固废第四课2

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1、第四节 特殊气象条件下的扩散模式v一、封闭式扩散模式v 具有同一稳定度（即污染物所涉及的垂直范 围均处于同一温度层结中）v实际上，低层为不稳定大气；1-2km高空形成 逆温层使得污染物的垂直扩散受到限制，污 染物只能地面和逆温层之间进行。有上部逆温 的扩散称为封闭式扩散。v假设：(1)把逆温层的下表面看成是和地面一样能起到 全反射的镜面。v（2）扩散到逆温层中的污染物忽略不计。v这样：污染物在地面和逆温层底这两个镜面上发生全 反射，通过全反射作用进行扩散，其浓度分布可用像 源法处理。v污染物的浓度=实源贡献的浓度+无穷多个像源贡献的 浓度v于是（封闭式扩散）地面轴线上的污染物浓度模式 可表示为

2、：vD逆温层底的高度，m，vn烟流在两界面之间的反射次数。采用一种简化方式，把污染物浓度估算按下风 距离x的不同分成三种情况：v如图4-6所示：v（1）x x D时，vx D 为垂直烟流扩散高度刚好达到逆温层 底时的水平距离，v x x D v(2) x2xD时，烟流经过两界面多次反射，达到 一定距离后，在Z方向的浓度分布将渐趋均匀 。一般认为， x2xD时Z方向的浓度分布就均 匀了；但y方向浓度分布仍为正态分布，且仍 符合扩散的连续性条件，因此：v正态分布： （4-34）v质量守恒： （4-35 ）（4-364-36）v（3）x D x 2xD 时，可取x =x D 和x =2xD 两点浓度

3、的内插值。v例4-5 某电厂烟囱有效高度为150m，SO2的 排放量为151g/s，在夏季晴朗的下午，地面风 速为4m/s。由于上部峰面逆温将使垂直混合限 制在1.5km以内。试估算正下风向3km和 11km处的SO2浓度。v分析：峰面逆温xD v =628mv v大气稳定度B xD=4 967m v3km x D时v11km x D时，二、熏烟型（漫烟型）扩散模式v（1）假设：烟流原是流入稳定层内的，当逆温 层消失到高度hf时，且在高度hf以下浓度的垂直 分布是均匀的。这时地面浓度仍可用式4-36，v但是D应换成逆温层消失高度hf ，源强Q只应包 括进入混合层中的部分，所以公式为：v式中：P

4、=(h f - H) / sz ；v h f逆温层消失高度，m；v s yf熏烟条件下y向扩散参数，m；vs yf 按下式计算：vs y ，sz 为原大气稳定度级别时的扩散参数。（2）当hf =H时，可以假设烟流的一半向下混合，另 一半仍留在上面的稳定大气中。这时地面熏烟浓度可 用下式估算：地面轴线浓度为：地面轴线浓度为：（3）当逆温层消失到烟流的上边缘时，即hf =H+2sz 处， 可以认为烟流全部向下混合，使得地面熏烟浓 度达到极大值，则地面轴线浓度为：地面轴线浓度为：当hf H+2sz 熏烟过程消失。v例4-6 某电厂烟囱有效高度为150m，SO2的排 放量为151g/s，夜间和上午地面

5、风速均为4m/s ，夜间云量3/10。若清晨烟流全部发生熏烟现 象，确定下风向16km处的地面轴线浓度。v分析：v由表4-3E级常用城市空气质量模式v箱模式单箱模式多箱模式如目前用于我国城市空气污 染指数预报的CAPPS模式v城市多源模式如EPA推荐的ISC模式（Industrial Source Complex Model）v光化学模式如EPA推荐的UAMV（Urban Airshed Model）模式v线源模式如CALINE模式，用于计算公路的污染物排放第五节 城市及山区的扩散模式v一、城市大气扩散模式v1. 线源扩散模式v（1）无限长线源扩散模式说明：式中的q为单位线源的源强，g/(s.

