燃燒及煙氣擴(kuò)散-污染物排放后濃度估算（大氣污染控制）

§3.2污染物濃度的估算§3.2.2擴(kuò)散參數(shù)的確定

1、P-G曲線法與P-T-C法P-G曲線法估算大氣擴(kuò)散參數(shù)的步驟：

(1)根據(jù)地面上10m處的風(fēng)速、日照等級、陰云分布狀況及云量等氣象資料，從表3-5中查出穩(wěn)定度級別；

(2)根據(jù)大氣穩(wěn)定度分別從圖3-11和圖3-12或表3-6中查出下風(fēng)向距離為x的σy和σz值。

§3.2污染物濃度的估算表3-5穩(wěn)定度級別

地面上10m處風(fēng)速/(m/s)白天陰云密布的白天或夜晚夜晚日照薄云遮天或低云≥4/8云量≤3/8強(qiáng)中等弱<2AA～BBD2～3A～BBCDEF3～5BB～CCDDE5～6CC～DDDDD>6CDDDDDA為極不穩(wěn)定，F(xiàn)為穩(wěn)定?！?.2污染物濃度的估算利用擴(kuò)散曲線確定和【例3-1】某石油精煉廠自平均高度80m處排放SO2量為80g/s，有效源高度的平均風(fēng)速為4.6m/s，試估算：(1)冬季陰天正下風(fēng)向距煙囪500m處SO2的地面上濃度。(2)冬季陰天下風(fēng)向x=500m，y=50m處SO2的地面濃度?！?.2污染物濃度的估算解：(1)已知Hs=80m,Q=80g/s=80×103mg/s,=4.6m/s，x=500m由表可知，在冬季陰天的大氣條件下，穩(wěn)定度為D級。由圖查得在x=500m處，=35.3m,=18.1m。

§3.2污染物濃度的估算（2）P81，習(xí)題3P-G法的缺陷：1、對開闊的鄉(xiāng)村地區(qū)能給出較可靠的穩(wěn)定度級別，但是對城市不太準(zhǔn)確。2、對太陽輻射和云量的劃分不夠確切?！?.2污染物濃度的估算P-T-C法估算大氣擴(kuò)散參數(shù)的步驟：

(1)利用氣象臺(tái)站常規(guī)氣象觀測的云量記錄資料和太陽高度角，從表3-7中查出輻射等級；

(2)由輻射等級和地面上10m處風(fēng)速，從表3-8查出穩(wěn)定度級別；

(3)根據(jù)大氣穩(wěn)定度分別從圖3-11和圖3-12中查出下風(fēng)向距離為x的σy和σz值。P-T-C法確定穩(wěn)定度1、根據(jù)日期確定太陽傾角δ（表3-9）；2、根據(jù)太陽傾角δ、當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度及觀測時(shí)間計(jì)算出太陽高度角h0或sinh0（公式3-21）3、查表3-7得到太陽輻射等級；4、查表3-8得到大氣穩(wěn)定度；5、查表確定σy

和σzP81，習(xí)題6§3.2污染物濃度的估算（2）經(jīng)驗(yàn)公式法

從事大氣擴(kuò)散研究的工作者在分析了大量的實(shí)驗(yàn)資料后，還總結(jié)出、與下風(fēng)向距離x的指數(shù)關(guān)系式為：a、b、c、d是與穩(wěn)定度有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。平原地區(qū)農(nóng)村及城市遠(yuǎn)郊區(qū)的擴(kuò)散參數(shù)選取方法：A、B、C級穩(wěn)定度直接查表、的冪函數(shù)。D、E、F級穩(wěn)定度則需要向不穩(wěn)定方向提半級后查算。工業(yè)區(qū)或城區(qū)的擴(kuò)散參數(shù)的選取方法：工業(yè)區(qū)A、B級不提級，C級提到B，D、E、F級向不穩(wěn)定方向提一級半再查表3-5。非工業(yè)區(qū)的城區(qū)A、B級不提級，C級提到B～C級，D、E、F級向不穩(wěn)定方向提一級，查表。丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，其擴(kuò)散參數(shù)選取方法同城市工業(yè)區(qū)?！纠?-2】

