冬季烟塔合一烟气排放特性及其改善措施研究

针对烟塔合一冷却塔(Natural Draft Dry Cooling Tower,NDDCT)在冬季关闭冷却塔百叶窗时存在烟气排放困难的现象,以及导致冷却塔内污染物浓度大幅升高、进而增加冷却塔内壁腐蚀风险的问题,提出了增加烟囱高度的改善措施,并开展了风洞试验。基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法建立了烟塔合一数值模型以获得冷却塔内部流场和污染物浓度场的分布特性,模拟对比了春季工况和冬季工况条件下烟塔合一冷却塔内部及出口位置的流场和烟气扩散特性。结果表明,由于百叶窗关闭导致冷却塔的通气量和换热量大幅度下降,冷却塔内部的流场变得杂乱无章,污染物质量分数大大增加。与春季相比,冬季冷却塔内壁污染物最大质量分数增加了1.5倍。随烟囱高度增加,烟气可以凭借其初始动能抵御冷却塔内的湍流冲出塔外,冷却塔内部的烟气扩散情况逐渐改善。定性风洞试验结果较好地验证了数值模拟结果,验证了该方法的可行性。虽然增加烟囱高度会增加施工初期的投资,但该方案能有效降低冷却塔的腐蚀风险,不但节省了后期防腐的投资,而且降低了安全风险。从长远来看,该措施利大于弊。     

国内首个MW级分布式能源系统烟囱合理性分析

介绍了分布式能源系统的构成、运行特点及技术发展情况,研究了国内首个MW级分布式供能系统工程的烟囱高度和形式,预测和分析了项目大气污染物对环境的影响,证明了该项目烟囱选择的合理性,为下阶段国内分布式能源系统烟囱选型奠定技术基础。     

基于Google Earth的城市大气污染扩散模拟分析

针对城市环境下的大气污染物扩散问题,采用Google SketchUp,从Google Earth地图中提取建筑物高程、经纬度等地理位置信息,建立城市三维模型。基于湍流理论和气体运动方程,模拟污染物在城市环境中的扩散演化过程,重点讨论了污染物扩散的运动规律及危险区域的变化。实验结果说明,污染物浓度一般集中在泄漏口的下方向,高浓度污染区呈现为狭长的椭圆区域,并随时间逐步扩大,但经过较长时间的扩散高浓度污染区趋于稳定。根据污染物扩散数值模拟结果,结合Google Earth地图绘制了污染物扩散危险区域图,为相关部门制定事故应急决策提供参考。     

流体中污染物对轴对称物体的扩散模型及其简化研究

在建立静止流体和运动流体中污染物对每种常见的具有轴对称物体吸收表面的扩散模型的简化计算公式时,首先给出了相应问题的扩散模型级数解.简化扩散模型的理论依据是浓度服从误差函数分布和叠加原理.把静止介质中污染物对方形容器、球体和柱体的扩散以及流动介质中污染物对矩形管、圆形管等常见轴对称体壁面的扩散的浓度分布均简化为简单的计算公式.     

烟囱高空排放煤气扩散影响因素分析

利用高斯扩散模型,分析大气稳定度、风速等对转炉煤气通过高烟囱排放的扩散规律,确定不同天气参数条件下的CO最大落地浓度和最大落地浓度点,为有效防止煤气污染和安全事故提供了基础。     

西安脉冲堆场区放射性气体扩散CFD数值模拟

为对西安脉冲堆(XAPR)核应急及相关核安全评价提供场区大气扩散规律的技术支持,根据XAPR场址条件,采用CFD方法对场区放射性气体扩散进行了数值模拟,分析释放点、气象条件、出口速度等因素对大气扩散的影响。结果表明:在XAPR场区内屋顶释放造成主干道路地面大气扩散因子比烟囱释放高约1个数量级;风向影响场区内危险区域面积,南风造成的危险区域面积最大,西南风次之,西北风最小;大气扩散因子随出口速度增大而减小,随环境温度增加变化不显著;均匀风场模型给出的结果更加保守,由于幂律风廓线的水平风速随高度梯度变化较大,最终得到的地面扩散因子较小;非稳态扩散中,风场突变会导致局部污染加剧,由于建筑物的阻挡绕流,污染物在场区的扩散减缓,可能在场区形成部分污染的过渡地带,随后会逐步达到稳态扩散状态。在XAPR核事故中,放射性气体由于场区复杂的建筑分布而具有复杂的扩散行为,释放点、气象条件等因素均对放射性气体场区分布产生影响,从而形成不规则的事故污染景象。     

突发性河流污染事故水质预警模型

研究河流中污染物的输移扩散及其影响因素,引入死区预警模型及其解析解,模拟污染物在水体中的时空变化,进而预测污染物到达下游特定地点的浓度值及相应时间.实例模拟结果,尤其是对下游断而污染物最大浓度值及其出现时间的预测结果较好,表明建立的模型能够较准确地模拟河流中污染物的输移扩散规律.本研究可为环境风险管理及突发性环境污染应急预案的制定提供科学依据.     

