大氣污染擴(kuò)散計算煙囪高度和廠址選擇

項目一大氣污染基本知識任務(wù)二大氣擴(kuò)散基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)內(nèi)容一、煙氣在大氣中擴(kuò)散的計算二、煙囪高度與廠址選擇一、煙氣在大氣中擴(kuò)散的計算

大氣擴(kuò)散的基本問題，是研究湍流和煙流傳輸與污染物濃度衰減的關(guān)系問題。為了推斷各種條件下污染物傳輸及濃度時空分布規(guī)律，必須將各種污染源、氣象參數(shù)以及下墊面條件下大氣污染過程模式化。高斯在分析了大量擴(kuò)散試驗資料的基礎(chǔ)上，應(yīng)用湍流統(tǒng)計理論得到了正態(tài)分布假設(shè)下的擴(kuò)散模式，即——高斯模式。1、高架連續(xù)點源的高斯擴(kuò)散模式高斯煙流中心線上的濃度分布（1）高斯模式的建立

假定條件：污染物的平均濃度在y、z軸上的分布符合正態(tài)分布；擴(kuò)散物質(zhì)在擴(kuò)散過程中不發(fā)生衰減，與空氣無相對運動（污染物質(zhì)量守恒）；在擴(kuò)散的整個空間中風(fēng)速是均勻、穩(wěn)定的；污染源的源強為連續(xù)的，均勻的。（2）高架連續(xù)點源擴(kuò)散模式（高斯模式）式中：C(x,y,z,H)——有效源高H的源在下風(fēng)向空間點(x,y,z)處造成的濃度（mg/m3）；

H——有效源高，m；Q——源強，單位時間污染源排放的污染物（mg/s）；

——為源高處平均風(fēng)速（m/s），m/s；

——分別為橫向、豎向方向上任一點煙氣分布曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差，即擴(kuò)散系數(shù)（m）。根據(jù)高斯模式可求出下風(fēng)向任一點污染物的濃度當(dāng)y=0時，C（x，0，z，H）即為煙流中心線上污染物的濃度；當(dāng)z=0時，C（x，y，0，H）即為污染物的地面濃度；當(dāng)y=0，z=0時，C（x，,0，0，H）即為煙流地面中心線上污染物的濃度；當(dāng)z=0，H=0時，C（x，y，0，0）即為地面連續(xù)點源的污染物地面濃度；當(dāng)y=0，z=0，H=0時，C（x，0，0，0）即為地面連續(xù)點源地面中心線上污染物的濃度。1）地面上任意一點濃度C(x,y,0,H)模式（2）地面軸線濃度C(x,0,0,H)模式（3）地面最大濃度2、煙氣抬升現(xiàn)象和煙氣抬升高度計算

有效源高（H）是指：從煙囪排放的煙云距地面的實際高度。包括兩部分：煙囪高度（或排氣筒）本身高度（Hs）；煙氣抬升高度（△H）。即：H=Hs+

△H產(chǎn)生煙云抬升的原因有：煙囪出口處的煙流具有一定的初速度——初始動量；出口處煙流溫度高于周圍空氣溫度而產(chǎn)生的凈浮力。抬升高度計算霍蘭德公式我國國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式注意：公式的使用范圍公式中符號的物理意義和單位（1）霍蘭德公式：式中：

us——煙氣出口處流速，m/s；

D——煙囪出口處的內(nèi)徑，m；

——煙囪出口處的平均風(fēng)速，m/s；

QH——煙氣熱排放率，kJ/s；

Ts——煙氣出口溫度，K；

Ta——大氣溫度，K。QH可按下式進(jìn)行計算：ρs——煙囪排出口處，Ts溫度下煙氣的密度，kg/m3；cp——恒壓下煙氣的比熱容，kJ/(kg·K)，可查氣體平均比熱容。霍蘭德公式的應(yīng)用：該式適宜于中性條件；計算不穩(wěn)定條件下的煙氣抬升高度時，煙氣實際抬升高度比計算值增加10%～20%；計算穩(wěn)定條件下的煙氣抬升高度時，煙氣實際抬升高度比計算值減小10%～20%；該式較保守，不適宜計算溫度較高的熱煙氣或高于100m的煙囪的抬升高度。（2）國家標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定的計算公式《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》1）當(dāng)QH≥2100kJ/s，且（Ts-Ta）≥35K時，煙氣抬升高度可用下式計算。QH可用下式計算：其中：Qv——實際排煙量，m3/s；Hs——煙囪距離地面的幾何高度，m；pa——大氣壓力，hPa；

