ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ

Transcript

1 ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ

2 Παράμετροι που επηρεάζουν την τυρβώδη ροή, την ταχύτητα και την διεύθυνση του ανέμου Η τριβή με το έδαφος Η κατακόρυφη κατανομή της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα Η τοπογραφία και η ύπαρξη κτισμάτων

3 Η τριβή με το έδαφος

4 Μεταβολή της ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ και της ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ του ΑΝΕΜΟΥ σε σχέση με την απόσταση από το έδαφος

5 Η τοπογραφία και η ύπαρξη κτισμάτων

6

7 Διασπορά ρύπων σε σχέση με την ατμοσφαιρική σταθερότητα Τα σθ και σφ παριστάνουν τις σταθερές αποκλίσεις στις μεταβολές της οριζόντιας και κάθετης διεύθυνσης του ανέμου

8 Διασπορά ρύπων σε σχέση με την ατμοσφαιρική σταθερότητα

9 ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΤΑΘΕΡΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ Επιφανειακός Ημέρα Νύκτα άνεμος στα 10 μέτρα Ηλιακή ακτινοβολία κάλυψη με σύννεφα m/s Ισχυρή Μέτρια Λίγη >4/8 <3/8 < Α Α - Β Β - 3 Α - Β Β C E F 3-5 B B - C C D E 5-6 C C - D D D D >6 C D D D D

10 Το φαινόμενο DOWNWASH

11 Κατανομή συγκεντρώσεων και θέση του άξονα του κώνου διασποράς για μικρή (1) και μεγάλη () διαταραχή της ατμόσφαιρας h e = h s + Δh

12

13 Τα αρχικά χαρακτηριστικά των αερολυμάτων που επηρεάζουν την υπερύψωση η θερμοκρασία και η πυκνότητα. Γενικά όσο πιο μεγάλη είναι η διαφορά θερμοκρασίας εξόδου και περιβάλλοντος τόσο ευνοείται η υπερύψωση λόγω διαφοράς πυκνότητας. η ταχύτητα εξόδου των αερολυμάτων που εξαρτάται από την παροχή των αερολυμάτων και την διάμετρο της καμινάδας,. Γενικά όσο πιο μεγάλη η ταχύτητα εξόδου τόσο μεγαλώνει η υπερύψωση λόγω ορμής. η παρουσία σωματιδίων. Σωματίδια διαμέτρου <0μm ακολουθούν τα υπόλοιπα αέρια, ενώ σωματίδια διαμέτρου >0μm λόγω της επίδρασης της βαρύτητας θα έχουν μικρότερη υπερύψωση. η παρουσία υγρασίας που μπορεί να οφείλεται σε προηγούμενη επεξεργασία των αερολυμάτων. Τα σταγονίδια τον νερού εξατμίζονται καθώς εξέρχονται από την καμινάδα απορροφώντας θερμότητα από την μάζα των αερίων και ψύχοντάς τα με αποτέλεσμα την μείωση της υπερύψωσης.

14 Τα χαρακτηριστικά του ατμοσφαιρικού αέρα που επηρεάζουν την υπερύψωση η ταχύτητα του ανέμου. Γενικά η αύξηση της ταχύτητας του ανέμου προκαλεί μείωση της υπερύψωσης τόσο λόγω της μείωσης της κατακόρυφης ταχύτητας των αερολυμάτων όσο και λόγω της ταχύτερης ανάμιξης και εξισορρόπησης των χαρακτηριστικών των αερολυμάτων μ' αυτά του ατμοσφαιρικού αέρα. η ισορροπία της ατμόσφαιρας. Γενικά ατμοσφαιρικές συνθήκες που ευνοούν την προς τα κάτω κίνηση αερίων μαζών μειώνουν την υπερύψωση (π.χ. FUMIGATING, ΤRAΡΡΙΝG), ενώ συνθήκες που ευνοούν την προς τα πάνω κίνηση ευνοούν την υπερύψωση (LOFTING).