ALOHA在放射性污染物的Gaussian扩散模型中的应用

本文对发生核电事故发生以后放射性污染物的扩散模式进行了讨论,最终选用高斯模型对放射性污染物扩散进行了模拟研究。同时,针对扩散模拟分析过程中存在计算和分析过程复杂的问题,应用ALOHA软件进行综合分析计算与绘图,对于消防部队快速、有效地处置核事故具有重要的理论指导。     

ALOHA在放射性污染物的Gaussian扩散模型中的应用

对核电事故发生以后放射性污染物的扩散模式进行了讨论,最终选用高斯模型对放射性污染物扩散进行了模拟研究。同时,针对扩散模拟分析过程中存在计算和分析过程复杂的问题,实例应用了ALOHA软件进行综合分析计算与绘图,对于公共安全部门快速、有效地处置核事故具有重要的理论指导。然而,此应用软件也有一定的局限性,未考虑到放射性污染物特有的半衰期性质,给数值模拟带来了不准确性,在接下来工作中将进一步改进。     

城市地区应急污染物扩散的模拟

将城市边界层模式(CBLM)和随机游动扩散模式连接,组成城市地区应急污染物扩散模式,利用该模式模拟瞬时源(35 t氯气)泄漏后污染物在城市地区的扩散特征.通过平地、3种理想城市建筑和实际南京城市建筑条件下风场和污染物扩散模拟结果的比较,分析了建筑高度和密度对城市风场及污染物扩散的影响.此外,结合美国环保署的毒物浓度伤害准则AEGLs,评估了城市地区氯气泄漏后危险区域的变化特征等.结果表明,污染物质量浓度在地面随时间逐渐减小,质量浓度最大值在泄漏后10～60 min从约139 mg/m3降低到1 mg/m3,外围最小值也从约10 mg/m3降低到0.1 mg/m3.且质量浓度中心随气流向下游移动,在一定时刻内,水平分布尺度逐渐增大.由于建筑拖曳力影响,模拟区域风速变慢,污染物在模拟区域停留时间延长,质量浓度中心值衰减减缓,扩散面积衰减减缓;且建筑高度越高,建筑密度越大,以上特征越明显.污染物在实际扩散中,扩散特征随着建筑条件的变化而不断变化.在所设置的气象条件及事故发生条件下,事故发生30 min后可解除重伤区警报,事故发生1 h后可解除危险区警报.     

负压防护急救车车厢内生物污染物运动扩散的数值模拟与试验验证

为掌握负压防护急救车车厢内生物污染物的分布情况,运用计算流体动力学(CFD)方法和拉格朗日颗粒随机轨道模型,对该车车厢内生物污染物的运动扩散进行数值模拟;并通过试验对比研究车厢内污染物浓度场的分布状态,试验与模拟的结果基本一致。同时表明:该随机轨道模型较好地反映生物污染物运动扩散的时空分布特点;负压防护急救车车厢内污染物浓度较高,医护人员应穿戴有效的个人防护器材。     

基于图像分析的射流扩散试验装置研制及应用

测量污染物浓度场是环境工程的研究热点之一,基于此自主设计开发了基于图像分析的射流浓度场扩散试验装置,该装置共包括3个部分:试验水槽装置、射流装置、图像采集与分析系统。通过搭建试验水槽装置,以罗丹明B作为射流示踪物质,利用图像处理技术显示和分析射流浓度场,模拟研究污染物在水体中扩散特征。分别设计了对静态和横向流动环境中的射流浓度场扩散试验,结果表明,自主设计的试验装置可以定量显示和分析恒定流动条件下射流浓度场及其射流轨迹,同时验证了本装置用于浓度场扩散研究的可行性。     

防护工程口部人员携入污染物数值模拟

外界染毒人员通过防护工程口部携入的有毒污染物会破坏内部安全性。使用高精度曲面3维人体模型,结合雷诺时均方程与大涡模拟耦合的方法模拟人员通过防护工程口部时卷携颗粒污染物的过程。首先以人体尾涡扩散过程和门洞断面的速度通量为考察对象,描述尾涡演化规律,然后改变行进速度、初始距离,考察速度通量对这些因素的敏感程度,完成人员行进特征流场的研究;通过计算行进方向上断面的不均匀度和清洁空间的污染物累积量,描述污染物向清洁区扩散的时空变化过程,完成对携入污染物过程的研究。结果表明:与国外相关文献工作相比,该方法可以较小的计算资源捕捉到相似的尾涡发展扩散过程;人员通过门洞时间与携入的污染物体积分数出峰时间(Tp)线性相关,且其与峰值(Vmax)呈指数关系,携入清洁室的污染物约占污染物总量的3%。     

