大氣擴散與污染控制

大氣擴散與污染控制第1頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月無界空間連續(xù)點源擴散模式高架連續(xù)點源擴散模式第2頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月污染物濃度的估算q

源強計算或?qū)崪y

平均風速多年的風速資料

H

有效煙囪高度

、擴散參數(shù)第4頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月煙云抬升的原因有兩個：①是煙囪出口處的煙流具有一初始動量（使它們繼續(xù)垂直上升）；②是因煙流溫度高于環(huán)境溫度產(chǎn)生的靜浮力。這兩種動力引起的煙氣浮力運動稱煙云抬升，煙云抬升有利于降低地面的污染物濃度。1.煙氣抬升高度的計算

初始動量：速度、內(nèi)徑浮力：煙溫度煙氣抬升第5頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月煙氣抬升高度的計算（1）

Holland公式：當大氣穩(wěn)定度為中性，計算煙氣抬升高度時，經(jīng)常使用霍蘭徳公式：

Holland公式比較保守，特別在煙囪高、熱釋放率比較強的情況下。在實際計算中，不穩(wěn)定條件(A、B穩(wěn)定度)，ΔH需增加10％～20％；穩(wěn)定條件(D、E、F穩(wěn)定度)，ΔH需減少10％～20％。

kW抬升高度計算式第6頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

（2）Briggs公式：適用不穩(wěn)定及中性大氣條件不穩(wěn)定或中性大氣下，布里格斯公式用來確定不同的熱釋放率和下風向距離條件下的煙氣抬升高度：第7頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）我國“制訂地方大氣污染物排放標準的技術(shù)方法”

(GB/T13201-91)中的公式——在沒有特別要求時，應(yīng)優(yōu)先使用國家標準規(guī)定的方法。

第8頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月煙氣抬升高度計算（例題）第9頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月煙氣抬升高度計算（例題）第10頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月煙氣抬升高度計算（例題）第11頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月例：某市遠郊區(qū)電廠煙囪高160m，煙囪排出口內(nèi)徑5m，排煙速度12m/s。煙氣溫度135℃，周圍大氣溫度15℃。大氣穩(wěn)定度C級，源高處風速6.12m/s。試分別用霍蘭德、布里格斯、國家標準公式計算煙氣抬升高度（假設(shè)下風向距離x=2km）第12頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月大氣擴散參數(shù)（σy，σz）的確定P－G曲線法帕斯奎爾(Pasquill)在1961年推薦一種僅需要常規(guī)氣象觀測資料就能估算σy，σz的方法，吉福德(Gifford)進一步將它制成應(yīng)用更方便的圖表。應(yīng)用觀測到的風速、云量、云狀和日照等天氣資料，將大氣擴散稀釋能力分為6個等級：A—極不穩(wěn)定，B—不穩(wěn)定，C—弱不穩(wěn)定，D—中性，E—弱穩(wěn)定，F(xiàn)—穩(wěn)定。若穩(wěn)定級別為A～B，則表示按A、B級的數(shù)據(jù)內(nèi)插。該法的要點：首先根據(jù)帕斯奎爾劃分大氣穩(wěn)定度的方法來確定大氣穩(wěn)定度級別；然后從圖4-4和圖4-5中查得（或表4-4用內(nèi)插法求出）對應(yīng)的擴散參數(shù)σy和σz；最后將σy、σz代入前面介紹的一系列擴散模式中，就可估計出各種情況下的濃度值。擴散參數(shù)是表征湍流擴散劇烈程度的物理量，是影響污染物濃度的重要參數(shù)。第13頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月擴散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級別第14頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月擴散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用利用擴散曲線確定和第15頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月擴散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用估算地面最大濃度和它出現(xiàn)的距離第16頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月估算地面最大濃度和它出現(xiàn)的距離設(shè)H=141.4m，則=100m若大氣穩(wěn)定度級別為B級，則查右圖知：

=2km第17頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月估算地面最大濃度和它出現(xiàn)的距離在對應(yīng)的約為110m第18頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月例題第19頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月例題第20頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月擴散參數(shù)的確定－中國國家標準規(guī)定的方法我國在修訂P-T法基礎(chǔ)上產(chǎn)生了國家標準法(GB/T13201-91)。太陽高度角

