專利名稱：公路隧道廢氣凈化系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種廢氣凈化系統，特別涉及一種用于公路隧道的廢氣凈化系統。
背景技術：
隧道通常是指用作地下供人們過往，車輛行駛，內部凈空斷面在2m2以上的條形工 程建筑物。隧道內的污染物成分比較復雜，其主要是車輛的尾氣和粉塵顆粒。這些有害氣 體和粉塵顆粒直接威脅著人類的健康。車輛的尾氣不僅氣味怪異，而且令人頭昏、惡心，而 粉塵顆粒不僅對人的身體造成傷害而且還可能會形成煙霧，嚴重威脅著行車的安全。科學 分析表明，汽車尾氣中含有上百種不同的化合物，其中的主要污染物有粉塵、煙霧等固體懸 浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、鉛及硫氧化合物等。據統計，一輛轎 車一年排出的有害廢氣比自身重量大3倍。現在，我們來分析一下汽車尾氣中主要有害物 質的危害。1、固體懸浮顆粒固體懸浮顆粒的成分很復雜，并具有較強的吸附能力，可以吸附各種金屬粉塵、強 致癌物苯并芘和病原微生物等。固體懸浮顆粒隨呼吸進入人體肺部，以碰撞、擴散、沉積等 方式滯留在呼吸道的不同部位，引起呼吸系統疾病。當懸浮顆粒積累到臨界濃度時，便會激 發形成惡性腫瘤。此外，懸浮顆粒物還能直接接觸皮膚和眼睛，阻塞皮膚的毛囊和汗腺，引 起皮膚炎和眼結膜炎，甚至造成角膜損傷。2、一氧化碳(CO)一氧化碳與血液中的血紅蛋白結合的速度比氧氣快250倍。一氧化碳經呼吸道進 入血液循環，與血紅蛋白親合后生成碳氧血紅蛋白，從而削弱血液向各組織輸送氧的功能， 危害中樞神經系統，造成人的感覺、反應、理解、記憶力等機能障礙，重者危害血液循環系 統，導致生命危險。所以，即使是微量吸入一氧化碳，也可能給人造成可怕的缺氧性傷害。3、氮氧化物NOx氮氧化物主要是指一氧化氮、二氧化氮，它們都是對人體有害的氣體，特別是對呼 吸系統有危害。在二氧化氮濃度為9. 4毫克/立方米的空氣中暴露10分鐘，即可造成人的 呼吸系統功能失調。4、碳氫化合物HC目前還不清楚它對人體健康的直接危害。但當氮氧化合物和碳氫化合物在太陽紫 外線的作用下，會產生一種具有刺激性的淺藍色煙霧，其中包含有臭氧、醛類、硝酸脂類等 多種復雜化合物。這種光化學煙霧對人體最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道黏膜，引起 眼睛紅腫和喉炎。1952年12月，倫敦發生光化學煙霧，4天中死亡人數較常年同期多4000 人，45歲以上的死亡最多，約為平時的3倍；1歲以下的約為平時的2倍。5、二惡英二惡英是對人體健康有很大威脅的環境污染物，它有強烈的致癌性，而且能造成 畸形，對人體的免疫功能和男女生殖功能造成損傷，是目前世界上已知的毒性最強的有毒
