Экологическая оценка источника выбросов сажи и пентана котельной грузопассажирского порта и определение загрязнения приземного слоя атмосферы сажей

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

Высшего профессионального образования

МОРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени адмирала Г.И. Невельского

Кафедра защиты окружающей среды

По дисциплине «Источники загрязнения среды обитания»

Специальность - «Техносферная безопасность»

Курсовая работа

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ИСТОЧНИКА ВЫБРОСОВ САЖИ И ПЕНТАНА КОТЕЛЬНОЙ ГРУЗОПАССАЖИРСКОГО ПОРТА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ САЖЕЙ

Выполнил: студент группы 217.21

Чуракова Н.Г.

Владивосток 2014

Содержание

Введение

1. Задание

2. Исходные данные

3. Методика расчёта

3.1 Методика расчёта предельно допустимых выбросов в атмосферу от горячих источников. Определение платы за выброс

3.2 Методика расчёта приземных концентраций загрязняющих веществ в атмосфере при выбросе от одиночного источника. Определение границ санитарно-защитной зоны предприятия

4. Практическая часть работы

Часть 1

Часть 2

Заключение

Список используемых источников

Введение

Котельными установками называется комплекс оборудования для котельной предназначенного для превращения химической энергии топлива в тепловую с целью получения горячей воды или пара заданных параметров.

Принцип работы угольной установки заключается в следующем: уголь подаётся вертикальным элеватором на ленточный конвейер, при этом распределяется по угольным бункерам запаса котельной, откуда попадает в засыпной ковш и подаётся в топку, оснащённую колосниковой механической решёткой; на ней уголь сгорает в слое, при этом тепло топочных газов отдаётся в экономайзере и водогрейном котле. Дымовые газы выводятся через газоход в дымовую трубу. Оставшиеся после горения угля шлак и зола по конвейеру удаляются в бункер накопителя шлаков.

В котельных установках используется различное вспомогательное оборудование:

· Пароперегреватель - представляет собой устройство, предназначенное для перегрева пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле, в результате передачи ему тепла дымовыми газами.

· Экономайзер -- устройство, обогреваемое продуктами сгорания топлива и служащее для подогрева или частичного испарения воды, поступающей в котел.

· Воздухоподогреватель - предназначен для подогрева поступающего в топочное устройство воздуха теплом уходящих газов.

· Питательная установка - состоит из питательных насосов для подачи воды в котел под давлением, а также соответствующих трубопроводов и арматуры.

· Тягодутьевое устройство -- состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососа и дымовой трубы, обеспечивающих подачу необходимого количества воздуха в топочное устройство, движение продуктов сгорания по газоходам, и удаление их за пределы котлоагрегата.

· Устройство теплового контроля и автоматического управления включает контрольно-измерительные приборы и автоматы, обеспечивающие бесперебойную и согласованную работу котельной установки для выработки необходимого количества пара определенной температуры и давления.

· В устройство для подготовки питательной воды входят аппараты и приспособления, обеспечивающие очистку воды от механических примесей и растворенных в ней накипеобразующих солей, а также удаление из нее газов.

· Устройство для удаления золы и шлака состоит из гидравлических систем и механических приспособлений: вагонеток или транспортеров или тех и других. Котельные установки, работающие на пылевидном топливе, оборудуют дробилками, сушилками, мельницами, питателями топлива, вентиляторами, а также системой транспортеров и пылегазопроводов.

· Топливный склад служит для хранения топлива.

1. Задание

· Рассчитать предельно допустимый и фактический выбросы сажи и пентана, образующихся от работы котельной грузопассажирского порта, расположенного в Читинской области.

· Определить плату за годовой выброс сажи и пентана.

· Определить валовый выброс загрязняющих веществ за год.

· Рассчитать значение приземной концентрации сажи при выбросе из трубы котельной, на расстояние X_m от источника выброса, где при неблагоприятных метеорологических условиях достигается максимальная приземная концентрация токсичного вещества.

· Рассчитать опасную скорость ветра на уровне 10 м от земли, при которой достигается максимальная приземная концентрация сажи.

