生物学3-烟气的排放课件

3烟气的排放大气污染控制技术13烟气的排放3烟气的排放大气污染控制技术13烟气的排放3烟气的排放本章主要内容：了解烟气的扩散规律；了解影响烟气的扩散因素；掌握污染物浓度的估算方法；掌握烟囱高度的计算方法；了解烟气抬升现象和烟云抬升高度计算。大气污染控制技术23烟气的排放3烟气的排放本章主要内容：大气污染控制技术23烟气的排放3.1影响烟气扩散的因素3.1.1气象条件对烟气扩散的影响主要有：风向、风速、大气湍流、大气温度的垂直分布和大气稳定度等。（1）风对烟气扩散的影响

风对污染物的作用：整体输送，污染源安排在城市下风向；冲淡稀释。污染物在大气中的浓度与污染物的排放总量成正比，与平均风速成反比。大气污染控制技术33烟气的排放3.1影响烟气扩散的因素（1）风对烟气扩散的影响大气污（2）大气湍流对烟气扩散的影响大气湍流：指大气因受动力湍流的影响所形成的不规则运动气流。湍流运动：大气的运动除了风以外，还存在着不同于主流方向(平均风向)的各种尺度的次生运动或旋涡运动。只有“层流”，污染物只能靠分子扩散缓慢地向四周扩散，大气湍流运动造成强烈混合，湍流扩散速率比分子扩散速率快l00000—1000000倍。风速越大，湍流越强，污染物稀释扩散速率就越快，大气污染物的浓度就越低。风和湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接的因子。大气污染控制技术43烟气的排放（2）大气湍流对烟气扩散的影响大气污染控制技术43烟气的（3）气温的垂直分布地球表面上方大气圈各气层的温度随着高度的不同而发生变化，常用气温垂直递减率(γ)表示。气温垂直递减率：指在垂直于地球表面方向上每升高100m气温的变化值。气温随高度递减，γ>0，一般出现在晴朗的白天风不大时；气温随高度递增，γ<0，一般出现在少云或无风的夜间；气温随高度基本不变，γ=0，出现在多云天或阴天。大气污染控制技术53烟气的排放（3）气温的垂直分布大气污染控制技术53烟气的排放（4）大气垂直稳定度对烟气扩散的影响大气稳定度：指近地层大气作垂直运动的强弱程度。如果大气处于不利于垂直运动发展的状态，即称此大气为稳定状态；反之，则称为不稳定状态。气象学把近地层大气划分为稳定、中性和不稳定三种状态。大气污染控制技术63烟气的排放（4）大气垂直稳定度对烟气扩散的影响大气污染控制技术63烟大气稳定度与气温垂直递减率关系：γ愈大，大气愈不稳定，湍流充分，污染物扩散稀释能力强；γ愈小，大气愈稳定，如果γ很小=零(等温)或小于零(逆温)，大气则处于稳定状态，湍流受到抑制。大气稳定度是影响污染物扩散的极重要因素：大气处于不稳定状况，对流强烈，烟气迅速扩散；大气处于强稳定状态，烟气不易扩散，造成严重污染。烟形：翻卷形、锥形、扇形、屋脊形、漫烟形。风和大气稳定度对烟气在大气中运行和扩散的影响。大气污染控制技术73烟气的排放大气稳定度与气温垂直递减率关系：γ愈大，大气愈不稳定，湍流充大气污染控制技术83烟气的排放大气污染控制技术83烟气的排放大气污染控制技术93烟气的排放大气污染控制技术93烟气的排放3.1.2下垫面对烟气扩散的影响

