《环境工程学(王玉恒)第7-8章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《环境工程学(王玉恒)第7-8章.ppt（108页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、大气污染控制工程大气污染控制工程环境工程学环境工程学第七章第七章气态污染物控制气态污染物控制吸收净化吸收净化吸附净化吸附净化催化转化催化转化燃烧转化燃烧转化冷凝法冷凝法生物净化生物净化气态污染物的其他净化方法气态污染物的其他净化方法利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度不同，或者与吸收剂发利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度不同，或者与吸收剂发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来。生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来。特点特点捕集效率高、设备简单、一次性投资低。捕集效率高、设备简单、一次性投资低。应用应用广泛地应用于气态污染物的处理。如广泛地应用于气态污染物的处理
2、。如SO2、H2S、HF、HCl和和NOx等等污染物的废气，都可以采用吸收净化。污染物的废气，都可以采用吸收净化。第一节第一节吸收净化吸收净化一一.吸收平衡吸收平衡亨利定律：反应气液相的平衡亨利定律：反应气液相的平衡Pi*:i组分在气相中的分压组分在气相中的分压Xi:i组分在液相中的摩尔分数组分在液相中的摩尔分数Ei:亨利系数亨利系数亨利定律可写为：亨利定律可写为：Hi:i组分在溶液中的溶解度系数。组分在溶液中的溶解度系数。二二.吸收速率方程吸收速率方程基本理论：双膜理论基本理论：双膜理论界面分为气膜和液膜。界面分为气膜和液膜。气膜气膜液膜液膜液相主体液相主体CAL气相主体气相主体PAGCAi
3、PAiZGZL界面传质速率方程符合费克定律界面传质速率方程符合费克定律q 吸收剂的选择吸收剂的选择对吸收剂的要求（选择原则）对吸收剂的要求（选择原则）吸收剂对混合气体中被吸收组分具有良好的选择性和较大的吸收能吸收剂对混合气体中被吸收组分具有良好的选择性和较大的吸收能力；力；吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收剂损失，避免造成新的污染；吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收剂损失，避免造成新的污染；沸点高、融点低、粘度低，不易起泡沸点高、融点低、粘度低，不易起泡；化学性能稳定，腐蚀性小、无毒性、难燃烧；化学性能稳定，腐蚀性小、无毒性、难燃烧；价廉易得；价廉易得；易于解吸再生或综合利用易于解吸再生或综合利用；吸
4、收剂选择实例吸收剂选择实例污染物污染物适宜的吸收剂适宜的吸收剂污染物污染物适宜的吸收剂适宜的吸收剂氯化氢氯化氢氟化氢氟化氢二氧化硫二氧化硫氧化氢氧化物氧化氢氧化物硫化氢硫化氢水、氢氧化物水、氢氧化物水、碳酸钠水、碳酸钠氢氢氧氧化化钠钠、亚亚硫硫酸酸钠钠、氢氢氧氧化化钙钙氢氧化钠、硝酸氢氧化钠、硝酸+亚硫酸钠亚硫酸钠二乙醇胺、氨水、碳酸钠二乙醇胺、氨水、碳酸钠氯气氯气氨氨苯酚苯酚有机酸有机酸硫酸硫酸氢氢氧氧化化钠钠、亚亚硫硫酸酸钠钠水、硫酸、硝酸水、硫酸、硝酸氢氧化钠氢氧化钠氢氧化钠氢氧化钠次氯酸钠次氯酸钠q吸收设备及其计算吸收设备及其计算吸收设备的分类吸收设备的分类按吸收表面形成方式分类按吸收
