Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух

• Название: Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух
• Дата: 12.08.2022
• Размер: 1.74 Mb.
• Имя файла: Metodicheskoe posobie po raschetu normirovaniyu.doc
• Тип: Методическое пособие; #644507
• страница: 16 из 38

2.2. Учет параметров выбросов вредных веществ и их характеристик при расчетах загрязнения атмосферы

2.2.1. Задание параметра F

1. Для определения приземных концентраций твердых частиц (пыли) в соответствии с ОНД-86 [6] должен определяться безразмерный коэффициент F, учитывающий скорость гравитационного оседания указанных частиц в атмосферном воздухе на подстилающую поверхность.

Согласно п. 2.5 ОНД-86 величина коэффициента F изменяется от 1 до 3 в зависимости от состава пыли (подпункт а) и эффективности пылеочистки, установленной на источнике (подпункт б). При этом на основе примечания 1 к п.2.5 величина коэффициента F может быть уточнена, если имеются данные о распределении массы выбрасываемых частиц пыли по размерам. В ряде случаев такая информация существует, например для источников выбросов при некоторых производственных процессах в черной металлургии [22].

При определении величины коэффициента F с помощью процедуры, изложенной в примечании 1 к п.2.5 ОНД-86, данная величина может оказаться меньше по сравнению с определяемой, исходя только из положений подпункта б) п.2.5. В таких случаях и величина максимальной приземной концентрации от рассматриваемого источника будет меньше, так как она, как известно, прямо пропорциональна величине F. Указанные случаи возможны, например, когда пылеочистка на источнике отсутствует и в соответствии с подпунктом б) п.2.5 необходимо принимать F=3.

Рассмотрим один из примеров [22].

Требуется определить величину F для пыли, отходящей от литейных дворов доменных печей, поступающей в атмосферу через цеховой фонарь без очистки. Размер частиц пыли в фонарях литейных дворов колеблется от 2,2 до 286 мкм при их плотности, равной 1040 кг/м³.

В соответствии с примечанием 1 к п.2.5 ОНД-86 [6] для определения величины F необходимо определить диаметр d_gчастиц пыли, поступающей в атмосферу из источника, такой, что 95% массы всех выбрасываемых частиц имеют диаметр, не превышающий d_g. Как указано в [22], в рассматриваемом случае d_g=17 мкм.

Согласно примечанию 1 к п.2.5 ОНД-86 следующим шагом в определении величины F является нахождение скорости оседания частиц V_g, имеющих диаметр d_g. Если d_g не превышает 100 мкм, скорость V_g может быть найдена с помощью формулы Стокса, имеющий вид [48]:

(2.6)

где:

V_g- определяется в см/с;

g≈981 см/с² - ускорение силы тяжести;

ρ_ч- плотность частиц (г/см³);

η - динамическая вязкость воздуха (г/см∙с);

d_g - в мкм.

Величина η зависит от температуры воздуха, но слабо. В интервале температур от -20°С до +20ºС, η изменяется только на 13% [23]. Этим изменением на практике можно пренебречь и, принимая во внимание, что большинство расчетов в соответствии с ОНД-86 (п.2.4) должно проводиться на летние условия, можно принять динамическую вязкость воздуха, соответствующую t=20ºС, т.е. положить η=1,8∙10^-4 (г/см∙с) [23].

С учетом выше изложенного для рассматриваемого примера получим, что при d_g=17 мкм v_g=1 см/с. Указанное примечание определяет, что величина F находится по отношению v_g/и_м,где u_м - опасная скорость ветра для рассматриваемого источника (см. п. 29 ОНД-86).

Следует отметить, что величина и_мне зависит от значения параметра F и рассчитывается в согласованных к официальному применению компьютерных программах расчета загрязнения воздуха (например, «Эколог») при введении исходных данных о параметрах источников выбросов до проведения основных расчетов. При этом, согласно ОНД-86, u_м не может быть менее 0,5 м/с. Таким образом, в рассматриваемом примере очевидно, что отношение v_g/и_м≤0,02 и, тем самым, F≤1,5, вместо F=3, если его значение принимать в соответствии с подпунктом б) п. 2.5 ОНД-86, основываясь только на имеющейся (в данном случае отсутствующей) пылеочистке. Если определенная для аэрационного фонаря и_м≥0,7 м/с, то получается, что v_g/и_м≤0,015 и тогда можно принять на основании примечания 1 к п.2.5, что F=1.