基于MIKE21模型的洋河水库水质模拟

近年来,由洋河水库富营养化引起的供水安全问题日益突出。为应对洋河水库富营养化问题,基于迁移扩散及对流扩散理论,利用MIKE 21二维水动力模型对其水质进行了模拟。考虑污染物随水流入库及出库过程,分析了在水动力作用下TN、TP、NH_3-N随时间迁移扩散的质量浓度变化及分布情况。结果表明:模拟初期污染物以扩散为主,高浓度区域主要集中在入流处,在入流高峰期污染物向整个库区扩散,垂直水库中心线以西出现高质量浓度水域;入流与出流稳定期污染物以降解为主,水库中心水域污染物质量浓度较高。最终模拟得到库区TN质量浓度约为4.5 mg/L,TP质量浓度为0.06~0.075 mg/L,NH_3-N质量浓度为0.20~0.25 mg/L;9月水库实测TN、TP、NH_3-N质量浓度分别为5.0 mg/L、0.008 mg/L、0.20 mg/L,与模拟结果基本一致。研究表明,8月中旬到9月中旬,洋河水库污染物浓度较高水域极易暴发富营养化,此结论可为洋河水库水质评价、供水安全及污染物治理提供参考。     

炸药爆炸条件下释放气溶胶扩散研究

针对炸药爆炸事故造成的气溶胶污染物为瞬时体源的特点,根据事故应急时效性的原则,利用后置虚拟源等效的方法和点源扩散的高斯公式,探讨了炸药爆炸事故造成的气溶胶污染物扩散范围和浓度的计算方法,并分析干沉积和物质放射性衰变等因素对扩散浓度的影响。运用该方法对钚气溶胶扩散进行了计算和分析,其结果表明:该计算方法具有一定的有效性和实用价值,能为该类事故早期实施各种应急计划和措施提供参考依据。     

超压防护急救车车厢内生物污染物运动扩散的数值模拟与试验验证

为考核超压防护急救车通过生物污染区域时的车厢环境安全性,运用CFD方法和拉格朗日颗粒随机轨道模型,对车厢内的生物污染物运动扩散进行了数值模拟,并通过试验对比研究了车厢内污染物浓度场的分布状态.试验结果与模拟结果基本一致,说明拉格朗日颗粒随机轨道模型能较好地反映生物污染物运动扩散的时空分布特点,超压防护急救车车厢环境安全性良好.     

均匀流送风对喷烤漆房污染物扩散研究

喷烤漆房内的污染物传播及火灾控制是喷烤漆房设计和使用时的重中之重,设计有效、合理的通风系统可很好地规避这一问题。以某喷烤漆房为原型建立了物理模型,应用数值模拟方法构建了喷漆过程中污染物扩散过程,并研究了产生均匀流的通风系统设计以及不同均匀流速对污染物扩散的影响规律。研究表明,采用纤维布形式可简单高效地构建静压箱结构形成均匀流。文中还建立了纤维布、过滤棉多孔介质模型,结果表明当均匀流速度为0.91 m/s时,喷漆人员面部附近的甲苯浓度降至喷射浓度的0.02%,远低于危害值。     

空气污染扩散模型与GIS应用结合的探讨

污染物的扩散模拟对环境决策、管理有着重要意义,而扩散过程又是一个包括时间、空间的复杂四维时空过程,其模拟需要GIS的支持。在分析基于GIS的地理开发系统和空气污染扩散模型的基础上,探讨了两者结合的最佳方式,并应用于广州市空气质量分析中,取得了较好的效果。     

凝变湿电复合烟气污染物协同控制技术与应用

将凝变技术与湿式电除尘器技术进行有机结合,集成凝变湿电复合烟气污染物协同控制技术,研究该技术对2μm以下可过滤性颗粒物和可凝结颗粒物的团聚、凝并、收集效果。凝变湿电复合烟气污染物协同控制技术在630 MW大型燃煤机组上的工程应用结果表明,该复合技术可显著提高烟气中微细颗粒物的脱除,使机组稳定实现颗粒物排放小于5 mg/m3;脱除烟气中70%以上的可溶性盐分,实现烟气污染物的协同控制;降温2℃,每小时回收15 t的水,可减缓烟囱"白烟"现象。     

MM5/CALMET/CALPUFF数值模式在关中地区SO2环境空气总量控制中的应用

利用中尺度气象数值模式MM5、边界层风温场诊断数值模式CALMET和污染物扩散多源数值模式CALPUFF,模拟和预测了关中地区2007年逐时气象要素场和S02的质量浓度分布.SO2质量浓度预测结果与监测结果的对比分析表明,年均质量浓度的预测与监测值比较接近,日均质量浓度的预测与监测值的时间变化趋势基本一致.污染物扩散轴线与主导风去向一致.西安、咸阳和铜川污染物的扩散主要沿东北、西南方向,宝鸡、商洛主要沿西北、东南方向,渭南市沿着秦岭北麓向东西方向扩散,表现出关中特有地形和气象条件对污染物扩散的影响.在现状SO2排放源和不考虑城乡界线的条件下,以各市SO2年均质量浓度最大值点作为控制点,年均质量浓度的二级标准为判断条件,采用等比例消减原则测算关中地区SO2的环境空气总量约60万t/a,西安、咸阳、宝鸡、渭南、铜川、洛南分别约9万t/a、11万t/a、7万t/a、29万t/a、2万t/a、2万t/a;在考虑城乡界线的情景下,关中地区SO2允许排放总量约31万t.