обязан выполнять, кого извещать об авариях и неполадках, о пожаре и несчастных случаях.

Оператор котельной должен уметь:

- обслуживать котлоагрегаты, газовое и теплотехническое оборудование котельной и следить за их исправностью;

- подготавливать котлоагрегаты и тепломеханическое оборудование к работе;

- подготавливать газовое оборудование к работе;

- включать газовые горелки и поддерживать необходимый режим их работы;

- подготавливать систему отопления, проверять исправность резервного питательного и циркуляционного насосов;

- проводить продувку парового котла и водоуказательных приборов, проверять предупредительные клапаны и манометры;

- очищать топку, газоходы и поверхности нагрева от сажи и накипи;

- предупреждать возможные аварии и неполадки в работе оборудования, а в случае их появления быстро принимать меры для их ликвидации;

- выключать газовое оборудование и горелки, а также останавливать котёл в плановом и аварийном порядке в соответствии с производственной инструкцией;

- экономно расходовать топливо, электроэнергию и воду;

- бережно относиться к инструменту и приборам;

- пользоваться КИП и устройствами автоматики регулирования и безопасности, проверять их исправность;

- пользоваться технической документацией, которая находится на рабочем месте, вести эксплуатационную документацию;

- самостоятельно производить небольшие ремонтные работы (набивка сальников, замена прокладок, ремонт отдельных мест изоляции, обмуровки и др.);

- оказывать первую доврачебную помощь потерпевшим.

Оператору котельной, находящемуся на дежурстве, запрещается:

- выполнять во время работы котла любые другие обязанности, непредусмотренные производственной инструкцией;

- оставлять работающие котлы без надзора даже на короткое время или поручать надзор лицам, которые не имеют этого права.

Котёл может быть оставлен без надзора после полного окончания подачи газа и когда в паровом котле давление пара снизится до нуля.

При эксплуатации котельных установок обслуживающий персонал должен руководствоваться производственной инструкцией и режимными картами котлов. Эти документы с приложением оперативной схемы трубопроводов вывешиваются на рабочем месте.

В котельной должны быть часы и телефон. В котельную не должны допускаться посторонние лица. В необходимых случаях они получают разрешение администрации и сопровождаются её представителем.

2. Расчет предельно допустимых выбросов (ПДВ) вредных веществ в воздушный бассейн

2.1 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 и 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 ПДКм.р. - 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 Сф > ПДКм.р. - строительство (реконструкции) не разрешается.

Поэтому в проекте предприятия используются малоотходные, экологически безопасные технологии и оборудование, обеспечивающее минимальную величину выброса вредных веществ. 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 с жилой застройкой, где должно соблюдаться ПДКм.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 ПДКм.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 uм).

Должно соблюдаться условие:

Сn +C nф ? ПДКnм.р. (1.1)

где Сn и Сnф - соответственно расчетная и фоновая концентрация n-ого вещества на границе санитарно-защитной зоны предприятия с жилой застройкой;

ПДКnм.р. - ПДК максимально разового n-ого вещества.

При одновременном совместном присутствии в атмосфере нескольких вредных веществ, обладающих суммацией биологического действия, их безразмерная суммарная концентрация не должна превышать единицы при расчете по формуле

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);

C1ф, С2ф … Сnф - соответствующие фоновые концентрации вредных веществ (мг/ м 3) - принимаются по данным городской гидрометеослужбы.

2.1.1 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, Сm, 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:

(1.3)

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;

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

З - коэффициент, учитывающий рельеф местности; (при ровной местности с перепадом высот не более 50 м на 1 км з = 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 Тг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв, град. оC;

V1 - расход газовоздушной смеси, м 3/с.

Коэффициент А должен приниматься для неблагоприятных метеорологических условий, при которых концентрации вредных веществ в атмосферном от источника выброса достигают максимального значения:

- для субтропической зоны Средней Азии (лежащей южнее 40о с.Ш..) - 240;

- для Казахстана, нижнего Поволжья, Сибири, Дальнего Востока - 200;

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

- для Оренбурга - 180.

Масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу определяется по формуле:

М = С • V1 • 10-1, г/с (1.4)

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

V1 - расход газовоздушной смеси, м3/с.

Значения безразмерного коэффициента, F = 1, 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);

Значения безразмерного коэффициента, F = 2, для пыли и золы (кроме указанных выше) при условии, если средний эксплутационный коэффициент очистки > 90 %; 2.5 при 75-90 %; и 3 при менее 75 % соответственно.

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

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

, м/с (1.5)

где D - диаметр устья источника выброса, м;

V - расход газовоздушной смеси, м 3/с.

Безразмерный коэффициент, m определяется по формуле:

(1.6)

Расчет параметра, f, производится формуле:

, м/с² град (1.7)

Значение безразмерного коэффициента, n, определяется в зависимости от параметра v_м:

при v_м < 0.3, n = 3;

при 0.3 < v _м < 2:

(1.8)

при v_м > 2, n = 1

Вычисленные по формуле (1.3) максимальные приземные концентрации, С_м, 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 одна, приведённая по ПДК к одному из этих веществ концентрация. Основным веществом выбирают то, которое относится к наибольшему классу опасности.

(1.10)

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

Если по результатам расчетов Сⁿ_м + Сⁿ_ф сумма превышает ПДКⁿ_м.р., то расчет продолжается с целью вычисления расстояния Х (в метрах) на котором концентрации вредных веществ будут равны ПДК.

Если Сⁿ_м + Сⁿ_ф < ПДКⁿ_м.р., то величину выброса утверждают как ПДВ и новых воздухоохранных мероприятий не планируют.

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:

X_м = d Ч H (1.11)

где d - безразмерная величина, определяемая по формулам

в зависимости от значения v_м

при v_м < 2, (1.12)

при v_м > 2, (1.13)

Если безразмерный коэффициент, f > 2, величина X_м определяется по формуле:

(1.14)

Величины приземных концентраций примесей С (меньше чем С_м) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях Х (м) от источника выброса определяются по формуле

, мг /м³ (1.15)

где S₁ - безразмерная величина, определяемая при опасной скорости ветра в зависимости от отношения X/X_м по формуле:

(1.16)

Если известны С_м и X_м, то приняв С = ПДК можно по формуле (1.15) определить S₁, а затем определить соотношение X/X_м и далее определить Х (в метрах), то есть, безопасное по оси факела выброса расстояние на котором С = ПДК (размер санитарно - защитной зоны предприятия).

Минимальная высота трубы и размеры санитарно - защитной зоны определяются по основной формуле рассеивания выбросов (1.3) при фиксированном значении ПДВ (г/с). Полученный по расчету размер санитарно-защитной зоны "Х" (в метрах) должен уточняться (в сторону увеличения) в зависимости от розы ветров на участке предприятия L_i по формуле

, м (1.17)

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

Р - среднегодовая повторяемость направлений ветров рассматриваемого румба, процент;

Р₀ - повторяемость направлений ветров одного румба (при восьми румбовой розе ветров Р₀ =12.5^о/_о).

Построение схемы санитарно-защитной зоны на карте местности производится в соответствии с выбранным масштабом (например, в 1 мм:5000 мм или 1мм:10000 мм и т.п.), по направлениям, противоположным соответствующему румбу (например, восточный ветер вызывает отклонение факела выброса в западную зону).

