Методическое пособие по дисциплине ''Инженерная защита атмосферы'' для студентов специальности 3302 ''Инженерная защита окружающей среды''

Методическое пособие по дисциплине «Инженерная защита атмосферы» для студентов специальности 3302 «Инженерная защита окружающей среды»

Министерство образования Российской Федерации Восточно-Сибирский государственный технологический университет

Составители: Хараев Г.И., Ямпилов С.С. Методическое пособие по дисциплине «Инженерная защита атмосферы» для студентов специальности 3302 «Инженерная защита окружающей среды»

Составители: Хараев Г.И., Ямпилов С.С.

Подписано в печать . . 2003 г. Формат 60х84 1/16. Усл.п.л. 6,11, уч.-изд. л. 7,3 Тираж 100 экз. С. . Издательство ВСГТУ, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40, в @ ВСГТУ, 2003 г. Улан-Удэ, 2003

Рецензент: Цыцыктуева Л.А. к.х.н., нач. отдела МУП Водоканал г.Улан-Удэ

В пособии изложены основы инженерной защиты природной среды от антропогенного воздействия путем установления экологических нормативов допустимой техногенной нагрузки в зоне действия промышленного, транспортного или коммунального объекта. Приведены примеры современных методов расчетов выделений загрязняющих веществ в наиболее распространенных технологических процессах и производствах. Даны контрольные задания для аудиторной и самостоятельной работы студентов. Оно может быть использовано при работе над курсовым и дипломным проектом. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 330200, 330700, а также студентов технических специальностей вузов.

С ОД Е Р Ж А Н И Е ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………4 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ЗАВИСИМОСТИ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ.............................................9 1.1. Выделение загрязняющих веществ………………...... 9 1.1.1. Механическая обработка металлов…………………9 1.1.2. Сварка, наплавка, пайка, электрогазорезка металлов………….....................................................11 1.1.3. Нанесение лакокрасочных материалов…..…….....13 1.1.4. Работа двигателей автотранспорта….…………….17 1.1.5. Сжигание топлива в котельных…………………...21 1.2. Учет наличия и эффективности очистных устройств, оседания и налипания аэрозолей…………………….28 1.3. Установление нормативов предельно- допустимого выброса ПДВ (ВСВ)…………………………………..32 1.3.1. Рассеивание загрязняющих веществ, выброшенных в атмосферу организованным источником…………34 1.3.2. Учет фонового загрязнения и корректировка ССЗ…………..............................................................41 1.4. Балансовые методы расчета……………………………49 1.4.1. Материальный баланс……………………………….50 1.4.2. Энергетический баланс……………………………..52 2. ПРИМЕРЫ………………………………………………55 3. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ……………….........…….77 Основные условные обозначения и сокращения ................96 ЛИТЕРАТУРА…………………………………………….100

© Хараев Г.И. с соавтор., 2003 г. 3

ВВЕДЕНИЕ Чистый воздух, лишенный пылевидных и газообразных загрязнений, является недостижимым идеалом, не встречающимся в природе из-за постоянного динамического обмена между атмосферой, гидросферой и литосферой, а также как результат естественного (природного) загрязнения, в том числе из-за пожаров, пыльных бурь, извержений вулканов и многого другого. Человечество не может существовать, не оказывая антропогенного воздействия на биосферу, поэтому одной из главных задач комплекса работ по охране окружающей природной среды является определение нормативов воздействия, т.е. установление пределов, в которых признается допустимым то или иное воздействие. В теоретическом плане основой всей системы экологического нормирования является экологический норматив, т.е. по определению Н.Ф.Реймерса [1], степень максимально допустимого вмешательства человека в экосистемы, обеспечивающая сохранение у экосистем желательной структуры и динамических качеств (воздействие, не ведущее к опустыниванию). Нормированием качества среды называется установление пределов, в которых допускается изменение ее естественных свойств. Для практических целей требуются несколько иные нормативы, учитывающие, в частности, необходимость последующего контроля и существующую практику государственной статотчетности. Реагировать на исчезновение даже отдельных компонентов слишком поздно.

4

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ЗАВИСИМОСТИ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ Санитарно-гигиеническое нормирование загрязнения атмосферы в настоящее время разработано наиболее полно и научно обосновано. Нормирование выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферу производится путем установления значений предельно допустимых выбросов (ПДВ) этих веществ для всех источников выбросов. ПДВ – это масса выбросов вредных веществ в единицу времени от данного источника или совокупности источников загрязнения атмосферы производственного объекта (промплощадки, предприятия, населенного пункта, города и т.д.) с учетом перспективы развития всех предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере, создающая приземную концентрацию, не превышающую их предельно допустимые концентрации (ПДК) для населения, растительного и животного мира, если нет других, более жестких экологических требований или ограничений (с осреднением в любой 20-ти минутный период времени). Нормативы ПДВ являются основой для проведения экологической экспертизы и планирования мероприятий по снижению загрязнения атмосферы. Наиболее полный перечень веществ, загрязняющих атмосферный воздух. со значениями всех утвержденных Госкомсанэпиднадзором России видов ПДК для них, с синонимами и торговыми названиями, а также с рекомендуемыми кодами приведен в подготовленном НИИ «Атмосфера» Минприроды России издании [2]. Первым этапом любого нормирования загрязнения атмосферы является инвентаризация источников выделения и выбросов ЗВ, которая на практике 5

выполняется: - методом инструментального измерения; - расчетным методом. Настоящее издание основывается на методиках, принятых в практике инвентаризации расчетным методом, имеющим в ряде случаев определенные преимущества и незаменимом при принятии проектных решений. Расчетный метод основывается: - на материальном балансе технологического процесса; - на использовании удельных показателей выделений ЗВ за единицу времени либо отнесенных к единице оборудования, масс продукции, сырья или расходных материалов. - в действующей природоохранной нормативнотехнической документации в области защиты атмосферы от загрязнения [3 … 5] приняты следующие понятия. Источник выделения ЗВ – объект, в котором происходит образование ЗВ (установка, аппарат, устройство, емкость для хранения, двигатель, свалка отходов и т.п.) Источник загрязнения атмосферы (источник выброса) – объект, от которого загрязняющее вещество поступает в атмосферу (труба, вентшахта, аэрационный фонарь, открытая стоянка транспорта и т.п.). Возможны следующие сочетания источников загрязнения атмосферы (выброса) и источников выделения ЗВ: • один источник выделения – один источник загрязнения (выброса). Например, котельная имеет одну топочную камеру и одну дымовую трубу. • один источник выделения – несколько источников загрязнения (выброса). Например, в помещении производится полная окраска автобуса, а для вентиляции используются три крышных вентилятора. 6

•

несколько источников выделения – ряд источников загрязнения (выброса). Например, в общем помещении цеха работают 3 заточных и 17 металлорежущих станков, 2 поста электросварки и одна газорезка, а для вентиляции используется одна общеобменная приточно-вытяжная вентсистема и 4 местных вытяжных системы. • все источники загрязнения атмосферы (источники выброса) подразделяются в соответствии с классификацией, приведенной на рис. 1.1, при этом используются термины, имеющие следующие определения. Стационарный источник – источник имеющий постоянное место в пространстве относительно заводской системы координат (труба котельной, открытие фрамуги цеха и т.п.). Передвижной источник – источник, не занимающий постоянное место на территории предприятия (транспортные средства, передвижные компрессоры и дизель-генераторы электросварки и т.п.). Организованный источник – источник, осуществляющий выброс через специально сооруженные устройства (трубы, газоходы, вентиляционные шахты). Неогрганизованный источник – источник загрязнения осуществляющегося в виде ненаправленных потоков газа, как результат, например, нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неэффективной работы систем по отсосу газов (пыли) в местах загрузки (выгрузки) или хранения продукта (топлива), а также пылящие отвалы, открытые емкости, стоянки, промплощадки малярных работ и т.п. Точечный источник – источник в виде трубы или вентиляционной шахты с размерами сечения, близкими друг к другу (трубы круглого, квадратного, прямоугольного сечения и т.п.). 7

аэрационные фонари и т.п. Плоскостный источник – источник, имеющий значительные геометрические размеры площадки, по которой относительно равномерно происходит выделение загрязнений и , в том числе, как результат рассредоточения на площадке большого числа источников (бассейн, открытая стоянка автотранспорта и т.п.). Отнесение источника загрязнения (выброса) к точечному, линейному или плоскостному типу производится с целью определения математического аппарата, который используется впоследствии при расчете рассеивания загрязнения в атмосфере в соответствии с ОНД-86 [4]. В данном пособии приведены методики и примеры определения значений максимально разовых выделений (выбросов) ЗВ (г/с) и валовых выделений (выбросов) (т/год). Основой послужили издания [6 … 14]. Нормативы валовых выбросов используются при экономическом стимулировании природоохранной деятельности, а нормативы максимально разовых выбросов – при контроле соблюдения ПДВ.

Линейный источник – источник в виде канала (щели) для прохода загрязненного газа (воздуха) с поперечным сечением, имеющим значительную протяженность (длину) в несколько раз большую, чем ширина (высота), например, ряд открытых, близко расположенных в одну линию оконных фрамуг, либо 8

1.1. Выделение загрязняющих веществ 1.1.1. Механическая обработка материалов Характерной особенностью процессов механической обработки материалов является выделение твердых частиц (пыли), а при обработке материалов с применением смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) – дополнительно выделение аэрозоля СОЖ. В качестве СОЖ рекомендуются нефтяные минеральные масла и различные эмульсии, которые уменьшают выделение пыли на 85 … 90%. При обработке металлов и сплавов наихудшим вариантом, который используется для дальнейших расчетов 9

и установления нормативов загрязнения атмосферы, считается тот, когда химический состав пыли идентифицируется как оксиды соответствующих металлов. При работе заточных и шлифовальных станков, наряду с пылью металлической, имеющей состав обрабатываемого материала или, в худшем случае, оксидов обрабатываемого металла, также выделяется пыль абразивная, по составу аналогичная материалу шлифовального (заточного) круга. 1. Максимально разовое выделение (в г/с) загрязняющего вещества (пыли) от группы из m штук одновременно работающих станков определяется по формуле: G = ∑ gi • kсож/3600, (1.1) где gi – удельное выделение ЗВ при работе на i-м станке, г/ч; kсож – коэффициент, учитывающий применение (= 0,15) или отсутствие (= 1) СОЖ на i-м станке. 2. Валовое выделение (в т/год) загрязняющего вещества (пыли) от группы из m штук станков: М = ∑ gi • kсож • Тi • 10-6 = ∑ gi • kсож • ti • Ni • 10-6, (1.2.) где Ti – суммарное время работы на i-м станке за год, ч/год; Ni – количество дней работы на i-м станке за год; ti – время работы на i-м станке за день, ч. 3. Максимально разовое выделение (в г/с) аэрозоля СОЖ от группы из m штук одновременно работающих станков Gсож = ∑ gсожi • W*i/3600, (1.3) где gсожi - удельное выделение аэрозоля СОЖ при работе на i-м станке, г/кВт; W*i - мощность электродвигателя i-го станка, кВт. 4. Валовое выделение (в т/год) аэрозоля СОЖ от группы из m штук станков определяется по формуле: 10

М = ∑ gсожi • W*i• Тi • 10-6 = = ∑ gсожi • W*i• ti • Ni • 10-6, (1.4) где Тi - суммарное время работы на i-м станке за день, ч; ti - время работы на i-м станке за день, ч; Ni - количество дней работы i-го станка за год. 5. В случаях, когда в справочных изданиях приводятся удельные нормативы выделения ЗВ, отнесенные к единице массы перерабатываемого материала, расчет удельного выделения, отнесенного к единице времени (в г/с), проводится по формуле: g = g* • p/Тпер • 3600, (1.5) где g* - удельное выделение ЗВ, г/кг; p – количество перерабатываемого материала за цикл, кг/цикл; Тпер – длительность цикла переработки материала, ч/цикл. 1.1.2. Сварка, наплавка, пайка, электрогазорезка металлов Процессы сварки, наплавки и тепловой резки металлов сопровождаются выделением сварочного аэрозоля и газов, количество которых пропорционально расходу сварочных материалов (электродов, сварочной проволоки и т.п.), а при контактной электросварке – номинальной мощности применяемого оборудования. Сварочный аэрозоль и аэрозоль, выделяющийся при газовой резке, преимущественно состоят из оксидов свариваемых (разрезаемых) металлов или компонентов сплавов (железа, марганца, хрома, титана, алюминия и т.д.). Применение для нагрева деталей тепла от сжигания горючих газов (ацетилена, пропан-бутановой смеси и т.п.) ведет к выделению оксидов азота и углерода, в количестве, зависящем от вида процесса нагрева и расхода горючего газа. 11

1. Максимально разовое выделение (в г/с) загрязняющего вещества (компонентов сварочного аэрозоля и сопутствующих газов) от группы из m штук одновременно работающих сварочных постов (машин электроконтактной сварки) определяется по формулам: G = ∑ g*i • p/Тпер • 3600, (1.6) где g*i - удельное выделение ЗВ i-го поста, г/кг; р - количество использованного сварочного материала за время непрерывной работы (цикл) i-го поста, кг/цикл; Тпер - длительность цикла сварки i-го поста, ч/цикл; или G = ∑ g#i • Wi/50 • 3600, (1.7) # где g i – удельное выделение ЗВ при работе i-й электроконтактной машины, г/ч на 50 кВт номинальной мощности машины; Wi – номинальная мощность i-й машины, кВт. 2. Максимально разовое выделение (в г/с) загрязняющего вещества (продуктов горения) от группы из n штук одновременно работающих горелок при сварке, наплавке, пайке или газорезке металлов определяется по формуле: G = ∑ g γ* ⋅ p / Tпер ⋅ 3600 , (1.8)

4. Пересчет справочных значений удельных выделений ЗВ от газового резака можно провести по формуле: (1.10) g = g0 · L , где g – удельное выделение ЗВ при работе резака, г/ч; g0 – удельное выделение ЗВ при работе резака, г/пог.м L – производительность газового резака, пог. м/ч.

где g*j – удельное выделение ЗВ j – й горелки, г/кг; р – количество использованного горючего газа за время непрерывной работы (цикл) j – й горелки, кг/ цикл; Тпер – длительность работы j-й горелки, ч /цикл.

