CN201862355U - 公路隧道废气净化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种公路隧道废气净化系统，其特征是在风机的出口端沿气体流动方向依次设置进气管、悬浮物过滤箱、陶瓷载体活性催化器、综合净化箱和排气管；悬浮物过滤箱为一个盛有洁净水的密闭的容器；综合净化箱为一个盛有含钙和镁离子的饱和溶液的密闭容器；陶瓷载体活性催化器是在多孔的陶瓷载体的表面具有活性成分涂层。本实用新型为一种应用于隧道通风、可以直接降低工程造价、降低通风运营费用的隧道废气净化系统。

Description

公路隧道废气净化系统

技术领域

本实用新型涉及一种废气净化系统，特别涉及一种用于公路隧道的废气净化系统。

背景技术

隧道通常是指用作地下供人们过往，车辆行驶，内部净空断面在2m²以上的条形工程建筑物。隧道内的污染物成分比较复杂，其主要是车辆的尾气和粉尘颗粒。这些有害气体和粉尘颗粒直接威胁着人类的健康。车辆的尾气不仅气味怪异，而且令人头昏、恶心，而粉尘颗粒不仅对人的身体造成伤害而且还可能会形成烟雾，严重威胁着行车的安全。科学分析表明，汽车尾气中含有上百种不同的化合物，其中的主要污染物有粉尘、烟雾等固体悬浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。据统计，一辆轿车一年排出的有害废气比自身重量大3倍。现在，我们来分析一下汽车尾气中主要有害物质的危害。

1、固体悬浮颗粒

固体悬浮颗粒的成分很复杂，并具有较强的吸附能力，可以吸附各种金属粉尘、强致癌物苯并芘和病原微生物等。固体悬浮颗粒随呼吸进入人体肺部，以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在呼吸道的不同部位，引起呼吸系统疾病。当悬浮颗粒积累到临界浓度时，便会激发形成恶性肿瘤。此外，悬浮颗粒物还能直接接触皮肤和眼睛，阻塞皮肤的毛囊和汗腺，引起皮肤炎和眼结膜炎，甚至造成角膜损伤。

2、一氧化碳(CO)

一氧化碳与血液中的血红蛋白结合的速度比氧气快250倍。一氧化碳经呼吸道进入血液循环，与血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白，从而削弱血液向各组织输送氧的功能，危害中枢神经系统，造成人的感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍，重者危害血液循环系统，导致生命危险。所以，即使是微量吸入一氧化碳，也可能给人造成可怕的缺氧性伤害。

3、氮氧化物NO_x

氮氧化物主要是指一氧化氮、二氧化氮，它们都是对人体有害的气体，特别是对呼吸系统有危害。在二氧化氮浓度为9.4毫克/立方米的空气中暴露10分钟，即可造成人的呼吸系统功能失调。

4、碳氢化合物HC

目前还不清楚它对人体健康的直接危害。但当氮氧化合物和碳氢化合物在太阳紫外线的作用下，会产生一种具有刺激性的浅蓝色烟雾，其中包含有臭氧、醛类、硝酸脂类等多种复杂化合物。这种光化学烟雾对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道黏膜，引起眼睛红肿和喉炎。1952年12月，伦敦发生光化学烟雾，4天中死亡人数较常年同期多4000人，45岁以上的死亡最多，约为平时的3倍；1岁以下的约为平时的2倍。

5、二恶英

二恶英是对人体健康有很大威胁的环境污染物，它有强烈的致癌性，而且能造成畸形，对人体的免疫功能和男女生殖功能造成损伤，是目前世界上已知的毒性最强的有毒化合物之

尾气在直接危害人体健康的同时，还会对人类生活的环境产生深远影响。尾气中的二氧化硫具有强烈的刺激气味，达到一定浓度时容易导致“酸雨”的发生，造成土壤和水源酸化，影响农作物和森林的生长。近100年来，气候变暖已成为人类的一大祸患。冰川融化、水位上涨、厄尔尼诺现象、拉尼娜现象等都对人类的生存带来了严峻的挑战。而二氧化碳则是地球变暖的罪魁祸首。

隧道通风目的是在隧道施工和运营阶段降低烟雾浓度和有害污染物浓度，保证隧道内人员的安全和舒适。在长大隧道的建设中，通风方案的优劣、通风运营效果的好坏将直接影响到隧道工程的造价、运营环境，救灾功能及运营效益。对于长大交通隧道，尽管火灾发生的频率很小，但其造成的影响及损害程度是巨大的。如果隧道内的通风效果不好，那么对于人体的危害也是显著的，甚至会引起急性中毒。故隧道内有一个良好的通风系统，是具有重要意义的。

