Топках котлоагрегатів при спалювання палива різного виду.

Завдання – розрахувати масу домішок в димових газах при

спалюванні палива різного виду в топках котлоагрегатів.

Основні науково-теоретичні положення

Методичні основи моделювання обсягів (Mi) викидів шкідливих речовин в атмосферу при заданих параметрах джерела (Н, Д, Тф, Во) зводяться до виконання таких етапів:

- розрахунок величини необхідних витрат палива конкретного виду (твердого, рідкого, газоподібного) при заданому значенні величини потреби в умовному паливі;

- розрахунок величини маси викиду в атмосферу конкретної забруднюючої речовини (за рік) при роботі цього джерела на даному виді палива в номінальному робочому режимі;

- розрахунок величини максимально можливого викиду даної домішки в атмосферу за одну секунду при роботі в максимальному режимі на даному виді палива (10-кратне перевантаження стосовно номінального режиму роботи).

Основним видом твердого палива, використовуваного в нашій країні, є донецьке вугілля. Основним видом рідкого палива є пічне паливо (солярка). Як газоподібне паливо використовують природний газ. Параметри окремих видів палива наведені в табл.3.1.

При заданій річній потребі в умовному паливі, Во, т/рік, необхідній для забезпечення роботи джерела (котлоагрегата), перехід до конкретного виду натурального палива здійснюється за допомогою коефіцієнтів зведення із співвідношення

1 т вугілля = 1 т умовн. палива / 0, 85;

1 т рідкого палива = 1 т ум. палива / 0, 56; (3.1)

1000 куб.м газу = 1 т ум. палива / 0, 73.

Розрахунок величини викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря за рік при спалюванні палива в топках котлоагрегатів виконується згідно з такою методикою.

Розрахунок величини викидів твердих частинок леткої золи і недогорілого палива, що викидаються в атмосферу з димовими газами за одиницю часу при спалюванні твердого палива або ж рідкого, виконується за формулою

Мтв = В ∙ А ∙ f (1 - hт), (3.2)

де В – витрати палива, т/рік;

А - зольність палива в робочому стані, %;

hт - частка твердих частинок, що вловлюються в золоуловлювачах, відсотків або часток одиниці.

Параметр (f) згідно з методикою для комунальних котлоагрегатів має такі значення:

для топок, що працюють на вугіллі, fтв=0, 0011;

для топок, що працюють на мазуті, fм= 0, 01;

для топок, що працюють на природному газі, fгаз = 0.

Розрахунок величини викидів оксидів сірки (у перерахунку на двуокис сірки), що викидаються в атмосферу з димовими газами котлоагрегатів за одиницю часу при спалюванні твердого палива або рідкого, виконується за формулою

М(SO₂)= 0, 02 ∙ В ∙ S (1 - hs) (1 - hy), (3.3)

де В – витрати твердого, рідкого, т/рік чи газоподібного, тис.куб.м /рік, палива;

S - вміст сірки в твердому, рідкому, %, чи газоподібному паливі (мг/куб.м);

hs - частка оксидів сірки, зв’язаних леткою золою палива (для вугілля hв = 0, 1; для мазуту hм = 0, 02, для газу hг = 0);

hy - частка оксидів сірки, що уловлюється в золоуловлювачах (для сухих золоуловлювачів hy = 0; для мокрих - залежно від лужності зрошувальної води).

Кількість оксидів азоту (в перерахунку на NO₂), що викидається за одиницю часу, розраховується за формулою

М(NO₂) = 0, 001 ∙ В ∙ Q ∙ Kп (1 - Р), (3.4)

де В – витрати натурального палива за досліджуваний період часу, т/рік, тис.куб.м /рік;

Q - теплота сгорання палива, МДж/кг, МДж/ куб.м;

Кп - параметр, що характеризує кількість оксидів азоту, які утворюються на один ГДж тепла, кг/ГДж;

Р - коефіцієнт, що залежить від ступеня зниження викидів оксиду азоту в результаті застосування технічних рішень.

