1、大气污染控制技术3 烟气的排放1虚位温自由大气稳定边界层残留层残留卷夹带高度风速实测风速地转风高度3 烟气的排放大气污染控制技术3 烟气的排放23 3 烟气的排放烟气的排放本章主要内容：本章主要内容： 了解烟气的扩散规律；了解烟气的扩散规律； 了解影响烟气的扩散因素；了解影响烟气的扩散因素； 掌握污染物浓度的估算方法；掌握污染物浓度的估算方法； 掌握烟囱高度的计算方法；掌握烟囱高度的计算方法； 了解烟气抬升现象和烟云抬升高度计算。了解烟气抬升现象和烟云抬升高度计算。大气污染控制技术3 烟气的排放33.1 3.1 影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素3.1.13.1.1气象条件对烟气扩散的影响气
2、象条件对烟气扩散的影响 主要有：主要有：风向风向、风速风速、大气湍流大气湍流、大气温度的垂直分大气温度的垂直分布布和和大气稳定度大气稳定度等。等。（1 1）风对烟气扩散的影响）风对烟气扩散的影响 风对污染物的作用：风对污染物的作用： 整体输送整体输送，污染源安排在，污染源安排在城市下风向；城市下风向； 冲淡稀释冲淡稀释。 污染物在大气中的浓度与污染物在大气中的浓度与污染物的排放总量成正比，污染物的排放总量成正比，与平均风速成反比。与平均风速成反比。大气污染控制技术3 烟气的排放4（2 2 ）大气湍流对烟气扩散的影响）大气湍流对烟气扩散的影响 大气湍流：大气湍流：指大气因受动力湍流的影响所形成的
3、不规则运动指大气因受动力湍流的影响所形成的不规则运动气流。气流。 湍流运动：湍流运动：大气的运动除了风以外，还存在着不同于主流方大气的运动除了风以外，还存在着不同于主流方向向( (平均风向平均风向) )的各种尺度的次生运动或旋涡运动。的各种尺度的次生运动或旋涡运动。 只有只有“层流层流” ” ，污染物只能靠，污染物只能靠分子扩散分子扩散缓慢地向四周扩散，缓慢地向四周扩散，大气湍流运动造成强烈混合，大气湍流运动造成强烈混合，湍流扩散湍流扩散速率比分子扩散速率速率比分子扩散速率快快l 000001000000l 000001000000倍。倍。 风速越大，湍流越强，污染物稀释扩散速率就越快，大气污
4、风速越大，湍流越强，污染物稀释扩散速率就越快，大气污染物的浓度就越低。染物的浓度就越低。 风风和和湍流湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接的因子。是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接的因子。大气污染控制技术3 烟气的排放5（3 3）气温的垂直分布）气温的垂直分布 地球表面上方大气圈各气层的温度随着高度的不地球表面上方大气圈各气层的温度随着高度的不同而发生变化，常用气温垂直递减率同而发生变化，常用气温垂直递减率( )( )表示。表示。 气温垂直递减率：气温垂直递减率：指在垂直于地球表面方向上每指在垂直于地球表面方向上每升高升高100m100m气温的变化值。气温的变化值。 气温随高度递减，气温
5、随高度递减，00，一般出现在晴朗的白天，一般出现在晴朗的白天风不大时；风不大时； 气温随高度递增，气温随高度递增，00，一般出现在少云或无风，一般出现在少云或无风的夜间；的夜间； 气温随高度基本不变，气温随高度基本不变，=0=0，出现在多云天或阴，出现在多云天或阴天。天。大气污染控制技术3 烟气的排放6（4 4）大气垂直稳定度对烟气扩散的影响）大气垂直稳定度对烟气扩散的影响 大气稳定度：大气稳定度：指近地层大气作垂直运动的强弱程度。指近地层大气作垂直运动的强弱程度。 如果大气处于不利于垂直运动发展的状态，即称此大气为如果大气处于不利于垂直运动发展的状态，即称此大气为稳稳定状态定状态；反之，则称
