Инженерная экология: Лабораторная работа №1

Выходные данные

Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
(ФГБОУ ВО ПГУПС)

Кафедра «Техносферная и экологическая безопасность»
А.А. Гаврилова

ИНЖЕНЕРНАЯ ЭКОЛОГИЯ
ЭКОЛОГИЯ
Лабораторная работа №1
Учебное пособие

Санкт-Петербург
ПГУПС
2024

Аннотация

Инженерная экология, экология (Лабораторная работа №1): учебное пособие. – СПб.: ФГБОУ ВО Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, 2024. – 15 с.

Материал, представленный в учебном пособии дает представление об экологии как о науке, синтетически объединяющей достижения различных отраслей естествознания, определяющей подход к комплексному исследованию закономерностей происходящих в окружающей среде, об основных видах антропогенного воздействия и экологических проблемах современности; обоснование проведения контрольно-нормативных мероприятий, используемых при оценке воздействия объектов различного назначения на окружающую среду.

Преподавание экологических дисциплин для инженерно-технических специалистов должно отвечать современным требованиям и основываться на принципах развития науки и техники, обеспечивающих максимальную гармонизацию двух сред жизни и деятельности человека – биосферы и техносферы, а также учитывать особенности преподавания экологических дисциплин в высшем техническом учебном заведении, научный подход и склад мышления инженеров.

Учебное пособие предназначено для студентов всех специальностей и направлений заочной формы обучения.

© Гаврилова А.А., 2024
© Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, 2024

Цель работы

Цель работы: расчет суммарной приземной концентрации загрязняющего вещества от группы источников расчетно-аналитическим методом; определение наибольшей концентрации каждого загрязняющего вещества в расчетных точках (на промышленной площадке).

Порядок выполнения работы

1. Номер варианта выбирается по последним двум цифрам зачетной книжки, если цифры больше 50, надо вычесть из них 50 (Например, если цифры 67, то вариант 67-50=17) (Приложение 1);
2. Перевести В — расход топлива из кг/ч в г/с;
3. Рассчитать выбросы загрязняющих веществ (ТВ, SO2, CO, NO2), данные для расчета представлены в Таблице 1 и Приложению 1 согласно выбранному номеру варианта;
4. Рассчитать максимальные концентрации соответствующего загрязнителя CMi (ТВ, SO2, CO, NO2);
5. Проверить, не происходит ли превышения допустимого содержания вредных компонентов в приземном слое по формулам; Сделать вывод на основании Проверки. Если найденные значения оказались больше единицы, т.е. значение концентрации какого-либо вещества (или группы веществ, в случае эффекта суммации) оказалось больше, чем ПДК, то необходимо провести мероприятия по снижению выбросов соответствующих веществ.
6. Все полученные значения округлить до 3х знаков после запятой.

Расчет выбросов твердых частиц

При сжигании твёрдого топлива, мазута и газа в топках промышленных и коммунальных котлоагрегатов и бытовых теплогенераторов (малолитражных отопительных котлов, печей) в атмосферу поступают летучая зола с частицами недогоревшего топлива, оксиды серы, азота, углерода.

Расчёт выбросов твёрдых частиц, г/с, производится по формуле:

MТВ = B ∙ Ar ∙ æ ∙ (1 – η)

где:
B – расход топлива, г/с (Приложение 1 (исходные данные));
Ar – зольность топлива;
æ – коэффициент, учитывающий зависимость доли золы топлива в уносе от содержания горючего в уносе;
η – доля твёрдых частиц, улавливаемых в золоуловителе (при отсутствии очистки η = 0).

Значения Ar, æ принимаются по фактическим средним показателям, а при отсутствии этих данных по характеристикам сжигаемого топлива (табл.1).

Расчет выбросов оксидов серы

Расчёт выбросов оксидов серы (в пересчёте на SO2), г/с, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегатов в единицу времени, выполняется по формуле:

𝑀𝑆𝑂2 = 0,02 ∙𝐵 ∙𝑆𝑟 ∙ (1 − 𝜂𝑆𝑂2′) ∙(1 −𝜂𝑆𝑂2′′)

где:
B – расход топлива, г/с (Приложение 1 (исходные данные));
Sr – содержание серы в топливе;
𝜂𝑆𝑂2′ – доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива;
𝜂𝑆𝑂2′′ – доля улавливаемых в системах очистки оксидов серы (при отсутствии системы очистки принимается = 0).