Розрахунок величини викидів оксидів вуглецю за одиницю часу виконується за формулою

М(CO) = 0, 001 ∙ B ∙ Q ∙ R ∙ gx ∙ KC (1 - 0, 01gm), (3.5)

де В – витрати палива, т/рік, тис.куб.м /рік;

С - вихід оксиду вуглецю при спалюванні палива, кт/т, кт/тис.куб.м, за умови, що С = gm ∙ Q ∙ R;

Q - теплота сгорання палива, МДж/кг, Дж/куб.м;

gm - втрати теплоти внаслідок механічної неповноти сгорання палива, %;

gx - втрати теплоти внаслідок хімічної неповноти сгорання палива, %;

R - коефіцієнт, що враховує частку втрати теплоти, обумовленої наявністю в продуктах сгорання оксиду вуглецю (Rтв =1; Rгаз = 0, 5; Rмаз = 0, 65);

КС – кількість оксиду вуглецю на одиницю теплоти, що виділяється при горінні палива, кг/Дж (КС = 1 кг/Дж).

За відсутності експлуатаційних даних значення gm і gx беруться згідно з табл. 3.1.

Величину максимально можливої маси викиду певної речовини за одиницю часу при роботі джерела із 10-разовим перевантаженням можна розрахувати за формулою

Мmax = 0, 03162 M [т/рік, г/с, куб.м /с]. (3.6)

Таким чином, наведена методика дозволяє розраховувати витрати натурального палива різного виду (твердого, рідкого, газоподібного) при заданій потребі в умовному паливі, а також визначити величину викидів домішок в атмосферу при згоранні цього палива.

Алгоритм виконання роботи

1 Виписати вихідні параметри джерела згідно з варіантом завдання (табл.3.2).

2 Розрахувати необхідні витрати натурального палива різного виду (твердого, рідкого, газоподібного за даними табл.3.1 відповідно за рік та за с) і занести ці результати в табл. 3.3.

3 Розрахувати викиди в атмосферу відповідних забруднюючих домішок при роботі джерела на кожному із видів палива (твердому, рідкому, газоподібному) за рік (формули 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, табл. 3.1) та занести ці результати в табл. 3.4.

4 Розрахувати максимально можливу величину викиду за с та за рік (ф-ла 3.6) при роботі на кожному із видів палива та занести ці результати в табл. 3.4.

5 Порівняти обсяги викидів кожної окремої домішки при роботі джерела на різних видах палива та дати короткий аналіз.

6 Сформулювати стислі висновки за результатами роботи.

Вимоги щодо оформлення результатів роботи

Звіт повинен містити:

1 Вихідні дані згідно із заданим варіантом завдання.

2 Результати всіх послідовних розрахунків (пп.2, 3, 4) згідно із схемою (табл. 3.4).

3 Короткий аналіз результатів розрахунків.

4 Стислі висновки щодо результатів роботи.

Таблиця 3.1 – Параметри натурального палива різного виду

Таблиця 3.2 - Варіанти завдання вихідних параметрів для

об’єктів дослідження

Таблиця 3.3 – Результати розрахунку витрати натурального

палива при заданій потребі в умовному паливі Во

Таблиця 3.4 – Результати розрахунку величини викидів домішок

в атмосферу при сгоранні палива

Питання для самоконтролю

1 Назвати та охарактеризувати параметри системи.

2 Що необхідно і достатньо вказати, щоб задати екосистему?

3 Яку роль відіграють моделі в накопиченні знань та досвіду?

4 Охарактеризувати процес імітації та вказати його роль в дослідженні та моделюванні екосистем.

5 Дати визначення поняття моделі, проаналізувати причинно-наслідкові зв’язки та навести приклади і зробити висновки..

6 Визначити об’єкт моделювання в екології, навести приклади.

7 Дати визначення поняття моделі, вказати її призначення, функції, об’єкт, проаналізувати причинно-наслідкові зв’язки та зробити висновки.

8 Дати визначення поняття процесу моделювання, проаналізувати причинно-наслідкові зв’язки цього процесу та зробити висновки.

