大氣污染控制工程課件

大氣污染控制工程課件第1頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)湍流擴(kuò)散的基本理論擴(kuò)散的要素風(fēng)：平流輸送為主，風(fēng)大則湍流大湍流：擴(kuò)散比分子擴(kuò)散快105～106倍湍流的基本概念

湍流——大氣的無規(guī)則運(yùn)動

風(fēng)速的脈動風(fēng)向的擺動起因與兩種形式

熱力：溫度垂直分布不均（不穩(wěn)定）機(jī)械：垂直方向風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度第2頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月湍流擴(kuò)散理論主要闡述湍流與煙流傳播及湍流與物質(zhì)濃度衰減的關(guān)系1.梯度輸送理論類比于分子擴(kuò)散，污染物的擴(kuò)散速率與負(fù)濃度梯度成正比2.湍流統(tǒng)計(jì)理論泰勒－>圖4-1，正態(tài)分布薩頓實(shí)用模式高斯模式

第3頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)高斯擴(kuò)散模式高斯模式的有關(guān)假定坐標(biāo)系右手坐標(biāo)，y為橫風(fēng)向，z為垂直向四點(diǎn)假設(shè)

a．污染物濃度在y、z風(fēng)向上分布為正態(tài)分布b．全部高度風(fēng)速均勻穩(wěn)定c．源強(qiáng)是連續(xù)均勻穩(wěn)定的d．?dāng)U散中污染物是守恒的（不考慮轉(zhuǎn)化）

第4頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月高斯擴(kuò)散模式高斯擴(kuò)散模式的坐標(biāo)系第5頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月無界空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式由正態(tài)分布假定，得下風(fēng)向任一點(diǎn)的濃度分布

(4-1)方差的表達(dá)式

(4-2)由假定d源強(qiáng)積分式（單位時(shí)間物料守恒）

(4-3)未知量：濃度C，待定函數(shù)A(x)，待定系數(shù)a,b把式(4-1)代入(4-2)中，積分得：

（4-4）第6頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月將式（4-4）和（4-1）代入式（4-3）中，積分得：（4-5）將式（4-4）、（4-5）代入式（4-1）得無界空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式：（4-6）第7頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月高斯煙流的形態(tài)第8頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月高斯煙流的濃度分布高斯煙流中心線上的濃度分布第9頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式鏡像全反射---->像源法實(shí)源：像源：（4-7）第10頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式（4-8）（4-9）第11頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式

（4-10、11）（4-12）第12頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月顆粒物擴(kuò)散模式粒徑小于15μm的顆粒物可按氣體擴(kuò)散計(jì)算大于15μm的顆粒物：傾斜煙流模式地面反射系數(shù)第13頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)污染物濃度的估算q

源強(qiáng)計(jì)算或?qū)崪y

平均風(fēng)速多年的風(fēng)速資料

H

有效煙囪高度

、擴(kuò)散參數(shù)1.煙氣抬升高度的計(jì)算

初始動量：速度、內(nèi)徑煙溫度－>浮力：溫差煙氣抬升第14頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月煙氣抬升高度的計(jì)算抬升高度計(jì)算式

（1）

Holland公式：適用于中性大氣條件（穩(wěn)定時(shí)減小，不穩(wěn)時(shí)增加10％～20％）

Holland公式比較保守，特別在煙囪高、熱釋放率比較強(qiáng)的情況下偏差更大第15頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月煙氣抬升高度的計(jì)算抬升高度計(jì)算式（續(xù)）（2）Briggs公式：適用不穩(wěn)定及中性大氣條件

第16頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月煙氣抬升高度的計(jì)算抬升高度計(jì)算式（續(xù)）（3）我國“制訂地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法”(GB/T13201-91)中的公式

