DISPERSIA NOXELOR ÎN ATMOSFERĂ

CALCULUL DISPERSIEI SO2 DIN GAZELE DE ARDERE

În cazul utilizării unor combustibili care conţin S, în gazele de ardere este prezent SO2,

care constituie noxa principală a gazelor de ardere la coş.

La evacuarea din coş, gazele de ardere au iniţial o mişcare ascensională, datorită

inerţiei, apoi sunt preluate de vânt, pe direcţia sa, având loc şi dispersii, atât pe orizontală cât

şi pe verticală. Astfel, SO2 este întâlnit şi la sol, putând crea atmosferă nocivă.

Calculul înălţimii de ascensiune a gazelor de ardere deasupra coşului se realizează cu

relaţia:

nn

c

gavf

Hw

wDh

210

cos

1,0

9,1

unde: n – indice de turbulenţă;

wgacos – viteza gazelor de ardere la coşul cuptorului;

w10 – viteza vântului la 10 m de sol;

Hc – înălţimea coşului;

Dvf – diametrul coşului la vârf.

Se impune w10 = 2 – 4 m/s; la o viteză mai mare se consideră favorabilă dispersia.

Indicele de turbulenţă se alege funcţie de starea atmosferică. Astfel, în tabelul 1 sunt

prezentate valori pentru indicele de turbulenţă şi coeficienţii de difuziune turbionară ai

atmosferei.

Tabelul 1. Indicele de turbulenţă şi coeficienţii de difuziune turbionară ai

atmosferei.

Starea

atmosferică

Indicele de

turbulenţă, n

Coeficienţii de difuziune turbionară, Co= Cv

hd = 25 m 50 m 75 m 100 m

Instabilă 0,2 0,21 0,17 0,16 0,12

Stabilă 0,25 0,12 0,10 0,09 0,07

Inversiune

moderată 0,33 0,08 0,06 0,05 0,04

Inversiune

puternică 0,50 0,05 0,05 0,04 0,03

Starea instabilă se referă la creşterea accentuată a temperaturii cu altitudinea, deci la

curenţi puternici care favorizează dispersia.

Inversiunea se referă la o scădere a temperaturii cu altitudinea, deci la lipsa unor

curenţi ( ex. răcirea solului în nopţile senine).

Se recomandă să se utilizeze în calcule n = 0,25 care corespunde stării stabile a

atmosferei.

Altitudinea la care începe dispersia se calculează cu relaţia:

hHh cd

Debitul de SO2 evacuat prin gazele de ardere la coş, se determină astfel:

sBM

Mm

S

SO

SO 2

2, kg/s

în care: B – debitul de combustibil, kg/h;

s – fracţia masică de sulf din combustibil;

MSO2 – masa molară de SO2, kg/kmol;

MS – masa atomică a sulfului.

Relaţiile lui Sutton

Concentraţia maximă de SO2 în aer, la sol, se calculează cu relaţia:

od

vSO

Chw

CmC

2

10

max2

2342,0 , kgSO2/m

3 aer

Co, Cv – coeficienţi de difuziune turbionară, pe verticală şi orizontală.

Concentraţia maximă de SO2 la sol este întâlnită pe direcţia vântului, la o distanţă de

coş egală cu:

n

o

d

C

hx

2

2

max ,

unde: hd şi xmax se exprimă în m.

Pentru SO2, concentraţia maximă admisibilă în zonele de lucru este de 10 mg/m3 aer,

iar în zonele protejate de 0,25 mg/m3 aer.

Dacă se imaginează un sistem axe coordonate, în planul solului, cu originea în axul

coşului, axa x fiind luată pe direcţia vântului, iar axa y perpendiculară pe această direcţie, un

punct oarecare de pe sol poate fi definit prin coordonatele sale x şi y.

Concentraţia de SO2 la sol, într-un punct oarecare de coordonate x şi y, se află cu

relaţia:

n

v

d

n

o

n

vo

SO

xC

h

xC

y

xCCw

mC

22

2

22

2

2

10

exp6366,0

2 , kgSO2/m3aer

Relaţiile Bosanquet-Pearson

od

vSO

phw

pmC

2

10

max2

216,0 , kgSO2/m

3aer

Coeficienţii de difuziune turbionară, pe verticală şi orizontală, au următoarele valori:

- turbulenţă slabă pv = 0,02; po = 0,04;

- turbulenţă medie pv = 0,05; po = 0,08;

- turbulenţă puternică pv = 0,10; po = 0,16;

v

d

p

hx

2max

v

d

oov

SO

xp

h

px

y

ppxw

mC

22

2

2

10 2exp

3989,02 , kgSO2/m

3aer

Rezultatele obţinute cu aceste două serii de relaţii sunt destul de diferite.

Cota vârfului coşului se impune, de cele mai multe ori, din motive de securitate a

coloanelor alăturate şi din motive de protecţie a mediului.

În cazul în care într-o zonă există mai multe coşuri, corespunzător direcţiilor frecvente

ale vântului, pot fi calculate, pentru diverse puncte de pe sol, concentraţiile globale de SO2 în

aer, prin însumarea concentraţiilor parţiale, calculate pentru fiecare coş în parte.

Exemplu numeric:

Calculul concentraţiei maxime de SO2 la sol şi al distanţei, pe direcţia vântului, la care

concentraţia de SO2 la sol este maximă, cunoscându-se următoarele date iniţiale:

- debitul de combustibil B = 2 304 kg/h;

- fracţia masică de sulf conţinut de combustibil s = 0,01;

- cota vârfului coşului faţă de sol Hc = 45 m;

- diametrul interior al coşului, la vârf, Dvf = 1,5 m;

- viteza gazelor de ardere la vârful coşului wvfcos = 8,604 m/s.

Se admit viteza vântului la 10 m faţă de sol w10 = 2,5 m/s şi indicele de turbulenţă n =

0,25, pentru stare stabilă a atmosferei.

Ascensiunea gazelor de ardere deasupra coşului:

mh 912,7

Altitudinea la care începe dispersia:

hd = Hc + Δh = 45 + 7,912 = 52,912 m

Debitul de SO2 evacuat:

0128,02SOm kg/s

Calculul concentraţiei maxime de SO2 la sol şi al distanţei, pe direcţia vântului,

corespunzătoare acesteia, cu ajutorul relaţiilor lui Sutton:

- pentru coeficienţii de difuziune pe orizontală şi verticală Co = Cv = 0,1 şi hd ≈ 50 m

Cmax = 0,4283 mgSO2/m3aer

xmax = 1 296 m

Pentru comparaţie, aceleaşi calcule efectuate cu relaţiile Bosanquet-Pearson:

- pentru coeficienţii de difuziune pe orizontală şi verticală, pentru turbulenţă medie, pv =

0,05 şi po = 0,08

Cmax = 0,2469 mgSO2/m3aer

xmax = 529 m