· Рассчитать рассеивание сажи в приземном слое атмосферы по оси факела выброса на расстоянии 10, 50, 100, 200, 300, 400, 500 м от трубы котельной.

· Определить класс источника загрязнения и границу санитарно-защитной зоны, при условии, что этот источник выброса единственный. Влияние застройки на рассеивание наиболее токсичного вещества не учитывать.

2. Исходные данные

· Котельная находятся в Читинской области (А = 250);

· Котельная работает на твёрдом топливе - угле;

· Расход топлива 12000 т/год;

· Время работы котельной 6300 ч/год;

· Температура выхода газовоздушной смеси = +200 ^?С;

· Наружная среднесуточная температура воздуха = 0 ^?С;

· Высота трубы котельной - 19 м;

· Диаметр устья - 1,3;

· Максимальная концентрация пентана на выходе из трубы составляет 120,5 мг/м³;

· Максимальная концентрация сажи на выходе из трубы составляет 240,8 мг/м³;

· Фоновая концентрация пентана в воздухе - 2,4 мг/м³;

· Фоновая концентрация сажи в воздухе - 0,13мг/м³;

· Расстояния от источника выброса для расчёта концентрации сажи в приземном слое атмосферы: 10, 50, 100, 200, 300, 400, 500 м;

· Преобладающее направление ветра северо-западное - СЗ.

3. Методика расчёта

3.1 Методика расчёта предельно допустимых выбросов в атмосферу от горячих источников. Определение платы за выброс

В соответствии с требованиями ГОСТ 17.2.302.78 для источника выброса (стационарного или передвижного) устанавливается предельно допустимый выброс каждого вредного вещества в атмосферу (ПДВ_i), который учитывает, что это вещество в совокупности с другими не создаст приземную концентрацию загрязняющего вещества, превышающую ПДК_МР.

Значение ПДВ_i, г/с, отдельно взятого загрязняющего компонента при выходе нагретой газовоздушной смеси рассчитывается по формуле:

(1),

где ПДК_МР,i - максимально-разовая предельно допустимая концентрация I-го компонента, мг/м³ :

С _{ф i} - фоновая концентрация I-го компонента, мг/м³;

(ПДК_МР,.i-С_i) - максимальная приземная концентрация данного загрязняющего вещества при выбросе нагретой газовоздушной смеси из исследуемого источника, мг/м³;

Н - высота выброса над уровнем земли, м;

? Т - разность между температурой, выбрасываемой газовоздушной смеси, и температурой окружающей среды, ? С;

А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия горизонтального и вертикального рассеивания атмосферных примесей;

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере. (Для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей F = 1, для крупнодисперсной пыли и золы при очистке до 75 % - 2,5, при полном отсутствии очистки для крупнодисперсной пыли - 3);

m, n - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, рассчитываются по ряду формул:

(2),

(3),

где W₀ - скорость выхода газовоздушной смеси, м/с;

D - диаметр (или приведенный диаметр) устья трубы, м.

Скорость выхода газовоздушной смеси W₀ рассчитывается по формуле

(4)

Объем газовоздушной смеси продуктов сгорания V, м³/сек, рассчитывается по формуле:

(5),

где Q - расход топлива, т/год - для твердого или жидкого топлива, м³/год - для газообразного;

V₀ - расход воздуха, необходимого для сгорания 1 кг или 1 м³ топлива для угля V₀ = 5,5 м³/кг,

дизельного топлива » 10,8 м³/кг,

мазута » 8,4 м³/кг,

газа » 10 м³/м³;

t - время работы установки в год, с/год.

Безразмерный коэффициент n определяется, исходя из величины V_m, которая рассчитывается по формуле

(6)

При V_m < 0,3 n = 3

При 0,3 < V_m < 2,0 .

При V_m >2 n = 1.

Фактический выброс каждого загрязняющего компонента от источника выброса m_i, г/с, определяется приближенно по формуле

(7),

где С_max - максимальная концентрация загрязняющего I-го вещества на выходе из источника, мг/м³, (определяется экспериментально);

V - объем газовоздушной смеси продуктов сгорания, м³/с, рассчитывается по формуле (5);

Х - число однотипных источников.

