1. Cel projektu:

Wyznaczenie dopuszczalnych stężeń emitowanych przez kotłownie węglową.

1. Zakres projektu:

Wyznaczenie dopuszczalnych emisji zanieczyszczeń dla trzech wariantów pracy kotła wynikających z tematu.

2.1. Obliczenia wstępne

• Obliczenia emisji zanieczyszczeń (godzinowych) SO2, NOx, CO, pyłu całkowitego i wszystkich frakcji pyłu (w tym pyłu zawieszonego PM10) dla wszystkich wariantów pracy kotłowni.

• Obliczenia składu frakcyjnego pyłu emitowanego i całkowitej skuteczności odpylania.

• Obliczenia rocznych emisji zanieczyszczeń SO2, NOx, CO i pyłu całkowitego.

• Obliczenia prędkości swobodnego opadania ziaren pyłu dla poszczególnych frakcji pyłu.

• Obliczenia strumienia objętości spalin w warunkach rzeczywistych i normatywnych oraz prędkości wylotu spalin dla 2 wariantów.

• Obliczenia stężeń w spalinach w warunkach suchych, dla zawartości 6% O2 w spalinach.

• Obliczenia prędkości opadania poszczególnych frakcji pyłu.

  2. Obliczenia rozprzestrzeniania zanieczyszczeń

• Sprawdzenie warunków skróconego zakresu obliczeń dla substancji gazowych oraz sprawdzenie warunków kryterium opadu pyłu –przypadku niespełnienia warunku skróconego zakresu dla jakiejkolwiek substancji gazowej przechodzimy do pełnego zakresu obliczeń.

• Projekt siatki obliczeniowej – wykonać schemat siatki obliczeniowej z węzłami siatki oraz naniesionymi lokalizacjami emitora i budynku mieszkalnego.

• Obliczenia rozkładów przestrzennych stężeń maksymalnych i średnich wybranych substancji i częstości przekroczeń wartości odniesienia dla stężeń w sieci receptorów wokół emitora.

• Obliczenia stężeń wybranych zanieczyszczeń na poziomie zabudowy mieszkalnej zlokalizowanej w pobliżu emitora.

• Obliczenia opadu pyłu/

• Określenie emisji granicznych ze względu na kryterium imisyjne.

• Określenie emisji granicznych ze względu na kryterium emisyjne.

• Propozycja emisji dopuszczalnych przedstawiona w tabeli.

• Określenie niezbędnego stopnia i sposobu ograniczania emisji.

• Wnioski i zalecenia.

1. Charakterystyka obiektu:

Zadanym obiektem jest kotłownia, w której umieszczone są 2 kotły parowe OR-5 o wydajności cieplnej kotła Q_N= 3,8 MW z rusztem mechanicznym o sprawności cieplnej wynoszącej η= 80,5% . W kotłach spalany jest węgiel kamienny (miał) o wartości opałowej W_d= 22600 kJ/kg. Zawartość popiołu w paliwie wynosi: Ar = 13%, zawartość siarki w paliwie wynosi: S = 1,9%. Spaliny o temp = 445 K, odprowadzane z kotła zawierają wilgoć o wartości X=64 g/kg s.s. Skuteczność odsiarczania spalin (matoda sucha) wynosi ŋ_SO2= 29%. Gęstość pyłu odprowadzanego do atmosfery wynosi 2020 kg/m3.

Skład frakcyjny unoszonego pyłu wynosi:

• 0-10 µm - 18%

• 10-20 µm -16%

• 20-40 µm – 14%

• 40-60 µm – 18%

• 60-100µm – 22%

• > 100 µm - 12%

Skuteczności przedziałowe odpylania (bateria cyklonów):

• 0-10 µm - 12%

• 10-20 µm -31%

• 20-40 µm – 58%

• 40-60 µm – 77%

• > 60 µm - 98%

Praca kotłów przebiega w trzech wariantach:

Sezon letni:

1 kocioł – obciążenie średnie, czas pracy: 4000 godzin.

Sezon zimowy:

2 kotły – obciążenie średnie, czas pracy: 2850 godzin.

2 kotły – obciążenie maksymalne, czas pracy: 1050 godzin.

1. Charakterystyka obszaru oddziaływania.

Obszar oddziaływania to miasto 100-500 tyś. mieszkańców (zabudowa średnia). Budynek VII kondygnacyjny w odległości 25 m w kierunku NE od emitora.

1. Tło

Przyjęte oznaczenie dla tła zanieczyszczeń: R

Do celów projektowych przyjęto tło na poziomie 51% wartości odniesienia. Dla celów obliczeniowych dla opadu przyjęto tło jak dla pozostałych zanieczyszczeń. \

Tabela 1.

1. Dane meteo.

Na podstawie rocznej róży wiatrów dla miasta Opole. Wysokość anemometru h_a= 14 m, średnioroczna temperatura otoczenia T_ot= 281,2 K.