6、为；反之，则称为不稳定状态不稳定状态。 气象学把近地层大气划分为稳定、中性和不稳定三种状态。气象学把近地层大气划分为稳定、中性和不稳定三种状态。大气污染控制技术3 烟气的排放7 大气稳定度与气温垂直递减率关系大气稳定度与气温垂直递减率关系： 愈大，大气愈大，大气愈不稳定，湍流充分，污染物扩散稀释能力强；愈不稳定，湍流充分，污染物扩散稀释能力强； 愈小，大气愈稳定，如果愈小，大气愈稳定，如果 很小很小= =零零( (等温等温) )或小于或小于零零( (逆温逆温) )，大气则处于稳定状态，湍流受到抑制。，大气则处于稳定状态，湍流受到抑制。 大气稳定度是影响污染物扩散的极重要因素：大气大气稳定度是影
7、响污染物扩散的极重要因素：大气处于不稳定状况，对流强烈，烟气迅速扩散；大气处于不稳定状况，对流强烈，烟气迅速扩散；大气处于强稳定状态，烟气不易扩散，造成严重污染。处于强稳定状态，烟气不易扩散，造成严重污染。 烟形：烟形：翻卷形、锥形、扇形、屋脊形、漫烟形。风翻卷形、锥形、扇形、屋脊形、漫烟形。风和大气稳定度对烟气在大气中运行和扩散的影响。和大气稳定度对烟气在大气中运行和扩散的影响。大气污染控制技术3 烟气的排放8大气污染控制技术3 烟气的排放9大气污染控制技术3 烟气的排放103.1.23.1.2下垫面对烟气扩散的影响下垫面对烟气扩散的影响 （1 1）城市下垫面对烟气扩散的影响）城市下垫面对烟
8、气扩散的影响 城市下垫面的城市下垫面的特点特点： 城市人口密集、工业集中，能耗水平高；城市人口密集、工业集中，能耗水平高； 城市覆盖物热容大，白天吸收太阳辐射热，夜间放热缓慢；城市覆盖物热容大，白天吸收太阳辐射热，夜间放热缓慢； 城市上空笼罩烟雾和城市上空笼罩烟雾和CO2CO2，使地面有效辐射冷却效应减弱。，使地面有效辐射冷却效应减弱。 城市热岛效应城市热岛效应热岛环流热岛环流，也叫，也叫“城市风城市风”。产生上升气。产生上升气流，郊区空气进行补充，污染物输送进城市。流，郊区空气进行补充，污染物输送进城市。大气污染控制技术3 烟气的排放11（2 2）地形对大气扩散的影响）地形对大气扩散的影响
9、地形地物对污染物扩散的影响主要是通过地形地物对污染物扩散的影响主要是通过气流运动气流运动和气温的影响和气温的影响以以改变烟气的运动和扩散改变烟气的运动和扩散。 烟气运行碰到高的丘陵和山地，引起高浓度污染；烟气运行碰到高的丘陵和山地，引起高浓度污染； 烟气越过不太高的丘陵，在背风面下滑，产生涡流，烟气越过不太高的丘陵，在背风面下滑，产生涡流，出现严重污染。出现严重污染。大气污染控制技术3 烟气的排放12大气污染控制技术3 烟气的排放13大气污染控制技术3 烟气的排放14 晴朗的夜晚，由于地面辐射冷却得快，山沟两侧贴近山坡的、冷晴朗的夜晚，由于地面辐射冷却得快，山沟两侧贴近山坡的、冷而重的大气顾坡
10、下沿，形成而重的大气顾坡下沿，形成下坡风下坡风，又称，又称山风山风。 具有日照的白天形成具有日照的白天形成上坡风上坡风和和谷风谷风。 日出日落前后是山谷风的转换期，风向不稳定，风速很小，山沟日出日落前后是山谷风的转换期，风向不稳定，风速很小，山沟中污染源排出的污染物由于风向来回摆动，产生循环积累，造成中污染源排出的污染物由于风向来回摆动，产生循环积累，造成高浓度污染。高浓度污染。 在易于出现小风并伴随逆温的凹地处，污染源排放的污染物，往在易于出现小风并伴随逆温的凹地处，污染源排放的污染物，往往会造成严重的大气污染。往会造成严重的大气污染。大气污染控制技术3 烟气的排放153.1.3 3.1.3
