Расчет высоты трубы при принудительной тяге

Расчет высоты трубы при принудительной тяге

Расчет высоты трубы при принудительной тяге определяют исходя из условий обеспечения допустимых концентраций вредных веществ в атмосфере. Скорость дымовых газов в трубах с принудительной тягой обычно высока - 30-40 м/с. В этих условиях столб дымовых газов поднимается зачастую значительно выше самой трубы. Следовательно, на высоту выбрасываемого столба газов существенное влияние начинает оказывать общее состояние атмосферы.

Важнейшим фактором, определяющим рассеивание в атмосфере дымовых газов, содержащих вредные примеси, является атмосферная турбулентность. Эта характеристика атмосферы - результат двух процессов: нагревания атмосферы и поверхности земли, в связи с чем образуются естественные конвективные потоки, и механической турбулентности вследствие взаимодействия ветрового потока с подстилающей поверхностью.

Нагревающийся у поверхности земли воздух в результате уменьшения плотности поднимается вверх, а более холодный и плотный воздух опускается к поверхности земли. Но бывают случаи, когда температура воздуха с высотой возрастает (инверсия температуры), дымовых газов на определенной высоте оказывается холоднее окружающих масс и его движение затухает.

Если условия инверсии дополняются малыми скоростями ветра, то приземные концентрации вредных веществ увеличиваются как за счет ограничения их активного перемешивания по вертикали, так и за счет уменьшения в этих условиях эффективной высоты подъема факела. Таким образом, можно считать, что в расчет высоты трубы при принудительной тяге  наиболее неблагоприятно включать сочетание приподнятой мощной инверсии, начинающейся на высоте выброса, и малой скорости ветра в приземном слое атмосферы, а для невысокой трубы - сочетание приземной инверсии и приземного штиля.

Концентрации вредных примесей определяют, решая уравнение турбулентной диффузии применительно к тому или иному состоянию атмосферы. При постоянной скорости ветра (и - const) и изотропной (одинаковой по всем направлениям) турбулентности выражение для определения максимальной концентрации С_м выглядит так:

где М - массовый выброс вредной примеси; Н_эф - эффективная высота источника выброса.

Однако в реальной атмосфере характер изменения турбулентной диффузии и скорости ветра значительно сложнее, поэтому для практических расчетов рассеивания в атмосфере вредных примесей, содержащихся в выбросах предприятий, используют методику, основанную на неблагоприятных метеорологических условиях, когда скорость ветра достигает опасного значения и имеет место интенсивный вертикальный турбулентный обмен в атмосфере.Опасная скорость ветра - это такая скорость, при которой для заданного состояния атмосферы концентрация вредных примесей на уровне дыхания людей достигает максимальной величины.

Действительно, из формулы (2.15) следует, что с повышением скорости ветра и максимальная наземная концентрация вредных выбросов от точечного источники, расположенного на высоте над землей, падает. С другой стороны, с увеличением скорости ветра уменьшается вследствие снижения гидродинамической и тепловой составляющих подъема факела. Опасная скорость ветра на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли) определяется по следующим соотношениям:

здесь V₁ - расход выбрасываемых трубой газов. м³/с: ΔТ - разность температуры выбрасываемых газов и средней температуры воздуха самого жаркого месяца года в полдень.ºС; Н - геометрическая высота дымовой трубы, м; W₀, скорость выхода гадов из трубы, м/с; D₀ - выходной диаметр дымовой трубы, м.

При вышеназванных условиях максимальную приземную концентрацию вредных веществ для выброса из одиночного точечного источника с круглым выходным диаметром (дымовой трубы) определяют по формуле

где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации (слоистость на розных высотах) атмосферы для неблагоприятных метеорологических углоаий, определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе, для европейской части центра России А = 120; для Севера и Северо-Запада европейской части России, Среднего Поволжья и Урала А = 160; для Нижнего Поволжья, Кавказа. Сибири и Дальнего Востока А = 200; М - суммарное количество вредных веществ, выбрасываемое в атмосферу, г/с; F безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, F=1 - для газообразных примесей; F=2 - для пыли при степени улавливания 90%; F=2,5 - для пыли при степени улавливания менее 90%; m и n - безразмерные коэффициенты. учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из выходного отверстия дымовой трубы.

Коэффициент m определяют в зависимости от параметра f по формуле

Коэффициент n определяют в зависимости от параметра V_m;

Высоту дымовой трубы определяют по формуле:

где ПДК - предельно допустимая концентрация вредных веществ для данного рай она, причем для городов, зон отдыха, курортов и т.и. ПДК принимают с коэффициентом 0.8. При расположении в непосредственной близости нескольких дымовых труб одинаковой высоты, что довольно часто встречается на ТЭС, высоту труб определяют но формуле

где М - суммарное количество вредных выбросов, г/с; V - суммарный объем газовоздуишой смеси. м²/с; N - количество дымовых труб.

Минздравом России введено требование об учете суммарного действия сернистого ангидрида и оксидов азота. В этом случае расчет высоты трубы при принудительной тяге выглядит следующим образом:

При возведении дымовой трубы вблизи действующих промышленных предприятий следует учитывать уже имеющуюся фоновую загазованность атмосферы. Тогда формула для расчета высоты дымовой трубы примет вид:

где с₀ - фоновая концентрация вредных примесей в атмосфере, мг/м².

Необходимо подчеркнуть, что расчет высоты трубы при принудительной тяге по методике расчета рассеивания вредных примесей должна выбираться после того, как будут определены и учтены все возможности по уменьшению количества выбросов вредных веществ в атмосферу.