垃圾焚烧发电论文.docx

2014深圳杯全国大学生数学建模夏令营
承诺书
我们仔细阅读了中国大学生数学建模夏令营的竞赛规则.
我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮 件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关新的污染物排放标准，根据垃圾焚烧厂周边 环境设计一种环境指标监测方法，实现对垃圾焚烧厂烟气排放及相关环境影响状 况的动态监控。以设计的环境动态监控体系实际监控结果为依据，设计合理的周 围居民风险承担经济补偿方案。
（2） 由于各种因素焚烧炉的除尘装置（如袋式除尘器）损坏或出现其他故障 导致污染物的排放增加，致使相关各项指标将严重超标（如：烟尘浓度、二氧化 硫、氮氧化物、一氧化碳、二恶英类及重金属等排放超标）。在考虑故障发生概 率的情况下修正监测方法和补偿方案。
2、 模型假设
1） 以右手坐标系（食指一x轴；中指一y轴；拇指一z轴）建立咼斯模型的坐标 系，原点：为无界点源或地面源的排放点，或者高架源排放点在地面上的投 影点； x 为主风向； y 为横风向； z 为垂直向
2） 全部咼度风速均匀稳定；
3） 源强是连续均匀稳定的；
4） 扩散中污染物是守恒的（不考虑转化）；
5） 污染物浓度在 y、z 风向上分布为正态分布；
6） 不考虑建筑物高度对污染物浓度的影响，即 z=0,
3、 符号说明
u : 平均风速，m/s；
q ：源强， g/s；
b :侧向扩散参数，污染物在y方向分布的标准偏差，m；
y
b :竖向扩散参数，污染物在 z 方向分布的标准偏差， m；
z
H :垃圾焚烧厂烟囱的高度；
y :横风向坐标；
x :主风向坐标；
C大、C小：在API分级限值表（表1）中最贴近C值的两个值，C大为大于C的 限值， C 小为小于 C 的限值；
【大、I小:在API分级限值表（表1）中最贴近I值的两个值，I大为大于I的值, I 小为小于 I 的值；
Ci：测点逐时污染物浓度，n为测点的日测试次数；
b :某一污染物的日均值；
I :第 i 种污染物的污染指数； i
问题分析
问题一的分析
空气中的污染物通常都会受到风力降雨等自然因素以及扩散距离的影响，风力 和降雨越大，距离污染源越远，污染物的浓度就会越小。利用高架连续点源扩散 模式，计算在风力和降雨影响下不同距离处居民区空气污染物的浓度，并把污染 浓度换算成 API 指数。以 API 为依据，结合当地的经济发展水平和国家相关规 定算出垃圾焚烧厂附近居民应得的经济补偿。
下图为问题一建模的流程图.

由于各种因素焚烧炉的除尘装置（如袋式除尘器）损坏或出现其他故障导 致污染物的排放增加，致使相关各项指标将严重超标（如：烟尘浓度、二氧化硫、 氮氧化物、一氧化碳、二恶英类及重金属等排放超标。所以在焚烧炉因为故障而 导致污染物排放量超出国家标准的时候，应该另外评估监测指标和赔偿标准。要 考虑到故障机器个数对污染物浓度的不同影响，就需要重新考虑污染物初始浓 度，计算出此时的API值，与正常工作条件下的API值进行比较，最后将故障的 概率考虑成权重从而计算出最后的补偿金额。
5问题的建立与求解


下图是高斯扩散模型的坐标系，
p(x,y,z,H) = 4 exp
—
y2
<
exp
2兀 po o
y z
k
2o 2丿
y丿
C - H)]
+ exp
202
y」
()
式()是高架连续点源扩散模式，为简单起见，我们忽略高度对居民
点污染物浓度的影响，即令z=0，得到地面浓度模式:
c(x,y,z,H) = exp -
兀卩O O 、
y z
、
y 2
2o 2丿
y丿
exp
2o 2丿
z丿
()
由附件4及深圳市气象局网站提供的2011年4月至2012年4月的数据记录 表，得到每天的风向、风速、降雨量等数据，由附件一得到垃圾焚烧厂烟囱每天 排出的污染物浓度。
我们要根据烟囱排出的污染物浓度进一步得到各污染物的源强q.
对于源强的计算，假设烟囱是一个规则的圆柱体，底面直径为5m,高为80m.
烟囱形状如左图所示，则
1000c * n * r2 * h
t
其中，q为源强，单位是g/s; c为污染物浓度，单位是mg/m3; v为 烟囱体积,单位是m3，r=5m为底面半径，h=80m为烟囱高度;t为 烟雾在排出之前在烟囱内平均停留的时间,由附件五知t大约为3s.
通过谷歌地图我们找到垃圾焚烧厂附近居民点的分布情况，我们选定6个居 民区作为监控对象，这6个