Рассмотрим еще один пример, приведенный в [22].

В данном случае пыль поступает в атмосферу от двухванной сталеплавильной печи, работающей без очистки отходящих газов.

Дисперсный состав пыли по массе на 92% состоит из частиц размером 0,07-1 мкм и 4 % составляют частицы до 10 мкм. Таким образом, 95% массы всех выбрасываемых частиц имеют диаметр не более 10 мкм, т.е. d_g=10 мкм. Плотность частиц пыли равна 4800 кг/м³. Тогда на основе использования формулы (1) получается v_g=1,45 см/с. И в этом случае заведомо ясно, что v_g/и_м<0,03, т.е. F≤1,5. Если же и_м≥1 м/с, то v_g/и_м<0,015 и F=1.

Для расчета F важное значение имеет свойство тканевых, в том числе рукавных фильтров. Такие фильтры практически на 100 % задерживают частицы диаметром более 10 мкм. В случаях установок такого рода пылегазоочистки при определении величины Fцелесообразно учитывать данную информацию.

При этом, естественно, необходимо знать величину плотности выбрасываемой пыли. Исходя из условия, что в воздух после очистки попадают частицы с диаметром не более 10 мкм, т.е. заведомо d_g≤10 мкм, находится соответствующее v_g. Если оказывается, что v_g/и_м≤0,015, то в соответствии с примечанием 1 к п. 2.5 принимается, что F=1, если 0,015<v_g/и_м≤0,03, то F=1,5, а в противном случае F принимается в соответствии с подпунктом б) п. 2.5. Такой подход к определению F можно всегда рекомендовать, когда имеется информация о распределении в выбросе массы частиц по их размерам и данные о плотности пыли.

2. Основываясь на имеющихся данных о дисперсном составе ряда вредных веществ, содержащихся в выбросах, можно рекомендовать при расчете рассеивания в атмосфере принимать значения параметра F=1 для:

- твердых частиц при сварке металлов и их резке методами электро- или газосварки;

- свинца и его соединений, бенз(а)пирена и сажи при работе двигателей передвижных транспортных средств;

- бенз(а)пирена и сажи от котельных;

- диоксинов (фуранов) - при процессах горения;

- сажи - при сжигании попутного нефтяного газа.

Примечание: Для мазутной золы значение параметра F может быть уточнено согласно п. 1 данного подраздела.

2.2.2.Задание высоты выброса

1. На ряде предприятий имеется технологическое оборудование, являющееся источником выделения (образования) вредных веществ, расположенное в производственных помещениях, не оборудованных системами общеобменной вентиляции или местными отсосами. Поэтому поступление вредных веществ в атмосферу из этих помещений происходит через дверные и оконные проемы, форточки и т.п.

При этом за высоту источника принимается средняя высота проема, из которого происходит поступление ЗВ в атмосферу.

В отдельных случаях дверной или оконный проем можно стилизовать как точечный источник, принимая при этом следующие эффективные значения параметров:

- мощность выброса рассматриваемого ЗВ из ИЗА равна интенсивности (мощности) поступления его из проема в атмосферу;

- эффективное значение диаметра ИЗА, Д_э, (м), принимается равным ширине проема;

- эффективное значение высоты ИЗА, Н_э, (м) рассчитывается по упрощенной формуле:

(2.7)

где Н_н и H_в - нижняя и верхняя высоты проема, м;

- эффективное значение объема ГВС, выбрасываемого из ИЗА, V_1э,(м³/с):

V1э=0,3∙Дэ∙Hэ,

(2.8)

Примечание: Формулу 2.8 нельзя использовать для определения скорости W_o (м/с) выхода ГВС из дверных и оконных проемов и, тем более, нельзя приписывать этой скорости величину W_o=0,3,м/с.

