Метод оценки загрязнения атмосферы крупных промышленных городов различными источниками антропогенного воздействия

Э.М. Соколов, А.А. Горюнкова, Ю.Н. Пушилина, Н.А. Телегина
ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»,
г. Тула

Статья подготовлена по результатам Государственного контракта П619 «Проведение поисковых научно-исследовательских работ по теме «Разработка технологий мониторинга и прогнозирования загрязнения атмосферы крупных промышленных городов» в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы.

На большинстве предприятии действует несколько источников загрязнения и чтобы определить, какой именно источник осуществил выброс, предложен метод, использующая методы математического программирования и Гауссову модель распространения загрязняющих веществ.

Согласно модели, концентрация в точке c координатами x,y,z вычисляется:

,

где – координаты основания источника;

Q — мощность непрерывного точечного источника, [г/с];

– горизонтальная дисперсия, [м];

– вертикальная дисперсия, [м];

, , , – постоянные Регленда, полученные эмпирическим путем;

– поперечное расстояние от оси шлейфа, [м];

z – высота над поверхностью земли, [м];

Н – конечный подъём шлейфа над землёй (эффективная высота подъёма шлейфа), [м], в который для поля концентрации вводятся смещения в областях, примыкающих к зданиям.

В случае нескольких источников, концентрация равна:

где c₁, c₂, ..., c_N – концентрации вредного вещества соответственно от первого, второго, N-го источников, расположенных с наветренной стороны при рассматриваемом направлении ветра.

Введем для i-го источника коэффициент , равный

,

тогда:

.

Так как, при осуществлении замера фактическая концентрация с известна, то для определения доли вклада в необходимо выбрать из множества решений оптимальное, установив при этом определенные ограничения.

Для составления целевой функции из фактического значения концентрации вычитаются измеренные и установленные значения:

.

Необходимо минимизировать ошибку рассогласования, при этом задается следующая целевая функция:

При этом вводятся следующие ограничения:

,

где – максимальная мощность выброса i-го источника определенного параметрами технологического процесса (мощность не может быть больше определенного значения, из-за таких параметров, как диаметр и высота трубы максимально допустимая температура, максимальное количество топлива), – наименьшая мощность выброса i-го источника, – максимальная сумма мощностей выбросов, – значение концентрации, равное значению погрешности прибора. Применив симплекс-метод, можно определить и исходя из этой информации, определить какие источники загрязняют воздух в данный момент.

Для металлургического производства схема управления выявленными источниками загрязнения представлена на рис. 1, где n – количество объектов управления; ОУ1,…ОУn – объекты управления; m – количество пунктов, осуществляющих замеры; П1,…Пm – пункты, осуществляющие замеры; ОЗ – блок определения загрязнителя; ЭС – элемент сравнения; – вектор метеопараметров; – рекомендации по изменению параметров техпроцесса.

Рекомендации по изменению параметров техпроцесса зависят от конкретных условий, распределения концентрации вредных веществ в атмосфере прилежащей территории построенного по модели Сеттона и математической модели технологического процесса.

Основное влияние на концентрацию выбросов оказывает неоднородность исходных материалов, таких как кокс, руда, газ и т.п. Чтобы привести систему в равновесие необходимо изменить параметры, с помощью которых происходит управление технологическим процессом в пределах установленных нормативов.

Процесс регулирования выбросов можно представить в виде регулирования человеком технологических параметров на основании рекомендаций выданных автоматизированной системой [1]. Рекомендации представляются в виде списка параметров техпроцесса в зависимости от распределения концентрации вредных веществ в атмосфере прилежащей территории, при которых концентрация данного вещества при аналогичных метеоусловиях была в норме. Рекомендацию можно представить вектором (например, – давление в печи, температура, температура охлаждающей жидкости и т.п.

Поиск рекомендаций в базе данных осуществляется в зависимости от метеорологических параметров и от концентраций вредных веществ полученных по результатам построения полей распространения концентраций.

Для поиска рекомендаций предлагается следующий алгоритм:

1. При фиксации превышения концентрации постом, т.е. , определяются исходные данные для поиска:

- направление ветра (a);

-скорость ветра (v);

-температура окружающей среды (T);

-скорость выхода газовоздушной смеси (w₀ );

-масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени (М);

- расстояние до поста, зафиксировавшего превышение (l);

- угол между направлением ветра и прямой, проходящей через источник загрязнения и пост ().

2. В соответствии с условием w₀ =w_0i , где i – номер строки в базе данных, осуществляется поиск параметров в базе данных. Если условие выполняется, то по номеру текущей строки iвыводится список параметров технологического процесса , где j – количество параметров технологического процесса зафиксированных ранее.

3. Если в базе данных не найдена запись по соответствующему условию, то условие в п. 2, смягчается: w₀ =w_0i , где i – номер строки в базе данных и осуществляется повторный поиск. При нахождении строк соответствующих данному условию осуществляется вывод параметров технологического процесса, при этом добавляется замечание, что условия зафиксированы при другом направлении ветра т.е. .

4. Если при выполнении предыдущих шагов, записи не найдены, то человек принимает решение без рекомендаций, а осуществленные им действия будут внесены в базу данных и использованы потом в аналогичной ситуации.

На основании предоставленных рекомендаций лицо, принимающее решения (оператор, технолог, начальник цеха) может выбрать наиболее эффективное решение и изменить параметры технологического процесса в пределах установленных технологией (например, понизить давление газа в доменной печи или уменьшить подачу сырья), уменьшив при этом, долю выброса предприятия в атмосферу.

Список литературы

1. Хомяков Д.М. Совершенствование информационных технологий при оценке воздействия на окружающую среду для объектов нефтегазового комплекса / Хомяков Д.М. // Строительство трубопроводов. – 1996. – №3. – С.30-32. 

Назад к списку