n0，n1，n2值為系數(shù)或指數(shù)，查表。

——按指數(shù)關(guān)系換算到煙囪出口處的平均風(fēng)速。（2）國家標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定的計算公式2）當(dāng)1700kJ/s＜QH＜2100kJ/s，煙氣抬升高度可用下式計算?！鱄2可按下式計算：（2）國家標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定的計算公式3）當(dāng)QH≤1700kJ/s或者Ts-Ta＜35K時，煙氣抬升高度可用下式計算。例題：

某城市火電廠的煙囪高100m，煙氣排出口內(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℃，試確定煙氣抬升高度及有效源高度。例題：

某城市火電廠的煙囪高100m，出口內(nèi)徑5m，出口煙氣流速12.7m/s，溫度100℃，流量250m3/s，煙囪出口的風(fēng)速4m/s，溫度20℃，當(dāng)?shù)貧鈮涸嚧_定煙氣抬升高度及有效源高度。解：已知：Hs=100m，Qv=250m3/s，D=5m，us=12.7m/s，Ts=100+273.15=373.15K，Ta=20+273.15=293.15K，=4m/s先計算煙氣的熱釋放率QH抬升高度H=Hs+△H=100+204.9=304.9m（六）煙囪高度和廠址選擇1、煙囪高度的計算

煙囪本身并不能減少排入大氣的污染物數(shù)量，但它能使污染物從局部地區(qū)轉(zhuǎn)移到很大的范圍內(nèi)擴(kuò)散，利用大氣的自凈能力使地面濃度控制在人們可以接受的范圍內(nèi)。煙囪越高，煙氣上升力越強，燃料燃燒也較好，污染物可以在離地面較高的大氣中擴(kuò)散，再加上高空風(fēng)速大，稀釋能力強，可使大氣污染程度減輕。（1）根據(jù)地面污染物最大濃度計算法設(shè)計

該法以地面最大濃度不超過《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的濃度為依據(jù)，直接由地面最大濃度公式求出煙囪高度。式中：C0為《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的某污染物的濃度限值，Cb為其環(huán)境本底值。（2）根據(jù)點源煙囪允許排放率設(shè)計根據(jù)《制定大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》中規(guī)定的點源煙塵允許排放率計算式：式中：Qe——煙塵允許排放速率，t/h；Pe——煙塵排放控制系數(shù)，t/(h·m2），按所在行政區(qū)及功能表查；點源煙囪Pe值表地區(qū)序號1)一類功能區(qū)二類功能區(qū)三類功能區(qū)123456756652.52.5215-2018-2515-2515-207.5-157.5-106-925-5030-5030-5025-5012.5-3812.5-2510-23我國各地區(qū)總量控制系數(shù)A、低源分擔(dān)率、點源控制系數(shù)P值地區(qū)序號省(市)名AaP總量控制區(qū)非總量控制區(qū)1新疆,西藏,青海7.0-8.40.15100-150100-2002黑龍江,吉林,遼寧,內(nèi)蒙古(陰山以北)5.6-7.00.25120-180120-2403北京,天津,河北,河南,山東4.2-5.60.15100-180120-2404內(nèi)蒙古(陰山以南),山西,陜西(秦嶺以北),寧夏,甘肅(渭河以北)3.5-4.90.20100-150100-2005上海,廣東,廣西,湖南,湖北,江蘇,浙江,安徽,海南,臺灣,福建,江西3.5-4.90.2550-10050-1506云南,貴州,四川,甘肅,(渭河以南),陜西(秦嶺以南)2.8-4.20.1550-7550-1007靜風(fēng)區(qū)(年平均風(fēng)速小于1m/s)1.4-2.80.2540-8040-90（3）國家大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對排氣筒幾何高度的確定1）綜合性排放標(biāo)準(zhǔn)對排氣筒高度的確定除需遵守《排放標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)值外，還應(yīng)高出周圍200m半徑范圍的建筑5m以上，不能達(dá)到該要求的排氣筒，應(yīng)按其高度對應(yīng)的表列排放速率標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格50%執(zhí)行。2）新污染源排氣筒一般不應(yīng)低于15m。3）兩個排放相同污染物的排氣筒，若其距離小于其幾何高度之和，應(yīng)合并視為一個等效排氣筒。4）行業(yè)性大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對排氣筒高度的限定水泥工藝生產(chǎn)設(shè)備排氣筒最低限值2、廠址選擇

