隧道空气净化系统技术综述

阶段已完成。通过设计，掌握了隧道空气净化系统的

基本构成及原理。表1列出了一些国家的隧道空气净

化系统应用案例。的几个隧道工程采用了隧道空气净化系统，目前设计

表1隧道空气净化系统应用案例T隧道名称国家隧道长度/km处理风量/(m3/s)净化形式目的深圳市春风路隧道中国4.824.68240/240270/270270/400旁通旁通除废气深圳市前海地下道路深圳市桂庙路隧道中国中国挪威挪威挪威挪威挪威挪威挪威西班牙除废气除废气能见度能见度3.06/4.08顶置+旁通风井旁通Festning 隧道Granfoss 隧道Ekeberg 隧道1.802.34600200250951.403.90旁通吊顶吊顶能见度除废气Hell地狱隧道Nyg^rd隧道莱达尔隧道0.90250180能见度24.503.60旁通吊顶除废气能见度Stroms旨s隧道160400/694450/520M30内环南隧道M30内环北隧道M5高速东段隧道海湾隧道4.203.203.805.00竖井竖井除废气除废气西班牙澳大利亚越南韩国吊顶能见度260285285350/350/130旁通旁通旁通旁通旁通ChinbuSaritjae能见度能见度能见度韩国韩国Safe-SanSu-ung-SanWoo-Myun-SanAioi-cho韩国韩国60021080能见度能见度除废气日本竖井112 彳衣技* 2019No.3(May) Vol.37轨道交通与地下工程!：Track Traffic &Underground Engineering续表隧道名称国家日本日本日本日本隧道长度/km处理风量/（m3/s）净化形式目的AsukayamaEnasan0.608.503.60375/360300/240/255/200285/270/285竖井旁通旁通旁通旁通旁通竖井除废气能见度能见度能见度FukuchiyamaGorigamineHakamagashi4.455.95105/105/195日本日本190270/285能见度能见度除废气能见度Han-NaHanazonobashi5.602.60日本日本日本日本日本Happusan4.006.301.25225/210/170/190113/90/135/260旁通旁通旁通旁通旁通HigoHiroshimaseifu能见度能见度能见度能见度85180/165170IchifuriKakuto

3.356.25日本日本日本Kann-etsu11.053.50945/810365

旁通能见度Kann-MonKarasuyama竖井旁通旁通除废气和提高能见度除废气和提高能见度能见度能见度日本日本175195/285KongosanKoshirazu日本日本日本日本日本日本日本4.553.403.402.20300/180旁通吊顶MaikoMidoribashi180/180573除废气和提高能见度竖井竖井NihonzakaNouRyugatake240/240/680/440除废气和提高能见度1653.652.003.20旁通旁通旁通旁通竖井270能见度Ryu-ohzan225/210240/240/240除废气和提高能见度能见度SekidoShintoshon-nishi日本日本日本318Sirubachiyama4.102.153.10195旁通能见度除废气Suginami-kuTachitoge日本日本60225195竖井旁通旁通旁通能见度能见度能见度除废气除废气和提高能见度TakanomineTaroyama

日本日本日本4.302.009.602.104.30180TennozanTokyoBayTsuruga1643240285/255/210竖井吊顶旁通旁通日本日本日本能见度能见度Uji2空气净化站布置形式空气净化站布置形式包括旁通式、吊顶式、竖井式

3种。1）旁通式空气净化站旁通式空气净化站设置在与隧道平行的侧面，隧

道侧壁设有吸风口和出风口。污染的空气经过吸风 口，通过通风系统被强行抽到空气净化系统内，净化 后的空气通过出风口回灌到隧道内。如图1所示。行车方向图1旁通式空气净化站2019年第3撷（5冃）第37卷彳苯坟索 H3:!轨道交通与地下工程Track Traffic &Underground Engineering3.1机械预过滤器净化后回灌到隧道，减少了新风量，可稀释隧道内污染 机械预过滤器，即预离子发生器，由不锈钢材质模 空气;②与隧道同层，易安装；③维护保养不影响隧道