1. Obliczenia wstępne.

7.1. Obliczenia emisji zanieczyszczeń.

• Wydajność ciepła źródła (kotła)

Q_kmax = Q_N  [MW]

Q_kmax = 3, 8 [MW]

$$Q_{k_{sr}} = Q_{\text{N\ }} \bullet \frac{k}{100\ }\ \left\lbrack \text{MW} \right\rbrack$$

$$Q_{k_{sr}} = 3,8 \bullet \frac{6876}{100\ } = 2,888\left\lbrack \text{MW} \right\rbrack$$

Q_N - nominalna wydajność cieplna kotła [MW]

k – obciążenie kotła [%]

• Wydajność cieplna kotłowni

Q_hI = Q_ksr [MW]

Q_hI = 2, 888 [MW] = 2888 kW

Q_hII = 2 • Q_ksr [MW]

Q_hII = 2 • 2, 888 = 5, 776 [MW] = 5776 kW

Q_hIII = 2 • Q_kmax [MW]

Q_hIII = 2 • 3, 8 = 7, 6 [MW] = 7600 kW

• Zużycie paliwa dla kotłowni

$$B_{h_{i}} = \frac{Q_{h_{i}}}{W_{d} \bullet \eta}\ \lbrack kg/s\rbrack$$

Q_hi- wydajność cieplna kotła dla i-tego wariantu pracy [kW]

W_d- wartość opałowa paliwa [kJ/kg]

η- sprawność cieplna kotła

$$B_{h_{I}} = \frac{Q_{h_{I}}}{W_{d} \bullet \eta}\ \lbrack kg/s\rbrack$$

$$B_{h_{I}} = \frac{2888}{22600 \bullet 0,805} \bullet 3600 = 572,4\ \lbrack kg/h\rbrack$$

$$B_{h_{\text{II}}} = \frac{Q_{h_{\text{II}}}}{W_{d} \bullet \eta}\ \lbrack kg/s\rbrack$$

$$B_{h_{I}} = \frac{5776}{22600 \bullet 0,805} \bullet 3600 = 1141,2\ \lbrack kg/h\rbrack$$

$$B_{h_{\text{III}}} = \frac{Q_{h_{\text{III}}}}{W_{d} \bullet \eta}\ \lbrack kg/s\rbrack$$

$$B_{h_{I}} = \frac{7600}{22600 \bullet 0,805} \bullet 3600 = 1504,8\ \lbrack kg/h\rbrack$$

• Unos zanieczyszczeń

$$S_{N} = \frac{Q_{N}}{\eta}\ \lbrack MW\rbrack$$

Q_N - nominalna wydajność cieplna kotła [MW]

η- sprawność cieplna źródła

$$S_{N} = \frac{3,8}{0,805} = 4,720\ \lbrack MW\rbrack$$

• Unos zanieczyszczeń dla wszystkich wariantów pracy kotła

(U_SO2)_i = B_hi • W_SO2 • s [kg/h]

(U_NO2)_i = B_hi • W_NO2 [kg/h]

(U_CO)_i = B_hi • W_CO [kg/h]

${(U}_{p})_{i} = B_{h_{i}} \bullet W_{p} \bullet A_{r} \bullet \frac{100}{100 - P}$ [kg/h]

(U_pj)_i = (U_p)_i • μ_uj [kg/h]

s – zawartość siarki w paliwie [%]

P – zawartość części palnych w pyle [%]

A_r – zawartość popiołu w paliwie [%]

μ_uj - udział j-tej trakcji w pyle całkowitym

$${(U}_{SO_{2}})_{I} = B_{h_{I}} \bullet W_{SO_{2}} = \frac{572,4 \bullet 16 \bullet 1,9}{1000} = 12,822\ \lbrack kg/h\rbrack$$

$${(U}_{SO_{2}})_{\text{II}} = B_{h_{\text{II}}} \bullet W_{SO_{2}} = \frac{1141,2 \bullet 16 \bullet 1,9}{1000} = 34,692\ \lbrack kg/h\rbrack$$

$${(U}_{SO_{2}})_{\text{III}} = B_{h_{\text{III}}} \bullet W_{SO_{2}} = \frac{1504,8 \bullet 16 \bullet 1,9}{1000} = 45,746\ \lbrack kg/h\rbrack$$

${(U}_{NO_{2}})_{I} = B_{h_{I}} \bullet W_{NO_{2}} = \frac{1504,8 \bullet 1,4}{1000}\ = 2,290\ \lbrack kg/h\rbrack$

$${\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (U}_{NO_{2}})_{\text{II}} = B_{h_{\text{II}}} \bullet W_{NO_{2}} = \frac{114,2 \bullet 4}{1000} = 4,565\ \lbrack\text{kg}/h\rbrack$$

$${(U}_{NO_{2}})_{\text{III}} = B_{h_{\text{III}}} \bullet W_{NO_{2}} = \frac{1504,8 \bullet 4}{1000} = 6,019\ \lbrack kg/h\rbrack$$

$${(U}_{\text{CO}})_{I} = B_{h_{I}} \bullet W_{\text{CO}} = \frac{572,4 \bullet 10}{1000} = 5,724\ \lbrack kg/h\rbrack\ $$

$${(U}_{\text{CO}})_{\text{II}} = B_{h_{\text{II}}} \bullet W_{\text{CO}} = \frac{1141,2 \bullet 10}{1000} = 11,412\ \ \lbrack kg/h\rbrack$$

$${(U}_{\text{CO}})_{\text{III}} = B_{h_{\text{III}}} \bullet W_{\text{CO}} = \frac{1504,8 \bullet 10}{1000} = 15,048\ \lbrack kg/h\rbrack\ $$

$${(U}_{p})_{I} = B_{h_{I}} \bullet W_{p} \bullet A_{r} \bullet \frac{100}{100 - P} = \frac{572,4 \bullet 2,5 \bullet 13 \bullet \frac{100}{100 - 20}}{1000} = 23,254\ \lbrack kg/h\rbrack\ $$

$${(U}_{p})_{\text{II}} = B_{h_{\text{II}}} \bullet W_{p} \bullet A_{r} \bullet \frac{100}{100 - P} = \frac{1141,2 \bullet 2,5 \bullet 13 \bullet \frac{100}{100 - 20}}{1000} = 46,361\ \ \lbrack kg/h\rbrack\ $$

$${(U}_{p})_{\text{III}} = B_{h_{\text{III}}} \bullet W_{p} \bullet A_{r} \bullet \frac{100}{100 - P} = \frac{1504,8 \bullet 2,5 \bullet 13 \bullet \frac{100}{100 - 20}}{1000} = 61,133\ \lbrack kg/h\rbrack\ $$

