CN101380539A

CN101380539A - 隧道空气污染物净化装置

Info

Publication number: CN101380539A
Application number: CN 200810201240
Authority: CN
Inventors: 姚炜; 张豪杰; 卢冠中; 施剑林; 叶国强; 何丹农
Original assignee: Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Current assignee: Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2028-10-16
Also published as: CN101380539B

Abstract

一种空气净化技术领域的隧道空气污染物净化装置，包括：静电除尘模块、空气循环模块、三效催化模块、测控模块、至少一个净化模块和至少一个吸附模块，其中：静电除尘模块的输入端接收隧道空气，静电除尘模块的输出端分别连接净化模块的输入端和空气循环模块的进气口，净化模块的输出端连接吸附模块的输入端，吸附模块的输出端分别连接空气循环模块的排气口和三效催化模块的输入端，三效催化模块的输出端和空气循环模块的排气口直接排放至大气。本发明能有效避免温度失控现象的发生，净化室和吸附室以耐高温材料制成，且热膨胀系数小；通过测控模块进行检测、自动控制以及安全预警。

Description

隧道空气污染物净化装置

技术领域

本发明涉及的是一种空气净化技术领域的装置，具体是一种隧道空气污染物净化装置。

背景技术

国外对隧道空气污染物净化主要采取两种方案：(1)通常在较短的隧道出口处建高空风塔进行大风量高空排风，风塔内加装静电除尘设备、脱NO2装置，控制隧道外空气品质；(2)在长隧道内部加侧线，在侧线隧道内加装除尘装置和少量换气装置，以减少新风的需求量和风井数量，达到减小污染物对隧道外部环境影响的目的。但存在风井建设或选址的困难，同时添加侧线隧道的方案，会大幅度增加工程成本和施工难度。另外，目前国外技术对当前我国道路隧道中浓度较高的CO和HC不予净化处理。静电除尘是削减隧道内颗粒污染物(PM)最为有效的技术。其使用场所大致分为两种类型：一是以改善隧道内视距为主要目的的隧道内设置型；另一类是以改善隧道口环境为主要目的的换气设置型。

经过对现有技术的检索发现，我国目前还没有将静电除尘装置应用于消除隧道中颗粒物的实例，日本专利申请公开号JP4346852和JP5015810分别记载了两种隧道静电除尘器，该现有技术根据隧道的大小、通风设计、所需风量等需求，采取大型独立机房布置方式、隧道侧线布置方式和隧道顶部布置方式。现有技术大致可分为过滤、直接摄取(有吸收和吸附两种方法)、分解三种方法。国际上道路隧道还没普遍使用NOx净化器。已知安装及使用中的道路隧道只有以下两个例子：直接摄取方式：日本Central Circular Shinjyuka隧道(长度10km)；分解方式：挪威Laerdal隧道(长度24.5km)。日本已计划于新建的东京环线上安装二氧化氮转化器，西班牙将在M30马德里环型道路隧道中安装两个二氧化氮转化器。迄今为止，国外对隧道空气污染物主要采用静电除尘和氮氧化物脱除的技术加以治理，而对CO、HC和其他氮氧化物不予净化。由于我国目前机动车尾气排放标准低于国外标准，使得隧道内颗粒污染物、CO、NOx和HC成为隧道空气中的主要污染物。因此，需要现有技术不能满足我国隧道空气污染物治理的要求。开发适合我国道路隧道空气污染物特点的控制和治理技术，研制集静电除尘—CO常温催化氧化—HC和NOx吸附/催化净化为一体的净化材料和净化装置将是当前急需解决技术难题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种隧道空气污染物净化装置，通过特殊加热模块进行加热，使得升温速率平稳热场分布均匀，有效避免温度失控现象的发生；净化室和吸附室以耐高温材料制成，且热膨胀系数小；通过测控模块进行检测、自动控制以及安全预警。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：静电除尘模块、空气循环模块、三效催化模块、测控模块、至少一个净化模块和至少一个吸附模块，其中：静电除尘模块的输入端接收隧道空气，静电除尘模块的输出端分别连接净化模块的输入端和空气循环模块的进气口，净化模块的输出端连接吸附模块的输入端，吸附模块的输出端分别连接空气循环模块的排气口和三效催化模块的输入端，三效催化模块的输出端和空气循环模块的排气口直接排放至大气，测控模块分别连接静电除尘模块的输入端、三效催化模块的输出端和空气循环模块的输出端。