Примерный валовый выброс М_{вал i} т/год, каждого загрязняющего вещества рассчитывают по формуле:

М _{вал i} = m_{факт i--}*--36__--*----t--/--1______ (8)

После расчета ПДВ загрязняющего компонента и фактической массы выброса определяется необходимость установки улавливающего оборудования и осуществляется расчет платы за загрязнение атмосферного воздуха.

За выброс в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников предусматривается два вида платы:

П₁ - плата за выброс в пределах ПДВ;

П₂ - плата за сверхлимитные загрязнения.

Плата за выброс в пределах ПДВ П₁, р./год, определяется по формуле

(9)

где S₁ - ставка платы в пределах допустимого выброса, р.;

m_i - фактический выброс данного загрязняющего компонента, г/с, (если m_i> ПДВ_i, то в формулу (9) подставляют значение ПДВ_i) ;

t - время работы источника загрязнения в течение 1 года, с.

S_i = N_i* К (10),

где N_i - базовый норматив платы за выброс 1 т загрязняющего вещества в пределах допустимых выбросов, р.;

К - коэффициент экологической ситуации данного региона по атмосферному воздуху.

Плата за сверхлимитные выбросы П₂, р/год, рассчитывается по формуле

(11)

где S'_i - ставка платы за сверхлимитных выбросах, р.

S'_i = N' _{i x} К (12),

где N' _i - базовый норматив платы за выброс 1 т загрязняющего вещества при сверхлимитных выбросах, р.

Общая плата за выброс П рассчитывается по формуле

П = П₁ + П₂ (13).

3.2 Методика расчёта приземных концентраций загрязняющих веществ в атмосфере при выбросе от одиночного источника. Определение границ санитарно-защитной зоны предприятия

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м (мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии X_мi (м) от источника и определяется по формуле

(14)

где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;

F, m, n - их смысл и значение смотри в методике расчёта 1, расчётные формулы (2, 3, 6);

H (м) - высота источника выброса над уровнем земли;

Т (°С) - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха;

V (м³/с) - расход газовоздушной смеси (см. формулу (5)).

Расстояние X_мi (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация с (мг/м³) при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения с_м, определяется по формуле

(15)

где безразмерный коэффициент d при f < 100 находится по формулам:

(16)

(17)

(18)

Значение величины V_m находят по формуле (6).

Значение опасной скорости U_в (м/с) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ с_м, в случае f < 100 определяется по формулам:

(19)

(20)

(21)

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_ми (мг/м³) при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра u (м/с), отличающейся от опасной скорости ветра u_м (м/с), определяется по формуле

С_прi = Y c_м, (22)

где Y - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения X/X_м и вида примесей (F) по формулам:

(23)

(24)

(25)

(26)

Для низких и наземных источников (высотой Н не более 10 м) при значениях X/X_м < 1 величина Y заменяется на величину Y^o, определяемую по формуле:

(27)

Границы санитарно-защитной зоны (СЗЗ) устанавливаются “Санитарными нормами предприятий СН245-71”. Размеры СЗЗ до границы жилой застройки установлены нормами в зависимости от мощности предприятий, вида технологического процесса, характера и количества выделяемых в атмосферу вредных веществ. В соответствии с классификацией предприятий установлено пять размеров СЗЗ:

I класса - 1000 м;

II класса - 500 м;

III класса - 300 м;

IV класса - 100 м;

V класса - 50 м.

Во всех случаях достаточность СЗЗ L₀, м, проверяется расчетом приземных концентраций Спр_i, мг/м³, на границе СЗЗ. При этом должно соблюдаться условие С_i ПДК_М.Р.i.

При наличии в атмосфере вредных веществ однонаправленного действия их безразмерная концентрация g не должна превышать единицы:

(28),

где С₁, С₂,…, С_n - расчетные приземные концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же расчетной точке;

ПДК₁, ПДК₂, …, ПДК_n - максимально-разовые допустимые концентрации этих вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест.