М = ∑ gi ⋅ Wi ⋅ Ti ⋅ 10− 6 = ∑ gi ⋅ Wi ⋅ Ni ⋅ 10−6 (1.12) где gi – удельное выделение ЗВ при работе i – го резака, г/ч; Ti – суммарное время работы на i-м станке за год, ч/год; ti – время работы на i-м станке за день, ч; Ni - количество дней работы на i – м станке за год.

3. Максимально разовое выделение (в г/с) загрязняющего вещества (компонентов аэрозоля и сопутствующих газов) от группы из m штук одновременно работающих газовых резаков: G = ∑ gi / 3600 , (1.9) где gi – удельное выделение ЗВ при работе i-го резака, г/ч. 12

5. Валовое выделение (в т/год) загрязняющего вещества от группы из m штук сварочных постов (машин электроконтактной сварки) определяется по формулам: М = ∑ g i* ⋅ Рi ⋅ 10 −6 , (1.11) где gi* - удельное выделение ЗВ i – го поста, г/кг; Рi – общее количество сварочного материала или горючего газа, использованного i- м постом за год, кг/год.

М = ∑ g i# ⋅ Wi ⋅ Ti ⋅ 10 −6 / 50 = ∑ g i# ⋅ Wi ⋅ N i ⋅ t ⋅ 2 ⋅ 10 −8 (1.12) где Тi – суммарное количество сварки i-й машины за год, ч/год; ti – время сварки на i-й машине за день, ч; Ni – количество дней работы i-й машины за год. 6. Валовое выделение (в т/год) загрязняющего вещества от группы из m штук газовых резаков:

1.1.3. Нанесение лакокрасочных материалов Для нанесение на изделие защитных и декоративных покрытий используют различные шпатлевки, 13

грунтовки, эмали и лаки, содержащие пленкообразующую основу (минеральные и органические пигменты, пленкообразователи и наполнители) и растворители или разбавители (преимущественно смеси легколетучих углеводородов ароматического ряда, эфиров, спиртов и т.п.) [11, 12]. Формирование покрытия на поверхности изделий заключается, как правило, в нанесении лакокрасочного материала (ЛКМ) и его сушке. При этом в воздух выделяются аэрозоль краски и пары компонентов растворителя, количество зависит от технологии окраски, производительности применяемого оборудования, состава ЛКМ и растворителей. После завершения окраски и сушки летучих компонентов изделии не остается, они практически полностью испаряются. Меньшая часть переходит в газообразное состояние, во время окраски, большая – при сушке. При распылении ЛКМ образуется аэрозоль краски, первоначальный состав которого идентичен составу наносимой смеси ЛКМ с растворителем (разбавителем). Через определенное время растворитель из жидких капель аэрозоля переходит в газовую фазу и аэрозоль краски представляет смесь воздуха с твердыми частицами сухого остатка ЛКМ. От способа (технологии) распыления зависит доля общего количества краски, переходящая в момент нанесения покрытия в аэрозоль, уносимый в окружающее мимо окрашиваемого изделия. И попадающий в вытяжную вентиляционную систему. Нанесение ЛКМ кистью, окунанием, обливом, так же, как ручное выравнивание поверхностей шпатлеванием и подобные им процессы не сопровождаются образованием аэрозоля краски. Исходный состав ЛКМ может разбавляться растворителями (разбавителями) до определенной вязкости в соответствии с требованиями технологии конкретного 14

способа нанесения ЛКМ, например при пневматическом распылении грунтовки, эмали и т.п. добавляется соответствующий растворитель приблизительно в количестве 1/3 от объема исходного ЛКМ. В связи с незначительным наличием растворителей в шпатлевке учитывать их отдельно считается не целесообразным, а рекомендуется включать в расход растворителей при окраске и сушке. Окраска и сушка осуществляется как в специализированных камерах (шкафах и т.п.), так и просто в помещении окрасочных участков. Специализированные камеры могут быть с автономными вытяжными вентиляционными системами и использоваться отдельно для окраски и отдельно для сушки с перемещением окрашиваемых изделий между ними, а также могут быть комбинированными с общей вентиляцией и последовательным проведением окраски и сушки. Расчет выделения ЗВ на участках (в цехах) окраски ведется раздельно для окрасочного аэрозоля (сухого остатка) и компонентов растворителей, для грунтовки, ручной подкраски и послойного нанесения многослойных покрытий ЛКМ, а также для окраски и для сушки. Общее валовое выделение летучих компонентов растворителей и разбавителей в соответствии с материальным балансом должно равняться расходу растворителей, и разбавителей и летучей части исходной ЛКМ, использованном на рассматриваемом участке (в цехе) за соответствующий период времени (месяц, квартал, год). Общий валовый выброс летучих компонентов в атмосферу всех вентиляционных систем равен разнице между их между общим выделением и суммарным уловом этих компонентов в действующих газоочистных устройствах на рассматриваемом участке (в цехе). 15

1. Валовое выделение (в т/год) аэрозоля краски в процессе окраски определяется по формуле: М аэр = Z кр ⋅ Δ сух ⋅ δ аэр ⋅ 10−4 ,

(1.14)

где Zкр – количество израсходованного исходного ЛКМ, т/год; Δсух – доля сухого остатка в исходном ЛКМ,%; δаэр – доля ЛКМ потерянного виде аэрозоля,%. Причем: Способ распыления: -

пневматическое безвоздушное пневмоэлектростатическое электростатическое

δаэр, % 3,0 2,5 3,5 0,3

2. Валовое выделение (в т/год) i –го летучего компонента: в процессе окраски: М iок = Z кр ⋅ (1 − Δ сух ⋅ 10− 2 ) ⋅ ϕiкк ⋅ β ок ⋅ 10− 4 + + Z раст ⋅ ϕiррас ⋅ β ок ⋅ 10− 4 (1.15)

в процессе сушки суш суш Мi = Z кр ⋅ (1 − Δ сух ⋅ 10− 2 ) ⋅ ϕiκρ ⋅ β ⋅ 10− 4 + суш + Z раст ⋅ ϕiррас ⋅ β ⋅ 10− 4 , (1.16) где: Zраст – количество растворителя, израсходованного за год на разбавление исходного ЛКМ до требуемой вязкости, т/год; 16

φiкр – доля i-го компонента в летучей части исходного ЛКМ; (φiраст) - (в растворителе- разбавителе), %; βок – доля растворителя, испаряющаяся за время окраски (βсуш) - (за время сушки), %. Причем: Способ распыления: -

Пневматическое Безвоздушное Пневмоэлектростатическое Электростатическое

βок

βсуш

25 23 20 50

75 77 80 50

1. Максимальное разовое выделение (в г/с) ЗВ определяется для наиболее напряженного времени работы участка (специализированной камеры, печи), когда расходуется наибольшее количество ЛКМ, по формуле: G(аэр) = Мmax · 106/ (3600 · n · t), (1.17) где Мmax – валовое выделение i-го компонента растворителя (аэрозоля краски) за месяц наиболее напряженной работы (Мiок, Мiсуш, или Маэр), т/месяц; n – число дней работы участка (камеры, печи) в этом месяц, дн/мес; t – среднее чистое время работы (окраски, сушки) участка (камеры, печи) за день в наиболее напряженный месяц, ч/день. 1.14. Работа двигателей автотранспорта Основная причина загрязнения воздуха разнообразными двигателями, использующими в качестве топлива продукты нефтепереработки, заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Камера 17

сгорания двигателей – своеобразный химический реактор, синтезирующий загрязняющие вещества, выделяющиеся с выхлопными газами в атмосферу. Основная химическая реакция, протекающая в процессе сгорания топлива, может быть представлена следующим обобщенным уравнением: Cx Xy+ (x+0.25 y) O2 → x CO2 + 0,5 y H2 O, (1.18) где Cx Xy – условное обозначение гаммы углеводородов, входящих в состав топлива. Однако эта реакция не проходит полностью даже при стехиометрическом соотношении исходных компонентов. Основными загрязняющими веществами, входящими в состав выхлопных газов практически всех двигателей, являются CO, Cn Hm, NOx. При определенных условиях в выхлопных газах содержатся также SO2, сажа, бенз(а)пирен, соединения свинца. Выбросы загрязняющих веществ двигателями автотранспорта осуществляются на следующих основных этапах его работы: прогрев двигателя, холостой ход, пробег по территории предприятия и движение по трассе [7.8]. Удельные выбросы ЗВ двигателями автотранспорта зависят от категории автомобилей, от их грузоподъемности, типа двигателя, используемого топлива, организации контроля содержания ЗВ в отработавших газах, периода года. Выделяют холодный, теплый и переходной периоды года, отличающиеся величиной среднемесячной температуры. Месяцы, в которых среднемесячная температура ниже минус 50 С, относятся к холодному периоду; месяцы со среднемесячной температурой выше плюс 50 С – к теплому периоду, а с температурой от минус 50С до плюс 50 С – к переходному периоду. Для разных климатических зон продолжительность условных периодов разная и определяется согласно СНиП 2.01.01-82 [15]. Влияние периода года учитывается только для 18

выезжающих автомобилей с открытых стоянок. При хранении автомобилей на закрытых стоянках расчет годовых выбросов выполняется как для постоянно теплого периода года . Пробег автомобиля по территории предприятия в день соответствует пути , проходимому от центра площадкистоянки до ворот при въезде и выезде в сумме . Массовый выброс продуктов неполного сгорания при прогреве двигателя – величина непостоянная, по мере прогрева выбросы СО , Сn Нm и сажи (С ) уменьшается, а выбросы NОх незначительны. Удельные нормативные выбросы отражают интегральную оценку выбросов за это время . Валовое выделение (в г\ день) 3В одним автомобилем К-й группы в день при выезде с территории предприятия (М/к) и возврате (М//к) определяется по формуле: М к/ = g пр ⋅ tпр + g L ⋅ L′ + g xx ⋅ t xx

(1.19)

M k// = g L ⋅ L// + g xx ⋅ t xx , (1.20) где gпр – удельное выделение ЗВ при прогреве двигателя автомобиля, г/мин; gL – удельное выделение ЗВ при движении по территории, г/км; gхх – удельное выделение ЗВ двигателем на холостом ходу, г/мин; L/ (L//)- пробег по территории предприятия в день при выезде (возврате), км; tпр – время прогрева двигателя, мин; tхх – время работы двигателя на холостом ходу, мин. Величина tпр принимается одинаковой для различных типов автомобилей, но существенно зависит от температуры воздуха:

19

Температура воздуха, 0С +5 -5 -10 -15 -20

Выше … … … … … ниже

+5 -5 -10 -15 -20 -25 -25

Время прогрева, мин 4 6 12 20 28 36 45

При хранение в помещении tпр равно 0,5 мин. При наличии средств прогрева при температуре ниже минус 50 С tпр равно 6 мин. Продолжительность работы двигателя на холостом ходу при выезде на линию (возврате) в среднем составляет 1 мин. 2. Валовое выделение (в т/год) ЗВ от группы из N штук автомобилей рассчитывается раздельно для теплого (Т), холодного (Х) и переходного (П) периодов года по следующий формуле: Мт(п,х) = α · (М/к + М//к) · N · DТ (П,Х.) · 10-6, (1.21) где α – коэффициент выпуска – отношение количества выезжающих с территории предприятия к количеству имеющихся автомобилей данной группы; DТ(П,Х) – количество рабочих дней в рассчитываемом периоде года (холодном, теплом, переходном). Общее (годовое) валовое выделение ЗВ определяется суммированием по формуле: М∑ = М/К + МП + МХ . (1.22) 3. Максимально разовое выделение (в г/с) ЗВ автомобилей К-й группы рассчитывается для месяца с наиболее низкой среднемесячной температурой по формуле: G = М/к · α · N/ 60 · tр , (1.23) 20

где tр – время разъезда автомобилей, мин. 1.1.5. Сжигание топлива в котельных Объекты энергетики являются одними из основных антропогенных источников загрязнения атмосферы. Большие объемы отходящих газовых потоков продуктов сгорания топлива затрудняют эффективное использование аппаратов очистки. Строительство высоких дымовых труб позволяет рассеивать вредные вещества на большой территории, уменьшая приземную концентрацию ЗВ, но не снижает загрязнение атмосферы в целом [6]. При расчетах загрязнения атмосферы котельными необходимо также знать общие объемы продуктов сгорания топлива [13,14]. Расчет выбросов твердых частиц

Валовый (в т/г) и максимально разовый (в г/с) выбросы летучей золы и несгоревшего топлива от группы из m штук одновременно работающих котлов рассчитывают по формулам: Мтв = ∑ Вi · [А: (100 - Г)] · αун · (1-ηочi ), (1.24) Gтв = ∑ Вi · [А: (100 - Г)] · αун · (1-ηочi ), (1.25) где Вi – расход натурального топлива i- го котла, т/г или г/с; А- зольность топлива, %; αун - доля золы в уносе; Г – содержание горючих в уносе, %; ηочi - доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителе i –го котла (принимается по результатам измерений).

21

Примечание: Рекомендуется пересчитывать максимально разовое выделение в валовое и наоборот, используя время работы котлов. При отсутствии эксплуатационных данных по содержанию горючих в уносе количество выбрасываемых твердых частиц определяют по формуле: Мтв (Gтв) = ∑ 0,01 · Вi · [(αун · А + qун · (Qн :32,7)] · (1 - ηочi), (1.26) где qун - потери теплоты с уносом от механической неполноты сгорания топлива, % (для мазутных котлов qун = 0,02%); QН – низшая теплота сгорания топлива, МДж/ кг; 32,7 – средняя теплота сгорания горючих в уносе, МДж / кг. Расчет выбросов оксидов серы Валовый (в т/г) и максимально разовый (в г/с) выбросы оксидов серы SO2 и SO3 (в пересчете на SO2) от группы из m штук одновременно работающих котлов рассчитывают по формуле: / // ) ⋅ (1 − ηsoxi ), М SOх ⋅ (GSOx ) = ∑ 0,02 ⋅ Bi ⋅ S ⋅ (1 − ηsoxi

(1.27) где Вi – расход топлива i-го котла твердого или жидкого, т/ год (г/с) либо газообразного, тыс.м3/год (дм3/ с = 1000 · м3/с); S – содержание серы в топливе на рабочую массу, %; η/soxi – доля оксидов серы, связываемых летучей золой в i-м котле; η//soxi – доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе i-го котла попутно с улавливанием твердых частиц. 22

Расчет выбросов оксида углерода Валовый (т/г) и максимально разовый (в г/с) выбросы оксида углерода от группы из m штук одновременно работающих котлов определяют по формулам: * М CO ⋅ (GCO ) = ∑ 0,001 ⋅ CCo ⋅ Bi ⋅ (1 − q мехi ⋅ 100), (1.28) * где С СО – выход оксида углерода при сжигании топлива твердого или жидкого, г/кг или газообразного, г/м3; - потери теплоты от механической qмехi неполноты сгорания топлива в i- м котле, %. C*CO = (qхим · R · Qт) : 1,013, (1.29) где qхим потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %; R- коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную содержанием в продуктах неполного сгорания оксида углерода. Для твердого топлива R = 1, для газа R = 0,5, для мазута R = 0,65; Qт – теплота сгорания топлива, МДж/кг или МДж/м3. Значения qхим и qмехi принимают по эксплуатационным данным или по нормативам.