静电除尘模块包括：气流分布单元、若干个静电场单元、高压电源、喷淋清洗单元、污水处理和过滤单元，其中：气流分布单元的输入端接收隧道空气，气流分布单元的输出端连接若干个并联或串联的静电场单元的输入端，喷淋清洗单元的输入端连接静电场单元的输出端，污水处理和过滤单元的输入端连接喷淋清洗单元的输出端。

净化模块包括初级加热室和CO净化室，其中：初级加热室的输入端与静电除尘模块的输出端相连接，CO净化室的输入端与初级加热室的输出端相连接，CO净化室的输出端与吸附模块相连接。

所述的CO净化室包括：净化保温层、净化室框架和活性净化剂，其中：活性净化剂置于净化室框架内部，净化保温层包覆于净化室框架外。

所述的活性净化剂包括：活性金属元素及载体，其中的活性金属元素为Pt、Au、Pd、Ag、Fe、Co、Cu、Mn、Ba、Mg、Ca、K或Li元素中的一种或一种以上，其中的载体为整体式蜂窝陶瓷载体、整体式金属载体、整体式氧化铝载体、整体式分子筛载体、整体式活性炭载体或整体式活性炭纤维载体。

所述的初级加热室包括：初级保温层、加热单元和控温单元，其中：加热单元设置于初级保温层内部，加热单元的控制端与控温单元相连接，控温单元设置于初级保温层外。

吸附模块包括：次级加热室和吸附室，其中：次级加热室的输入端与净化模块的输出端相连接，吸附室的输入端与次级加热室的输出端相连接，吸附室的输出端分别连接空气循环模块的排气口和三效催化模块的输入端。

所述的吸附室包括：吸收保温层、吸附室框架和吸附剂，其中：吸附剂置于吸附室框架内部，吸收保温层包覆于吸附室框架外。

所述的吸附剂为整体式蜂窝活性炭、整体式蜂窝活性炭纤维、整体式蜂窝分子筛或整体式蜂窝硅铝胶中的一种或多种。

所述的次级加热室结构与初级加热室相同。

空气循环模块包括：吹风机和排风机，其中：吹风机分别连接静电除尘模块的输出端和净化模块的输入端，排风机连接吸附模块的输出端和空气循环模块的排气口。

三效催化模块包括：催化保温层、三效催化剂、催化加热单元以及催化控温单元，其中：催化加热单元和三效催化剂设置于催化保温层内部，催化加热单元的控制端与催化控温单元相连接，催化控温单元设置于催化保温层外。

测控模块包括：颗粒污染物检测仪、CO检测仪、HC检测仪、NOx检测仪和SO₂检测仪。

本发明通过以下方式进行空气净化：

①向CO净化室装填整体式蜂窝陶瓷为载体的改性Pd或Ag催化剂；

②向吸附室内装填改性整体式蜂窝活性炭或陶瓷；

③向催化保温层内装填整体式蜂窝陶瓷为载体的改性Pd/Pt三效催化剂，并升高三效催化模块的温度；

④设置本装置的处理风量为36～72万m³/h；

⑤当隧道空气各污染物PM、CO、NOx和HC的初始含量分别为5～6mg/m³、20～40ppm、5～6ppm和10～20ppm时，粉尘去除率达到90～96％，CO催化氧化去除率为60～80％，NOx和HC吸附去除率为分别为60～80％和90％；

当吸附室装填改性整体式蜂窝活性炭或陶瓷吸附NOx和HC饱和后升高初级和次级加热室的温度进行吹扫，使NOx和HC进入三效催化模块7进行催化净化，NOx和HC的总净化效率可达到60～90％。

本发明中的支路流程切换路线，能够满足CO催化氧化净化，HC及NOx吸附浓缩，热空气吹扫再生吸附剂并对HC/NOx进行催化净化的要求；组装单元设备之间接口相匹配的能够满足对污染物进行实时在线监控及装置自动化控制的工程装置；整套装置与主隧道、风道、风井、风塔之间衔接，通过各单元设备反馈出的各项指标，对其进行调整，最终提高各单元装置对隧道空气净化效率，使整套工程化装置相协调。

附图说明

图1为本发明逻辑示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：静电除尘模块1、第一净化模块2、第二净化模块3、第一吸附模块4、第二吸附模块5、空气循环模块6、三效催化模块7和测控模块8，其中：静电除尘模块1的输入端接收隧道空气，静电除尘模块1的输出端分别连接第一净化模块2和第二净化模块3的输入端和空气循环模块6的进气口，第一净化模块2和第二净化模块3的输出端分别连接第一吸附模块4和第二吸附模块5的输入端，第一吸附模块4和第二吸附模块5的输出端分别连接空气循环模块6的排气口和三效催化模块7的输入端，三效催化模块7的输出端和空气循环模块6的排气口直接排放至大气，测控模块8分别连接静电除尘模块1的输入端、三效催化模块7的输出端和空气循环模块6的输出端。

