單元三煙氣排放控制課件

單元三

煙氣的排放單元三

煙氣的排放1學習內容及要求（1）影響大氣污染物擴散的氣象因素有哪些？請定性分析各氣象因素對大氣污染物擴散的影響。高斯公式應用的條件是什么？應用高斯公式時需要哪些參數(shù)？如何估算相應的參數(shù)？高斯公式怎樣簡化，以求得高架點源在地面中心線上的污染物濃度？怎樣計算地面最大濃度及所在位置？學習內容及要求（1）影響大氣污染物擴散的氣象因素有哪些？請定2學習內容及要求（2）煙云抬升高度的計算方法及實例；增加煙氣抬升高度的措施；煙囪高度計算方法；廠址選擇要考慮的因素。學習內容及要求（2）煙云抬升高度的計算方法及實例；3教學安排一、影響煙氣擴散的因素二、大氣污染物濃度的估算三、煙云抬升高度計算四、煙囪高度計算及廠址的選擇教學安排一、影響煙氣擴散的因素4一、影響煙氣擴散的因素氣象條件對煙氣擴散的影響下墊面對煙氣擴散的影響水陸交界處對煙氣擴散的影響一、影響煙氣擴散的因素氣象條件對煙氣擴散的影響5氣象條件對煙氣擴散的影響1、風：風向、風速2、大氣湍流：大氣各種尺度的次生運動3、氣溫的垂直分布4、大氣的垂直穩(wěn)定度氣象條件對煙氣擴散的影響1、風：風向、風速6風：風向和風速風的形成：風主要由于氣壓的水平分布不均勻而引起的，而氣壓的水平分布不均是由溫度分布不均造成。風：風向和風速風的形成：風主要由于氣壓的水平分布不均勻而引7風向和風速水平(horizontal)方向的空氣運動稱為風。

（垂直方向－升降氣流）風的來向叫風向（16個方位圓周等分）風速：單位時間內空氣在水平方向上運動距離（2或10min平均）

(km/h)

F－風力級（0～12級）

風向和風速8單元三煙氣排放控制課件9

風玫瑰圖

風速,m/s

某地區(qū)1988年的風玫瑰圖。同心圓表示風的頻率，例如，吹南風的頻率約為11％，其中風速大于10.82m/s的頻率約為1％，風速在3.35～5.41m/s的頻率為3.5左右。風玫瑰圖風速,m/s10風速廓線平均風速隨高度的變化：由于地面對風產(chǎn)生摩擦，起阻礙作用。風會隨高度升高而增加。風速廓線平均風速隨高度的變化：11風速大小對污染的分布影響無風或風速小，近污染源處地面濃度會高；風速大，則近地面的污染物濃度會小，而分布的范圍增大；風速大小對污染的分布影響無風或風速小，近污染源處地面濃度會高12大氣湍流大氣不規(guī)則的運動。形成原因有兩種：

機械湍流：由于垂直方向上的風速不均，地面粗糙不平引起

熱力湍流：由于地面受熱不均，或者垂直溫度分布不均大氣的湍流運動對氣流中的污染物起到強烈混合的作用，促進了煙氣的擴散大氣湍流大氣不規(guī)則的運動。形成原因有兩種：

機械湍流：由于垂13氣溫的垂直分布關于太陽和地面、大氣之間熱量交換近地面的氣溫變化規(guī)律

地面吸收太陽輻射能而增溫，同時又以長波輻射的形式把熱量傳遞給大氣。這種輻射熱交換是大氣增溫的最重要方式。氣溫的垂直分布關于太陽和地面、大氣之間熱量交換14

太陽能太陽是一個巨大、久遠、無盡的能源。盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量（約為3.75×1026W）的22億分之一，但已高達173,000TW（1012W），也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當于500萬噸煤。

15太陽、大氣和地面的熱交換太陽以紫外線、可見光、紅外線的形式輻射熱量太陽輻射加熱地球表面地面長波輻射加熱大氣近地層大氣溫度隨地表溫度變化太陽、大氣和地面的熱交換16太陽常數(shù)地球在日地平均距離處時，和太陽光垂直的大氣上界單位面積每單位時間所接收的所有波長的太陽輻射總能量

常以S表示，其值約為：1370瓦／米2太陽輻射的能量主要分布在可見光區(qū)和紅外區(qū)。可見光區(qū)占太陽輻射總量的50％，紅外區(qū)占43％，紫外區(qū)只占能量的7％太陽常數(shù)地球在日地平均距離處時，和太陽光垂直的大氣上界單位面17

太陽輻射在大氣中的減弱而地球大氣則是選擇性的吸收和輻射體。太陽輻射通過大氣時，分別受到大氣中的水汽、二氧化碳、微塵、氧和臭氧以及云滴、霧、冰晶、空氣分子的吸收、散射、反射等作用，而使投射到大氣上界的太陽輻射不能完全到達地面。假設大氣層頂?shù)奶栞椛涫?00％：

30％反射和散射回宇宙；20％被大氣吸收；50％被地面吸收太陽輻射在大氣中的減弱而地球大氣則是選擇性的吸收18氣溫的垂直分布規(guī)律氣溫垂直遞減率r:垂直與地球表面上方向每升高100m氣溫變化值.r可以分為三種情況。

r>0;r<0;r=0氣溫的垂直分布規(guī)律氣溫垂直遞減率r:垂直與地球表面上方向每19r計算習題某氣象站測得上午10點，下午2點1.5m處氣溫分別是275K，281K.離地面26.5m處氣溫分別是274.75K,280.5K，求該大氣層上午10點和下午2點的氣溫垂直遞減率。r計算習題某氣象站測得上午10點，下午2點1.5m處20r>0氣溫隨高度遞減出現(xiàn)的場合：少云的白天，太陽輻射強烈對污染物分布的影響r>0氣溫隨高度遞減出現(xiàn)的場合：少云的白天，太陽輻射強21r<0氣溫隨高度遞增又稱為逆溫。出現(xiàn)的場合：

