大气污染控制工程_大气扩散浓度估算模式

1、1第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式教学内容教学内容1湍流扩散的基本理论湍流扩散的基本理论2高斯扩散模式高斯扩散模式3污染物浓度的估算方法污染物浓度的估算方法4特殊气象条件下的扩散模式特殊气象条件下的扩散模式5城市及山区的扩散模式城市及山区的扩散模式6烟囱高度设计烟囱高度设计7 7厂址选择厂址选择2第第4 4章章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 1 1、教学要求、教学要求 要求了解湍流扩散的基本理论，理解和掌握要求了解湍流扩散的基本理论，理解和掌握高斯扩散模式、烟囱高度的设计和厂址的选高斯扩散模式、烟囱高度的设计和厂址的选择。择。 2 2、教学重点、教学重点 掌握

2、影响污染物稀释扩散法控制的有关条件；掌握影响污染物稀释扩散法控制的有关条件；污染物浓度估算的高斯模式，烟囱高度的设污染物浓度估算的高斯模式，烟囱高度的设计方法。计方法。 3 3、教学难点、教学难点 污染物稀释扩散法控制，污染物浓度估算的污染物稀释扩散法控制，污染物浓度估算的高斯模式。高斯模式。31 湍流扩散的基本理论湍流扩散的基本理论 一一、湍流概念简介、湍流概念简介 扩散的要素扩散的要素风风：平流输送为主，风大则湍流大平流输送为主，风大则湍流大湍流：扩散比分子扩散快湍流：扩散比分子扩散快10105 510106 6倍倍1、什么是、什么是湍流湍流？ 除在水平方向运动外，还会由上、下、左、右方向

3、的除在水平方向运动外，还会由上、下、左、右方向的乱运动，风的这种特性和摆动称为大气湍流。（乱运动，风的这种特性和摆动称为大气湍流。（有点有点象分子的热运动象分子的热运动） 或者说湍流是大气的无规则运动或者说湍流是大气的无规则运动 。2、湍流与扩散的关系、湍流与扩散的关系 把湍流想象成是由许多湍涡形成的，湍涡的不规则运把湍流想象成是由许多湍涡形成的，湍涡的不规则运 动而形成它与分子运动极为相似。动而形成它与分子运动极为相似。3.3.湍流湍流起因有两种形式起因有两种形式 ：热力：温度垂直分布不均（不稳定）热力：温度垂直分布不均（不稳定）机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度机械：垂直方向风速分布

4、不均匀及地面粗糙度4 4.4.湍流运动的判据湍流运动的判据雷诺数雷诺数雷诺还找到了由层流运动转换到湍流运动的判据雷诺还找到了由层流运动转换到湍流运动的判据雷诺数（雷诺数（Re）临界雷诺数临界雷诺数试验（圆管）表明：试验（圆管）表明：当当Re2000时的流体流动是时的流体流动是 湍流湍流当当Re0.1m/s则则Re6000所以通常认为大气运动都是湍流运动所以通常认为大气运动都是湍流运动LURe5二、湍流扩散理论简介二、湍流扩散理论简介 1.1.梯度输送理论梯度输送理论 2.湍流统计理论湍流统计理论6 3. 3.研究湍流的主要方法研究湍流的主要方法 目前研究湍流的主要方法有两种：目前研究湍流的主要

5、方法有两种： 一种是半经验理论方法一种是半经验理论方法，它是通过解运动方程等来研，它是通过解运动方程等来研究边界层大气运动；究边界层大气运动； 是模仿气体分子运动与气体宏观运动的理论处理方法，是模仿气体分子运动与气体宏观运动的理论处理方法，结合经验事实，采用适当的参数。结合经验事实，采用适当的参数。 虽然这个理论本身还很粗糙，但能够解决一些实际问虽然这个理论本身还很粗糙，但能够解决一些实际问题题(如物体在流体中运行的阻力如物体在流体中运行的阻力)，所以许多应用科学家，所以许多应用科学家和工程技术人员对此比较感兴趣和工程技术人员对此比较感兴趣 另一种是湍流统计理论方法另一种是湍流统计理论方法，即

6、物理上把湍流视为大，即物理上把湍流视为大大小小不同尺度湍涡的迭加，用数学来描述则是把湍大小小不同尺度湍涡的迭加，用数学来描述则是把湍流看成无穷多个频率各异的波迭加而成，采用数理统流看成无穷多个频率各异的波迭加而成，采用数理统计途径，来分析研究湍流内部结构。计途径，来分析研究湍流内部结构。 将流体的不规则运动视为随机运动的集合，以数理统将流体的不规则运动视为随机运动的集合，以数理统计学的方法来研究湍流内部的结构，许多基础理论科计学的方法来研究湍流内部的结构，许多基础理论科学家就致力于这方面的研究。学家就致力于这方面的研究。7 2高斯扩散模式高斯扩散模式一、高斯模式的有关假定一、高斯模式的有关假定