Значения Sr, 𝜼𝑺𝑶𝟐′ представлены в табл. 1.

Расчет выбросов оксида углерода

Расчёт выбросов оксида углерода в единицу времени, г/с, выполняется по формуле:

MCO = 0,001 ∙ B ∙ CCO ∙ (1 — q4/100)

где:
CCO – выход оксида углерода при сжигании топлива;
B – расход топлива, г/с (Приложение 1 (исходные данные));
q4 – потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива.

q4 = R ∙ q3 / QНР

где:
q3 – потери теплоты вследствие химической неполноты, сгорания топлива;
R – коэффициент потери теплоты от неполного сгорания топлива;
QНР – низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг.

Значения QНР, R, q3 и q4 приведены в табл. 1.

Таблица 1: Характеристики топлива

Используемое топливо	QНР МДж/кг	Ar	Sr	Тип топки	𝜼𝑺𝑶𝟐′	NO2 K	R	æ	q3	q4
Донецкий ДР	18,50	28,0	3,5	неподвижная решётка	0,0023	2,0	7,0	0,0026	0,5	5,5	0,1	0,13	1,0
Донецкий ДК	23,74	10,0	3,0	неподвижная решётка	0,0023	2,0	7,0	0,0026	0,5	5,5	0,1	0,17	1,0
Кузнецкий ОС	21,84	27,9	0,8	неподвижная решётка	0,0023	2,0	7,0	0,0026	0,5	5,5	0,1	0,15	1,0
Кузнецкий ДР	22,93	13,2	0,4	неподвижная решётка	0,0023	2,0	7,0	0,0026	0,5	5,5	0,1	0,14	1,0
Канско-Ачинский Б2	15,70	4,7	0,2	неподвижная решётка	0,0023	2,0	7,0	0,0026	0,5	5,5	0,2	0,16	1,0
Интауголь	17,54	31,0	3,2	неподвижная решётка	0,0023	2,0	7,0	0,0026	0,5	5,5	0,1	0,15	1,0

Расчет выбросов оксидов азота

Количество оксидов азота (в пересчете на NO2), выбрасываемых в единицу времени, г/с, рассчитывается по формуле:

MNO2 = 0,001 ∙ B ∙ QНР ∙ KNO2 ∙ (1 — β)

где:
B – расход топлива, г/с (Приложение 1 (исходные данные));
QНР – теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг;
KNO2 – параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1 МДж тепла, кг/МДж;
β – коэффициент, учитывающий очистку выбросов (при отсутствии систем очистки принимается = 0).

Значения QНР, KNO2 принимаются по табл. 1.

Расчет максимальной концентрации

Значение максимальной суммарной концентрации См (мг/м3) от N расположенных на площадке близко друг от друга одиночных источников, имеющих равные значения высоты, диаметра устья, скорости выхода в атмосферу и температуры газовоздушной смеси, определяется по формуле:

С𝒊 = A ∙ Mi ∙ F ∙ m ∙ n ∙ η ∙ H2 ∙ N

где:
A – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (Приложение 1);
Mi — масса выброса в атмосферу, г/с;
F — безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания ЗВ (газообразных и аэрозолей, включая твердые частицы). Значения: для газообразных веществ (SO2, NO2, CO) F = 1; для твёрдых частиц F = 3 (если нет очистки), F = 2 (при очистке от пыли более 90%) и F = 2,5 (при очистке от пыли 75 – 90 %);
m и n — безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выброса из устья источника выброса (Приложение 1);
η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (Приложение 1);
H — высота источника выброса, м (Приложение 1);
N — число дымовых труб, шт (Приложение 1).

Проверка ПДК

Проверить, не происходит ли превышения допустимого содержания вредных компонентов в приземном слое атмосферы при условии, что некоторые компоненты подчиняются эффекту суммации действия, например оксида серы и оксида азота.