少云無風的夜間，由于地面強烈輻射冷卻形成；高壓區(qū)空氣向低壓區(qū)沉降時形成的沉降性逆溫；逆溫的形成和消失過程r<0氣溫隨高度遞增又稱為逆溫。出現(xiàn)的場合：

少云無風22r=0氣溫隨高度基本不變出現(xiàn)的場合：多云天或陰天；風比較大的日子對污染物分布的影響r=0氣溫隨高度基本不變出現(xiàn)的場合：多云天或陰天；風比23大氣垂直穩(wěn)定度大氣穩(wěn)定度：大氣垂直運動的強弱程度。氣象學家把近地層大氣分為穩(wěn)定、中性和不穩(wěn)定三種狀態(tài)。大氣垂直穩(wěn)定度大氣穩(wěn)定度：大氣垂直運動的強弱程度。24大氣穩(wěn)定度的判斷方法氣溫的干絕熱垂直遞減率rd：小塊空氣中大氣中垂直運動，并且不和周圍空氣發(fā)生熱交換，每上升（或下降）100m時，溫度降低（升高）的數(shù)值，其理論值為1度/100m可以利用氣溫垂直遞減率r和干絕熱垂直遞減率rd來判斷大氣穩(wěn)定度。

大氣穩(wěn)定度的判斷方法氣溫的干絕熱垂直遞減率rd：小塊空氣中大25大氣穩(wěn)定度的判別方法r>rd:氣流處于不穩(wěn)定狀態(tài)

對流強烈，煙氣容易擴散r<rd：大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)

如為強穩(wěn)定，則氣層如蓋子，煙氣不易擴散，可造成嚴重污染。逆溫及無風的天氣容易出現(xiàn)嚴重大氣污染。r=rd：大氣處于中性狀態(tài)

大氣穩(wěn)定度的判別方法r>rd:氣流處于不穩(wěn)定狀態(tài)26翻卷形，出現(xiàn)條件為γ>γd出現(xiàn)在晴朗的白天、強烈的陽光和微風的天氣翻卷形，出現(xiàn)條件為γ>γd出現(xiàn)在晴朗的白天、強烈的陽光和微27錐形，r約等于rd出現(xiàn)在近中性狀態(tài)的天氣，白天、黑夜、云量較多的場合。煙氣沿風向越擴越大。錐形，r約等于rd出現(xiàn)在近中性狀態(tài)的天氣，白天、黑夜28扇形r<0發(fā)生在煙囪的出口處于逆溫層，上下層大氣均屬于強穩(wěn)定的條件。扇形r<0發(fā)生在煙囪的出口處于逆溫層，上下層大氣均屬于強29屋脊形r上>rd;r下<rd

出現(xiàn)條件為下層大氣強烈穩(wěn)定，上層大氣不穩(wěn)定。日落后地面降溫，出現(xiàn)底層逆溫，而高空仍舊保持氣溫遞減，便有此煙形，持續(xù)時間短。隨著逆溫層上升到煙囪以上高度，煙形將轉化為扇形。屋脊形r上>rd;r下<rd出現(xiàn)條件為下層大氣強烈30漫煙形r上<rd;r下>rd出現(xiàn)條件為上層大氣強烈穩(wěn)定，下層大氣不穩(wěn)定。煙囪上面出現(xiàn)逆溫，阻礙了煙氣向上擴散；而下層大氣容易發(fā)生對流，煙氣下沖造成地面漫煙。多發(fā)生在日出后8--10點間。持續(xù)時間短。漫煙形r上<rd;r下>rd出現(xiàn)條件為上層大氣強烈穩(wěn)定31天氣形勢的影響低壓控制區(qū)：空氣多有上升運動，云天多，風速大，多中性或不穩(wěn)定狀態(tài)，有利于稀釋擴散；強高壓控制區(qū)：會有大范圍的空氣下沉運動，形成沉降性逆溫。連續(xù)幾天出現(xiàn)時，則出現(xiàn)“空氣停滯”，可能出現(xiàn)大范圍的污染危害。天氣形勢的影響低壓控制區(qū)：空氣多有上升運動，云天多，風速大，32下墊面對煙氣擴散的影響：城市城市熱島現(xiàn)象熱島環(huán)流，城市風，使郊區(qū)污染物又吹向市中心。下墊面對煙氣擴散的影響：城市城市熱島現(xiàn)象33地形影響---山丘地段地形會影響氣流的運動，從而改變煙氣的運動和擴散。迎風面氣流爬坡，攜帶走污染物；到背風面時氣流下滑，產(chǎn)生渦流，污染物容易下沉。地形影響---山丘地段地形會影響氣流的運動，從而改變煙氣的運34山谷內地形的影響在山區(qū)，地形復雜，山前山后坡面受熱很不均勻，加上日照時間的變化水平氣溫分布不均勻，造成局部熱力環(huán)流形成坡風和山谷風山谷內地形的影響在山區(qū)，地形復雜，山前山后坡面受熱很不均勻，35水陸交界區(qū)對擴散的影響由于水面和陸面的熱導率和熱容不同，水面溫度和陸面溫度變化不同。白天陸面增溫快于海面，陸面上空氣上升，下層空氣由海面吹向陸地，稱為海風；夜晚則海面降溫慢，氣流與白天相反，稱為陸風。一般，海風比陸風強大。水陸交界區(qū)對擴散的影響由于水面和陸面的熱導率和熱容不同，水面36

