燃烧及烟气扩散-污染物排放后浓度估算（大气污染控制）

§3.2污染物浓度的估算§3.2.2扩散参数的确定

1、P-G曲线法与P-T-C法P-G曲线法估算大气扩散参数的步骤：

(1)根据地面上10m处的风速、日照等级、阴云分布状况及云量等气象资料，从表3-5中查出稳定度级别；

(2)根据大气稳定度分别从图3-11和图3-12或表3-6中查出下风向距离为x的σy和σz值。

§3.2污染物浓度的估算表3-5稳定度级别

地面上10m处风速/(m/s)白天阴云密布的白天或夜晚夜晚日照薄云遮天或低云≥4/8云量≤3/8强中等弱<2AA～BBD2～3A～BBCDEF3～5BB～CCDDE5～6CC～DDDDD>6CDDDDDA为极不稳定，F为稳定。§3.2污染物浓度的估算利用扩散曲线确定和【例3-1】某石油精炼厂自平均高度80m处排放SO2量为80g/s，有效源高度的平均风速为4.6m/s，试估算：(1)冬季阴天正下风向距烟囱500m处SO2的地面上浓度。(2)冬季阴天下风向x=500m，y=50m处SO2的地面浓度。§3.2污染物浓度的估算解：(1)已知Hs=80m,Q=80g/s=80×103mg/s,=4.6m/s，x=500m由表可知，在冬季阴天的大气条件下，稳定度为D级。由图查得在x=500m处，=35.3m,=18.1m。

§3.2污染物浓度的估算（2）P81，习题3P-G法的缺陷：1、对开阔的乡村地区能给出较可靠的稳定度级别，但是对城市不太准确。2、对太阳辐射和云量的划分不够确切。§3.2污染物浓度的估算P-T-C法估算大气扩散参数的步骤：

(1)利用气象台站常规气象观测的云量记录资料和太阳高度角，从表3-7中查出辐射等级；

(2)由辐射等级和地面上10m处风速，从表3-8查出稳定度级别；

(3)根据大气稳定度分别从图3-11和图3-12中查出下风向距离为x的σy和σz值。P-T-C法确定稳定度1、根据日期确定太阳倾角δ（表3-9）；2、根据太阳倾角δ、当地经纬度及观测时间计算出太阳高度角h0或sinh0（公式3-21）3、查表3-7得到太阳辐射等级；4、查表3-8得到大气稳定度；5、查表确定σy

和σzP81，习题6§3.2污染物浓度的估算（2）经验公式法

从事大气扩散研究的工作者在分析了大量的实验资料后，还总结出、与下风向距离x的指数关系式为：a、b、c、d是与稳定度有关的经验系数。平原地区农村及城市远郊区的扩散参数选取方法：A、B、C级稳定度直接查表、的幂函数。D、E、F级稳定度则需要向不稳定方向提半级后查算。工业区或城区的扩散参数的选取方法：工业区A、B级不提级，C级提到B，D、E、F级向不稳定方向提一级半再查表3-5。非工业区的城区A、B级不提级，C级提到B～C级，D、E、F级向不稳定方向提一级，查表。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。【例3-2】

某化工厂动力锅炉，从有效高度为100m的烟囱排放SO210.0g/s，烟囱出口的风速为4m/s，试估算在大气处于中性状态(D类稳定度)距烟囱1km正下风方向处的轴向地面浓度及距该点处离x轴线200m处的侧向SO2浓度是多少？(经验公式法)§3.2污染物浓度的估算解：已知H=100m,Q=10.0g/s,u=4m/s，x=1000m