第17頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月例4-1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。煙囪出口處的平均風(fēng)速4m/s，大氣溫度20℃，試確定煙氣抬升高度及有效源高。解：用公式（4－23）計(jì)算煙囪的熱釋放率QH=0.35×978.4×250×(140-20)/(140+273)=24875kW>2100kW，且ΔT≧35K，運(yùn)用式（4－22）計(jì)算，查表4－2得n0=1.303,n1=1/3,n2=2/3按“制定原則和方法”的公式，抬升高度ΔH=1.303×248751/3×1002/3×4-1=204.9m則有效源高H=Hs+ΔH=100+204.9=304.9m第18頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)散參數(shù)的確定P－G曲線法P－G曲線Pasquill常規(guī)氣象資料估算Gifford制成圖表第19頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級別第20頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用利用擴(kuò)散曲線確定和第21頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用地面最大濃度估算第22頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月例4-2某石油精煉廠自平均有效源高60m處排放的SO2量為80g/s，有效源高處的平均風(fēng)速為6m/s，試估算冬季陰天正下風(fēng)向距離煙囪500m處地面上的SO2濃度。解：在陰天條件下，大氣穩(wěn)定度為D級，由表4-4查得，在x=500m處，=35.3m，=18.1m。代入式（4-9）得：第23頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)散參數(shù)的確定－中國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法穩(wěn)定度分類方法改進(jìn)的P－T法

太陽高度角

（式4-29，地理緯度，傾角）

輻射等級穩(wěn)定度云量（加地面風(fēng)速）

第24頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月（4-29）式第25頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)散參數(shù)的確定－中國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法擴(kuò)散參數(shù)的選取擴(kuò)散參數(shù)的表達(dá)式為（取樣時(shí)間0.5h，按表4-8查算）平原地區(qū)和城市遠(yuǎn)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)取樣時(shí)間大于0.5h，不變，第26頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月[例4-3]在例4-1的條件下，當(dāng)煙氣排出的SO2速率為150g/s時(shí)，試計(jì)算陰天的白天SO2的最大著地濃度及其出現(xiàn)的距離。解：（1）確定大氣穩(wěn)定度：根據(jù)題設(shè)，陰天的白天為D級。根據(jù)擴(kuò)散參數(shù)的選取方法，城區(qū)中的點(diǎn)源，D級向不穩(wěn)定方向提一級，則應(yīng)為C級。（2）計(jì)算最大著地濃度：由例4-1計(jì)算結(jié)果，有效源高H=304.9m，由式（4-11）求得出現(xiàn)最大著地濃度時(shí)的垂直擴(kuò)散參數(shù)：查表4-4或按表4-8中的冪函數(shù)計(jì)算，在C級穩(wěn)定度，=215.6m時(shí)，由式4-10求得最大著地濃度：第27頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式主要指氣象條件與高斯模式不一樣（溫度層結(jié)構(gòu)均一，實(shí)際中難以實(shí)現(xiàn)）

封閉型擴(kuò)散模式相當(dāng)于兩鏡面之間無窮次全反射實(shí)源和無窮多個虛源貢獻(xiàn)之和

n為反射次數(shù)，在地面和逆面實(shí)源在兩個鏡子里分別形成n個像第28頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月封閉型擴(kuò)散模式計(jì)算簡化：（4-33）第29頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月熏煙型擴(kuò)散模式假設(shè)：

D

換成hf（垂向均勻分布）；q只包括進(jìn)入混合層部分，

則仍可用上面公式

第30頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月熏煙型擴(kuò)散模式第31頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)城市及山區(qū)擴(kuò)散模式城市大氣擴(kuò)散模式1.線源擴(kuò)散模式第32頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月城市大氣擴(kuò)散模式2.面源擴(kuò)散模式大氣排放規(guī)范里規(guī)定條件：煙囪高40m；單個排放量<0.04t/h第33頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月城市大氣擴(kuò)散模式2.面源擴(kuò)散模式（續(xù)）簡化為點(diǎn)源的面源擴(kuò)散模式（續(xù)）形心上風(fēng)向距x0處有一虛擬點(diǎn)源，其煙流在形心處寬度正好與正方形寬度相等