15 Το πρόβλημα του Σχεδιασμού

16 h e = h s + Δh Εξίσωση HOLLAND (1953) VS D S +410 Q Δh= U V g D U S Δh Q h h όπου: Δh = υπερύψωση (m) V S = ταχύτητα εξόδου αερολυμάτων (m/s) D S = διάμετρος εξόδου καμινάδας (m) Q h = ρυθμός εκπομπής θερμότητας (cal/s) U S = ταχύτητα ανέμου στο ύψος της καμινάδας h s (m/s)

17 Υπολογισμός ταχύτητας εξόδου καυσαερίων Vg πc U S Δh-410 9Q g -5 Q h όπου: Q g = ογκομετρική παροχή απαερίων (m 3 /sec) V g = ταχύτητα εξόδου απαερίων, m/sec C = συντελεστής διαφράγματος (0,85 για μυτερές επιφάνειες με L/D>0,5 και 0,95 για στρογγυλεμένες) Δh = υπερύψωση (m) Q h = ρυθμός εκπομπής θερμότητας (cal/s) U S = ταχύτητα ανέμου στο ύψος της καμινάδας, (m/s)

18 Υπολογισμός διαμέτρου V g Q g A 1 C π Q D g 4 1 C D Q π g V g 1 C όπου: Α = εμβαδόν κάθετης τομής για ταχύτητα, m Q g = ογκομετρική παροχή απαερίων (m 3 /sec) D = διάμετρος καμινάδας, m V g = ταχύτητα εξόδου απαερίων, m/sec C = συντελεστής διαφράγματος (0,85 για μυτερές επιφάνειες με L/D>0,5 και 0,95 για στρογγυλεμένες)

19 Ελκυσμός Καμινάδας DP 0.35 L P a 1 T a - 1 T g όπου: L = το ενεργό ύψος της καμινάδας, m P a = η βαρομετρική πίεση της ατμόσφαιρας, mbar Τ α = η εξωτερική θερμοκρασία ( K ) Τg = η μέση θερμοκρασία των καυσαερίων ( K ) DP = ελκυσμός καμινάδας, mm/h O

20 Απώλειες Ενέργειας DΡ = DL + DF + V g /g Όπου: - DL = εσωτερική απώλεια ελκυσμού - DF = απώλεια λόγω αλλαγής διεύθυνσης ροής των καυσαερίων κατά 90 ο - V g /g = απώλεια λόγω κινητικής ενέργειας των καυσαερίων στην έξοδό τους από την καμινάδα

21 Εσωτερική απώλεια ελκυσμού DL V g g 1 f D L ρ g όπου: DL = εσωτερική απώλεια ελκυσμού, mm/h Ο f = συντελεστής τριβής που εξαρτάται από τη φύση κατασκευής της καμινάδας V g = ταχύτητα εξαγωγής απαερίων, ft/sec L = h s = φυσικό ύψος καμινάδας, ft ρ g = μέση πυκνότητα απαερίων, lb/cu ft D = εσωτερική διάμετρος της καμινάδας, ft g = επιτάχυνση βαρύτητας = 3.17 ft/sec

22 Μοντέλο Gauss διασποράς καυσαερίων από καμινάδα y e z e y y x,y,z σ h z 1 - exp σ z - h 1 - exp σ y 1 - exp U σ π Q C