Уточненный размер СЗЗ L, м, с учетом среднегодовой розы ветров района расположения предприятия определяется по формуле

(29),

где L₀ - расчетный размер участка местности, где приземная концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе Спр_i, мг/м³, с учетом однонаправленного действия вещества не превышает ПДК_М.р.i;

Р - среднегодовая повторяемость направления ветра рассматриваемого румба, % (при восьмирумбовой розе ветров Р₀ = 100/8 = 12,5 %).

Значения L и L₀ отсчитываются от границы источника выброса.

4. Практическая часть работы

Часть 1

Рассчитываем ПДВ _C5H12 и ПДВ_сажи по формуле (1).

ПДК _{MP C5H12} = 100 мг/м³

ПДК _{МР САЖИ} = 0, 15 мг/м³

Объем газовоздушной смеси продуктов сгорания V, м³/c, рассчитываем по формуле (5)

V = 12000*5,5*10³/6300*3600 = 2,9 м³/с

Скорость выхода газовоздушной смеси W₀, м/с, рассчитываем по формуле (4)

W₀ = 4*2,9/3,14*1,3² = 2,18 м/с

?Т = 200^? - 0^? = 200^?С, А = 250 (Читинская область), F _C5H12 = 1; F_сажа = 3;

Коэффициенты f, m рассчитываем по формулам (2, 3)

f = 10³*2,18²*1,3/(19²*200) = 0,08

m = 1/ (0,67+0,1+0,34) = 1,18

Величины V_m и n определяем по формуле (6)

V_m = (1,3*2,18*1,3)/19 = 0,19 , так как V_m < 0,3

n = 3

ПДВ _C5H12 = ((100-2,4)*19²*) /250*1*1,18*3*1000 = 0,33 г/с

ПДВ _сажа = ((0,15 - 0,13)*19²*)/250*3*1,18*3*1000 = 2,25 г/c

Фактический выброс пентана m_{факт C5H12} и сажи m _{факт сажи} определим по формуле (7)

m _{факт C5H12} = 120,5*2,9/1000 = 0, 3 г/c

m _{факт сажи} = 240,8*2,9/1000 = 0, 7 г/c

Валовый выброс диоксида азота M_{вал C5H12} и сажи M_{вал сажи} за год определим по формуле (8)

M_{вал C5H12} = 0,3*6300*3600/1000000 = 6,8 т/год

M_{вал сажи} = 0,7*6300*3600/1000000 = 15,8 т/год

Плату за годовой выброс р./год рассчитываем по формулам (9,11)

St _C5H12 = 0,067 руб.; St _сажи = 36,96 руб.

П_{1 C5H12} = 0,067*0,3*6300*3600/10⁶ = 0,45 р./год

П_1сажи = 36,96*0,7*6300*3600/10⁶ = 583,9 р./год

St1 _C5H12 = 0,192 руб.

St1 _сажа = 105,6 руб.

Т.к. фактический выброс сажи и пентана во много раз меньше предельно допустимых значений, плату за сверхлимитные выбросы считать нецелесообразно.

Часть 2

Рассчитаем максимальное значение приземной концентрации сажи по формуле (14)

C_{m сажи} = 250*0,7*3*1,18*3/(19²*) = 0, 617 мг/м³

X_m - расстояние от источника выброса, м, где достигается C_{m сажи} - найдем по формуле (15)

X_m = (5 - 3)*19/4 = 26,4 м

Безразмерный коэффициент d найдем по формуле (16), т.к. V_m= 0,19

d= 2,48*(1+0,28*) = 2,78

Опасную скорость ветра U_в находим по формуле (19)

U_в = 0,5 м/c

Для расчёта C_{пр сажи ,} мг/м³, по формуле (22) на расстоянии 10, 50, 100, 200, 300, 400, 500 м от оси факела при U_в = 0,5 м/с найдем безразмерный коэффициент Y, формулы (23)-(26), при расстоянии:

10 м - X_i/X_m = 10/26,4 = 0,38

50 м - X_i/X_m = 50/26,4 = 1,89

100 м - X_i/X_m = 100/26,4 = 3,79

200 м - X_i/X_m = 200/26,4 = 7,57

300 м - X_i/X_m = 300/26,4 = 11,36

400 м - X_i/X_m = 400/26,4 = 15,15

500 м - X_i/X_m = 500/26,4 = 19

Тогда:

Y_10m = 3*(0,38)⁴-8(0,38)³+6(0,38)²=0,49

Y_50m = 1,13/(0,13*1,9²+1) = 0,77

Y_100m=1,13/(0,13*3,79²+1) = 0,4

Y_200m= 1,13/(0,13*7,57²+1)= 0, 13

Y_300m= 1/(0,1*(11,36)²+2,47*11,36-17,8) = 0,04

Y_400m= 1/(0,1*(15,15)²+2,47*15,15-17,8) = 0,02

Y_500m= 1/(0,1*(19)²+2,47*19-17,8) = 0,015

Затем рассчитываем приземную концентрацию сажи по оси факела выброса от источника выброса, трубы котельной

С_{пр сажи 10 m} = 0,49*0,617= 0, 3 мг/м³

С_{пр сажи 50 m =} 0, 77 * 0,617= 0, 47 мг/м³

С_{пр сажи 100 m} = 0,4* 0,617= 0,25 мг/м³

С_{пр сажи 200 m} = 0,13 *0,617= 0,08мг/м³

С_{пр сажи 300 m =} 0,04 *0,617 = 0,02 мг/м³

С_{пр сажи 400 m =} 0,02 * 0,617= 0,01 мг/м³

С_{пр сажи 500 m =} 0,015 * 0,617= 0,009 мг/м³

Для определения границ СЗЗ находим ПДК_мр = 0, 15 мг/м³. Из предыдущих расчётов видно, что на расстоянии 100 м от источника выброса концентрация сажи равна 0,25мг/м³, что больше предельно допустимой максимально разовой концентрации сажи, а на расстоянии 200 м. концентрация сажи равна 0,08 мг/м³_, меньше ПДК_мр. Следовательно, L₀=200 м. С учётом среднегодовой розы ветров по формуле находим L - уточнённый размер СЗЗ, м:

L = 200*12/12,5 = 192 м

По «Санитарным нормам предприятий СН 245-71» уточненный размер СЗЗ превышает 100 м, следовательно, минимальное расстояние от источника выброса (труба котельной) до жилой застройки должно составлять не менее 300 м, а данный источник загрязнения по величине СЗЗ относится к III классу.

выброс атмосфера загрязняющий

Заключение

В ходе написания данной курсовой работы были решены следующие задачи:

- Определены предельно допустимые и фактические выбросы сажи и пентана, образующиеся от работы котельной грузопассажирского порта.

Так как фактические выбросы сажи и пентана во много раз меньше их предельно допустимых значений, делаем вывод, что нет необходимости устанавливать улавливающее оборудование;

- Определена плата за годовой выброс сажи и пентана;

- Определён валовый выброс загрязняющих веществ и их отношение к количеству сжигаемого топлива (табл.2.)

Таблица 2 Выброс сажи и пентана по отношению к количеству сжигаемого котельной грузопассажирского порта угля за год

Наименование вещества	Количество топлива и загрязняющих веществ, тонн/год	%
Уголь	120	100
Сажа	15,8	13,1
Пентан	6,8	5,6

- Рассчитано значение приземной концентрации сажи от источника выброса, где при неблагоприятных метеорологических условиях достигается максимальная приземная концентрация токсичного вещества. При этом приземная концентрация загрязняющего вещества примерно равна ПДК максимально разовой этого вещества.

- Рассчитана опасная скорость ветра, при которой достигается максимальная приземная концентрация сажи, а также установлено рассеивание сажи в приземном слое атмосферы на расстояниях, данных в условии задания (рис.1).

- Определен класс источника выбросов (II класс - практически неопасный; экологическая система практически не нарушена). И определена граница санитарно-защитной зоны.

Список используемых источников

1. Андреева И.В. Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Источники загрязнения среды обитания» для специальности 280101 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере». Учебное пособие//Владивосток: Мор. Гос. Ун-т, 2008. - 32с.

Размещено на Allbest.ru