某化工廠動(dòng)力鍋爐，從有效高度為100m的煙囪排放SO210.0g/s，煙囪出口的風(fēng)速為4m/s，試估算在大氣處于中性狀態(tài)(D類穩(wěn)定度)距煙囪1km正下風(fēng)方向處的軸向地面濃度及距該點(diǎn)處離x軸線200m處的側(cè)向SO2濃度是多少？(經(jīng)驗(yàn)公式法)§3.2污染物濃度的估算解：已知H=100m,Q=10.0g/s,u=4m/s，x=1000m

在D類穩(wěn)定度時(shí)，查表3-10可得：a=0.111，b=0.929，c=0.104，d=0.826§3.2污染物濃度的估算P81，習(xí)題4，假設(shè)工業(yè)區(qū)。小結(jié)：幾種確定污染擴(kuò)散系數(shù)的方法區(qū)別在于大氣穩(wěn)定度的確定方法或擴(kuò)散系數(shù)的確定方法不同。P-GP-T-C經(jīng)驗(yàn)公式法確定穩(wěn)定度的方法不同確定擴(kuò)散系數(shù)的方法不同用經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算習(xí)題6，與PTC法比較?！?.2污染物濃度的估算§3.2.3地面最大濃度求導(dǎo)得：最大濃度點(diǎn)處有：根據(jù)查表可以反求出最大落地濃度所在處x【例3-3】某污染源有效源高60m，SO2排出量為80g/s，煙囪出口處的平均風(fēng)速為6m/s，在當(dāng)時(shí)的氣象條件下，正下風(fēng)方向500m處的σy=35.3m,σz=18.1m。試估算地面最大濃度ρmax及出現(xiàn)的位置。

§3.2污染物濃度的估算解：已知H=60m，Q=80g/s，=6m/s，正下風(fēng)方向500m處的σy=35.3m，σz=18.1m。當(dāng)σy/σz的比值恒定時(shí)，地面最大濃度為:例題【3-2】§3.2污染物濃度的估算出現(xiàn)最大地面濃度時(shí)的σz值為

根據(jù)x=500m處的σz=18.1m查圖得當(dāng)時(shí)的大氣穩(wěn)定度類型為D型，由D型曲線查得σz=42.43m時(shí)，x≈1500m。§3.4煙囪高度計(jì)算及廠址設(shè)計(jì)當(dāng)今工廠的煙囪已從單純的排氣裝置發(fā)展成排氣、污染控制一體的裝置。保證煙囪的高度不但滿足排氣的功能，還可以減少對地面的污染。3.4.1煙囪高度的計(jì)算（1）按最大著地濃度設(shè)計(jì)煙囪高度考慮背景濃度，保證地面最大濃度不超過《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》通常σz/σy為0.5~1，不隨距離而變。這種方法設(shè)計(jì)的煙囪高度，有些情況下會(huì)超標(biāo)。（2）按絕對最大著地濃度設(shè)計(jì)的煙囪高度最大著地濃度與有效源高的平方成反比，同風(fēng)速成反比；而抬升高度與風(fēng)速成反比；因此在某一風(fēng)速會(huì)使著地濃度達(dá)到最大，即絕對地面最大濃度Cabsm，此時(shí)風(fēng)速為在危險(xiǎn)風(fēng)速下，煙氣抬升高度與煙囪幾何高度相等，Hs=ΔH。計(jì)算得煙囪高度無論風(fēng)速大小，最大著地濃度都不會(huì)超標(biāo)，但是煙囪造價(jià)太高。（3）按一定保證率的計(jì)算方法某一風(fēng)速區(qū)間出現(xiàn)的概率為90%（4）P值法P值由查表得，P值法是實(shí)際工作中比較簡便的方法。3.4.23.4.2煙囪設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題1、上述公式都是在相同溫度層結(jié)的條件下，按照錐形煙流導(dǎo)出，實(shí)際情況中易出現(xiàn)漫煙型的地區(qū)要進(jìn)行核算。2、煙氣抬升高度對計(jì)算結(jié)果影響比較大，因此最好采用國標(biāo)推薦的公式。3、氣象參數(shù)取值的兩種方法：多年平均值、保證頻率值。4、防止煙氣下洗現(xiàn)象，煙囪不得低于它所附屬的建筑物高度的1.5~2.5倍，排放粉塵的煙囪，高度自地面算起不得小于15m，排氣高度應(yīng)比主產(chǎn)房高出3m以上；防止煙囪本身下洗現(xiàn)象，煙氣流速不得低于該高度平均風(fēng)速1.5倍。5、利于煙氣抬升，煙氣氣流速度一般20-30m/s，煙氣溫度一般大于100℃。3.4.3廠址的選擇1、背景濃度的考慮