Описанные в формулах 2.7 и 2.8 значения параметров ИЗА рекомендуется использовать как эффективные, позволяющие учесть выбросы из рассматриваемых ИЗА при расчетах загрязнения атмосферы с использованием определенной расчетной схемы (ОНД-86 [6]), а не как физические характеристики процесса выхода ГВС из ИЗА.

В этом отношении данная рекомендация по определению V_1э (м³/с) аналогична, например, рекомендации в п.3.1 ОНД-86 [6] по расчету V_1э, для аэрационного фонаря.

2. При работе двигателей автотранспорта и дорожно-строительной техники на открытых стоянках (запуск и разогрев двигателя, работа на холостом ходу, маневрирование по территории стоянки), а также при рабочем рейсировании автотранспорта по производственной территории и его остановках для погрузки и разгрузки, высота неорганизованного выброса принимается равной 5 м.

3. Высота неорганизованного выброса от передвижных сварочных постов принимается равной 5 м.

4. Для мест открытого размещения сырья, топлива, отходов и т.п. за высоту неорганизованного источника принимается фактическая высота данного источника.

5. Задание высоты выбросов вредных веществ в атмосферу (H) автотранспортными потоками на автомобильной дороге с переменным профилем рекомендуется выполнять с учетом высоты каждого участка автодороги (H_у).

Если Н_у≤2м, то Н принимается равной 2 м, если Н_у>2м, то H=Н_у

6. Высоту источника неорганизованных выбросов от неплотностей технологического оборудования можно рекомендовать определять, как средневзвешенную высоту мест (точек), имеющихся неплотностей. Конкретно, если имеется N мест выделений загрязняющих веществ, то высота источника выброса (м) определяется по формуле:

(2.9)

где т_i- количество выделений в секунду (г/с) от i-ой неплотности, H_i(м) - высота данной неплотности, а М - суммарный выброс (г/с) от всех неплотностей.

Так, например, если половина неплотностей имеет высоту 2 м и их суммарный выброс равен т₁,а другая половина - H₀(м) с суммарным выбросом т₂, то формула (1) принимает вид:

(2.10)

в данном случае М=m₁+т₂.

7. Для различных объектов АЗС высота выбросов принимается:

- равной 2 м для топливораздаточных колонок (ТРК), заглубленных резервуаров, очистных сооружений;

- равной фактической высоте расположения дыхательных клапанов (для наземных резервуаров).

2.2.3. Стилизация источников выбросов

1. Как следует из формул нормативной «Методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86» [6], приземные концентрации вредных веществ, создаваемые их выбросами из источников загрязнения атмосферы (ИЗА), параметры которых удовлетворяют соотношениям (2.12б) этой методики, зависят только от значения мощности выброса ИЗА, М, и высоты его устья, Н, и не зависят (в пределах выполнения условий (2.12б)) от других параметров ИЗА.

Применительно к резервуарам хранения нефтепродуктов можно записать соотношения (2.12б) ОНД-86, которые выполняются при следующих ограничениях на параметры выброса из ИЗА:

ТгТв,	(2.11)
V1<0,3∙D∙H,	(2.12)

где Т_г(ºС) - температура выходящей из резервуара через клапан газовоздушной смеси (ГВС);

Т_в(°С) - температура окружающего воздуха;

V₁(м³/с) - объем ГВС, выходящей через клапан за 1 секунду;

D(м) - диаметр выходного устья клапана;

H(м) - высота выходного устья клапана над уровнем земной поверхности.

Поскольку характеристики выброса ГВС из клапанов резервуаров удовлетворяют условиям (2.11) и (2.12), величины приземных концентраций загрязняющих веществ (ЗВ), создаваемых выбросом ЗВ из каждого клапана, не зависят от конкретных значений параметров V₁, Т_ги D.