9 Перелічити чотири складові принципової загальної схеми моделювання екооб'єкта та проаналізувати причинно-наслідкові зв’язки між ними.

10 Вказати три послідовні етапи процесу моделювання екосистем, проаналізувати логічні та причинно-наслідкові зв’язки й зробити висновки.

11 Назвати три послідовні етапи процесу моделювання екосистеми, дати характеристику кожному етапу та провести порівняльний аналіз.

12 Описати суть методу ітераційного (покрокового) наближення, охарактеризувати його особливості та проаналізувати.

4 Моделювання екологічного навантаження в зоні

техногенних викидів пересувних джерел

Мета роботи – засвоїти методичні основи та набути практичних навичок оцінки техногенного навантаження на екологічний простір в зоні техногенного впливу викидів пересувних джерел транспортних засобів.

Об’єкт дослідження – екологічний простір локальної території.

Предмет дослідження – процес забруднення екопростору

локальної території вихлопами автотранспортних засобів.

Завдання – розрахувати параметри забруднення екопростору в зоні впливу техногенних викидів автотранспорту.

Основні науково-теоретичні положення

При дослідженні процесу забруднення довкілля вихлопними газами пересувних джерел транспортних засобів (автотранспорту) першочерговим завданням є необхідність визначення загальної сумарної маси викиду в атмосферне повітря усіх видів шкідливих речовин (табл.4.9) усіма авто-транспортними засобами, що проходять по досліджуваній ділянці дороги за розрахунковий проміжок часу.

Вважається, що зона активного забруднення довкілля вздовж доріг і вулиць охоплює територію на 50 м вверх та 100 м вліво і вправо від проїжджої частини дороги. Проте як її геометричні параметри, так і рівень забруднення у кожному конкретному випадку залежать від багатьох факторів: ширини проїжджої частини дорожнього полотна (рядності руху), інтенсивності руху автотранспортних потоків (кількості транспортних засобів, що проїжджають за одиницю часу через певну ділянку дороги), швидкості руху, наявності схилів (підйомів) проїжджої частини, частки автомобілів з потужними двигунами (вантажних, автобусів), неоднорідності складу автотранспортних потоків, температури повітря навколишнього середовища, наявності, вздовж дороги трав’яного покриву, кущів, дерев та їх густоти і висоти, забудови, кількості поверхів та її лінійної густоти тощо.

Перший спосіб розрахунку

Масу викиду конкретної речовини з вихлопними газами автотранспорту, що забруднюють довкілля вздовж доріг і вулиць, можна розрахувати виходячи з об’єму спожитого палива одним автомобілем та кількості автотранспортних одиниць, що проходять по досліджуваній ділянці дороги за визначений час.

Кількість (маса) конкретної шкідливої речовини (Mij), що викидається у навколишнє середовище з вихлопами однієї j-ї автотранспортної одиниці при спалюванні одного літра, кг, пали-ва різного виду, характеризується величиною коефіцієнта (Кi).

Масу викиду конкретної шкідливої речовини одним автомобілем за рік можна визначити за формулою

Мij = Р · Кi, (4.1)

де Кi – величина, що визначає викид і-ї речовини при спалюванні 1л (кг) палива різного виду (табл. 4.1);

Р – кількість палива, використаного протягом одного року одним автомобілем (табл. 4.2).

Сумарна маса викиду в атмосферу даної і-ї речовини за рік усіма автотранспортними засобами, що проходять по досліджуваній ділянці дороги за визначений проміжок часу (за одиницю часу), становить

Mi = ∑ Mij; j = 1, N, (4.2)

де Mij - маса викиду в атмосферу даної і-ї шкідливої речовини за рік окремим j-м автотранспортним засобом, що проходить по досліджуваній ділянці дороги та при цьому спалює певну (нормативну) кількість пального;

N – кількість одиниць транспортних засобів, що проходять по досліджуваній ділянці дороги за розрахунковий проміжок часу.