海陸風

海陸風37海陸風對污染的影響海陸風對污染的影響38二、污染物濃度的估算1、高斯公式及其參數(shù)介紹2、擴散參數(shù)確定3、地面最大濃度的計算二、污染物濃度的估算1、高斯公式及其參數(shù)介紹391、高斯公式及其參數(shù)介紹高斯模式的有關假定1.坐標系1、高斯公式及其參數(shù)介紹高斯模式的有關假定401、高斯公式及其參數(shù)介紹高斯模式的有關假定2.四點假設

a．污染物濃度在y、z風向上分布為正態(tài)分布b．全部高度內風速均勻穩(wěn)定c．源強是連續(xù)均勻穩(wěn)定的d．擴散中污染物是守恒的（不考慮轉化）

1、高斯公式及其參數(shù)介紹高斯模式的有關假定41高斯公式介紹高斯公式介紹42高斯模式下的污染物濃度分布高斯模式下的污染物濃度分布43Q

源強：計算或實測

U平均風速：多年的風速資料

H

有效煙囪高度

,煙囪高度加上抬升高

、

擴散參數(shù)，同大氣穩(wěn)定狀況和X有關高斯模式中需要的參數(shù)Q源強：計算或實測高斯模式中需要的參數(shù)44高斯模式簡化幾種形式1、y=0,高架連續(xù)點源，煙流中心垂面上的污染物濃度分布；2、z=0,高架連續(xù)點源在地面上的濃度分布；3、y=0,z=0,高架連續(xù)點源在地面中心線上的污染物濃度分布高斯模式簡化幾種形式1、y=0,高架連續(xù)點源，煙流中心垂面452、擴散參數(shù)的確定改進的P--T法經(jīng)驗參數(shù)選取法

2、擴散參數(shù)的確定改進的P--T法46改進的P--T法首先確定大氣穩(wěn)定度：改進的P--T法首先確定大氣穩(wěn)定度：47改進的P--T法查閱相應的擴散參數(shù)改進的P--T法查閱相應的擴散參數(shù)48經(jīng)驗參數(shù)選取法根據(jù)中國《制定地方大氣污染排放標準的技術原則和方法》規(guī)定，選用此法。首先確定大氣穩(wěn)定度級別；查表，求出下風向x處的參數(shù)a,b,c,d經(jīng)驗參數(shù)選取法根據(jù)中國《制定地方大氣污染排放標準的技術原則和49經(jīng)驗參數(shù)選取法注意事項

平原地區(qū)和城市遠郊區(qū)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提半級；

工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，C提至B級，D、E、F向不穩(wěn)定方向提一級

丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)經(jīng)驗參數(shù)選取法注意事項

平原地區(qū)和城市遠郊區(qū)，D、E、F向不503、地面最大濃度地面源和高架源在地面軸線濃度分布3、地面最大濃度地面源和高架源在地面軸線濃度分布51高架連續(xù)點源地面軸線濃度分布公式根據(jù)求導為0，推導出地面濃度最大值：高架連續(xù)點源地面軸線濃度分布公式根據(jù)求導為0，推導出地面濃度52最大地面濃度下的位置最大濃度點的擴散參數(shù)為：由參數(shù)值，及大氣穩(wěn)定度的類型，反查得到該最大濃度下的下風向距離x。最大地面濃度下的位置最大濃度點的擴散參數(shù)為：由參數(shù)值，及大氣53三、煙氣抬升高度計算煙氣抬升現(xiàn)象煙氣抬升高度的計算增加煙氣抬升高度的措施三、煙氣抬升高度計算煙氣抬升現(xiàn)象541、煙氣抬升現(xiàn)象

煙氣抬升階段噴出階段浮生階段瓦解階段變平階段1、煙氣抬升現(xiàn)象煙氣抬升階段55影響煙氣抬升高度的因素煙氣抬升高度首先決定于煙氣所具有的初始動量和浮力。煙氣動量決定于煙氣出口速度和煙囪內徑；而浮力同煙氣溫度、環(huán)境空氣溫度差有關。影響煙氣抬升高度的因素煙氣抬升高度首先決定于煙氣所具有的初始56影響煙氣抬升高度的因素煙氣抬升高度也同煙氣與周圍空氣混合程度有關?；旌铣潭仍娇?，煙氣的初始動量和熱量散失得就越快，從而抬升高度也就越小。決定混合速率的主要因素是平均風速、湍流強度。平均風速越大、湍流越強，混合就越快，煙氣抬升就低。影響煙氣抬升高度的因素煙氣抬升高度也同煙氣與周圍空氣混合程度57影響煙氣抬升高度的因素穩(wěn)定層結大氣中，煙氣抬升高度也會?。徊环€(wěn)定大氣中，煙氣抬升高度增加；如果下墊面粗糙，地形低，近地面的湍流強，則不利于抬升；如果地形高，則對抬升有利。影響煙氣抬升高度的因素穩(wěn)定層結大氣中，煙氣抬升高度也會??；不582、煙氣抬升高度計算按照國家標準規(guī)定的計算方法。2、煙氣抬升高度計算按照國家標準規(guī)定的計算方法。593、增加煙氣抬升高度的措施提高排氣溫度，減少煙道及煙囪的熱量損失；選擇適當?shù)臒煔獬隹谒俣?；增加排氣量。附近分開排放的煙囪應集中排放，可以提高排氣量。3、增加煙氣抬升高度的措施提高排氣溫度，減少煙道及煙囪的熱量60四、煙囪所需高度計算及廠址選擇1、煙囪高度合理設計的必要性2、煙囪高度設計的幾種方法3、廠址選擇的考慮因素四、煙囪所需高度計算及廠址選擇1、煙囪高度合理設計的必要性611、煙囪高度合理設計的必要性污染物的最大落地濃度與煙囪有效高度成反比，煙囪越高，地面濃度就越低；同時煙囪造價同煙囪高度平方成正比；即要保護環(huán)境，又要節(jié)約投資，折中的方法是求得合理的煙囪高度，保證此高度下的地面最大濃度在當?shù)卦试S的濃度內。1、煙囪高度合理設計的必要性污染物的最大落地濃度與煙囪有效高62煙囪高度的設計煙囪高度的計算按地面最大濃度計算