目前，隧道运营通风的方式主要有自然通风、机械通风以及自然和机械联合的通风方式，这些也是目前在隧道通风设计中最常用的通风方式。就公路隧道来说，通风设施的费用一般为工程造价的20％～30％，长大隧道甚至可达到50％，所以通风方面的优化问题极具经济价值。今后隧道发展的越来越趋于长大化，所以从技术上来解决通风问题至关重要。现在国内外比较常用的技术基本上都是通过开挖风井和机械通风相结合的方式，将隧道内的污浊空气尽快排出洞外，保证隧道内的空气新鲜度。这是一种不错的方法，而且技术也比较成熟。但是，这仅仅只是物理稀释的方法，并非净化处理；而且现有的这些通风方式都有自己的不足之处，不是工程造价太高就是运营维护费用太高，而且对于长大隧道内发生汽车燃烧或爆炸事故，现有的隧道通风系统都很难做到将隧道内高浓度的烟雾在短时间内稀释到可接受的程度，一旦隧道内发生类似事故，其运营就完全瘫痪。

基于上述通风形式存在的问题和不足，国内外都开始着手研究将室内空气净化原理应用到隧道通风中。主要先通过静电除尘技术除去空气中的固体悬浮颗粒，再通过催化氧化和催化净化来除去其中的一氧化碳CO和氮氧化物NO_x，最后将反应得到的气体重新排放到隧道中，如谈建民的专利申请公开号200820154602.2等中都有记载。和前面所述的通风方式相比这种方法优点突出，直接除去了一氧化碳CO和氮氧化物NO_x等有害物质，有利于环境保护。但也存在不足，一是没有对催化反应后的气体主要为硫氧化合物、二氧化碳(温室气体)进行处理；二是静电除尘效率相对较低，而且除尘器清洗频繁，净化功效很难较好的发挥，尤其当隧道内发生火灾或爆炸等灾害，产生了大量的烟雾和粉尘时，静电除尘方法吸收烟雾效果甚微。

实用新型内容

本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，针对公路隧道内空气污染的特点，提出一种应用于隧道通风、可以直接降低工程造价、降低通风运营费用的隧道废气净化系统。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：

本实用新型公路隧道废气净化系统的结构特点是在风机的出口端沿气体流动方向依次设置进气管、悬浮物过滤箱、陶瓷载体活性催化器、综合净化箱和排气管；所述悬浮物过滤箱为一个盛有洁净水的密闭的容器；所述综合净化箱为一个盛有含钙和镁离子的饱和溶液的密闭容器；所述陶瓷载体活性催化器是在多孔的陶瓷载体的表面具有活性成分涂层。

本实用新型隧道废气净化系统的结构特点也在于：

在设置洁净水源和排水管，以所述洁净水源和排水管分别与悬浮物过滤箱及综合净化箱相连通。

设置所述洁净水源为一个开式储水槽。

设置通向悬浮物过滤箱中的通气管以及通向综合净化箱中的通气管分别伸至悬浮物过滤箱和综合净化箱的底部、末端向上弯并呈喇叭口状，喇叭口的端面为一孔板。

本实用新型利用风机将隧道内的有污浊气体吸进去再加压，使气体通过一个密闭悬浮物过滤箱，过滤掉空气中的烟雾、尘埃等固体悬浮颗粒；然后将得到的剩余气体通过陶瓷载体活性催化器，使这些气体在催化剂的作用下发生一系列的化学反应，除去其中的一氧化碳、氮氧化物NOx、CH₂烃类等有害气体；最后得到的气体主要为水蒸气、二氧化碳、硫氧化合物S_yO_x、氮气和氧气，这些气体再通过风机通入到含有钙、镁离子溶液的综合净化密闭箱中，除去其中的二氧化碳、水蒸气及硫氧化合物，最终将得到的洁净气体重新排到隧道内。

气体在通过活性催化器会发生一系列化学反应，主要如下：

2CO+O₂＝2CO₂

2xCO+2NO_x＝N₂+2xCO₂C H₂

2xCH₂+6NO_n＝3N₂+2xCO₂+2xH₂O

2NO_x+2xH₂＝N₂+2xH₂O

气体在通过综合净化箱会发生一系列化学反应，主要如下：

CO₂+Ca(OH)₂＝CaCO₃+H₂O

CO₂+Mg(OH)₂＝MgCO₃+H₂O

SO₂+Ca(OH)₂＝CaSO₃+H₂O

SO₂+Mg(OH)₂＝MgSO₃+H₂O

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

1、本实用新型直接吸收隧道内的污浊气体，在长大隧道中可以减少开挖通风井的数量，大大的降低了工程造价。

2、本实用新型并不将污气排出隧道外面，这样对保护环境也起到了很好的作用，同时也大大的降低了机械通风的风机功率，降低能耗，保证隧道在运营期间的费用尽量的低，可行性好。

3、本实用新型能够快速除去隧道内的污浊气体和烟雾，尤其在隧道内发生火灾或爆炸等灾害时，能快速除去空气中的烟雾及有害气体，较好地保证了隧道的运营能力，并能很好的确保其他行车的安全。