5、表面形成方式分类表面吸收器表面吸收器两相接触表面是静止液面或流动的液膜表面两相接触表面是静止液面或流动的液膜表面水平液面的表面吸收器水平液面的表面吸收器液膜吸收器液膜吸收器机械膜式吸收器机械膜式吸收器填料吸收器填料吸收器鼓泡式吸收器鼓泡式吸收器气体以气泡形式分散于液体吸收剂中气体以气泡形式分散于液体吸收剂中连续鼓泡层吸收器连续鼓泡层吸收器板式吸收器板式吸收器活动（浮动）填料吸收器活动（浮动）填料吸收器液体机械搅拌吸收器液体机械搅拌吸收器喷洒式吸收器喷洒式吸收器空心（喷嘴式）喷洒吸收器空心（喷嘴式）喷洒吸收器高气速并流喷洒吸收器高气速并流喷洒吸收器机械喷洒吸收器机械喷洒吸收器液体以液滴形式分散于
6、气体中液体以液滴形式分散于气体中按气液两相界面形成原理分类按气液两相界面形成原理分类具有固定相界面的吸收设备具有固定相界面的吸收设备在气液两相流动过程中形成相界面的吸收设备在气液两相流动过程中形成相界面的吸收设备有外部能量引入的吸收设备有外部能量引入的吸收设备按汽液分散形式分类按汽液分散形式分类气相分散、液相连续气相分散、液相连续液相分散、气相连续液相分散、气相连续气相与液相同为分散相气相与液相同为分散相板式塔板式塔喷淋塔、填料塔喷淋塔、填料塔文丘里吸收塔文丘里吸收塔 按汽液接触方式分类按汽液接触方式分类连续接触式连续接触式间断接触式间断接触式填料塔、喷淋塔、湍球塔填料塔、喷淋塔、湍球塔板式塔
7、板式塔常用吸收塔介绍常用吸收塔介绍填料塔填料塔要求气液有效接触面积大，气液湍动程度高，设备压力损失小，结要求气液有效接触面积大，气液湍动程度高，设备压力损失小，结构简单，易操作维修，投资少，操作费用低等。构简单，易操作维修，投资少，操作费用低等。结构简单、结构简单、便于用耐腐蚀材料制造便于用耐腐蚀材料制造，气液接触效果好，压降小。，气液接触效果好，压降小。当烟气中含有悬浮颗粒时，填料容易堵塞，清理检修时填料损耗当烟气中含有悬浮颗粒时，填料容易堵塞，清理检修时填料损耗大。大。湍球塔湍球塔气体流速高，处理能力大；设备体积小，吸收效率高。气体流速高，处理能力大；设备体积小，吸收效率高。随小球的随小球
8、的运动，有一定程度的返混；段数多时阻力较高；塑料小球不能承运动，有一定程度的返混；段数多时阻力较高；塑料小球不能承受高温，使用寿命短，需经常更换。受高温，使用寿命短，需经常更换。筛板塔筛板塔处理能力大，压降小，在一定的负荷范围内容易操作，塔板效率处理能力大，压降小，在一定的负荷范围内容易操作，塔板效率高及制作安装简单，金属耗量省，造价低。高及制作安装简单，金属耗量省，造价低。必必须维持恒定的操作条件，负荷范围比较窄；小孔径筛孔容易堵塞。须维持恒定的操作条件，负荷范围比较窄；小孔径筛孔容易堵塞。筛筛板板塔塔填料吸收塔的设计填料吸收塔的设计塔径的计算塔径的计算处理气量：处理气量：根据实际的工业过程
9、而根据实际的工业过程而定定。空塔速度：空塔速度：一般由填料一般由填料塔的塔的液泛速率液泛速率Vt 确定，确定，通常取通常取V0Vt。填料塔高度的计算填料塔高度的计算由过程吸收速率由过程吸收速率NA和对吸收效率的要求来确定。和对吸收效率的要求来确定。填料吸收塔的压力降填料吸收塔的压力降单位填充层内填料的表面单位填充层内填料的表面积积液泛液泛塔内气相靠压差自下而上逐板流动，液相靠重力自上而下通过降液管而逐板塔内气相靠压差自下而上逐板流动，液相靠重力自上而下通过降液管而逐板流动。显然，液体是由低压空间流至高压空间，因此，降液管中的液流必须有足流动。显然，液体是由低压空间流至高压空间，因此，降液管中的
10、液流必须有足够高度，以克服两板间的压降而流动。够高度，以克服两板间的压降而流动。当液体流经降液管时，降液管对液流有各种局部阻力，液流量大则阻力也增当液体流经降液管时，降液管对液流有各种局部阻力，液流量大则阻力也增大，降液管内液面也随之升高。故气液相流量增加都能使降液管内液面升高。当大，降液管内液面也随之升高。故气液相流量增加都能使降液管内液面升高。当管内液体增加到越过溢流堰顶部时，漫到上层板中去；该层塔板产生积液，并依管内液体增加到越过溢流堰顶部时，漫到上层板中去；该层塔板产生积液，并依次上升，这种现象称为液泛，亦称次上升，这种现象称为液泛，亦称淹塔淹塔。此时，塔板压降上升，全塔操作被破坏，。