煙流寬度：中心線到濃度為中心處距離的兩倍

（正態(tài)分布：）

確定、之后即可按點(diǎn)源計(jì)算面源濃度第34頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月城市大氣擴(kuò)散模式2.面源擴(kuò)散模式（續(xù)）窄煙流模式某點(diǎn)的污染物濃度主要取決于上風(fēng)向面單元的源強(qiáng)，上風(fēng)向兩側(cè)單元對其影響很小某點(diǎn)的污染物濃度主要由它所在的面單元的源強(qiáng)決定第35頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月常用城市空氣質(zhì)量模式箱模式單箱模式多箱模式——如目前用于我國城市空氣污染指數(shù)預(yù)報(bào)的CAPPS模式城市多源模式如EPA推薦的ISC模式（IndustrialSourceComplexModel）光化學(xué)模式如EPA推薦的UAM－V（UrbanAirshedModel）模式線源模式如CALINE模式，用于計(jì)算公路的污染物排放第36頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月城市空氣質(zhì)量模式的發(fā)展第一代模式PhotochemicalBoxModelOZIP/EKMA(forozone)/scram001/tt22.htmISC3,CALPUFF,AERMOD

(forprimarypollutants)GaussianDispersionModel第37頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月城市空氣質(zhì)量模式的發(fā)展第二代模式

EulerianGridModels

:UAM,RADM,REMSAD,ROM/asmdnerl/modeling.htm第38頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月城市空氣質(zhì)量模式的發(fā)展第三代模式（Models-3）－OneAtmosphere的概念A(yù)irToxicsOzoneAcidRainVisibility

PM2.5WaterQuality.OHNOx+VOC+OH

+hv--->O3SOx[orNOx]+NH3+OH

--->(NH4)2SO4[orNH4NO3]SO2+OH--->H2SO4NO2+OH--->HNO3VOC+OH--->OrgainicPM

OH<--->AirToxics(POM,PAH,Hg(II),etc.)

FinePM(Nitrate,Sulfate,OrganicPM)

NOx+SOx+OH(LakeAcidification,Eutrophication)OneAtmosphereOneAtmosphere第39頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第三代模式（Models－3）/asmdnerl/models3/第40頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月山區(qū)擴(kuò)散模式山區(qū)流場由于受到復(fù)雜地形的熱力和動力因子影響，流場均勻和定常的假定難以成立對風(fēng)向穩(wěn)定、研究尺度不大、地形較為開闊及起伏不大的地區(qū)，濃度基本上遵循正態(tài)分布規(guī)律，只是擴(kuò)散參數(shù)比平原地區(qū)大很多ERT模式高斯模式，只對有效源高進(jìn)行修正NOAA和EPA模式NOAA－以高斯模式為基礎(chǔ)，對有效源高進(jìn)行修正EPA－與NOAA相似，只是對所有穩(wěn)定度級別都進(jìn)行了地形高度修正第41頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)煙囪高度的設(shè)計(jì)煙囪高度的計(jì)算要求：（1）達(dá)到稀釋擴(kuò)散的作用（2）造價(jià)最低，

造價(jià)正比于H2（3）地面濃度不超標(biāo)

按地面最大濃度計(jì)算

第42頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月煙囪高度的計(jì)算按地面絕對最大濃度計(jì)算第43頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月煙囪高度的計(jì)算按一定保證率的計(jì)算法取上述兩種情況之間一定保證率下的平均風(fēng)速和擴(kuò)散參數(shù)P值法國標(biāo)GB/T13201-91第44頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月煙囪設(shè)計(jì)中的幾個問題上述計(jì)算公式按錐形高斯模式導(dǎo)出，在逆溫較強(qiáng)的地區(qū)，需要用封閉型或熏煙型模式校核煙氣抬