CN102080558A - 一种道路隧道无排风井净化排风的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路隧道净化排风方法。该方法包括将污染空气经引风道进入与引风道相连接的隧道污染空气净化装置进行净化处理，然后再经过与隧道污染空气净化装置连接的排风机、与排风机联通的排风道，和与排风道联通的具有污染空气排出功能的隧道洞口排出道路隧道。本发明克服了设置排风井、排风塔方案和洞口直接排放污染空气方案的缺点，彻底解决了道路隧道排风井排风塔选址困难、对景观的不利影响，极大程度减少了隧道对大气环境的污染问题。

Description

一种道路隧道无排风井净化排风的方法

技术领域

本发明涉及隧道空气排放方法，尤其涉及一种道路隧道内的污染空气净化排放的方法。

背景技术

随着经济发展，城市交通矛盾日益突出，城际间的交通需求日益上升，道路隧道成为解决交通矛盾的一个有利手段，成为交通设施的重要组成部分。但由于隧道均为全封闭结构，隧道内空气中含有粉尘颗粒物(PM)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NO_X)等主要污染物。隧道空气中的颗粒物PM会引发血淋巴细胞的染色体畸变；CO因其与人体血红蛋白结合，直接减低血液带氧量，使人出现头痛、昏睡、失去平衡的感觉，浓度过高时会导致死亡；HC会致畸、致癌、致突变，并引发光化学烟雾；NO_X会损害视觉、呼吸系统，引起窒息，也会导致酸雨，引发光化学烟雾。所以，如不及时排放隧道内污染空气，将严重影响隧道内驾乘人员的行车安全和身体健康。

截止目前，已通车的道路隧道，污染物一般仅通过设置的通风换气系统稀释，这虽然可较有效地处理隧道内部污染问题，但污染空气一般未经净化处理，仍被直接排放至大气环境中造成二次污染。一般对于长500m以下的隧道，根据JTJ026.1《公路隧道通风照明设计规范》和DG/TJ08-2033《道路隧道设计规范》等有关规范的规定，在正常、阻塞工况下，允许自然通风，污染空气可以从出洞口直接排出。对于500m以上的隧道，当其出口的周边开阔、隧道口离环境敏感点(居住区、学校、医院、办公区等)较远时，污染空气可采用全部从洞口直接排放的方式。在环境不允许隧道洞口直接排放所有污染物的条件下，可通过设置集中收集隧道内污染空气的排风机，根据洞口的外环境要求，先确定洞口排放的污染物量占隧道总的污染物产生量的比例，将其余大部分的废气集中通过排风井，由风塔高空排放到大气中稀释污染物，同时也减少了洞口的废气排放量，使风塔和隧道口周围一定距离外的敏感点达到相关排放标准的要求。

在隧道口和风井、风塔周围有大量环境敏感点时，采用风塔高空排放也无法解决隧道外环境影响问题时，国外尤其是日本，出现了采用去除隧道污染空气中颗粒物PM的静电除尘装置ESP、去除仅占NO_X 5％的NO₂脱硝净化装置。日本专利申请JP4346852和JP5015810分别公开了两种隧道静电除尘器，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。上述装置安装于隧道集中排风系统中，污染空气经部分污染物(PM、NO₂)净化，其它NO、HC、SO₂有害物未经处理，仍然需要通过排风井、风塔高空排放。

由于我国目前机动车尾气排放标准低于同期国外标准，使得隧道内颗粒污染物、CO、NO_X和HC在隧道内空气中的浓度较高，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，以满足隧道空气污染物排放的需求，是极其必要的。

CN101380539A公开了一种隧道空气污染物净化装置，该装置集静电除尘、CO常温催化氧化、HC和NO_X吸附/催化净化为一体，具体包括：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。该套装置与主隧道、风道、风井、风塔之间衔接，较好地满足了隧道空气污染物治理的要求，但并没有解决道路隧道需要设置排风井、排风塔排除隧道内污染空气的问题。

CN101530828A公开了一种用于道路隧道空气污染物净化的方法，该方法可同时消除道路隧道空气中的粉尘、CO、NO_X和HC，由集静电除尘、CO常温催化氧化、NO_X和HC吸附/催化净化单元所组成。该隧道空气污染物净化技术在隧道空气污染物排放前可同时削减颗粒物、CO、HC和NO_X，以满足提高隧道内部和隧道出口周边地区空气质量的要求。该技术未能解决隧道内污染空气的排放问题。其全文引入本文作为参考。