3化合物之尾氣在直接危害人體健康的同時，還會對人類生活的環境產生深遠影響。尾氣中 的二氧化硫具有強烈的刺激氣味，達到一定濃度時容易導致“酸雨”的發生，造成土壤和水 源酸化，影響農作物和森林的生長。近100年來，氣候變暖已成為人類的一大禍患。冰川融 化、水位上漲、厄爾尼諾現象、拉尼娜現象等都對人類的生存帶來了嚴峻的挑戰。而二氧化 碳則是地球變暖的罪魁禍首。隧道通風目的是在隧道施工和運營階段降低煙霧濃度和有害污染物濃度，保證隧 道內人員的安全和舒適。在長大隧道的建設中，通風方案的優劣、通風運營效果的好壞將直 接影響到隧道工程的造價、運營環境，救災功能及運營效益。對于長大交通隧道，盡管火災 發生的頻率很小，但其造成的影響及損害程度是巨大的。如果隧道內的通風效果不好，那么 對于人體的危害也是顯著的，甚至會引起急性中毒。故隧道內有一個良好的通風系統，是具 有重要意義的。目前，隧道運營通風的方式主要有自然通風、機械通風以及自然和機械聯合的通 風方式，這些也是目前在隧道通風設計中最常用的通風方式。就公路隧道來說，通風設施的 費用一股為工程造價的20% 30%，長大隧道甚至可達到50%，所以通風方面的優化問題 極具經濟價值。今后隧道發展的越來越趨于長大化，所以從技術上來解決通風問題至關重 要。現在國內外比較常用的技術基本上都是通過開挖風井和機械通風相結合的方式，將隧 道內的污濁空氣盡快排出洞外，保證隧道內的空氣新鮮度。這是一種不錯的方法，而且技術 也比較成熟。但是，這僅僅只是物理稀釋的方法，并非凈化處理；而且現有的這些通風方式 都有自己的不足之處，不是工程造價太高就是運營維護費用太高，而且對于長大隧道內發 生汽車燃燒或爆炸事故，現有的隧道通風系統都很難做到將隧道內高濃度的煙霧在短時間 內稀釋到可接受的程度，一旦隧道內發生類似事故，其運營就完全癱瘓。基于上述通風形式存在的問題和不足，國內外都開始著手研究將室內空氣凈化原 理應用到隧道通風中。主要先通過靜電除塵技術除去空氣中的固體懸浮顆粒，再通過催化 氧化和催化凈化來除去其中的一氧化碳CO和氮氧化物NOx，最后將反應得到的氣體重新排 放到隧道中，如談建民的專利申請公開號200820154602. 2等中都有記載。和前面所述的通 風方式相比這種方法優點突出，直接除去了一氧化碳CO和氮氧化物NOx等有害物質，有利 于環境保護。但也存在不足，一是沒有對催化反應后的氣體主要為硫氧化合物、二氧化碳 (溫室氣體)進行處理；二是靜電除塵效率相對較低，而且除塵器清洗頻繁，凈化功效很難 較好的發揮，尤其當隧道內發生火災或爆炸等災害，產生了大量的煙霧和粉塵時，靜電除塵 方法吸收煙霧效果甚微。
發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，針對公路隧道內空氣污染的特 點，提出一種應用于隧道通風、可以直接降低工程造價、降低通風運營費用的隧道廢氣凈化 系統。本發明解決技術問題采用如下技術方案本發明公路隧道廢氣凈化系統的結構特點是在風機的出口端沿氣體流動方向依 次設置進氣管、懸浮物過濾箱、陶瓷載體活性催化器、綜合凈化箱和排氣管；所述懸浮物過濾箱為一個盛有潔凈水的密閉的容器；所述綜合凈化箱為一個盛有含鈣和鎂離子的飽和溶 液的密閉容器；所述陶瓷載體活性催化器是在多孔的陶瓷載體的表面具有活性成分涂層。本發明隧道廢氣凈化系統的結構特點也在于在設置潔凈水源和排水管，以所述潔凈水源和排水管分別與懸浮物過濾箱及綜合 凈化箱相連通。設置所述潔凈水源為一個開式儲水槽。設置通向懸浮物過濾箱中的通氣管以及通向綜合凈化箱中的通氣管分別伸至懸 浮物過濾箱和綜合凈化箱的底部、末端向上彎并呈喇叭口狀，喇叭口的端面為一孔板。