（1）城市下垫面对烟气扩散的影响城市下垫面的特点：城市人口密集、工业集中，能耗水平高；城市覆盖物热容大，白天吸收太阳辐射热，夜间放热缓慢；城市上空笼罩烟雾和CO2，使地面有效辐射冷却效应减弱。城市热岛效应——热岛环流，也叫“城市风”。产生上升气流，郊区空气进行补充，污染物输送进城市。大气污染控制技术103烟气的排放3.1.2下垫面对烟气扩散的影响大气污染控制技术103烟（2）地形对大气扩散的影响地形地物对污染物扩散的影响主要是通过气流运动和气温的影响以改变烟气的运动和扩散。烟气运行碰到高的丘陵和山地，引起高浓度污染；烟气越过不太高的丘陵，在背风面下滑，产生涡流，出现严重污染。大气污染控制技术113烟气的排放（2）地形对大气扩散的影响大气污染控制技术113烟气的排放大气污染控制技术123烟气的排放大气污染控制技术123烟气的排放大气污染控制技术133烟气的排放大气污染控制技术133烟气的排放晴朗的夜晚，由于地面辐射冷却得快，山沟两侧贴近山坡的、冷而重的大气顾坡下沿，形成下坡风，又称山风。具有日照的白天形成上坡风和谷风。日出日落前后是山谷风的转换期，风向不稳定，风速很小，山沟中污染源排出的污染物由于风向来回摆动，产生循环积累，造成高浓度污染。在易于出现小风并伴随逆温的凹地处，污染源排放的污染物，往往会造成严重的大气污染。大气污染控制技术143烟气的排放晴朗的夜晚，由于地面辐射冷却得快，山沟两侧贴近山坡的、冷而重3.1.3水陆交界区对烟气扩散的影响水陆交界，水面和陆面的热导率和热容不同，白天上层空气由大陆吹向海洋，下层空气则由海洋流向陆地，形成海风，并构成完整的热力环流。夜间产生与白天相反的气流，形成陆风。一般来说，海风比陆风强度大。盛行风和海风方向相反，形成逆温顶盖。大气污染控制技术153烟气的排放3.1.3水陆交界区对烟气扩散的影响大气污染控制技术153盛行风和海风方向相反，形成逆温顶盖。大气污染控制技术163烟气的排放盛行风和海风方向相反，形成逆温顶盖。大气污染控制技术1633.2污染物浓度的估算

3.2.1污染物浓度估算公式——高斯公式

图示烟羽形状，反映从污染源排放的污染物在风向沿x轴的大气中扩散的情况。大气污染控制技术173烟气的排放3.2污染物浓度的估算大气污染控制技术173烟气的排放大气污染控制技术183烟气的排放大气污染控制技术183烟气的排放高斯引入“像源”说明地面的反射作用，“实源”与“像源”共同作用；同时假定，污染物在扩散过程中不发生化学反应。大气污染控制技术193烟气的排放大气污染控制技术193烟气的排放P点的实际污染物浓度：高斯公式表明：在烟轴位置，某一点的浓度c与源强Q成正比，与风速和扩散参数成反比。用高斯扩散公式计算污染物浓度应满足的条件为：①污染物的平均浓度在y、z抽上的分布符合正态分布；②在扩散的整个空间中风速均匀、稳定；③污染源的源强Q连续、均匀；④扩散过程，污染物质量守恒（不发生化学反应，地面对其不发生吸收和吸附作用）。大气污染控制技术203烟气的排放P点的实际污染物浓度：大气污染控制技术203烟气的排放3.2.2扩散参数的确定高斯公式进行浓度估算，关键是确定扩散参数。实测准确，不经济，估算有误差却简便。扩散参数常用的估算法有：（1）P—T法确定净辐射分级、确定宏观稳定度、确定扩散参数，见表3-1、3-2、3-3和图3-11、3-12。（2）经验公式①平原地区农村及城市远郊区的扩散参数选取方法；②工业区或城区的扩散参数的选取方法；③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。大气污染控制技术213烟气的排放3.2.2扩散参数的确定大气污染控制技术213烟气的排大气污染控制技术223烟气的排放大气污染控制技术223烟气的排放大气污染控制技术233烟气的排放大气污染控制技术233烟气的排放3.2.3地面最大浓度地面源和高架源在下风方向造成的地面浓度分布情况：在下风向一定距离处中心线的浓度高于边缘部分。大气污染控制技术243烟气的排放3.2.3地面最大浓度大气污染控制技术243烟气的排放地面源和高架源的地面轴线浓度分布情况：(a)地面源所造成的轴线浓度随距污染源距离增加而降低。(b)高架源地面轴线浓度先随距离增加而急剧增大，在距源1—3km的不太远距离处(通常为1—3km)地面轴线浓度达到最大值，超过最大值以后，随x继续增加，地面轴线浓度逐渐减小。大气污染控制技术253烟气的排放地面源和高架源的地面轴线浓度分布情况：大气污染控制技术253高架连续点源地面轴线浓度公式：地面最大浓度的计算公式：当大气稳定度一定时，σy/σz值一定，高架连续点源的地面最大浓度与烟囱高度H的平方成反比。最大浓度出现于满足下列关系的正下风向处即最大浓度点的σz值：根据最大浓度点的σz值、大气稳定度类型反查图3-12就可得出最大浓度在下风向距污染源的距离x。大气污染控制技术263烟气的排放高架连续点源地面轴线浓度公式：大气污染控制技术263烟气的3.3烟气抬升现象和烟云抬升高度