所述的静电除尘模块1、第一净化模块2、第二净化模块3、第一吸附模块4、第二吸附模块5、空气循环模块6、三效催化模块7和测控模块8的外壳均采用304号不锈钢、镀锌板或普通炭钢制成。

静电除尘模块1包括：气流分布单元、若干个静电场单元、高压电源、喷淋清洗单元、污水处理和过滤单元，其中：气流分布单元的输入端接收隧道空气，气流分布单元的输出端连接若干个并联或串联的静电场单元的输入端，喷淋清洗单元的输入端连接静电场单元的输出端，污水处理和过滤单元的输入端连接喷淋清洗单元的输出端。

第一净化模块2和第二净化模块3为相同结构，所述第一净化模块2包括初级加热室9和CO净化室10，其中：初级加热室9的输入端与静电除尘模块1的输出端相连接，CO净化室10的输入端与初级加热室9的输出端相连接，CO净化室10的输出端与对应的第一吸附模块4或第二吸附模块5的输入端相连接。

所述的初级加热室9包括：初级保温层、加热单元和控温单元，其中：加热单元设置于初级保温层内部，加热单元的控制端与控温单元相连接，控温单元设置于初级保温层外。

所述的CO净化室10包括：净化保温层、净化室框架和活性净化剂，其中：活性净化剂置于净化室框架内部，净化保温层包覆于净化室框架外。

第一吸附模块4和第二吸附模块5为相同结构，所述第一吸附模块4包括：次级加热室11和吸附室12，其中：次级加热室11的输入端与对应的第一净化模块2或第二净化模块3的输出端相连接，吸附室12的输入端与次级加热室11的输出端相连接，吸附室12的输出端分别连接空气循环模块6的排气口和三效催化模块7的输入端。

所述的次级加热室11的结构与初级加热室9的结构相同。

所述的吸附室12包括：吸收保温层、吸附室框架和吸附剂，其中：吸附剂置于吸附室框架内部，吸收保温层包覆于吸附室框架外。

空气循环模块6包括：吹风机13和排风机14，其中：吹风机13分别连接静电除尘模块1的输出端和的输入端，排风机连接吸附模块的输出端和空气循环模块的排气口。

三效催化模块7包括：催化保温层、三效催化剂、催化加热单元以及催化控温单元，其中：催化加热单元和三效催化剂设置于催化保温层内部，催化加热单元的控制端与催化控温单元相连接，催化控温单元设置于催化保温层外。

测控模块8包括：颗粒污染物检测仪、CO检测仪、HC检测仪、NOx检测仪和SO₂检测仪，上述检测仪。

实施例1通过以下方式进行空气净化：向CO净化室10装填整体式蜂窝陶瓷为载体的改性Pd催化剂150～360m³，向吸附室12装填改性整体式蜂窝活性炭200～450m³，两室温度为5～55℃；向三效催化模块7装填整体式蜂窝陶瓷为载体的改性Pd/Pt三效催化剂80～120m³，该三效催化模块内温度为150～300℃；处理风量为36～72万m³/h；隧道空气各污染物PM、CO、NOx和HC的初始含量分别为5～6mg/m³、20～40ppm、5～6ppm和10～20ppm时，粉尘去除率为90～96％，CO催化氧化去除率为60～80％，NOx和HC吸附去除率为分别为60～80％和90％；当吸附室12装填改性整体式蜂窝活性炭吸附NOx和HC饱和后进行吹扫，使NOx和HC进入三效催化模块7进行催化净化，NOx和HC的总净化效率为60～90％。

当隧道空气各污染物初始含量和处理风量在以上范围内时，静电除尘装置可连续使用0.2～1.5个月后清洗一次荷电和集尘单元，使用期限为10～20年，整体式改性Pd蜂窝陶瓷催化剂可连续使用3～18个月，整体式改性蜂窝活性炭可连续使用6～24个月，整体式改性Pd/Pt蜂窝陶瓷三效催化剂可连续使用12～36个月。

实施例2：

在实施例2中，具体通过以下方式进行空气净化：向CO净化室10装填整体式蜂窝陶瓷为载体的改性Ag催化剂150～360m³，向吸附室12装填改性整体式蜂窝活性炭200～450m³，两室温度为5～55℃；向三效催化模块7装填整体式蜂窝陶瓷为载体的改性Pd/Pt三效催化剂80～120m³，该三效催化模块内温度为150～300℃；处理风量为36～72万m³/h；隧道空气各污染物PM、CO、NOx和HC的初始含量分别为5～6mg/m³、20～40ppm、5～6ppm和10～20ppm时，粉尘去除率为90～96％，CO催化氧化去除率为60～75％，NOx和HC吸附去除率为分别为60～80％和90％；当吸附室12装填改性整体式蜂窝活性炭吸附NOx和HC饱和后进行吹扫，使NOx和HC进入三效催化模块7进行催化净化，NOx和HC的总净化效率为60～90％。