По указанной причине даже для одиночного клапана выбор способа стилизации его в виде организованного или неорганизованного ИЗА не отражается на результатах расчетов загрязнения атмосферы.

1.1. Для резервуарных парков характерно, что в любой, произвольно выбранный, 20-ти минутный интервал времени, клапаны разных резервуаров функционируют в разных режимах выбросов.

Загрязнение приземного слоя атмосферы в разные 20-ти минутные интервалы времени определяется, вообще говоря, различными сочетаниями режимов выбросов ЗВ из резервуаров парка. Проведение расчетов загрязнения воздуха при каждом сочетании режимов выбросов клапанов - нерационально, т.к. с точки зрения величины приземных концентраций ЗВ, создаваемых выбросами совокупности клапанов резервуарного парка за пределами территории предприятия, вес такие сочетания режимов их выбросов практически не отличаются друг от друга.

Ввиду сказанного, при расчетах приземных концентраций ЗВ, создаваемых выбросами ЗВ через клапаны резервуаров парка, рекомендуется описывать совокупность клапанов одинаковой высоты, Н, как неорганизованный ИЗА с высотой, равной высоте выходного устья одного клапана и мощностью выброса ЗВ, М, рассчитываемой как наибольшая суммарная мощность выбросов из совокупности клапанов при возможном сочетании режимов их функционирования.

В случае незначительных различий (в пределах 10%) между высотами выходных устьев разных клапанов этому неорганизованному ИЗА приписывается высота выброса, равная средневзвешенному значению высот клапанов. При больших различиях в высотах клапанов следует группы клапанов разной высоты описывать как разные неорганизованные ИЗА.

1.2. При задании параметров выброса неорганизованного ИЗА для проведения расчетов загрязнения атмосферы с помощью программы УПРЗА «Эколог» этот источник описывается в виде источника 3-го типа, для которого не требуется задание значений V₁и D, но требуется задание высоты источника, Н, т.е. существует возможность описания неорганизованных ИЗА разной высоты.

2. Особенностью выбросов от маневровых тепловозов является их передвижение на ограниченном участке маневрового пути во время поступления ЗВ от тепловоза в атмосферу, что позволяет, в соответствии с примечанием 2 к п. 7.6 ОНД-86 [6], стилизовать выброс тепловоза на рассматриваемом участке маневрового пути как площадной ИЗА, размеры которого определяются размерами участка пути, а мощность выброса - мощностью выброса тепловоза во время маневрирования.

Передвижение тепловозов при маневрах происходит с небольшой скоростью, поэтому вносимые ими изменения в воздушные потоки в приземном слое атмосферы крайне незначительны и не сказываются на рассеивании примесей в атмосфере.

Выброс, Q_T, тепловоза на всем протяжении L (например, 2 км) рассматриваемого участка маневрового пути складывается из его выбросов на отдельных отрезках этого участка, Q_Ti:

(2.13)

Соответственно, приземная концентрация ЗВ, С_Т, создаваемая выбросом тепловоза на всем протяжении маневрового участка складывается из концентраций, создаваемых его выбросами на отдельных отрезках, С_Тi.

(2.14)

При расчете приземных концентраций, С_Тi, создаваемых выбросом от каждого, i-го, (малого) отрезка пути, следует учитывать, что выброс Q_Тi на каждом таком отрезке маневрового пути производится за очень короткое время (например, при скорости тепловоза 10 км/ч, отрезку длиной 2 м соответствует время выброса 0,7 сек). Поэтому при расчете приземных концентраций, С_Тi, этот выброс должен быть, в соответствии с примечанием 1 к п. 2.3 ОНД-86 [6] отнесен к 20-ти минутному интервалу времени.

