Оценка загрязнения воздушного бассейна выбросами теплогенерирующих установок

Энергобезопасность и охрана труда ^^ 3 = ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ОХРАНА ТРУДА

УДК 502.35:659.1

Оценка загрязнения воздушного бассейна выбросами теплогенерирующих установок

П. А. Хаванов,

доктор технических наук, профессор, Московский государственный строительный университет

Проведена сравнительная оценка степени загрязнения воздушного бассейна в зависимости от степени централизации систем теплоснабжения и архитектурно-планировочных решений (различного типа застройки); дана качественная и количественная оценка показателей санитарно-гигиенических характеристик на основе сравнения трёх технических решений по теплоснабжению районов с примерно одинаковой тепловой нагрузкой.

Ключевые слова: теплогенерирующая установка, загрязнение воздушного бассейна, поусадебная застройка, предельно допустимая концентрация.

Введение

Развитие систем генерации теплоты для теплоснабжения населенных пунктов привело к формированию новых подходов, направленных, в основном, на децентрализацию.

Активно развиваются такие автономные системы теплоснабжения, как поквартирные и коттеджные системы. Сравнительные оценки энергетической эффективности систем теплоснабжения с различной степенью централизации выполнялись уже неоднократно, и авторы в значительной степени определили области рационального применения различных систем. Однако в публикациях практически не нашли отражения вопросы сравнительной оценки загрязнения воздушного бассейна для различных рассматриваемых технических решений.

Проводя сравнение, необходимо исходить из наиболее общих показателей и характеристик работы систем, не конкретизируя их количественную сторону, а выделить, определить и дать оценку качественных аспектов. Для этого сравним три технических решения по теплоснабжению районов застройки различных типов с примерно одинаковой тепловой нагрузкой.

1. Поусадебная застройка (рис. 1) с централизованной системой теплоснабжения и одним источником теплоты.

2. Поусадебная застройка той же планировки (рис. 2) с установкой теплогенератора в каждом коттедже.

3. Многоэтажная (два пятиэтажных здания на то же количество семей) (рис. 3) с поквартирными

системами теплоснабжения от двухконтурных теплогенераторов.

Произведя только общее «качественное» исследование вопроса, можно допустить:

- вид топлива не имеет решающего значения для качественной оценки, хотя по п. 3 возможно использование только природного газа;

- суммарная мощность теплогенерирующих установок с достаточной для такого исследования точностью может быть не принята во внимание, хотя и будет иметь различия;

- все источники выбросов рассматриваются как точечные, а безразмерная суммарная концентрация (суммарная токсичная кратность) определяется как аддитивная величина:

где К£ - суммарная токсичная кратность;

ПДКг - предельная допустимая концентрация;

Сг - концентрация г-й компоненты, мг/м3,

г-й компоненты,

Сфг- фоновая концентрация

мг/м3 .

Суммарная токсичная кратность при наложении зон рассеивания вредных выбросов определялась суммированием расчетных величин для самых неблагоприятных условий по максимальным значениям приземных концентраций вредных веществ:

- расчет вредных выбросов производится при максимальной расчетной мощности теплогенери-рующего оборудования;

- для сравнительной оценки рассчитываются конкретные значения выбросов: оксида углерода,

= 4

Энергобезопасность и энергосбережение

оксида азота, бенз(а)пирена, с учетом некоторой фоновой концентрации Сф,; вредных веществ;

- влияние ветровой нагрузки для наглядности учитывается восьмирумбовой «розой ветров»;

- расчет приземных концентраций вредных выбросов Сы и расстояния от дымовой трубы Хм, на котором приземная концентрация вредных веществ при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения и других характеристик, производились по рекомендациям ОНД-86 [1].

Характеристика источника теплоты и условий рассеивания дымовыми трубами в каждом конкретном случае определялась мощностью источника теплоты и техническими характеристиками дымовых труб.

Для варианта 1 (централизованный источник): суммарная расчетная мощность котельной 6000 кВт с отдельно стоящей дымовой трубой высотой 30 м, диаметром 0,88 м (в расчете котлы У^ор1ех Б (У1в88шап).

Для варианта 2: автономный источник ACV «Heat Master» мощностью 64 кВт (80 коттеджей - суммарная мощность 5120 кВт) с дымовой трубой в каждом коттедже высотой 8 м, диаметром 240 мм. Расчет производится для одного коттеджа.

Для варианта 3: двухконтурный котел SD 235E ISOFAST расчетной мощностью 32 кВт (суммарная мощность источников 2560 кВт), дымовая труба для каждой секции здания, т.е. на 5 котлов, высотой 18 м, диаметром устья 130 мм. Количество труб - 8 на здание, общее количество труб (на два здания) - 16 шт. Расчет производится для одного здания.