從防止大氣污染的角度考慮，理想的建廠位置是污染物背景濃度小，大氣擴(kuò)散稀釋能力強，排放的污染物被輸送到城市或居民區(qū)的可能性最小的地方。2、廠址選擇（1）背景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(dāng)?shù)仄渌廴驹春瓦h(yuǎn)距離輸送來的污染物造成。背景濃度超過環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)不宜建廠。背景濃度沒有超過環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，加上擬建廠造成的污染物濃度以后，若不超過環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，短期內(nèi)又無法克服的，也不宜建廠。（2）風(fēng)向和風(fēng)速氣候資料：污染源相對居住區(qū)來說，應(yīng)設(shè)在最小頻率風(fēng)向的上側(cè)，使居住區(qū)受害時間最少；應(yīng)盡量減少各工廠的重復(fù)污染，不宜把各污染源配置與最大頻率風(fēng)向一致的直線上；煙囪及無組織排放量大或廢氣毒性大的工廠，應(yīng)使其與居住的距離更遠(yuǎn)些；污染源應(yīng)位于農(nóng)作物和經(jīng)濟(jì)作物抗害能力最弱的生長季節(jié)的主導(dǎo)風(fēng)向的下側(cè)。污染系數(shù)：風(fēng)向頻率/平均風(fēng)速。某一風(fēng)向污染系數(shù)小，表示該風(fēng)向吹來的風(fēng)所造成的污染小，所以污染源應(yīng)設(shè)在污染系數(shù)最小方向的上側(cè)。某地風(fēng)向頻率及污染系數(shù)從上表可看出，若只考慮風(fēng)向頻率，工廠應(yīng)設(shè)在居民區(qū)的西南方；若從污染系數(shù)考慮，則廠址應(yīng)選在西北方。風(fēng)向NNEESESSWWNW合計風(fēng)向頻率風(fēng)速污染系數(shù)污染系數(shù)百分率1653.2121142.8101234.0142145.3191033.312723.5131133.71312627100--1003）大氣溫度層結(jié)的影響由于一般污染物多在距離地面幾百米范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散，所以，離地面幾百米以內(nèi)的大氣溫度層結(jié)對污染物的擴(kuò)散稀釋過程有重要影響。對污染物擴(kuò)散最不利的是近地層輻射逆溫和上部逆溫，因此應(yīng)收集有關(guān)逆溫層厚度、高度、強度、出現(xiàn)頻率和持續(xù)時間資料。（3）大氣溫度層結(jié)的影響逆溫對高架源污染影響分為兩種情況：高架源出口在逆溫層之中，逆溫層鉛直湍流微弱，鉛直擴(kuò)散慢，污染源附近的地面濃度反而低。遠(yuǎn)距離的地面濃度比沒有逆溫層時要高，高濃度的范圍也大。近地面的逆溫破壞時產(chǎn)生熏煙型擴(kuò)散，造成高濃度，但時間短，30—60min。高架源排煙口高于逆溫層頂，產(chǎn)生屋脊型擴(kuò)散，對擴(kuò)散有利。（3）大氣溫度層結(jié)的影響逆溫層對近地面源影響很大，往往在近距離內(nèi)造成很高的污染物濃度。工廠常用跑、冒、滴、漏等無組織排放，逆溫時地面風(fēng)速很小，擴(kuò)散稀釋速率很慢，結(jié)果在廠區(qū)內(nèi)及附近造成高濃度污染。（4）對地形的考慮

由于水陸交界、山區(qū)、大城市等地，局部地區(qū)地形地物會改變距地氣象條件，形成獨特的大氣擴(kuò)散規(guī)律，出現(xiàn)一些特殊的空氣污染過程。（4）對地形的考慮故：選擇廠址時應(yīng)考慮的地形因素有：若山谷很深，且其走向與盛行風(fēng)交角在45～135°間，谷內(nèi)風(fēng)速經(jīng)常很小，不利于污染物擴(kuò)散，若有效源高不能超過經(jīng)常出現(xiàn)靜風(fēng)及