烟囱有效高度是指从烟囱排放的烟云距地面的实际高度，等于烟囱本身高度H与烟气抬升高度∆H之和。3.3.1烟气抬升现象

（1）烟气抬升的四个阶段喷出阶段：动力抬升，垂直速度和初始动量决定；浮生阶段：温差造成浮力抬升；瓦解阶段：环境湍流造成烟流自身结构瓦解；变平阶段：水平风速，烟云倾斜、扩散膨胀、变平。注意：烟气初始排放参数不同，分为动力抬升烟气和浮力抬升烟气。浮力抬升由于烟气温度高产生浮力作用；低温烟气，抬升主要由烟气初始动量决定；锅炉等燃烧后高温烟气，浮力对烟气抬升远大于动量。大气污染控制技术273烟气的排放3.3烟气抬升现象和烟云抬升高度大气污染控制技术273（2）影响烟云抬升现象的因素烟囱出口处的烟气流速Us；烟气温度Ts；环境温度即大气温度Ta；风速；大气稳定度；近地层下垫面的状况等。3.3.2烟云抬升高度的计算大气污染控制技术283烟气的排放（2）影响烟云抬升现象的因素大气污染控制技术283烟气的排3.3.2烟云抬升高度的计算（1）Holland公式（2）Lucas公式（3）Concawe公式（4）T.V.A公式（5）国家标准中规定的计算公式大气污染控制技术293烟气的排放3.3.2烟云抬升高度的计算大气污染控制技术293烟气3.3.3增加烟气抬升高度的措施决定烟气抬升的主要因素：烟气本身的热力性质、动力性质、气象条件和近地层下垫面等。措施：（1）减少烟道及烟囱的热损失→初始动量和浮力；（2）选择一个适当的出口流速→烟气与周围空气的混合速率→平均风速和湍流程度（出口速度增加利于动力抬升，但是加快混合）；（3）增加排气量对动量抬升和浮力抬升均有好处，采用几盒烟从排气。大气污染控制技术303烟气的排放3.3.3增加烟气抬升高度的措施大气污染控制技术303烟3.4烟囱高度计算及厂址选择