块阵列组成（见图4）,安装在静电除尘器前方约1.5 m 处。预离子发生器的作用原理是惯性拦截。粉尘和空气

旁通式空气净化站的特点是：①污染的空气经过

内行车。2）吊顶式空气净化站吊顶式空气净化站设置在隧道的顶部，隧道顶部 设有吸风口和出风口。污染的空气经过吸风口，通过

混合进入惯性过滤器，通过叶片改变方向，空气大部

分脱离粉尘本身，大颗粒粉尘由于其较大的质量和惯 性可以直接被去除，灰尘中有10%的颗粒也可以直接

通风系统被强行抽到空气净化系统内，净化后的空气 被去除。其特点是避免大颗粒过度覆盖小颗粒，提高

通过出风口回灌到隧道内。如图2所示。颗粒物穿梭于预离子发生器和静电除尘器的荷载率， 为下一步静电除尘做准备。吊顶式空气净化站的特点是:①适用于明挖隧道， 节省占地，施工费用低；②气流较旁通式顺畅；③可充

分利用活塞风，效率更高。3）竖井式空气净化站将污染的空气强行抽到旁通式或吊顶式空气净 化站内进行净化处理，处理后的干净空气通过竖井直 接排至大气。如图3所示。图4机械预过滤器3.2静电除尘器静电除尘器利用电场产生的静电使尘粒从气流中 分离出来，即带负电的放电极周围的空气被电离形成

离子区（称电晕区），电晕区内的空气电离后，正离子很

快向负极移动，负离子向带正电的集尘板方向移动，尘 粒会沉积在集尘板上，当尘粒达到一定数量后由清灰 机构将尘粒清洗掉或做固化处理,完成清尘工作。静电 除尘器由垂直于气流的不锈钢模块阵列组成（见图5）。

该系统是静态的，电连接到高压变压器和地面。设计

风速约5 m/s为最佳。在静电除尘器的前缘，预离子发 生器被充电到约14 kV,附带负电荷的粒子。下面的集

电板交替充电到约7 kV或接地。颗粒物被吸附在集电

图3竖井式空气净化站板上，使静电除尘器对PM10、PM2.5、PM1.0的收集去 除率提高到85 %以上。提高后续N02的净化效率，保

竖井式空气净化站的特点是：①净化后的空气排

护NO?净化段。放，出风口高度大大降低，同时降低了排风风速；②对 3.3气体过滤器景观影响小，风机能耗低。隧道内车辆产生的污染物除了烟尘颗粒外，还主

3隧道空气浄化系统介绍隧道空气净化系统主要包括机械预过滤器、静电 除尘器、气体过滤器、大型轴流风机、自动清洗系统、

要包含CO和N0xo3.3.1 NO?过滤器NO?过滤器（见图6）采用V型设计，角度为7。,通

过风速0.5 m/s为最佳，接触时间不宜小于0.1 s,去除废水处理系统、自动控制系统及空气监测系统。114 彳貳技术 2019 No.3(May) Vol.37轨道交通与地下工程::Track Traffic &Underground Engineering3.3.2氧化段隧道内车辆排出的NOx包括NO和N02,其中NO 的排放量占90 %以上，而单纯的活性炭吸附是不能去 除NO的，因此，有些工艺在脱硝中增加了氧化段（见

图刀。I集尘部I------------ 1--------------------------------------------I 脱硝部 11I I

II

| I-----------------------I 除去SPM | ［加湿空气NO氧化成NO』 吸附NO? I污净5集加脱图静电除尘过滤器染化空空气

66湿0氧b化I气

率在80 %以上。NO?过滤器中的去除剂采用活性炭， 这主要是由于活性炭表面分布有纳米级的细孔，与气体

1-NOx除去型场合设置接触的表面积极大，可吸附体积为自身体积数倍到数

自动洗净兢地再生百倍的气体。捕集极板的水洗洗净通过再生剂进行的特殊脱销材的再生图7氧化段除尘后的空气增设加湿和氧化单元，将空气处理 到合适的相对湿度和温度（一般相对湿度51 %，温度

22七为最佳），再由臭氧发生器生成的。3与除尘后的

空气混合，NO被氧化成NO?,其反应式为：N0+03—

NO2+O2。是否增加氧化段目前还存在争议，其原因是。3也 是需要控制的污染物，如果。3的量控制不好，势必会

造成03的二次污染。因此需慎用。3. 3.3活性炭再生脱硝设备内放置主要由活性炭制成的富含微孔 的吸附材料，当气流流经该设备时，NO?被吸附在多孔

a）实物图材料内，从而被去除。当吸附材料饱和后，将亚硫酸钠

（NazSOj）溶液注入设备，使吸附材料浸泡在溶液中，进

行再生。再生过程中，吸附材料上的NO?被分解成2

并生成无害的中性盐Na2S04o再生过程可采用就地再 生，不需将多孔材料拆除，为常温常压再生。3. 3.4 CO 去除CO是静电除尘器和N02过滤器不能去除的一种 污染物，其又是隧道内比较重要的污染物，早期只能 通过机械排风将CO加速排岀隧道，而不作其他任何 处理。后经探索研究发现，利用高压脉冲电晕技术可以 对隧道中的co进行净化。高压脉冲电晕技术主要由