11、此时，塔板压降上升，全塔操作被破坏，操作时应避免液泛发生。操作时应避免液泛发生。使气体混合物与适当的多孔性固体接触，利用固体表面存在的未平衡的分子引力或化使气体混合物与适当的多孔性固体接触，利用固体表面存在的未平衡的分子引力或化学键力，把混合物中某一组分或某些组分吸附在固体表面上。学键力，把混合物中某一组分或某些组分吸附在固体表面上。特点特点效率高，能回收有用组分，设备简单，操作方便，易于实现自动控制。效率高，能回收有用组分，设备简单，操作方便，易于实现自动控制。但是吸但是吸附容量不高。附容量不高。应用应用广泛地应用于化工、冶金、石油、食品、轻工及高纯气体的制备等工业部门。广泛地应用于化工、冶
12、金、石油、食品、轻工及高纯气体的制备等工业部门。第二节第二节吸附净化吸附净化特别是用于其它方法难于分离的低浓度有害物质和排放标准要求严格的废气处理上特别是用于其它方法难于分离的低浓度有害物质和排放标准要求严格的废气处理上效果更好。效果更好。q吸附过程吸附过程物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附靠分子间的范德华引力产生靠分子间的范德华引力产生靠吸附剂与吸附质之间的化学键靠吸附剂与吸附质之间的化学键力产生力产生单分子层吸附或多层吸单分子层吸附或多层吸附附只能单层吸附只能单层吸附吸附剂及其再生吸附剂及其再生气体净化吸附剂应满足的要求气体净化吸附剂应满足的要求工业上常用
13、的吸附剂工业上常用的吸附剂活性炭、活性氧化铝、硅胶、沸石分子筛等。活性炭、活性氧化铝、硅胶、沸石分子筛等。具有大的比表面积具有大的比表面积具有良好的选择性吸附作用具有良好的选择性吸附作用吸附容量大吸附容量大具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸有足够的热稳定性和化学稳定性有足够的热稳定性和化学稳定性合乎工业要求的吸附剂应满足要求：合乎工业要求的吸附剂应满足要求：有良好的再生性能有良好的再生性能来源广泛、价格低廉来源广泛、价格低廉 纯物理吸附纯物理吸附 存在化学反应存在化学反应将吸附热将吸附热Q Q重新转给吸附剂重新转给吸附剂活化能（解吸附能活化能（解吸附能E Ed
14、 d+反应热反应热Q Qc c）常用的再生方法常用的再生方法加热解吸再生加热解吸再生降压或真空解吸降压或真空解吸置换再生置换再生吸附剂的再生吸附剂的再生溶剂萃取溶剂萃取选择合适的溶剂，使吸附质在该溶剂中的溶解性选择合适的溶剂，使吸附质在该溶剂中的溶解性能远大于吸附剂对吸附质的吸附作用，从而将吸能远大于吸附剂对吸附质的吸附作用，从而将吸附物溶解下来。附物溶解下来。q吸附装置吸附装置固定床、流动床、沸腾床固定床、流动床、沸腾床在空气污染控制中最常用的是将在空气污染控制中最常用的是将两个以上的固定床组成一个两个以上的固定床组成一个半连续式吸附流半连续式吸附流程程。回转床吸附器回转床吸附器流化床吸附器
15、流化床吸附器固定床吸附器固定床吸附器q 吸附平衡与吸附速率吸附平衡与吸附速率吸附平衡吸附平衡平衡吸附量平衡吸附量吸附等温线吸附等温线等温吸附方程等温吸附方程弗伦德利希方程弗伦德利希方程朗格缪尔方程朗格缪尔方程BET方程方程型型等温线等温线型型等温线等温线型型、型型等温线等温线常用于低浓度气体，对高浓度气体常用于低浓度气体，对高浓度气体有较大偏差。有较大偏差。是目前常用的基本等温吸附式。是目前常用的基本等温吸附式。当比压当比压P/PP/P0 0=0.05-0.35=0.05-0.35时比较准确。时比较准确。吸附速率吸附速率吸附过程吸附过程外扩散外扩散内扩散内扩散吸附吸附总吸附速率是这几个步骤综合
