1、大气污染控制工程,李广超,3.3.1烟气抬升现象,3.3烟气抬升高度,3.3烟气抬升高度,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（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
2、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； us 烟囱排出口处的排烟速度，m/s；Ds 烟囱排出口的内径，m； 烟囱口高度上的平均风速，m/sTs烟气出口的温度，K；Ta环境大气平均温度，K；QH 烟气热排放率，kJ/s。,3.3烟气抬升高度,霍兰德公式适用于中性大气条件，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3-1】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
3、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,3.3烟气抬升高度,解 :Hs=35m，Ds=3m，us=10m/s，=5m/s，Ts=473K，Ta=295K,有效源高度：H=Hs+H=35+27=62（m）,（2）Briggs公式：适用不稳定及中性大气条件,3.3烟气抬升高度,（3）国家标准中规定的计算公式 我国“制订地方大气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
4、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大气压力，hPa； 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，由表确定； n1烟气热释放率指数，由表确定； n2 烟囱高度指数，由表确定。,3.3烟气抬升高度,n0，n1，n2值的
5、确定,3.3烟气抬升高度,【例3-2】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， =4m/s,3.3烟气抬升高度,3.3烟气抬升高度,由于2100QH 21000kJ/s，,由表3-8，可以确定n0、n1、n2的值分别为0.292、3/5、2/5，,烟气抬升高度为193.4m，有效源高度为293.4m。,3.4污染物浓度的
6、估算,341实用的高斯扩散模式,Gauss(1777,4-1855),x测定值； y表明测定次数趋于无限时，测量值出现的概率密度； 总体均值，表示无限个数据的集中趋势（无系统误差时即为真值）； 总体标准偏差，表明测定值分散的程度。,测定结果x落在1范围内的概率是68.3%; 测定结果x落在2范围内的概率是95.5%; 测定结果x落在3范围内的概率是99.7%;,3.4污染物浓度的估算,（1）坐标系原点：为无界点源或地面源的排放点，或者高架源排放点在地面上的投影点；x为主风向；y为横风向；z为垂直向,3.4污染物浓度的估算,3.4污染物浓度的估算,（2）高斯分布的假设条件 污染物浓度在y、z轴上
7、的分布符合高斯分布； 在全部空间中风速是均匀、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,3.4污染物浓度的估算,(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）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； 平均风速，m/s；,（3）高架连续点源扩散模式,3.4污染物浓度的估算,当y=0时，（x，0，z，H）即为烟流中心线上
8、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。,3.4污染物浓度的估算,（4）地面最大浓度,3.4污染物浓度的估算,烟流地面中心线上的污染物浓度：,地面最大浓度：,X增大，第一项减小，第二项增大,3.4污染物浓度的估算,【例3-3】某污染源有效源高80m， SO2排出量为80g/s，烟囱出口处的平均风速为4.6m/s，在当时的气象条件下
9、，正下风方向500m处的y=35.3m,z=18.1m。试估算：正下风向距烟囱500m处SO2的地面上浓度。地面最大浓度max。解：已知H=80m，Q=80g/s， =4.6m/s，正下风方向500m处的y=35.3m，z=18.1m。,3.4污染物浓度的估算,当y/z的比值恒定时，地面最大浓度为:,3.4污染物浓度的估算,342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：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，从表中查出稳定度级别；根据大气稳定度分别从图3-18、图3-19（表3-9）中查出下风向距离为x的y和z值。,3.4
10、污染物浓度的估算,表3-1 稳定度级别,3.4污染物浓度的估算,利用扩散曲线确定 和,3.4污染物浓度的估算,P-T-C法估算大气扩散参数的步骤：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，从表中查出辐射等级；由辐射等级和地面上10m处风速，从表中查出稳定度级别；根据大气稳定度分别从图3-18和图3-19（表3-9）中查出下风向距离为x的y和z值。,3.4污染物浓度的估算,【例3-4】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： 冬季阴天正下风向距烟囱500m处SO2的地面浓度。 冬季阴天下风向x=500m，y=50m处SO2的地
11、面浓度。 计算SO2的最大地面浓度出现的位置。 解：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。 由表查得在x=500m处， =35.3m, =18.1m。,3.4污染物浓度的估算,出现最大地面浓度时的z值为,根据当时的大气稳定度类型为D型，由D型曲线查得z=56.58m时，x2000m。即出现最大浓度的位置：正下风向地面距烟囱2000m。,3.4污染物浓度的估算,（2）经验公式法 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
12、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。,3.4污染物浓度的估算,【例3-5】 某化工厂动力锅炉，从有效高度为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
13、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, =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=0.826,3.4污染物浓度的估算,3.5烟囱高度设计,3.5.1 烟囱高度的计算 要求： （1）达到稀释扩散的作用 （2）造价最低，造价正比于H2 （3）地面浓度不超标 按地面最大浓度计算, 0 是环境空气质量标准规定的浓度限值，b本底浓度,3.5.2 烟囱设计中的几个问题（1） 一般取0.51.0，若Hs大于100m，取0.5；若Hs100m时，取0.61.0。 （2）在逆温较强的地区，需要用封闭型或熏烟型模式校核。 （3）烟气抬升高度的计算优先采用国家标准中的推荐公式。,