Расчет выбросов оксидов ванадия Валовый (в т/г) и максимально разовый (в г/с) выбросы оксидов ванадия, в пересчете на пентоксид ванадия, от группы из m штук одновременно работающих котлов рассчитывают по формуле: М ван ⋅ (Gван ) = ∑ 10 −6 ⋅ V ⋅ Bi ⋅ (1 − x котi ) ⋅ (1 − η очi ) , (1.30) где V – содержание оксидов ванадия в жидком топливе в пересчете на V2O5, г/т; хкотi – доля оседания оксидов ванадия на поверхности нагрева i – го котла; 23

ηочi – доля твердых частиц продуктов сгорания жидкого топлива, улавливаемых в устройствах для очистки газов i – го мазутного котла. При отсутствии результатов анализа топлива содержание окислов ванадия определяется ориентировочно по формуле: V = 94,5 · S – 31,6, (1.31) где S – содержание серы в мазуте, %. Формула (1.31) справедлива при значениях S более 0,4 %. Расчет выбросов оксидов азота Валовый (в т/г) и максимально разовый (в г/с) выбросы суммы оксидов азота (NOх) в пересчете на диоксид от группы из m штук одновременно азота (NO2) работающих котлов производительностью более 30 т/ч или водогрейных котлов тепловой мощностью более 30 Гкал/ч рассчитывают по формуле: МNox (GNOx) = ∑ 0,34 · 10-4 ·ψ · Bi · QH · (1-qмех : 100) · β1· (1(1.32) ε1i · ri) · ·β2i · β3i · ε2, где ψ - коэффициент, характеризующий выход оксидов азота, кг/т условного топлива; β1 – коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива; β2i – коэффициент, учитывающий влияние конструкции горелок i-го котла; β3i – коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления i – го котла; ε1i – коэффициент, характеризующий эффективность влияния рециркулирующих газов в зависимости от условий подачи их в топку i- го котла; ε2 – коэффициент, характеризующий снижение выбросов оксидов азота при двухступенчатом сжигании; ri - степень рециркуляции дымовых газов i- го котла, %. 24

Для котлов паропроизводительностью более 70 т/ч коэффициент ψ при сжигании газа и мазута во всем диапазоне нагрузок, а также при высокотемпературном сжигании твердого топлива с нагрузкой выше 75% номинальной определяется по формуле: ψ = (12 · θф) : (200 - θ), (1.33) где θ, θф – номинальная и фактическая производительность котла, т/ч. Для котлов паропроизводительностью менее 70 т/ч ψ = θф : 20 . (1.34) Значение β1 для энергетических котлов, в которых сжигается твердое топливо: β1 = 0,178 + 0,47 · πт , (1.35) где πт – содержание азота в топливе, %. При одновременном сжигании в топках двух видов топлива коэффициент β1 определяется как средневзвешенное значение по топливу. Так для двух видов топлива: β1 = (β1/ · В/ + β1// · В/) : (В/ + В//), (1.36) где β1/ ,β1//, В/, В// - соответствуют значениям коэффициентов и расходам каждого вида топлива на котел. При нагрузках меньше номинальной, коэффициент ε1 умножается на коэффициент f, зависящий от производительности котла. В случае необходимости экспресс оценки выделения выбросов ЗВ следует использовать методику ориентировочного расчета [16], основанную на методике [6]. Тогда валовое выделение (в т/г) рассчитывается по формуле (1.11), в которую входят: g*i _ удельное выделение ЗВ i – го котла, г/кг; кг/т или кг/1000 м3; Р – расход топлива в i – м котле за год; кг/год или м3/год. Удельный показатель g* имеет следующие значения: 25

Топливо

Уголь Донецкий Подмосковный Новокузнецкий Дрова Мазут Высокосернистый (4,1%) Малосернистый (0,5%) Газ

*

3

g , г/кг; кг/т или кг/1000 м CO NOx Тв. вSO2 ва (зола) 67,6 70,4 53,6 21,2

50,4 48,6 7,2 -

49,0 25,8 51,3 30,1

2,21 0,95 2,23 0,78

6,0

54,9

37,7

2,46

5,6

5,9

37,7

2,57

-

-

6,68

2,15

Объемы продуктов сгорания и воздуха При горении – химическом взаимодействии топлива с атмосферным кислородом – образуются газообразные вещества. Объемы воздуха, необходимого для горения, продуктов сгорания рассчитывают на 1 кг твердого и жидкого, или на 1 м3 газообразного топлива задается в процентах: твердого – по массе, а газообразного – по объему [13]. Принято использовать следующие обозначения. C, H, O, N, S, A, W – процентное содержание углерода, водорода, кислорода, азота, серы, золы и влаги соответственно в рабочей массе твердого топлива, причем их сумма равна 100%. CH4, CmHn, N, H2S. O, CO, H – процентное содержание метана, предельных углеводородов, азота, 26

диоксида углерода, сероводорода, кислорода, оксида углерода, водорода соответственно в 1 м3 сухого газообразного топлива, причем их сумма равна 100%. Расчетные характеристики видов топлива следует принимать по действующим нормативам, например по методу [14]. Теоретический объем воздуха, необходимого для горения, определяют по формулам: для твердого и жидкого топлива (в м3 / кг) V0 = 0,0889 · (C + 0,375 · S) + 0, 265 · H – 0,0333 · O; (1.37) для газоборазного топлива (в м3/м3) V0 = 0,0476 · [0,5 · CO + 0,5 · H+ 1,5·H2S+ (1.38) +∑(m + 0,25 · n) · CmHn - O]. Теоретическое объемы продуктов сгорания (при α = 1) топлива рассчитывают по формуле: V*∑ = V*RO2 = + V*N + V*H2 O, (1.39) при этом: для твердого и жидкого (в м3/кг) V*RO2 = 0,0186 · (С + 0,375 · S); (1.40) V*N = 0,79 · V0 + 0,008 · N; (1.41) V*H2O = 0,111 · H + 0,0124 · W + 0,0161 · V0, (1.42) для природного газа (в м3 /м3) V*RO2 = 0,01 · (∑m· CmHn+СО2 + СО + Н2О); (1.40) V*N = 0,79 · V0 + 0,01 · N; (1.41) V*H2O = 0,01 · (∑0,5·n· CmHn + H2S +Н+0,124 ·dr +1,61·V0, (1.42) где dr – влагосодержание газоборазного топлива, отнесенное к 1 м3 сухого газа, г/м3; при расчетной температуре 10 0С принимают dr = 10 г/м3. 27

Расход газов (в м3/с), поступающих в дымовую трубу, при рабочих условиях рассчитывают по формуле: Vатм = B · 10-3 · [V*∑+ (ζух - 1) · V0] · [Tух + 273] : 273, (1.46) где В – общий расход топлива котлов, г/с или дм3/с; ζух – коэффициент избытка воздуха перед дымовой трубой; Tух – температура газов в устье дымовой трубы, 0С. 1.2. Учет наличия и эффективности улавливающих устройств, оседания и налипания аэрозолей

Выделившиеся в технологическом процессе загрязняющее вещества поступают в атмосферу без изменения количества и качества только на открытых производственных площадках. При выделении ЗВ в производственных помещениях с выбросом в атмосферу через вентиляционные каналы организованных стационарных источников состав и количество ЗВ могут изменяться по следующим причинам [10]: • вентиляционная система оснащена системой улавливания определенных ЗВ; • наиболее крупные частицы аэрозоля оседают внутри производственного помещения, оснащенного недостаточно мощной вытяжной вентсистемой; • частицы аэрозоля и особенно крупнодисперсной пыли налипают на внутренние стенки воздуховодов ; • пары конденсируются на холодных стенках воздуховодов; • вентилятор (преимущественно центробежного типа) вытяжной системы выполняет роль динамического пылеуловителя; 28

• за время прохождения по каналам вентсистемы происходит быстрое разложение 3В или их химическое взаимодействие с другими веществами, например озон, выделяющийся при работе современных копировальных аппаратов, практически полностью разлагается в воздуховодах. Указанные процессы изменяют прежде всего содержание аэрозолей в отходящих газовых потоках. Газообразные 3В улавливаются только специализированными системами очистки, например, адсорберами, хемосорберами, каталитическими конвертерами, устройствами дожигания и т.п. Эти устройства относительно сложны, дорого стоят, требуют квалифицированного обслуживания, повышают эксплутационные расходы, что, к сожалению, ограничивает их повсеместное использование на источниках выброса 3В в атмосферу. В отдельных случаях достаточно распространенные простые устройства очистки лишь создают иллюзию защиты атмосферы от загрязнения. Так, на участках нанесения лакокрасочных покрытий часто применяются разнообразные гидрофильтры, водяные завесы и прочие устройства, использующие воду для очистки отходящих воздушных потоков от аэрозоля краски и паров органических растворителей. Однако улавливание с помощью воды эффективно только для аэрозоля. Компоненты растворителей такие, как ацетон, спирты и другие, растворяются в воде, хорошо смешиваясь с ней. Но за пределами очистного устройства (в циркулярном баке или канализационной системе ) столь же легко и полно происходит обратный процесс. Таким образом, все ранее уловленные 3В (кроме «сухого» остатка аэрозоля краски ) поступают в атмосферу, только в ином месте - непосредственно в ее 29

приземный слой . При определении нормативов ПДВ необходимо выявить какая часть выделившихся на производственном участке 3В действительно выбрасывается в атмосферу . 1. Количество 3В, поступающих в атмосферу от производственного участка при наличии в вентиляционной системе очистных устройств, определяется по уравнениям: Валовый выброс Матм= {Мвыд⋅ ( 1-0,1ηоч) ⋅Точ+ Мвыд⋅(ТΣ-Точ)} :ТΣ= (1.47) = Мвыд⋅(ТΣ- 0,01⋅ηоч⋅Точ):ТΣ, где Матм- годовой валовый выброс 3В в атмосферу, т\г; Мвыд- годовое валовое выделение 3В на участке, т\г; ηоч- эффективность улавливания (очистки) 3В, %; ТΣ- суммарное годовое время работ на участке, сопровождающихся выделением 3В , ч\г; Точ- суммарное годовое время исправной работы очистных устройств за период выделения 3В на участке, ч\г . Максимально разовый выброс Gатм=Gвыд⋅(1-ηоч\100), (1.48) где Gатм- максимально разовый выброс 3В в атмосферу, г\с ; Gвыд- максимально разовое выделение 3В на участке, г\с . Примечание . 1. В расчетах используются минимальное значение ηоч из приведенного в справочнике диапазона характерных значений. 2. При непостоянной работе очистных устройств для дальнейших расчетов рассеивания 3В атмосфере и последующего анализа используются оба значения. 30

2.Количество ЗВ, поступающих в атмосферу от производственного участка с учетом оседания аэрозоля в помещении и на внутренних стенках воздуховодов: Валовый выброс Матм= Мвыд⋅(1-χос\102)·(1-χ"нл\102), (1.49) или Матм= Мвыд⋅(1-χнл/ \102), (1.50) где Матм- годовой валовый выброс 3В атмосферу, т\г; Мвыд- годовое валовое выделение 3В на участке, т\г; χос- доля 3В , оседающих в помещении, %; χ/нл (χ"нл)– доля 3В, оседающих на внутренних стенках воздуховодов местной (общеобменной) вентсистемы, %. Загрязняющее вещество

Газообразное Аэрозоль: -свинца -краски -бумажной пыли

оседающих в помещении (χос),% 0 0 60 50

Доля 3В оседающих на внутренних стенках воздуховодов вентсистем общеобменной местной / (χ//нл),% (χ нл),% 0 0 12 35 5

5 5 3

Примечание. При расчетах выбросов в атмосферу 3В от участков через систему вентиляции оседание в помещении не учитывается. Максимально разовый выброс: (1.51) Gатм=Gвыд⋅(1-χос\102)⋅(1-χ//нл\10 2), 31

или

/

2

Gатм=Gвыд⋅⋅(1-χ нл\10 ), (1.52) где Gатм- максимально разовый выброс 3В в атмосферу, г\с ; Gвыд- максимально разовое выделение 3В на участке, г\с . При расчете выброса аэрозоля от открытых ванн участков электрохимических покрытий рекомендуется [9] учитывать снижение его относительного содержания по пути движения воздуха. Доля ЗВ, оседающих в помещении, χос, %. 65

Государственной инспекции по охране атмосферного воздуха, Минприроды, при наличии, утверждаются руководителем вышестоящего хозяйственного органа. На основании утвержденных нормативов ПДВ (ВСВ) выдается разрешение на выброс загрязняющих веществ в атмосферу, взымается плата в установленном порядке, а также разрабатывается экологический паспорт предприятия [19].