综上所述，现有道路隧道在环境不允许道路隧道口直接排放污染空气的条件下，仍需要设置排风井、排风塔来排除隧道内的污染空气，对大气环境、景观带来不利影响。因此，急需开发一种道路隧道无排风井、排风塔净化排风方法，可以克服现有隧道设置排风井、排风塔方案和洞口直接排放污染空气工艺方案的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种道路隧道无排风井、排风塔净化排风的方法。

为了实现这一目的，本发明的道路隧道净化排风方法，包括：隧道内的污染空气经引风道进入与引风道相连接的隧道污染空气净化装置进行净化处理，然后再经过与隧道污染空气净化装置连接的排风机、与排风机联通的排风道，和与排风道联通的具有污染空气排出功能的隧道洞口排出道路隧道。

具体地，本发明的道路隧道净化排风方法，包括：在满足下述公式时，将道路隧道污染空气经引风道2引入与引风道2相连接的隧道污染空气净化装置3进行净化处理；再经与隧道污染空气净化装置3连接的排风机4、与排风机4联通的排风道5和与排风道5联通的隧道洞口6排出道路隧道1；

2+C_li-r(1+η_i)≤C_i

其中，

i为污染空气中污染物种类的序号，i＝1、2、3、……m；如i＝1代表第1种污染物CO，i＝2代表第2种污染物烟雾，i＝3代表第3种污染物NO_X，i＝4代表第4种污染物HC，i＝5代表第5种污染物PM，……i＝m代表第m种污染物；

r为抽风比，为无量纲数，是通过所述隧道污染空气净化装置3的隧道风量与隧道通风量的比值；

η为污染空气中污染物净化效率，为无量纲数，为污染空气通过所述隧道污染空气净化装置3，净化前后污染物浓度差与净化前污染物浓度的比值；

C为隧道洞口允许排放比，为无量纲数，为具有污染空气排出功能的隧道洞口6的污染物排放量与道路隧道内污染物产生量的比值；

C_l为出口段排放比，为无量纲数，为引风道2与道路隧道1相连接处到隧道洞口6的出口段污染物排放量与道路隧道内污染物产生量的比值。

在本发明的道路隧道净化排风方法中，引风道2与道路隧道1相连接处到隧道洞口6的出口段污染物排出量与排风道5排出的染物量的和应小于等于隧道洞口允许的排放量，根据质量守恒定律得到：

[(1-r)+C_li]+(1-rη_i)≤C_i，即2+C_li-r(1+η_i)≤C_i。

在本发明的道路隧道净化排风方法的具体实施中，所述的道路隧道包括地下道路、各种全封闭或部分封闭汽车行驶道路。

优选地，在本发明的道路隧道净化排风方法中，引风道2与道路隧道1的连接处靠近隧道洞口6，优选在距离隧道洞口6≥50m的位置，更优选距离隧道洞口6在50m～200m的范围内。本领域技术人员可以根据设计需要容易地确定引风道与道路隧道的连接处的位置。

在本发明的道路隧道净化排风方法中，隧道洞口6可以是汽车单向行驶道路隧道的出洞口，也可以是采用半横向送风系统的汽车双向行驶道路隧道的洞口。

在本发明的道路隧道净化排风方法中，排风道5与隧道洞口6连接可以最大限度的减少连接处如果设于隧道内部引起的排出气流向机械引风道5的回流，有利于未被净化的剩余污染物的排出。

在本发明的道路隧道净化排风方法的具体实施时，优选引风道2、隧道污染空气净化装置3、排风机4和排风道5可以位于道路隧道1的侧面或顶部。更优选，引风道2、隧道污染空气净化装置3、排风机4和排风道5与隧道的火灾烟气流经的空间7分别独立设置。烟气流经的空间7可以是隧道本体也可以是独立设置的机械排烟风道。

在本发明的道路隧道净化排风方法的一个优选实施方式中，隧道污染空气净化装置3由高压静电除尘单元、高效除NO_X、HC、SO₂单元和高效常温除CO单元及附属设备组成。优选地，NO_X、HC、SO₂可采用吸附/中和纳米材料净化，CO可采用高效常温催化氧化纳米材料净化。本发明的隧道污染空气净化方法，优选使用CN101530828A中的方法得到的装置净化处理隧道污染空气。随着隧道空气净化技术的发展，在本发明的方法的具体实施过程中，并不排除应用其它净化效率更高的污染空气净化技术装置。