7、1.坐标系坐标系 坐标系取排放点（无界源、地面源或高架源排放点）在坐标系取排放点（无界源、地面源或高架源排放点）在地面的投影点为原点，主风向为地面的投影点为原点，主风向为x轴，轴，y轴在水平面内垂直于轴在水平面内垂直于x轴，正方向在轴，正方向在x轴的左侧，轴的左侧，z轴垂直于水平面，向上为正，即轴垂直于水平面，向上为正，即右手坐标系。食指右手坐标系。食指x轴；中指轴；中指y轴；拇指轴；拇指z轴。此坐标系轴。此坐标系中，烟流中心与中，烟流中心与x轴重合或烟流在轴重合或烟流在oxy平面的投影为平面的投影为x轴。轴。2.2.四点假设四点假设 a污染物浓度在污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布风向上

8、分布为正态分布b全部高度风速均匀稳定全部高度风速均匀稳定c源强是连续均匀稳定的源强是连续均匀稳定的d扩散中污染物是守恒的（不考虑转化）扩散中污染物是守恒的（不考虑转化） 8 高斯扩散模式坐标系高斯扩散模式坐标系 高斯扩散模式的坐标系93、无无界界情情况况下下的的扩扩散散模模式式 有正态分布假设可写出浓度分布函数 22,bzayzyxeexAC 由统计理论可写出方差表达式 0022cdycdyyy 0022cdzcdzzz 根据假设的连续性条件可写出 cdydzuQ 10u上式中：上式中： 平均风速；平均风速； Q源强是指污染物排放速率。与空气中污染物质的浓度成正源强是指污染物排放速率。与空气中

9、污染物质的浓度成正比，它是研究空气污染问题的基础数据。通常：比，它是研究空气污染问题的基础数据。通常： （）瞬时点源的源强以一次释放的总量表示；）瞬时点源的源强以一次释放的总量表示； （）连续点源以单位时间的释放量表示；）连续点源以单位时间的释放量表示； （）连续线源以单位时间单位长度的排放量表示；）连续线源以单位时间单位长度的排放量表示； （）连续面源以单位时间单位面积的排放量表示。）连续面源以单位时间单位面积的排放量表示。 y侧向扩散参数，污染物在侧向扩散参数，污染物在y方向分布的方向分布的标准偏差，是距离标准偏差，是距离y的函数，的函数，m； z竖向扩散参数，污染物在竖向扩散参数，污染物

10、在z方向分布的方向分布的标准偏差，是距离标准偏差，是距离z的函数，的函数，m；未知量未知量浓度浓度c、待定函数待定函数A(x)、待定系数待定系数a、b；式、组成一方程组，四个方程式有四个未知数，式、组成一方程组，四个方程式有四个未知数，故方程式可解。故方程式可解。11 由 查 表 或 将 式 级 数 展 开 可 得 ： 02320042222adyeyadyedyeayayay 代 入 式 ：aaay2124232 ，221ya ； 同 理 得 ：221zb 12将、代入中，得： yzzyzyzzyyzyzyuxAuxAzdeydeuxAdzedyexAudydzeexAuQzyzyzy222

11、2222222222222222222 其中： uQxAzy2 再将、代入式得 无界状况下，下风向任意位置的污染物浓度（g/m3） 2222,22exp2zyzyzyxzyuQC 13 三、高架连续点源扩散模式三、高架连续点源扩散模式 高架源既考虑到地面的影响，又考虑到高出地面一定高高架源既考虑到地面的影响，又考虑到高出地面一定高度的排放源。地面对污染物的影响很复杂，如果地面对污度的排放源。地面对污染物的影响很复杂，如果地面对污染物全部吸收，则式仍适用于地面以上的大气，但根据染物全部吸收，则式仍适用于地面以上的大气，但根据假设可认为地面就象镜子一样对污染物起全反射作用，假设可认为地面就象镜子一

12、样对污染物起全反射作用，按全反射原理，可用：按全反射原理，可用：“像源法像源法”处理这类问题。可以把处理这类问题。可以把P点污染物浓度看成为两部分作用之和，一部分实源作用，点污染物浓度看成为两部分作用之和，一部分实源作用，一部分是虚源作用。见下页图：相当于位置在（一部分是虚源作用。见下页图：相当于位置在（0，0，H）的实源和位置在（的实源和位置在（0，0，-H）的像源，当不存在地面时在的像源，当不存在地面时在P点产生的浓度之和。点产生的浓度之和。（1）实源作用：由于坐标原点原选在地面上，现移到源高）实源作用：由于坐标原点原选在地面上，现移到源高为为H处，相当于原点上移处，相当于原点上移H，即原

