Моделирование загрязнения атмосферы выбросами из низких источников

Моделирование загрязнения атмосферы выбросами из низких иcточников

1. Обоснование мероприятий по защите атмосферного воздуха от загрязнения вентиляционными и технологическими выбросами

При проектировании промышленных предприятий требуется в соответствии с Санитарными нормами СН 245-71 проводить  расчет возможного загрязнения атмосферного воздуха вентиляционными и технологическими выбросами. Расчет проводят с целью проверки эффективности предусмотренных проектом мероприятий по обеспечению чистоты атмосферного воздуха населенных пунктов, а также воздуха на площадках предприятий у приемных отверстий систем вентиляции и кондиционирования воздуха и у аэрационных приточных проемов. Полученные расчетом концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов не должны превышать максимальных разовых концентраций, указанных в табл. 3 СН 245-71, а в воздухе, поступающем внутрь зданий и сооружений через приемные отверстия систем вентиляции и кондиционирования воздуха и через аэрационные проемы, - 30% предельно допустимых концентраций (Спдк) этих веществ в рабочей зоне производственных помещений, указанных в табл. 4 СН 245-71. При превышениии этих пределов следует разработать дополнительные мероприятия по снижению уровня загрязнения, например предусмотреть повышение эффективности очистных устройств, сооружение новых газоочистных установок, совершенствование отдельных технологических узлов и установок, увеличение высоты труб, уменьшение выбросов соседних предприятий. Степень загрязнения наружного воздуха, определенная расчетным путем, будет соответствовать действительному состоянию воздуха только в том случае, если при расчете использованы достоверные данные, учитывающие весь комплекс одновременно действующих источников выделения вредных веществ, а также существующий фон загрязнения.

2. Математическая модель определения степени загрязнеия атмосферы

2.1. Обозначения используемые при построении математической модели

C, Cx, Cy - концентрация вредных веществ в наружном воздухе, мг/м3;

M - количество вредных веществ, выбрасываемых источником в атмосфесу, мг/с;

k - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние возвышения устья источника на уровень загрязнения ;

v - расчетная скорость ветра, принимаемая по рекомендации Главного санитарно-эпидемиологического управления равной 1м/с;

Hзд - высота здания от поверхности земли до его крыши при плоской кровле, до конька крыши при двускатной кровле, до верха карниза фонаря при продольных фонарях, расположенных ближе 3 м от наветренной стены здания, м;

l - длина здания (размер, перпендикуларный направлению ветра), м;

b - ширина здания (размер вдоль направления ветра), м;

x - расстояние от заветренной стены здания до точки, в которой определяется концентрация, м;

S, S1, S2, S3, S4 - вспомагательная безразмерная величина, позволяющая определять концентрации вредных веществ на расстоянии y, м, по перпендикуляру от оси факела выброса из точечных источников;

b1 - расстояние в пределах крыши широкого здания от его наветренной стороны до точки, в которой определяется концентрация, м;

b2 - расстояние в пределах крыши широкого здания от источника до точки, в которой определяется концентрация, м;

L - количество газовоздушной смеси, выбрасываемой из источника м3/с;

m - безразмерный коэффициент, показывающий какое количество выделяемых источником примесей участвует в загрязнении циркуляционных зон;

b3 - расстояние в пределах крыши широкого здания от источника до заветренной стены здания, м;

H~ - относительная высота здания, равная 

(H-1,8Hзд)/(Hгр-1,8Hзд)

при расположении устья источника вне единой или межкорпусной зоны узкого здания и над наветренной зоной широкого здания и равная 

(H-Hзд)/(Hгр-Hзд)

при расположении устья источника вне наветренной, над заветренной или над межкорпусной зоной широкого здания;

Hгр - предельная высота низких источников, м;

x1 - расстояние между зданиями; 



2.2. Область применения расчетных формул

При расчете степени загрязнения, решении различных вопросов по сокращению выбросов и выборе мест расположения приемных отверстий систем вентиляции и кондиционирования воздуха необходимо учитывать возникновение вблизи зданий при обтекании их воздушным потоком циркуляционных (замкнутых плохо проветриваемых) зон (рис.1). При обтекании воздушным потоком узкого здания над и за ним возникает ЕДИНАЯ ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ЗОНА, распространяющаяся от заветренной стены здания на расстояние шесть его высот (6 Нзд). Высота этой зоны в среднем составлляет 1,8 Нзд (рис.1.а) При обтекании воздушным потоком широкого здания над ним возникает НАВЕТРЕННАЯ ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ЗОНА длиной 2,5 Нзд и высотой 0,8 Нзд, а за ним - ЗАВЕТРЕННАЯ ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ЗОНА длиной 4 Нзд и высотой около Нзд (рис.1.б). При обтекании воздушным потоком группы зданий между двумя смежными зданиями возникает МЕЖКОРПУСНАЯ ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ЗОНА длиной до 10 Нзд, если первое по потоку здание узкое (рис.1.в) и до 8 Нзд, если первое по потоку здание широкое (рис.1.г). При больших межкорпусных расстояниях здания можно рассматривать как отдельно стоящие.