Т.е. при расчете С_Тi, в качестве мощности выброса от i-го отрезка, M_Тi, (г/с), следует рассматривать величину:

(2.15)

Выброс Q_Тi, тепловоза на i-ом отрезке пропорционален длине этого отрезка, l_i

(2.16)

Таким образом, мощность ИЗА, соответствующего i-му отрезку может быть рассчитана как:

(2.17)

Выброс тепловоза Q_Тза 20 минут выражается через мощность его выброса М_T, как:

(2.18)

Подставляя (2.18) в (2.17) получим:

(2.19)

Т.е. суммарная приземная концентрация ЗВ, создаваемая выбросом тепловоза, маневрирующего на участке длины L, который тепловоз в течение 20 минут проходит, по крайней мере один раз, С_m определяется по формулам ОНД-86 при мощности выброса на этом отрезке.

Такое определение суммарной концентрации соответствует схеме расчета концентрации, создаваемой выбросом от площадного ИЗА, размеры которого определяются размерами участка, а мощность выброса - мощностью выброса тепловоза во время маневрирования.

3. При расчетах загрязнения атмосферы открытые многоэтажные стоянки автотранспорта рекомендуется стилизовать неорганизованными площадными источниками по каждому этажу стоянки раздельно. При этом за высоту источника принимается средняя высота открытого пространства соответствующего этажа стоянки.

4. До введения в действие ОНД-86 [6], а затем и до появления программных средств, реализующих положения ОНД-86, при проведении расчетов загрязнения атмосферы применялись рекомендации ГГО им. А.И. Воейкова (письма № 1/168 от 22.03.82 г., № 16/5 от 12.10.84 г. и др., а также соответствующие положения [56]) о стилизации неорганизованных источников разного вида условным точечным источником, которому приписывались суммарные выбросы от данного неорганизованного источника и принимались следующие параметры газовоздушной смеси: высота Н=2м, диаметр устья D=0,5 м, скорость выхода газовоздушной смеси W₀=1,5 м/с и перегрев ΔТ=0°С.

В настоящее время применение этих рекомендаций недопустимо, т.к. действующие программные средства позволяют стилизовать неорганизованные выбросы разными типами источников (площадные без перегрева газовоздушной смеси с фактической высотой источника выброса; площадные с учетом изменения выброса в зависимости от скорости ветра, автомагистрали и т.д.).

2.2.4. Учет влияния застройки

Методика учета влияния застройки изложена в Приложении 2 ОНД-86 [6]. В п.1.3 этого Приложения описаны случаи, когда такой учет должен производиться. В остальных случаях расчеты по формулам ОНД-86, выполненные без учета влияния застройки или с учетом этого влияния, приводят к одинаковым результатам.

В связи с поступающими запросами, представляется целесообразным разъяснить требования по учету влияния застройки и дать дополнительные разъяснения.

Прежде всего, необходимо указать, что при наличии застройки расчетное поле концентрации изменяется по сравнению с расчетом при отсутствии застройки только в двух случаях (см. п. 1.3 Приложения 2 ОНД-86) [6]: когда источник находится в ветровой тени здания или же когда здание попадает в круг с центром в источнике и радиусом, равным расстоянию от источника до точки приземного максимума концентраций, определяемого в отсутствии застройки. В случае совокупности источников (предприятия) следует построить область, представляющую собой объединение указанных кругов.

Приложение 2 носит рекомендательный характер и поэтому необходимость (целесообразность) его применения определяют территориальные органы Ростехнадзора.

На первом этапе развития работ по учету влияния застройки при проведении расчетов загрязнения атмосферы можно рекомендовать выполнять учет влияния застройки, исходя из п. 1.3 Приложения 2 ОНД-86 [6]:

- в полном объеме для проектируемых (реконструируемых) предприятий;

- для действующих предприятий - по тем вредным веществам, выбросы которых формируют уровни приземных концентраций в районе жилой застройки, превышающие 0,5 ПДК;

- для источников, расположенных на крышах жилых зданий.

Вопрос об учете застройки при сводных расчетах загрязнения воздуха по городу должен решаться на индивидуальной основе. При расчетах загрязнения воздуха вредными примесями, которые выбрасываются в атмосферу города большим количеством рассредоточенных источников, учет влияния застройки не является обязательным. Расчеты суммарного загрязнения воздуха в городе можно проводить без учета влияния застройки, если такие расчеты не предназначены для принятия архитектурно-планировочных решений или управления транспортными потоками на определенных магистралях (в противном случае для этих магистралей следует проводить учет влияния застройки на тех участках, которые удовлетворяют условиям п. 1.5 Приложения 2). Следует иметь ввиду, что при учете застройки, как показывает практика, обычно число зданий, которые должны быть учтены в расчете, сравнительно невелико (условия учета соответствующих зданий приведены в п. 1.3 Приложения 2).