3.4.1烟囱高度计算

减少地面污染的烟囱尺寸及工艺参数：高度、出口直径、喷出速度。（1）按最大着地浓度设计的烟囱高度（2）按绝对最大着地浓度设计的烟囱高度（3）按一定保证率计算法大气污染控制技术313烟气的排放3.4烟囱高度计算及厂址选择大气污染控制技术313烟气（4）P值法SO2排放源其他有害气体排放源颗粒物排放源同时排放多种污染物计算的烟囱高度不同，较大值作为设计高度。大气污染控制技术323烟气的排放（4）P值法大气污染控制技术323烟气的排放烟囱设计中的几个问题①烟囱高度计算公式条件：烟流扩散范围内温度层结相同，按锥形烟流的高斯模式导出。②烟流抬升高度对烟囱高度的计算结果影响很大，选用抬升公式的应用条件与设计条件相近的抬升公式。③气象参数取值方法：多年的平均值、保证频率值。④防止烟流烟流下洗现象，烟囱高度不得低于它所附属的建筑物高度的1.5—2.5倍。⑤利于烟气抬升，烟囱出口烟气流速宜在20—30m／s，集合(多管)烟囱，增大抬升高度；烟气温度不宜过低，100℃以上。大气污染控制技术333烟气的排放烟囱设计中的几个问题大气污染控制技术333烟气的排放3.4.2厂址的选择（1）厂址选择中对背景浓度的考虑本底浓度，该地区已有的污染物浓度水平。（2）厂址选择中对气象条件的考虑风向和风速（污染系数）、大气稳定度、混合层厚度。（3）厂址选择中对地形的考虑山谷、海陆。大气污染控制技术343烟气的排放3.4.2厂址的选择大气污染控制技术343烟气的排放本章重点烟气扩散的影响因素、污染物浓度的估算、烟云抬升高度的计算、烟囱高度的计算。本章难点气温垂直递减率、大气稳定度、高斯公式。本章作业55页-第2、3题；60页-第1、2题；67页–第2题。大气污染控制技术353烟气的排放本章重点大气污染控制技术353烟气的排放3烟气的排放大气污染控制技术363烟气的排放3烟气的排放大气污染控制技术13烟气的排放3烟气的排放本章主要内容：了解烟气的扩散规律；了解影响烟气的扩散因素；掌握污染物浓度的估算方法；掌握烟囱高度的计算方法；了解烟气抬升现象和烟云抬升高度计算。大气污染控制技术373烟气的排放3烟气的排放本章主要内容：大气污染控制技术23烟气的排放3.1影响烟气扩散的因素3.1.1气象条件对烟气扩散的影响主要有：风向、风速、大气湍流、大气温度的垂直分布和大气稳定度等。（1）风对烟气扩散的影响

风对污染物的作用：整体输送，污染源安排在城市下风向；冲淡稀释。污染物在大气中的浓度与污染物的排放总量成正比，与平均风速成反比。大气污染控制技术383烟气的排放3.1影响烟气扩散的因素（1）风对烟气扩散的影响大气污（2）大气湍流对烟气扩散的影响大气湍流：指大气因受动力湍流的影响所形成的不规则运动气流。湍流运动：大气的运动除了风以外，还存在着不同于主流方向(平均风向)的各种尺度的次生运动或旋涡运动。只有“层流”，污染物只能靠分子扩散缓慢地向四周扩散，大气湍流运动造成强烈混合，湍流扩散速率比分子扩散速率快l00000—1000000倍。风速越大，湍流越强，污染物稀释扩散速率就越快，大气污染物的浓度就越低。风和湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接的因子。大气污染控制技术393烟气的排放（2）大气湍流对烟气扩散的影响大气污染控制技术43烟气的（3）气温的垂直分布地球表面上方大气圈各气层的温度随着高度的不同而发生变化，常用气温垂直递减率(γ)表示。气温垂直递减率：指在垂直于地球表面方向上每升高100m气温的变化值。气温随高度递减，γ>0，一般出现在晴朗的白天风不大时；气温随高度递增，γ<0，一般出现在少云或无风的夜间；气温随高度基本不变，γ=0，出现在多云天或阴天。大气污染控制技术403烟气的排放（3）气温的垂直分布大气污染控制技术53烟气的排放（4）大气垂直稳定度对烟气扩散的影响大气稳定度：指近地层大气作垂直运动的强弱程度。如果大气处于不利于垂直运动发展的状态，即称此大气为稳定状态；反之，则称为不稳定状态。气象学把近地层大气划分为稳定、中性和不稳定三种状态。大气污染控制技术413烟气的排放（4）大气垂直稳定度对烟气扩散的影响大气污染控制技术63烟大气稳定度与气温垂直递减率关系：γ愈大，大气愈不稳定，湍流充分，污染物扩散稀释能力强；γ愈小，大气愈稳定，如果γ很小=零(等温)或小于零(逆温)，大气则处于稳定状态，湍流受到抑制。大气稳定度是影响污染物扩散的极重要因素：大气处于不稳定状况，对流强烈，烟气迅速扩散；大气处于强稳定状态，烟气不易扩散，造成严重污染。烟形：翻卷形、锥形、扇形、屋脊形、漫烟形。风和大气稳定度对烟气在大气中运行和扩散的影响。大气污染控制技术423烟气的排放大气稳定度与气温垂直递减率关系：γ愈大，大气愈不稳定，湍流充大气污染控制技术433烟气的排放大气污染控制技术83烟气的排放大气污染控制技术443烟气的排放大气污染控制技术93烟气的排放3.1.2下垫面对烟气扩散的影响

