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1、大气污染控制技术,李广超 傅梅绮 主编,3 烟气的扩散,教学内容 3.1影响烟气扩散的因素 3.2污染物浓度的估算 3.3烟气抬升高度,1.教学要求 了解影响烟气扩散的因素(气象条件、下垫面、水陆交界)， 理解并掌握污染物浓度的估算方法。 理解并掌握烟气抬升高度的计算。 2.教学重点 污染物浓度的估算方法、烟气抬升高度。 3.教学难点 影响烟气扩散的因素、污染物浓度的估算。,3.1影响烟气扩散的因素,3.1.1 气象条件对烟气扩散的影响 （1）风,无风或风速很小时,风速较大时候,3.1影响烟气扩散的因素,（2）大气湍流 风速越大，湍流越强，污染物的稀释扩散速率就越快，大气污染物的浓度就越低。
2、（3）气温的垂直分布 递减层结 气温随高度递减，0 逆温层结 气温随高度递增，0 等温层结 气温随高度基本不变，=0,3.1影响烟气扩散的因素,(4)大气稳定度 大气稳定度是表示空气块在竖直方向的稳定程度。,3.1影响烟气扩散的因素,3.1影响烟气扩散的因素,波浪型（looping） 多出现在太阳光较强的晴朗中午，大气处于不稳定状态，对流强烈，微风，伴随较强的热扩散。烟羽由连续及孤立的烟团组成，在上下左右方向上摆动很大，呈波浪形，扩散速度较快，烟团向下风向输送。 锥型（coning） 大气处于近中性或弱稳定状态。高空风较大，扩散主要靠热和动力因子作用。烟羽离开排放口一定距离后，中心轴线仍基本保
3、持水平，外形似一个椭圆锥。扩散速度比波浪型低，污染物输送较远。,3.1影响烟气扩散的因素,扇型（fanning） 在烟囱的出口处于逆温层中，上下层大气均属于强稳定状态，几乎无湍流发生。从上面看，烟羽呈扇形展开，故称扇型。由于烟羽在垂直方向扩散很小，象一条带子飘向远方，因此又称长带型。污染物可传输到较远地方，遇山或高大建筑物阻挡时，污染物不易扩散稀释。当有效源高度很低时，在近距离的地面上会造成严重污染。,爬升型（lofting） 多出现在日落后，地面有辐射逆温，大气稳定，而高空受冷空气影响，大气不稳定。烟羽的下侧边缘清晰，呈平直状，而上部出现湍流扩散，又称上扬型。若烟囱高度处于不稳定层时，烟气中
4、污染物不向下扩散，一般来说不会对地面造成污染。,3.1影响烟气扩散的因素,3.1影响烟气扩散的因素,漫烟型（trapping） 多发生在日出之后的810时之间，由于地面增热，低层空气被加热，使下层辐射逆温被逐渐破坏，而此时上层大气仍处于逆温状态。烟囱上面的逆温层就象一个“锅盖”，阻止烟气向上扩散 ，大量下沉，因此又称下喷形。在污染源附近的下风向，地面污染物浓度很高，造成严重污染 。,3.1影响烟气扩散的因素,3.1.2 下垫面对烟气扩散的影响 （1）城市下垫面对烟气扩散的影响,城市风,3.1影响烟气扩散的因素,(2)地形对大气扩散的影响,丘陵对烟气扩散的影响,3.1影响烟气扩散的因素,山风和谷
5、风,3.1影响烟气扩散的因素,3.1.3 水陆交界区对烟气扩散的影响,海陆风对扩散的影响,3.2污染物浓度的估算,321实用的高斯扩散模式 （1）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的、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,3.2污染物浓度的估算,3.2污染物浓度的估算,3.2污染物浓度的估算,C(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
6、）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； u平均风速，m/s； H 有效源高，m。,3.2污染物浓度的估算,3.2污染物浓度的估算,当y=0时，（x，0，z，H）即为烟流中心线上的污染物浓度； 当z=0时，（x，y，0，H）即为污染物的地面浓度； 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； 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；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。,3.2污染物浓度的估算,3
7、22扩散参数的确定 （1）P-G曲线法与P-T-C法 P-G曲线法估算大气扩散参数的步骤： (1)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3-1中查出稳定度级别； (2)根据大气稳定度分别从图3-11和图3-12中查出下风向距离为x的y和z值。,3.2污染物浓度的估算,表3-1 稳定度级别,3.2污染物浓度的估算,利用扩散曲线确定 和,3.2污染物浓度的估算,P-T-C法估算大气扩散参数的步骤： (1)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3-2中查出辐射等级； (2)由辐射等级和地面上10m处风速，从表3-3查出稳定度级别； (3)根据大气稳定
8、度分别从图3-13和图3-14中查出下风向距离为x的y和z值。,3.2污染物浓度的估算,【例3-1】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： (1)冬季阴天正下风向距烟囱500m处SO2的地面上浓度。 (2)冬季阴天下风向x=500m，y=50m处SO2的地面浓度。 解：(1)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。 由图查得在x=500m处， =35.3m, =18.1m。,3.2污染物浓度的估算,（2）,3.2污染物浓度的估算,（2）经验
9、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：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，其扩散参数选取方法同城市工业区。,3.2污染物浓度的估算,【例3-2】 某化工厂动力锅炉，从有效高度
10、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：已知H=100m ,Q=10.0g/s,u=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=0.826,3.2污染物浓度的估算,3.2污染物浓度的估算,323地面最大浓度,3.2污染物浓度的估算,【例3-3】某污染源有效源高60m， SO2排出量为80g/s，烟囱出口处的平均风速为6m/s，在当时的气象条件下，正下风方向500m处的y
11、=35.3m,z=18.1m。试估算地面最大浓度max及出现的位置。 解：已知H=60m，Q=80g/s，=6m/s，正下风方向500m处的y=35.3m，z=18.1m。 当y/z的比值恒定时，地面最大浓度为:,3.2污染物浓度的估算,出现最大地面浓度时的z值为,根据x=500m处的z=18.1m查图得当时的大气稳定度类型为D型，由D型曲线查得z=42.43m时，x1800m。,3.3烟气抬升高度,3.3.1烟气抬升现象 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, 332 烟气抬升高度的计算 烟囱有效高度（
12、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,（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； Vs 烟囱排出口处的排烟速度，m/s； Ds 烟囱排出口的内径，m； u烟囱口高度上的平均风速，m/s,3.3烟气抬升高度,霍兰德公式适用于中性大气条件
13、，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10%20%。,【例3-4】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,解 :Hs=35m，Ds=3m，Vs=10m/s，u=5m/s，Ts=473K，Ta=295K,有效源高度：H=Hs+=35+27=62（m）,3.3烟气抬升高度,（2）国家标准中规定的计算公式 我国“制订地方大气
14、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,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,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
15、大气压力，kPa； u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3-6确定； n1烟气热释放率指数，由表3-6确定； n2 烟囱高度指数，由表3-6确定。,3.3烟气抬升高度,表3-6 n0，n1，n2值的确定,3.3烟气抬升高度,【例3-5】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 已知 Hs=100m，QV=250m3/s，Ds=5m，Vs=12.7m/s，Ts=373K，Ta=293K， u=4m/s,3.3烟气抬升高度,由于1700kJ/sQH 2100kJ/s，,由表3-6，可以确定n0、n1、n2的值分别为1.303、1/3、2/3，,3.3烟气抬升高度,烟气抬升高度为70.9m，有效源高度为170.9m。,3.3烟气抬升高度,