(U_{p 0 − 10})_I = (U_p)_I • μ_{u0 − 10} = 23, 254 * 0, 18 = 4, 186[kg/h] 

(U_{p 10 − 20})_I = (U_p)_I • μ_{u10 − 20} = 23, 254 * 0, 16 = 3, 721[kg/h]

(U_{p 20 − 40})_I = (U_p)_I • μ_{u20 − 40} = 23, 254 * 0, 14 = 3, 256[kg/h]

(U_{p 40 − 60})_I = (U_p)_I • μ_{u40 − 60} = 23, 254 * 0, 18 = 4, 186[kg/h]

(U_{p 60 − 100})_I = (U_p)_I • μ_{u60 − 100} = 23, 254 * 0, 22 = 5, 116[kg/h]

(U_p > 100)_I = (U_p)_I • μ_u>100 = 23, 254 * 0, 12 = 2, 790[kg/h]

(U_{p 0 − 10})_II = (U_p)_II • μ_{u0 − 10} = 46, 361 * 0, 18 = 8, 345[kg/h] 

(U_{p 10 − 20})_II = (U_p)_II • μ_{u10 − 20} = 46, 361 * 0, 16 = 7, 418[kg/h]

(U_{p 20 − 40})_II = (U_p)_II • μ_{u20 − 40} = 46, 361 * 0, 14 = 6, 491[kg/h]

(U_{p 40 − 60})_II = (U_p)_II • μ_{u40 − 60} = 46, 361 * 0, 18 = 8, 345[kg/h]

(U_{p 60 − 100})_II = (U_p)_II • μ_{u60 − 100} = 46, 361 * 0, 22 = 10, 199[kg/h]

(U_p > 100)_II = (U_p)_II • μ_u>100 = 46, 361 * 0, 12 = 5, 563[kg/h]

(U_{p 0 − 10})_III = (U_p)_III • μ_{u0 − 10} = 61, 133  * 0, 18 = 11, 004[kg/h] 

(U_{p 10 − 20})_III = (U_p)_III • μ_{u10 − 20} = 61, 133  * 0, 16 = 9, 781[kg/h]

(U_{p 20 − 40})_III = (U_p)_III • μ_{u20 − 40} = 61, 133  * 0, 14 = 8, 559[kg/h]

(U_{p 40 − 60})_III = (U_p)_III • μ_{u40 − 60} = 61, 133  * 0, 18 = 11, 004[kg/h]

(U_{p 60 − 100})_III = (U_p)_III • μ_{u60 − 100} = 61, 133  * 0, 22 = 13, 450[kg/h]

(U_p > 100)_III = (U_p)_III • μ_u>100 = 61, 133  * 0, 12 = 7, 336[kg/h]

• Emisje zanieczyszczeń

  2. Emisje substancji gazowych

(E_SO2)_i = (U_SO2)_i • (1 − η_SO2) [kg/h]

(E_NO2)_i = (U_NO2)_i [kg/h]

(E_CO)_i = (U_CO)_i [kg/h]

η_SO2- skuteczność odsiarczania

(E_SO2)_I = (U_SO2)_I • (1−η_SO2) = 17, 401 • (1−0,29) = 12, 355 [kg/h]

(E_SO2)_II = (U_SO2)_II • (1−η_SO2) = 34, 692 • (1−0,25) = 24, 631[kg/h]

(E_SO2)_III = (U_SO2)_III • (1−η_SO2) = 45, 746 • (1−0,29) = 32, 480[kg/h] 

(E_NO2)_I = (U_NO2)_I = 2, 290 [kg/h]

(E_NO2)_II = (U_NO2)_II = 4, 565 [kg/h]

(E_NO2)_III = (U_NO2)_III = 6, 019 [kg/h]

(E_CO)_I = (U_CO)_I = 5, 724 [kg/h]

(E_CO)_II = (U_CO)_II = 11, 412 [kg/h]

(E_CO)_III = (U_CO)_III = 15, 048[kg/h] 

2. Emisja pyłu całkowitego

(E_p)_i = (U_p)_i • (1−η_pc) [kg/h] 

$$\eta_{p_{c}} = \sum_{j}^{}\mu_{u_{j}} \bullet \eta_{p_{j}}$$

η_pc - całkowita skuteczność odpylania

η_pj - frakcyjna skuteczność odpylania

η_pc = 0, 6242

(E_p)_I = (U_p)_I • (1−η_pc) =  23, 254 • (1−0,6242) = 8, 739 [kg/h] 

(E_p)_II = (U_p)_II • (1−η_pc) = 46, 361 • (1−0,6242) = 17, 422 [kg/h] 

(E_p)_III = (U_p)_III • (1−η_pc) = 61, 133  • (1−0,6242) = 22, 974 [kg/h] 

2. Emisja frakcyjna pyłu

(E_pj)_i = (U_pj)_i • (1−η_pj) [kg/h]

U_pj- unos j-tej frakcji pyłu [kg/h]

(E_pj)_I = 4, 186 • (1−0,12) = 3, 684 [kg/h]

(E_pj)_I = 3, 721 • (1−0,31) = 2, 567 [kg/h]

(E_pj)_I = 3, 256 • (1−0,58) = 1, 368 [kg/h]

(E_pj)_I = 4, 186 • (1−0,77) = 0, 963 [kg/h]

(E_pj)_I = 5, 116 • (1−0,98) = 0, 102 [kg/h]

(E_pj)_I = 2, 790 • (1−0,98) = 0, 056 [kg/h]∖n ∖ n(E_pj)_II = 8, 345 • (1−0,12) = 7, 351 [kg/h]