13、式中的即原式中的Z在新坐标系中在新坐标系中为（为（Z-H）,不考虑地面的影响，则：不考虑地面的影响，则： 2222122exp2zyzyHzyuQC14实源 虚源 H H P(x,y,z) 反射区 Z+H Z-H Z 有效源高H=Hs+H 15（2）像源作用：源高H，P点距像源产生的烟流中心线的距离为Z+H，则： 2222222exp2zyzyHzyuQC （3）P点的实际浓度为两源作用之和： 222222212exp2exp2exp2zzyzyHzHzyuQCCC 即高架连续点源正态分布假设下的扩散模式。 （4）高架连续点源正态分布下地面浓度扩散模式 Z=0时即得地面浓度模式： 22222e

14、xp2exp, 0 ,zyzyHyuQHyxC 16（5）高架连续点源正态分布下地面轴线浓度模式 222exp, 0 , 0 ,zzyHuQHxC （6）高架连续点源正态分布下地面最大浓度模式及位置 y、z是距离x的函数（而x是t 的函数） ，且随x的增大而增大， 在上式中zyuQ随x增大而减小，而222expzH随x的增大而 增大，两项共同作用的结果必将在某一距离x上出现最大浓度Cmax。 求最大浓度利用求极值的方法，即0dxdc，作一些近于实际的 假设常数）(constzy，即y、z随x增加的倍数相同。 17由 02exp22zzyzzHuQddddc 得 yzeHuQC2max2 且最大

15、浓度出现于满足下列关系的下风处： 222Hz 2maxHXCXz 则风速不变时，可导出2maxeuHQc 18 以上模式适用于气态污染物和粒径小于以上模式适用于气态污染物和粒径小于10m的飘尘，对于大的飘尘，对于大10m的颗粒物，由于自身的沉降作用，浓度分布将有所改变。的颗粒物，由于自身的沉降作用，浓度分布将有所改变。7、倾斜烟云模式倾斜烟云模式在预测上述颗粒时，假设沉积和无沉积有相同的分布形式，但在整个烟云在预测上述颗粒时，假设沉积和无沉积有相同的分布形式，但在整个烟云离开源以后，便以重力终端速度下降（离开源以后，便以重力终端速度下降（ut）,此时，只要将高斯模式中有此时，只要将高斯模式中有

16、效源高效源高H用用( ) ) 来置换即可得到倾斜烟云模式。来置换即可得到倾斜烟云模式。 5、地面连续点源扩散模式 令H=0 的地面连续点源扩散模式 22222exp2expzyzyzyuQC 可见地面源所造成的浓度为无界情况下浓度的2 倍。 6、地面源下风向地面轴向浓度 当y=0，z=0，H=0 得：zyxueQc0,0,0, uxuHt19222222,2exp2exp2exp2ztztyzyHzyxuxuHzuxuHzyuQCut t 0 x H uxt 20 四、颗粒物扩散模式四、颗粒物扩散模式 粒径小于粒径小于15m的颗粒物可按气体扩散计算的颗粒物可按气体扩散计算 大于大于15m的颗粒

17、物：倾斜烟流模式的颗粒物：倾斜烟流模式 地面反射系数地面反射系数2222(1)(/ )( , ,0,)exp()exp222tyzyza qyHv x uc x yHu 2pp18tdgv21 3污染物浓度的估算污染物浓度的估算一一.烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算 初始动量：初始动量： 速度、内径速度、内径烟温度烟温度 浮力浮力烟气抬升烟气抬升sHHHsHH烟囱几何高度烟囱几何高度抬升高度抬升高度有效源高有效源高sHHHsHH烟囱几何高度烟囱几何高度抬升高度抬升高度有效源高有效源高22 一一.烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算 抬升高度计算式抬升高度计算式 1. Holland公式：适

18、用于中性大气条件公式：适用于中性大气条件（稳（稳定时减小，不稳时增加定时减小，不稳时增加1020） HollandHolland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下情况下3ssaHs1(1.52.7)(1.59.6 10)sv DTTHDv DQTuu23一、烟气抬升高度的计算一、烟气抬升高度的计算 抬升高度计算式（抬升高度计算式（续）续）2.Briggs2.Briggs公式：适用不稳定及中性大气条件公式：适用不稳定及中性大气条件 H1 1/32/3sH1 1/32/3sH21000kW 10 =0.362 10 =1.55当时sQxH

19、HQxuxHHQHuH1 1/31/3H3/52/5Hs6 /5 3/53/5Hs21000kW 3 * =0.362 3 * =0.332 *=0.33当时QxxHQxuxxHQHxQHu24一、烟气抬升高度的计算一、烟气抬升高度的计算 抬升高度计算式抬升高度计算式 （续）（续）3 .3 . 我 国我 国 “ 制 订 地 方 大 气 污 染 物 排 放 标 准 的 技 术 方制 订 地 方 大 气 污 染 物 排 放 标 准 的 技 术 方法法”(GB/T13201-91)(GB/T13201-91)中的公式中的公式 12Hsa1 nn0HsHaVasHH121sH12 1 0 0 kW()