23 Παραδοχές για την ισχύ της εξίσωσης GAUSS 1. Συνεχής εκπομπή αερολυμάτων από την πηγή σε ρυθμούς ίσους ή μεγαλύτερους από την διασπορά λόγω του ανέμου ώστε η διάχυση προς την κατεύθυνση της μεταφοράς να είναι αμελητέα.. Το υλικό που διαχέεται είναι σταθερό αέριο ή αιώρημα σωματιδίων με διάμετρο μικρότερη των 0μm που παραμένει σε αιώρηση για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αντιδράσεις μεταξύ των συστατικών των αερολυμάτων ή με τα συστατικά του ατμοσφαιρικού αέρα και η παρουσία σωματιδίων με διάμετρο πιο μεγάλη των 0μm μπορούν να αλλάξουν σημαντικά το μοντέλο διασποράς. 3. 'Ολη η μάζα των αερολυμάτων παραμένει στον κώνο διάχυσης και δεν έχουμε απώλεια υλικού λόγω προσρόφησης ή xημικής αντίδρασης κατά την επαφή με το έδαφος. 4. Η ταχύτητα και η διεύθυνση του ανέμου παραμένουν σταθερές σ' όλο το μήκος της διασποράς. 5. Η κατανομή των συγκεντρώσεων είναι κανονική και στο οριζόντιο και στο κάθετο επίπεδο. 6. Τα χαρακτηριστικά της ατμόσφαιρας είναι σταθερά σ' όλο το μήκος της διασποράς και τα σ y και σ z είναι συνάρτηση της απόστασης από την καμινάδα.

24 Συντελεστές διασποράς σ x, σ y και σ z σε συνάρτηση με την απόσταση από την καμινάδα

25 Τύπος διασποράς σ y =a.x p σ z =b.x q Εύρος εφαρμογής a p b q για το σ z, χ σε m A 0,550 0,8597 0, , , , ,00018, B 0,3867 0,8704 0,1186 0, , , C 0,759 0,8881 0, , D 0,1609 0, ,0961 0, ,5616 0, ,5179 0, E 0,1186 0, ,0818 0, ,387 0, , , F 0, , , , ,1549 0, ,933 0,

26 z e y z y x,x,0 σ h 1 - exp σ y 1 - exp U σ σ π Q C Σχέσεις Turner z e z y x,0,0 σ h 1 - exp U σ σ π Q C όπου: Q = η παροχή εξόδου αερολυμάτων (g/s) U = η ταχύτητα του ανέμου στο ύψος he

27 Τύπος Smith U U 1 h z e 1 n n=0.5 μη σταθερές συνθήκες n=0.5 σταθερές συνθήκες Απόσταση μεγίστης συγκέντρωσης σ z = h e Απόσταση x i θερμικής αναστροφής.15 σ z = H i - h e

28 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Μία μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας καταναλώνει ημερησίως καταναλώνει 1000 tons στερεού καυσίμου που περιέχει 1.5% θείον. Το ενεργό ύψος (h e ) της καμινάδας είναι 00 m. Στη στάχτη συγκρατείται το 5% του θείου ενώ το υπόλοιπο εκπέμπεται στην ατμόσφαιρα από την καμινάδα με τη μορφή SO. Μετρήθηκε μία ηλιόλουστη ημέρα σε ύψος 10 m η ταχύτητα του ανέμου και βρέθηκε 4 m/s. Να βρεθεί η συγκέντρωση του SO στο έδαφος σε απόσταση 1 km και 5 km. Να βρεθεί το ύψος της θερμικής αναστροφής που θα μπορούσε να επηρεάσει αρνητικά τη συγκέντρωση του SO στο έδαφος σε απόσταση 10 km από τη καμινάδα. Να υπολογιστεί η μεγίστη συγκέντρωση SO στο έδαφος που μπορεί να μετρηθεί καθώς και την απόστασή της από τη καμινάδα. Υπολογίζονται από διαγράμματα: x σ y σ z 1 km 150 m 100 m 5 km 700 m 700 m 10 km 1000 m 100 m

29 Ταχύτητα ανέμου στο ύψος he U U e h z 18 m/s Παροχή S Παροχή SO Συγκέντρωση στο 1km Συγκέντρωση στα 5km Q S= = g/s Q = SO = 315 g/s x 1km : CSO exp - π μg/m x 5 km : CSO exp μg/m π Μέγιστη συγκέντρωση σ =0.707 h = =141 m z e x 1.1km : CSO exp μg/m π ύψος της θερμικής αναστροφής.15100=h -h H =780 m i e i