Отже, загальна сумарна маса (M) викиду в атмосферу усіх видів (Р) шкідливих речовин за рік усіма автотранспортними засобами, що проходять по досліджуваній ділянці дороги за розрахунковий проміжок часу, визначається сумою їх викидів, що характеризується величиною коефіцієнта викиду (К) та кількістю транспортних засобів, що проходять по досліджуваній ділянці дороги за розрахунковий проміжок часу

M = ∑ Mi; i = 1, Р, (4.3)

де Mi - сумарна маса викиду в атмосферу даної і-ї речовини за рік усіма автотранспортними засобами, що проходять по досліджуваній ділянці дороги за визначений проміжок часу;

Р – кількість видів шкідливих речовин, що викидають у навколишнє середовище автотранспортні одиниці при проходженні по досліджуваній ділянці дороги.

Другий спосіб розрахунку

Загальну сумарну масу (M) викиду в атмосферу усіх видів шкідливих речовин усіма автотранспортними засобами можна розрахувати за обсягом роботи транспорту, питомої ваги викидів окремих речовин та кількості автомобілів, що проходять по досліджуваній ділянці дороги за розрахунковий проміжок часу.

Масу викиду конкретної шкідливої речовини одним автомобілем за одниницю часу (годину) його роботи можна визначити за даними потужності його двигуна за формулою

Мij = 10^-6 · mi · Кт · Кв · S, (4.4)

де mi – питомий викид конкретної і–ї речовини на 1 км пробігу автомобілем (табл. 4.3);

S – середній пробіг автотранспортного засобу конкретного типу (табл. 4.4);

Кт – коефіцієнт врахування технічного стану двигуна;

Кв – коефіцієнт врахування віку двигуна (табл. 4.5).

Звідси сумарна маса викиду в атмосферу даної і-ї речовини за рік усіма автотранспортними засобами, що проходять по досліджуваній ділянці дороги за визначений (розрахунковий) проміжок часу, становить

Mi = ∑ Mij; j = 1, N, (4.5)

де N – кількість одиниць транспортних засобів, що проходять по досліджуваній ділянці дороги за розрахунковий проміжок часу.

Отже, загальна сумарна маса (M) викиду в атмосферу усіх шкідливих речовин за рік усіма автотранспортними засобами, що проходять по досліджуваній ділянці дороги за розрахунковий проміжок часу, визначається сумою їх викидів, що визначається потужністю його двигуна

M = ∑ Mi; i = 1, Р, (4.6)

де Mi - сумарна маса викиду в атмосферу даної і-ї речовини за рік усіма автотранспортними засобами, що проходять по досліджуваній ділянці дороги за визначений проміжок часу;

Р – кількість видів шкідливих речовин, що викидають у навколишнє середовище автотранспортні одиниці при проходженні по досліджуваній ділянці дороги.

Алгоритм виконання роботи

1 Виписати вихідні дані (табл.4.1, 4.2) згідно із заданим варіантом для типу транспорту та виду шкідливої речовини.

2 Розрахувати масу викиду (Міj, кг/рік) кожної конкретної і-ї речовини одним окремим автотранспортним засобом досліджуваного типу за рік при спалюванні 1 т палива заданого виду (бензин, дизпаливо, газ) (ф-ла 4.1).

3 Обчислити сумарну масу викиду кожної і-ї речовини за рік усіма одиницями автотранспортних засобів даного типу, що проходять по досліджуваній ділянці дороги за визначений проміжок часу при роботі на даному виді палива (Mi, ф-ла 4.2) та загальну масу викиду усіх шкідливих речовин (M, ф-ла 4.3).

4 Виписати вихідні дані (табл.4.3, 4.4, 4.5) для заданого типу автотранспорту.

5 Розрахувати масу викиду (Міj, кг/рік) кожної шкідливої речо-вини одним автомобілем за рік його роботи при даній потужності його двигуна при роботі на заданому виді палива (ф.4.4).

6 Обчислити сумарну масу викиду кожної і-ї речовини за рік усіма автотранспортними засобами, що проходять по досліджуваній ділянці дороги за визначений проміжок часу при роботі на різних видах палива (Mi, ф-ла 4.5) та загальну масу викиду усіх шкідливих речовин (M, ф-ла 4.6).