16、的结果总吸附速率是这几个步骤综合的结果吸附速率方程吸附速率方程外扩散阻力起主要作用外扩散阻力起主要作用内扩散阻力起主要作用内扩散阻力起主要作用总吸附速率方程总吸附速率方程使气态污染物通过催化剂床层，经历催化反应，转化为无害物质或易于处理和回收利使气态污染物通过催化剂床层，经历催化反应，转化为无害物质或易于处理和回收利用的物质。用的物质。特点特点避免了其它方法可能产生的二次污染，又使操作过程得到简化。对于不同浓度的污避免了其它方法可能产生的二次污染，又使操作过程得到简化。对于不同浓度的污染物都具有很高的转化率。染物都具有很高的转化率。应用应用碳氢化合物转化为二氧化碳和水，氮氧化物转化成氮，二氧化
17、硫转化成三氧化硫而碳氢化合物转化为二氧化碳和水，氮氧化物转化成氮，二氧化硫转化成三氧化硫而加以回收利用，有机废气和臭气的催化燃烧，以及汽车尾气的催化净化等。加以回收利用，有机废气和臭气的催化燃烧，以及汽车尾气的催化净化等。第三节第三节催化转化催化转化与其它净化方法的区别：与其它净化方法的区别：无需使污染物与主气流分离。无需使污染物与主气流分离。缺点缺点催化剂价格较高，废气预热要消耗一定的能量。催化剂价格较高，废气预热要消耗一定的能量。q催化作用和催化剂催化作用和催化剂催化作用催化作用概念概念：化学反应速率因某物质的加入而改变，但其数量和性质并未改变。化学反应速率因某物质的加入而改变，但其数量和
18、性质并未改变。催化剂加速反映速度的实现催化剂加速反映速度的实现催化剂的特性催化剂的特性催化剂催化剂催化剂的组成：催化剂的组成：主活性物质，载体，助催化剂主活性物质，载体，助催化剂催化转化法选用催化剂的原则催化转化法选用催化剂的原则良好的活性和选择性；良好的活性和选择性；足够的机械强度；足够的机械强度；良好的热稳定性和化学稳定性；良好的热稳定性和化学稳定性；经济性经济性q气固催化反应动力学气固催化反应动力学气固催化反应过程气固催化反应过程气固催化反应的七个步骤气固催化反应的七个步骤外扩散过程外扩散过程内扩散过程内扩散过程吸附过程吸附过程表面反应过程表面反应过程脱附过程脱附过程内扩散过程内扩散过程
19、外扩散过程外扩散过程表面化学过表面化学过程程q气固催化反应器及计算气固催化反应器及计算气固催化反应器气固催化反应器固定床、移动床、流化床固定床、移动床、流化床应用最广泛应用最广泛 单层绝热反应器单层绝热反应器 多段绝热器多段绝热器列管式反应器列管式反应器适宜反应热效应较小，对温度变化不敏感以及副反应较少的情适宜反应热效应较小，对温度变化不敏感以及副反应较少的情况。况。适宜中等热效应的反应。适宜中等热效应的反应。适用于床温分布要求很严、反应热特别大的情况。适用于床温分布要求很严、反应热特别大的情况。固定床反应器的计算固定床反应器的计算数学模型法数学模型法经验计算法经验计算法空间速度空间速度接触时
20、间接触时间床层高度床层高度所需催化剂体积所需催化剂体积固定床的压力降固定床的压力降m m：摩擦阻力系数：摩擦阻力系数：气体黏度：气体黏度U0：空床速度：空床速度de：颗粒体积表面积平均直径，：颗粒体积表面积平均直径，通过热氧化作用将废气中的可燃有害成分转化为无害或易于进一步处理通过热氧化作用将废气中的可燃有害成分转化为无害或易于进一步处理和回收物质；而且还可以消烟、除臭。和回收物质；而且还可以消烟、除臭。特点特点工艺简单、操作方便，可回收含烃废气的热能。工艺简单、操作方便，可回收含烃废气的热能。应用应用广泛用于石油工业、有机化工、食品工业，涂料和油漆的生产、金属漆包线生产、广泛用于石油工业、有