在0.5～1.0之間取

－標準濃度

－本底濃度（3-62）煙囪高度的設計煙囪高度的計算在0.5～1.0之間取632、煙囪高度設計的幾種方法按照危險風速下的最大落地濃度計算按照一定保證率的計算方法：按照第一種方法煙囪高度偏低，只要風速小于平均風速，地面濃度即會超標；而按照第二種方法計算，雖然無論風速大小，均不會超標，但煙囪高，造價也高。因此需要對式中的風速取一定保證率下的值。2、煙囪高度設計的幾種方法按照危險風速下的最大落地濃度計算642、煙囪高度設計的幾種方法P值法

國標GB/T13201-91適用于平原地區(qū)的農(nóng)村或城市的遠郊區(qū)，以及平原地區(qū)的城市煙囪高度大于40m,排放量大于40kg/h.2、煙囪高度設計的幾種方法P值法

國標GB/T1320165其他有害氣體排放源適用于SO2以外的有害氣體，且排氣口離地面大于15m的高架源。其他有害氣體排放源適用于SO2以外的有害氣體，且排氣口離地面66顆粒物排放源適用于電站煙囪。顆粒物排放源適用于電站煙囪。67煙囪設計中的注意事項如一個污染源排放多種污染物，則分別計算煙囪高度，取其中的最大值作為設計煙囪的高度。在上述煙囪高度設計時采用的是在煙流擴散范圍內溫度層結相同的條件下，按照錐形煙流模式導出的。如果所在地區(qū)上部逆溫頻率較高時，則應按上部逆溫的擴散模式校核地面污染物濃度。煙囪設計中的注意事項如一個污染源排放多種污染物，則分別計算煙68煙囪設計中的注意事項公式中與氣象有關的參數(shù)取值方法：ū的取值：①取多年平均值；②取某一保證率的值：如已知ū＞3m/s的頻率為80%，取3m/s可保證有80%不超標，而地面平均最大濃度可能比規(guī)定標準更低。煙囪設計中的注意事項公式中與氣象有關的參數(shù)取值方法：69煙囪設計中的注意事項煙流下洗現(xiàn)象的防止

為避免煙流因受周圍建筑物的影響而產(chǎn)生的煙流下洗現(xiàn)象，煙囪高度應為周圍建筑物的2倍以上。為避免煙囪本身對煙流產(chǎn)生的下洗現(xiàn)象，煙囪出口氣速不得低于該高度處平均風速的1.5倍。一般宜在20~30m/s。煙溫宜在100℃以上。煙囪設計中的注意事項煙流下洗現(xiàn)象的防止70單元三煙氣排放控制課件71廠址選擇中所需的氣候資料風向和風速的氣候資料大氣穩(wěn)定度的氣候資料混合層厚度的確定

廠址選擇中所需的氣候資料風向和風速的氣候資料72廠址選擇理想的建廠位置污染物背景濃度小大氣擴散稀釋能力強排放的污染物被輸送到城市或居民區(qū)的可能性最小地方廠址選擇理想的建廠位置73廠址選擇考慮的方面背景濃度（本底濃度）

背景濃度是指該地區(qū)已有的污染物濃度水平。它是由當?shù)仄渌廴驹春瓦h地輸送來的污染物造成的，選擇廠址時首先應當搜集或者觀測這方面的數(shù)據(jù)。現(xiàn)有污染物濃度已經(jīng)超過允許標準的地方不宜建廠。有時本底濃度雖未超過標準，但加上擬建廠的污染物濃度后將超過標準，而短期內又無法克服的，也不宜建廠。應選擇背景濃度小的地區(qū)建廠。廠址選擇考慮的方面背景濃度（本底濃度）74廠址選擇考慮的方面風向風速若僅考慮風向頻率，工廠應設在東面；但從污染系數(shù)玫瑰圖看，則應設在西北方，這說明了污染系數(shù)是選擇廠址的一項重要依據(jù)。廠址選擇考慮的方面風向風速若僅考慮風向頻率，工廠應設在東75對大氣穩(wěn)定度的考慮由于一般污染物的擴散是在距地面幾百米范圍內進行的，所以離地面幾百米范圍內的大氣穩(wěn)定度對污染物的擴散稀釋過程有重要影響，選廠時必須加以注意。一般氣象臺站沒有近地層大氣溫度層結的詳細資料，但可以根據(jù)帕斯奎爾或帕斯李爾—特納爾方法，對某地的大氣穩(wěn)定度進行分類，統(tǒng)計出每個穩(wěn)定度級別所占的相對頻率，并畫出相應的圖表。還應特別注意統(tǒng)計逆溫的資料，如發(fā)生時間、持續(xù)時間、發(fā)生的高度、平均厚度及逆溫強度等。對大氣穩(wěn)定度的考慮由于一般污染物的擴散是在距地面幾百米范圍內76廠址選擇中對地形的考慮山谷較深，走向與盛行風向交角為456—1350時，谷風風速經(jīng)常很小，不利于擴散稀釋若煙囪有效高度又不能超過經(jīng)常出現(xiàn)靜風及小風的高度時，則不宜建廠。排煙高度不可能超過下坡風厚度及背風坡湍流區(qū)高度時，在這種地區(qū)不宜建廠。四周山坡上有居民區(qū)及農(nóng)田，排姻有效高度又不能超過其高度時，不宜建廠。四周地形很深的谷地不宜建廠。煙流雖能越過山頭，仍會在背風而造成污染，因此居民區(qū)不宜設在背風面的污染區(qū)在海陸風較穩(wěn)定的大型水域或與山地交界的地區(qū)不宜建廠，必須建廠時應該使廠區(qū)與生活區(qū)連線與海岸平行廠址選擇中對地形的考慮山谷較深，走向與盛行風向交角為456—77本章小結1.影響煙氣擴散的氣象和地形條件2.高斯模式及污染物濃度的估算方法3.煙氣抬升及煙囪有效高度的計算4.煙囪高度的設計及廠址的選擇