Можно определить величину ПДВ по основной формуле рассеивания выбросов (1.3) на расстоянии Х _м прировняв С _м = ПДК, а именно:

, г/c (1.18)

На практике в большинстве случаев пользуются защитой расстоянием (санитарно-защитная зона) или увеличением высоты выброса (трубы). Однако, уменьшить мощность фактического выброса, M, до ПДВ, можно путем применения пылегазоулавливающих аппаратов и технологических

3. Комплексы воздухоохранных мероприятий

Для достижения величины ПДВ применяют комплекс технологических, архитектурно-планировочных и санитарно-технических мероприятий, выбирая среди них наиболее экономически целесообразные. Наиболее часто на практике применяют следующие мероприятия:

а) технологические:

- соблюдение технологических норм расхода электроэнергии и пара единицу продукции;

- очистка сырья от вредных примесей (например, 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;

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

- использование вторичных энергоресурсов (ВЭР); установка экономайзеров, утилизация тепла вытяжного воздуха в системах вентиляции для подогрева приточного воздуха;

- замена сухих способов переработки пылящих материалов мокрыми;

- применение пневмотранспорта для транспортировки пылящих материалов в деревообрабатывающих цехах, в силикатной промышленности и т. д.

б) архитектурно-планировочные:

- выбор участка под строительство с учетом розы ветров, рельефа местности, размещения существующих промузлов или промзоны;

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

- посадка в санитарно-защитных зонах лесополос шириной 50м с газонным разрывом 20м, 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 остролистый, можжевельник и т.д.).

в) санитарно-технические:

- организация местной аспирационной сети и общеобменной вентиляции цеха (участка) в соответствии с расчетами выбросов по каждому веществу (г/с) и необходимой степени очистки;

- объединение мелких источников в единый источник одной аспирационной сетью;

- установка пылеочистного оборудования с выбором по паспортам и с учетом необходимой степени очистки (Э, процент), производительности (м 3/c), температурного режима и себестоимости очистки, возможности переработки уловленных вредных веществ в полупродукты или товарные продукты;

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

4. Расчет ПДВ котельной

В данном расчете проводятся вычисления максимальных приземных концентраций (С _м) для SO₂, NO_2, CO и сажи; расстояние (X_м) по оси факела, на которой они достигаются. Полученные значения (C_м + C_Ф) сравниваются с величиной ПДК_м.р, в случае превышения ПДК_м.р. необходимо рассчитать расстояние на котором (С_м +С_Ф) будет равно ПДК или необходимую высоту трубы котельной.

Исходные данные для котельной:

Высота трубы H = 15м

Диаметр устья источника D = 1,5

Температура отходящих газов Т = 143⁰С

Объём отходящих газов V₁ = 5,2 м³/с

Концентрации вредных веществ, измеренные в трубах, С, мг/м³

СSO2	СNO2	СCO	Ссажи
602	57	180	140

Фоновые концентрации вредных веществ, С_ф, мг/м³

СфSO2	СфNO2	СфCO	Сфсажи
0.100	0.011	1.1	0.08

Среднегодовая повторяемость ветра, Р, %С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
7	11	8	4	18	20	22	10

Расчёт массы выброса в атмосферу о каждому из вредных веществ производится по формуле (1.4

М_SO2= С^SO2 · V₁ · 10- ³, г/c

М_SO2= 602· 5.2 · 10- ³ = 3.130 г/ c

М_NO2= C^NO2· V₁· 10- ³ г/ c

М_NO2= 57 · 5.2· 10- ³ = 0.296 г / c

M_CO= С^СО · V₁ · 10- ³, г / c

M_CO= 180 · 5.2 · 10- ³ = 0.936 г / c

М_сажи= C^сажи · V₁· 10- ³, г / c

М_сажи= 140 · 5.2 · 10- ³ = 0.728 г / c

Расчёт ?Т (разности температур):

?Т=Т_г -Т_в

где Т_г - температура отходящего газа, Т_г = 143^оС;

Т_в температура окружающего воздуха; для расчета принята средняя температура наружного воздуха в 13 часов наиболее жаркого месяца года; для пос. Александровка Т_в = 25,6^оС, тогда

?Т = 143 - 25,6 = 117,4^оС

Расчет средней скорости выхода газовоздушной смеси (отходящих газов) из устья источника выброса производится по формуле (1.5)

Расчет параметра, f, производится по формуле (1.7)

Расчет безразмерного параметра m производится по формуле (1.6)

Из справочных материалов v_м > 2, следовательно n = 1.

