交通科技创新大赛-环保型公路隧道废气净化系统.doc

环保型公路隧道空气净化系统 设计者：高瑞，姜明明，马波，高峰 指导教师：董满生，逄焕平 （合肥工业大学 交通运输工程学院 安徽 合肥 230009） 作品内容简介 环保型公路隧道空气净化系统，其特征是一种新型的隧道通风技术方案，是基于隧道内的污浊气体在催化剂的作用下部分发生化学反应以及其他部分气体具有可溶性而设计的。其净化原理是，利用风机将隧道内的污浊气体吸进去并加压使气体有较大的压强，先将这些气体通过一个悬浮物过滤装置，过滤掉其中的固体悬浮颗粒；然后将得到的剩余气体通入带活性成分的催化器，使这些气体在催化剂作用下发生化学反应，最后将得到的气体再通入综合净化装置中，除去其中的可溶性气体，最终得到的洁净气体重新排到隧道内。 本系统是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，不仅大大的降低了工程造价和机械通风的风机功率和隧道在运营期间通风系统的运营费用，同时对于隧道周边环境的危害也降到了最低程度。这种低成本、低能耗、高效率的新型隧道内空气净化系统具有很大的现实意义和推广前景。 关键字：隧道；空气净化；环保；通风； 研究背景 公路隧道是公路建设中的控制工程，确保隧道的安全、可靠运营，对整条高速公路的交通顺畅有着非常重要的作用。隧道在公路上是一个相对封闭的特殊路段，汽车在行驶时会产生各种废气，含有多种有害成分，如一氧化碳、烟、氮氧化物、铅、二氧化硫、磷化物等，是气态和浮游固态颗粒的混合物。汽车还能携带尘土和卷起尘埃。这些物质在隧道相对封闭的空气中难以流通，从而造成了隧道内的空气污染。由于隧道是个闭塞空间，一般只有进出口与大气相通，污染物不能很快扩散，所以隧道内污染空气的浓度会逐渐累积。当浓度很小时，通常影响不大。但是，剧毒性的一氧化碳浓度增加时，会使人体产生不同程度的中毒症状，甚至危及生命。另一方面由于汽车排放的烟雾和车辆行驶所扬起的粉尘可以影响可见度，含烟（尘）量达到一定程度后，即可使能见度下降到妨碍行车安全的程度。总之，隧道内的空气污染，即会造成对人体的危害，又会影响行车安全。 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，现有的这些通风方式不是工程造价太高就是运营维护费用太高，而且如果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，严重影响交通枢纽的安全。 基于上述通风形式存在的问题和不足，环保型公路隧道空气净化系统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，提出了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空气净化装置。 2.设计原理 2.1 设计思路 现有的隧道空气净化系统都只是物理稀释，并没有达到净化的最终目的。基于这种问题和不足，提出环保型公路隧道空气净化系统，过滤掉废气中的固体悬浮颗粒，经过化学催化反应除去污浊气体，最终将新鲜的空气重新排到隧道内。 2.2 设计结构 环保型公路隧道空气净化系统主要是主要包含风机、过滤系统和综合净化箱三大部分。该系统的结构组成如下图所示。 图1 系统结构组成说明：1风机、2进气管、3悬浮物过滤箱、4陶瓷载体催化器、5综合净化水箱、6排气管、7进水槽、8排水管、9水阀、10废水收集装置、11污浊气体、12洁净水、13含钙、镁离子的溶液、14洁净气体。 图2 为图1 中A的正视图 图3 位图1中B-B的视图 图3装置是高温多孔带有催化剂的陶瓷载体催化器。催化器内部是涂有微细分散400 ℃到 2.3各个部分功能介绍 风机：将隧道内部气体收集并加压，将含有污浊气体通过通风管和喇叭状气体发散器送入悬浮过滤箱。 发散装置：底部为带孔的圆形薄片，表面布满小气孔，伸至密闭容器底部，气体通过洁净水，除掉其中的固体悬浮颗粒。其中，气孔越小，有利于洁净水对气体中固体悬浮颗粒的吸收，效果越明显。 陶瓷载体催化器：剩余气体通过高温多孔的陶瓷载体催化器后，除去其中有害气体，最后得到的气体为水蒸气、二氧化碳、硫氧化合物、氮气。其中催化器为一个高温多孔、其上涂微细分散 综合净化箱：气体通过含有钙、镁离子的综合净化箱中，除去其中的二氧化碳，水蒸气和硫氧化合物，最终得到的洁净气体，