(E_pj)_II = 7, 418 • (1−0,31) = 5, 118 [kg/h]

(E_pj)_II = 6, 491 • (1−0,58) = 2, 726 [kg/h]

(E_pj)_II = 8, 345 • (1−0,77) = 1, 919 [kg/h]

(E_pj)_II = 10, 199 • (1−0,98) = 0, 204 [kg/h]

(E_pj)_II = 5, 563 • (1−0,98) = 0, 111 [kg/h]

(E_pj)_III = 11, 004 • (1−0,12) = 9, 684 [kg/h]

(E_pj)_III = 9, 781 • (1−0,31) = 6, 749kg/h]

(E_pj)_III = 8, 559 • (1−0,58) = 3, 595 [kg/h]

(E_pj)_III = 11, 004 • (1−0,77) = 2, 531 [kg/h]

(E_pj)_III = 13, 450 • (1−0,98) = 0, 269 [kg/h]

(E_pj)_III = 7, 336 • (1−0,98) = 0, 147 [kg/h]

2. Udział frakcji w pyle emitowanym

$$\mu_{E_{j}} = \frac{E_{p_{j}}}{E_{p}}$$

2. Prędkość swobodnego opadania ziaren pyłu

$$\eta_{\text{pow}} = \eta_{0_{\text{pow}}} \bullet \frac{273 + C}{T_{\text{ot}} + C} \bullet \left( \frac{T_{\text{ot}}}{273} \right)^{1,5}$$

$\eta_{\text{pow}} = 17,04 \bullet 10^{- 6} \bullet \frac{273 + 112}{281,2 + 112} \bullet \left( \frac{280,7281,2}{273} \right)^{1,5} = 1,744 \bullet 10^{- 6}\ \lbrack Pa \bullet s\rbrack$

η_pow - dynamiczny współczynnik lepkości powietrza dla warunków rzeczywistych

η_0pow - dynamiczny współczynnik lepkości powietrza dla warunków normalnych = 17, 04 • 10⁻⁶ Pa • s [Ns/m³]

T_ot - temperatura otoczenia [K]

C - stała Sutherlanda, dla powietrza C=112

$$A_{r} = \frac{{d_{p}}^{3} \bullet \rho_{\text{pow}} \bullet g \bullet (\rho_{p} - \rho_{\text{pow}})}{{\eta_{\text{pow}}}^{2}}$$

d_p - średnica ziarna pyłu [m]

ρ_pow - gęstość powietrza dla warunków rzeczywistych [kg/m³]

ρ_p - gęstość pyłu [kg/m³]

$$A_{\text{rI}} = \frac{{(5 \bullet 10^{- 6})}^{3} \bullet 1,255 \bullet 9,81 \bullet (2020 - 1,255)}{{(1,744 \bullet 10^{- 5})}^{2}} = 1,021 \bullet 10^{- 2}$$

$$A_{\text{rII}} = \frac{{(15 \bullet 10^{- 6})}^{3} \bullet 1,255 \bullet 9,81 \bullet (2020 - 1,255)}{{(1,744 \bullet 10^{- 5})}^{2}} = 0,29196$$

$$A_{\text{rI}\text{II}} = \frac{{(30 \bullet 10^{- 6})}^{3} \bullet 1,255 \bullet 9,81 \bullet (2020 - 1,255)}{{(1,744 \bullet 10^{- 5})}^{2}} = 2,3357$$

$$A_{\text{rIV}} = \frac{{(50 \bullet 10^{- 6})}^{3} \bullet 1,255 \bullet 9,81 \bullet (2020 - 1,255)}{{(1,744 \bullet 10^{- 5})}^{2}} = 10,214$$

$$A_{\text{rV}} = \frac{{(80 \bullet 10^{- 6})}^{3} \bullet 1,255 \bullet 9,81 \bullet (2020 - 1,255)}{{(1,744 \bullet 10^{- 5})}^{2}} = 41,838$$

$$A_{\text{rVI}} = \frac{{(150 \bullet 10^{- 6})}^{3} \bullet 1,255 \bullet 9,81 \bullet (2020 - 1,255)}{{(1,744 \bullet 10^{- 5})}^{2}} = 275,786$$

$$\text{Re}_{p_{\text{sz}}} = \frac{A_{r}}{18 + 0,61 \bullet \sqrt{A_{r}}}$$

$$\text{Re}_{\text{pI}} = \frac{1,021 \bullet 10^{- 2}}{18 + 0,61 \bullet \sqrt{1,021 \bullet 10^{- 2}}} = 5,653 \bullet 10^{- 4}$$

$$\text{Re}_{p_{I}} = \frac{0,276}{18 + 0,61 \bullet \sqrt{0,276}} = 1,59 \bullet 10^{- 2}$$

$$\text{Re}_{\text{PIII}} = \frac{2,206}{18 + 0,61 \bullet \sqrt{2,206}} = 0,117$$

$$\text{Re}_{p_{\text{IV}}} = \frac{10,214}{18 + 0,61 \bullet \sqrt{10,214}} = 0,512$$

$$\text{Re}_{p_{V}} = \frac{41,838}{18 + 0,61 \bullet \sqrt{41,838}} = 1,906$$

$$\text{Re}_{p_{\text{VI}}} = \frac{275,838}{18 + 0,61 \bullet \sqrt{275,838}} = 9,804$$

W przypadku powyższych obliczeń występuje ruch laminarny z wyjątkiem jednego – z ruchem przejściowym.