当隧道空气各污染物初始含量和处理风量在以上范围内时，静电除尘装置可连续使用0.2～1.5个月后清洗一次荷电和集尘单元，使用期限为10～20年，整体式改性Ag蜂窝陶瓷催化剂可连续使用3～12个月，整体式改性蜂窝活性炭可连续使用6～24个月，整体式改性Pd/Pt蜂窝陶瓷三效催化剂可连续使用12～36个月。

实施例1和实施例2与现有技术净化效果对照：

注：NOx中NO2占10％，NO占90％。

Claims

1、一种隧道空气污染物净化装置，其特征在于，包括：静电除尘模块、空气循环模块、三效催化模块、测控模块、至少一个净化模块和至少一个吸附模块，其中：静电除尘模块的输入端接收隧道空气，静电除尘模块的输出端分别连接净化模块的输入端和空气循环模块的进气口，净化模块的输出端连接吸附模块的输入端，吸附模块的输出端分别连接空气循环模块的排气口和三效催化模块的输入端，三效催化模块的输出端和空气循环模块的排气口直接排放至大气，测控模块分别连接静电除尘模块的输入端、三效催化模块的输出端和空气循环模块的输出端。

2、根据权利要求1所述的隧道空气污染物净化装置，其特征是，所述的静电除尘模块包括：气流分布单元、若干个静电场单元、高压电源、喷淋清洗单元、污水处理和过滤单元，其中：气流分布单元的输入端接收隧道空气，气流分布单元的输出端连接若干个并联或串联的静电场单元的输入端，喷淋清洗单元的输入端连接静电场单元的输出端，污水处理和过滤单元的输入端连接喷淋清洗单元的输出端。

3、根据权利要求1所述的隧道空气污染物净化装置，其特征是，所述的净化模块包括初级加热室和CO净化室，其中：初级加热室的输入端与静电除尘模块的输出端相连接，CO净化室的输入端与初级加热室的输出端相连接，CO净化室的输出端与吸附模块相连接。

4、根据权利要求3所述的隧道空气污染物净化装置，其特征是，所述的CO净化室包括：净化保温层、净化室框架和活性净化剂，其中：活性净化剂置于净化室框架内部，净化保温层包覆于净化室框架外。

5、根据权利要求4所述的隧道空气污染物净化装置，其特征是，所述的活性净化剂包括：活性金属元素及载体，其中的活性金属元素为Pt、Au、Pd、Ag、Fe、Co、Cu、Mn、Ba、Mg、Ca、K或Li元素中的一种或一种以上，其中的载体为整体式蜂窝陶瓷载体、整体式金属载体、整体式氧化铝载体、整体式分子筛载体、整体式活性炭载体或整体式活性炭纤维载体。

6、根据权利要求3所述的隧道空气污染物净化装置，其特征是，所述的初级加热室包括：初级保温层、加热单元和控温单元，其中：加热单元设置于初级保温层内部，加热单元的控制端与控温单元相连接，控温单元设置于初级保温层外。

7、根据权利要求1所述的隧道空气污染物净化装置，其特征是，所述的吸附模块包括：次级加热室和吸附室，其中：次级加热室的输入端与净化模块的输出端相连接，吸附室的输入端与次级加热室的输出端相连接，吸附室的输出端分别连接空气循环模块的排气口和三效催化模块的输入端。

8、根据权利要求7所述的隧道空气污染物净化装置，其特征是，所述的吸附室包括：吸收保温层、吸附室框架和吸附剂，其中：吸附剂置于吸附室框架内部，吸收保温层包覆于吸附室框架外。

9、根据权利要求8所述的隧道空气污染物净化装置，其特征是，所述的吸附剂为整体式蜂窝活性炭、整体式蜂窝活性炭纤维、整体式蜂窝分子筛或整体式蜂窝硅铝胶中的一种或多种。

10、根据权利要求1所述的隧道空气污染物净化装置，其特征是，所述的三效催化模块包括：催化保温层、三效催化剂、催化加热单元以及催化控温单元，其中：催化加热单元和三效催化剂设置于催化保温层内部，催化加热单元的控制端与催化控温单元相连接，催化控温单元设置于催化保温层外。