6、m）（2）有限长源模式式中：P1=y1/sy, P2= y2/sy 。例4-7分析：q 稳定度: 阴天，D H:汽车尾气管距离地面的高度2. 面源扩散模式v（1）箱模式v假设污染物浓度在混合层内是均匀的。 设城市平均面源强为Q（等于城市中污 染物总排放量除以城市面积），城市上 空混合层高度为D，则vx条形面源的宽度，m；vQi第i块面源的平均源强，g/(m2.s);vn 计算点上风向的面源数。(2) 简化为点源的面源模式图4-8图图4-84-8x xz0z0x xy0y0v确定了xy0、xz0后，就可用一般的点源公式 计算评价点的浓度。这就相当于把面源内分 散排放的污染物集中到面源中心，再向上

7、风 向后退一个xy0、xz0的距离，变成在上风向 的一个虚拟点源。该虚拟点源中的sy 、sz分 别相当于x+ xy0 和x+ xz0时的值。（3）窄烟流模式若面源的源强变化不大，且一个连续点源形成的烟 流相当窄。此时，某点的污染物浓度主要取决于上 风向面单元的源强。二、山区扩散模式注意：当htH时，取H-ht=0，此时计算的地面浓度等 于烟流中心轴线浓度，此值比实际高（5km以 内高5-10倍，10km以上略高于或接近于观测值 ）。EPA提出的模式，在稳定度分类、扩 散参数选取和浓度计算公式方面皆与 NOAA相同，不同之处在于对稳定度 作了地形高度的修正。第六节 烟囱高度的设计第六节 烟囱高度

8、的设计v一、烟囱高度的计算v（1）按污染物的地面最大浓度计算的h。v若国家规定的排放标准浓度为C0，当地本底浓 度为Cb，则烟囱排放污染物产生的地面最大允 许浓度应满足CmaxC0Cb。由式（410） 求解可得烟囱高度： v z/ y常数（一般取0.51.0）。若扩散参数按 来计算 可导出（4-63）式：v（2）按污染物的地面绝对最大浓度计算的hs 。 vH=n0Qn1HHsn2-1v烟囱排放污染物产生的地面绝对最大允许浓度Cabsm 。出现Cabsm的风速叫危险风速。出现危险风速时， dCmax/d=0为保证满足：CabsmC0Cb，可 得烟囱高度：v当z/y常数（一般取0.51.0） 时，

9、若扩散参数按 来计 算可导出（4-66）式：3. 按一般保证率的计算4、v烟囱高度的设计国标GB/T 13201-91二、影响烟囱设计高度的因素v（1）计算公式：v选择适当的计算公式是准确确定烟囱高度的 必要条件。v计算公式对地形地貌及气象条件的依赖性很 强，且计算结果差别也很大。v设计时应结合当地实际状况，考虑可能出现 的最不利的气象条件，以及地面最大浓度的 数值、出现的频率与持续时间，从而选择适 合相应条件的计算公式。v（2）气象参数。主要的气象参数有风速和扩散参数。v 近地面的风速是影响大气扩散和烟囱高度的重要因素。v对污染物扩散稀释的能力，直接使地面最大浓 度值减小；减小了烟流的抬升高

10、度，降低了烟 囱有效高度，反而使地面最大浓度值增大。因 此，当烟囱的几何高度一定时，地面最大浓度 将随风速由小增大而出现最大值。v （2）气象参数。v扩散参数对烟囱高度的设计影响也很 大，选择时还需要根据当地的气象条 件与实测z、y数据的统计分析。v（3）烟流出口速度vS。污染物地面最大 浓度随烟囱的高度和出口烟气流速的增 加而降低。为了保证在烟囱高度处的平 均风速u较大的情况下，不因过分降低烟 气抬升高度而造成局部污染浓度过高， 一般要求vS/u1.5。v根据烟气流速度即可计算烟囱出口截面 的内直径 。v（4）烟气的干、湿沉降。v要求烟囱与附近建筑物相距约20倍烟囱高 度的距离，其高度不得低