2. Określenie składu spalin suchych (przy braku analizy elementarnej paliwa)

• Zawartość O₂

$$O_{2} = \frac{21 \bullet (\lambda - 1)}{\lambda}\ \lbrack\%\rbrack$$

$$O_{2} = \frac{21 \bullet (1,58 - 1)}{1588} = 7,709\ \lbrack\%\rbrack$$

• Zawartość CO₂

$$\text{CO}_{2} = \text{CO}_{2_{\max}} \bullet \left( 1 - \frac{O_{2}}{21} \right)\ \lbrack\%\rbrack$$

CO_2max - maksymalna zawartość CO₂ w spalinach; dla węgla kamiennego wynosi 18,7%

$$\text{CO}_{2} = 18,7 \bullet \left( 1 - \frac{7,709}{21} \right) = 11,835\ \lbrack\%\rbrack$$

• Zawartość N₂

N₂ = 100 − O₂ − CO₂ [%]

N₂ = 100 − 7, 709 − 11, 835 = 80, 456 [%]

2. Określenie gęstości spalin suchych w warunkach normalnych

$$\rho_{\text{ss}_{n}} = \frac{O_{2}}{100} \bullet \rho_{O_{2}} + \frac{\text{CO}_{2}}{100} \bullet \rho_{\text{CO}_{2}} + \frac{N_{2}}{100} \bullet \rho_{N_{2}}\ \lbrack kg/{m^{3}}_{n}\rbrack$$

Gdzie:

$$\rho_{O_{2}} = \frac{M_{O_{2}}}{22,4}\ ,\ \rho_{\text{CO}_{2}} = \frac{M_{\text{CO}_{2}}}{22,4}\ ,\ \rho_{N_{2}} = \frac{M_{N_{2}}}{22,4}\ \ \lbrack kg/{m^{3}}_{n}\rbrack$$

$$\rho_{O_{2}} = \frac{32}{22,4} = 1,429\ ,\ \rho_{\text{CO}_{2}} = \frac{44}{22,4} = 1,964\ ,\ \rho_{N_{2}} = \frac{28}{22,4} = 1,250\ \ \lbrack kg/{m^{3}}_{n}\rbrack$$

$$\rho_{\text{ss}_{n}} = \frac{7,709}{100} \bullet 1,429 + \frac{11,835}{100} \bullet 1,964 + \frac{80,456}{100} \bullet 1,250 = 1,348\lbrack kg/{m^{3}}_{n}\rbrack$$

2. Określenie ilości powstających spalin przy spalaniu węgla kamiennego lub brunatnego (przy braku analizy elementarnej paliwa)

• Minimalne jednostkowe zapotrzebowanie powietrza (dla 𝛌=1)

$$V_{P_{\min}} = \frac{1,012 \bullet W_{d}}{4,19 \bullet 10^{3}} + 0,5\ {{\ \lbrack m}^{3}}_{n}/k\text{g\ \ paliwa}\rbrack$$

$$V_{P_{\min}} = \frac{1,012 \bullet 22600}{4,19 \bullet 10^{3}} + 0,5 = 5,959\ {{\ \lbrack m}^{3}}_{n}/kg\ \ paliwa\rbrack$$

• Minimalna jednostkowa ilość powstających spalin wilgotnych

$$V_{\text{SW}_{\min}} = \frac{0,89 \bullet W_{d}}{4,19 \bullet 10^{3}} + 1,65\ {{\ \lbrack m}^{3}}_{n}/kg\ \ paliwa\rbrack$$

$$V_{\text{SW}_{\min}} = \frac{0,89 \bullet 22600}{4,19 \bullet 10^{3}} + 1,65 = 6,450{{\ \lbrack m}^{3}}_{n}/kg\ \ paliwa\rbrack$$

• Rzeczywista jednostkowa ilość spalin wilgotnych w warunkach normalnych

V_SW = V_SWmin + (λ−1) • V_Pmin [m³_n/kg  paliwa]

V_SW = 6, 450 + (1,58−1) • 5, 959=9, 906  [m³_n/kg  paliwa]

• Strumień spalin wilgotnych w warunkach normalnych

V_SWn = V_SW • B_h [m³_n/h]

V_SWnI = 9, 906 • 572, 4 = 5670, 194  [m³_n/h]

V_SWnII = 9, 906 • 1141, 2 = 11304, 727 [m³_n/h]

V_SWnIII = 9, 906 • 1504, 8 = 14906, 549 [m³_n/h]

• Strumień spalin wilgotnych w warunkach rzeczywistych

$$V_{\text{SW}_{\text{rz}}} = V_{\text{SW}_{n}} \bullet \frac{T_{s}}{273}\ \lbrack m^{3}/h\rbrack$$

$$V_{\text{SW}_{\text{rzI}}} = 5670,194\ \bullet \frac{445}{273} = 9242,624\lbrack m^{3}/h\rbrack$$

$$V_{\text{SW}_{\text{rzII}}} = 11304,727 \bullet \frac{445}{273} = 18427,119\lbrack m^{3}/h\rbrack$$

$$V_{\text{SW}_{\text{rzIII}}} = 14906,549 \bullet \frac{445}{273} = 24298,221\lbrack m^{3}/h\rbrack$$

• Strumień spalin suchych w warunkach normalnych

$$V_{\text{SS}_{n}} = \frac{V_{\text{SW}_{n}}}{1 + \frac{x \bullet \rho_{\text{SS}_{n}} \bullet 22,4}{18}}\text{\ \ }{{\lbrack m}^{3}}_{n}/h\rbrack$$

$$V_{\text{SS}_{\text{nI}}} = \frac{5670,194}{1 + \frac{0,064 \bullet 1,348 \bullet 22,4}{18}} = 5605,712\text{\ \ }{{\lbrack m}^{3}}_{n}/h\rbrack$$

$$V_{\text{SS}_{\text{nII}}} = \frac{11304,727}{1 + \frac{0,064 \bullet 1,348 \bullet 22,4}{18}} = 11176,168\text{\ \ }{{\lbrack m}^{3}}_{n}/h\rbrack$$

$$V_{\text{SS}_{\text{nIII}}} = \frac{14906,549}{1 + \frac{0,064 \bullet 1,348 \bullet 22,4}{18}} = 14737,030\text{\ \ }{{\lbrack m}^{3}}_{n}/h\rbrack$$