Источники вредных веществ, загрязняющие циркуляционные зоны зданий, следует относить к НИЗКИМ.

Граничное положение устья источника (рис.2), до которого он действует как низкий, находят по формулам:

для узкого отдельно стоящего здания

Нгр=0.36b3+2.5Hзд; 		(2.2.1)

для широкого отдельно стоящего здания

Нгр=0.36b3+1.7Hзд;			(2.2.2)

для группы зданий

    Нгр=0.36(b3+x1)+Hзд, 			(2.2.3)

   где b3-расстояние от источника, расположенного в пределах крыши, до заветренной стены здания.

Источники, выбрасывающие вредные вещества на высоте, превышающей Нгр и не загрязняющие циркуляционные зоны над и за зданием, следует относить к ВЫСОКИМ.

Загрязнение, создаваемое низкими источниками, рассчитывают в соответствии с "Руководством по расчету загрязнения воздуха на промышленных площадках", разработанным ЦНИИПромзданий и ВЦНИИОТ в 1975 г.



2.3. Расчетные формулы для выбросов из низких источников.

Формулы для расчета концентраций вредных веществ в наружном воздухе при загрязнении его выбросами из низких источников выбирают в зависимости от вида здания (узкое или широкое отдельно стоящее, группа зданий), вида источника (точечный или линейный), места расположения устья источника и места определения концентраций.





2.3.1. Узкое отдельно стоящее

В единой циркуляционной зоне или над ней

В единой циркуляционной зоне при 0x6Hзд  



				



		(2.3.1 а)



;						



Вне циркуляционной зоны за зданием при x6Hзд	



	

		(2.3.1 б)

	





2.3.2 Широкое отдельно стоящее

В наветренной циркуляционной зоне

На крыше в наветренной циркуляционной зоне при b12,5Hзд



				



		(2.3.2.1 а)



;							



На крыше вне наветренной циркуляционной зоны при b12,5Hзд





(2.3.2.1 б)





В заветренной циркуляционной зоне при 0x4Hзд	





	(2.3.2.1 в)





Вне заветренной циркуляционной зоны за зданием при x4Hзд





	  (2.3.2.1 г)





Вне наветренной циркуляционной зоны над крышей при H~0,3



На крыше вне наветренной циркуляционной зоны при b12,5Hзд





(2.3.2.2 а)





В заветренной циркуляционной зоне при 0x4Hзд 	



			



     	(2.3.2.2 б)



;						



Вне заветренной циркуляционной зоны за зданием при x4Hзд





	(2.3.2.2 в)





Вне наветренной циркуляционной зоны над крышей при H~0,3



На крыше вне наветренной циркуляционной зоны при 	b12,8(H-Hзд)   и   y(H-Hзд)





	(2.3.2.3 а)





В заветренной циркуляционной зоне при 0x4Hзд	



			



				(2.3.2.3 б)



;					



Вне заветренной циркуляционной зоны за зданием при x4Hзд



				

                              	(2.3.2.3 в)

				





В заветренной циркуляционной зоне или над ней



В заветренной циркуляционной зоне при 0x4Hзд



				



		(2.3.2.4 а)



;							



Вне заветренной циркуляционной зоны за зданием при x4Hзд





	(2.3.2.4 б)







2.3.3. Группа зданий



В наветренной циркуляционной зоне первого по потоку широкого здания



В межкорпусной циркуляционной зоне при Hздx14Hзд





	(2.3.3.1 а)







В межкорпусной циркуляционной зоне при 4Hздx18Hзд





	(2.3.3.1 б)







Вне наветренной циркуляционной зоны первого по потоку широкого здания на крыше при H~0,3



В межкорпусной циркуляционной зоне при Hздx14Hзд



					



			(2.3.3.2 а)



;								



В межкорпусной циркуляционной зоне при 4Hздx18Hзд



					



		(2.3.3.2 б)



;							



