3.2烟气的扩散.ppt

大气污染控制工程李广超 l3.3.13.3.1烟气抬升现象烟气抬升现象3.3烟气抬升高度烟气抬升高度3.33.3烟气抬升高度烟气抬升高度 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 3 33 32 2 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；us 烟囱排出口处的排烟速度，m/s；Ds 烟囱排出口的内径，m；烟囱口高度上的平均风速，m/s Ts烟气出口的温度，K；Ta环境大气平均温度，K；QH 烟气热排放率，kJ/s。3.3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减小10%20%。【例例3-1】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，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3.3烟气抬升高度烟气抬升高度解解:Hs=35m，Ds=3m，us=10m/s，=5m/s，Ts=473K，Ta=295K 有效源高度：H=Hs+H=35+27=62（m）（2）Briggs公式：适用不稳定及中性大气条件3.3烟气抬升高度烟气抬升高度（3）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-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，hPa；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，由表确定；n1烟气热释放率指数，由表确定；n2 烟囱高度指数，由表确定。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 n0，n1，n2值的确定 3.3烟气抬升高度烟气抬升高度【例例3-2】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。试确定烟气抬升高度及有效源高度。解解 已知 Hs=100m，QV=250m3/s，Ds=5m，Vs=12.7m/s，Ts=373K，Ta=293K，=4m/s 3.3烟气抬升高度烟气抬升高度3.3烟气抬升高度烟气抬升高度由于2100QH 21000kJ/s，由表3-8，可以确定n0、n1、n2的值分别为0.292、3/5、2/5，烟气抬升高度为193.4m，有效源高度为293.4m。3.43.4污染物浓度的估算污染物浓度的估算3 34 41 1实用的高斯扩散模式实用的高斯扩散模式Gauss(1777,4-1855)x测定值；y表明测定次数趋于无限时，测量值出现的概率密度；总体均值，表示无限个数据的集中趋势（无系统误差时即为真值）；总体标准偏差，表明测定值分散的程度。测定结果x落在1范围内的概率是68.3%;测定结果x落在2范围内的概率是95.5%;测定结果x落在3范围内的概率是99.7%;3.43.4污染物浓度的估算污染物浓度的估算（1）坐标系 原点：为无界点源或地面源的排放点，或者高架源排放点在地面上的投影点；x为主风向；y为横风向；z为垂直向3.43.4污染物浓度的估算污染物浓度的估算3.43.4污染物浓度的估算污染物浓度的估算（2）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、稳定的；污染源的源强是连续的，均匀的；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 3.43.4污染物浓度的估算污染物浓度的估算 (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；平均风速，m/s；（3）高架连续点源扩散模式3.43.4污染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；l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。3.43.4污染物浓度的估算污染物浓度的估算（4 4）地面最大浓度3.43.4污染物浓度的估算污染物浓度的估算烟流地面中心线上的污染物浓度：地面最大浓度：X增大，第一项减小，第二项增大3.43.4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80m，SO2排出量为80g/s，烟囱出口处的平均风速为4.6m/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：正下风向距烟囱500m处SO2的地面上浓度。地面最大浓度max。解：解：已知H=80m，Q=80g/s，=4.6m/s，正下风方向500m处的y=35.3m，z=18.1m。3.43.4污染物浓度的估算污染物浓度的估算当y/z的比值恒定时，地面最大浓度为:3.43.4污染物浓度的估算污染物浓度的估算3 34 42 2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：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，从表中查出稳定度级别；根据大气稳定度分别从图3-18、图3-19（表3-9）中查出下风向距离为x的y和z值。3.43.4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 6CDDDDD3.43.4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3.43.4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：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，从表中查出辐射等级；由辐射等级和地面上10m处风速，从表中查出稳定度级别；根据大气稳定度分别从图3-18和图3-19（表3-9）中查出下风向距离为x的y和z值。3.43.4污染物浓度的估算污染物浓度的估算【例例3-4】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：冬季阴天正下风向距烟囱500m处SO2的地面浓度。冬季阴天下风向x=500m，y=50m处SO2的地面浓度。计算SO2的最大地面浓度出现的位置。解：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。由表查得在x=500m处，=35.3m,=18.1m。3.43.4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 根据当时的大气稳定度类型为D型，由D型曲线查得z=56.58m时，x2000m。即出现最大浓度的位置：正下风向地面距烟囱2000m。3.43.4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。3.43.4污染物浓度的估算污染物浓度的估算【例例3-5】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,=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=0.8263.43.4污染物浓度的估算污染物浓度的估算3.5烟囱高度设计烟囱高度设计3.5.1 3.5.1 烟囱高度的计算烟囱高度的计算要求：（1）达到稀释扩散的作用（2）造价最低，造价正比于H2（3）地面浓度不超标 l按地面最大浓度计算 0 是环境空气质量标准规定的浓度限值，b本底浓度3.5.2 3.5.2 烟囱设计中的几个问题烟囱设计中的几个问题（1 1）一般取0.51.0，若Hs大于100m，取0.5；若Hs100m时，取0.61.0。（2）在逆温较强的地区，需要用封闭型或熏烟型模式校核。（3）烟气抬升高度的计算优先采用国家标准中的推荐公式。