Расчет максимальной приземной концентрации вредных веществ производится (1.3)

где з = 1 - т.к. слабо пересеченная местность с перепадом, не превышающим 50 м/км.

где F_сажа = 3, а F _газов = 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, то (формула 1.10):

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 + 1.1 = 1.18 мг/м ³ < ПДК ^СО_м.р. = 3.0 мг/м ³

С_м^сажи + С_ф^сажи =0.200 + 0.080 = 0.280 мг/м³ > ПДК ^сажи _м.р. = 0.15 мг/м³

Следовательно, наибольшую опасность для окружающей среды и биологических организмов, представляют выбросы NO₂ и сажи.

4.1 Расчёт безопасного расстояния до жилой застройки для NO₂ и SO₂

Расчёт расстояния по оси факела выброса от источника выброса Х_м, на котором достигается величина максимальной приземной концентрации C_м производится по формуле (1.11).

X_м = d Ч H

так как v_м > 2м/с, величину вспомогательного параметра d определяем по формуле (1.13)

X_м = 12,72 Ч 15 = 190,8 метров (для газов NO₂ и SO₂)

Для сажи F=3, тогда по формуле (1.14)

Величина приземных концентраций вредных веществ, С, в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях X (метров) определяются по формуле (1.15):

C = S₁ (C_м^прив.NO2+ C_Ф^NO2)

Приравниваем С = ПДК_мр^NO2 и рассчитываем S₁

Далее, находим соотношение X/X_м = 1,2 (т.к. S₁ < 1), отсюда X = 1,2 Ч X_м:

X = 1,2 Ч 190,8 = 228,9 метров

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

4.2 Построение границ санитарно-защитной зоны для NO₂ и SO₂

Для газов SO₂ и NO₂, безопасное расстояние X = 228,9 м. Используя исходные данные о розе ветров и формулу (1.17), вычисляем размеры санитарно-защитной зоны по восьми румбам:

где - безопасное расстояние по i-ому румбу;

L₀ = X, P₀ =12.5 % (100 %: 8 румбов)

L _С = 228.9 Ч 7/12.5 = 128.184 м

L _СВ =228.9 Ч 11/12.5 = 201.432 м

L _В = 228.9 Ч 8/12.5 = 146.496 м

L _ЮВ = 228.9 Ч 4/12.5 = 73.248 м

L _Ю = 228.9 Ч 18/12.5 = 329.600 м

L _ЮЗ = 228.9 Ч 20/12.5 = 366.200 м

L _З = 228.9 Ч 22/12.5 = 402.800 м

L _СЗ = 228.9 Ч10/12.5 = 183.100 м

Строим окружность R =X c центром по месту расположения источника выброса. Проводим восемь основных направлений ветра и откладываем расстояние,учитывая, что северный ветер смещает выбросы на юг и т.д.

В тех случаях, когда расстояние < L0 влияние направления ветра не учитывается и по данному румбу откладывается расстояние равное L0 для гарантии безопасности.

Жилые дома расположены уже на расстоянии 150 метров от котельной, что не удовлетворяет требованиям СЗЗ. Поэтому необходимо увеличить высоту трубы для того чтобы снизить приземную концентрацию загрязняющих веществ.

4.3 Мероприятие по снижению уровня концентрации загрязняющих веществ

Высота трубы Н необходимая для соблюдения условия См = ПДК определяется путем преобразования основной формулы рассеивания (1.3) с учетом фонового загрязнения.

Следовательно, высоту трубы котельной надо увеличить с 15 до 19 метров, то есть, на 4 метра, при этом условии необходимость в санитарно-защитной зоне для диоксида азота отпадает.

Для соблюдения См = ПДК для сажи трубу котельной надо увеличить с 15 метров до 33,4 метра.

При этом условии не нужны ни санитарно-защитная зона, ни циклоны, но высота трубы котельной увеличится в 2,2 раза.

Вывод

Для снижения объема загрязняющих веществ устанавливают также 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.

