大气污染控制技术第二版课件教学课件ppt作者李广超主编3烟气的扩散.ppt

1、大气污染控制技术李广超 傅梅绮 主编3 烟气的扩散烟气的扩散 教学内容教学内容3.13.1影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算3.33.3烟气抬升高度烟气抬升高度1.教学要求 了解影响烟气扩散的因素(气象条件、下垫面、水陆交界)，理解并掌握污染物浓度的估算方法。理解并掌握烟气抬升高度的计算。2.教学重点污染物浓度的估算方法、烟气抬升高度。3.教学难点影响烟气扩散的因素、污染物浓度的估算。3.1影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素3.1.1 气象条件对烟气扩散的影响气象条件对烟气扩散的影响（1）风 无风或风速很小时风速较大时候3.1影响烟气扩散的因素影

2、响烟气扩散的因素（2）大气湍流 风速越大，湍流越强，污染物的稀释扩散速率就越快，大气污染物的浓度就越低。（3）气温的垂直分布 递减层结 气温随高度递减，0 逆温层结 气温随高度递增，0 等温层结 气温随高度基本不变，=0 3.1影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素(4)大气稳定度 大气稳定度是表示空气块在竖直方向的稳定程度。不稳定 中性 稳定3.1影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素3.1影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素波浪型（looping）多出现在太阳光较强的晴朗中午，大气处于不稳定状态，对流强烈，微风，伴随较强的热扩散。烟羽由连续及孤立的烟团组成，在上下左右方向上摆动很大，呈波浪形，

3、扩散速度较快，烟团向下风向输送。锥型（coning）大气处于近中性或弱稳定状态。高空风较大，扩散主要靠热和动力因子作用。烟羽离开排放口一定距离后，中心轴线仍基本保持水平，外形似一个椭圆锥。扩散速度比波浪型低，污染物输送较远。3.1影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素扇型（fanning）在烟囱的出口处于逆温层中，上下层大气均属于强稳定状态，几乎无湍流发生。从上面看，烟羽呈扇形展开，故称扇型。由于烟羽在垂直方向扩散很小，象一条带子飘向远方，因此又称长带型。污染物可传输到较远地方，遇山或高大建筑物阻挡时，污染物不易扩散稀释。当有效源高度很低时，在近距离的地面上会造成严重污染。爬升型（lofting

4、）多出现在日落后，地面有辐射逆温，大气稳定，而高空受冷空气影响，大气不稳定。烟羽的下侧边缘清晰，呈平直状，而上部出现湍流扩散，又称上扬型。若烟囱高度处于不稳定层时，烟气中污染物不向下扩散，一般来说不会对地面造成污染。3.1影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素3.1影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素漫烟型（trapping）多发生在日出之后的810时之间，由于地面增热，低层空气被加热，使下层辐射逆温被逐渐破坏，而此时上层大气仍处于逆温状态。烟囱上面的逆温层就象一个“锅盖”，阻止烟气向上扩散，大量下沉，因此又称下喷形。在污染源附近的下风向，地面污染物浓度很高，造成严重污染。3.1影响烟气扩散的因

5、素影响烟气扩散的因素3.1.2 下垫面对烟气扩散的影响下垫面对烟气扩散的影响（1）城市下垫面对烟气扩散的影响 城市风3.1影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素(2)地形对大气扩散的影响 丘陵对烟气扩散的影响3.1影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素山风和谷风3.1影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素3.1.3 水陆交界区对烟气扩散的影响水陆交界区对烟气扩散的影响 海陆风对扩散的影响3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算321实用的高斯扩散模式实用的高斯扩散模式（1）高斯分布的假设条件污染物浓度在y、z轴上的分布符合高斯分布；在全部空间中风速是均匀的、稳定的；污染源的源强是连续的，均匀的；