11、 水陆交界区对烟气扩水陆交界区对烟气扩散的影响散的影响 水陆交界，水面和陆面的热导水陆交界，水面和陆面的热导率和热容不同，白天上层空气率和热容不同，白天上层空气由大陆吹向海洋，下层空气则由大陆吹向海洋，下层空气则由海洋流向陆地，形成由海洋流向陆地，形成海风海风，并构成完整的热力环流。夜间并构成完整的热力环流。夜间产生与白天相反的气流，形成产生与白天相反的气流，形成陆风陆风。一般来说，海风比陆风。一般来说，海风比陆风强度大。强度大。 盛行风和海风方向相反，形盛行风和海风方向相反，形成逆温顶盖。成逆温顶盖。大气污染控制技术3 烟气的排放16 盛行风和海风方向相反，形成逆温顶盖。盛行风和海风方向相反
12、，形成逆温顶盖。大气污染控制技术3 烟气的排放173.2 3.2 污染物浓度的估算污染物浓度的估算 3.2.1 3.2.1 污染物浓度估算公式污染物浓度估算公式高斯公式高斯公式 图示烟羽形状，反映从污染源排放的污染物在风向沿图示烟羽形状，反映从污染源排放的污染物在风向沿x x轴的大气中扩散的情况。轴的大气中扩散的情况。大气污染控制技术3 烟气的排放18大气污染控制技术3 烟气的排放19 高斯引入高斯引入“像源像源” ” 说明地面的反射作用，说明地面的反射作用，“实源实源”与与 “像源像源” ” 共同作用；共同作用； 同时假定，污染物在扩散过程中不发生化学反应。同时假定，污染物在扩散过程中不发生
13、化学反应。大气污染控制技术3 烟气的排放20 P P点的实际污染物浓度：点的实际污染物浓度： 高斯公式表明：在烟轴位置，某一点的浓度高斯公式表明：在烟轴位置，某一点的浓度c c与源强与源强QQ成正成正比，与风速和扩散参数成反比。比，与风速和扩散参数成反比。 用高斯扩散公式计算污染物浓度用高斯扩散公式计算污染物浓度应满足的条件应满足的条件为：为： 污染物的平均浓度在污染物的平均浓度在y y、z z抽上的分布符合正态分布；抽上的分布符合正态分布； 在扩散的整个空间中风速均匀、稳定；在扩散的整个空间中风速均匀、稳定； 污染源的源强污染源的源强QQ连续、均匀；连续、均匀； 扩散过程，污染物质量守恒（不
14、发生化学反应，地面对扩散过程，污染物质量守恒（不发生化学反应，地面对其不发生吸收和吸附作用）。其不发生吸收和吸附作用）。大气污染控制技术3 烟气的排放213.2.2 3.2.2 扩散参数的确定扩散参数的确定 高斯公式进行浓度估算，关键是确定扩散参数。高斯公式进行浓度估算，关键是确定扩散参数。 实测准确，不经济，估算有误差却简便。实测准确，不经济，估算有误差却简便。 扩散参数常用的估算法有：扩散参数常用的估算法有：（1 1）PTPT法法 确定净辐射分级、确定宏观稳定度、确定扩散参数，见表确定净辐射分级、确定宏观稳定度、确定扩散参数，见表3-13-1、3-23-2、3-33-3和图和图3-113-
15、11、3-123-12。（2 2）经验公式）经验公式 平原地区农村及城市远郊区的扩散参数选取方法；平原地区农村及城市远郊区的扩散参数选取方法； 工业区或城区的扩散参数的选取方法工业区或城区的扩散参数的选取方法 ； 丘陵山区的农村或城市，其扩散参数选取方法同城市工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。业区。大气污染控制技术3 烟气的排放22大气污染控制技术3 烟气的排放23大气污染控制技术3 烟气的排放243.2.3 3.2.3 地面最大浓度地面最大浓度 地面源和高架源在地面源和高架源在下风方向造成的地面浓度分布下风方向造成的地面浓度分布情况：情况： 在下风向一定距离处在下风向一