Доля ЗВ, оседающая на внутренних стенках воздуховодов вентсистем, χ/нл , %. при длине воздуховода, м 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 34 48 54 56 59 62 64 66 69 71

1.3. Установление нормативов ПДВ (ВСВ) Работа по установлению нормативов ПДВ начинается с инвентаризации выбросов загрязняющих веществ - систематизации сведений о распределении источников на территории, количестве и составе выбросов [3,5]. При разработке и оформлении проекта нормативов ПДВ руководствуются рекомендациями Госкомгидромета [17] и ГОСТ 17.2.3.02. – 78 [18]. В случаях, когда расчеты показывают (например, с учетом существующего фона) превышения ПДК в контрольных точках при существующих выбросах, которые по ряду объективных причин не могут быть снижены предприятием в короткий срок, вводится поэтапное снижение выбросов ЗВ до значений, обеспечивающих соблюдение ПДВ, а до этого момента устанавливается норматив временно согласованного выброса (ВСВ). Проект нормативов ПДВ (ВСВ) согласовывается с местными органами Госсанэпидназора, Госкомгидромета, 32

33

Соблюдение установленных нормативов контролируется самим предприятием – ведомственный контроль (с возможным привлечением сторонней специализированной организации), а также органами Госсанэпидназора, Государственной инспекции по охране атмосферного воздуха и Минприроды – государственный контроль [18,20]. 1.3.1. Рассеивание загрязняющих веществ, выброшенных в атмосферу организованным точечным источником. Способ расчета основан на законах турбулентной диффузии, учитывающих состояние атмосферы, расположение предприятия, характер местности, физические свойства выбросов, параметры источника выброса и т.д. [21, 22]. Согласно указанием ОНД – 86 [4] для случая загрязнения атмосферы выбросами одиночного точечного источника расчет выполняется с использованием следующих зависимостей. 1.3.1.1. Максимальное значение приземной (в двухметровом слое над поверхностью земли) концентрации газовоздушной смеси См (в мг/м3) из одиночного источника с круглым устьем (см. рис. 1.2) достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм (м) от источника и определяется по формуле: СМ =

А ⋅ М ⋅ F ⋅ m ⋅ n ⋅η H 2 ⋅ 3 V1 ⋅ ΔT

,

(1.53)

где А- коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (см. табл. 1.1); М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с; F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, (см. 34

далее п. 1.3.1.3.); m и n – коэффициенты учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, (см. далее п. 1.3.1.5.); Н – высота источника выброса над уровнем земли, м; η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности; в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, η= 1; V1- расход газовоздушной смеси, м3 / с (см. далее п. 1.3.1.2.) ΔТ – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв, 0С. Примечания: 1. В случае, так называемых «холодных выбросов» (ΔТ≈0) и для «предельно малых опасных скоростей ветра» расчет См производится по иным формулам, являющимся частными случаями общей формулы и приведенным в алгоритме расчета См на рис. 1.6. 2. Для ускорения и упрощения расчетов приземных концентраций на предприятии рассматриваются лишь те из выбрасываемых вредных веществ для которых МΣ/ ПДК > Ф (1.54) где Ф = 0,01 · Н Ф = 0,1

при Н/ > 10 м при Н/ ≤ 10 м

35

(1.55) (1.56)

Здесь МΣ - суммарное значение выброса от всех источников предприятия при наиболее неблагоприятных условиях, включая вентиляционные источники и неорганизованные выбросы, г/с; Н/ средневзвешенная по предприятию высота источников выброса, м [4]. При расчете выбросов одиночного точечного источника МΣ= М, а Н/ = Н. Значения коэффициента А, соответствующие неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна [4]. Таблица 1.1 Районы и территории РФ 1 2

3 4 5

0

Районы южнее 40 с.ш., Бурятия и Читинская область На европейской территории РФ: - районы южнее 500 с.ш.; - остальные районы Нижнего Поволжья. На азиатской территории РФ: - Дальний Восток; - остальная территория Сибири. Европейская территория РФ и Урала от 500 до 520с.ш.; Европейская территория РФ и Урала севернее 520 с.ш. Московская, Ивановская, Тульская, Рязанская, Владимирская, Калужская области

1.3.1.2. Расход газовоздушной смеси V1 (в м3 /с) определяется по формуле: π ⋅D V1 = ⋅ ω0 , (1.57) 4 36

А 250

200

180 160 140

где D – диаметр устья выброса, м; ω0 – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с. В случае выброса газовоздушной смеси из источника с прямоугольным устьем (шахты) в расчетах принимается D=Dэ(м), – эффективный диаметр устья, где Dэ определяемый по формуле: 2⋅ L⋅b Dэ = , (1.58) L+b где L – длина устья, м; b – ширина устья, м. 1.3.1.3. Значение безразмерного коэффициента F принимается: - для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) = 1; - для мелкодисперсных аэрозолей (кроме указанных в предыдущем пункте) выбирают из условий: Степень очистки газа

F

выше 90% 2 от 75 до 90 % 2,5 менее 75% 3 1.3.1.4. При определении значения ∆Т (0С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Тв (0С), равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года по СниП 2.01.01. – 82 [15], а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Тг (0С) – по действующим для данного производства технологическим нормативам. 1.3.1.5. Значения коэффициентов m и n рассчитываются в зависимости от параметров f, VМ , VМ/ и fе: f = 1000 · (ω0· D)/ ( H2· ΔТ); (1.59) 37

V1 ⋅ ΔT , (1.60) H V' M = 1,3 · ω0 · D/H (1.61) fе = 800 · (Vм/)3 (1.62) Алгоритм расчетов m и n приведен на рис. 1.5. VM = 0,653

1.3.1.6. Расстояние Хм (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация С (мг/м3) при неблагоприятных метрологических условиях достигает максимального значения См, вычисляется по формуле: (1.63) Хм = 0,25 · (5 - F) · d · H, где безразмерный коэффициент d находится по алгоритму, приведенному на рис. 1.6. 1.3.1.7. Значение опасной скорости Uм (м/с) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигает наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ См , определяется по алгоритму, приведенному на рис. 1.7. 1.3.1.8. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества Сми (мг/м3) при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U (м/с) , отличающейся от опасной скорости ветра Uм (м/с): Сми = r · См , (1.64) где r – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения U/UМ по алгоритму, приведенному на рис. 1.8. Примечание: При проведении расчетов не используются значения скорости ветра U < 0,5 м/с, а также скорости ветра U > U*, где U* - значение скорости ветра, превышаемое для данной местности при среднем многолетнем режиме в 5% случаев. 1.3.1.9. Расстояние от источника выбросов Хми (м), на котором при скорости ветра U и неблагоприятных 38

метеорологических условиях достигает максимального значения Сми (мг/м3): (1.65) Хми = р · Хм , где р – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения U/Uм по алгоритму, приведенному на рис. 1.8. 1.3.1.10. При опасной скорости ветра U приземная концентрация вредных веществ С (мг/м3) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях Х (м) от источника выброса (см. рис. 1.3.) находится по формуле: С = S1 · См , (1.66) где S1 - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения Х/Хм и коэффициента F по алгоритму, приведенному на рис. 1.9. 39

1.3.1.11. Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере Су (мг/м3) на расстоянии У (м) по перпендикуляру к оси факела выброса (см. рис. 1.3) рассчитывается по формуле: Су = S2 · С, (1.67) где S2 – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости ветра U (м/с) и отношения Y/X по алгоритму, приведенному на рис. 1.11. Примечание. ОНД – 86 [4] содержит также методику расчета вертикального распределения концентрации Сz (мг/м3) на различных высотах Z(м) над землей. 1.3.1.12. Максимальная концентрация Смх (мг/м3) достигающаяся на расстоянии Х от источника выброса на оси факела при скорости ветра Uмх: Смх = S/1 · Cм, (1.68) / где S 1 – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения Х/Хм по алгоритму, приведенному на рис. 1.10. При этом скорость ветра Uмх рассчитывается по (1.69) формуле Uмх = f1 · Uм где f1 – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения Х/Хм по алгоритму, приведенному на рис. 1.11. 1.3.1.13. Расчеты по методике, изложенной в п. 1.3.1.1…. 1.3.1.12. рекомендуется проводить на ПЭВМ по алгоритму, блок-схема которого приведена на рис. 1.4…. 1.11. Примечания. 1. В соответствии с ОНД – 86 [4] алгоритм в расчете в ряде случаев зависит от выполнения условия ∆Т ≈ 0, которое в представленном случае не может быть оценено ЭВМ. Поэтому в программе расчетов, реализующей приведенный алгоритм, рекомендуется считать, что ∆Т ≈ 0, 40

если ∆Т ≤ 10 0С. Для выполнения полных расчетов по 2. определению величин ПДВ реальных промышленных объектов в соответствии с ОНД – 86 [4] рекомендуется использовать стандартные программы, например, серий «Эколог» или «Гарант», согласованные с Главной геофизической обсерваторией им. А. И. Воейкова Госкомгидромета и рекомендованные Минприродой РФ. 1.3.1.14. Расчеты значений С, Смх, Uмх для различных расстояний Х от источника выброса и расчеты значений Су для различных расстояний У по перпендикуляру к оси факела выброса принято проводить, задавая Х и Y с определенными шагами ∆Х и ∆Y (например, 50, 100, 500 м и т.п.). В программе расчетов, предназначенной для учебных целей, рекомендуется принять значения ∆Х = ∆Y = 100 м. 1.3.1.15. Для каждого источника радиус зоны влияния рассчитывается как наименьшее из двух расстояний от источника Х1 и Х2, где Х1 = 10 Хм, а величина Х2 определяется как расстояние от источника, начиная с которого выполняется условие С ≤ 0,05 ПДК. (1.70) Это условие следует использовать в программе расчетов для ограничения объема вычислений выполняемых при автоматическом изменении Х и Y (см. п. 1.3.1.13.). 1.3.2. Учет фонового загрязнения и корректировка С33 При наличии совокупности источников выброса их вклады учитываются в расчетах загрязнения воздуха путем использования фоновой концентрации Сф (мг\м3), которая для отдельного источника выброса

41

характеризует загрязнение атмосферы в населенном пункте, создаваемое другими источниками, исключая данный. Определение фоновой концентрации производится на основании данных наблюдений за загрязнением атмосферы по методике Госкомгидромета и Минздрава РФ . В соответствии с «Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий СН 245 – 71» [23 ] в зависимости от выделяемых вредных веществ и профиля предприятия установлено 5 размеров санитарно- защитных зон . Для предприятий 1 класса 1000м, 2 класса –500 м, 3 класса- 300 м ,4 класса –100 м ,5 класса –50 м . Размеры С33 [23] проверяются расчетом загрязнения 43 42

атмосферы в соответствии с требованиями ОНД –86 [4] с учетом перспективы развития предприятия и фактического загрязнения атмосферного воздуха . 1.3.2.1. Значения ПДВ (г\с) для одиночного источника с круглым устьем в случаях Сф<ПДК рассчитывается по формуле:

( ПДК − Сф ) ⋅ Н 4 / 3 8 ⋅ V1 ⋅ . (1.72) А ⋅ F ⋅ n ⋅η D Формула (1.71) получена из (1.53) путем тождественных преобразований для случая , когда ПДВ= М и (ПДК-Сф) =См . Аналогично (1.72) получена из соответствующей зависимости, представленной на рис .1.6 . ПДВ =

( ПДК − Сф ) ⋅ Н 2 ⋅ 3 V1 ⋅ ΔT . А ⋅ F ⋅ m ⋅ n ⋅η В случае f ≥ 100 или ∆Т ≈ 0 44

ПДВ =

(1.71)

1.3.2.2. При расчетах для действующих и реконструируемых источников используется значение фоновой концентрации С/ф , представляющей собой фоновую концентрацию Сф , из которой исключен вклад рассматриваемого источника. 45

Значение С/ф находится по формуле : С/ф= Сф(1-0,4·С0м\Сф) при С0м≤2Сф;

С/ф= Сф . (1.75) 1.3.2.3 Значения фоновых концентраций на момент

(1.73)

С/ф=0.2⋅Сф при С0м>2Сф , (1.74) где С м - максимальная концентрация вещества от совокупности источников рассматриваемого предприятия на границе нормативной С33 или в зоне жилой застройки . 0

Примечание:

достижения предельно допустимых выбросов (на перспективу) для предприятий определяется по формулам : С/фп= {С/м:(С0м+С/ф)}⋅ПДК При С0м+С/ф>ПДК (1.76) / С фп= ПДК при С0м+С/0≤ПДК (1.77) 1.3.2.4. Значение разрешенной концентрации на границе СЗЗ: Для (предприятия):

вновь

строящегося 46

источника 47

1.3..2.8. Размеры С33 уточняются отдельно для различных направлений по среднегодовой розе ветров района расположения предприятия по формуле : (1.84) L =L0⋅P\P0 , где L –расчетный размер С33; L0- расчетный размер участка местности в данном направлении , где концентрации 3В (с учетом фоновой концентрации от других источников ) превышает ПДК, м; Р - среднегодовая повторяемость направлений ветров рассматриваемого румба ,%. Р0- повторяемость направлений ветров одного румба при круговой розе ветров , %. При восьмирумбовой розе ветров: Р0=100\8=12,5. Необходимые сведения о розе ветров запрашиваются в местных органах Госкомгидромета по месту расположения предприятия или принимают по данным СНиП 2.01.01-88 [15].

Сразр=ПДК-С/фп .

(1.78)

1.3.2.5. Коэффициент превышения : Кпрев =С0м:Сразр .

(1.79)

1.3.2.6. Разрешенные максимально разовый и валовый выбросы j- го 3В : (1.80) Gразр=G:Kпрев ; Мразр= М:Кпрев. (1.81) 1.3.2.7. Сверхнормативные максимально разовый и валовый выбросы j –го 3В: GGHB= G-Gразр , (1.82) (1.83) МGHB=М-Мразр. 48

1.4 Балансовые методы расчета Отдельно стоящий промышленный, транспортный и тому подобный объект (котельная, завод, транспортный узел), а город в целом тем более, единовременно осуществляют разнообразные технологические процессы. Наряду с промышленными и транспортными технологиями реализуются технологии, характерные для предприятий связи, сервиса бытового обслуживания населения и т.д [24]. Общим для всех видов технологий является изьятие из природной среды и использование природных ресурсов и генерирование вокруг себя материальных, энергетических и информационных техногенных полей [25].