• Strumień spalin suchych w warunkach normalnych przy zawartości 6% O₂ w spalinach

$${(V}_{\text{SS}_{n}})_{6\%} = V_{\text{SS}_{n}} \bullet \frac{21 - O_{2}}{21 - 6}\ {{\lbrack m}^{3}}_{n}/h\rbrack$$

$${(V}_{\text{SS}_{n}})_{6\% I} = 5605,712\ \ \bullet \frac{21 - 7,709}{21 - 6} = 4967,035\ {{\lbrack m}^{3}}_{n}/h\rbrack$$

$${(V}_{\text{SS}_{n}})_{6\% II} = 11176,168 \bullet \frac{21 - 7,709}{21 - 6} = 9902,830\text{\ \ }{{\lbrack m}^{3}}_{n}/h\rbrack$$

$${(V}_{\text{SS}_{n}})_{6\% III} = 14737,030 \bullet \frac{21 - 7,709}{21 - 6} = 13057,991\text{\ \ }{{\lbrack m}^{3}}_{n}/h\rbrack$$

2. Określenie stężeń zanieczyszczeń w spalinach w przeliczeniu na spaliny suche przy zawartości 6% O₂

$${(S}_{\text{SO}_{2}})_{\text{SS}_{6\%}} = \frac{E_{\text{SO}_{2}}}{{(V}_{SS_{n}})_{6\%}}\ \lbrack mg/{m^{3}}_{n}\rbrack$$

$${(S}_{\text{NO}_{2}})_{\text{SS}_{6\%}} = \frac{E_{\text{NO}_{2}}}{{(V}_{SS_{n}})_{6\%}}\ \lbrack mg/{m^{3}}_{n}\rbrack$$

$${(S}_{\text{CO}})_{\text{SS}_{6\%}} = \frac{E_{\text{CO}}}{{(V}_{SS_{n}})_{6\%}}\ \lbrack mg/{m^{3}}_{n}\rbrack$$

$${(S}_{p})_{\text{SS}_{6\%}} = \frac{E_{p}}{{(V}_{SS_{n}})_{6\%}}\ \lbrack mg/{m^{3}}_{n}\rbrack$$

$${(S}_{PM10})_{\text{SS}_{6\%}} = \frac{E_{PM10}}{{(V}_{SS_{n}})_{6\%}}\ \lbrack mg/{m^{3}}_{n}\rbrack$$

$${(S}_{\text{SO}_{2}})_{\text{SS}_{6\%}} = \frac{12,355 \bullet 10^{6}}{5605,712} = 2204,002\lbrack mg/{m^{3}}_{n}\rbrack$$

$${(S}_{\text{NO}_{2}})_{\text{SS}_{6\%}} = \frac{2,290 \bullet 10^{6}}{5605,712} = 408,512\lbrack mg/{m^{3}}_{n}\rbrack$$

$${(S}_{\text{CO}})_{\text{SS}_{6\%}} = \frac{5,724 \bullet 10^{6}}{5605,712} = 1021,101\lbrack mg/{m^{3}}_{n}\rbrack$$

$${(S}_{p})_{\text{SS}_{6\%}} = \frac{8,739 \bullet 10^{6}}{5605,712} = 1558,946\ \lbrack mg/{m^{3}}_{n}\rbrack$$

$${(S}_{PM10})_{\text{SS}_{6\%}} = \frac{3,684 \bullet 10^{6}}{5605,712} = 657,187\ \lbrack mg/{m^{3}}_{n}\rbrack$$

2. Prędkości wylotowe spalin.

$$V = \frac{V_{\text{SW}_{\text{rz}}}}{F_{e}} = \frac{V_{\text{SW}_{\text{rz}}} \bullet 4}{\pi \bullet {d_{e}}^{2}}\ \ \lbrack m/s\rbrack$$

$$V_{1} = \frac{V_{\text{SW}_{\text{rz}}} \bullet 4}{\pi \bullet {d_{e}}^{2}} = \frac{4 \bullet 2,567}{3,14 \bullet {0,5}^{2}} = 13,074\ \lbrack m/s\rbrack$$

$$V_{2} = \frac{V_{\text{SW}_{\text{rz}}} \bullet 4}{\pi \bullet {d_{e}}^{2}} = \frac{4 \bullet 5,119\ }{3,14 \bullet {0,5}^{2}} = 26,071\ \lbrack m/s\rbrack$$

$$V_{3} = \frac{V_{\text{SW}_{\text{rz}}} \bullet 4}{\pi \bullet {d_{e}}^{2}} = \frac{4 \bullet 6,750}{3,14 \bullet {0,5}^{2}} = 34,377\ \lbrack m/s\rbrack$$

Tabela 2. – emisja frakcji pyłu i prędkości opadania ziaren pyłu.

1. Parametry emisji przyjęte do obliczeń rozprzestrzeniania.

Tabela 3. – emisja w wariantach

Tabela 4. – emisja średnia

Tabela 5. - ładunek

1. Sprawdzenie warunku skróconego zakresu obliczeń.

Tabela 6. – zakres obliczeń

Tabela 7. – emitory (Smm i Xmm)

1. Sprawdzenie warunku kryterium opadu pyłu

$$b)\ \ \sum_{}^{}{E_{f} \leq 10000\ }\left\lbrack \frac{\text{Mg}}{r} \right\rbrack$$

$$309,96 \leq 10000\left\lbrack \frac{\text{Mg}}{r} \right\rbrack$$

Warunek ba) jest spełniony.