20、3 5 K = 0 .3 5 1 7 0 0 kW2 1 0 0 kW1 7 0 0 =() 4 0 02 (1 .50 .0 1)0 .0 4 =sQTTHn QHuTQP QTTTTQQHHHHv DQHu ( 1 ) 当和时( 2 ) 当时HHsH1 / 43 / 8aH8(1 7 0 0 )1 7 0 0 kW3 5 K2 (1 .50 .0 1) = 1 0 m1 .5m /s d = 5 .5(0 .0 0 9 8)dQuQTv DQHuTHQz( 3 ) 当或时( 4 ) 当高 处 的 年 平 均 风 速 小 于 或 等 于时25 二、扩散参数的确定二、扩散参数的确定 1、PG曲

21、线法曲线法PG曲线曲线Pasquill常规气象资料估算常规气象资料估算Gifford制成图表制成图表261.扩散参数的确定扩散参数的确定PG曲线曲线法法 PG曲线的应用曲线的应用根据常规资料确定稳定度级别根据常规资料确定稳定度级别271.扩散参数的确定扩散参数的确定PG曲线法曲线法 PG曲线的应用曲线的应用利用扩散曲线确定利用扩散曲线确定 和和yz281.扩散参数的确定扩散参数的确定PG曲线法曲线法 PG曲线的应用曲线的应用地面最大浓度估算地面最大浓度估算Hmax|2czx xzHzxmaxcxyxmaxC由由和和由由曲曲线线（图图4-5）反反查查出出由由曲曲线线（图图4 4- -4 4）查查

22、由由式式（4 4- -1 10 0）求求出出yHmax|2czx xzHzxmaxcxyxmaxC由由和和由由曲曲线线（图图4-5）反反查查出出由由曲曲线线（图图4 4- -4 4）查查由由式式（4 4- -1 10 0）求求出出y292.扩散参数的确定中国国家标准规定的扩散参数的确定中国国家标准规定的方法方法 稳定度分类方法稳定度分类方法改进的改进的PT法法 太阳高度角太阳高度角 （式（式4-29，地理纬度，倾角），地理纬度，倾角） 辐射等级辐射等级 稳定度稳定度 云量云量（加地面风速）（加地面风速） 302.扩散参数的确定中国国家标准规定的扩散参数的确定中国国家标准规定的方法方法 扩散参数

23、的选取扩散参数的选取 扩散参数的表达式为（取样时间扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表，按表4-8查算）查算）平原地区和城市远郊区，平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向向不稳定方向提半级提半级工业区和城市中心区，工业区和城市中心区，C提至提至B级，级，D、E、F向向不稳定方向提一级不稳定方向提一级丘陵山区的农村或城市，同工业区丘陵山区的农村或城市，同工业区取样时间大于取样时间大于0.5h， 不变，不变，1221,aayzxx2121()qyyz314 特殊气象条件下的扩散模式特殊气象条件下的扩散模式 主要指气象条件与高斯模式不一样主要指气象条件与高斯模式不一样（温度层结构均一，温

24、度层结构均一，实际中难以实现）实际中难以实现） 封闭型扩散模式封闭型扩散模式相当于两镜面之间无穷次全反射相当于两镜面之间无穷次全反射实源和无穷多个虚源贡献之和实源和无穷多个虚源贡献之和 n为反射次数，在地面和逆面为反射次数，在地面和逆面实源在两个镜子里分别形成实源在两个镜子里分别形成n个像个像22(2)exp2zyzqHnDCu 32 一、封闭型扩散模式一、封闭型扩散模式 计算简化计算简化：1.当当（尚尚未未到到封封闭闭阶阶段段）（烟烟流流半半宽宽度度）查查PG曲曲线线4-9式式计计算算 地地面面轴轴线线浓浓度度Dxx2.15zDHDx1.当当（尚尚未未到到封封闭闭阶阶段段）（烟烟流流半半宽宽

25、度度）查查PG曲曲线线4-9式式计计算算 地地面面轴轴线线浓浓度度Dxx2.15zDHDx011d1DzDD2.当当，z z向浓度混合均匀，向浓度混合均匀，z z分布函数为分布函数为D2xx22( , )exp()22yyqyc x yuD011d1DzDD2.当当，z z向浓度混合均匀，向浓度混合均匀，z z分布函数为分布函数为D2xx22( , )exp()22yyqyc x yuD2.当当，z z向浓度混合均匀，向浓度混合均匀，z z分布函数为分布函数为D2xx22( , )exp()22yyqyc x yuDDD2xxx3. DxxD2xx内插（假定变化为线性），按内插（假定变化为线性

26、），按z值插值值插值DD2xxx3. DxxD2xx内插（假定变化为线性），按内插（假定变化为线性），按z值插值值插值33 二、熏烟型扩散模式二、熏烟型扩散模式 假设：假设： D 换成换成h hf f（垂向均匀分布）（垂向均匀分布）；q q只包括进入混合只包括进入混合层部分，层部分， 则仍可用上面公式则仍可用上面公式 22211exp()d22( , ,0,)exp(), ()/22pFfzyffyfqPPyx yHPhHuh2.15152.158oyyfyH tgH34二、熏烟型扩散模式二、熏烟型扩散模式35 5 城市及山区扩散模式城市及山区扩散模式 一一、城市大气扩散模式城市大气扩散模式1

