气态污染物控制技术教学PPT.ppt

1、2014 - 2015 学年第 1 学期,环境工程学大气篇,1,第七章 气态污染物控制技术,2020/9/11,环境工程学大气篇,2,主要内容,气态污染物净化原理 二氧化硫污染控制技术 氮氧化物污染控制技术 挥发性有机物污染控制技术 大气污染物的稀释法控制技术,2020/9/11,环境工程学大气篇,3,学习目的,学习对象: 气态污染物净化的基本理论及各种污染物控制技术 学习要求: （1）掌握气态污染物的净化原理； （2）掌握硫氧化物、氮氧化物与挥发性有机物污染控制技术； （3）掌握典型硫氧化物、氮氧化物污染控制技术工艺； （4）掌握污染物落地浓度的计算方法； （5）掌握烟囱的设计计算方法。,2

2、020/9/11,环境工程学大气篇,4,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,7.1 大气污染物的稀释法控制技术,（1）气象的动力因子, 风,铅直运动,升降气流,风,大小,风向,方位表示法,角度表示法,水平运动,风的来向,风速,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,单位时间内空气在水平方向上移动的距离，m/s，km/h,2020/9/11,环境工程学大气篇,5,2020/9/11,环境工程学大气篇,6,风玫瑰图又称风向频率玫瑰图，它是根据某一地区多年平均统计的各个风向和风速的百分数值，并按一定比例绘制，一般多用8个或16个罗盘方位表示。,在各方向上按统计数值画出线段，表示该方向

3、风频率的大小，线段越长表示该风向出现的次数越多。将各个方向上表示风频的线段按风速数值百分比绘制成不同颜色的分线段，即表示出各风向的平均风速，即为风频风速玫瑰图。,2020/9/11,环境工程学大气篇,7,风 力 等 级 表,风速随高度变化的曲线,下垫面摩擦力,风速廓线,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,9,常用的两个风速廓线模式：,a. 对数率,高度为Z处的风速（m/s）,摩擦速度,卡门常数，一般取0.4,高度（m）,地面粗糙度,地面粗糙度越大，风速梯度越小,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,1

4、0,b. 指数率,高度为Z处的平均风速（m/s）,高度为10米处的平均风速（ m/s ）,稳定度参数,实验确定,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,11,风对污染物浓度分布的作用,整体输送,冲淡稀释,污染区总在污染源的下风向,污染物浓度总是与风速大小成反比,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,12, 湍流,定义：在大气运动过程中，在其平均风速和风向上叠加的各种尺度的无规则涨落 。,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,13,湍流,风向的摆动,风速的脉动,

5、大气运动的重要形式，使空气发生强烈的铅直和水平扩散，其强度和尺度远大于分子扩散,大气污染物的扩散,大气湍流（大气扩散）,分子扩散,机械湍流,热力湍流,湍流分类,风速分布不均、地面粗糙,温度分布不均,湍流运动最重要的结果：使大气中热量、水分、尘埃等物理属性及混合物得以传递。,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,14,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,15,受到小尺度的湍涡搅动，烟管的外截面不断地与周围空气相混合，并进行缓慢地扩散,烟团被大尺度的大气湍涡夹带，烟团本身截面尺度变化不大,烟团容易被湍涡拉

6、开或撕裂而变形，使得烟团能很快的得到扩散,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,16,湍流有极强的扩散能力；,在主导风方向上风的平流输送作用是主要的；,湍流特点:,风速越大，湍流越强，污染物的扩散速度就越快，污染物的浓度就越低；,风和湍流决定污染物在大气中的扩散稀释。,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,17,定义：在不同的地形、地物条件下，由于近地层大气的增热和冷却速度不同而引起的局部空气的环流。,海陆风,山谷风,城市热岛效应,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素, 局地风,2020/9/1

7、1,环境工程学大气篇,18,a. 海陆风,海风,陆风,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,逆温，短时间污染,循环污染,2020/9/11,环境工程学大气篇,19,a. 海陆风,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,20,海陆风发生在海陆交界地带，是以24h为周期的一种大气局地环流。在白天，由于太阳辐射，陆地升温比海洋快，在海陆大气之间产生了温度差、气压差，使低空大气由海洋流向陆地，形成海风，高空大气从陆地流向海洋，形成反海风，它们同陆地的上升气流和海洋的下降气流形成了海陆风局地环流；在夜晚，陆地比海洋降温快，在海陆之间产生了与白天相反的温