21、机化工、食品工业，涂料和油漆的生产、金属漆包线生产、纸浆和造纸、动物饲养场、城市废物的干燥和焚烧处理场等主要含有机污染物的废纸浆和造纸、动物饲养场、城市废物的干燥和焚烧处理场等主要含有机污染物的废气治理。气治理。第四节第四节燃烧转化燃烧转化处理可燃组分含量低的废气时，需预热耗能，应注意热能的回收。处理可燃组分含量低的废气时，需预热耗能，应注意热能的回收。燃烧类型燃烧类型直接燃烧直接燃烧热力燃烧热力燃烧催化燃烧催化燃烧q燃烧过程及装置燃烧过程及装置直接燃烧直接燃烧浓度高于爆炸下限的废气可在一般的炉、窑中直接燃烧。浓度高于爆炸下限的废气可在一般的炉、窑中直接燃烧。在石油工业和石油化学工业中，主要是
22、在石油工业和石油化学工业中，主要是“火炬火炬”燃烧燃烧。热力燃烧热力燃烧燃烧辅助燃料提供预热能量；燃烧辅助燃料提供预热能量；高温燃气与废气混合以达到反应温度；高温燃气与废气混合以达到反应温度；废气在反应温度下充分燃烧。废气在反应温度下充分燃烧。燃燃烧烧过过程程优点：优点：可除去有机物及超微细颗粒物，结构简单，占用空间小，维修费用低。可除去有机物及超微细颗粒物，结构简单，占用空间小，维修费用低。缺点：缺点：操作费用高，有回火及火灾的可能性。操作费用高，有回火及火灾的可能性。催化燃烧催化燃烧在催化剂存在下，废气中可燃组分能在较低的温度下进行燃烧反应。在催化剂存在下，废气中可燃组分能在较低的温度下进
23、行燃烧反应。优点：优点：操作温度低，燃料耗量低，保温要求不严格，能减少回火及火灾危险。操作温度低，燃料耗量低，保温要求不严格，能减少回火及火灾危险。缺点：缺点：催化剂较贵，需要再生，基本建设投资高。大颗粒物及液滴应预先除去，不能催化剂较贵，需要再生，基本建设投资高。大颗粒物及液滴应预先除去，不能用于使催化剂中毒的气体。用于使催化剂中毒的气体。q热能回收热能回收火炬燃烧的优点火炬燃烧的优点缺点缺点安全、简单、成本低安全、简单、成本低不能回收热能不能回收热能将废气连续通入烟筒，在烟筒末端进行燃烧。将废气连续通入烟筒，在烟筒末端进行燃烧。火炬燃烧火炬燃烧热力燃烧热力燃烧催催化化燃燃烧烧利用不同物质在
24、不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一性质，采用降低系利用不同物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一性质，采用降低系统温度或提高系统压力，使处于蒸汽状态的污染物冷凝并从废气中分离统温度或提高系统压力，使处于蒸汽状态的污染物冷凝并从废气中分离出来。出来。适用性适用性不适宜处理低浓度的废气，常作为吸附、燃烧等净化高浓度废气的前处不适宜处理低浓度的废气，常作为吸附、燃烧等净化高浓度废气的前处理。理。冷凝法冷凝法特别适用于处理废气浓度在特别适用于处理废气浓度在10000ppm以上的有机溶剂蒸汽。以上的有机溶剂蒸汽。q冷凝原理冷凝原理露点露点:一定压力下，气体物质开始冷凝出现第一个液滴时的温度一定压力下，气体
25、物质开始冷凝出现第一个液滴时的温度泡点：一定压力下，液体加热出现第一个气泡的温度泡点：一定压力下，液体加热出现第一个气泡的温度q接触冷凝接触冷凝被冷却的气体与冷却液或冷冻液直接接触。被冷却的气体与冷却液或冷冻液直接接触。有利于传热，但冷凝也需进一步处理。有利于传热，但冷凝也需进一步处理。接触冷凝设备接触冷凝设备喷射器、喷淋塔、气液接触塔喷射器、喷淋塔、气液接触塔q表面冷凝表面冷凝表面冷凝设备表面冷凝设备列管冷凝器、翅管空冷冷凝器、列管冷凝器、翅管空冷冷凝器、淋洒式冷凝器、螺旋板冷凝器淋洒式冷凝器、螺旋板冷凝器蒸汽在间壁上的冷凝形式蒸汽在间壁上的冷凝形式膜状冷凝、滴状冷凝膜状冷凝、滴状冷凝利用微
26、生物的生命活动过程把废气中的气态污染物转化成少害甚至无害利用微生物的生命活动过程把废气中的气态污染物转化成少害甚至无害的物质。的物质。特点特点不需要再生过程和其它高级处理，与其它净化法相比，其处理设备简单，费用也低，不需要再生过程和其它高级处理，与其它净化法相比，其处理设备简单，费用也低，并可以达到无害化的目的。并可以达到无害化的目的。应用应用广泛地应用于废气治理工程中，特别是有机废气的净化，如屠宰厂、肉类加工厂、广泛地应用于废气治理工程中，特别是有机废气的净化，如屠宰厂、肉类加工厂、金属铸造厂的臭气处理。金属铸造厂的臭气处理。第五节第五节生物净化生物净化缺点缺点不能回收污染物质，只适用于污染