Cm1 / ПДК1 + Cm2 / ПДК2 ≤ 1

или (без учёта эффекта суммации):

Cmi / ПДКi ≤ 1

Здесь Cm1, Cm2 – концентрации вредных веществ, обладающих суммирующим действием (SO2 + NO2).

Если найденные значения оказались больше единицы, т.е. значение концентрации какого-либо вещества (или группы веществ, в случае эффекта суммации) оказалось больше, чем ПДК, то необходимо провести мероприятия по снижению выбросов соответствующих веществ.

ПДК М.Р ТВ = 0,5 мг/м3
ПДК М.Р SO2 = 0,5 мг/м3
ПДК М.Р NO2 = 0,085 мг/м3
ПДК М.Р CO = 5,0 мг/м3

Приложение 1: Исходные данные

• Коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, А= 160 (для Санкт-Петербурга)
• Безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, η = 1.
• Значения безразмерного коэффициента F принимаются: для газообразных веществ (SO2, NO2, CO) F = 1; для твёрдых частиц F = 3 (при отсутствии очистки отходящих газов).

Максимальные разовые предельно допустимые концентрации (ПДК м.р.):
ПДК м.р ТВ = 0,5 мг/м3
ПДК м.р.SO2 = 0,5 мг/м3
ПДК м.р.NO2 = 0,085 мг/м3
ПДК м.р.CO = 5,0 мг/м3

Таблица вариантов (1-15)

№	Топливо	B, кг/час	Тип топки	H, м	m	n	N
1	Донецкий ДР	40	неподвижная решетка	2	0,31	0,99	2
2	Донецкий ДК	50	неподвижная решетка	3	0,38	0,14	2
3	Кузнецкий ОС	60	неподвижная решетка	4	0,42	1,17	2
4	Кузнецкий ДР	70	неподвижная решетка	5	0,48	0,26	3
5	Канско-Ачинский Б2	80	неподвижная решетка	7	0,36	0,93	3
6	Интауголь	90	неподвижная решетка	12	0,86	0,34	3
7	Донецкий ДР	45	пневмомеханический заброс	11	0,61	0,67	4
8	Донецкий ДК	55	пневмомеханический заброс	15	0,24	0,93	4
9	Кузнецкий ОС	65	пневмомеханический заброс	4	0,31	0,02	4
10	Кузнецкий ДР	75	пневмомеханический заброс	17	0,82	1,0	2
11	Канско-Ачинский Б2	85	пневмомеханический заброс	14	0,19	1,0	2
12	Интауголь	95	пневмомеханический заброс	7	0,19	1,13	2
13	Донецкий ДР	42	неподвижная решетка	8	0,32	0,67	3
14	Донецкий ДК	52	неподвижная решетка	17	0,18	0,26	3
15	Кузнецкий ОС	62	неподвижная решетка	15	0,36	0,93	3

Таблица вариантов (16-30)

№	Топливо	B, кг/час	Тип топки	H, м	m	n	N
16	Кузнецкий ДР	72	неподвижная решетка	17	0,86	0,34	4
17	Канско-Ачинский Б2	82	неподвижная решетка	11	0,61	0,67	4
18	Интауголь	92	неподвижная решетка	6	0,23	0,17	4
19	Донецкий ДР	38	неподвижная решетка	8	0,44	0,22	2
20	Донецкий ДК	48	пневмомеханический заброс	15	0,38	0,94	2
21	Кузнецкий ОС	58	пневмомеханический заброс	8	0,29	0,87	2
22	Кузнецкий ДР	68	пневмомеханический заброс	14	0,39	0,42	3
23	Канско-Ачинский Б2	78	пневмомеханический заброс	15	0,34	0,65	3
24	Интауголь	88	пневмомеханический заброс	8	0,32	0,93	3
25	Донецкий ДР	98	пневмомеханический заброс	18	0,86	0,54	4
26	Донецкий ДК	43	неподвижная решетка	15	0,24	0,93	4
27	Кузнецкий ОС	53	неподвижная решетка	6	0,20	0,73	4
28	Кузнецкий ДР	63	неподвижная решетка	2	0,31	0,99	3
29	Канско-Ачинский Б2	73	неподвижная решетка	3	0,38	0,14	2
30	Интауголь	83	неподвижная решетка	4	0,42	1,17	4