优选地，所述隧道污染空气净化装置的各个处理单元如下：

1)高压静电除尘单元

采用管极式双区静电场结构高压静电除尘单元，隧道污染空气经过滤网、荷电区、集尘区、吸附网后，大量颗粒物PM得到去除。

2)高效除NO_X、HC、SO₂单元

吸附剂材料负载于整体式蜂窝载体上，用于NO_X、HC、SO₂室温吸附，HC、NO和SO2扩散至吸附剂，被吸附在吸附剂的孔道内；碱液浸润/负载于整体式蜂窝载体，用于NO_X中和净化。隧道污染空气经过蜂窝载体，所吸附的NO_X、HC等，大部分经化学反应、气相催化，生成无毒无害产物。

3)高效常温除CO单元

采用蜂窝状负载型纳米金或钯等催化剂，即过渡金属氧化物改性的负载型Pd/C和Pd/Al₂O₃催化剂，催化剂粉体高效涂敷在整体式蜂窝载体上，能在低浓度、常温湿度和较高风速条件下工作。隧道污染空气经过整体式蜂窝载体，将CO在常温下直接催化氧化成CO₂，降低空气中CO含量。

本发明的道路隧道净化排风方法是将道路隧道污染空气由排风机4集中高效收集引入引风道2内，经隧道污染空气净化装置3净化处理后，除去大量有害物质(PM、NO_X、CO、HC、SO₂)后，通过隧道洞口6排放到大气。

本发明的道路隧道净化排风方法的另一个优选实施方式，包括将道路隧道污染空气经与道路隧道连接的机械引风道引入与机械引风道连接的隧道污染空气净化装置进行净化处理；再将经净化处理后的隧道污染空气，经过与隧道污染空气净化装置连接的排风机、与排风机连接的机械排风道、和与机械排风道相连接的具有污染空气排出功能的隧道洞口排出道路隧道。

本发明的道路隧道净化排风方法的有益效果如下：

1、使用本发明的方法，将道路隧道内污染空气集中收集净化治理后，直接排到隧道洞口的敞开段排出隧道，不需要设置专门的排风井、排风塔排放隧道污染空气。

2、本发明克服了设置排风井、排风塔方案和洞口直接排放污染空气工艺方案的缺点，彻底解决了道路隧道排风井排风塔选址困难、对景观的不利影响，极大程度减少了隧道对大气环境的污染问题。

附图说明

图1本发明的道路隧道净化排风方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的道路隧道净化排风方法做详细说明。

实施例1

在满足下述公式时，将道路隧道污染空气经与道路隧道1相连接的引风道2引入与引风道2相接的隧道污染空气净化装置3进行净化处理，然后，再经与隧道污染空气净化装置3连接的排风机4，与排风机4联通的排风道5，与排风道5相连接的具有污染空气排出功能的隧道洞口6排到大气中：

2+C_li-r(1+η_i)≤C_i

其中，道路隧道的净化装置3的的净化效率η分别为颗粒物PM为90％、NO_X为80％、CO为85％、总HC为62％、SO₂为95％。各污染物i的洞口允许排放比Ci均为0.5，抽风比r为0.95，出口段排放比C_l为0.03。

先判断是否可以采用本发明的道路隧道净化排风方法，计算的结果如表1：

表1

i	污染物种类	净化效率ηi	2+Cli-r(1+ηi)
				1	CO	0.85	0.273

2	NOX	0.80	0.320
				3	总HC	0.62	0.491
4	PM	0.90	0.225
				5	SO2	0.95	0.178

结果表明，各2+C_li-r(1+η_i)计算值均小于Ci，该道路隧道可以采用本发明的道路隧道无排风井、排风塔净化排风的方法。

隧道洞口6是指单向行驶道路隧道的出洞口，经净化处理后的污染空气的气流的排出方向与隧道洞口的气流方向一致。

隧道污染空气净化装置3采用CN101530828A中的方法得到的装置。具体地，该装置由高压静电除尘单元、氮氧化物NO_X和总碳氢THC吸附/中和净化单元和CO常温催化净化单元及附属设备组成。隧道污染空气净化装置3的各个处理单元如下：