8、度差、气压差，使低空大气从陆地流向海洋，形成陆风，高空大气从海洋流向陆地，形成反陆风，它们同陆地下降气流和海面上升气流构成了海陆风局地环流。,b. 山谷风,谷风示意图,山风示意图,山风,谷风,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,21,山区迎风面和背风面所受污染不相同,污染源在上风侧，且有段距离，烟流随风越过山头，被下沉气流带到地面，造成严重污染。,污染源在山前上风侧，对迎风坡造成高浓度污染。,污染源在山后，正好处在过山气流的下沉气流中，烟流抬升不高，很快落到地面造成污染。,污染源在山后回流区，烟流不能扩散造成污染。,2020/9/11,环境工程学

9、大气篇,22,气流上升,市 区,郊 区,郊 区,热,c. 城市热岛效应,由城乡温度差引起的局地风。,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,城市人口密集、工业集中，使得能耗水平高；,城市的覆盖物热容量大，白天吸收太阳辐射热，夜间放热缓慢，使低层空气变暖；,城市上空笼罩着一层烟雾和二氧化碳，使地面有效辐射减弱。,产生城乡温度差异的主要原因,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,24, 大气温度层结,定义：气温随高度的分布称为大气层结。,当气温随高度的增加而降低时，0；反之， 0,a. 干绝热递减率,定义：干空气团或未饱和的湿空气团绝热上升或 下

10、降单位高度（通常取100m），温度降低或升高 数值（d ）。,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,25,（2）气象的热力因子,干空气的定压比热容，CP=1005J/(kgK),7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,26,b. 气温垂直递减率,定义：高度每变化100m气温变化的度数，简称气温直减率，/100m。,当气温随高度的增加而降低时，0；反之， 0,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,27,c. 气温的垂直分布,温度层结：气温沿高度的分布状况，可以在

11、坐标图上用一条曲线表示出来，该曲线称作气温沿高度的分布曲线或温度层结曲线，简称温度层结。,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,28,2020/9/11,环境工程学大气篇,29,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,d中性,等温层结0,正常温度层结或递减层结， 0,逆温0,定义：0的大气层结称为逆温，也称阻挡层。,接地逆温,上部逆温,逆温强度, 逆温,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,30,形成逆温的主要过程：,辐射逆温,下沉逆温,湍流逆温,锋面逆温,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象

12、因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,31,辐射逆温,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,32,在晴朗无云（少云）、风速不大的夜间，地面辐射冷却很快，近地层空气冷却快，较高层空气冷却慢，形成自地面开始逐渐向上发展的逆温层。,下午时递减温度层结,日落前1h,黎明时逆温强度最强,日出后，地面逐渐增温，逆温自下而上逐渐消散,上午十点左右逆温完全消失,下沉逆温,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,下沉逆温持续时间长，范围宽，逆温层厚度大,多发生在高空大气中,2020/9/11,环境工程学大气篇,33,由于空气下沉受到压缩增温而形成的逆温。

13、,空气块下沉时由于低空气压增大及气层向水平方向辐散，气层被压缩，气层顶部比底部下降的距离大，绝热增温多，从而形成逆温。,湍流逆温,厚度不大,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,34,由于低层空气的湍流混合形成的逆温。,湍流混合前的气温分布，d,低层空气经湍流混合后，混合层的温度分布逐渐接近于d,混合层以上的大气不受湍流的影响,锋面逆温,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,35,在对流层中的冷空气团和暖空气团相遇时，暖空气团由于密度小就会爬到冷空气上面去，形成一个倾斜的过渡区（锋面），在锋面上，如果冷

14、暖空气的温差很大时，即可出现锋面逆温。,在风速大致相同，而气温垂直分布的A、B、C、D四种情况下，最有利于某工厂68米高的烟囱灰尘扩散的是,应用实例分析,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,36,C,大气稳定度是大气中的某一气团在垂直方向上的稳定程度，是对污染源排入其中的污染物扩散能力的一种量度。,a. 大气稳定度的判别,单位体积气团产生的加速度,气团在垂直方向上的位移,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素, 大气稳定度,2020/9/11,环境工程学大气篇,37,d Z0 a 0 稳定,d Z0 a0 不稳定,d a=0 中性,7.1.