7 Оформити (табл.4.7 і 4.8) та проаналізувати одержані результати розрахунку.

8 Сформулювати основні висновки за результатами роботи.

Таблиця 4.1 – Коефіцієнт викиду речовин з вихлопними газами

для двигунів при спалюванні 1 кг (л) палива (Кi)

Таблица 4.2 - Нормативи витрати палива (Мn), споживання

палива (P) та пробігу автомобілів (S)

Таблиця 4.3 – Питомий викид і–ї речовини на 1 км пробігу (mi)

Таблица 4.4 - Робочі нормативи автотранспортних засобів

Таблиця 4.5 – Коефіцієнти урахування віку (Кв) і технічного

стану (Кт) двигуна автотранспортного засобу

Таблиця 4.6 - Варіанти завдання вихідних параметрів для

об’єктів дослідження

Таблиця 4.7 – Рекомендована схема оформлення результатів

розрахунку (метод 1)

Таблиця 4.8 – Рекомендована схема оформлення результатів

розрахунку (метод 2)

Таблиця 4.9 – Наближений склад (відсоток до обсягу)

відпрацьованих вихлопних газів автомобілів

Вимоги щодо оформлення результатів роботи

Звіт повинен містити:

1 Вихідні дані згідно із заданим варіантом завдання (пп. 1, 4).

2 Результати усіх послідовних розрахунків (пп.2-6), оформлених згідно із вимогами (табл. 4.4).

3 Короткий аналіз результатів.

4 Стислі висновки щодо результатів.

Питання для самоконтролю

1. Навести визначення поняття моделі, проаналізувати причинно-наслідкові зв’язки та зробити висновки.

2 Дати визначення процесу моделювання, проаналізувати причинно-наслідкові зв’язки та зробити висновки.

3 Визначити складові принципової загальної схеми моделювання екооб'єкта, проаналізувати причинно-наслідкові зв’язки та зробити висновки.

4 Назвати послідовні етапи процесу моделювання екосистеми, проаналізувати причинно-наслідкові зв’язки й зробити висновки.

5 Назвати методи дослідження (вивчення) об'єкта за допомогою моделей, провести порівняльний аналіз та зробити висновки.

6 Назвати основні види досліджень, які виконуються за допомогою моделей, провести короткий аналіз та зробити висновки.

7 Назвати етапи процесу моделювання екосистем, дати повну характеристику 1-му етапу, проаналізувати та зробити висновки.

8 Назвати етапи процесу моделювання екосистем, дати повну характеристику 2-му етапу, проаналізувати та зробити висновки.

9 Назвати етапи процесу моделювання екосистем, дати повну характеристику 3-му етапу, проаналізувати та зробити висновки.

10 Описати метод ітераційного (покрокового) наближення, охарактеризувати його особливість, проаналізувати та зробити висновки.

5 Моделювання структури розподілу реціпієнтів

на території зони екологічного навантаження

Мета роботи - засвоїти методичні основи та набути практичних

навичок розрахунку і аналізу структури розподілу території

території зони активного забруднення екологічного простору.

Об’єкт дослідження – локальна територія зони техногенного

навантаження на екологічний простір.

Предмет дослідження – структура розподілу території зони

активного забруднення екологічного простору.

Завдання – розрахувати структуру розподілу локальної території

в зоні техногенного навантаження.

Основні науково-теоретичні положення

Моделювання структури розподілу території зони активного забруднення (ЗАЗ) екологічного простору (ЕП) зводиться до розрахунку ділянок території, зайнятої об’єктами-реціпієнтами окремого типу: житловою забудовою (селітебна територія), рекреаційними зонами, промисловими майданчиками, сільсько-господарськими чи лісовими угіддями тощо, які потрапляють в зону впливу забруднення викидами певного техногенного джере-ла залежно від розташування цього джерела (в центрі населеного пункту, на його околиці або за межами населеного пункту).