本發明利用風機將隧道內的有污濁氣體吸進去再加壓，使氣體通過一個密閉懸浮 物過濾箱，過濾掉空氣中的煙霧、塵埃等固體懸浮顆粒；然后將得到的剩余氣體通過陶瓷載 體活性催化器，使這些氣體在催化劑的作用下發生一系列的化學反應，除去其中的一氧化 碳、氮氧化物N0x、CH2烴類等有害氣體；最后得到的氣體主要為水蒸氣、二氧化碳、硫氧化合 物SyOx、氮氣和氧氣，這些氣體再通過風機通入到含有鈣、鎂離子溶液的綜合凈化密閉箱中， 除去其中的二氧化碳、水蒸氣及硫氧化合物，最終將得到的潔凈氣體重新排到隧道內。氣體在通過活性催化器會發生一系列化學反應，主要如下2C0+02 = 2C02 2xC0+2N0x = N2+2xC02CH2 2xCH2+6N0n = 3N2+2xC02+2xH20 2N0x+2xH2 = N2+2XH20氣體在通過綜合凈化箱會發生一系列化學反應，主要如下C02+Ca (OH)2 = CaC03+H20C02+Mg (OH) 2 = MgC03+H20S02+Ca (OH) 2 = CaS03+H20S02+Mg (OH) 2 = MgS03+H20與已有技術相比，本發明有益效果體現在1、本發明直接吸收隧道內的污濁氣體，在長大隧道中可以減少開挖通風井的數 量，大大的降低了工程造價。2、本發明并不將污氣排出隧道外面，這樣對保護環境也起到了很好的作用，同時 也大大的降低了機械通風的風機功率，降低能耗，保證隧道在運營期間的費用盡量的低，可 行性好。3、本發明能夠快速除去隧道內的污濁氣體和煙霧，尤其在隧道內發生火災或爆炸 等災害時，能快速除去空氣中的煙霧及有害氣體，較好地保證了隧道的運營能力，并能很好 的確保其他行車的安全。
圖1為本發明在隧道中的平面布置示意圖；圖2為本發明在隧道中的立面布置示意圖；圖3為本發明裝置結構示意圖；圖4為圖1中B-B視圖中標號1風機、2通氣管、3懸浮物過濾箱、4活性成分催化器、5綜合凈化箱、6 排氣管、7潔凈水源、8排水管、9閥門、10廢水收集裝置、11污濁氣體、12潔凈水、13含鈣和 鎂離子的飽和溶液、14潔凈氣體、15活性涂層、16凈化裝置、17新鮮空氣、18汽車尾氣。
具體實施例方式參見圖1，不同的隧道，空氣凈化裝置在隧道內的布置也是不盡相同的，在設計一 個隧道的通風方案時，要充分考慮到新鮮空氣17、汽車尾氣18的流向，以及隧道內的污濁 氣體11的分布情況。參見圖1和圖2，在綜合分析隧道內各段的通風流量和流向，以及隧道內有害氣體 的分布和煙霧濃度的分布后，利用這些通風流向在隧道內的適當地方設置凈化裝置16，這 樣可以大大的減少風機的功率，同時也可以減少通風井的開挖數量。如圖3和圖4所示，本實施例中的凈化裝置16是在風機1的出口端沿氣體流動方 向依次設置進氣管2、懸浮物過濾箱3、陶瓷載體活性催化器4、綜合凈化箱5和排氣管6 ；懸 浮物過濾箱3為一個盛有潔凈水12的密閉的容器；綜合凈化箱5為一個盛有含鈣、鎂離子 配比為1 1的飽和溶液13的密閉容器；陶瓷載體活性催化器4是在多孔的陶瓷載體的表 面具有活性成分涂層15。具體實施中，設置潔凈水源7和排水管8，以潔凈水源7和排水管8分別與懸浮物 過濾箱3及綜合凈化箱5相連通；設置潔凈水源7為一個開式儲水槽，可以是自來水水源。設置通向懸浮物過濾箱3中的通氣管以及通向綜合凈化箱5中的通氣管分別為伸 至懸浮物過濾箱3和綜合凈化箱5的底部、末端向上彎并呈喇叭口狀，喇叭口的端面為一孔 板。