15、1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,38,波浪型：大气不稳定,扇型：大气逆温稳定,屋脊型：排出口上方不 稳定；排出口下方稳定,熏烟型：排出口上方稳 定；排出口下方不稳定,锥型：大气中性或稳定,b. 大气稳定度与烟流扩散的关系,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,c. 大气稳定度的分类,修订帕斯奎尔法：,极不稳定,不稳定,弱不稳定,中性,稳定,极稳定,7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,40,日期,太阳倾角,太阳高度角,云量,太阳辐射等级,地面10m高处的风速,大气稳定度,7.1.1 影响污染物在大

16、气中扩散的气象因素,2020/9/11,环境工程学大气篇,41,大气扩散：烟流传播与物质浓度衰减关系。,梯度输送理论,统计理论,相似理论,正态高斯分布假定下的扩散模式,7.1.2 大气扩散模式,2020/9/11,环境工程学大气篇,42, 坐标系,（1）高架连续点源高斯扩散模式,a. 原点为排放点或高架源排放点在地面的投影点； b. x 轴沿平均风向水平延伸； c. y 轴在水平面上垂直于 x 轴，正向在x轴左侧； d. z 轴垂直 xOy 平面向上延伸。,7.1.2 大气扩散模式,2020/9/11,环境工程学大气篇,43,7.1.2 大气扩散模式,高斯模式的坐标系,2020/9/11,环境

17、工程学大气篇,44, 高斯模式的有关假定,烟羽的扩散在 y 轴和 z 轴方向上都是正态分布；,在扩散的整个空间风速是均匀的、稳定的；,污染源排放是连续的、均匀的；,污染物在扩散过程中没有衰减和增生；,在 x 方向，平流作用远大于扩散作用，地面足够平坦。,7.1.2 大气扩散模式,2020/9/11,环境工程学大气篇,45,7.1.2 大气扩散模式, 高斯扩散模式计算公式,下风向空间某一位置的污染物浓度,源强，即单位时间内排放的污染物,平均风速，m/s,水平、垂直方向的标准差，即y、z方向的扩散参数，m,a. 高架连续点源地面浓度：,7.1.2 大气扩散模式, 几种特殊情况下的浓度计算公式,b.

18、 高架连续点源地面轴线浓度：,2020/9/11,环境工程学大气篇,47,假定,7.1.2 大气扩散模式,c. 高架连续点源的最大地面浓度：,2020/9/11,环境工程学大气篇,48,（2）地面连续点源高斯扩散模式,a. 地面连续点源在下风向任意点的浓度：,b. 地面连续点源在下风向地面轴线浓度：,7.1.2 大气扩散模式,2020/9/11,环境工程学大气篇,49,烟羽：烟气在水平方向的扩散。,烟羽抬升高度：烟羽轴线与烟囱口之间的距离,烟囱实体高度,有效源高：烟气所达到的高度,7.1.3 大气污染物落地浓度计算,（1） 烟囱抬升高度的计算,2020/9/11,环境工程学大气篇,50,影响烟气抬升和扩散的主要因素,排放因素：烟流喷速、烟气温度,气象因素：平均风速、湍流强度、环境空气温度、大气稳定度、逆温层,下垫面：地形、建筑物构型,7.1.3 大气污染物落地浓度计算,2020/9/11,环境工程学大气篇,51,烟气抬升高度的计算公式：, 我国国标推荐公式,a. 当QH5004.18 kJ/s，或TSTa35 K时：,7.1.3 大气污染物落地浓度计算,2020/9/11,环境工程学大气篇,52,b. QH5004.18 kJ/s，或TS Ta35 K 时,（2）霍兰德公式,适于中性条件,7.1.3 大气污染物落地浓度计算,（3）博山克特公式,适