49

Планирования потребления материальных и энергетических ресурсов, прогнозирование величины потоков отходов производства и потребления, нормирование антропогенной нагрузки на окружающую природную среду целесообразно выполнять, используя балансовые методы [26]. Проверка сходимости балансов подтверждает достоверность расчетов, положенных в основу выполненной инвентаризации источников загрязнения окружающей среды. Основой балансовых расчетов являются законы сохранения массы и энергии [27,28]. 1.4.1.Материальный баланс Применительно к любому отдельному объекту и не вскрывая его внутренней структуры (по принципу «черного ящика») можно утверждать, что за некоторый промежуток времени : ⎤ ⎤ ⎡ масса ⎤ ⎡ масса ⎤ ⎡ масса ⎡ масса ⎢посту − ⎥ ⎢имев − ⎥ ⎢выве − ⎥ ⎢остав − ⎥ ⎥ ⎥+⎢ ⎥=⎢ ⎥−⎢ ⎢ ⎢пившего ⎥ ⎢шегося ⎥ ⎢денного ⎥ ⎢шегося ⎥ ⎥ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎢ ⎣вещества⎦ ⎣вещества⎦ ⎣вещества⎦ ⎣вещества⎦ масса ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ масса ⎤ ⎢ ⎥ ⎢посту − ⎥ ⎡ масса ⎥ − ⎢выведенного ⎥ = ⎢накапливае −⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢пившего ⎥ ⎢ мого ⎥ ⎥ ⎢⎣вещества ⎥⎦ ⎢ ⎢ ⎣ вещества ⎦ ⎣вещества⎦ Или на основе анализа потоков:

50

⎡ массовый ⎤ ⎡ массовый ⎤ ⎢ расход ⎥ ⎢ расход ⎥ ⎡ скорость ⎤ ⎢ ⎥−⎢ ⎥ = ⎢накопления ⎥ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ на на ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎣ массы ⎥⎦ ⎣ входе ⎦ ⎣ выходе ⎦

Если в блоке протекает химическая реакция в течение времени ⎡поступление⎤ ⎡ удаление ⎤ ⎡образование⎤ ⎢ вещества ⎥ − ⎢вещества⎥ + ⎢вещества ⎥ − ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎡ прирост ⎤ ⎡ разрушение⎤ ⎢ ⎥ −⎢ ⎥ = ⎢количества ⎥ вещества ⎣ ⎦ ⎢ вещества ⎥ ⎣ ⎦ Баланс системы (подсистемы, блока, объекта ) представляют в формализованном, системном виде. В то же время каждая из составляющая статей приходной части баланса может быть вычислена на основе строгих физико химических закономерностей или математических моделей . Материальный баланс составляют на единицу или массу произведений продукции (шт, т,т\км, пассажир \км), на единицу времени (час, сутки , год ). При составлении материального баланса для любого технического объекта учитываются состав перерабатываемого сырья, готового продукта, избыток одного (или нескольких) компонентов, определяемый условиями реакции в реальных условиях, степень превращения сырья и возможные потери. По данным материального баланса можно найти расход сырьевых и вспомогательных материалов при заданной мощности технологического аппарата (линии,

51

цеха, предприятия ); выход продукта и объем реакционной зоны аппарата и производственные потери; количество отходов, направляемых в окружающую среду. Материальный баланс - основа для расчета теплового баланса, что позволяет определить потребность в топливе, величину теплообменных поверхностей, расход теплоносителя. Таким образом, баланс - наиболее часто встречающаяся форма технологических расчетов. Результаты балансовых расчетов могут быть представлены в простой последовательности расчетных этапов, в табличной или диаграммной форме. 1.4.2 . Энергетический баланс Энергетический баланс любого технического объекта (аппарата, установки, технологической линии транспортного средства, производства ) или экологической системы может быть описан уравнениями, связывающими приход и расход энергии. Энергетический баланс составляется на основе закона сохранения энергии, в соответствии с которыми в некоторой замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна : ∑Еприхода - ∑Ерасхода = 0.

(1.85)

Наиболее часто для технических, геотехнических и экологических систем составляется тепловой баланс, который для непрерывных процессов рассчитывается на единицу времени, а для периодических - на время цикла, процесса. Основой для расчета служит материальный баланс с учетом тепловых эффектов экзои эндотермических химических реакций, а также физических процессов испарения, конденсации, сублимации, растворения и др . 1. Подобно материальному тепловой баланс может быть представлен в виде таблиц, диаграмм в соответствии с уравнением: 52

Q/T+Q/ж+Q/г+Q/ф+Q/p+Q/п=Q//т+Q//ж+Q//г+Q//a+Q//p+Q//п (1.86) теплоты, вносимое где Q/г(ж,т) – количество газообразными (жидкими, твердыми ) веществами в систему; Q//г(ж,т)количество теплоты, выносимое из системы; -теплота физических процессов, Q/(//ф) протекающих с выделением (поглощением) тепла; - количество теплоты, выделяющиеся Q/(//р) (поглощаемое) в экзотермических (эндотермических ) процессах; Q/(//п) – количество теплоты, подводимое к системе (отводимое от системы ). 2. Величины Qг , Qж , Q т рассчитываются для каждого вещества с учетом его количества (Ω) , удельной теплоемкости (с) и температуры (Т) по формуле: Q= Ω ⋅ с ⋅ Т. (1.87) 3. Теплоемкость смеси веществ рассчитывается на основании закона аддитивности: 1

∑ Ω1 ⋅ С1

Ссм = 1

1

.

(1.88)

∑ Ω1 1

Суммарная теплота физических процессов определяется по формуле: QФ= Ω1⋅ ϒ1+Ω2⋅ϒ2+…+ΩJ⋅ϒJ , (1.89) где ϒ- теплота фазовых переходов . 4. Тепловой эффект химической реакции определяется как разница между суммой изобарных теплот образования исходных веществ и суммой изобарных теплот образования продуктов реакции по формуле: 53

Qр=ΔН=Σ(ΔНобр)исх - Σ(ΔНобр)прод .

ПРИМЕРЫ

(1.90)

5. Подвод теплоты к системе Q/n учитывается по потерям количества тепла теплоносителя : - водой Q/п=Ωв ⋅св⋅(Т1- Т2); (1.91) -паром Q/п=Ω1 ; (1.92) -теплопередачей через стенку Q/п= кт⋅⋅F⋅(Т1-Т2)⋅τ , (1.93) где кт –коэффициент теплопередачи ; Т1(2) - температура теплоносителя на входе (выходе); F- поверхность теплообмена; τ - время . 6. При определении низшей и высшей теплоты сгорания топлива в технических расчетах можно пользоваться формулами : (1.94) QH=339,3⋅C+ 1256⋅H – (O-S)-25,2⋅(9⋅H+ W); QB=QH+25,2⋅(9⋅H+W), (19.5) где С,Н,О,S W –см. условные обозначения формул (1.37,1.42) в разд.1.1.5. 7. Теоретический расход воздуха (в кг\кг топлива) рассчитывается по формуле: Ω∗= 0,116⋅С+ 0,348 ⋅Н +0,0135⋅(S-O). (1.96) 8. Количество тепла, вносимого влажным воздухом, определяется по формуле: Q/возд=α⋅Ω∗⋅(1,02+1,95⋅dвозд) ⋅Твозд , (1.97) где αвозд- коэффициент избытка воздуха .Для твердого топлива α=1,3...1,7; жидкого α=1,0..1,2 . сухого Dвозд - влагосодержание воздуха (кг\кг воздуха ); Твозд – температура, подаваемого в топочное устройство; 1,02; - значения удельной теплоемкости воздуха 1,95 и водяных паров соответственно . 54

Пример 2.1 В цехе с общей вытяжной вентиляционной системой работают два горизонтально-фрейзерных станка с мощностью двигателей 10 кВт каждый и один вертикально сверлильный станок с мощностью двигателя 5 кВт. Обрабатываются детали из чугуна. При сверлении деталей применяется СОЖ. Определить валовое выделение оксидов железа при работе: 1-го фрезерного станка 6 часов в день, 215 дней в год; 2-го фрезерного станка 3 часа в день, 80 дней в год; сверлильного станка 485 часов в год.

Решение. Удельное выделение пыли металлической при работе на горизонтально-фрезерном станке с мощностью двигателя 2,8 … 14,0 кВт - 0,017 г/с, а на сверлильном станке с мощностью двигателя 1,0 … 10,0 кВт – 0,002 г/с [7]. По уравнению (1.2) М = Σ gi ˙ kсож ˙ ti ˙ Ni ˙ 10-6 + Σgi ˙ kсож Ti ˙ 10-6=(0.017 ˙ 3600 ˙1 ˙ 6 ˙ 215 + +0,017 ˙ 3600 ˙ 1 ˙ 3 ˙ 80 + 0,002 ˙ 0,15 ˙ 3600 ˙ 485) ˙ 10-6= 0,0942 т/год. Пример 2.2 Определить валовое выделение компонентов СОЖ в цехе, описанное в примере 2.2.

Решение. Удельное выделение аэрозоля компонентов СОЖ на 1 кВт мощности двигателя при работе металлорежущих станков: эмульсола – 0,0063 г/ч; масляного тумана – 0,2 г/ч [7]. По уравнению (1.4) 55

Мэмульсола = Σgсожi ˙ W*I ˙ Ti ˙ 10-6 = 0,0063 ˙ 5 ˙ 485 ˙ 10-6 = 0,0000153 т/г. Ммасл. тумана = 0,2 ˙ 5 ˙ 485 ˙ 10-6 = 0,000485 т/г. Пример 2.3 Цех для изготовления стальных металлоконструкций на электросварочном посту расходует 5 кг в день (1270 кг в год) электровод марки ОЗС-6. сварка ведется непрерывно в течение 4 часов. Определить максимально разовое выделение и валовое выделение загрязняющих веществ.

Пример 2.4 Участок электроконтактной сварки имеет три машины точечной сварки мощностью 100 кВт каждая. Одновременно работает не более двух машин. Свариваются детали из листовой углеродистой стали.

Время работы одной машины 500 часов в год; две другие работают по 6 часов 240 дней в году каждая. Определить максимально разовое выделение и валовое выделение загрязняющих веществ.

Решение. При электросварке выделяется сварочный аэрозоль, состоящий из оксида железа, соединений марганца и фтористого водорода. Удельное выделение ЗВ относительно расхода сварочных материалов составляет [6]: оксид железа – 11,41 г/кг; соединения марганца – 0,86 г/кг; фтористый водород – 1,53г/кг. По уравнению (1.6) максимально разовое выделение ЗВ: GFeO = g*FeO ˙ p / Tпер ˙3600 = 11.41 ˙ 5 / 4 ˙ 3600 = 0,00396 г/с; Gмn = g*Mn p / Tпер 3600 = 0.86 ˙ 5 / 4 ˙ 3600= 0,0003 г/с; GHF = g*HF ˙ p / Tпер ˙ 3600 = 1,53 ˙ 5 / 4 3600 = 0,00017 г/с. По уравнению (1.11) валовое выделение ЗВ : МFeO = g*FeO ˙ P ˙ 10-6 = 1,41 ˙ 1270 ˙ 10-6 = 0,0145 т/г; МMn = g*Mn ˙ P ˙ 10-6 = 0,86 1270 10-6 = 0,0011 т/г; МHF = g*HF ˙ P ˙ 10-6 = 1,53 ˙ 1270 ˙ 10-6 = 0,0019 т/г.

Решение. При контактной электросварке стали выделяются сварочный аэрозоль, состоящий на 97 % из оксида железа и 3 % оксидов марганца. Удельное выделение ЗВ на 50 кВт номинальной мощности машины составляет 2,5 г/ч [6], что соответствует выделению оксида железа – 2,425 г/ч и оксида марганца – 0,075 г/ч. По уравнению (1.7) максимально разовое выделение ЗВ: GFeO = Σ g#FeOi ˙ W*i / 50 ˙ 3600= (2,425 ˙ 100 / 50 ˙ 3600) + (2,425 ˙ 100 / 50 ˙ 3600) = 0,0027 г/с; GMnO = Σ g#MnOi˙W*i/ 50 ˙ 3600=(0,075 ˙ 100/50 ˙ 3600) + 0,075 ˙ 100 / 50 ˙ 3600) = 0,000083 г/с; По уравнению (1.12) валовое выделение ЗВ: MFeO = Σ g#FeO˙ W*i ˙ Ti ˙ 10-6 /50 = Σ g#FeO ˙ W*i ˙ti ˙ Ni ˙ 10-6 /50 = (2,425 ˙ 100 ˙ 500 ˙ 10-6 /50) + (2,425 ˙ 100 ˙ 6 ˙ 240 ˙ 106 /50) + (2,425 ˙ 100 ˙ 6 ˙ 240 ˙ 10-6 /50) = 0,0164 т/г. MMnO = Σ g#MnOi˙W*i ˙ Ti ˙ 10-6 /50 = Σ g#MnOi˙W*i ˙ ti ˙Ni ˙ 10-6 /50 = (0,075 ˙ 100 ˙ 500 ˙ 10-6 /50) + (0,075 ˙ 100 ˙ 6 ˙ 240 ˙ 106 /50) + (0,075 ˙ 100 ˙ 6 ˙ 240 ˙ 10-6 /50) = 0,00051 т/г. Пример 2.5

56

57

В кузовном цехе для сварки тонколистовой стали, используется 5 газовых горелок, из которых одновременно работает не более 4. Максимальный расход ацетилена на одну горелку за смену 0,9 кг при времени непрерывной работы 5 часов. Годовой расход ацетилена для одной из горелок составляет 425 кг, а для 4 других в среднем по 550 кг. Определить максимально разовое выделение и валовое выделение загрязняющих веществ. Решение. Удельное выделение оксидов азота при газовой сварке стали ацетиленокислородным пламенем составляет 22 г/кг ацетилена[6]. По уравнению (1.8) максимально разовое выделение оксидов азота: GNOx = Σ g*NOxi · p / Tпер · 3600 = 4 · (22 · 0,9 / 5 · 3600) = 0,0044 г/с. -6

MNOx =Σ g*NOx I · Pi · 10 = 1 · (22 · 425· 10 ) + 4· (22 ·550 · 10 6

ЗВ: GFeO = Σ gFeOi / 3600 = 12 (145,5 / 3600) = 0,485 г/с; GCrO = Σ gCrOi / 3600 = 12 · (6,68 / 3600) = 0,022 г/с; GCO = Σ gCOi / 3600 = 12 · (55,2 / 3600) = 0,184 г/с; GNOx = Σ gNOx I / 3600 = 12 · (43,4 / 3600) = 0,145 г/с. По уравнению (1.13) валовое выделение ЗВ: MFeO = Σ gFeoi ·Ti · 10-6 = 15 · (145,5 · 2150 · 10-6) = 4,7 т/г; MCrO = Σ gCrOi · Ti · 10-6 = 15 · (6,68 · 2150 · 10-6) = 0,215 т/г; MCO = Σ gCOi · Ti · 10-6 = 15 · (55,2 · 2150 · 10-6) = 1,780 т/г;

По уравнению (1.11) валовое выделение Nox: -6

хрома –6,68 г/ч; оксидов азота – 43,4 г/ч. По уравнению (1.9) максимально разовое выделение

-

MNOx = Σ gNOx i · Ti · 10-6 = 15 · (43,4 · 2150 ·10-6) = 1,4 т/г.