27、.线源扩散模式线源扩散模式无无限限长长线线源源风风向向和和线线源源不不垂垂直直时时 （交交角角 4 45 5o o）22L2( , ,0,)exp()exp()d22zyyzqHyx yHyu 2L22( ,0,0,)exp()22sinzzqHxHu无无限限长长线线源源风风向向和和线线源源不不垂垂直直时时 （交交角角 4 45 5o o）22L2( , ,0,)exp()exp()d22zyyzqHyx yHyu 2L22( ,0,0,)exp()22sinzzqHxHu2122L21( ,0,0,)exp()exp()d2222PPzzqHPxHPu有有限限长长线线源源2122L21( ,

28、0,0,)exp()exp()d2222PPzzqHPxHPu有有限限长长线线源源36 一一、城市大气扩散模式城市大气扩散模式 2.面源扩散模式面源扩散模式大气排放规范里规定条件：烟囱高大气排放规范里规定条件：烟囱高40m；单个排放量单个排放量 O3SOx or NOx + NH3 + OH - (NH4)2SO4 or NH4NO3SO2 + OH - H2SO4NO2 + OH - HNO3VOC + OH -Orgainic PM OH Air Toxics(POM, PAH, Hg(II), etc.) Fine PM(Nitrate, Sulfate, Organic PM) NOx

29、 + SOx + OH (Lake Acidification, Eutrophication) 43第三代模式（第三代模式（Models3）MeteorologyProcessorEmissionProcessorAir QualityModelSMOKEorRAMSorPAVEMeteorologyProcessorEmissionProcessorAir QualityModelSMOKEorRAMSorPAVE/asmdnerl/models3/44二、山区扩散模式二、山区扩散模式山区流场由于受到复杂地形的热力和动力因子影响，流山区流场由于受到复杂地形

30、的热力和动力因子影响，流场均匀和定常的假定难以成立场均匀和定常的假定难以成立对风向稳定、研究尺度不大、地形较为开阔及起伏不大对风向稳定、研究尺度不大、地形较为开阔及起伏不大的地区，浓度基本上遵循正态分布规律，只是扩散参数的地区，浓度基本上遵循正态分布规律，只是扩散参数比平原地区大很多比平原地区大很多 ERT模式模式高斯模式，只对有效源高进行修正高斯模式，只对有效源高进行修正 NOAA和和EPA模式模式NOAA以高斯模式为基础，对有效源高进行修正以高斯模式为基础，对有效源高进行修正EPA与与NOAA相似，只是对所有稳定度级别都进行了地形高度修正相似，只是对所有稳定度级别都进行了地形高度修正45

31、6 烟囱高度的设计烟囱高度的设计 烟囱不单是一排气装置，也是控制空气污染、保护环境的重要设烟囱不单是一排气装置，也是控制空气污染、保护环境的重要设备。烟囱高度、出口直径、喷出速度等工艺参数应满足减少对地备。烟囱高度、出口直径、喷出速度等工艺参数应满足减少对地面污染的需要。增加烟囱高度可以减轻污染源对局部地区的污染，面污染的需要。增加烟囱高度可以减轻污染源对局部地区的污染，大体上大体上C地面地面1/H2，但超过一定高度后再增加高度，对地面浓度，但超过一定高度后再增加高度，对地面浓度的影响甚微，而烟囱的造价却随高度增加而急剧增大（的影响甚微，而烟囱的造价却随高度增加而急剧增大（烟囱的造烟囱的造价价

32、H2），），所以并不是烟囱愈高愈好。所以并不是烟囱愈高愈好。设计烟囱高度的基本原则设计烟囱高度的基本原则是既要保证排放物造成的地面最大浓度或地面绝对最大浓度不超是既要保证排放物造成的地面最大浓度或地面绝对最大浓度不超过国家大气质量标准，又应做到投资最省。过国家大气质量标准，又应做到投资最省。一、烟囱高度计算一、烟囱高度计算烟囱高度的计算分为：烟囱高度的计算分为：精确计算法精确计算法；简化计算法简化计算法。烟囱高度一般按锥型扩散正态分布模式导出的简化公式计算，据对地面浓度要烟囱高度一般按锥型扩散正态分布模式导出的简化公式计算，据对地面浓度要求不同，有两种计算法方法：（一）保证地面最大浓度不超过允