已超過《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定值，不得新建；已經(jīng)很高，不能達(dá)標(biāo)也不宜建廠。2、風(fēng)速和風(fēng)向

a應(yīng)設(shè)在居住區(qū)最小頻率風(fēng)向上側(cè)，受害時(shí)間最少

b減少工廠重復(fù)污染，不宜設(shè)在最大頻率風(fēng)向一致的直線上

c無組織排放或廢氣毒性大的，遠(yuǎn)離居住區(qū)

d污染物應(yīng)位于農(nóng)作物抗害能力最弱的季節(jié)的主導(dǎo)風(fēng)向的下側(cè)。3、穩(wěn)定度的考慮

擴(kuò)散主要在近地幾百米；200-300m以下的逆溫層對小工廠不利，對大工廠有利；出現(xiàn)的上部逆溫，對中小工廠幾公里的擴(kuò)散影響不大，對大工廠不利。4、地形影響

深山谷走向；下破風(fēng)厚度；很深的谷地；海陸風(fēng)較穩(wěn)定的區(qū)域等。本章小結(jié)一、污染物濃度的估算：1、P-G法；2、P-T-C法；3、經(jīng)驗(yàn)公式法；4、最大落地濃度估算。二、煙氣抬升高度計(jì)算。三、煙囪高度計(jì)算及廠址選址。設(shè)計(jì)練習(xí)在工業(yè)園區(qū)準(zhǔn)備建設(shè)一座火力發(fā)電站，粉塵排放量為3kg/h，地區(qū)經(jīng)常性穩(wěn)定度為D，當(dāng)天氣溫為20℃，平均風(fēng)速為1m/s，煙囪出口內(nèi)徑為2m，煙氣量為3×105m3/h，煙氣出口溫度為160℃；距離200m處有一個(gè)小學(xué)，要求煙氣擴(kuò)散到學(xué)校時(shí)的濃度低于5μg/m3，請?jiān)O(shè)計(jì)合理的除塵設(shè)施及煙囪高度。§3.3煙氣抬升高度

§3.3.1煙氣抬升現(xiàn)象根據(jù)大量的觀測事實(shí)和定性分析，煙氣抬升大體上分為以下四個(gè)階段：(1)噴出階段動(dòng)量抬升(2)浮升階段浮力抬升(3)瓦解階段抬升逐漸消失(4)變平階段隨著水平風(fēng)向運(yùn)動(dòng)§3.3.2煙氣抬升高度的計(jì)算

煙囪有效高度（EffectiveStackHeight）是指從煙囪排放的煙云距地面的實(shí)際高度，它等于煙囪（或排放筒）本身的高度（Hs）與煙氣抬升高度△H之和，即

