大气污染课件3

第三章污染气象与烟气的高空排放,3.1大气圈结构及气象要素一、大气圈1、概念：受地心引力而随地球旋转的大气层称为大气圈。2、范围、组成：(1)范围:0-1200km(2)组成:洁净空气;水蒸气;杂质3、结构：（1）对流层（2）平流层（3）中间层（4）暖层（5）散逸层,二、主要气象要素1、气温：距地面1.5m高处百叶相内观测到的温度T(K)=t()+273.162、气压：大气的压强，1Pa=1N/m2;1atm=101325Pa3、气湿:空气中水汽含量.（1）绝对湿度;（2）相对湿度；（3）露点4、云：漂浮在大气中微小水滴或冰晶汇成的物质。（1）云高；（2）云量；（3）表示方法5、风：风在水平方向上的运动（1）产生原因；（2）风向；（3）风速6、湍流：大气的不规则运动：机械湍流、热力湍流7、太阳高度角：太阳光线与地平面间的夹角。8、太阳倾角：地球赤道平面与太阳和地球中心连线的夹角,3.2大气的热力过程一、太阳、大气和地面的热交换二、气温的垂直变化1、气温直减率(r)：指单位高度（100米）气温的变化值。2、干绝热直减率(rd)：干空气块绝热上升或下降单位高度（100米）时，温度降低或升高的数值。简称干绝热直减率.3、大气的温度层结：气温按垂直高度的分部规律。4、逆温：气温沿高度增加而升高，与正常大气温度的垂直分布相反。包括：辐射逆温；下沉逆温；平流逆温；湍流逆温；锋面逆温,辐射逆温,下沉逆温与平流逆温,三、大气的稳定度1、大气稳定度：垂直方向上大气稳定的程度。2、大气稳定度的判别(1)rrd大气处于不稳定状态;(2)r=rd大气处于中性状态;(3)rrd大气处于稳定状态.例:在高塔下测得下列气温资料,试计算各层大气的气温直减率,假定气温干绝热直减率为0.98/100m,判断各层大气稳定度.,3、大气稳定度的分级（1）帕斯奎尔法需要的气象要素：地面风速；太阳辐射状况；夜间云量稳定度分级：AF六个级别,（2）特纳尔法需要的气象要素:太阳倾角；太阳高度角；云量；地面10m风速步骤：A,根据观测日期确定太阳倾角B,根据当地经纬度、观测时间和太阳倾角确定太阳高度角-当地地理纬度；-当地地理经度；t-观测时的北京时间；-太阳倾角,C,根据太阳高度角和云量确定太阳辐射等级D,根据太阳辐射等级和地面10m风速确定大气稳定度级别,四、烟流形状与大气稳定度的关系,3.3地形、地物对大气污染物扩散的影响一、地形对大气污染物扩散的影响1、海陆风2、山谷风二、地物对大气污染物扩散的影响1、城市热岛环流2、背风涡旋,3.4烟气在大气中扩散的计算一、湍流扩散统计理论1、扩散的要素：（1）风：平流输送为主，风大则湍流大；（2）湍流：湍流扩散比分子扩散快105106倍2、扩散的规律：,二、实用的高斯扩散模式1、坐标系：右手坐标系2、高斯模式的四点假设：(1)污染物浓度在y,z轴上的分布符合高斯分布(正态分布)；(2)在全部空间中风速是匀速的,稳定的；(3)源强是连续均匀的；(4)在扩散过程中污染物质的质量是守恒的。,3、无限空间连续点源的高斯扩散模式C(x,y,z)=A(x)e-ay2e-bz2a=1/(2y2);b=1/(2z2);A(x)=Q/(2uyz)Q-源强,污染物排放速率,mg/s或g/s;u-排放口处的平均风速,m/s;y,z-横向和纵向扩散系数,mx-下风向任一点距污染源的距离,m;y-下风向任一点距xoz平面的距离,mz-下风向任一点到地表面的距离,m,4.高架连续点源的高斯扩散模式（1）公式推导：实源:C(x,y,z,H-z)虚源:C(x,y,z,H+z)实源贡献浓度:虚源贡献浓度:高架连续点源实际浓度:,（2）地面浓度模式（3）地面轴线浓度模式（4）地面最大浓度最大浓度:出现地点:5、地面连续点源的高斯扩散模式,例3-1：某污染源二氧化硫的排放速率为80g/s，有效源高为80m，烟囱出口处平均风速为4.6m/s，在当时的气象条件下，正下风向500m处的y=35.3m，z=18.1m，试求正下风向500m处二氧化硫的地面浓度。