) = 0,0577т/г

Пример 2.6 В заготовительном цехе для раскроя металлопроката толщиной 10 мм используются 15 газовых резаков, из которых одновременно работает не более 12. Среднее время работы одного резака цеха составляет 2150 часов за год. Определить максимально разовое выделение и валовое выделение загрязняющих веществ. Решение. Удельное выделение ЗВ при газовой резке качественной легированной стали толщиной 10 мм составляет [6]: оксидов железа –145,5г/ч; оксида углерода –55,2г/ч; оксидов

58

Пример 2.7

Для окраски методом безвоздушного распыления металлоконструкций использовано за год 49 т эмали МЛ-12 и 17 т растворителя № 649. Окраска и сушка проводились в разных камерах. Определить валовый выброс летучих ЗВ раздельными вентиляционными системами камер, не имеющими устройств очистки.

59

Решение. Исходная эмаль МЛ-12 состоит на 35 % из сухого остатка, а также из летучей части, содержащей 10% бутилового спирта и 90 % уайт-спирита [7]. Растворитель №649 состоит из 50% ксилола, 30% этилцеллозольва, 20% изобутилового спирта [7 , 12]. Валовый выброс ЗВ при отсутствии очистки равен их валовому выделению. По уравнению (1.15) при окраске: а) бутиловый спирт Мб.сп.ок = Zкр · (1-Δсух · 10-2) · φкр · βок · 10-4 + 0 =

Мб.сп.суш = Zкр · (1-Δсух · 10-2) ·φкр · βсуш · 10-4 + 0 = = 49 · (1 - 35 · 10-2)10 ·77 · 10-4 + 0 = 2,452 т/г; б) уайт спирит Му.сп.суш

= 49 · (1 - 35 · 10-2)90 · 77 · 10-4 + 0 = 22,072 т/г; в) ксилол Мкс.суш = 0 + Zраст · φраст · βсуш · 10-4 = 0 + 17 · 50 · 77 · 10-4 = 6,545 т/г; г) этилцеллозольв

= 49 · (1 - 35 · 10-2)10 · 23 · 10-4 + 0 = 0,733 т/г; Мэт.

б) уайт спирит Му.сп.ок = Zкр · (1-Δсух · 10-2) · φкр · βок · 10-4 + 0 = = 49 · (1 - 35 · 10-2)90 · 23 · 10-4 + 0 = 6,593 т/г; в) ксилол Мкс.ок = 0 + Zраст · φраст · βок · 10-4 = 0 + 17 · 50 · 23 10-4 =

= Zкр · (1-Δсух · 10-2) · φкр · βсуш ·10-4 + 0 =

суш

= 0 + Zраст · φраст · βсуш · 10-4 =0 + 17 · 30 · 77 · 10-4 =

3,927 т/г; д) изобутиловый спирт Миз.сп.суш

= 0 + Zраст · φраст · βсуш · 10-4 =0 + 17 · 20 · 77 10-4 =

2,618 т/г.

Примечание: ·

1,955 т/г; Проверка по материальному балансу:

г) этилцеллозольв Мэт.ок = 0 + Zраст · φраст · βок · 10-4 =0 + 17 · 30 · 23 · 10-4 = 1,173 т/г; д) изобутиловый спирт Миз.сп.ок = 0 + Zраст · φраст · βок · 10-4 =0 + 17 · 20 · 23 · 10-4 = 0,782 т/г; при сушке: а) бутиловый спирт

60

1) Zраст = Мкс.ок + Мкс.суш + Мэт.ок + Мэт.суш + Миз.сп.ок + Миз.сп.суш; 17 = 1,955 + 6,545 + 1,173 + 3,927 + 0,782 + 2,618; 17 = 17 => баланс по растворителю сошелся, значит решение верно. 2) Zкр · (1-Δсух · 10-2) = Мб.сп.ок + Мб.сп.суш + Му.сп.ок + Му.сп.суш; 49 · (1 – 0,35) = 0,733 + 2,452 + 6,593 + 22,072; 31,85 = 31,85 => баланс по летучей части исходного ЛКМ сошелся, значит решение верно. 61

МNОx’ = gNOx пр · tпр + gNOx L · L’ + gNOx xx · txx = Пример 2.8. Калужский молокозавод имеет один грузовой автомобиль ГАЗ-51, место стоянки которого находится в 100 м (0,1 км) от въездных ворот и 30 м (0,03 км) от выездных ворот. Автомобиль выезжает с территории и въезжает один раз в день. Определить валовый выброс загрязняющих веществ за 20 отработанных дней в июле.

Решение. с Удельные выделения ЗВ автомобиля карбюраторным двигателем, грузоподъемностью от 1 до 3 т в июле (теплый период года) составляют [7,8]:

= 0,1 ·4 + 0,6 · 0,1 + 0,1 · 1 = 0,56 г; МSО2’ = gSO2 пр · tпр + gSO2 L · L’ + gSO2 xx · txx = = 0,016 ·4 + 0,1 · 0,1 + 0,016 · 1 = 0,09 г; По уравнению (1.20) валовое выделение ЗВ одним автомобилем при однократном въезде на территорию: МСО” = gCO L · L” + gCO xx · txx = 27,6 · 0,03 + 8,1 · 1 = 8,93г; МСH” = gCH L · L” + gCH xx · txx = 4,9 · 0,03 + 1,6 · 1 = 1,75г; МNОx” = gNOx L · L” + gNOx xx · txx = 0,6 · 0,03 + 0,1 · 1 = 0,118г;

NOx SO2 ЗВ СО СnHm При прогреве Двигателя, 8,1 1,6 0,1 0,016 г/мин При пробеге по 27,6 4,9 0,6 0,1 территории, г/км на холостом ходу, 8,1 1,6 0,1 0,016 г/мин По уравнению (1.19) валовое выделение ЗВ одним автомобилем при однократном выезде с территории: МСО’= gCO пр · tпр + gCO L · L’+ gCO xx· txx = 8,1 ·4 + 27,6 · 0,1 +

МSО2” = gSO2

L

· L” + gSO2

xx

· txx = 0,1 · 0,03 + 0,016 · 1 =

0,019г. В данном случае валовый выброс ЗВ равен валовому выделению и за весь месяц составит: МСО = 20 · (МСО’ + МСО”) = 20 · (43,26 + 8,93) = 1043,8г/мес; МСH = 20 · (МСH’ + МСH”) = 20 · (8,49 + 1,75) = 204,8г/мес; МNОx = 20 · (МNОx’ + МNОx”) = 20 · (0,56 + 0,118) = 13,6 г/мес; МSО2 = 20 · (МSО2’ + МSО2”) = 20 · (0,09 + 0,019) = 2,2г/мес;

8,1 · 1 = 43,26 г; МСH’ = gCH пр · tпр + gCH L L’+ gCH xx · txx = 1,6 ·4 + 4,9 · 0,1 + 1,6 · 1 = 8,49 г; 62

Примечание:

63

в теплый период МТСО’ = gTCO пр · tпр + gTCO L · L’ + gCO xx · txx = 4,6 · 4 + 5,1 ·

Пример 2.9

Определить годовой валовый выброс оксида углерода от 20 автобусов Икарус-250 Домодедовского автобусного парка при ежедневной работе с коэффициентом выпуска на линию равным 0,7. Расстояние от центра открытой стоянки до ворот 230 м (0,23 км).

0,23 + 4,6 · 1 = 24,123 г/день; в переходный период М

П

СО’

= gПCO пр · tпр + gПCO L · L’ + gCO xx · txx = 8,1 · 6 + 5,58 ·

0,23 + 4,6 ·1 = 53,94 г/день; в холодный период

Решение.

М

Удельные выделения СО автобусов большого класса с дизельными по периодам года составляют [7]: Период года При прогреве двигателя, г/мин При пробеге по территории, г/км На холостом ходу, г/мин

Теплый

Переходной

Холодный

4,6

8,01

8,9

Х

СО’

Х

=g

CO пр

· tпр + gХCO L · L’ + gCO xx · txx = 8,9 · 20 + 6,2 ·

0,23 + 4,6 · 1 = 184,03 г/день. По уравнению (1.20) для одного автобуса валовое выделение за день при возврате составляет: в теплый период МТСО” = gTCO L · L” + gCO xx · txx = 5,1 · 0,23 + 4,6 · 1 = 6,831 г/день; в переходный период

5,1

5,58

6,2

МПСО” = gПCO L · L” + gCO xx · txx = 5,58 · 0,23 + 4,6 · 1 = 5,883 г/день;

4,6

Длительность периодов года для Москвы и Московской области [15]: теплый – 6 месяцев (183 дня); переходный – 3 месяца (92 дня); холодный – 3 месяца (90 дней). По уравнению (1.19) для одного автобуса валовое выделение за день при выезде составляет: 64

в холодный период МХСО” = gХCO L · L” + gCO xx · txx = 6,2 · 0,23 + 4,6 · 1 = 6,026 г/день.

65

По уравнению (1.21) в данном случае валовый выброс равен валовому выделению и по периодам года составляет: в теплый период МТСО = α · (МТСО’ + МТСО”) · N DT · 10-6 = = 0,7 · (24,123 + 6,831) · 20 · 183 · 10-6 = 0,0793 т/г; в переходный период

составляют [7]: при прогреве двигателя – 0,05 г/мин; при пробеге по территории – 0,4 г/км; на холостом ходу – 0,05 г/мин. По уравнению (1.19) валовое выделение для одного легкового автомобиля за день при въезде составляет: МТNOx’ = gTNOx пр · tпр + gTNOx L L’ + gNOx xx · txx = = 0,05 · 0,5 + 0,4 · 0,03 + 0,05 · 1 = 0,087 г/день.

МПСО = α · (МПСО’ + МПСО”) · N DП 10-6 = -6

= 0,7 · (53,94 + 5,883) · 20 · 92 · 10 = 0,0771 т/г;

По уравнению (1.20) валовое выделение для одного легкового автомобиля за день при выезде составляет: МТNOx” = gTNOx L · L” + gNOx xx · txx =0,4 · 0,03 + 0,05 · 1 =

в холодный период

0,062 г/день. Х

М

СО

= α · (М

Х

СО’

+М

Х

СО”)

Х

-6

· N D · 10 =

= 0,7 · (184,03 + 6,026) · 20 · 90 · 10-6 = 0,2395 т/г. По уравнению (1.22) определяем общий (годовой) валовый выброс оксида углерода МΣсо = МТсо + МПсо + МХсо = 0,0793 + 0,0771 + 0,2395 = 0,3959 т/г. Пример 2.10 Архангельский таксопарк выпускает на линию ежедневно 68 легковых автомобилей из 95 имеющихся. Расстояние от ворот до центра крытой стоянки 30 м. Время разъезда 45 мин. Определить валовый и максимально разовый выбросы в атмосферу оксидов азота общей вытяжной вентиляционной системой крытой стоянки. Решение. Удельные выделения NOx легковых автомобилей, использующих в качестве топлива бензин, при хранении в помещении принимаются как для теплого периода и 66

По уравнению (1.21) валовый выброс равный в данном случае, валовому выделению за год при коэффициенте выпуска α=68 / 95 = 0,716 МТNOx = α(МТNOx’ + МТNOx”) · N · D · 10-6 = = 0,716 · (0,087 + 0,062) · 95 · 365 ·10-6 = 0,0037 т/г. По уравнению (1.23) максимально разовый выброс NOx, в данном случае также равный максимально разовому выделению: 0,716 · 95) / (60 · 45) = 0,0022 г/с. Пример 2.11 В котельной подмосковного поселка N установлено два котла, работающих на подмосковном угле марки Б2Р. Определить объем дымовых газов, а также максимально

67 разовые выбросы золы и оксидов серы, углерода, азота при следующих показателях.

Вид шлакоудаления Эффективность воздействия рециркулирующих газов в зависимости от условий их подачи в топку Снижение выбросов NOx при двухступенчатом сжигании Степень рециркуляции дымовых газов Выход оксидов азота, кг/т условного топлива

Технические характеристики котла Расчетный расход топлива на один котел 500г/с. Температура отходящих газов в устье 150оС трубы Коэффициент избытка воздуха перед 1,75 дымовой трубой, ζух Потери теплоты с уносом от 1,0% механической неполноты сгорания топлива Потеря тепла от неполноты Механи4,0% сгорания топлива ческой Химичес 1,0% кой Доля твердых частиц, задерживаемых 0,85 золоуловителем Доля оксидов серы, связанных летучей 0,1 золой в котле Доля оксидов серы, улавливаемых в 0 золоуловителе котла попутно с улавливанием твердых частиц.

Характеристики топлива Состав угля, %: W – 32,8 A – 28,8 S – 4,1 O – 5,0 H – 3,6 N – 1,0 C – 24,7 Низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг – 11,48 Коэффициенты, характеризующие: Долю потерь теплоты, обусловленную содержанием СО в продуктах сгорания Влияние состава топлива на выход NOx 68

R β1

Конструкцию горелок

β2

1 0,9

1

β3 ε1

1 1

ε2 R Ψ

1 0 5,9

Решение. По уравнению (1.37) теоретическое количество воздуха, необходимого для горения топлива заданного состава: V0 = 0,0889 · (С + 0,375 · S) + 0,265 · Н - 0,0333 · О = 0,0889 · (24,7 + 0,375 · 4,1) + 0,265 · 3,6 – 0,0333 · 5,0 = 3,12 м3/кг. По уравнениям (1.39 … 1.42) теоретический объем равен продуктов сгорания топлива заданного состава: V*Σ = V*RO2 + V*N + V*H2 O = {0,0186 · (C + 0,375 · S)}+{0,79 ·V0 + 0.008 · N}+{0,111 · H + 0,0124 · W + 0,0161 · V0} = 0,0186 · (24,7 + 0,375 · 4,1) + 0,79 · 3,12 + 0,008 · 1,0 + 0,111 · 3,6 + 0,0124 · 32,8 + 0,0161 · 3,12 = 3,8173695 ≈ 3,82 м3/кг. По уравнению (1.46) объем дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу 2 котлами: Vатм = 2 · {B · 10-3·[V*Σ+(ζух-1·V0] · [Tух+273]}:273= =2·{500·10-3·[3,82+(1,751)·3,12]·[150+273]}:273=9,5446153 ≈ 9,545 м3/с. По уравнению (1.26) максимально разовый выброс золы 69 Gтв=Σ 0,01·Вi · [(αун · А+qун · (Qн : 32,7)]·(1-ηоч i) = 2·0,01 · 500 · [(0,85٠·28,8+4,0·(11,48:32,7)]· (1-0,85) = 38,83 г/с.