33、许浓度的计算求不同，有两种计算法方法：（一）保证地面最大浓度不超过允许浓度的计算方法；（二）保证地面绝对最大浓度不超过允许浓度的计算方法。方法；（二）保证地面绝对最大浓度不超过允许浓度的计算方法。1.按地面最大浓度的计算方法按地面最大浓度的计算方法以地面最大浓度不超过规定为依据，保证地面最大浓度不超过允许浓度的计算以地面最大浓度不超过规定为依据，保证地面最大浓度不超过允许浓度的计算公式公式46由地面最大浓度模式yzeHuQC2max2 及 HHHS，可导出烟囱高度HCueQHyzSmax2 一般地面最大浓度不应超过最大允许浓度值C0（标准浓度） ， 设本底浓度为Cb， 又为考虑今后的发展有一余

34、地， 于是Ck值为bKCCkfPC0 ， 其中 f该项目可占的污染权重； k污染源密集系数； P地形因子。 则CmaxCk，那么设计的烟囱高度为：HCueQHykzS2 式中H根据自选的抬升公式计算； 可取当地烟囱高度的长度平均风速；yz一般取0.51.0。 47 一、烟囱高度的计算一、烟囱高度的计算2.按地面绝对最大浓度计算按地面绝对最大浓度计算maxCu（4-10）max(321)HHC出出现现极极大大值值maxCu（4-10）max(321)HHC出出现现极极大大值值1BHu（代入sBHHu2maxcsd0dCBuHu（危危险险风风速速危危险险风风速速）1BHu（代入sBHHu2maxc

35、sd0dCBuHu（危危险险风风速速危危险险风风速速）此 时sc2BHHHuabsm2ssc()2e2ezzyyqqCH BH u代代 入入 下下 式式 可可 得得sc02e()zybqHucc此 时sc2BHHHuabsm2ssc()2e2ezzyyqqCH BH u代代 入入 下下 式式 可可 得得sc02e()zybqHucc483.根据一定保证率计算烟囱高度根据一定保证率计算烟囱高度由地面最大浓度计算法由地面最大浓度计算法HS较矮，较矮， 当当u时，时， 地面浓度超标；地面浓度超标；由由地面绝对最大浓度计算法地面绝对最大浓度计算法HS较高，无论较高，无论u多大多大，地面浓度，地面浓度不

36、超标，但烟囱造价高。不超标，但烟囱造价高。在确定保证率后，在确定保证率后，、稳定度取一定值后代入上述公式，可稳定度取一定值后代入上述公式，可得某一保证率的气象条件下的烟囱高度，较前面较合理。得某一保证率的气象条件下的烟囱高度，较前面较合理。4.根据点源烟尘允许排放率设计根据点源烟尘允许排放率设计（P值法计算烟囱高度）值法计算烟囱高度）根据根据“指定大气污染物排放标准的技术方法指定大气污染物排放标准的技术方法”GB/T13201-91中规定的点源烟尘允许排放率计算式中规定的点源烟尘允许排放率计算式：式中式中：Qe烟尘允许排放速率，烟尘允许排放速率，t/h； Pe烟尘排放控制系数，烟尘排放控制系数

37、，t/(hm2)； H有效源高，有效源高，m。 由此得烟囱高度为：由此得烟囱高度为： 6210HPQeeHPQHees61049 二二、烟囱设计中的若干问题烟囱设计中的若干问题 1.分析拟建厂地区可能产生的烟型及频率，正确选用烟囱高度计算公分析拟建厂地区可能产生的烟型及频率，正确选用烟囱高度计算公式。式。烟型不同产生的地面最大浓度不同，烟囱高度的计算公式不同，因此确定烟型不同产生的地面最大浓度不同，烟囱高度的计算公式不同，因此确定烟型很重要。常用两种方法：烟型很重要。常用两种方法：1）选用最不利的烟型相应的烟囱高度计算公式；）选用最不利的烟型相应的烟囱高度计算公式；2）选择保证一定的地面最大浓

38、度出现频率和持续时间的烟型及相应的烟囱）选择保证一定的地面最大浓度出现频率和持续时间的烟型及相应的烟囱高度计算公式。高度计算公式。波型波型: 发生在天气晴朗，风速不大，比较缓和的日子里，近距离造成短发生在天气晴朗，风速不大，比较缓和的日子里，近距离造成短时间的污染浓度比锥形高。近地层中，低矮烟囱发热量小的污染源以此烟时间的污染浓度比锥形高。近地层中，低矮烟囱发热量小的污染源以此烟型为例，并应校核逆温层情况。型为例，并应校核逆温层情况。锥型锥型:100m左右的烟囱多发生此烟型。此烟型发生在温度层结近中性或左右的烟囱多发生此烟型。此烟型发生在温度层结近中性或中等到大风的情况，即发生在多云有风的白天

39、或有风的夜晚。中等到大风的情况，即发生在多云有风的白天或有风的夜晚。 平展型和漫烟型平展型和漫烟型: 较大的发电厂以漫烟型为主，夜间多为平展型，日较大的发电厂以漫烟型为主，夜间多为平展型，日出后一段时间发生漫烟型。出后一段时间发生漫烟型。 封闭型封闭型: 大于大于200m的较高烟囱以此型为主。观测发现：当混合层厚度的较高烟囱以此型为主。观测发现：当混合层厚度在在7601065m间时，它造成的地面最大浓度可达锥形的三倍，间时，它造成的地面最大浓度可达锥形的三倍，Cmax可持可持续续24小时，常出现在早晨和中午。小时，常出现在早晨和中午。50地面最大浓度与地面最大浓度与B/H关系很大，在某一比值以