作業(yè)題671，2，3，4

本章小結1.影響煙氣擴散的氣象和78無限風光在險峰無79例題1例：某冶煉廠煙囪高150m，煙氣抬升高度75m，SO2排放量1000g/s。估算風速3m/s，大氣穩(wěn)定度C級時地面最大濃度是多少？發(fā)生在什么位置？（分別用P-G法和國家標準方法計算）例題1例：某冶煉廠煙囪高150m，煙氣抬升高度75m，SO280第二步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的下風向距離。第一步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的Z向擴散參數(shù)。第三步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的y向擴散參數(shù)。第四步：計算地面最大濃度。例題1計算步驟第二步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的下風向距離。第一步：確定出現(xiàn)地81例題2例：位于北緯40°，東經(jīng)117°的某化工廠煙囪高50m，H2S排放量9kg/h,排放筒直徑0.5m，煙氣出口溫度50℃。出口氣速12m/s。距地面10m處風速為4m/s，早春2月上午8時，天氣晴朗，環(huán)境氣溫15℃，距地面500m處出現(xiàn)逆溫，試問在下風向5000m、8000m處H2S濃度有多大？例題2例：位于北緯40°，東經(jīng)117°的某化工廠煙囪高5082單元三

煙氣的排放單元三

煙氣的排放83學習內容及要求（1）影響大氣污染物擴散的氣象因素有哪些？請定性分析各氣象因素對大氣污染物擴散的影響。高斯公式應用的條件是什么？應用高斯公式時需要哪些參數(shù)？如何估算相應的參數(shù)？高斯公式怎樣簡化，以求得高架點源在地面中心線上的污染物濃度？怎樣計算地面最大濃度及所在位置？學習內容及要求（1）影響大氣污染物擴散的氣象因素有哪些？請定84學習內容及要求（2）煙云抬升高度的計算方法及實例；增加煙氣抬升高度的措施；煙囪高度計算方法；廠址選擇要考慮的因素。學習內容及要求（2）煙云抬升高度的計算方法及實例；85教學安排一、影響煙氣擴散的因素二、大氣污染物濃度的估算三、煙云抬升高度計算四、煙囪高度計算及廠址的選擇教學安排一、影響煙氣擴散的因素86一、影響煙氣擴散的因素氣象條件對煙氣擴散的影響下墊面對煙氣擴散的影響水陸交界處對煙氣擴散的影響一、影響煙氣擴散的因素氣象條件對煙氣擴散的影響87氣象條件對煙氣擴散的影響1、風：風向、風速2、大氣湍流：大氣各種尺度的次生運動3、氣溫的垂直分布4、大氣的垂直穩(wěn)定度氣象條件對煙氣擴散的影響1、風：風向、風速88風：風向和風速風的形成：風主要由于氣壓的水平分布不均勻而引起的，而氣壓的水平分布不均是由溫度分布不均造成。風：風向和風速風的形成：風主要由于氣壓的水平分布不均勻而引89風向和風速水平(horizontal)方向的空氣運動稱為風。

（垂直方向－升降氣流）風的來向叫風向（16個方位圓周等分）風速：單位時間內空氣在水平方向上運動距離（2或10min平均）

(km/h)

F－風力級（0～12級）

風向和風速90單元三煙氣排放控制課件91

風玫瑰圖

風速,m/s

某地區(qū)1988年的風玫瑰圖。同心圓表示風的頻率，例如，吹南風的頻率約為11％，其中風速大于10.82m/s的頻率約為1％，風速在3.35～5.41m/s的頻率為3.5左右。風玫瑰圖風速,m/s92風速廓線平均風速隨高度的變化：由于地面對風產(chǎn)生摩擦，起阻礙作用。風會隨高度升高而增加。風速廓線平均風速隨高度的變化：93風速大小對污染的分布影響無風或風速小，近污染源處地面濃度會高；風速大，則近地面的污染物濃度會小，而分布的范圍增大；風速大小對污染的分布影響無風或風速小，近污染源處地面濃度會高94大氣湍流大氣不規(guī)則的運動。形成原因有兩種：

機械湍流：由于垂直方向上的風速不均，地面粗糙不平引起

熱力湍流：由于地面受熱不均，或者垂直溫度分布不均大氣的湍流運動對氣流中的污染物起到強烈混合的作用，促進了煙氣的擴散大氣湍流大氣不規(guī)則的運動。形成原因有兩種：