По уравнению (1.27) максимально разовый выброс SO2 GSox =Σ 0,02·Bi··S·1-η’SOx i)·(1-η”SOx i)=20,02·500·4,1·(1-0,1)·(10)=73,8 г/с. По формулам (1.28,1.29) максимально разовый выброс оксида углерода: GCO= Σ 0,001 · {(qхим · R · Qт) : 1,013} · Вi · ( 1 - qмех I : 100) = 2 · 0,001 · {(1,0·1·11,48):1,013}·500·(1-4,0:100)=10,8792 ≈ 11г/с. По формуле (1.32) максимально разовый выброс оксидов азота: GNOx= Σ 0,34 ·10-4 · Ψ · Bi · QH · (1-qмех:100)·β1 · (1-ε1i · ri)·β2i·β3i·ε2= =·0,34·10-·5,9·500·11,48·(1-4,0:100)·0,9·(11·0)·1·1·1=1,9897≈2 г/с. Пример 2.19. Котельная автокомбината оборудована котлом, работающим на природном газе Бухарского месторождения. Определить объем дымовых газов, а также максимально разовые выбросы оксидов углерода.

Технические характеристики котла Расчетный расход топлива на один котел

-

Температура отходящих газов Коэффициент избытка воздуха, ζух Потеря тепла от неполноты механической сгорания топлива химической 70 Коэффициенты, характеризующие:

-

Долю потерь теплоты, обусловленную

R

0,2 м3/с 1800С 1,7 0,5% 0,5%

0,5

содержанием СО в продуктах сгорания Влияние состава топлива на выход NOx Конструкцию горелок Вид шлакоудаления Эффективность воздействия рециркулирующих газов в зависимости от условий их подачи в топку Степень рециркуляции дымовых газов Выход оксидов азота, кг/т условного топлива

β1 β2 β3

0,9 1 1

ε1

1

ε2 Ψ

0 2,35

Характеристики топлива Состав газа, %: диоксид углерода (СО2) - 0,4; 0,9; пропан (С3Н8) - 0,4; азот (N2) метан(СН4) 94,9; бутан(С4Н10) - 0,1; 3,2; пентан(С5Н12)- 0,1. этан(С2Н6) Низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг– 27,63 Влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м3 сухого газа (dr), г/м3 – 10,0 – 0,758 Плотность газа (ρ), кг/м3 Решение. По уравнению (1.38) теоретическое количество воздуха, необходимого для горения топлива заданного состава: V0=0,0476·{0,5·СО+0,5·Н+1,5·Н2S+Σ(m+0.25·n)·CmHnO}=0,0476·{0,5·0+ +0,5·0+1,5·0+[(1+0,25·4)·94.9+(2+0.25·6)·3.2+(3·0.2·8)·0.4+(4 +0.25·10)·0.1+(5+0.25·12)·0.1]-0}=9,73182 м3/м3. По уравнениям (1.39,1.43…1.45) теоретический объем продуктов сгорания топлива заданного состава: 71 V*Σ=V*RO2+V*N+V*H2O= 0,01·[Σm·CmHn+CO2+CO+H2O]+0,79·V0+0,01·N+0,01·[Σ0,5·n· CmHn+H2S+

+H+0,214·0,124·dr+1,61·V0]=0,01·[(1·94,9+2·3,2+3·0,4+4·0,1)+ 0,4+0+0]+0,79·9,732+0,01·0,9+0,01·[(0,5·4·94,9+0,5·6·3,2+0,5· 8·0,4+0,5·10·0,1+0,5·12·0,1+0+0+0,124·10+1,61·9,732]=10,925 4 м3/м3. По уравнению (1.46) объем дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу: Vатм=B·10-3·[V*Σ+(ζух-1)·V0] · [Tух+273]:273=0,2·103·10-3· ·[10,9254+(1,7-1)·9,7381]·[180+273]:273=5,8865684≈5,89м3/с. По формулам (1.28,1.29) с учетом того, что в данном случае Вi = 0,2[м3/с]·ρ[кг/м3] = 0,2 0,758 =0,1516 кг/с = 0,1516 · 103г/с, максимально разовый выброс оксида углерода: GCO=Σ0,001·{(qхим·R·Qт):1,013}·Bi·(1-qмех i:100)= =0,001·{(0,5·0,5·27,63):1,013}·0,1516·103·(10,5:100)=1,0286г/с. По формуле (1.32) максимально разовый выброс оксидов азота: GNOx=Σ0,34·10-4·Ψ·Bi·QH·(1-qмех:100)·β1·(1ε1·ri)·β2i·β3i·ε2=0,34·10-4·2,35 ·0,1516·103·27,63·(1-0,5:100)·0,9·(1-1·0)·1·1·1=0,3г/с. Пример 2.13

На участке оперативной полиграфии в общем зале выделяются 0,0014 т в год бумажной пыли. Определить валовый выброс пыли в атмосферу системой общеобменной вентиляции участка и количество осевшей пыли. Решение. По уравнению (1.49) валовый выброс бумажной пыли общеобменной вентиляцией с учетом оседания в 72 помещении и на стенах воздуховодов составляет: Матм=Мвыд·(1-χос/102)·(1-χ”нл/102)=0,0014·(1-50:100)·(13:100)=0,000679 т/г. Также оседает: в помещении М1=Мвыд·χос/102=0,0014·50:100=0,0007т/г;

на внутренних стенках воздуховодов М2=Мвыд(1-χос/102)·χ”нл/102=0,0014·(150:100)٠3:100=0,000021 т/г. Пример 2.14 На основе анализа уравнения материального баланса некоторого производства составить схему и аналитическое выражение для определения массы загрязняющих веществ(газопылевых - Г, жидких - Ж и твердых – Т отходов производства), поступающих в окружающую среду, если суммарное количество образовавшихся отходов количество сырьевых и вспомогательных МΣотх, материальных ресурсов, вводимых в технологический процесс, Мс и МВМР соответственно и количество вещества, перешедшие в готовую продукцию, Мпрод. Решение. Составим схему материальных потоков производства (не вскрывая его структуры – принцип “черного ящика”), включая очистные сооружения, сбор и сортировку твердых отходов, а также потоки ненаправляемые в окружающую среду (рис. 2.2).

Всего образовалось отходов МΣотх, в том числе газопылевых – Мготх, жидких (сточных вод) – МЖотх, твердых – Мтотх. Отходы поступают в окружающую среду через организованные источники Морг = {М1г,М1ж,М1т} и неорганизованные – источники потерь вещества, участвующего в технологическом процессе: 73 Мне орг={М2г, М2ж,М2т }. Организованные отходы подаются на очистные сооружения (М11г и М11ж) или на сбор и сортировку (М11т). Часть отходов отводится в окружающую среду без очистки (М12г и М12ж).

Уловлено

на

очистных

(или

сортировочных

Таким образом, загрязнение окружающей природной среды складывается из факторов загрязнения атмосферы газопылевыми выбросами: МАотх=М2г+М12г+М112г+М111(2)г; загрязнения гидросферы сточными водами МГотх=М2ж+М12ж+М112ж+М111(2)ж; загрязнения литосферы твердыми отходами МЛотх=М2т+М12т+М112т+М111(2)т. Суммарное загрязнение окружающей среды при наличии i-веществ, поступающих из j-источников, М

i j i j i j А ∑ ∑М Г ∑ ∑МЛ = ∑ ∑ М отх + + . . ij отх 1 1 1 1 отх . ij 1 1 отх . ij Σ

сооружениях) Мулов={М111г, М111ж, М111т }. Не

уловлено на очистных сооружениях Мне , М112ж, М112т }. Уловленные отходы, утилизируемые в качестве вторичных материальных и энергетических ресурсов (ВМР, ВЭР), 74 Мутил={М111(1)г, М111(1)ж, М111(1)т }. Уловленные, но не утилизированные отходы, вывозимые на свалки и полигоны: Мне утил={М111(2)г, М111(2)ж, М111(2)т }. улов={М112

г

75

76

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ Контрольные задания по балансовым расчетам 1. Составить материальный баланс печи (в кг/ч) для сжигания серы (S+O2=SO2) производительностью 60 тонн в сутки. Степень окисления серы 0,95 (остальная сера возгоняется и сгорает вне печи). Коэффициент избытка воздуха α=1,5. 2. Составить материальный баланс производства криолита (на 1 т), если процесс описывается суммарным уравнением: 2Аl(OH)3+12HF+3Na2CO3=2Na3AlF6+3CO2+9H2O. Плавиковая кислота вводится в процесс в виде 15%-ного раствора HF в воде. Сода берется с 4%-ной недостачей от стехиометрии (для обеспечения необходимой остаточной кислотности). 3. Определить расход технического карбида кальция, содержащего 85% СаС2 для получения 1000 л ацетилена, если степень разложения СаС2 составляет 0,92. Уравнение реакции СаС2+Н2О=СаО+С2Н2. 4. Определить расходный коэффициент для технического карбида кальция в производстве ацетилена (на 1000 кг ацетилена). Содержание СаС2 в техническом продукте 83%, а степень использования СаС2 в производстве 0,88. Уравнение реакции в предыдущем задании. 5. Рассчитать расход сульфата натрия, содержащего 95% Na2SO4 и электролитического водорода с содержанием 97% (по массе) Н2 на 1 т технического сульфида натрия (96% Na2S). Уравнение реакции: Na2SO4+4H2=Na2S+4H2O. На побочные реакции расходуется 2% сульфата натрия и технического водорода от теоретически необходимого для получения 1 т технического продукта. 6. При газификации кокса (содержащего 96,5% С и 3,5% Н2О по массе) с водяным паром, полученный водяной газ содержит 6% СО2 (по объему). Рассчитать состав полученного газа и составить таблицу материального баланса процесса газификации на 1 т кокса. Уравнения реакций: 77

С+Н2О+СО+Н2 (основная) СО+Н2О+СО2+Н2 (побочная). 7. Рассчитать материальный баланс водооборотной охлаждающей системы производительностью 108 тыс. м3/ч в соответствии с условиями примера 2,25 . Состав оборотной воды Свзв=50 г/м3; Скат=3,5 г-экв/м3; Сан=500 г/м3. Состав подпиточной воды Свзв=20 г/м3; Скат=4 г-экв/м3; Сан=550 г/м3. Коэффициент α=0,03. 8. Какие количества 62%- и 92%-ной серной кислоты нужно смешать, чтобы получить 25 кг 73%-ной Н2SO4. 9. Определить количества водных растворов А, В и С, необходимых для получения 6,6 кг смеси, содержащей 20% этилового спирта, 37% метилового спирта и 43% воды, если исходные растворы имеют следующий состав: А – 35% С2Н5ОН, 20% СН3ОН, В – 10% С2Н5ОН, 60% СН3ОН, С – 20% С2Н5ОН и 15% СН3ОН. 10. Рассчитать расход товарной извести, содержащей 50% активной окиси кальция, для нейтрализации сточных вод, содержащих 2 г/дм3 серной кислоты и 11 г/дм3 железа. 11. На основании данных табл. 9 определить расход известняка для нейтрализации 2500 м3 сточных вод, содержащих 380 г/дм3 фосфорной кислоты. Таблица 9. Количество щелочного реагента, необходимого для нейтрализации кислот, содержащихся в сточных водах Количество реагента, кг/кг кислоты Щелочной реагент Сер- СоФосфорУк- ПлаАзотвиной ной сусляной коН2S Н3РO4 ной ной НNO3 вой O4 СН3 НCl HF СО ОН

78

79 Активная окись кальция (СаО) Гидроокись кальция Са(ОН)2 Едкий натр NaOH Едкий калий КОН Карбонат кальция (известняк, мел.мрамор) СаСО3 Карбонат магния (магнезит) Карбонат натрия (кальцинированная сода) Na2CO3

0,57

0,77

0,44

0,86

0,47

1,40 12. По данным табл. 10 определить расход гидроокиси кальция для извлечения металлов из 12000 м3/сут сточных вод, содержащих 1,5 г/дм3 цинка, 0,85 г/дм3 никеля и 1,37 г/дм3 меди.

0,75

1,01

0,59

1,13

0,62

1,85

0,82

1,09

0,63

1,22

0,67

2,00

1,14

1,53

0,89

1,71

0,94

2,80

1,02

1,37

0,80

1,53

0,83

2,50

0,86

1,15

0,67

1,21

0,70

2,10

1,09

1,45

0,84

1,62

0,89

2,65

Таблица 10. Количество щелочного реагента, необходимого для извлечения металлов из сточных вод Количество реагента, кг/кг металла Металл Na2CO3 NaOH СаО Са(ОН)2 Цинк 0,85 1,13 1,60 1,22 Никель 0,95 1,26 1,80 1,36 Медь 0,88 1,16 1,66 1,26 Железо 1,00 1,32 1,90 1,43 Свинец 0,27 0,36 0,51 0,38 13. Сосуд емкостью 3 м3 с мешалкой наполнен раствором с концентрацией 25%. В определенный момент времени начинают подачу чистой воды (расход 1,2 кг/с). Плотность раствора равна плотности воды, расход на выходе из сосуда равен расходу на входе. Через сколько времени концентрация на выходе из сосуда станет равной 2% . 14. Два сосуда емкостью по 2 м3, оборудованные мешалками и соединенные последовательно, наполнены растворами с концентрацией 20%. В определенный момент времени начинают подачу в первый сосуд воды с расходом 3 кг/с, а раствор, вытекающий из него, подают во второй сосуд. Найти закон изменения концентрации раствора на выходе из второго сосуда. 15. Подсчитать количество теплоты (кДж), выделяющейся при образовании 100 л ацетилена из карбида кальция по реакции СаС2+Н2О=СаО+С2Н2+Q, если теплоты образования (кДж/Кмоль) составляют: СаС2 – 62700; Н2О – 635100; С2Н2 – 226750.