6、在扩散过程中，污染物质量是守恒的（即污染物不发生化学反应，地面对其起全反射作用，不发生吸收和吸附作用 3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算C(x,y,z,H)任一点污染物的浓度，mg/m3；Q 源强，单位时间污染源排放的污染物，mg/s；H 有效源排放高度（源高），m；y水平（y）方向上任一点烟气分布曲线的标准偏差，即水平扩散系数，m；z垂直（z）方向上任一点烟气分布曲线的标准偏差，即垂直扩散系数，m；u平均风速，m/s；H 有效源高，m。3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算3.23.2污染

7、物浓度的估算污染物浓度的估算l当y=0时，（x，0，z，H）即为烟流中心线上的污染物浓度；l当z=0时，（x，y，0，H）即为污染物的地面浓度；l当y=0，z=0时，（x，0，0，H）即为烟流地面中心线上的污染物浓度；l当z=0，H=0时，（x，y，0，0）即为地面连续点源的污染物在地面浓度；当z=0，y=0，H=0时，（x，0，0，0）即为地面连续点源地面中心线上的污染物浓度。3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算322扩散参数的确定扩散参数的确定（1）P-G曲线法与P-T-C法lP-G曲线法估算大气扩散参数的步骤：(1)根据地面上10m处的风速、日照等级、阴云分布状况及云量等气象资料

8、，从表3-1中查出稳定度级别；(2)根据大气稳定度分别从图3-11和图3-12中查出下风向距离为x的y和z值。3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算表表3-1 稳定度级别稳定度级别 地面上10m处风速/(m/s)白天阴云密布的白天或夜晚夜晚日照薄云遮天或低云4/8云量3/8强中等弱 6CDDDDD3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算l利用扩散曲线确定 和3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算lP-T-C法估算大气扩散参数的步骤：(1)利用气象台站常规气象观测的云量记录资料和太阳高度角，从表3-2中查出辐射等级；(2)由辐射等级和地面上10m处风速，从表3-3查出稳定度级别；

9、(3)根据大气稳定度分别从图3-13和图3-14中查出下风向距离为x的y和z值。3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算【例例3-1】某石油精炼厂自平均高度80m处排放SO2量为80g/s，有效源高度的平均风速为4.6m/s，试估算：(1)冬季阴天正下风向距烟囱500m处SO2的地面上浓度。(2)冬季阴天下风向x=500m，y=50m处SO2的地面浓度。解：(1)已知Hs=80m,Q=80g/s=80103mg/s,=4.6m/s，x=500m由表可知，在冬季阴天的大气条件下，稳定度为D级。由图查得在x=500m处，=35.3m,=18.1m。3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算（

10、2）3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算（2）经验公式法）经验公式法 从事大气扩散研究的工作者在分析了大量的实验资料后，还总结出、与下风向距离x的指数关系式为：a、b、c、d是与稳定度有关的经验系数。平原地区农村及城市远郊区的扩散参数选取方法平原地区农村及城市远郊区的扩散参数选取方法：A、B、C级稳定度直接查表、的幂函数。D、E、F级稳定度则需要向不稳定方向提半级后查算。工业区或城区的扩散参数的选取方法工业区或城区的扩散参数的选取方法：工业区A、B级不提级，C级提到B，D、E、F级向不稳定方向提一级半再查表3-5。非工业区的城区非工业区的城区A、B级不提级，C级提到BC级，D、E、F级

11、向不稳定方向提一级，查表。丘陵山区的农村或城市丘陵山区的农村或城市，其扩散参数选取方法同城市工业区。3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算【例例3-2】某化工厂动力锅炉，从有效高度为100m的烟囱排放SO210.0g/s，烟囱出口的风速为4m/s，试估算在大气处于中性状态(D类稳定度)距烟囱1km正下风方向处的轴向地面浓度及在同一下风距离但离轴线200m处的侧向SO2浓度是多少？解：解：已知H=100m,Q=10.0g/s,u=4m/s，x=1000m 在D类稳定度时，查表可得：a=0.111，b=0.929，c=0.104，d=0.8263.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算3.