（1）城市下垫面对烟气扩散的影响城市下垫面的特点：城市人口密集、工业集中，能耗水平高；城市覆盖物热容大，白天吸收太阳辐射热，夜间放热缓慢；城市上空笼罩烟雾和CO2，使地面有效辐射冷却效应减弱。城市热岛效应——热岛环流，也叫“城市风”。产生上升气流，郊区空气进行补充，污染物输送进城市。大气污染控制技术453烟气的排放3.1.2下垫面对烟气扩散的影响大气污染控制技术103烟（2）地形对大气扩散的影响地形地物对污染物扩散的影响主要是通过气流运动和气温的影响以改变烟气的运动和扩散。烟气运行碰到高的丘陵和山地，引起高浓度污染；烟气越过不太高的丘陵，在背风面下滑，产生涡流，出现严重污染。大气污染控制技术463烟气的排放（2）地形对大气扩散的影响大气污染控制技术113烟气的排放大气污染控制技术473烟气的排放大气污染控制技术123烟气的排放大气污染控制技术483烟气的排放大气污染控制技术133烟气的排放晴朗的夜晚，由于地面辐射冷却得快，山沟两侧贴近山坡的、冷而重的大气顾坡下沿，形成下坡风，又称山风。具有日照的白天形成上坡风和谷风。日出日落前后是山谷风的转换期，风向不稳定，风速很小，山沟中污染源排出的污染物由于风向来回摆动，产生循环积累，造成高浓度污染。在易于出现小风并伴随逆温的凹地处，污染源排放的污染物，往往会造成严重的大气污染。大气污染控制技术493烟气的排放晴朗的夜晚，由于地面辐射冷却得快，山沟两侧贴近山坡的、冷而重3.1.3水陆交界区对烟气扩散的影响水陆交界，水面和陆面的热导率和热容不同，白天上层空气由大陆吹向海洋，下层空气则由海洋流向陆地，形成海风，并构成完整的热力环流。夜间产生与白天相反的气流，形成陆风。一般来说，海风比陆风强度大。盛行风和海风方向相反，形成逆温顶盖。大气污染控制技术503烟气的排放3.1.3水陆交界区对烟气扩散的影响大气污染控制技术153盛行风和海风方向相反，形成逆温顶盖。大气污染控制技术513烟气的排放盛行风和海风方向相反，形成逆温顶盖。大气污染控制技术1633.2污染物浓度的估算