常見的計(jì)算式有：霍蘭德（Holland）公式、布里格斯（Briggs）公式、盧卡斯(Lucas)公式、康凱維(Concawe)公式、T.V.A公式和我國國家標(biāo)準(zhǔn)中推薦的計(jì)算公式?！?.3煙氣抬升高度（1）霍蘭德（Holland）公式在中性條件下，煙氣抬升公式表示如下。ΔH——煙氣抬升高度，m；Vs——煙囪排出口處的排煙速度，m/s；Ds——煙囪排出口的內(nèi)徑，m；

u——煙囪口高度上的平均風(fēng)速，m/s§3.3煙氣抬升高度霍蘭德公式適用于中性大氣條件，若用于計(jì)算不穩(wěn)定條件下的煙氣抬升高度時(shí)，實(shí)際抬升高度應(yīng)比計(jì)算值增加10%~20%；若用于計(jì)算穩(wěn)定條件下的煙氣抬升高度時(shí)，實(shí)際抬升應(yīng)比計(jì)算值減小10%~20%。國際普遍認(rèn)為低估了抬升高度?！?.3煙氣抬升高度【例3-4】某工廠動(dòng)力鍋爐煙囪高35m，煙囪出口直徑3m，煙氣初始速度為10m/s，煙氣溫度為473K，煙囪出口處周圍環(huán)境風(fēng)速為5m/s，大氣溫度為295K，試用霍蘭德公式計(jì)算煙氣最大抬升高度及有效源高度。解：Hs=35m，Ds=3m，Vs=10m/s，u=5m/s，Ts=473K，Ta=295K

有效源高度：H=Hs+ΔH=35+27=62（m）§3.3煙氣抬升高度（2）國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的計(jì)算公式我國“制訂地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法”(GB/T13223-2003)中規(guī)定的公式如下。

①當(dāng)QH≥2100kJ/s，且Ts-Ta≥35K時(shí)，煙氣抬升高度可用下式計(jì)算。③當(dāng)QH≤1700kJ/s或Ts-Ta<35K時(shí)，煙氣抬升高度可用下式計(jì)算：§3.3煙氣抬升高度QH——煙氣的熱釋放率，kJ/s②當(dāng)1700kJ/s＜QH＜2100kJ/s時(shí)，煙氣抬升高度可用下式計(jì)算36④當(dāng)?shù)孛嫔?0m高度年平均風(fēng)速<1.5m/s時(shí)，煙氣的抬升高度可用下式計(jì)算：37Ts——煙囪出口處煙氣溫度，K；Ds——煙囪排出口的內(nèi)徑，m；Hs——煙囪幾何高度，m；Vs——煙囪排出口處的排煙速度，m/s；QV——實(shí)際狀態(tài)下的煙氣排放量，m3/s；Ta——大氣溫度，K（取當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站近五年定時(shí)觀測的平均氣溫值）；Pa——大氣壓力，hPa；u——煙囪出口高度上的平均風(fēng)速，m/s；n0——煙氣熱狀況及地表系數(shù)，由表3-6確定；n1——煙氣熱釋放率指數(shù)，由表3-6確定；n2——煙囪高度指數(shù)，由表3-6確定?！?.3煙氣抬升高度QH/（kJ/s）地表狀況n0n1n2QH≥21000農(nóng)村或城市遠(yuǎn)郊區(qū)1.4271/32/3城市及近郊區(qū)1.3031/32/321000>QH≥2100且Ts-Ta≥35K農(nóng)村或城市遠(yuǎn)郊區(qū)0.3323/52/5城市及近郊區(qū)0.2923/52/5表3-6n0，n1，n2值的確定§3.3煙氣抬升高度【例3-5】某城市遠(yuǎn)郊火電廠的煙囪高100m，出口內(nèi)徑5m，出口煙氣流速12.7m/s，溫度100℃，流量250m3/s，煙囪出口處的風(fēng)速4m/s，大氣溫度20℃，大氣壓力為101.3kPa。試確定煙氣抬升高度及有效源高度。解已知Hs=100m，QV=250m3/s，Ds=5m，Vs=12.7m/s，T