80 16. Рассчитать теоретическую температуру горения этана (теплота сгорания 1,559*106 кДж/кмоль) при избытке воздуха 20% (α=1,2). Уравнение реакции С2Н6+3,5О2+0,7О2+ +4,2*(79:21)N2=2СО2+3H2O+0,7O2+4.2*3,76N2. Значения средней теплоемкости (МДж/кмоль*град) С Т, оС О2 СО2 N2 H2O 1900 35.1 54.2 33.2 43.2 2000 35.3 54.5 33.4 43.6 17. Насколько увеличится температура при окислении SO2 на 1% при 500оС для газовой смеси состава SO2 – 7%, O2 – 12%, N2 – 81%. Уравнение реакции: SO2 + 0,5O2=SO3+94400 кДж. Теплоемкости: Сso2 – 2,082 кДж/м3·град.; СО2 – 1,402 3 кДж/м ·град.; СN2 – 1,343 кДж/м3·град. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры рассчитывается по формуле: Q = 4,187*(24555-2,21*Т), кДж/кмоль. 18. Определить тепловой эффект реакции газификации твердого топлива, если из генератора водяного пара выходит газ следующего состава (в % по объему): СО-38; Н2-50; N2-5,8; СО2 – 6,2. Расчет выполнить на 1000 м3 генераторного газа. Теплоты образования, кДж/моль: СО – 110,58, СО2 – 393, 79, Н2О (пар) – 242,0. В генераторе идут следующие реакции: С+Н2О→СО+Н2; СО+Н2О→СО2+Н2. 19. Подсчитать температуру горения мазута, имеющего состав (в % по массе): С – 87; Н2О – 10,8; О2 – 1,0; S – 0,7; N2 – 0,5. Воздух для горения подается с коэффициентом избытка α=1,36. Температура воздуха и мазута при подаче в топку 20оС. Суммарные теплопотери 6,5% от общего прихода теплоты. Теплоемкость мазута 2,5 кДж/кг·град. 20. Рассчитать тепловой эффект (в кДж/моль) конверсии этилена, проходящей по уравнению:

С2Н2+2Н2О=2СО+4Н2+Q.

81

21. Определить теоретическую температуру горения пропана при коэффициенте избытка воздуха α=1,2. Уравнение реакции: С3Н8+5О2=3СО2+4Н2О+Q. 22. Подсчитать высшую и низшую теплоты сгорания и теоретический расход воздуха при сжигании фрезерного торфа, содержащего С – 58%, Н2 – 6%, О2 – 31%, S – 0,1%, N2-1,9%, влаги – 2,0% и золы – 1,0%. 23. Составить тепловой баланс на получение 1000 м3 Н2 конверсией метана в одну стадию при 1000 оС: СН4+Н2О=СО+3Н2-О.

82 Основные условные обозначения и сокращения А – зональность топлива, %; В – расход топлива в котле, т/год или г/сек; С*СО – выход оксида углерода при сжигании топлива твердого или жидкого г/кг или газообразного, г/м3; Dт. (п..х.) – количество рабочих дней в рассчитываемом периоде года (холодном, теплом, переходном), дн; Е – количество энергии; F – поверхность теплообмена; G – максимально разовое выделение загрязняющего вещества, г/с; Н – изобарная теплота образования вещества; I – энтальпия насыщенного водяного пара; L – производительность газового резака, пог. м/ч; L/(//) – пробег по территории предприятия в день при выезде (возврате), км; М – валовое выделение загрязняющего вещества, т/год или количество вещества; МΣ – общее годовое выделение ЗВ, т/год; Мт(п.х.) – валовое выделение ЗВ в теплый (переходный, холодный) периоды года; Мк/(//) - валовое выделение ЗВ одним автомобилем к – й группы в день при выезде с территории предприятия (при возврате), г/день; N – количество дней работы станка за год; Р – общее количество использованного сварочного материала или горючего для котла за год, кг/ год; Q – количество теплоты; Qн – низшая теплота сгорания топлива, Мдж/кг; Qт – теплота сгорания топлива, Мдж/кг или МДж/м3; R – коэффициент учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную содержанием в продуктах неполного сгорания оксида углерода; S – содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

Т – температура или суммарное время работы за год; Тпер – длительность цикла переработки материала, ч/цикл; 96 Тух – температура газов в устье дымовой трубы, 0С; V – содержание оксидов ванадия в жидком топливе в пересчете на V2 O5 г/т; V0 – теоретический объем воздуха, необходимого для горения; V*Σ – теоретические объемы продуктов сгорания топлива; Vатм – расход газов, поступающих в дымовую трубу, г/с; V# - объем кислорода, необходимый для полного сгорания, м3/кг топлива; W* - мощность электродвигателя станка, кВт; Zкр – количество исходного ЛКМ, т/год; Zраст – количество растворителя для разбавления исходного ЛКМ до требуемой вязкости, т/год; с – удельная теплоемкость; dr – влагосодержание газообразного топлива, г/м3 ; dвозд – влагосодержание воздуха, кг/кг сухого воздуха; g – удельное выделение ЗВ, г/ч; g# - удельное выделение ЗВ при работе электроконтактной машины, г/ч на 50 кВт номинальной мощности машины; gсож – удельное выделение аэрозоля СОЖ, г/кВт; g* - удельное выделение ЗВ, г/кг; g0 – удельное выделение ЗВ при работе резака, г/пог.м; gпр – удельное выделение ЗВ при прогреве двигателя автомобиля, г/мин. gL – удельное выделение ЗВ при движении по территории, г/км; gхх – удельное выделение ЗВ двигателем на холостом ходу, г/мин; Ксож – коэффициент, учитывающий применение СОЖ; Кт – коэффициент теплопередачи; m – количество единиц одновременно работающего оборудования, шт; n – число дней работы участка (камеры, печи) в месяц, дн/мес; р – количество перерабатываемого материала за цикл, кг/цикл; qун – потери теплоты с уносом от механической неполноты сгорания топлива, %.

qмех - потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива в котле, %; 97 qхим – потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %; r – степень рециркуляции дымовых газов котла, %; t – время работы за день, ч; tпр – время прогрева двигателя, мин; tхх – время работы двигателя на холостом ходу, мин; tр – время разъезда автомобилей, мин; Г – содержание горючих в уносе, %; Δсух – доля сухого остатка в исходном ЛКМ,%; χ - теплота фазовых переходов; ψ - коэффициент, характеризующий выход оксидов азота, кг/т условного топлива; Ω - количества вещества; Ω* - теоретический расход воздуха, кг/кг топлива; α - коэффициент выпуска автомобилей; αвозд – коэффициент избытка воздуха; αун - доля золы в уносе; β1 – коэффициент учитывающий влияние качества сжигаемого топлива на выход оксидов азота; β2 – коэффициент, учитывающий влияние конструкции горелок котла; β3 – коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления котла; βок(суш) – доля растворителя, испаряющегося за время окраски (сушки), %; δаэр – доля ЛКМ, потерянного в виде аэрозоля,%; ε1 – коэффициент, характеризующий влияние рециркулирующих газов в зависимости от условий подачи их в топку котла; ε2 – коэффициент, характеризующий снижение выбросов оксида азота при двухступенчатом сжигании; ζух – коэффициент избытка воздуха перед дымовой трубой; ηоч – доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителе котла;

η/(//)Sox – доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле (улавливаемых в золоуловителе котла попутно с улавливанием твердых частиц); 98 ηоч – доля твердых частиц продуктов сгорания жидкого топлива, улавливаемых в устройствах для очистки газов котла; ϑ, ϑф – производительность котла номинальная и фактическая, т/ч; χкот – доля оседания оксидов ванадия на поверхности нагрева котла; ρ - плотность газа, кг/м3; τ - время; ϕкр(раст) – доля компонента в летучей части исходного ЛКМ (в растворителе - разбавителе),%. ВСВ – временно согласованный выброс; ВМР – вторичные материальные ресурсы; ВЭР – вторичные энергетические ресурсы; ЗВ – загрязняющее вещество; ЛКМ – лакокрасочный материал; ПДВ – предельно-допустимый выброс; ПДК – предельно допустимая концентрация; ПЭВМ – персональная электронно-вычислительная машина; СЗЗ – санитарно-защитная зона; СОЖ – смазочно-охлаждающая жидкость; УПРЗА – универсальная программа расчета загрязнения атмосферы; ТУТ – тонн условного топлива.

технологического оборудования полиграфический предприятий. – М.: Госкомпечать, 1990. -68 с. 11. Лакокрасочные покрытия в машиностроении: Справочник / 99 Литература 1. Реймес Н.Ф. Природопользование: Словарь – справочник. – М.: Мысль, 1990. – 637 с. 2. Перечень и коды веществ загрязняющих атмосферный воздух. – Санкт – Петербург: Изд-во «Петербург – XXI век», 1995. -144 с. 3. ГОСТ 17.2.1.04.-77. Охрана природы. Атмосфера. Метеорологические аспекты загрязнения и промышленные выбросы. Основные положения. Основные термины и определения. – М.: Изд-во стандартов, 1984. -13 с. 4. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД –86. – Л.: Гидрометеоиздат, 1987. – 94 с. 5. Инструкция по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. – Л.: ВНИИ природа, 1990. С.23-36. 6. Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами. – Л.: Гидрометеоиздат, 1986. – 184 с. 7. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий (расчетным методом). – М.: НИИАТ, 1992. – 82 с. 8. Дополнение к «Методике проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий (расчетным методом)». – М.: НИИАТ, 1992. – 36 с. 9. Нормативные показатели удельных выбросов вредных веществ в атмосферу от основных видов технологического оборудования предприятий отрасли. 3-е изд., перераб. – Харьков: Харьковский гос. проектный институт Минсвязи СССР, 1991. – 468 с. 10. Отраслевая методика расчета количества загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух от

100 Под. ред. М.М. Гольдберга. – М.: Машиностроение, 1974.-576 с. 12. Химики – автолюбителям: Справ. изд./ Под. ред. А.Я. Малкина. – Санкт- Петербург: Химия, 1992. – 320 с. 13. Лебедев В.И., Пермяков Б.А., Хаванов В.А. Расчет и проектирование теплогенерирующих установок систем теплоснабжения. – М: Стройиздат, 1992. – 360 с. 14. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). – М.: Энергия, 1973. -296 с. 15. СниП 2.01.01-82. Строительные нормы и правила. Строительная климатология и геофизика. – М.: Стройиздат, 1983. – 136. 16. Курмакаев В.А. Расчет выбросов загрязняющих веществ с дымовыми газами от котлоагрегатов // Экологический вестник Вып. 8-10, Москвы, 1994. С. 81-82. 17. Рекомендация по оформлению и содержанию проекта нормативов предельно – допустимых выбросов в атмосферу (ПДВ) для предприятий. Новосибирск: ЗапСибНИИ, 1987. -42 с. 18. ГОСТ 17.2.3.02.-78 Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями. – М.: Изд-во стандартов, 1984. – 14 с. 19. ГОСТ 17.0.0.04.-90. Система стандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов. Экологический паспорт промышленного предприятия. Основные положения. –М.: Гос.ком. СССР по охране природы, 1990. -22 с. 20. ГОСТ 17.2.3.01.-86. Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества водуха населеных пунктов. – М.: Изд-во стандартов, 1987. -5 с. 21. Лейкин И.Н. Рассеивание вентиляционных выбросов химических предприятий (проектирование и расчет). – М.: Химия, 1982. -224 с.

22. Эльтерман В.М. Охрана воздушной среды на химических и нефтехимических предприятиях. – М.: Химия, 1985. -160 с. 23. Санитарные нормы проектирования промышленных 101 предприятий. СН 245-71. / Охрана окружающей среды: Справочник / Сост. Л.П. Шариков. – Л.: Судостроение, 1978. С. 425. –445. 24. Бертокс П., Радд Д. Стратегия зашиты окружающей среды от загрязнения: Пер. с англ. – М: Мир, 1980. -606 с. 25. Воробьева О.Г., Реут О.Ч. Геотехнические системы (генезис, структура, управление). – Петрозаводск: ПетрГУ, 1994. -84 с. 26. Моисеенкова Т.А. Эколого- экономическая сбалансированность промышленных узлов. – Саратов: СГУ, 1989. – 216 с. 27. Расчеты химико- технологических процессов / Под ред. И.П. Мухленова. – Л.: Химия, 1976. – 300 с. 28. Флореа О., Смигельский О. Расчеты по процессам и аппаратам химической технологии: Пер. с польского.- М.: Химия, 1971. – 448 с. 29. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде. 2 – е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1975. – 456 с. 30. Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлах производительностью до 30 т/час. М.: Гидрометеоиздат, 1985. 31. Методика расчетного определения выбросов бенз(а)пирена в атмосферу от котлов тепловых электростанций. РТМ ВТИ 02.003.-88. – М.: ВТИ, 1988. 32. Отраслевая инструкция по нормированию вредных выбросов в атмосферу для тепловых электростанций и котельных. РД. 3402.303-91. – Свердловск: Уралтехэнерго, 1990. 33. Методические указания по расчету выбросов окислов азота с дымовыми газами котлов. – М.: ВТИ, 1991. 34. Методика определения валовых и удельных выбросов вредных веществ в атмосферу от котлов тепловых электростанций. РД 34.02.305 –90. – М.: ВТИ, 1991.

35. Методика расчета выбросов капель содержащих в них загрязняющих веществ из градирен. – Санкт-Петербург: ВНИИ Гидротехники, 1992 36. Инструкция по инвентаризации источников выбросов вредных 102 веществ в атмосферу предприятиями Министерства нефтяной и газовой промышленности СССР. РД 39-0147098. - Уфа: Вост НИИТБ, 1989. 37. Экспериментальная расчетная методика определения потерь нефти от испарения из резервуара. – Уфа: ВНИИСПТ нефть, 1990. 38. Методика расчета параметров выбросов в атмосферу загрязняющих веществ при сжигании газа на факельных установках. – Оренбург: Концерн «Газопром», 1990. 39. Методические указания по определению валовых выбросов вредных веществ в атмосферу для предприятий нефтепереработки и нефтехимии. РД – 17-86. – Казань: ВНИИ углеводородного сырья, 1987. 40. Методика расчета вредных выбросов в атмосферу от нефтехимического оборудования. РМ 62-91-90. – Воронеж: Гипрокаучук, 1990. 41. Методика расчета жидких и газообразных выбросов окрасочных цехов (отделений, участков). – Владимир: НИИ электромашиностроение, 1990. 42. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на асфальтобетонных заводах. – М.: НИИАТ, 1992. 43. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для баз дорожной техники. – М.: НИИАТ, 1992. 44. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для станций технического обслуживания автомобилей (СТО). – М.: НИИАТ, 1992.

45. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на предприятиях железнодорожного транспорта (расчетным методом) – М.: НИИАТ, 1992. 46. Методические указания по расчету выбросов от флота в городах и местах скопления флота. – Л.: ЛИВТ, 1994. 47. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих 103 веществ в атмосферу для авторемонтных заводов (АРЗ) – М.: НИИАТ, 1992. 48. Николайкин Н.Н. и др. Примеры и задачи по курсу инженерной экологии. Атмосфера. – М.: МГАХМ, 1997, с.179.

104