1)高压静电除尘单元

采用管极式双区静电场结构高压静电除尘单元，隧道污染空气经过滤网、荷电区、集尘区、吸附网后，大量颗粒物PM得到去除。

2)氮氧化物NO_X和总碳氢THC吸附/中和净化单元

吸附剂材料负载于整体式蜂窝载体上，用于NO/THC室温吸附，HC和NO扩散至吸附剂，被吸附在孔道内；碱液浸润/负载于整体式蜂窝载体，用于NO_X中和净化。隧道污染空气经过蜂窝载体，所吸附的NO_X和THC，大部分经化学反应、气相催化，生成无毒无害产物。

3)CO常温催化净化单元

采用蜂窝状负载型纳米金或钯等催化剂，即过渡金属氧化物改性的负载型Pd/C和Pd/Al₂O₃催化剂，催化剂粉体高效涂敷在整体式蜂窝载体上，能在低浓度、常温湿度和较高风速条件下工作。隧道污染空气经过整体式蜂窝载体，将CO在常温下直接催化氧化成CO₂，降低空气中CO含量。

引风道2、隧道污染空气净化装置3、排风机4和排风道5位于道路隧道1的顶部，与隧道的火灾烟气流经的空间7分别独立设置。烟气流经的空间是隧道本体。

由于本实施例中使用的隧道污染空气净化装置3的各净化单元已在隧道中得到了一定规模的示范应用，实测数据(源于国家科技支撑计划《道路隧道空气治理关键技术研究及示范工程应用》项目)表明，颗粒物PM的净化效率＞90％、NO_X＞80％、CO＞85％、总HC＞62％、SO2＞95％。

因此，使用本发明的道路隧道净化排风方法，可去除隧道污染空气中至少50％的污染物，剩余的污染物可以通过排到隧道洞口6直接排放到大气中，而不需要设置排风井、排风塔排放。

应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由本发明的权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种道路隧道净化排风方法，其特征在于：

在满足下述公式时，将道路隧道污染空气经连接到道路隧道[1]的引风道[2]引入与所述引风道[2]相连接的隧道污染空气净化装置[3]进行净化处理；再经与所述隧道污染空气净化装置[3]连接的排风机[4]、与所述排风机[4]联通的排风道[5]和与所述排风道[5]联通的隧道洞口[6]排出所述道路隧道[1]；

2+C_li-r(1+η_i)≤C_i

其中，

i为污染空气中污染物种类的序号，i＝1、2、3、……m；

r为抽风比，为无量纲数，是通过所述隧道污染空气净化装置[3]的隧道风量与隧道通风量的比值；

η为污染空气中污染物净化效率，为无量纲数，为污染空气通过所述隧道污染空气净化装置[3]，净化前后污染物浓度差与净化前污染物浓度的比值；

C为隧道洞口允许排放比，为无量纲数，为具有污染空气排出功能的所述隧道洞口[6]的污染物排放量与所述道路隧道内污染物产生量的比值；

C_l为出口段排放比，为无量纲数，为所述引风道[2]与所述道路隧道[1]相连接处到隧道洞口[6]的出口段污染物排放量与所述道路隧道内污染物产生量的比值。

2.根据权利要求1所述的道路隧道净化排风方法，其特征在于：所述引风道[2]与所述道路隧道[1]的连接处在距离所述隧道洞口[6]≥50m的位置。

3.根据权利要求2所述的道路隧道净化排风方法，其特征在于：所述引风道[2]与所述道路隧道[1]的连接处距离所述隧道洞口[6]50m～200m。

4.根据权利要求1所述的道路隧道净化排风方法，其特征在于：所述隧道洞口[6]是单向行驶道路隧道的出洞口，或是采用半横向送风系统的双向行驶道路隧道的洞口。

5.根据权利要求1所述的道路隧道净化排风方法，其特征在于：所述引风道[2]、所述隧道污染空气净化装置[3]、所述排风机[4]和所述排风道[5]位于所述道路隧道[1]的侧面或顶部。

6.根据权利要求5所述的道路隧道净化排风方法，其特征在于：所述引风道[2]、所述隧道污染空气净化装置[3]、所述排风机[4]和所述排风道[5]与所述道路隧道[1]的火灾烟气流经的空间[7]分别独立设置。

7.根据权利要求6所述的道路隧道净化排风方法，其特征在于：

所述烟气流经的空间[7]是隧道本体，或是独立设置的机械排烟风道。

8.根据权利要求1所述的道路隧道净化排风方法，其特征在于：

所述隧道污染空气净化装置[3]由高压静电除尘单元、高效除NO_X、HC、SO₂单元和高效常温除CO单元及附属设备组成。