3.2.1污染物浓度估算公式——高斯公式

图示烟羽形状，反映从污染源排放的污染物在风向沿x轴的大气中扩散的情况。大气污染控制技术523烟气的排放3.2污染物浓度的估算大气污染控制技术173烟气的排放大气污染控制技术533烟气的排放大气污染控制技术183烟气的排放高斯引入“像源”说明地面的反射作用，“实源”与“像源”共同作用；同时假定，污染物在扩散过程中不发生化学反应。大气污染控制技术543烟气的排放大气污染控制技术193烟气的排放P点的实际污染物浓度：高斯公式表明：在烟轴位置，某一点的浓度c与源强Q成正比，与风速和扩散参数成反比。用高斯扩散公式计算污染物浓度应满足的条件为：①污染物的平均浓度在y、z抽上的分布符合正态分布；②在扩散的整个空间中风速均匀、稳定；③污染源的源强Q连续、均匀；④扩散过程，污染物质量守恒（不发生化学反应，地面对其不发生吸收和吸附作用）。大气污染控制技术553烟气的排放P点的实际污染物浓度：大气污染控制技术203烟气的排放3.2.2扩散参数的确定高斯公式进行浓度估算，关键是确定扩散参数。实测准确，不经济，估算有误差却简便。扩散参数常用的估算法有：（1）P—T法确定净辐射分级、确定宏观稳定度、确定扩散参数，见表3-1、3-2、3-3和图3-11、3-12。（2）经验公式①平原地区农村及城市远郊区的扩散参数选取方法；②工业区或城区的扩散参数的选取方法；③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。大气污染控制技术563烟气的排放3.2.2扩散参数的确定大气污染控制技术213烟气的排大气污染控制技术573烟气的排放大气污染控制技术223烟气的排放大气污染控制技术583烟气的排放大气污染控制技术233烟气的排放3.2.3地面最大浓度地面源和高架源在下风方向造成的地面浓度分布情况：在下风向一定距离处中心线的浓度高于边缘部分。大气污染控制技术593烟气的排放3.2.3地面最大浓度大气污染控制技术243烟气的排放地面源和高架源的地面轴线浓度分布情况：(a)地面源所造成的轴线浓度随距污染源距离增加而降低。(b)高架源地面轴线浓度先随距离增加而急剧增大，在距源1—3km的不太远距离处(通常为1—3km)地面轴线浓度达到最大值，超过最大值以后，随x继续增加，地面轴线浓度逐渐减小。大气污染控制技术603烟气的排放地面源和高架源的地面轴线浓度分布情况：大气污染控制技术253高架连续点源地面轴线浓度公式：地面最大浓度的计算公式：当大气稳定度一定时，σy/σz值一定，高架连续点源的地面最大浓度与烟囱高度H的平方成反比。最大浓度出现于满足下列关系的正下风向处即最大浓度点的σz值：根据最大浓度点的σz值、大气稳定度类型反查图3-12就可得出最大浓度在下风向距污染源的距离x。大气污染控制技术613烟气的排放高架连续点源地面轴线浓度公式：大气污染控制技术263烟气的3.3烟气抬升现象和烟云抬升高度

烟囱有效高度是指从烟囱排放的烟云距地面的实际高度，等于烟囱本身高度H与烟气抬升高度∆H之和。3.3.1烟气抬升现象

（1）烟气抬升的四个阶段喷出阶段：动力抬升，垂直速度和初始动量决定；浮生阶段：温差造成浮力抬升；瓦解阶段：环境湍流造成烟流自身结构瓦解；变平阶段：水平风速，烟云倾斜、扩散膨胀、变平。注意：烟气初始排放参数不同，分为动力抬升烟气和浮力抬升烟气。浮力抬升由于烟气温度高产生浮力作用；低温烟气，抬升主要由烟气初始动量决定；锅炉等燃烧后高温烟气，浮力对烟气抬升远大于动量。大气污染控制技术623烟气的排放3.3烟气抬升现象和烟云抬升高度大气污染控制技术273（2）影响烟云抬升现象的因素烟囱出口处的烟气流速Us；烟气温度Ts；环境温度即大气温度Ta；风速；大气稳定度；近地层下垫面的状况等。3.3.2烟云抬升高度的计算大气污染控制技术633烟气的排放（2）影响烟云抬升现象的因素大气污染控制技术283烟气的排3.3.2烟云抬升高度的计算（1）Holland公式（2）Lucas公式（3）Concawe公式（4）T.V.A公式（5）国家标准中规定的计算公式大气污染控制技术643烟气的排放3.3.2烟云抬升高度的计算大气污染控制技术293烟气3.3.3增加