可根據實際情況在催化器4和凈化箱5之間增加設置風機進行加壓。按已有技術，陶瓷載體催化器4的活性涂層15可以為貴重金屬元素鈀、銠和鉬中 的一種或幾種的涂層；或為稀土元素鈰、鑭、鐠和銣中的一種或幾種的涂層；或為金屬元素 銅、鐵、錳和鉆中的一種或幾種的涂層。本實施例中，陶瓷載體催化器4上的活性涂層15是 由鈀、銠或鉬等貴金屬催化材料按重量百分比為0. 1 0. 15%加入Y-Al2O3制成，其厚度 為ΙΟμπι 15μπι，設置陶瓷載體催化器為400°C _800°C的高溫環境，使氣體發生反應。利用風機1將隧道內的污濁空氣11吸進去并加壓，通過進氣管2將污濁氣體通入 懸浮物過濾箱3中，過濾掉其中的煙霧、灰塵等固體懸浮顆粒，再將得到的剩余氣體通過高 溫多孔陶瓷載體活性催化器4，使這些氣體在活性催化劑的作用下發生一系列化學反應，除 去其中的一氧化碳、氮氧化物、烴類等有害氣體；最后得到的氣體主要為為氧氣、水蒸氣、二 氧化碳、硫氧化合物和氮氣，這些氣體再通入含鈣和鎂離子飽和溶液的綜合凈化箱5中，除 去其中的水蒸氣、二氧化碳和硫氧化合物，最終得到的潔凈氣體14通過排氣管7重新排放 到隧道內，這樣就完成了隧道內污濁氣體的一次凈化。本發明隧道廢氣凈化裝置能迅速有效地吸收隧道內的污濁氣體，而不用將污氣排 出隧道外，即有利于環境保護同時也大大的降低機械通風的風機功率，降低能耗，從而大大 節約隧道通風運營費用；此外，在長大隧道中可以減少開挖通風井的數量，大大的降低了工 程造價。
權利要求
一種公路隧道廢氣凈化系統，其特征是在風機(1)的出口端沿氣體流動方向依次設置進氣管(2)、懸浮物過濾箱(3)、陶瓷載體活性催化器(4)、綜合凈化箱(5)和排氣管(6)；所述懸浮物過濾箱(3)為一個盛有潔凈水(12)的密閉的容器；所述綜合凈化箱(5)為一個盛有含鈣和鎂離子的飽和溶液(13)的密閉容器；所述陶瓷載體活性催化器(4)是在多孔的陶瓷載體的表面具有活性成分涂層。
2.根據權利要求1所述的隧道廢氣凈化系統，其特征在于設置潔凈水源(7)和排水管 (8)，以所述潔凈水源(7)和排水管(8)分別與懸浮物過濾箱(3)及綜合凈化箱(5)相連通。
3.根據權利要求2所述的隧道廢氣凈化系統，其特征在于設置所述潔凈水源(7)為一 個開式儲水槽。
4.根據權利要求1所述的隧道廢氣凈化系統，其特征在于設置通向懸浮物過濾箱(3) 中的通氣管以及通向綜合凈化箱(5)中的通氣管分別伸至懸浮物過濾箱(3)和綜合凈化箱 (5)的底部、末端向上彎并呈喇叭口狀，喇叭口的端面為一孔板。
全文摘要
本發明公開了一種公路隧道廢氣凈化系統，其特征是在風機的出口端沿氣體流動方向依次設置進氣管、懸浮物過濾箱、陶瓷載體活性催化器、綜合凈化箱和排氣管；懸浮物過濾箱為一個盛有潔凈水的密閉的容器；綜合凈化箱為一個盛有含鈣和鎂離子的飽和溶液的密閉容器；陶瓷載體活性催化器是在多孔的陶瓷載體的表面具有活性成分涂層。本發明為一種應用于隧道通風、可以直接降低工程造價、降低通風運營費用的隧道廢氣凈化系統。
文檔編號B01D53/75GK101992013SQ20101056034
公開日2011年3月30日 申請日期2010年11月26日 優先權日2010年11月26日
發明者余志平, 倪錦平, 劉凱, 胡晴, 董滿生, 趙佳佳, 韓丁 申請人:合肥工業大學科教開發部