27、物浓度很低的情况。不能回收污染物质，只适用于污染物浓度很低的情况。q废气的生物处理原理废气的生物处理原理q生物处理设备生物处理设备生物净化废气的方式生物净化废气的方式生物吸收方法生物吸收方法生物过滤法生物过滤法先把污染物从气相转移到水中，然后进行废水的微生物处理。先把污染物从气相转移到水中，然后进行废水的微生物处理。用附着在固体过滤材料表面的微生物来完成。用附着在固体过滤材料表面的微生物来完成。活性污泥法，微生物活性污泥法，微生物悬浮液法悬浮液法土壤法，堆肥法土壤法，堆肥法生生物物吸吸收收装装置置生生物物过过滤滤装装置置本章小结本章小结1、气态污染物的各种处理方法、气态污染物的各种处理方法2、
28、各种处理方法的原理、特点、优缺点、装置的结构、各种处理方法的原理、特点、优缺点、装置的结构、分类分类3、强调的一些基本概念。、强调的一些基本概念。第八章第八章 污染物的稀释法控制污染物的稀释法控制影响污染物在大气中扩散的气象影响污染物在大气中扩散的气象因素因素烟气抬升高度烟气抬升高度污染物落地浓度污染物落地浓度烟囱计算烟囱计算q第一节第一节影响污染物在大气中扩散的气象因素影响污染物在大气中扩散的气象因素气象的动力因子气象的动力因子风风作用：整体输送；冲淡稀释作用：整体输送；冲淡稀释风速廓线风速廓线（风速随高度的变化曲线）（风速随高度的变化曲线）模式：对数率；指数率模式：对数率；指数率对数率对数
29、率,适用适用中性层结近中性层结近地条件地条件K:卡门常数卡门常数,一般为一般为0.4Z0:地面粗糙度，表地面粗糙度，表8-1u*:摩擦速度摩擦速度m：常数，与大气稳定度、：常数，与大气稳定度、地形有关，表地形有关，表8-2u10：高度：高度10m处的平均风处的平均风速速指数率指数率,非非中性层结中性层结地表类型地表类型Z0U*光滑的雪光滑的雪0.0050.17平静海面平静海面0.020.21光滑的泥平面光滑的泥平面,冰冰0.0010.16水平沙漠水平沙漠0.030.225cm高草地高草地120.4360cm高草地高草地490.60成熟庄稼地成熟庄稼地141.75湍流湍流:摩擦层中风的阵性和摆动
30、。摩擦层中风的阵性和摆动。机械湍流机械湍流,热力湍流热力湍流污染物的扩散主要靠大气湍流的作用。污染物的扩散主要靠大气湍流的作用。局地风：局部空气的环流局地风：局部空气的环流海陆风海陆风：海洋或湖泊沿岸，周期海洋或湖泊沿岸，周期24h图图8-6山谷风：山谷风：山区和谷地山区和谷地图图8-7，8-8，8-9城市热岛效应：城市热岛效应：城市比周围地区热的现象城市比周围地区热的现象图图8-10大气温度层结大气温度层结:气温随高度的分布气温随高度的分布.两个重要指标两个重要指标:干绝热递减率干绝热递减率d,气温递减率气温递减率气象的热力因子气象的热力因子由这两者的关系来确定大气稳定度。由这两者的关系来确
31、定大气稳定度。对气块而言，为常数对气块而言，为常数对周围空气而言，不是对周围空气而言，不是常数常数d递减或超绝热递减或超绝热温度层结的四种类型：温度层结的四种类型：=d中性中性=0等温等温0,a0不稳定0,a0稳定中性层0，a=0中性稳定层0，a0逆温，非常稳定烟流型与大气稳定度的关系波浪型（不稳）锥型（中性or弱稳）扇型（逆温）爬升型（下稳，上不稳）漫烟型（上逆、下不稳）（1）帕斯奎尔（）帕斯奎尔（Pasquill）分类方法）分类方法根据距地面根据距地面10m高处的风速和辐射高处的风速和辐射状况（云量、云状和日照）来划分状况（云量、云状和日照）来划分地表风速地表风速/m s-1日射状态（白天