Основные результаты расчетов для принятых исходных данных для Центральной европейской зоны России при температуре холодной пятидневки tx5=-30 С и расчетной летней <:л=29 С приведены в таблице 1, а их графическая интерпретация на рис. 1-3.

Таблица 1

Основные результаты сравнительных расчетов

№ п/п Характеристика Централизованный источник Автономный источник (коттедж) Поквартирный источник

1 Мощность, кВт: единичная/количество суммарная 2000/3 6000 64/80 5120 32/5 (всего 80 котлов) 2560

2 Годовой отпуск теплоты, МДж/г при Ьгод=4300 ч/г

3 Дымовая труба: высота, м количество труб, шт, диаметр устья, мм 30 1 880 8 80 240 18 16 130

4 Расход природного газа, м3/с 0,181 0,00224 На одну трубу 0,004263

5 Расход продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы, м3/с 4,25 0,047 0,094

6 Расчетные значения выбросов от одного источника, г/с: оксиды углерода оксиды азота бенз(а)пирен 3,4 0,34 0,86-10-7 0,0336 0,00376 0,01-10-7 На одну трубу 0,064 0,00716 0,02-10-7

7 Масса выбросов, г/кВт-ч: СО NOx бенз(а)пирен 5,7-10-4 5,7-10-5 1,4-10-11 5,25-10-4 5,7-10-5 1,6-10-11 4-10-4 4,5-10-5 1,25-10-11

8 Годовая масса вредных выбросов, тысяч кг/год: СО NOx бенз(а)пирен 14,71 1,47 5,06-10-4 11,55 1,3 3,52-10-4 4,4 0,495 1,38-10-4

9 Максимальные приземные концентрации мг/м3: СО NOx бенз(а)пирен 0,046 0,0046 1,16-10-9 0,02122 0,00237 6,3-10-10 0,009551 0,00107 3-10-10

10 Суммарная токсичная кратность для одного источника выбросов (на одну трубу) К^ с учетом фоновых концентраций 0,125 0,090 0,071

гашшшш

Энергобезопасность и охрана труда ^^ 5 =

Продолжение табл. 1

№ п/п Характеристика Централизованный источник Автономный источник (коттедж) Поквартирный источник

11 Расстояние до зоны максимальных концентраций от источника выбросов Хм, м (без учета ветровой нагрузки) 414,4 55,8 104

12 Количество наложений зон рассеивания для принятого архитектурно-планировочного решения, шт. - 4 8

13 Возможная максимальная суммарная токсичная кратность с учетом наложения зон рассеивания 0,12 0,376 0,576

Зона 8-кратной концентрации

вд      в-охш

ипяииии

(СЗ) п

 аи

Рис. 1. Рассеивание вредных выбросов для 1-говарианта

Зона 4-кратной концентрации

Коттеджи

Рис. 2. Рассеивание вредньхх выбросов для 2-го варианта

Рис. 3. Рассеивание вредньхх выбросов для 3-го варианта

Результаты сравнительных расчетов на основании сопоставления количественных характеристик позволяют выявить и основные качественные показатели рассматриваемых технических решений. Так, рассмотренные архитектурно-планировочные решения по застройке жилого района, конечно, предполагают существенные отличия в условиях проживания в многоэтажном здании или в коттедже, однако в исследуемых вопросах следует отметить существенное снижение суммарной установленной мощности всех теплогенераторов (п. 1 табл. 1). Следовательно, общая масса выбросов снижается для многоэтажной застройки более чем в два раза (п. 8 табл. 1) при одинаковых экологических показателях работы котлов. Сравнивая суммарные токсичные кратности вредных выбросов от одного источника загрязнений, нетрудно заметить, что изменение мощности и высоты дымовой трубы при-

ишшшш

= 6

Энергобезопасность и энергосбережение

водит к минимальному загрязнению от групповой трубы высотой 18 м (на 5 котлов, при пятиэтажной застройке, п. 10 табл. 1). Однако анализ наложения зон рассеивания от всех источников загрязнения (п. 12 табл. 1) показывает, что поквартирное теплоснабжение уступает по экологическим показателям другим рассмотренным решениям (п. 13 табл. 1). Следует отметить, что изменение зон рассеивания при учете «розы ветров» не оказывает существенного влияния на качественную картину, а по количественным характеристикам при использовании природного газа и умеренных фоновых кон-

центрациях санитарные показатели загрязнения воздуха весьма далеки от предельных значений.

Безусловно, приведенные выкладки имеют оценочный характер и выполнены с рядом допущений. Однако важным представляется вывод о том, что восьмикратное наложение зон рассеивания при поквартирном теплоснабжении и четырехкратное наложение при коттеджном теплоснабжении обусловлено соответствующей плотностью застройки и должно обязательно учитываться при разработке архитектурно-планировочных концепций и технических решений по теплоснабжению.

Литература

1. ОДН-86. Методика расчета концентрации в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987.

гашшшш