12、23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算323地面最大浓度 3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算【例例3-3】某污染源有效源高60m，SO2排出量为80g/s，烟囱出口处的平均风速为6m/s，在当时的气象条件下，正下风方向500m处的y=35.3m,z=18.1m。试估算地面最大浓度max及出现的位置。解：解：已知H=60m，Q=80g/s，=6m/s，正下风方向500m处的y=35.3m，z=18.1m。当y/z的比值恒定时，地面最大浓度为:3.23.2污染物浓度的估算污染物浓度的估算出现最大地面浓度时的z值为 根据x=500m处的z=18.1m查图得当时的大气稳定度类型为D型，由D

13、型曲线查得z=42.43m时，x1800m。3.33.3烟气抬升高度烟气抬升高度 3.3.1烟气抬升现象烟气抬升现象根据大量的观测事实和定性分析，烟气抬升大体上分为以下四个阶段：(1)喷出阶段(2)浮升阶段(3)瓦解阶段(4)变平阶段 332 烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算 烟囱有效高度（Effective Stack Height）是指从烟囱排放的烟云距地面的实际高度，它等于烟囱（或排放筒）本身的高度（Hs）与烟气抬升高度H之和，即 常见的计算式有：霍兰德（Holland）公式、布里格斯（Briggs）公式、卢卡斯(Lucas)公式、康凯维(Concawe)公式、T.V.A 公式和我国

14、国家标准中推荐的计算公式。3.3烟气抬升高度烟气抬升高度（1）霍兰德（Holland）公式 在中性条件下，烟气抬升公式表示如下。H烟气抬升高度，m；Vs 烟囱排出口处的排烟速度，m/s；Ds 烟囱排出口的内径，m；u烟囱口高度上的平均风速，m/s3.3烟气抬升高度烟气抬升高度l霍兰德公式适用于中性大气条件，若用于计算不稳定条件下的烟气抬升高度时，实际抬升高度应比计算值增加10%20%；若用于计算稳定条件下的烟气抬升高度时，实际抬升应比计算值减小10%20%。【例例3-4】某工厂动力锅炉烟囱高35m，烟囱出口直径3m，烟气初始速度为10m/s，烟气温度为473K，烟囱出口处周围环境风速为5m/s

15、，大气温度为295K，试用霍兰德公式计算烟气最大抬升高度及有效源高度。3.3烟气抬升高度烟气抬升高度解解:Hs=35m，Ds=3m，Vs=10m/s，u=5m/s，Ts=473K，Ta=295K 有效源高度：H=Hs+=35+27=62（m）3.3烟气抬升高度烟气抬升高度（2）国家标准中规定的计算公式l我国“制订地方大气污染物排放标准的技术方法”(GB/T13201-91)中规定的公式如下。当QH 2100kJ/s，且Ts-Ta35K时，烟气抬升高度可用下式计算。当1700kJ/sQH 2100kJ/s时，烟气抬升高度可用下式计算。3.3烟气抬升高度烟气抬升高度当QH 1700kJ/s或Ts-

16、Ta35K时，烟气抬升高度可用下式计算。QH烟气的热释放率，kJ/s 3.3烟气抬升高度烟气抬升高度Ts烟囱出口处烟气温度，K；Ds烟囱排出口的内径，m；Hs 烟囱几何高度，m；Vs 烟囱排出口处的排烟速度，m/s；QV实际状态下的烟气排放量，m3/s；Ta大气温度，K（取当地气象台站近五年定时观测的平均气温值）；Pa大气压力，kPa；u烟囱出口高度上的平均风速，m/s；n0烟气热状况及地表系数，由表3-6确定；n1烟气热释放率指数，由表3-6确定；n2 烟囱高度指数，由表3-6确定。3.3烟气抬升高度烟气抬升高度QH/（kJ/s）地表状况n0n1n2QH 2100农村或城市远郊区0.3323/52/5城市及近郊区0.2923/52/51700QH 2100农村或城市远郊区1.4271/32/3城市及近郊区1.3031/32/3表3-6 n0，n1，n2值的确定 3.3烟气抬升高度烟气抬升高度【例例3-5】某城市火电厂的烟囱高100m，出口内径5m，出口烟气流速12.7m/s，温度100，流量250m3/s，烟囱出口处的风速4m/s，大气温度20，大气压力为101.3kPa。试确定烟气