機械湍流：由于垂95氣溫的垂直分布關于太陽和地面、大氣之間熱量交換近地面的氣溫變化規(guī)律

地面吸收太陽輻射能而增溫，同時又以長波輻射的形式把熱量傳遞給大氣。這種輻射熱交換是大氣增溫的最重要方式。氣溫的垂直分布關于太陽和地面、大氣之間熱量交換96

太陽能太陽是一個巨大、久遠、無盡的能源。盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量（約為3.75×1026W）的22億分之一，但已高達173,000TW（1012W），也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當于500萬噸煤。

97太陽、大氣和地面的熱交換太陽以紫外線、可見光、紅外線的形式輻射熱量太陽輻射加熱地球表面地面長波輻射加熱大氣近地層大氣溫度隨地表溫度變化太陽、大氣和地面的熱交換98太陽常數(shù)地球在日地平均距離處時，和太陽光垂直的大氣上界單位面積每單位時間所接收的所有波長的太陽輻射總能量

常以S表示，其值約為：1370瓦／米2太陽輻射的能量主要分布在可見光區(qū)和紅外區(qū)。可見光區(qū)占太陽輻射總量的50％，紅外區(qū)占43％，紫外區(qū)只占能量的7％太陽常數(shù)地球在日地平均距離處時，和太陽光垂直的大氣上界單位面99

太陽輻射在大氣中的減弱而地球大氣則是選擇性的吸收和輻射體。太陽輻射通過大氣時，分別受到大氣中的水汽、二氧化碳、微塵、氧和臭氧以及云滴、霧、冰晶、空氣分子的吸收、散射、反射等作用，而使投射到大氣上界的太陽輻射不能完全到達地面。假設大氣層頂?shù)奶栞椛涫?00％：

30％反射和散射回宇宙；20％被大氣吸收；50％被地面吸收太陽輻射在大氣中的減弱而地球大氣則是選擇性的吸收100氣溫的垂直分布規(guī)律氣溫垂直遞減率r:垂直與地球表面上方向每升高100m氣溫變化值.r可以分為三種情況。

r>0;r<0;r=0氣溫的垂直分布規(guī)律氣溫垂直遞減率r:垂直與地球表面上方向每101r計算習題某氣象站測得上午10點，下午2點1.5m處氣溫分別是275K，281K.離地面26.5m處氣溫分別是274.75K,280.5K，求該大氣層上午10點和下午2點的氣溫垂直遞減率。r計算習題某氣象站測得上午10點，下午2點1.5m處102r>0氣溫隨高度遞減出現(xiàn)的場合：少云的白天，太陽輻射強烈對污染物分布的影響r>0氣溫隨高度遞減出現(xiàn)的場合：少云的白天，太陽輻射強103r<0氣溫隨高度遞增又稱為逆溫。出現(xiàn)的場合：

少云無風的夜間，由于地面強烈輻射冷卻形成；高壓區(qū)空氣向低壓區(qū)沉降時形成的沉降性逆溫；逆溫的形成和消失過程r<0氣溫隨高度遞增又稱為逆溫。出現(xiàn)的場合：

少云無風104r=0氣溫隨高度基本不變出現(xiàn)的場合：多云天或陰天；風比較大的日子對污染物分布的影響r=0氣溫隨高度基本不變出現(xiàn)的場合：多云天或陰天；風比105大氣垂直穩(wěn)定度大氣穩(wěn)定度：大氣垂直運動的強弱程度。氣象學家把近地層大氣分為穩(wěn)定、中性和不穩(wěn)定三種狀態(tài)。大氣垂直穩(wěn)定度大氣穩(wěn)定度：大氣垂直運動的強弱程度。106大氣穩(wěn)定度的判斷方法氣溫的干絕熱垂直遞減率rd：小塊空氣中大氣中垂直運動，并且不和周圍空氣發(fā)生熱交換，每上升（或下降）100m時，溫度降低（升高）的數(shù)值，其理論值為1度/100m可以利用氣溫垂直遞減率r和干絕熱垂直遞減率rd來判斷大氣穩(wěn)定度。

大氣穩(wěn)定度的判斷方法氣溫的干絕熱垂直遞減率rd：小塊空氣中大107大氣穩(wěn)定度的判別方法r>rd:氣流處于不穩(wěn)定狀態(tài)

對流強烈，煙氣容易擴散r<rd：大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)

如為強穩(wěn)定，則氣層如蓋子，煙氣不易擴散，可造成嚴重污染。逆溫及無風的天氣容易出現(xiàn)嚴重大氣污染。r=rd：大氣處于中性狀態(tài)

大氣穩(wěn)定度的判別方法r>rd:氣流處于不穩(wěn)定狀態(tài)108翻卷形，出現(xiàn)條件為γ>γd出現(xiàn)在晴朗的白天、強烈的陽光和微風的天氣翻卷形，出現(xiàn)條件為γ>γd出現(xiàn)在晴朗的白天、強烈的陽光和微109錐形，r約等于rd出現(xiàn)在近中性狀態(tài)的天氣，白天、黑夜、云量較多的場合。煙氣沿風向越擴越大。錐形，r約等于rd出現(xiàn)在近中性狀態(tài)的天氣，白天、黑夜110扇形r<0發(fā)生在煙囪的出口處于逆溫層，上下層大氣均屬于強穩(wěn)定的條件。扇形r<0發(fā)生在煙囪的出口處于逆溫層，上下層大氣均屬于強111屋脊形r上>rd;r下<rd

