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1、大气污染控制工程课件大气污染控制工程课件第一页，讲稿共四十八页哦第一节第一节 湍流扩散的基本理论湍流扩散的基本理论扩散的要素扩散的要素n风风：平流输送为主，风大则湍流大平流输送为主，风大则湍流大n湍流：扩散比分子扩散快湍流：扩散比分子扩散快10105 510106 6倍倍湍流的基本概念湍流的基本概念 n 湍流湍流大气的无规则运动大气的无规则运动 w风速的脉动风速的脉动w风向的摆动风向的摆动起因与两种形式起因与两种形式n热力：温度垂直分布不均（不稳定）热力：温度垂直分布不均（不稳定）n机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度第二页，讲稿共四十八页哦湍流扩散
2、理论湍流扩散理论主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系1.1.梯度输送理论梯度输送理论类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比2.2.湍流统计理论湍流统计理论泰勒泰勒图图4-1，正态分布，正态分布萨顿实用模式萨顿实用模式高斯模式高斯模式 第三页，讲稿共四十八页哦第二节第二节 高斯扩散模式高斯扩散模式高斯模式的有关假定高斯模式的有关假定n坐标系坐标系右手坐标，右手坐标，y为横风向，为横风向，z为垂直向为垂直向n四点假设四点假设 wa污染物浓度在污染物浓度在y、z风向上分布为正态分
3、布风向上分布为正态分布wb全部高度风速均匀稳定全部高度风速均匀稳定wc源强是连续均匀稳定的源强是连续均匀稳定的wd扩散中污染物是守恒的（不考虑转化）扩散中污染物是守恒的（不考虑转化）第四页，讲稿共四十八页哦高斯扩散模式高斯扩散模式高斯扩散模式的坐标系高斯扩散模式的坐标系第五页，讲稿共四十八页哦无界空间连续点源扩散模式无界空间连续点源扩散模式由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布 (4-1)方差的表达式方差的表达式 (4-2)由假定由假定d 源强积分式源强积分式 （单位时间物料守恒）（单位时间物料守恒）(4-3)未知量：浓度未知量：浓度C，待定函数，待定
4、函数A(x)，待定系数，待定系数a,b把式把式(4-1)代入代入(4-2)中，积分得：中，积分得：（4-4）第六页，讲稿共四十八页哦将式（将式（4-4）和（）和（4-1）代入式（）代入式（4-3）中，积分得：）中，积分得：（4-5）将式（将式（4-4）、（）、（4-5）代入式（）代入式（4-1）得无界空间连续点源扩散的高斯）得无界空间连续点源扩散的高斯模式：模式：（4-6）第七页，讲稿共四十八页哦高斯烟流的形态高斯烟流的形态第八页，讲稿共四十八页哦高斯烟流的浓度分布高斯烟流的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布第九页，
5、讲稿共四十八页哦高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式镜像全反射镜像全反射-像源法像源法n实源：实源：n像源：像源：（4-7）第十页，讲稿共四十八页哦高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式（4-8）（4-9）第十一页，讲稿共四十八页哦高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式 （4-10、11）（4-12）第十二页，讲稿共四十八页哦颗粒物扩散模式颗粒物扩散模式粒径小于粒径小于15m的颗粒物可按气体扩散计算的颗粒物可按气体扩散计算大于大于15m的颗粒物：倾斜烟流模式的颗粒物：倾斜烟流模式 地面反射系数地面反射系数第十三页，讲稿共四十八页哦第三节第三节 污染物浓度的估算污染物浓度的估算q 源强源
6、强 计算或实测计算或实测 平均风速平均风速 多年的风速资料多年的风速资料 H 有效烟囱高度有效烟囱高度 、扩散参数扩散参数1.烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算 初始动量：初始动量：速度、内径速度、内径烟温度烟温度浮力：温差浮力：温差烟气抬升烟气抬升第十四页，讲稿共四十八页哦烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算抬升高度计算式抬升高度计算式（1）Holland公公式式：适适用用于于中中性性大大气气条条件件（稳稳定定时时减减小小，不不稳稳时时增增加加1020）HollandHolland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下偏差更大偏
7、差更大第十五页，讲稿共四十八页哦烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算抬升高度计算式（抬升高度计算式（续）续）（2 2）BriggsBriggs公式：适用不稳定及中性大气条件公式：适用不稳定及中性大气条件 第十六页，讲稿共四十八页哦烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算抬升高度计算式抬升高度计算式（续）（续）（3 3）我我国国“制制订订地地方方大大气气污污染染物物排排放放标标准准的的技技术术方方法法”(GB/T13201-(GB/T13201-91)91)中的公式中的公式 第十七页，讲稿共四十八页哦例例4-1 某城市火电厂的烟囱高某城市火电厂的烟囱高100m，出