在D类稳定度时，查表3-10可得：a=0.111，b=0.929，c=0.104，d=0.826§3.2污染物浓度的估算P81，习题4，假设工业区。小结：几种确定污染扩散系数的方法区别在于大气稳定度的确定方法或扩散系数的确定方法不同。P-GP-T-C经验公式法确定稳定度的方法不同确定扩散系数的方法不同用经验公式法计算习题6，与PTC法比较。§3.2污染物浓度的估算§3.2.3地面最大浓度求导得：最大浓度点处有：根据查表可以反求出最大落地浓度所在处x【例3-3】某污染源有效源高60m，SO2排出量为80g/s，烟囱出口处的平均风速为6m/s，在当时的气象条件下，正下风方向500m处的σy=35.3m,σz=18.1m。试估算地面最大浓度ρmax及出现的位置。

§3.2污染物浓度的估算解：已知H=60m，Q=80g/s，=6m/s，正下风方向500m处的σy=35.3m，σz=18.1m。当σy/σz的比值恒定时，地面最大浓度为:例题【3-2】§3.2污染物浓度的估算出现最大地面浓度时的σz值为

根据x=500m处的σz=18.1m查图得当时的大气稳定度类型为D型，由D型曲线查得σz=42.43m时，x≈1500m。§3.4烟囱高度计算及厂址设计当今工厂的烟囱已从单纯的排气装置发展成排气、污染控制一体的装置。保证烟囱的高度不但满足排气的功能，还可以减少对地面的污染。3.4.1烟囱高度的计算（1）按最大着地浓度设计烟囱高度考虑背景浓度，保证地面最大浓度不超过《环境空气质量标准》通常σz/σy为0.5~1，不随距离而变。这种方法设计的烟囱高度，有些情况下会超标。（2）按绝对最大着地浓度设计的烟囱高度最大着地浓度与有效源高的平方成反比，同风速成反比；而抬升高度与风速成反比；因此在某一风速会使着地浓度达到最大，即绝对地面最大浓度Cabsm，此时风速为在危险风速下，烟气抬升高度与烟囱几何高度相等，Hs=ΔH。计算得烟囱高度无论风速大小，最大着地浓度都不会超标，但是烟囱造价太高。（3）按一定保证率的计算方法某一风速区间出现的概率为90%（4）P值法P值由查表得，P值法是实际工作中比较简便的方法。3.4.23.4.2烟囱设计中的几个问题1、上述公式都是在相同温度层结的条件下，按照锥形烟流导出，实际情况中易出现漫烟型的地区要进行核算。2、烟气抬升高度对计算结果影响比较大，因此最好采用国标推荐的公式。3、气象参数取值的两种方法：多年平均值、保证频率值。4、防止烟气下洗现象，烟囱不得低于它所附属的建筑物高度的1.5~2.5倍，排放粉尘的烟囱，高度自地面算起不得小于15m，排气高度应比主产房高出3m以上；防止烟囱本身下洗现象，烟气流速不得低于该高度平均风速1.5倍。5、利于烟气抬升，烟气气流速度一般20-30m/s，烟气温度一般大于100℃。3.4.3厂址的选择1、背景浓度的考虑

已超过《环境空气质量标准》规定值，不得新建；已经很高，不能达标也不宜建厂。2、风速和风向

a应设在居住区最小频率风向上侧，受害时间最少

b减少工厂重复污染，不宜设在最大频率风向一致的直线上

c无组织排放或废气毒性大的，远离居住区

d污染物应位于农作物抗害能力最弱的季节的主导风向的下侧。3、稳定度的考虑

扩散主要在近地几百米；200-300m以下的逆温层对小工厂不利，对大工厂有利；出现的上部逆温，对中小工厂几公里的扩散影响不大，对大工厂不利。4、地形影响

深山谷走向；下破风厚度；很深的谷地；海陆风较稳定的区域等。本章小结一、污染物浓度的估算：1、P-G法；2、P-T-C法；3、经验公式法；4、最大落地浓度估算。二、烟气抬升高度计算。三、烟囱高度计算及厂址选址。设计练习在工业园区准备建设一座火力发电站，粉尘排放量为3kg/h，地区经常性稳定度为D，当天气温为20℃，平均风速为1m/s，烟囱出口内径为2m，烟气量为3×105m3/h，烟气出口温度为160℃；距离200m处有一个小学，要求烟气扩散到学校时的浓度低于5μg/m3，请设计合理的除尘设施及烟囱高度。§3.3烟气抬升高度