32、）日射状态（白天）夜夜间间强强中中弱弱薄云全天或低云薄云全天或低云 4/8 3/8云量云量6CDDDD大气稳定度的分类大气稳定度的分类(2)(2)我国的改进：我国的改进：原来的为原来的为，现为，现为 /.-93-93，步骤为：，步骤为：.查表得出太阳倾角查表得出太阳倾角.计算太阳高度角计算太阳高度角h0式中：式中：当地的纬度，当地的纬度，degdeg；当地的经度，当地的经度，deg;deg;t 进行观测时的北京时间；进行观测时的北京时间；太阳倾角，太阳倾角，degdeg，.太阳辐射等级的确定太阳辐射等级的确定表中表中+3表示强太阳射入辐射，表示强太阳射入辐射，+2表示中等辐射，表示中等辐射，+
33、1表示弱辐射，表示弱辐射，0表示射入与射出辐射平衡，表示射入与射出辐射平衡，-1表示存在弱的地球辐射，表示存在弱的地球辐射，-2表示强射出辐射。表示强射出辐射。.由太阳辐射等级和地面风速（离地由太阳辐射等级和地面风速（离地10m10m处的平均风速）确定大气稳定度级别。处的平均风速）确定大气稳定度级别。第二节第二节烟气抬升高度烟气抬升高度抬升高度及影响因素抬升高度及影响因素概念：概念：烟羽：烟气在水平方向的扩散。烟羽：烟气在水平方向的扩散。烟羽抬升高度：烟羽轴线与烟囱口间的距离。烟羽抬升高度：烟羽轴线与烟囱口间的距离。有效源高有效源高H：烟气所达到的高度。：烟气所达到的高度。H=Hs+H影响因素
34、：影响因素：排放因素、气象因素、下垫面排放因素、气象因素、下垫面抬升高度的计算公式抬升高度的计算公式我国国标推荐公式我国国标推荐公式霍兰德霍兰德(Holland)公式公式博山克特博山克特(Bosanguet)公式公式布里吉斯布里吉斯(Bvigss)公式公式康凯维康凯维(Concawa)公式公式4一、烟气抬升高度一、烟气抬升高度 H 的计算（介绍的计算（介绍GB3840-83GB3840-83推荐的计算公式）推荐的计算公式）有效源高有效源高HeHsH有风，中性和不稳定条件有风，中性和不稳定条件（1 1）烟气热释放率）烟气热释放率Qh 2100kJ/s，且烟气温度与环境温度的差值，且烟气温度与环境
35、温度的差值 T 35K时时n n0 0,n,n1 1,n,n2 2,分别为烟气热状况与地表状分别为烟气热状况与地表状况系数，烟气热释放系数，排气筒高况系数，烟气热释放系数，排气筒高度指数度指数(P476(P476表表8-6)8-6)。8-1（2）1700kJ/sQh2100kJ/s式中：式中：H2按按8-1计算计算（3）Qh 1700kJ/s或或T 像源法像源法实源：实源：像源：像源：n实源的贡献实源的贡献n实际浓度实际浓度二、一般气象条件下的扩散模式二、一般气象条件下的扩散模式一般气象条件是指风速大于一般气象条件是指风速大于1.0m/s，整个空间具有相同温度层结的情况。，整个空间具有相同温度
36、层结的情况。地面轴线浓度地面轴线浓度假定假定y/z=k，并对，并对z求导，令求导，令d/dz=0得：得：1.高架连续点源高架连续点源2.地面连续点源地面连续点源地面高度为地面高度为0，有效源，有效源高为高为0令令y=0，则得到，则得到地面轴向浓度地面轴向浓度三、特殊气象条件下的扩散模式三、特殊气象条件下的扩散模式1.上部有逆温层的扩散上部有逆温层的扩散逆温层的存在，使污染物难以垂直扩散，在逆温层底逆温层的存在，使污染物难以垂直扩散，在逆温层底和地面之间反射，形成封闭型反射。和地面之间反射，形成封闭型反射。对高架点源，需考虑混合层顶的反射作用。设地面与混合层顶全反射，修正对高架点源，需考虑混合层
37、顶的反射作用。设地面与混合层顶全反射，修正后可得后可得:式中：式中：L L 混合层厚度，即逆温层高度，混合层厚度，即逆温层高度，m m n n 反射次数，一般取反射次数，一般取k=4k=45 5即可满足精度要即可满足精度要1 1、当、当x xx xD D 时，烟流不受逆温层的影响，可按原式计算时，烟流不受逆温层的影响，可按原式计算实际计算中可进行简化处理实际计算中可进行简化处理设设x xD D为烟羽边缘刚好达到逆温层底时离烟源的水平距离，则：为烟羽边缘刚好达到逆温层底时离烟源的水平距离，则：2 2、当、当x x2x xD D 时，可认为浓度在时，可认为浓度在z z方向已接近均匀分布，其计算公式