出現(xiàn)條件為下層大氣強烈穩(wěn)定，上層大氣不穩(wěn)定。日落后地面降溫，出現(xiàn)底層逆溫，而高空仍舊保持氣溫遞減，便有此煙形，持續(xù)時間短。隨著逆溫層上升到煙囪以上高度，煙形將轉化為扇形。屋脊形r上>rd;r下<rd出現(xiàn)條件為下層大氣強烈112漫煙形r上<rd;r下>rd出現(xiàn)條件為上層大氣強烈穩(wěn)定，下層大氣不穩(wěn)定。煙囪上面出現(xiàn)逆溫，阻礙了煙氣向上擴散；而下層大氣容易發(fā)生對流，煙氣下沖造成地面漫煙。多發(fā)生在日出后8--10點間。持續(xù)時間短。漫煙形r上<rd;r下>rd出現(xiàn)條件為上層大氣強烈穩(wěn)定113天氣形勢的影響低壓控制區(qū)：空氣多有上升運動，云天多，風速大，多中性或不穩(wěn)定狀態(tài)，有利于稀釋擴散；強高壓控制區(qū)：會有大范圍的空氣下沉運動，形成沉降性逆溫。連續(xù)幾天出現(xiàn)時，則出現(xiàn)“空氣停滯”，可能出現(xiàn)大范圍的污染危害。天氣形勢的影響低壓控制區(qū)：空氣多有上升運動，云天多，風速大，114下墊面對煙氣擴散的影響：城市城市熱島現(xiàn)象熱島環(huán)流，城市風，使郊區(qū)污染物又吹向市中心。下墊面對煙氣擴散的影響：城市城市熱島現(xiàn)象115地形影響---山丘地段地形會影響氣流的運動，從而改變煙氣的運動和擴散。迎風面氣流爬坡，攜帶走污染物；到背風面時氣流下滑，產(chǎn)生渦流，污染物容易下沉。地形影響---山丘地段地形會影響氣流的運動，從而改變煙氣的運116山谷內地形的影響在山區(qū)，地形復雜，山前山后坡面受熱很不均勻，加上日照時間的變化水平氣溫分布不均勻，造成局部熱力環(huán)流形成坡風和山谷風山谷內地形的影響在山區(qū)，地形復雜，山前山后坡面受熱很不均勻，117水陸交界區(qū)對擴散的影響由于水面和陸面的熱導率和熱容不同，水面溫度和陸面溫度變化不同。白天陸面增溫快于海面，陸面上空氣上升，下層空氣由海面吹向陸地，稱為海風；夜晚則海面降溫慢，氣流與白天相反，稱為陸風。一般，海風比陸風強大。水陸交界區(qū)對擴散的影響由于水面和陸面的熱導率和熱容不同，水面118

海陸風

海陸風119海陸風對污染的影響海陸風對污染的影響120二、污染物濃度的估算1、高斯公式及其參數(shù)介紹2、擴散參數(shù)確定3、地面最大濃度的計算二、污染物濃度的估算1、高斯公式及其參數(shù)介紹1211、高斯公式及其參數(shù)介紹高斯模式的有關假定1.坐標系1、高斯公式及其參數(shù)介紹高斯模式的有關假定1221、高斯公式及其參數(shù)介紹高斯模式的有關假定2.四點假設

a．污染物濃度在y、z風向上分布為正態(tài)分布b．全部高度內風速均勻穩(wěn)定c．源強是連續(xù)均勻穩(wěn)定的d．擴散中污染物是守恒的（不考慮轉化）

1、高斯公式及其參數(shù)介紹高斯模式的有關假定123高斯公式介紹高斯公式介紹124高斯模式下的污染物濃度分布高斯模式下的污染物濃度分布125Q

源強：計算或實測

U平均風速：多年的風速資料

H

有效煙囪高度

,煙囪高度加上抬升高

、

擴散參數(shù)，同大氣穩(wěn)定狀況和X有關高斯模式中需要的參數(shù)Q源強：計算或實測高斯模式中需要的參數(shù)126高斯模式簡化幾種形式1、y=0,高架連續(xù)點源，煙流中心垂面上的污染物濃度分布；2、z=0,高架連續(xù)點源在地面上的濃度分布；3、y=0,z=0,高架連續(xù)點源在地面中心線上的污染物濃度分布高斯模式簡化幾種形式1、y=0,高架連續(xù)點源，煙流中心垂面1272、擴散參數(shù)的確定改進的P--T法經(jīng)驗參數(shù)選取法

2、擴散參數(shù)的確定改進的P--T法128改進的P--T法首先確定大氣穩(wěn)定度：改進的P--T法首先確定大氣穩(wěn)定度：129改進的P--T法查閱相應的擴散參數(shù)改進的P--T法查閱相應的擴散參數(shù)130經(jīng)驗參數(shù)選取法根據(jù)中國《制定地方大氣污染排放標準的技術原則和方法》規(guī)定，選用此法。首先確定大氣穩(wěn)定度級別；查表，求出下風向x處的參數(shù)a,b,c,d經(jīng)驗參數(shù)選取法根據(jù)中國《制定地方大氣污染排放標準的技術原則和131經(jīng)驗參數(shù)選取法注意事項