40、后，污染浓度主要关系很大，在某一比值以后，污染浓度主要取决于取决于B，烟囱高度只起次要作用。此时靠增加烟囱高度只起次要作用。此时靠增加Hs减少污染浓度减少污染浓度不经济。总之，目前不经济。总之，目前Hs计算以锥形模式为主，对超高型烟囱无计算以锥形模式为主，对超高型烟囱无成熟可靠的方法。成熟可靠的方法。2.抬升公式很多，用何公式应按具体情况而定，一般选霍氏公式抬升公式很多，用何公式应按具体情况而定，一般选霍氏公式3.公式中与气象有关的参数取值有两种方法：公式中与气象有关的参数取值有两种方法：取多年平均值；取某一保障频率的值：如已知取多年平均值；取某一保障频率的值：如已知3m/s的频的频率为率为8

41、0%，取，取3m/s可保证有可保证有80%不超标，而地面平均最大浓度不超标，而地面平均最大浓度可能比规定标准更低。可能比规定标准更低。yz值在 0.51.0 间，即：当 Hs100m 时，5 .0yz；当 Hs100m 时，0 .16 .0yz。 上述计算公式实际上会遇到许多问题，必须予以考虑，如上述模式仅适于锥形扩散上述计算公式实际上会遇到许多问题，必须予以考虑，如上述模式仅适于锥形扩散，实际是变化的，要根据建厂地区的气象条件等来取值。，实际是变化的，要根据建厂地区的气象条件等来取值。51（4）其其它它考考虑虑 Hs为周围建筑物的1.52.5倍（避免建筑物背风面湍流影响） ； 烟气出口速度V

42、s应为2030m/s，并5.1uVs（避免下沉现象） ； 分散的烟囱不利于抬升，当需要几个烟囱时，尽量采用多筒集合式烟囱。 厂址选择和烟囱设计是一复杂的综合性很强的问题，必须统观多种因素， 才能得到较合理的方案。 （5）烟烟囱囱出出口口直直径径D的的计计算算 公式：svVQD4 其中：Qv烟气排放量，m/s； Vs烟气出口速度，m/s。 52 3-6 厂址选择厂址选择 一、选择厂址所需的气候资料一、选择厂址所需的气候资料 气候资料是指气象资料的常年统计形式。气候资料是指气象资料的常年统计形式。1、风向和风速气候资料：、风向和风速气候资料： 为了一目了然，常把风资料画成风玫瑰图。图为了一目了然，

43、常把风资料画成风玫瑰图。图a是是风向玫瑰图风向玫瑰图；图；图b风速风速玫瑰图玫瑰图是各个风向的平均风速绝对值。图是各个风向的平均风速绝对值。图c是是风速和风向频率复合图风速和风向频率复合图，该图，该图矢线长度代表风向频率大小，矢线末端的风速羽代表平均风速，每一羽可表矢线长度代表风向频率大小，矢线末端的风速羽代表平均风速，每一羽可表示示0.5或或1.0m/s。 。风向（风速）玫瑰图：在风向（风速）玫瑰图：在8个或个或16个方向上给出风向（风速）的相对频率或个方向上给出风向（风速）的相对频率或绝对值，用线段表示，连接各端点即成。绝对值，用线段表示，连接各端点即成。风玫瑰图可按多年（风玫瑰图可按多年

44、（5-10年或更长）的平均值作；也可按某月或某季的多年年或更长）的平均值作；也可按某月或某季的多年平均值作，山区地形复杂，风向、风速随地形和高度而变，可做出不同地点平均值作，山区地形复杂，风向、风速随地形和高度而变，可做出不同地点和高度的风玫瑰图。和高度的风玫瑰图。静风（风速静风（风速1.0m/s）或微风（风速为或微风（风速为12m/s）情况大气通风条件差，容情况大气通风条件差，容易引起高浓度污染，尤其是长时间静风会使污染物大量积累，引起严重污染。易引起高浓度污染，尤其是长时间静风会使污染物大量积累，引起严重污染。因此，在空气污染分析中不仅应统计静风频率，有条件还要统计静风持续时因此，在空气污

45、染分析中不仅应统计静风频率，有条件还要统计静风持续时间。间。 53图a 风向玫瑰图 图b 风速玫瑰图 NW N NE E S SE SW W S SE E SW W NW N NE 图 c 风 速 和 风 向 频 率 复 合 图 542.大气稳定度的气象资料大气稳定度的气象资料 一般气象台没有近地层大气逆温层结的详细资料，但可据一般气象台没有近地层大气逆温层结的详细资料，但可据pasquill或我们废气排放制定标准中规定的方法。利用已知的气或我们废气排放制定标准中规定的方法。利用已知的气象资料进行分类，统计出月（年、季）各稳定度频率，作出必要象资料进行分类，统计出月（年、季）各稳定度频率，作出