При любом варианте решения для достижения ПДК по всем выбрасываемым в атмосферу вредным веществам нужны экономические затраты, которые в свою очередь компенсируют экономический ущерб, причиняемый загрязнением атмосферного воздуха.

Список литературы

1. Охрана окружающей среды / под ред. С.В.Белова. - М.: Высш.Шк., 1991.

2. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды - М.: Химия, 1989.

3. СНиП 2.04.07-86 "Тепловые сети".

4. СНиП 2.35-75 "Котельные установки".

Приложение 1.

Только наивный может полагать, что проблема дорогого газа -- это проблема дальнего, а в последнее время и ближнего зарубежья. Здравомыслящему специалисту ясно, что не за горами то время, когда вопросы энергосбережения и охраны окружающей среды придется по-настоящему серьезно решать и в России, и не только на крупных станциях, но и в небольших котельных. При этом рычаги воздействия на ответственных лиц будут самыми что ни на есть современными -- экономическими. В статье И.З. АРОНОВА, автора нескольких монографий по контактному нагреву воды продуктами сгорания природного газа, рассмотрен один из доступных путей одновременного решения двух вопросов: повышения КПД газоиспользующих установок и защиты воздушного бассейна от оксидов азота.

Проблема загрязнения атмосферы токсичными оксидами азота относится к наиболее актуальным, но и наиболее трудно решаемым.

Для котлов апробированными методами снижения выбросов NOX в атмосферу являются рециркуляция продуктов сгорания в топку, двухстадийное сжигание топлива и впрыск воды или пара в зону максимальных температур. Все эти методы наряду со снижением выбросов NOX на 20-30% имеют и недостатки: необходимость дымососа рециркуляции, сооружение дополнительных газоходов, увеличение расхода электроэнергии на тягу, возрастание потерь теплоты от химической неполноты сгорания топлива. Так, при 40%-й рециркуляции КПД котла снижается примерно на 2%. В связи с этим в эксплуатационных условиях степень рециркуляции продуктов сгорания редко превосходит 15-20%. Рециркуляция является одним из наиболее доступных средств подавления образования оксидов азота в топке.

Двухстадийное сжигание -- наиболее легко осуществимый из применяемых методов предотвращения образования оксидов азота. Эффективность его весьма высока и достигает 45-50% снижения; к недостаткам этого метода можно отнести необходимость точного и оперативного регулирования горелок, в т.ч. по ярусам, возможное возрастание выбросов СО, сажи, бенз(а)пирена в атмосферу. Поэтому обычно ограничиваются 20% снижением выбросов оксидов азота.

Еще сложнее и дороже метод впрыскивания влаги в реакционную зону. При той же результативности он ведет к пережогу топлива.

Как известно [1], в газовых котельных применяются контактные экономайзеры, обеспечивающие глубокое охлаждение продуктов сгорания газа ниже точки росы и тем самым повышающие коэффициент использования топлива на 10-15%.Установленные для утилизации теплоты уходящих газов контактные экономайзеры, как показали многолетние наблюдения, благодаря прямому контакту дымовых газов и орошающей воды способны одновременно выполнять задачу очистки газов от твердых включений и части газов, растворимых в воде.

Методы очистки отходящих газов от оксидов азота абсорбцией в полых распылительных аппаратах известны в химической технологии и применяются при производстве азотнойкислоты. Использование их для очистки продуктов сгорания топливосжигающих установок нецелесообразно с экономической точки зрения. Например, для очистки 24 тыс.м3/ч газов необходима установка шести форсуночных абсорберов диаметром 2,5 м с общим объемом 420 м3. Однако при использовании контактных теплоутилизаторов, имеющих развитую поверхность вследствие загрузки слоя керамическими кольцами или другими насадочными элементами и обеспечивающих выполнение двух полезных функций, эти проблемы теряют остроту.

Рассмотрим кратко вопросы растворимости оксидов азота и попытаемся сделать из них практические выводы.