Вне наветренной циркуляционной зоны первого по потоку широкого здания на крыше при H~0,3



В межкорпусной циркуляционной зоне при Hздx14Hзд





	(2.3.3.3 а)

;



В межкорпусной циркуляционной зоне при 4Hздx18Hзд





	(2.3.3.3 б)

;



В межкорпусной циркуляционной зоне при первом по потоку широком здании и H~0,3



В межкорпусной циркуляционной зоне при Hздx14Hзд



				



		(2.3.3.4 а)



;							



В межкорпусной циркуляционной зоне при 4Hздx18Hзд



			



	              	(2.3.3.4 б)



;						



Над межкорпусной циркуляционной зоной при первом по потоку широком здании и H~0,3



В межкорпусной циркуляционной зоне при Hздx14Hзд





	(2.3.3.5 а)

;



В межкорпусной циркуляционной зоне при 4Hздx18Hзд





	(2.3.3.5 б)

;



В межкорпусной циркуляционной зоне или над ней при первом по потоку узком здании



В межкорпусной циркуляционной зоне при Hздx16Hзд



				



	(2.3.3.6 а)



					



В межкорпусной циркуляционной зоне при 6Hздx110Hзд



			



	     (2.3.3.6 б)



;							





За расчетное принимают направление ветра, перпендикулярное продольной стороне здания. При продольном направлении ветра концентрации вредных веществ будут меньше, ориентировочно их можно определить по формулам _____

При действии линейных источников (аэрационных фонарей, ряда близко расположенных шахт и труб) концентрации вредных веществ в единой, заветренной или межкорпусной циркуляционной зоне достаточно рассчитать для любой точки зоны, так как ониодинаковы в пределах каждой зоны.

При действии точечных источников концентрации вредных веществ рассчитывают на оси их факела х, где они будут наибольшими.

Понижающие коэффициенты S, S1, S2, S3 и S4, вводимые при выборе мест воздухозаборов и решении других задач, связанных с определением концентраций, находят по графику на рис. __ или подсчитывают по формулам:



		 (2.3.4 а)



		 (2.3.4 б)



			(2.3.4 в)



		 (2.3.4 г)



(2.3.4 д)



При расчете концентрации вредных веществ за вторым и последующими зданиями по направлению ветра поступление вредных веществ определяют с учетом расстояния x по оси факела и расстояния y, перпендикулярного оси факела.

3. Описание  программной реализации математической модели



3.1. Общее описание программого продукта



После запуска программы перед пользователем появляется вертикальное меню, которое состоит из следующих пунктов:



“Исходные данные”;



“Результат”;



“О программе”;



“Выход”.





	Пункт “Исходные данные” предназначен для ввода начальных данных, таких как:

тип источника- точечный или линейный;

тип здания - группа или отдельно стоящее (анализ того узкое оно или широкое происходит в программе);

размеры здания - длина, ширина и высота;

параметры источника(трубы) - высота и местоположение;

межкорпусное расстояние - можно ввести только если была выбрана группа зданий, минимально возможное межкорпусное расстояние равно высоте первого по ходу ветра здания (весь контроль выполняется программой);

скорость ветра - принято задавать равной 1м/c;

характеристики выбросов - расход газовоздушной смеси и количество вредных веществ;

место расчета - место определения концентрации вредных веществ. Пользователь задает интервал по направлению ветра и шаг расчета, а также интервал и шаг расчета по перпендикуляру к направлению ветра.



ВНИМАНИЕ!!! При работе с программой следует помнить, что за начало отсчета принята наветренная сторона здания! Следовательно, при задании параметров источника загрязнения и места определения концентрации следует, если требуется, проебразовать соответствующие данные к виду необходимому для работы программы!



Пункт “Результат” приводит аглоритм работы в действие. В данном пункте можно выбрать порядок вывода результата – на дисплей или в файл, имя которого задается пользователем.



Пункт “О программе” содержит информацию о наименовании и версии программного продукта, а также информацию о разработчике данного ПО.



Пункт ”Выход” позволяет завершить работу с программой и выйти в DOS. 



3.2.  Руководство по работе с программой



Клавиши для работы:



Перемещение по пунктам меню - стрелки влево и вправо;

Перемещение в поле радиокнопки - SPACE;

Перемещение по полям ввода и кнопкам - TAB, SHIFT+TAB, CTRL-стрелка влево/вправо;

Ввод значения - ENTER;

Просмотр таблицы разультатов - стрелки влево и вправо;

Выход из пункта меню “Исходные данные” - ESC;

Отказ от введенных значений - ESC.