Лекция 10. Дымовые и вентиляционные трубы

Условно можно выделить следующие виды расчетов труб: экологический, аэродинамический, тепловой, прочностной.

Основная задача труб – рассеивание содержащихся в дымовых газах ТЭС (или технологическом и вентилируемом воздухе АЭС) токсичных веществ (радиоактивных веществ – аэрозолей, инертных газов и др.) до безопасных концентраций на приземном уровне дыхания. Такие концентрации для наиболее важных ингредиентов нормируются.

Для некоторых веществ ПДК – предельно-допустимые концентрации в атмосферном воздухе населенных мест приведены в таблице 10.1.

Таблица 10.1

Предельно допустимые концентрации
важнейших токсинов в дымовых газах

* Максимально разовая – отобрана в течение 20 мин

**Среднесуточная – за сутки

Рассеивание – процесс, не защищающий окружающую среду, а лишь разбавляющий вредности, содержащиеся в факелах выбросов ТЭС и АЭС до относительно безопасного уровня. Частный показатель экологической безопасности – ПДК на уровне дыхания определяется на расстоянии по наиболее вероятному направлению от устья трубы, обеспечивающем max значение ПДК на высоте 170 см. За это расстояние обычно принимают 20 H_тр, где H_тр – высота трубы.

Процесс рассеивания вызывает постепенное исчерпание самокомпенсирующей способности атмосферного воздуха окружающей среды (ОС) и не является экологически самодостаточным.

Перед рассеянием должны быть приняты все меры для очистки газов от твердых золовых частиц и окислов серы и азота, а также для подавления образования в процессе горения других вредных веществ.

Экологическому расчету предшествует расчет выбросов по основным ингредиентам, после чего принимается конструктивное решение по дымовой трубе. Алгоритм расчета ингредиентов выбрасываемых через дымовые трубы приведен ниже.

Расчет минимально необходимой высоты дымовой трубы ведется по формуле:

, (10.1)

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы при неблагоприятных метеорологических условиях, определяющий характер вертикального и горизонтального рассеяния А=200 (Поволжье), А=240–120;

М – суммарные выбросы, г/с;

F – коэффициент седиментации (осаждения) в атмосферном воздухе: F=1 (для газообразных примесей), F=2 (пыль со степенью улова > 90%), F=2,5 (улов менее 90%);

ΔT = T_газ –T_возд, °С ( – средняя температура трех дней самого жаркого летнего месяца в );

V – объем дымовых газов на ТЭС, технологических газов и вентилируемого воздуха на АЭС, м³;

N – число одинаковых дымовых труб (вентруб на АЭС);

Коэффициент n рассчитывается в зависимости от средней скорости газов υ_m в трубе.

Сначала считается комплекс , если υ_m 0,3, то n=3;

Если υ_m<0,5, n=4,4; если υ_m 2, n=1.

При значении 0,5 υ_m 2, ,

если 0,3 υ_m 2, .

Для сернистого ангидрита и диоксида азота учитывается их совместное воздействие в атмосфере (синергизм воздействия не учитывается)

, (10.2)

.

Оцениваются фоновые значения концентрации загрязнений С_ф, например, при отсутствии точных данных можно принимать: пыль – 0,2 мг/м³; сернистый ангидрид – 0,1 мг/м³; диоксид азота – 0,03 мг/м³; оксид углерода – 1,5 мг/м³.

Максимальная приземная концентрация при неблагоприятных метеоусловиях достигается на оси дымового облака по ветру на расстоянии X_m=dH:

при υ_m 2, ;

υ_m >2, .

Опасная скорость ветра на уровне флюгера (10 метров над уровнем земли), при которой имеет место max концентрации (приземной) в атмосфере воздуха:

при υ_m 0,5, V_max = 0,5 м/с;

при 0,5 υ_m 2, V_max = υ_m;

при υ_m > 2, V_max = υ_m·(1+0,12)· .

Величина m определяется по формуле:

, где .

где ω₀ – скорость газов в устье дымовой трубы м/с;

D₀ – диаметр устья, м

При выбросе SO₂ и NO₂ учитываются выбросы обоих ингредиентов выражением .

Высота дымовой трубы должна быть согласована со скоростью газов в устье (табл. 10.2).

Таблица 10.2

Основные элементы труб и их задачи представлены в табл. 10.3.

Таблица 10.3

Некоторые распространенные конструкции дымовых труб

Разновидности оболочек труб