8、口内径，出口内径5m。出口烟气流速。出口烟气流速12.7m/s，温度，温度100，流量，流量250m3/s。烟囱出口处的平均风速。烟囱出口处的平均风速4m/s，大气温度，大气温度20，试确，试确定烟气抬升高度及有效源高。定烟气抬升高度及有效源高。解：用公式（解：用公式（423）计算烟囱的热释放率）计算烟囱的热释放率QH=0.35 978.4250 250(140-20)/(140+273)=24875kW2100kW，且，且T35K，运用式（，运用式（422）计算，查表）计算，查表42得得n0=1.303,n1=1/3,n2=2/3按按“制定原则和方法制定原则和方法”的公式，抬升高度的公式，抬
9、升高度 H=1.303 24875 H=1.303 24875 1/31/3 100 100 2/32/3 4 4-1-1=204.9m=204.9m则有效源高则有效源高H=Hs+H=Hs+H=100+204.9=304.9m H=100+204.9=304.9m第十八页，讲稿共四十八页哦扩散参数的确定扩散参数的确定PG曲线法曲线法PG曲线曲线Pasquill常规气象资料估算常规气象资料估算Gifford制成图表制成图表第十九页，讲稿共四十八页哦扩散参数的确定扩散参数的确定PG曲线法曲线法PG曲线的应用曲线的应用n根据常规资料确定稳定度级别根据常规资料确定稳定度级别第二十页，讲稿共四十八页哦扩
10、散参数的确定扩散参数的确定PG曲线法曲线法PG曲线的应用曲线的应用n利用扩散曲线确定利用扩散曲线确定 和和第二十一页，讲稿共四十八页哦扩散参数的确定扩散参数的确定PG曲线法曲线法PG曲线的应用曲线的应用n地面最大浓度估算地面最大浓度估算第二十二页，讲稿共四十八页哦例例4-2 某石油精炼厂自平均有效源高某石油精炼厂自平均有效源高60m处排放的处排放的SO2量为量为80g/s，有效源高处的平均风速为有效源高处的平均风速为 6m/s，试估算冬季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处地面上的处地面上的SO2浓度。浓度。解：在阴天条件下，大气稳定度为解：在阴天条件下，大气稳定度为
11、D级，由表级，由表4-4查得，在查得，在x=500m处，处，=35.3m，=18.1m。代入式（。代入式（4-9）得：）得：第二十三页，讲稿共四十八页哦扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法稳定度分类方法稳定度分类方法n改进的改进的PT法法太阳高度角太阳高度角 （式（式4-29，地理纬度，倾角），地理纬度，倾角）辐射等级辐射等级 稳定度稳定度 云量云量（加地面风速）（加地面风速）第二十四页，讲稿共四十八页哦（4-29）式）式第二十五页，讲稿共四十八页哦扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的选取扩散参数的选取n扩散参数
12、的表达式为（取样时间扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表，按表4-8查算）查算）n平原地区和城市远郊区，平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向提半级向不稳定方向提半级n工业区和城市中心区，工业区和城市中心区，C提至提至B级，级，D、E、F向不稳定方向提一级向不稳定方向提一级n丘陵山区的农村或城市，同工业区丘陵山区的农村或城市，同工业区n取样时间大于取样时间大于0.5h，不变，不变，第二十六页，讲稿共四十八页哦例例4-3 在例在例4-1的条件下，当烟气排出的的条件下，当烟气排出的SO2速率为速率为150g/s时，试计算阴天的白时，试计算阴天的白天天SO2的最大着地浓度及其出现的距离。
13、的最大着地浓度及其出现的距离。解解：（：（1）确定大气稳定度：根据题设，阴天的白天为）确定大气稳定度：根据题设，阴天的白天为D级。根据扩散参数的选取级。根据扩散参数的选取方法，城区中的点源，方法，城区中的点源，D级向不稳定方向提一级，则应为级向不稳定方向提一级，则应为C级。级。（2）计算最大着地浓度：由例）计算最大着地浓度：由例4-1计算结果，有效源高计算结果，有效源高H=304.9m，由式（，由式（4-11）求）求得出现最大着地浓度时的垂直扩散参数：得出现最大着地浓度时的垂直扩散参数：查表查表4-4或按表或按表4-8中的幂函数计算，在中的幂函数计算，在C级稳定度，级稳定度，=215.6m时，
14、时，由式由式4-10求得最大着地浓度：求得最大着地浓度：第二十七页，讲稿共四十八页哦第四节第四节 特殊气象条件下的扩散模式特殊气象条件下的扩散模式主要指气象条件与高斯模式不一样主要指气象条件与高斯模式不一样（温度层结构均一，实际中难以实温度层结构均一，实际中难以实现）现）封闭型扩散模式封闭型扩散模式n相当于两镜面之间无穷次全反射相当于两镜面之间无穷次全反射n实源和无穷多个虚源贡献之和实源和无穷多个虚源贡献之和 nn为反射次数，在地面和逆面为反射次数，在地面和逆面n实源在两个镜子里分别形成实源在两个镜子里分别形成n个像个像第二十八页，讲稿共四十八页哦封闭型扩散模式封闭型扩散模式计算简化：计算简化