平原地區(qū)和城市遠郊區(qū)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提半級；

工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，C提至B級，D、E、F向不穩(wěn)定方向提一級

丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)經(jīng)驗參數(shù)選取法注意事項

平原地區(qū)和城市遠郊區(qū)，D、E、F向不1323、地面最大濃度地面源和高架源在地面軸線濃度分布3、地面最大濃度地面源和高架源在地面軸線濃度分布133高架連續(xù)點源地面軸線濃度分布公式根據(jù)求導為0，推導出地面濃度最大值：高架連續(xù)點源地面軸線濃度分布公式根據(jù)求導為0，推導出地面濃度134最大地面濃度下的位置最大濃度點的擴散參數(shù)為：由參數(shù)值，及大氣穩(wěn)定度的類型，反查得到該最大濃度下的下風向距離x。最大地面濃度下的位置最大濃度點的擴散參數(shù)為：由參數(shù)值，及大氣135三、煙氣抬升高度計算煙氣抬升現(xiàn)象煙氣抬升高度的計算增加煙氣抬升高度的措施三、煙氣抬升高度計算煙氣抬升現(xiàn)象1361、煙氣抬升現(xiàn)象

煙氣抬升階段噴出階段浮生階段瓦解階段變平階段1、煙氣抬升現(xiàn)象煙氣抬升階段137影響煙氣抬升高度的因素煙氣抬升高度首先決定于煙氣所具有的初始動量和浮力。煙氣動量決定于煙氣出口速度和煙囪內徑；而浮力同煙氣溫度、環(huán)境空氣溫度差有關。影響煙氣抬升高度的因素煙氣抬升高度首先決定于煙氣所具有的初始138影響煙氣抬升高度的因素煙氣抬升高度也同煙氣與周圍空氣混合程度有關?；旌铣潭仍娇欤瑹煔獾某跏紕恿亢蜔崃可⑹У镁驮娇?，從而抬升高度也就越小。決定混合速率的主要因素是平均風速、湍流強度。平均風速越大、湍流越強，混合就越快，煙氣抬升就低。影響煙氣抬升高度的因素煙氣抬升高度也同煙氣與周圍空氣混合程度139影響煙氣抬升高度的因素穩(wěn)定層結大氣中，煙氣抬升高度也會??；不穩(wěn)定大氣中，煙氣抬升高度增加；如果下墊面粗糙，地形低，近地面的湍流強，則不利于抬升；如果地形高，則對抬升有利。影響煙氣抬升高度的因素穩(wěn)定層結大氣中，煙氣抬升高度也會?。徊?402、煙氣抬升高度計算按照國家標準規(guī)定的計算方法。2、煙氣抬升高度計算按照國家標準規(guī)定的計算方法。1413、增加煙氣抬升高度的措施提高排氣溫度，減少煙道及煙囪的熱量損失；選擇適當?shù)臒煔獬隹谒俣?；增加排氣量。附近分開排放的煙囪應集中排放，可以提高排氣量。3、增加煙氣抬升高度的措施提高排氣溫度，減少煙道及煙囪的熱量142四、煙囪所需高度計算及廠址選擇1、煙囪高度合理設計的必要性2、煙囪高度設計的幾種方法3、廠址選擇的考慮因素四、煙囪所需高度計算及廠址選擇1、煙囪高度合理設計的必要性1431、煙囪高度合理設計的必要性污染物的最大落地濃度與煙囪有效高度成反比，煙囪越高，地面濃度就越低；同時煙囪造價同煙囪高度平方成正比；即要保護環(huán)境，又要節(jié)約投資，折中的方法是求得合理的煙囪高度，保證此高度下的地面最大濃度在當?shù)卦试S的濃度內。1、煙囪高度合理設計的必要性污染物的最大落地濃度與煙囪有效高144煙囪高度的設計煙囪高度的計算按地面最大濃度計算

在0.5～1.0之間取

－標準濃度

－本底濃度（3-62）煙囪高度的設計煙囪高度的計算在0.5～1.0之間取1452、煙囪高度設計的幾種方法按照危險風速下的最大落地濃度計算按照一定保證率的計算方法：按照第一種方法煙囪高度偏低，只要風速小于平均風速，地面濃度即會超標；而按照第二種方法計算，雖然無論風速大小，均不會超標，但煙囪高，造價也高。因此需要對式中的風速取一定保證率下的值。2、煙囪高度設計的幾種方法按照危險風速下的最大落地濃度計算1462、煙囪高度設計的幾種方法P值法

國標GB/T13201-91適用于平原地區(qū)的農(nóng)村或城市的遠郊區(qū)，以及平原地區(qū)的城市煙囪高度大于40m,排放量大于40kg/h.2、煙囪高度設計的幾種方法P值法

國標GB/T13201147其他有害氣體排放源適用于SO2以外的有害氣體，且排氣口離地面大于15m的高架源。其他有害氣體排放源適用于SO2以外的有害氣體，且排氣口離地面148顆粒物排放源適用于電站煙囪。顆粒物排放源適用于電站煙囪。149煙囪設計中的注意事項如一個污染源排放多種污染物，則分別計算煙囪高度，取其中的最大值作為設計煙囪的高度。在上述煙囪高度設計時采用的是在煙流擴散范圍內溫度層結相同的條件下，按照錐形煙流模式導出的。如果所在地區(qū)上部逆溫頻率較高時，則應按上部逆溫的擴散模式校核地面污染物濃度。煙囪設計中的注意事項如一個污染源排放多種污染物，則分別計算煙150煙囪設計中的注意事項公式中與氣象有關的參數(shù)取值方法：ū的取值：①取多年平均值；②取某一保證率的值：如已知ū＞3m/s的頻率為80%，取3m/s可保證有80%不超標，而地面平均最大濃度可能比規(guī)定標準更低。煙囪設計中的注意事項公式中與氣象有關的參數(shù)取值方法：151煙囪設計中的注意事項煙流下洗現(xiàn)象的防止

為避免煙流因受周圍建筑物的影響而產(chǎn)生的煙流下洗現(xiàn)象，煙囪高度應為周圍