Диоксид азота, в 7,6 раза более токсичный, чем моноксид (максимальные разовые ПДК составляют соответственно 0,085 и 0,6 мг/м3), полностью растворяется в воде с образованием смеси азотной и азотистой кислот.

Растворимость моноксида азота, который на воздухе окисляется до диоксида, составляет 7,38 мл/100 г при нулевой температуре и существенно уменьшается с повышением температуры [2]. Так, при 20°C она составляет 4,71, а при 100°C -- 2,6 мл/100 г. В качестве примера приведем некоторые результаты натурных испытаний контактного экономайзера, установленного за котлом ДКВР-10. Экономайзер работал с коэффициентом избытка воздуха 1,1 при расходе воды 20 т/ч. При номинальной нагрузке котла через него проходило около 10 тыс. м3/ч продуктов сгорания, что позволяло растворять в воде до 700 г/ч моноксида азота. При исходном (перед экономайзером) содержании диоксида азота 20-30 мг/ м3 и оксида азота до 150 мг/ м3 на выходе из экономайзера диоксид азота в дымовых газах практически отсутствовал, а содержание моноксида азота составляло 65-70 мг/ м3.

Эффективность использования контактного аппарата в целях очистки выбросов в атмосферу от оксидов азота может быть оценена величиной КПД очистки. Здесь под количеством единиц токсичности понимается отношение фактической концентрации вредного вещества в выбросах к его же максимальной разовой ПДК. Путем несложных вычислений с учетом суммирования вредностей получаем,что для приведенного выше примера КПД очистки составляет 72,5%.

При установке контактного экономайзера за аппаратами химической технологии и топливосжигающим оборудованием, отличающимся меньшим теплонапряжением и более длительным пребыванием продуктов сгорания в агрегате, эффективность контактных устройств может быть значительно выше, так как доля диоксида азота в сумме оксидов азота, содержащихся в продуктах сгорания, зависит от характеристики интенсивности охлаждения дымовых газов Hл/Vт (Hл -- площадь лучевоспринимающей поверхности, Vт -- объем топки), коэффициента избытка воздуха б и теплонапряжения топочного объема qV. Количественные характеристики этих зависимостей установлены в [3].

По сравнению с котлами стекловаренные печи, например, характеризуются более высокими коэффициентами избытка воздуха. Так,,измеренное в газоходе стекловаренной печи,?реальное значение достигает 3,5 и более, а суммарное содержание оксидов азота в неразбавленных газах -- 230-250 мг/м3. Видимо, этим можно объяснить содержание в уходящих газах печи около 120 мг/ м3. При столь высоком содержании диоксида азота эффективность очистки с помощью контактного экономайзера составила бы около 94%, а NOXза установкой не превышало бы 50 мг/м3, причем содержание диоксида азота снизилось бы до нуля.

Использование контактных экономайзеров в качестве очистных аппаратов позволяет частично окупить затраты на строительство очистных сооружений за счет улучшения использования топлива, что существенно изменяет экономические показатели очистки. Следует, однако, учитывать, что эффективная очистка отходящих газов контактным способом приводит к некоторому ухудшению качества воды, контактировавшей с газами. Проведенные исследования показали, что, как правило, увеличивается содержание свободной углекислоты и снижается рН (см. табл.). Для нейтрализации воздействия кислой среды целесообразно некоторое подщелачивание контактирующей с газами воды. Следовательно, контактные аппараты позволяют достаточно эффективно очищать продукты сгорания газа от оксидов азота. С уменьшением единичной мощности агрегата и увеличением коэффициента избытка воздуха эффективность метода возрастает. Если рассматривать экономическую эффективность данного метода лишь с точки зрения защиты воздушного бассейна, то экономические показатели могут оказаться неконкурентоспособными с иными методами, применяемыми в настоящее время. В случае же использования горячей воды, получаемой в контактных экономайзерах, стоимость уменьшения выбросов оксидов азота с дымовыми газами окажется значительно ниже.