§3.3.1烟气抬升现象根据大量的观测事实和定性分析，烟气抬升大体上分为以下四个阶段：(1)喷出阶段动量抬升(2)浮升阶段浮力抬升(3)瓦解阶段抬升逐渐消失(4)变平阶段随着水平风向运动§3.3.2烟气抬升高度的计算

烟囱有效高度（EffectiveStackHeight）是指从烟囱排放的烟云距地面的实际高度，它等于烟囱（或排放筒）本身的高度（Hs）与烟气抬升高度△H之和，即

常见的计算式有：霍兰德（Holland）公式、布里格斯（Briggs）公式、卢卡斯(Lucas)公式、康凯维(Concawe)公式、T.V.A公式和我国国家标准中推荐的计算公式。§3.3烟气抬升高度（1）霍兰德（Holland）公式在中性条件下，烟气抬升公式表示如下。ΔH——烟气抬升高度，m；Vs——烟囱排出口处的排烟速度，m/s；Ds——烟囱排出口的内径，m；

u——烟囱口高度上的平均风速，m/s§3.3烟气抬升高度霍兰德公式适用于中性大气条件，若用于计算不稳定条件下的烟气抬升高度时，实际抬升高度应比计算值增加10%~20%；若用于计算稳定条件下的烟气抬升高度时，实际抬升应比计算值减小10%~20%。国际普遍认为低估了抬升高度。§3.3烟气抬升高度【例3-4】某工厂动力锅炉烟囱高35m，烟囱出口直径3m，烟气初始速度为10m/s，烟气温度为473K，烟囱出口处周围环境风速为5m/s，大气温度为295K，试用霍兰德公式计算烟气最大抬升高度及有效源高度。解：Hs=35m，Ds=3m，Vs=10m/s，u=5m/s，Ts=473K，Ta=295K

有效源高度：H=Hs+ΔH=35+27=62（m）§3.3烟气抬升高度（2）国家标准中规定的计算公式我国“制订地方大气污染物排放标准的技术方法”(GB/T13223-2003)中规定的公式如下。

①当QH≥2100kJ/s，且Ts-Ta≥35K时，烟气抬升高度可用下式计算。③当QH≤1700kJ/s或Ts-Ta<35K时，烟气抬升高度可用下式计算：§3.3烟气抬升高度QH——烟气的热释放率，kJ/s②当1700kJ/s＜QH＜2100kJ/s时，烟气抬升高度可用下式计算36④当地面上10m高度年平均风速<1.5m/s时，烟气的抬升高度可用下式计算：37Ts——烟囱出口处烟气温度，K；Ds——烟囱排出口的内径，m；Hs——烟囱几何高度，m；Vs——烟囱排出口处的排烟速度，m/s；QV——实际状态下的烟气排放量，m3/s；Ta——大气温度，K（取当地气象台站近五年定时观测的平均气温值）；Pa——大气压力，hPa；u——烟囱出口高度上的平均风速，m/s；n0——烟气热状况及地表系数，由表3-6确定；n1——烟气热释放率指数，由表3-6确定；n2——烟囱高度指数，由表3-6确定。§3.3烟气抬升高度QH/（kJ/s）地表状况n0n1n2QH≥21000农村或城市远郊区1.4271/32/3城市及近郊区1.3031/32/321000>QH≥2100且Ts-Ta≥35K农村或城市远郊区0.3323/52/5城市及近郊区0.2923/52/5表3-6n0，n1，n2值的确定§3.3烟气抬升高度【例3-5】某城市远郊火电厂的烟囱高100m，出口内径5m，出口烟气流速12.7m/s，温度100℃，流量250m3/s，烟囱出口处的风速4m/s，大气温度20℃，大气压力为101.3kPa。试确定烟气抬升高度及有效源高度。解已知Hs=100m，QV=250m3/s，Ds=5m，Vs=12.7m/s，T