11、于周围建筑物高 度的2.5倍。对于排放生产性粉尘的烟囱， 其高度从地面算起应当大于15m，排气口 高度应高于主厂房最高点3m以上，烟流出 口速度vS2030m/s.v此外，还可以考虑改进烟囱结构。例如， 在烟囱出口处安装一个帽沿状的，向外延 伸的尺寸不小于烟囱出口直径的水平圆盘 ；将烟囱出口段设计成文丘里喷管形状以 提高烟气的动力抬升高度，但不应过分增 大阻力。v（5）烟囱的散热。v提高出口烟气温度，增加进烟气的热力抬升能 力，在烟囱设计过程中应考虑尽量减少烟道与 烟囱的散热损失。例如，一座中型火电厂的排 烟温度为150左右，如果风速为5 m/s，每提 高1烟气温度，可使抬升高度增加约1.5m

12、。v 总之，烟囱设计应当综合考虑各种因素的影 响，才能得到较合理的设计方案。习题 4.11v环境空气质量标准的二级标准限值为 0.06mg/m3（年均），代入 vHs=162m。实际烟囱高度可取为170m。 v烟囱出口烟气流速不应低于该高度处平均风 速的1.5倍，即 uv=1.51.6871700.25=9.14m/s。但为保 证烟气顺利抬升，出口流速应在2030m/s 。取uv=20m/s，则有：第七节 厂址的选择 v 一、厂址选择中所需的气候资料v1. 风向和风速的气候资料v为了直观，通常把风向、风速的资料按每小时 值整理出日、月、年的风向、风速分布频率， 并做成图。玫瑰图。v图4-10就

13、是一种风向频率、风速复合玫瑰图， 矢线长度风向频率大小，末端的风速羽平 均风速，每一羽代表0.5或1.0m/s。一、厂址选择中所需的气候资料1. 风向和风速的气候资料v静风：0.5m/s ；小风：1.5-0.5m/s单独分 析；这是因为可能产生高浓度的大气污染， 应绘出静风持续时间的频率图。2. 大气稳定度的气候资料v除根据P-T法，利用已有的气象资料对当地大 气稳定度进行分类，还要特别注意统计逆温 资料。3.混合层高度的确定v混合层高度是影响污染物垂直扩散的重要气 象参数。气块绝热上升的上限高度。v由于温度层结随昼夜的变化混合层高度也 随时间变化而变化。v确定混合层高度？图4-11 确定最大

14、混合层 厚度示意图。 图图4-11 4-11 确定最大混合层厚度示意图。确定最大混合层厚度示意图。v平均污染物浓度反比于混合层高度D和混合层 内的平均风速的乘积。v定义D为通风系数，它表示：单位时间内通 过与平均风向垂直的单位宽度混合层截面的空 气量。v通风系数越大，则污染物浓度越小。v还可以统计大气稳定度、风向和风速的联合 频率分布，计算出每一污染源所造成的长期 平均浓度分布。二、长期平均浓度的估算v1.长期平均浓度计算公式v对于孤立排放源2.按风向方位计算平均浓度v气象部门提供的风向资料是按16个方位 给出的，每一个方位相当于一个22.5的 扇形，因此可以按每一扇形来计算平均 浓度。为此，

15、先做两点假设：（图4-12 ）v利用式（4-68）和（4-70）孤立点源 的污染物浓度长期平均浓度等值图；v对多个污染源则可通过变换坐标后，再 对各种污染源的浓度贡献进行叠加。三、厂址选择v 1. 本底环境浓度v 本底环境浓度是指某地区现有的某些污染物的 浓度水平，又称作背景浓度。显然，已超过国家 大气环境质量标准规定的地区不宜再建排放 这些污染物的新厂。虽然有些地方本底环境浓度 没有超标，但加上拟建厂的排放物后浓度将会超 标，而且在相当长的时期内无法克服，也不宜建 厂。因此，厂址应选择本底环境浓度小的地区。2. 风向和风速 v 厂址选择应考虑风对附近的生活区、 工作区以及农作物区的影响，尤其是风 向及其出现的频率与这些区域的关系。2. 风向和风速v依据地区的风向频率图，其考虑原则如下：厂 址应设置在居住区等主要污染受体最小频率风向 的上侧，排放量大或废气毒性大的企业应尽可能 设在最小频率风向的最上侧，使居住区受污染的 时间达到最少；v应尽量减少各