16、定距离处中心线的浓度中心线的浓度高于边缘部分。高于边缘部分。大气污染控制技术3 烟气的排放25 地面源和高架源的地面源和高架源的地面轴线浓度分布地面轴线浓度分布情况：情况： (a)(a)地面源所造成的轴线浓度随距污染源距离增加而降低。地面源所造成的轴线浓度随距污染源距离增加而降低。 (b)(b)高架源地面轴线浓度先随距离增加而急剧增大，在距源高架源地面轴线浓度先随距离增加而急剧增大，在距源13km13km的不太远距离处的不太远距离处( (通常为通常为13km)13km)地面轴线浓度达到地面轴线浓度达到最大值，超过最大值以后，随最大值，超过最大值以后，随x x继续增加，地面轴线浓度逐继续增加，地
17、面轴线浓度逐渐减小。渐减小。大气污染控制技术3 烟气的排放26 高架连续点源地面轴线浓度公式：高架连续点源地面轴线浓度公式： 地面最大浓度的计算公式：地面最大浓度的计算公式： 当大气稳定度一定时，当大气稳定度一定时，y/zy/z值一定，高架连续点源的地面值一定，高架连续点源的地面最大浓度与烟囱高度最大浓度与烟囱高度H H的平方成反比。的平方成反比。 最大浓度出现于满足下列关系的正下风向处即最大浓度点的最大浓度出现于满足下列关系的正下风向处即最大浓度点的z值：值： 根据最大浓度点的根据最大浓度点的zz值、大气稳定度类型反查图值、大气稳定度类型反查图3-123-12就可得就可得出最大浓度在下风向距
18、污染源的距离出最大浓度在下风向距污染源的距离x x。大气污染控制技术3 烟气的排放273.3 3.3 烟气抬升现象和烟云抬升高度烟气抬升现象和烟云抬升高度 烟囱有效高度烟囱有效高度是指从烟囱排放的烟云距地面的是指从烟囱排放的烟云距地面的实际高实际高度度，等于，等于烟囱本身高度烟囱本身高度H H与与烟气抬升高度烟气抬升高度 H H之之和和。3.3.1 3.3.1 烟气抬升现象烟气抬升现象 （1 1）烟气抬升的四个阶段）烟气抬升的四个阶段 喷出阶段：喷出阶段：动力抬升，垂直速度和初始动量决定；动力抬升，垂直速度和初始动量决定； 浮生阶段：浮生阶段：温差造成浮力抬升；温差造成浮力抬升； 瓦解阶段：瓦
19、解阶段：环境湍流造成烟流自身结构瓦解；环境湍流造成烟流自身结构瓦解； 变平阶段：变平阶段：水平风速，烟云倾斜、扩散膨胀、变平。水平风速，烟云倾斜、扩散膨胀、变平。 注意：注意：烟气初始排放参数不同，分为烟气初始排放参数不同，分为动力抬升烟气动力抬升烟气和和浮力浮力抬升烟气抬升烟气。浮力抬升由于烟气温度高产生浮力作用；。浮力抬升由于烟气温度高产生浮力作用； 低温烟气，抬升主要由烟气初始动量决定；低温烟气，抬升主要由烟气初始动量决定； 锅炉等燃烧后锅炉等燃烧后高温烟气高温烟气，浮力对烟气抬升远大于动量。，浮力对烟气抬升远大于动量。大气污染控制技术3 烟气的排放28（2 2）影响烟云抬升现象的因素）
20、影响烟云抬升现象的因素 烟囱出口处的烟气流速烟囱出口处的烟气流速UsUs； 烟气温度烟气温度TsTs； 环境温度即大气温度环境温度即大气温度TaTa； 风速；风速； 大气稳定度；大气稳定度； 近地层下垫面的状况等。近地层下垫面的状况等。3.3.23.3.2烟云抬升高度的计算烟云抬升高度的计算大气污染控制技术3 烟气的排放293.3.2 3.3.2 烟云抬升高度的计算烟云抬升高度的计算 （1 1）HollandHolland公式公式 （2 2）LucasLucas公式公式 （3 3）ConcaweConcawe公式公式 （4 4）T.V.AT.V.A公式公式 （5 5）国家标准中规定的计算公式）