15、：（4-33）第二十九页，讲稿共四十八页哦熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式假设：假设：D 换成换成h hf f（垂向均匀分布）；（垂向均匀分布）；q q只包括进入混合层部分，只包括进入混合层部分，则仍可则仍可用上面公式用上面公式 第三十页，讲稿共四十八页哦熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式第三十一页，讲稿共四十八页哦第五节第五节 城市及山区扩散模式城市及山区扩散模式城市大气扩散模式城市大气扩散模式1.线源扩散模式线源扩散模式第三十二页，讲稿共四十八页哦城市大气扩散模式城市大气扩散模式2.面源扩散模式面源扩散模式w大气排放规范里规定条件：烟囱高大气排放规范里规定条件：烟囱高40m；单个排放量单个排放量 O
16、3SOx or NOx+NH3+OH -(NH4)2SO4 or NH4NO3SO2+OH-H2SO4NO2+OH-HNO3VOC+OH-Orgainic PM OH Air Toxics(POM,PAH,Hg(II),etc.)Fine PM(Nitrate,Sulfate,Organic PM)NOx+SOx+OH (Lake Acidification,Eutrophication)第三十九页，讲稿共四十八页哦第三代模式（第三代模式（Models3）http:/www.epa.gov/asmdnerl/models3/第四十页，讲稿共四十八页哦山区扩散模式山区扩散模式n山区流场由于受到复
17、杂地形的热力和动力因子影响，流场均匀和定常的假定难以成山区流场由于受到复杂地形的热力和动力因子影响，流场均匀和定常的假定难以成立立n对风向稳定、研究尺度不大、地形较为开阔及起伏不大的地区，浓度基本上遵循正对风向稳定、研究尺度不大、地形较为开阔及起伏不大的地区，浓度基本上遵循正态分布规律，只是扩散参数比平原地区大很多态分布规律，只是扩散参数比平原地区大很多 ERT模式模式高斯模式，只对有效源高进行修正高斯模式，只对有效源高进行修正 NOAA和和EPA模式模式NOAA以高斯模式为基础，对有效源高进行修正以高斯模式为基础，对有效源高进行修正EPA与与NOAA相似，只是对所有稳定度级别都进行了地形高度
18、修正相似，只是对所有稳定度级别都进行了地形高度修正第四十一页，讲稿共四十八页哦第六节第六节 烟囱高度的设计烟囱高度的设计烟囱高度的计算烟囱高度的计算要求：要求：n（1）达到稀释扩散的作用达到稀释扩散的作用n（2）造价最低，造价最低，造价正比于造价正比于H H2 2n（3 3）地面浓度不超标）地面浓度不超标 n按地面最大浓度计算按地面最大浓度计算 第四十二页，讲稿共四十八页哦烟囱高度的计算烟囱高度的计算n按地面绝对最大浓度计算按地面绝对最大浓度计算第四十三页，讲稿共四十八页哦烟囱高度的计算烟囱高度的计算按一定保证率的计算法按一定保证率的计算法n取上述两种情况之间一定保证率下的平均风速和扩散参数取
19、上述两种情况之间一定保证率下的平均风速和扩散参数P值法值法n国标国标GB/T 13201-91第四十四页，讲稿共四十八页哦烟囱设计中的几个问题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，需要用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n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烟流下洗、下沉现象烟流下洗、下沉现象第四十五页，讲稿共四十八页哦3.2 某某石石油油精精炼炼厂厂自自平平均均有有效效源源高高60m处处排排放放的的SO2质质量量为为80g/s，有有效效源源
20、高高处处的的平平均均风风速速为为6m/s，试试估估算算冬冬季季阴阴天天正正下下风方向距烟囱风方向距烟囱500m处地面上的处地面上的SO2浓度。浓度。解解：根根据据题题设设条条件件，由由表表4-3查查得得稳稳定定度度级级别别为为D，由由表表4-4查得查得 y=35.3m z z=18.1m C（x,0,0,H）=2.7310-5g/m3 =2.7310-2mg/m3第四十六页，讲稿共四十八页哦3.3 据估计，某燃烧着的垃圾堆以据估计，某燃烧着的垃圾堆以3g/s的速率排放氮氧化物。在的速率排放氮氧化物。在风速为风速为7m/s的阴天夜里，源的正下风方向的阴天夜里，源的正下风方向3km处的平均浓度是多处的平均浓度是多少？假设这个垃圾堆是一个无有效源高的地面点源。少？假设这个垃圾堆是一个无有效源高的地面点源。解：根据题设条件，解：根据题设条件，由表由表4-3查得，稳定度级别为查得，稳定度级别为D，由表，由表4-4 查得查得y y=173m =173m z z=79.1m=79.1m C C（3000,0,0,03000,0,0,0）=9.9710=9.9710-3-3 mg/m mg/m3 3第四十七页，讲稿共四十八页哦第四十八页，讲稿共四十八页哦