46、必要的图表。的图表。3.混合层高度的确定混合层高度的确定 混合层高度是影响混合物铅直扩散的重要参数混合层高度是影响混合物铅直扩散的重要参数。由于温度层结。由于温度层结的昼夜变化，混合层高度也随时间变化。混合层高度可看作气块的昼夜变化，混合层高度也随时间变化。混合层高度可看作气块作干绝热上升运动的上限高度。（即：干绝热递减率上限高度。作干绝热上升运动的上限高度。（即：干绝热递减率上限高度。混合层愈高，则污染物垂直扩散的范围越大。）具体指出污染物混合层愈高，则污染物垂直扩散的范围越大。）具体指出污染物在铅直方向的扩散范围。受太阳辐射的影响，午后混合层高度最在铅直方向的扩散范围。受太阳辐射的影响，午

47、后混合层高度最大，在温度大，在温度高度图上，从上午最大地面温度作干绝热线，与早高度图上，从上午最大地面温度作干绝热线，与早晨温度探空曲线的交点高度为午后混合层高度，即最大混合层高晨温度探空曲线的交点高度为午后混合层高度，即最大混合层高度。见下页图示。度。见下页图示。 大范围内的平均污染浓度，可以认为与混合层高度和混合层内大范围内的平均污染浓度，可以认为与混合层高度和混合层内的平均风速的乘积成反比。通常定义的平均风速的乘积成反比。通常定义D为为通风系数通风系数。D单位单位时间内通过与平均风向垂直的单位宽度混合层的空气层时间内通过与平均风向垂直的单位宽度混合层的空气层。通风系。通风系数越大，污染浓

48、度越小。数越大，污染浓度越小。55H T 早晨探空曲线 干绝热过程线 日最高地温 最大混合层高度 图 确定最大混合层高度示意图 56 二、长期平均浓度的计算二、长期平均浓度的计算在厂址选择和环境评价中，人们更关心的长期平均浓度的分在厂址选择和环境评价中，人们更关心的长期平均浓度的分布。下面讨论长期平均浓度的计算方法。布。下面讨论长期平均浓度的计算方法。气象随提供的风向资料是按气象随提供的风向资料是按16方位给出的，每个方位相当于方位给出的，每个方位相当于一个一个22.5的扇形。因此，可按每个扇形计算长期平均浓度。的扇形。因此，可按每个扇形计算长期平均浓度。推导时作以下假定：推导时作以下假定：（

49、1）同一扇形内各角度的风向频率相同，即在同一扇形内）同一扇形内各角度的风向频率相同，即在同一扇形内同一距离上，污染物浓度在同一距离上，污染物浓度在y方向是相等的。方向是相等的。（2）当吹某一扇形风时，全部污染物都落在这个扇形里。）当吹某一扇形风时，全部污染物都落在这个扇形里。 B O C Q 污染源 x 57如上图所示，当风向为OQ时，由假定（2）知BC弧上的总浓度为 dyCHyx, 0 , （侧向积分浓度） 有假定，此时BC弧长的平均浓度C为 2122222, 0 , 0 ,216216221616212222222222zZyyzHzHyyzyHzyHyxBCHyxeuxQeydexuQd

50、yeeuQxdyCxLdyCC xxLBC1621805 .22半径弧度弧长 58在 此 扇 形 外 ， 浓 度 为0。 如 果 某 个 方 位 的 风 向 频 率 在 考 虑 时 段 内 为f%， 则 整 个 时 段 内 该 风 向 的 平 均 浓 度 为 ： 2222116201. 02zHzeuxfQC 由 于 我 们 假 定 同 一 扇 形 中 同 一 弧 线 上 的 地 面 浓 度 相 等 ， 而 不 同 扇 形 内 的 风 向 频 率 又 不 相等 ， 这 就 导 致 了 扇 形 边 界 上 浓 度 不 连 续 。 这 显 然 是 不 合 理 ， 为 了 解 决 这 种 不 连 续 性 ， 简单 方 法 就 是 以 相 邻 两 扇 形 中 心 线 浓 度 为 基 准 作 线 性 内 插 ， 就 可 得 到 较 合 理 的 浓 度 分 布 ，也 就 对 假 定 作 了 修 订 。 推 导 一 下 ： 某 地 面 浓 度 是 相 邻 两 扇 形 按 比 例 贡 献 的 和 ， 即21CCC。 如 图2-20所 示 ， a表 示 该点 所 在 扇 形 的 宽 度 ， y表 示 该 点 与 扇 形 中 心 线 的 横 向 距 离 ， 线 性 比 例 项 可 用a-y/a表 示 。 5921CC 和分别为：ayaHuxfQCayaHuxfQ