21、国家标准中规定的计算公式大气污染控制技术3 烟气的排放303.3.3 3.3.3 增加烟气抬升高度的措施增加烟气抬升高度的措施 决定烟气抬升的主要因素：烟气本身的热力性质、动决定烟气抬升的主要因素：烟气本身的热力性质、动力性质、气象条件和近地层下垫面等。力性质、气象条件和近地层下垫面等。 措施：措施： （1 1）减少烟道及烟囱的热损失）减少烟道及烟囱的热损失初始动量和浮力；初始动量和浮力； （2 2）选择一个适当的出口流速）选择一个适当的出口流速烟气与周围空气的烟气与周围空气的混合速率混合速率 平均风速和湍流程度（出口速度增加利于平均风速和湍流程度（出口速度增加利于动力抬升，但是加快混合）；动
22、力抬升，但是加快混合）； （3 3）增加排气量对动量抬升和浮力抬升均有好处，）增加排气量对动量抬升和浮力抬升均有好处，采用几盒烟从排气。采用几盒烟从排气。大气污染控制技术3 烟气的排放313.4 3.4 烟囱高度计算及厂址选择烟囱高度计算及厂址选择 3.4.1 3.4.1 烟囱高度计算烟囱高度计算 减少地面污染的烟囱尺寸及工艺参数：减少地面污染的烟囱尺寸及工艺参数：高度高度、出口直出口直径径、喷出速度喷出速度。（1 1）按最大着地浓度设计的烟囱高度）按最大着地浓度设计的烟囱高度（2 2）按绝对最大着地浓度设计的烟囱高度）按绝对最大着地浓度设计的烟囱高度（3 3）按一定保证率计算法）按一定保证率
23、计算法大气污染控制技术3 烟气的排放32（4 4）P P值法值法 SO2SO2排放源排放源 其他有害气体排放源其他有害气体排放源 颗粒物排放源颗粒物排放源 同时排放多种污染物计算的烟囱高度不同，同时排放多种污染物计算的烟囱高度不同，较大值较大值作作为设计高度。为设计高度。大气污染控制技术3 烟气的排放33 烟囱设计中的几个问题烟囱设计中的几个问题 烟囱高度计算公式条件：烟流扩散范围内温度层结烟囱高度计算公式条件：烟流扩散范围内温度层结相同，按锥形烟流的高斯模式导出。相同，按锥形烟流的高斯模式导出。 烟流抬升高度对烟囱高度的计算结果影响很大，选烟流抬升高度对烟囱高度的计算结果影响很大，选用抬升公
24、式的应用条件与设计条件相近的抬升公式。用抬升公式的应用条件与设计条件相近的抬升公式。 气象参数取值方法：多年的平均值、保证频率值。气象参数取值方法：多年的平均值、保证频率值。 防止烟流烟流下洗现象，烟囱高度不得低于它所附防止烟流烟流下洗现象，烟囱高度不得低于它所附属的建筑物高度的属的建筑物高度的1.52.51.52.5倍。倍。 利于烟气抬升，烟囱出口烟气流速宜在利于烟气抬升，烟囱出口烟气流速宜在2030m2030ms s，集合，集合( (多管多管) )烟囱，增大抬升高度；烟气温度不宜过烟囱，增大抬升高度；烟气温度不宜过低，低，100100以上。以上。大气污染控制技术3 烟气的排放343.4.2
25、 3.4.2 厂址的选择厂址的选择（1 1）厂址选择中对背景浓度的考虑）厂址选择中对背景浓度的考虑 本底浓度，该地区已有的污染物浓度水平。本底浓度，该地区已有的污染物浓度水平。（2 2）厂址选择中对气象条件的考虑）厂址选择中对气象条件的考虑 风向和风速（污染系数）、大气稳定度、混合层风向和风速（污染系数）、大气稳定度、混合层厚度。厚度。（3 3）厂址选择中对地形的考虑）厂址选择中对地形的考虑 山谷、海陆。山谷、海陆。大气污染控制技术3 烟气的排放35 本章重点本章重点 烟气扩散的影响因素、污染物浓度的估算、烟云烟气扩散的影响因素、污染物浓度的估算、烟云抬升高度的计算、烟囱高度的计算。抬升高度的计算、烟囱高度的计算。 本章难点本章难点 气温垂直递减率、大气稳定度、高斯公式。气温垂直递减率、大气稳定度、高斯公式。 本章作业本章作业 55页-第2、3题；60页-第1、2题；67页 第2题。