附图说明

图1为本实用新型在隧道中的平面布置示意图；

图2为本实用新型在隧道中的立面布置示意图；

图3为本实用新型装置结构示意图；

图4为图1中B-B视图；

图中标号：1风机、2通气管、3悬浮物过滤箱、4活性成分催化器、5综合净化箱、6排气管、7洁净水源、8排水管、9阀门、10废水收集装置、11污浊气体、12洁净水、13含钙和镁离子的饱和溶液、14洁净气体、15活性涂层、16净化装置、17新鲜空气、18汽车尾气。

具体实施方式

参见图1，不同的隧道，空气净化装置在隧道内的布置也是不尽相同的，在设计一个隧道的通风方案时，要充分考虑到新鲜空气17、汽车尾气18的流向，以及隧道内的污浊气体11的分布情况。

参见图1和图2，在综合分析隧道内各段的通风流量和流向，以及隧道内有害气体的分布和烟雾浓度的分布后，利用这些通风流向在隧道内的适当地方设置净化装置16，这样可以大大的减少风机的功率，同时也可以减少通风井的开挖数量。

如图3和图4所示，本实施例中的净化装置16是在风机1的出口端沿气体流动方向依次设置进气管2、悬浮物过滤箱3、陶瓷载体活性催化器4、综合净化箱5和排气管6；悬浮物过滤箱3为一个盛有洁净水12的密闭的容器；综合净化箱5为一个盛有含钙、镁离子配比为1∶1的饱和溶液13的密闭容器；陶瓷载体活性催化器4是在多孔的陶瓷载体的表面具有活性成分涂层15。

具体实施中，设置洁净水源7和排水管8，以洁净水源7和排水管8分别与悬浮物过滤箱3及综合净化箱5相连通；设置洁净水源7为一个开式储水槽，可以是自来水水源。

设置通向悬浮物过滤箱3中的通气管以及通向综合净化箱5中的通气管分别为伸至悬浮物过滤箱3和综合净化箱5的底部、末端向上弯并呈喇叭口状，喇叭口的端面为一孔板。

可根据实际情况在催化器4和净化箱5之间增加设置风机进行加压。

按已有技术，陶瓷载体催化器4的活性涂层15可以为贵重金属元素钯、铑和铂中的一种或几种的涂层；或为稀土元素铈、镧、镨和铷中的一种或几种的涂层；或为金属元素铜、铁、锰和钻中的一种或几种的涂层。本实施例中，陶瓷载体催化器4上的活性涂层15是由钯、铑或铂等贵金属催化材料按重量百分比为0.1～0.15％加入γ-Al₂O₃制成，其厚度为10μm～15μm，设置陶瓷载体催化器为400℃-800℃的高温环境，使气体发生反应。

利用风机1将隧道内的污浊空气11吸进去并加压，通过进气管2将污浊气体通入悬浮物过滤箱3中，过滤掉其中的烟雾、灰尘等固体悬浮颗粒，再将得到的剩余气体通过高温多孔陶瓷载体活性催化器4，使这些气体在活性催化剂的作用下发生一系列化学反应，除去其中的一氧化碳、氮氧化物、烃类等有害气体；最后得到的气体主要为为氧气、水蒸气、二氧化碳、硫氧化合物和氮气，这些气体再通入含钙和镁离子饱和溶液的综合净化箱5中，除去其中的水蒸气、二氧化碳和硫氧化合物，最终得到的洁净气体14通过排气管7重新排放到隧道内，这样就完成了隧道内污浊气体的一次净化。

本实用新型隧道废气净化装置能迅速有效地吸收隧道内的污浊气体，而不用将污气排出隧道外，即有利于环境保护同时也大大的降低机械通风的风机功率，降低能耗，从而大大节约隧道通风运营费用；此外，在长大隧道中可以减少开挖通风井的数量，大大的降低了工程造价。

Claims (4)

1.一种公路隧道废气净化系统，其特征是在风机(1)的出口端沿气体流动方向依次设置进气管(2)、悬浮物过滤箱(3)、陶瓷载体活性催化器(4)、综合净化箱(5)和排气管(6)；所述悬浮物过滤箱(3)为一个盛有洁净水(12)的密闭的容器；所述综合净化箱(5)为一个盛有含钙和镁离子的饱和溶液(13)的密闭容器；所述陶瓷载体活性催化器(4)是在多孔的陶瓷载体的表面具有活性成分涂层。

2.根据权利要求1所述的隧道废气净化系统，其特征在于设置洁净水源(7)和排水管(8)，以所述洁净水源(7)和排水管(8)分别与悬浮物过滤箱(3)及综合净化箱(5)相连通。

3.根据权利要求2所述的隧道废气净化系统，其特征在于设置所述洁净水源(7)为一个开式储水槽。

4.根据权利要求1所述的隧道废气净化系统，其特征在于设置通向悬浮物过滤箱(3)中的通气管以及通向综合净化箱(5)中的通气管分别伸至悬浮物过滤箱(3)和综合净化箱(5)的底部、末端向上弯并呈喇叭口状，喇叭口的端面为一孔板。

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