Выброс вредных веществ в атмосферу должен производиться таким образом, чтобы загрязнение воздушной среды в приземном слое не превышало установленных предельно допустимых концентраций. Необходимую высоту выбросных труб рассчитывают из условия рассеяния вредных веществ в атмосфере. Последнее зависит от ряда факторов: метеорологических условий атмосферы, скорости движения воздушных масс, температуры выбрасываемых газов и др.

При рассеянии вредных выбросов из дымовой трубы максимальная приземная концентрация примесей образуется при неблагоприятных метеорологических условиях (опасной величине скорости ветра, интенсивном вертикальном турбулентном воздухообмене) на расстоянии, равном примерно 20 Н от трубы, где Н – высота трубы.

Обычно на практике приходится решать две основные задачи: определять высоту трубы и максимальную приземную концентрацию вредного вещества при известном количестве выбрасываемых в атмосферу веществ

Главной геофизической обсерваторией им. А.И. Воейкова разработаны указания по расчету рассеивания в атмосфере вредных выбросов предприятий, которыми следует руководствоваться при расчете сбросов от высоких источников, например дымовых труб.

Для холодных вентиляционных и промышленных выбросов максимальную концентрацию вредных веществ в приземном слое атмосферы, мг/м³, подсчитывают по формуле

,

где А – коэффициент, зависящий от метеорологических условий рассеяния вредностей в атмосфере (температурной стратификации); М – масса выбрасываемых вредных веществ, г/с; n – безразмерный коэффициент; К – коэффициент; F – безразмерный коэффициент, зависящий от скорости оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; Н – высота выброса вредных веществ над уровнем земли (высота, трубы), м.

Значение коэффициента А определяют в зависимости от климатических зон по табл. 2.3.

Таблица 2.3

Значения коэффициента температурной стратификации

Значение коэффициента F назначается следующим образом:

для газообразных вредных веществ и мелкодисперсной пыли

F = 1;

для крупнодисперсной пыли при среднем коэффициенте очистки пылеулавливающих устройств

h ≥ 90 %                F = 2;

75 % < h < 90 %    F = 2,5;

h < 75 %                 F = 3.

Безразмерный коэффициент n зависит от параметра V_м следующим образом:

при V_м £ 0,3                 n = 3;

при 0,3 £ V_м £ 2         

Параметр V_м находят из выражения:

,                                                         (2.1)

где D – диаметр устья трубы, м; w₀ – скорость выхода газов из устья трубы, м/с.

Коэффициент К  определяется по формуле:

,                                                  (2.2)

где V – объем выбрасываемых газов в единицу времени, м³/с.

Максимальную высоту трубы для вентиляционных (холодных) выбросов определяют по формуле:

.                                                  (2.3)

Если найденному значению Н соответствует значение параметра V_м ≥ 2 м/с, то при данной высоте трубы концентрация вредностей в приземном слое не будет превышать ПДК. Если V_м < 2 м/с, то необходимо сделать пересчет высоты выбросной трубы.

Пересчет выполняют следующим образом. По найденной высоте трубы (Н) и значению V_м находят безразмерный коэффициент n. Затем уточненную высоту трубы (Н_i+1) находят по формуле:

,                                                   (2.4)

где n_i, n_i-1 – значения коэффициента n, которые соответствуют высотам труб H_i и H_i-1 соответственно.

Если найденные высоты труб H_i и H_i-1 будут отличаться друг от друга незначительно, то принимают найденную высоту трубы. Если же расхождения значительны, то аналогичным образом проводят дальнейший пересчет.

Предельно допустимого выбросы (ПДВ), т.е. максимальное количество вредных веществ в единицу времени, которое можно выбрасывать в атмосферу, чтобы ее загрязнение в приземном слое не превышало ПДК  определяют по формуле:

                                               (2.5)

Соответствующую этому случаю предельно допустимую концентрацию вредных веществ в устье выбросной трубы (шахте) определяют по формуле:

.                                                 (2.6)

Максимальную приземную концентрацию вредных веществ (С_м) при выбросе нагретой газо-воздушной смеси из одиночного источника с круглым устьем (трубы) при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Х_м от источника определяется по формуле:

,                                                     (2.7)

где М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с; F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания частиц вредных веществ в атмосферном воздухе; m и n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газо-воздушной смеси из устья источника – трубы (обычно m близко к 1, но может меняться от 0,8 до 1,5, n изменяется от 1 до 3); Н – высота трубы над уровнем земли, м; V₁ – объем газо-воздушной смеси, м³/с; ΔТ = Т_г – Т_в – разность температур выбрасываемой газо-воздушной смеси (Т_г) и воздуха (Т_в), °С.

Безразмерный коэффициент F для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей равен 1; для пыли и золы в зависимости от степени очистки от 2 при η ≥ 90 % до 3 при η ≤ 75 %.

Предельно допустимый выброс вредного вещества в атмосферу при повышенной температуре из одиночного источника (трубы), при котором обеспечивается его концентрация в приземном слое воздуха, не превышающая ПДК, определяется по формуле:

.

При этом концентрация вредного вещества в отходящем газе около устья источника не должна превышать величины, определяемой по формуле:

.

Минимальная высота трубы (Н) в первом приближении рассчитывается по формуле:

.

Максимальная приземная концентрация вредных веществ (С_м) при неблагоприятных метеорологических условиях достигается на расстоянии (Х_м) от источника выброса в зависимости от высоту трубы:

,

где k – безразмерный коэффициент, среднее значение которого около 20.

Значение опасной скорости ветра, при котором в зоне дыхания создается наибольшая концентрация вредных веществ (С_м), для крупных тепловых электростанций составляет 5…6 м/с. Скорость ветра определяют на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня моря).