烟气调质系统、脉冲高压电源系统、反应器系统、副产

b）示意图物收集系统、控制系统、氨站和辅助装置构成，可以将 图6 NO?过滤器粉尘和CO脱除，并可对其他污染物如NOx、SO2等进2019年第3期（5肿第37卷彳苯孜索115Track Traffic &Underground EngineeringE：轨道交通与地下工程行有效脱除，使隧道内空气质量达到环保要求。在实验 室模拟隧道污染空气的条件下，用高压脉冲电晕技术 进行的净化实验研究表明，烟尘净化率可达85 %以上，

1 fiCO净化率可达60 %以上⑷。但由于高压脉冲电晕技术 运行成本高，是否真的能达到预期效果，还未得到实 际验证，因此，目前CO的去除还是以通风稀释排至大

-Vl图9废水处理系统1壬希气为主。3.4大型轴流风机轴流风机的技术参数包括风量、全压、全压效率、

电机功率、转速、电压等级、噪声、直径、质量等。轴流风

机的风量与需处理污染物的风量相对应，风压除克服 自身阻力外，还需克服过滤器、除尘器、风阀及隧道壁 等所产生的阻力。在实际工程中应选用大型轴流风机

3.8空气监测系统空气监测系统位于机械预过滤器之前,N02过滤器 之后。传感器将测量空气净化系统的效率以及PM10、

低速运转，并采用变频调速控制，从而可节约能耗。3.5自动清洗系统PM2.5、PM1.0、N02、温度、相对湿度和压力。自动清洗系统为静电除尘器服务，该系统包括主 4结语水泵、洗涤剂泵、压力罐等（见图8）。清洗溶液由洗涤水 隧道空气净化系统不仅可以提高隧道内的空气 和洗涤剂组成。在压力下将清洗溶液喷洒到静电除尘 品质，也可以减少隧道内污染物总量的排放。隧道空

气净化系统在国外应用比较广泛，但在国内对其认知

模块的表面上以除去静电处理收集的灰尘颗粒。喷嘴 安装在静电除尘器的前面和背面。通过过滤控制系统

比较少，目前还没有建成的隧道内使用空气净化系统。

自动激活清洗系统。在清洁操作过程中，预离子发生 器/静电除尘器停止供电。深圳市前海地下道路、深圳市春风路隧道、深圳市桂庙 路隧道均设计了隧道空气净化系统，目前环境评估已 完成，并已批准应用；隧道空气净化系统的部分施工图

已经完成，且深圳市前海地下道路及桂庙路隧道2个 工程空气净化系统的土建空间预留已施工完成。应用 后能否达到预期的净化效果，需待建成后对其实际情况 进行检测。皿羽 参考文献：图8自动清洗系统[1] 陈平，赵淑莉，范庆.解析日本空气环境质量标准体系[J].环

境与可持续发展,2012,37(4):74-7&3.6废水处理系统废水处理系统包括1个污水箱和1个回流箱（见 图9）。通过PLC,可以完全自动化地进行废水处理和 循环利用。废水处理系统可将冲洗后的污水进行沉淀、

[2] BABA T,0HASHI H.NAKAMICHl F,et al. A new longitudinal

ventilation system using electrostatic precipitator for long vehic­

ular traffic tunnel [C]. 3rd International Symposium on the Aero­dynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels. UK, 1979：201 -

消毒处理，污水经处理后循环用于静电除尘器的清洗， 浓缩收集的固体废弃物定期运出。226.[3] BRANDT R, RIESS I. Possibilities and limitations of tunnel-air

filtration and portal-flow extractions[C]. 13rd International Sym­posium on Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels. USA, 2009 ：37-50.收稿日期：2018-11-13

作者简介：刘晓阳，男，工程师，硕士，主要从事暖通专业方向设计工作:3.7自动控制系统自动控制系统可以操作和监控空气净化系统。可

调节的控制变量包括：远程运行时间、空气净化站的

启动时间和关闭时间、开始清洗时间、清洗周期。在所 有运行部件的维护过程中，可本地手动隔离。116 彳貳啟* 2019No.3(May) Vol.37