При задании исходной информации для расчета загрязнения воздуха координаты зданий, источников и расчетная сетка должны быть привязаны к одной и той же системе координат. Это может быть «заводская» система координат, если расчеты проводятся для отдельного предприятия, или городская система координат, если расчеты проводятся в целом по городу. Наличие электронной карты города облегчает проведение расчетов с учетом влияния застройки, но не являются обязательным условием проведения этих расчетов. Более того, даже при наличии электронной карты целесообразно провести ее предварительную проработку с использованием упомянутых выше критериев и с целью ускорения расчетов исключить из рассмотрения здания, которые заведомо не влияют на расчетные концентрации.

2.2.5. Учет трансформации вредных веществ в атмосфере

1. В соответствии с п. 1.5 ОНД-86 [6] при расчете загрязнения атмосферы следует учитывать полную или частичную трансформацию поступающих в атмосферу вредных веществ в более токсичные. При определении выбросов оксидов азота (M_NOx) в пересчете на NO₂ для всех видов технологических процессов и транспортных средств, необходимо разделять их на составляющие: оксид азота и диоксид азота.

Мощность выброса диоксида азота (M_NO2) оксида азота (M_NO) из источника с учетом коэффициента трансформации оксидов азота в атмосфере (α_N) определяется по формулам:

(2.20)

где: M_NOx (в пересчете на NO₂)=(M_NO2+1,53M_NO)

Коэффициенты трансформации в общем случае принимаются на уровне максимальной установленной трансформации, т.е. 0,8 - для NO₂ и 0,13 - для NO от NO_x [61].

2. Для газотранспортных предприятий следует руководствоваться «Отраслевой методикой нормирования выбросов оксидов азота от газотранспортных предприятий с учетом трансформации NO→NO₂ в атмосфере» [62].

3. Исследования, проведенные ГГО им. А.И. Воейкова и НИИ Атмосфера, позволяют считать, что установленное максимальное значение коэффициента трансформации оксидов азота в атмосфере завышено и не всегда правильно отражает особенности метеорологического режима и состояние загрязнения атмосферного воздуха в районе расположения источников выбросов вредных веществ в атмосферу, а также спектр выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и их массу.

Эти работы выполняются для конкретных промышленных объектов разного профиля, находящихся в городах (населенных пунктах), где функционируют стационарные посты наблюдений за состоянием атмосферного воздуха Росгидромета. Решение вопроса о возможности проведения таких работ принимается на основе предварительного анализа имеющегося ряда наблюдений за содержанием диоксида азота и оксида азота в атмосферном воздухе, а также научно-методических проработок, выполненных для объектов аналогичного профиля, расположенных в разных регионах России.

К настоящему времени НИИ Атмосфера и ГТО им. А.И. Воейкова уточнены коэффициенты трансформации для ряда предприятий нефтехимической, нефтеперерабатывающей и газовой промышленностей, черной и цветной металлургии, отдельных объектов теплоэнергетики.

4. В некоторых методиках (например, в [39]) при расчетах выбросов оксидов азота наряду с определением суммарных выбросов NO_x приводятся формулы для раздельного определения NO₂ и NO в выбрасываемой газовоздушной смеси, которые не учитывают трансформацию оксида азота в диоксид в атмосфере. Поэтому, в этих случаях сначала следует определять суммарные выбросы NO_x (в пересчете на NO₂), затем, используя установленные коэффициенты трансформации оксидов азота в атмосфере, выбросы NO₂ и NO. Если для рассматриваемого объекта такие коэффициенты не установлены, то используются максимальные из установленных, т.е. согласно [61].