6、高架连续点源颗粒物扩散地面浓度模式a-颗粒物地面反射系数;u-排放口处的平均风速,m/s;x-下风向任一点距污染源的距离,m;ut-颗粒的重力沉降速度,m/s;ut=(dp2pg)/(18)dp-颗粒的粒径,m;p-颗粒的密度,g/cm3;-空气动力学粘度系数,一般取1.1810-5Pas;g-重力加速度,m/s2,3.5污染物浓度的估算一、烟气抬升高度的计算1、烟气抬升过程(1)烟气抬升(2)有效源高2、烟气抬升高度计算（国家标准计算公式）（1）烟气热释放率Qh2100kJ/s，且烟气温度与环境温度的差值Ts-Ta35K时H-烟气抬升高度,m;Hs-烟囱几何高度,m;Qh-烟气热释放率,kJ/sTs-烟气出口温度,K。按高度每升高100米温度降5。Ta-大气温度,K;u-烟囱出口处平均风速,m/s;n0,n1,n2-系数,(2)烟气热释放率Qh2100kJ/s或烟气温度与环境温度的差值Ts-Ta35K时H=2(1.5usD+0.01Qh)/uus-烟囱出口处的烟气排放速度,m/sD-烟囱出口直径,m(3)烟气热释放率计算Qh=0.35PaQv(Ts-Ta)/TsPa-大气压力,hPa(百帕)Qv-烟气排放量,m3/s(4)烟囱出口处环境风速计算u=u10(Hs/10)0.15u-烟囱出口处环境风速,m/su10-距地面10米高处的年平均风速,m/sHs-烟囱几何高度,m;,例3-2：某城市火电厂的烟囱高100m，出口直径5m，出口烟气流速12.7m/s，温度100，烟囱出口处的风速4m/s，大气温度20，大气压力101325Pa,试确定烟气抬升高度和有效源高。练习:某城市火电厂的烟囱高120m，出口直径4m，排烟速度13.5m/s，水平烟道烟气温度61，大气温度25，距地面10米的平均风速为2.76m/s，大气压力101155Pa。试确定烟气抬升高度和有效源高。,二、扩散参数的确定1、P-G扩散曲线法(1)根据帊斯奎尔法确定大气稳定度级别;(2)根据大气稳定度级别查阅P-G扩散曲线,确定扩散系数y、z。例3-3某石油精炼厂烟囱有效源高80m处SO2排放量为80g/s，有效源高的平均风速为4.6m/s，试估算冬季阴天正下风向500m处SO2的地面浓度.,2、中国国家标准规定的方法（1）根据特纳尔法确定大气稳定度级别（2）大气稳定度修正评价区为平原地区农村或城市远郊区时，D、E、F级稳定度需向不稳定方向提半级；评价区为工业区、城区或丘陵地区时，C、D、E、F级稳定度需向不稳定方向提一级。（3）查阅扩散参数的幂函数表，确定扩散系数，r1、a1、r2、a2;（4）根据经验公式确定扩散参数y,zy=r1xa1z=r2xa2,例3-4某化工厂建在平原郊区,其所在地坐标为北纬31度,东经104度;烟囱高度为110m、出口内径为2m，废气排放量为4105m3/h,烟囱口处烟气温度150，SO2排放速率为400kg/h，在2003年7月11日13时，当地气温35，云量2/2，地面风速为3m/s，大气压力101325Pa，试求此时距烟囱3000m的地面轴线SO2浓度,及该厂造成的SO2最大地面浓度及产生的位置.作业：某化工厂建在平原郊区,其所在地坐标为北纬24度30分,东经102度20分;烟囱高度为110m、出口内径为2m，烟囱废气排放速度为35.4m/s,测得烟道中烟气温度150，SO2排放速率为400kg/h，在2011年4月7日18时，当地气温35，云量9/3，地面风速为3m/s，试求此时距烟囱2500m的轴线SO2地面浓度,及该厂造成的SO2最大地面浓度及产生的地点.,3.6烟囱高度的设计一、烟囱高度的计算1、按地面最大允许浓度计算法CmaxC0-Cb例3-5：锅炉烟气排放量19m3/s,二氧化硫排放量20g/s,烟囱口烟气温度418K,烟囱口内径1.4m,烟囱口的空气温度为289K,风速为6m/s,大气压力为101325Pa，所在地区二氧化硫本