38、可按下式计算：方向已接近均匀分布，其计算公式可按下式计算：地面轴线浓度为：地面轴线浓度为：2 2、熏烟扩散模式、熏烟扩散模式 熏熏烟烟模模式式主主要要用用以以计计算算日日出出以以后后，贴贴地地逆逆温温从从下下而而上上消消失失，逐逐渐渐形形成成混混合合层层（厚厚度度为为h hf f）时时，原原来来积积聚聚在在这这一一层层的的污污染染物物所所造造成成的的高高浓浓度度污污染染。若若逆逆温温层层高高度度高高于于烟烟流流顶顶高高，则可视为高层逆温。则可视为高层逆温。若逆温层高度高于烟囱高度，低于烟流高度，则源强要修正：若逆温层高度高于烟囱高度，低于烟流高度，则源强要修正：四、扩散参数的确定四、扩散参数的
39、确定1.国标推荐的扩散参数（国标推荐的扩散参数（P487表表8-11）平原，农村，城市远郊的稳定度是平原，农村，城市远郊的稳定度是A，B，C直接查表计直接查表计算。算。D，E，F向不稳定提半级计算向不稳定提半级计算工业区和城区稳定度工业区和城区稳定度A，B直接计算，直接计算，C级向不稳定方向级向不稳定方向提一级计算，提一级计算，D，E，F向不稳定提一级半计算。向不稳定提一级半计算。2.Passquill扩散参数扩散参数例例题题某石油冶炼厂自平均有效源高为某石油冶炼厂自平均有效源高为60m处排放的处排放的SO2量为量为80g/s，有效源，有效源高处的平均风速为高处的平均风速为6m/s，试估算冬季
40、阴天正下风向距离烟囱，试估算冬季阴天正下风向距离烟囱500m处处地面上的地面上的SO2浓度。浓度。解：解：1、根据天气因子判断大气稳定度、根据天气因子判断大气稳定度2、根据大气稳定度确定扩散系数、根据大气稳定度确定扩散系数3、根据地面浓度计算公式计算所需浓度、根据地面浓度计算公式计算所需浓度第四节第四节烟囱计算烟囱计算烟囱高度的计算烟囱高度的计算要求：要求：（1）达到稀释扩散的作用达到稀释扩散的作用（2）造价最低，造价最低，造价正比于造价正比于H H2 2（3 3）地面浓度不超标）地面浓度不超标按地面最大浓度计算按地面最大浓度计算在在0.51.0之间取之间取 标准浓度标准浓度本低浓度本低浓度风
41、速的取值问题风速的取值问题1（代入最大浓度公式2（危险风速危险风速）此时代入下式可得上式出现极大值按一定保证率的计算法按一定保证率的计算法取危险风速和平均风速两种情况之间一定保证率下取危险风速和平均风速两种情况之间一定保证率下的平均风速和扩散参数进行计算的平均风速和扩散参数进行计算P值法值法国标国标GB/T13201-91烟囱设计中的几个问题上述计算公式按锥形高斯模式导出，在逆温较强的地区，上述计算公式按锥形高斯模式导出，在逆温较强的地区，需要用封闭型或熏烟型模式校核需要用封闭型或熏烟型模式校核烟气抬升高度的选取烟气抬升高度的选取优先采用国家标准中的推荐公式优先采用国家标准中的推荐公式避免烟流下洗、下沉现象，至少为邻近建筑物高度的避免烟流下洗、下沉现象，至少为邻近建筑物高度的2.5倍倍烟囱出口直径的计算烟囱出口直径的计算选择一个合适的烟囱出口速度避免出现下洗或者下沉现象。选择一个合适的烟囱出口速度避免出现下洗或者下沉现象。一般选择出口速度大于风速。一般取一般选择出口速度大于风速。一般取vs为为20-30m/s本章小结本章小结气象的动力和热力因子气象的动力和热力因子大气稳定度的判定大气稳定度的判定烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算高斯扩散模式的基本形式、地面浓度高斯扩散模式的基本形式、地面浓度（轴线）（轴线）烟囱高度的计算烟囱高度的计算