（式4-29，地理緯度，傾角）

輻射等級穩(wěn)定度云量（加地面風速）

該方法的技術(shù)路線是：根據(jù)時間、地理位置確定日傾角、太陽高度角，利用天氣條件確定輻射等級，然后利用輻射等級和風速確定大氣穩(wěn)定度，最后查擴散參數(shù)冪函數(shù)表，確定擴散參數(shù)。第21頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月擴散參數(shù)的確定－中國國家標準規(guī)定的方法擴散參數(shù)的選取擴散參數(shù)的表達式為（取樣時間0.5h，按表4-8查算）平原地區(qū)和城市遠郊區(qū)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提半級工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，C提至B級，D、E、F向不穩(wěn)定方向提一級丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)取樣時間大于0.5h，不變，第23頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月例：某冶煉廠煙囪高150m，煙氣抬升高度75m，SO2排放量1000g/s。估算風速3m/s，大氣穩(wěn)定度C級時地面最大濃度是多少？發(fā)生在什么位置？（分別用P-G法和國家標準方法計算）第二步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的下風向距離。第一步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的Z向擴散參數(shù)。第三步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的y向擴散參數(shù)。第四步：計算地面最大濃度。第24頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月特殊氣象條件下的擴散模式在整層大氣都具有同一穩(wěn)定度（即溫度層結(jié)構(gòu)均一，實際中難以實現(xiàn)）、平坦地形的條件下應(yīng)用高斯模式計算污染物濃度。如果整個大氣層不均勻，污染物擴散所涉及的溫度層結(jié)不止一個，或者地表粗糙度高，地勢起伏大就需要特殊處理。下面討論兩種特殊情況：封閉型擴散和熏煙型擴散。一、封閉型擴散模式——有上部逆溫層的擴散模式所謂封閉型擴散就是指在上部存在逆溫層的氣象條件下，污染物受到上部逆溫層限制，只能在地面和逆溫層之間擴散的情況第25頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月在封閉型擴散中，假定：污染物完全不向逆溫層擴散；上部逆溫層對污染物起全反射作用，可用像源法處理；污染源在地面和逆溫層之間形成無窮多個像對，污染物濃度是實源和無窮多虛源的貢獻之和。由式4-9得：地面軸線上的污染物濃度為：第26頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月DD-HD-H2D-H第27頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月封閉型擴散模式簡化計算：第28頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月例：位于北緯40°，東經(jīng)117°的某化工廠煙囪高50m，H2S排放量9kg/h,排放筒直徑0.5m，煙氣出口溫度50℃。出口氣速12m/s。距地面10m處風速為4m/s，早春2月上午8時，天氣晴朗，環(huán)境氣溫15℃，距地面500m處出現(xiàn)逆溫，試問在下風向5000m、8000m處H2S濃度有多大？第二步：確定H——計算QV、QH-計算50m處風速-計算ΔH。第一步：確定大氣穩(wěn)定度——查太陽傾角-計算太陽高度角-確定輻射等級-查出大氣穩(wěn)定度第三步：確定XD——計算σz，按遠郊區(qū)查表4-8，反算XD。第四步：按4-9計算5000m處H2S濃度。第五步：按4-9計算XD

處H2S濃度；按4-36計算2XD

處H2S濃度。然后內(nèi)插，確定5000m處H2S濃度。第29頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月熏煙型擴散模式熏煙過程：早晨太陽升起后，地面得到來自太陽的輻射逐漸加熱，夜間產(chǎn)生的逆溫層逐漸抬升，當逆溫破壞到煙流下邊緣以上時，使煙流發(fā)生向下的強烈混合，地面污染物濃度增大，產(chǎn)生熏煙過程。熏煙過程一般多在早晨發(fā)生，持續(xù)時間不超過2小時。第30頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月熏煙型擴散模式——地面濃度hf——逆溫層消失高度；σyf——熏煙條件下Y向擴散參數(shù)即hf=H時第31頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月例題

參照【例4-6】第32頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月煙囪高度的設(shè)計煙囪高度的計算（1）達到大氣污染物稀釋擴散的作用；（2）盡量節(jié)省投資（造價正比于H2

）；（3）地面濃度不超過《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》。

1、按地面最大濃度計算

第33頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2、按一定保證率的計算法由地面最大濃度計算法→HS較矮，當u＜ū時，地面濃度可能超標；由地面絕對最大濃度計算法→HS較高，無論u多大，地面濃度不超標，但煙囪造價高。從環(huán)保和經(jīng)濟兩方面來看，在選擇一個可接受的保證率后，ū、穩(wěn)定度取一定值后代入上述公式，可得某一保證率的氣象條件下的煙囪高度，較前面較合理。3、P值法根據(jù)“指定大氣污染物排放標準的技術(shù)方法”GB/T13201-91中規(guī)定的點源煙塵允許排放率計算式：式中：Qe－煙塵允許排放速率，t/h；Pe－煙塵排放控制系數(shù)，t/(h·m2)；H－有效源高，m。第34頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月煙囪設(shè)計中的幾個問題煙囪高度計算公式的校核

上述計算公式按錐形高斯模式導出，在逆溫較強的地區(qū)，需要用封閉型或熏煙型模式校核煙氣抬升高度的選取優(yōu)先采用國家標準中的推薦公式（也有人認為一般選霍氏公式）。煙流下洗現(xiàn)象的防止

為避免煙流因受周圍建筑物的影響而產(chǎn)生的煙流下洗現(xiàn)象，煙囪高度應(yīng)為周圍建筑物的2倍以上。

為避免煙囪本身對煙流產(chǎn)生的下洗現(xiàn)象，煙囪出口氣速不得低于該高度處平均風速的1.5倍。一般宜在20~30m/s。煙溫宜在100℃以上。第35頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月公式中與氣象有關(guān)的參數(shù)取值方法：ū的取值：①取多年平均值；②取某一保證率的值：如已知ū＞3m/s的頻率為80%，取3m/s可保證有80%不超標，而地面平均最大濃度可能比規(guī)定標準更低。煙囪出口直徑的計算：第37頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月例：地處丘陵的某煉油廠進行擴建，擬新建一煙囪排放污染物。煙囪排放條件為：出口內(nèi)徑3m，出口速度15m/s，煙溫140℃，大氣溫度17℃，H2S排放量7.2kg/h。離該廠2500m處有一城鎮(zhèn)，大氣中H2S現(xiàn)狀濃度是0.5μg/m3，為使該城鎮(zhèn)H2S的濃度低于10μg/m3，問要建多高的煙囪才能滿足要求？