Warunek drugi jest spełniony , nie jest natomiast spełniony warunek pierwszy. Oba warunki kryterium muszą być spełnione więc warunek kryterium nie jest spełnion

1. Obliczenia rozkładów przestrzennych stężeń max (1 h) i średniorocznych.

Dla substancji, które nie spełniają kryterium skróconego zakresu, tj dla di tlenku azotu, di tlenku siarki oraz dla pyłu PM10.

11.1. Siatka obliczeniowa:

• Wymagana jest siatka do obliczeń: 50xh_e, krok=(3-5)xh_e

50 ∙ h_e = 50 ∙ 7 = 350 m

∆ = (2 – 5)h_e = (14 – 35)

∆ ~ 25

Wymiary siatki przyjęto: szerokość równą 350 m, wielkość kroku równą 25 m. W oparciu o założenia zaprojektowano siatkę ,która jest usytuowana centralnie. Środek siatki pokrywa się ze środkiem układu współrzędnych.

2. Podokresy obliczeniowe:

Podokres jest równy pracy emitora, zatem mamy 3 podokresy:

I – 4000 h Letni

II – 2850 h Zimowy

III – 1050 h Zimowy

Tabela 8. - podokresy

2. Wyniki rozkładu w postaci przekroczeń stężeń 1h i rocznych:

Tabela 9. – przekroczenia

Tabela 10. - maksima

Przekroczenia występują w przypadku NO₂, SO₂ oraz w przypadku pyłów zawieszonych PM10.

Wniosek – redukcja o ten sam stopień w każdym wariancie

Obliczenia stopnia redukcji - ze stężeń 1h (z max percentyla)

- z stężeń średniorocznych

• Dla di tlenku siarki:

-stopień redukcji z max percentyla:

$$st.red. = \frac{P_{\max} - D_{1}}{P_{\max}}$$

$$st.red = \frac{668,68091 - 350}{668,68091} = 0,477$$

-stopień redukcji z stężeń średniorocznych:

$$st.red. = \frac{\text{SR}_{\max} - wart.dysp.}{\text{SR}_{\max}}$$

$$st.red = \frac{145,04 - 9,8}{145,04085} = 0,9325$$

Wybrano stopień wyższy, st.red.=0,9325.

• Dla di tlenku azotu:

$\backslash tst.red = \frac{240,71036 - 200}{240,71036} = 0,1692$

$$st.red = \frac{26,88120}{26,88120} = 0,2709$$

Wybrano stopień wyższy, st.red.=0,2709

• Dla PM10:

$$\backslash tst.red = \frac{21,64 - 19,6}{21,63245} = 0,0940$$

Emisje po redukcji – obliczenia:

• Dla di tlenku siarki

E_{red I} = E_I • (1−st.red.) = 12, 355 • (1−0,9325) = 0, 833 kg/h

E_{red II} = E_II • (1−st.red.) = 24, 631 • (1−0,9325) = 1, 662 kg/h

E_{red III} = E_III • (1−st.red.) = 32, 48 • (1−0,9325) = 2, 192 kg/h

• Dla di tlenku azotu:

E_{red I} = E_I • (1−st.red.) = 2, 29 • (1−0,2709) = 1, 669 kg/h

E_{red II} = E_II • (1−st.red.) = 4, 565 • (1−0,2709) = 3, 328 kg/h

E_{red III} = E_III • (1−st.red.) = 6, 019 • (1−0,2709) = 4, 388 kg/h

• Dla PM10:

E_{red I} = E_I • (1−st.red.) = 3, 684 • (1−0,0940) = 3, 337 kg/h

E_{red II} = E_II • (1−st.red.) = 7, 351 • (1−0,0940) = 6, 660 kg/h

E_{red III} = E_III • (1−st.red.) = 9, 684 • (1−0,0940) = 8, 773 kg/h

Tabela 11. – emisja w wariantach

Tabela 12. – emisja średnia

Wyniki rozkładu w postaci stężeń 1h i śr rocznych:

Tabela 13. – przekroczenia

Tabela 14. - maksima

1. Obliczenia stężeń max (1h) na wysokości zabudowy:

Budynek ma wysokość siedmiu kondygnacji i znajduje się w odległości 25 m w kierunku NE od emitora.

Jego współrzędne to [17,68;17,68]. Wysokość emitora = 7 m, natomiast wysokość zabudowy z = 7 • 2, 8 + 1, 0 = 20, 6

Wysokość zabudowy wyższa od wysokości emitora (h_e<z ). Na wysokości zabudowy nie liczy się stężeń średniorocznych.

Tabela 15. – przekroczenia

Tabela 16. – maksima

Tabela 17. – komplet wyników

Wniosek: przekroczenia na zabudowie:

• Di tlenek azotu

• Di tlenek siarki

• PM10

• Dla di tlenku azotu:

$$st.red. = \frac{P_{\max} - D_{1}}{P_{\max}}$$

$$st.red = \frac{1400,20032 - 200}{1400,20032} = 0,858$$

• Dla di tlenku siarki:

$$st.red. = \frac{P_{\max} - D_{1}}{P_{\max}}$$

$$st.red = \frac{668,68091 - 350}{1400,20032} = 0,477$$

• Dla pyłu PM10:

$$st.red. = \frac{P_{\max} - D_{1}}{P_{\max}}$$

$$st.red = \frac{2799,56177 - 280}{2799,56177} = 0,900$$

Emisje po redukcji – obliczenia:

• Dla di tlenku azotu:

E_{red I} = E_I • (1−st.red.) = 1, 669 • (1−0,858) = 0, 236

E_{red II} = E_II • (1−st.red.) = 3, 328 • (1−0,858) = 0, 472

E_{red III} = E_III • (1−st.red.) = 4, 388 • (1−0,858) = 0, 623

• Dla di tlenku siarki:

E_{red I} = E_I • (1−st.red.) = 0, 833 • (1−0,0,477) = 3, 896

E_{red II} = E_II • (1−st.red.) = 1, 662 • (1−0,477) = 7, 793

E_{red III} = E_III • (1−st.red.) = 2, 192 • (1−0,477) = 1, 146

• Dla pyłu zawieszonego PM10:

E_{red I} = E_I • (1−st.red.) = 6, 66 • (1−0,900) = 0, 666

E_{red II} = E_II • (1−st.red.) = 8, 773 • (1−0,900) = 0, 877

E_{red III} = E_III • (1−st.red.) = 3, 337 • (1−0,900) = 0, 333

Tabela 18. – emisja w wariantach

Tabela 19. – emisja średnia

Obliczenia rozkładu stężeń 1 h.

Maksymalne wartości stężeń na zabudowie:

Tabela 20. – przekroczenia

Tabela 21. – maksima

Tabela 22. – komplet wyników

1. Obliczenia opadu pyłu:

Siatka jak do obliczeń rozkładu stężeń.

Parametry frakcji pyłu:

Tabela 23. – frakcje

Ładunek pyłu ogółem przedstawia tabela na 5 i wynosi 108,756400 Mg.

Wyniki w postaci przekroczeń przedstawia tabela nr 24 a wartości maksymalne (1h) tab. nr 25

Tabela 24. – przekroczenia

Tabela 25. – maksima

Wniosek: wymagana redukcja opadu.

Do celów projektu przyjmujemy, że redukcja o ten sam stopień redukcji każdej frakcji w każdym wariancie.

• Stopnie redukcji:

wartość dyspozycyjna: Dp-Rp= 98

$$st.red. = \frac{\text{Op}_{\max} - wart.dysp.}{\text{Op}_{\max}}$$

$$st.red. = \frac{2591,44312 - 98}{2591,44312} = 0,963$$

• Emisja po redukcji:

E_{red I} = E_I • (1−st.red.) = 8, 73999977 • (1−0,963) = 0, 323, kg/h

E_{red II} = E_II • (1−st.red.) = 17, 42900085 • (1−0,963) = 0, 644, kg/h

E_{red III} = E_III • (1−st.red.) = 22, 97500038 • (1−0,963) = 0, 850, kg/h

Zredukowane warunki frakcyjne – Tabela26. – frakcje.

Zredukowany opad: Tabela 27. – ładunek.

Maksymalne wartości opadu: Tabela 28. – przekroczenia.

Tabela 29. – maksima

1. Wyznaczenie emisji granicznej wg kryterium imisyjnego i emisyjnego oraz proponowane emisje dopuszczalne.

Standardy emisyjne określino w oparciu o parametry i założenia:

• Paliwo: węgiel kamienny

• Sn= 4,720 [MW_t]

• nominalna moc ciepła źródła wynosi QN = 3,8 MW,

W oparciu o powyższe ustalono następujące standardy emisyjne odnosi do warunków normownych (spaliny suche przy 6 % zawartości tlenu):

Standarty emisji:

SO2 : 1500 mg/m3nss 6%O2

NO2 : 400 mg/m3nss 6%O2

pył : 630 mg/m3nss 6%O2

Obliczenia emisji granicznej dla źródła, emitora, instalacji.

$$\text{SO}_{2}\ - \ Egr\ = \ \frac{C_{dopSO26\% O2}}{2 \bullet 10^{6}} \bullet v_{ss6\% O2} = \frac{1500}{2 \bullet 10^{6}} \bullet 13057,991 = 9,794\ kg/h$$

$$NO_{2}\ - \ Egr\ = \ \frac{C_{dopSO26\% O2}}{2 \bullet 10^{6}} \bullet v_{ss6\% O2} = \frac{400}{2 \bullet 10^{6}} \bullet 13057,991 = 2,612\ kg/h$$

$$Pyl\ Egr\ = \frac{C_{dopSO26\% O2}}{2 \bullet 10^{6}} \bullet v_{ss6\% O2} = \frac{630}{2 \bullet 10^{6}} \bullet 13057,991 = 4,114\ kg/h$$

Ładunek roczny dla 3 wariantów i dla 3 substancji:

• Dla SO₂:

Łv₁ = 1500*4967,035*4000*10^-9 = 29,802 Mg/rok

Łv₂ = 42,335 Mg/rok

Łv₃ = 20,566 Mg/rok

Suma = 92,703 Mg/rok

• Dla NO2:

Łv₁ = 7,947 Mg/rok

Łv₂ = 11,289 Mg/rok

Łv₃ = 5,484 Mg/rok

Suma = 24,72 Mg/rok

• Dla Pyłu:

Łv₁ = 12,517 Mg/rok

Łv₁ = 17,780 Mg/rok

Łv₂ = 8,638 Mg/rok

Suma = 38,935 Mg/rok

Wartości w Tabeli 30.

15.

16.

17. Izolinie stężeń:

17.1. NO₂ stężenia maksymalne

Przed redukcją:

Po redukcji:

17.2. NO₂ stężenia roczne

Przed redukcją:

Po redukcji:

17.3. SO₂ stężenia maksymalne

Przed redukcją:

Po redukcji:

17.4. SO₂ stężenia roczne

Przed redukcją:

Po redukcji:

17.5. PM10 stężenia maksymalne

Przed redukcją:

Po redukcji:

17.6. PM10 stężenia roczne

Przed redukcją:

Po redukcji:

17.7. Opad pyłu

Przed redukcją:

Po redukcji: