道路隧道旁通式ESP空氣凈化系統(tǒng)及技術(shù)

鐘強(qiáng)

（甘肅紫光智能交通與控制技術(shù)有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 前言

隨著國內(nèi)高速公路建設(shè)規(guī)模擴(kuò)大，長大隧道的數(shù)量激劇攀升，隧道內(nèi)空氣污染的治理問題越來越突出。與此同時(shí)，社會(huì)上污染空氣及霧霾治理的呼聲愈加高漲，國家環(huán)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)要求逐年提升[1-2]，道路隧道內(nèi)空氣污染物的清除治理變得尤為緊迫。

公路隧道旁通式ESP空氣凈化系統(tǒng)[5]是清除隧道內(nèi)污染空氣，減少隧道空氣污染物排放的切實(shí)可行的有效方式：通過在公路隧道內(nèi)建造通風(fēng)旁路[3-4]，由軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)將隧道內(nèi)的污染空氣引入旁路，利用ESP的高壓靜電吸附功能，有效地去除隧道污染空氣中的PM2.5、PM10等顆粒物，然后再將凈化后的潔凈空氣重新輸送回隧道，補(bǔ)充隧道運(yùn)營所需要的新風(fēng)，從而有效地改善隧道空氣質(zhì)量，減少隧道空氣污染物的排放，避免對(duì)隧道洞外環(huán)境空氣排放區(qū)域的二次污染；同時(shí)，應(yīng)用道路隧道旁通式ESP空氣凈化系統(tǒng)可有效地減少或取代公路隧道常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)中所需要的通風(fēng)豎（斜）井，節(jié)省了土建投資并達(dá)到隧道運(yùn)營經(jīng)濟(jì)節(jié)能的目的。

1 旁通式ESP隧道空氣凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

旁通式ESP空氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先需要在公路行車隧道邊側(cè)修建旁通道，在旁通道內(nèi)按順序布置、安裝ESP空氣凈化系統(tǒng)的各組成部件。

旁通式ESP空氣凈化系統(tǒng)用于去除隧道空氣中的PM2.5、PM10等顆粒污染物，主要由格柵門，預(yù)過濾器，風(fēng)閥，ESP靜電除塵器，清洗系統(tǒng)，通風(fēng)系統(tǒng)等組成。

ESP空氣凈化系統(tǒng)還包括污水池（用于收集靜電除塵器清洗產(chǎn)生的污水），清水池（為靜電除塵器的清洗提供清水），智能清洗軟件（調(diào)節(jié)、控制ESP清洗時(shí)間和清洗頻率），以及行車（用于軸流風(fēng)機(jī)安裝與檢修）等。

ESP空氣凈化系統(tǒng)由大量的部件組成，采用工廠部件供貨、工地現(xiàn)場組裝成套的模式。ESP空氣凈化系統(tǒng)的設(shè)備布置方案需要在設(shè)計(jì)階段給出布置空間，然后進(jìn)行優(yōu)化聯(lián)合設(shè)計(jì)。

ESP系統(tǒng)核心部件靜電除塵器采用模塊化方式，宜于現(xiàn)場拼裝，適應(yīng)多種旁通道截面形式；其他組成部件如電控室、水處理系統(tǒng)、污水池、清水池也可以根據(jù)旁通道的建構(gòu)情況靈活布排安裝位置

2 ESP空氣凈化系統(tǒng)與消防排煙系統(tǒng)的聯(lián)合布置

ESP空氣凈化系統(tǒng)可以與隧道消防排煙系統(tǒng)有效結(jié)合，共用隧道軸流風(fēng)機(jī)的動(dòng)力通風(fēng)性能。軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)用的運(yùn)行方式是雙向可逆模式。在機(jī)器所在場所修筑混凝土風(fēng)道，且布設(shè)通風(fēng)道和斜井亦或豎井相連接，通過各風(fēng)閥啟閉，進(jìn)行通風(fēng)凈化與消防排煙功能的切換。在隧道正常運(yùn)營工況時(shí)，ESP系統(tǒng)的前后風(fēng)閥均打開，豎井或斜井處風(fēng)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，ESP系統(tǒng)通電工作，軸流風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行，將凈化后的潔凈空氣輸回行車隧道；火災(zāi)工況時(shí)，豎井或斜井處風(fēng)閥開啟，ESP系統(tǒng)的風(fēng)閥關(guān)閉，軸流風(fēng)機(jī)向相反方向運(yùn)行，把隧道中溫度極高的煙氣依托斜向井或豎向井排到外面。隧道左線和右線可共同使用一個(gè)斜向井或豎向井，隧道中的氣體依托射流風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)流動(dòng)。為有力管控?zé)熿F發(fā)散范圍，射流風(fēng)機(jī)也運(yùn)用雙向可逆運(yùn)行模式。

3 ESP空氣凈化系統(tǒng)與傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)投資及運(yùn)行費(fèi)用比較

與隧道傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)比較，ESP空氣凈化系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用及隧道空氣質(zhì)量改善方面均有所差異。下面結(jié)合工程案例及具體數(shù)據(jù)，對(duì)兩者的差異性進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比。

比如我國某個(gè)公路隧道項(xiàng)目，隧道總長是6900m，車道為兩個(gè)，方向?yàn)閱蜗颍淼蓝礊閮蓚€(gè)。該隧道共計(jì)包括通風(fēng)段3個(gè)，其的具體長度分別是2300m、2200m、2380m。依據(jù)交通時(shí)間和車輛型號(hào)改變等通車特征，經(jīng)過核算對(duì)比可知VI排放需要的新鮮空氣的數(shù)量比CO稀釋所需要用到的空氣數(shù)量多[2-4]，三個(gè)通風(fēng)段的送風(fēng)與排風(fēng)數(shù)量都依照每秒300m3設(shè)置。

1）豎井送排型通風(fēng)：右線下坡，運(yùn)用1個(gè)豎井送排，左線上坡，運(yùn)用2 個(gè)豎井，左線和出口段共同使用1 個(gè)排風(fēng)機(jī)房。把隧道通風(fēng)分成3段，運(yùn)用3個(gè)斜井或豎井；斜井或者豎井的高度設(shè)計(jì)為500m，豎井土木建設(shè)成本依照3.5萬元/米計(jì)算，共計(jì)大概需要5000萬元；各豎井配備風(fēng)機(jī)房1個(gè)，風(fēng)機(jī)房中分別配備2臺(tái)排風(fēng)軸流風(fēng)機(jī)、送風(fēng)軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)電機(jī)功率是400kw，半徑是1250mm，2個(gè)豎井共計(jì)配置送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)各6臺(tái)，軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)依照每套35萬元核算，共計(jì)需要人民幣4000萬元；總成本大概9000萬元。所用電能：總裝機(jī)電能使用數(shù)量400×12=4800kw，按每日1小時(shí)核算（最節(jié)省的情況），電能耗用量為每年172.8萬度。

2）運(yùn)用1個(gè)豎井通風(fēng)系統(tǒng)和ESP系統(tǒng)：豎井通風(fēng)系統(tǒng)需3000萬元；ESP通風(fēng)系統(tǒng)分別對(duì)應(yīng)左線與右線配置1套系統(tǒng)，各套污染空氣的處置效率為每秒300m3/s，該系統(tǒng)需耗費(fèi)6500萬元；總成本為9500萬人民幣，和一般通風(fēng)模式所耗費(fèi)資金相差無幾；裝機(jī)電能總量最高達(dá)到1500kw，依照每日運(yùn)行1小時(shí)算，電能耗費(fèi)總量為每年540000度，為一般通風(fēng)模式電能耗費(fèi)量的三分之一，通風(fēng)系統(tǒng)能夠取得顯著的節(jié)能成效。

3）隧道運(yùn)行條件對(duì)比：運(yùn)用ESP通風(fēng)系統(tǒng)：能夠處理九成以上的小于PM10的顆粒污染物；豎井送排風(fēng)型不良空氣處理結(jié)果表明，對(duì)顆粒小于PM2.5的空氣沒有顯著成效，對(duì)于氮化物更無明顯作用。

表1為ESP系統(tǒng)與常規(guī)隧道通風(fēng)系統(tǒng)在投資與運(yùn)營費(fèi)用、節(jié)能環(huán)保性能對(duì)比匯總。

4 APS隧道空氣凈化系統(tǒng)

旁通式ESP空氣凈化系統(tǒng)能夠有效去除隧道空氣中的污染顆粒物，達(dá)到大風(fēng)量、高效率的除塵效果，改善公路隧道的空氣質(zhì)量；通過在ESP空氣凈化系統(tǒng)后方加設(shè)活性炭墻，組成環(huán)保性能更為強(qiáng)大的APS（Air Purification System）隧道空氣凈化系統(tǒng)。在去除空氣顆粒物后，進(jìn)一步脫除隧道污染空氣中對(duì)人體有害的NO和NO2等氮氧化合物，達(dá)到更優(yōu)質(zhì)的空氣凈化效果。

表1 ESP系統(tǒng)與常規(guī)隧道通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)比表

5 結(jié)語

旁通式ESP空氣凈化系統(tǒng)能夠極大地改善公路隧道內(nèi)的空氣污染狀況，減少對(duì)隧道空氣排放區(qū)域的空氣質(zhì)量影響。ESP系統(tǒng)建造費(fèi)用與傳統(tǒng)豎（斜）井通風(fēng)系統(tǒng)基本相當(dāng)，運(yùn)營費(fèi)用則大幅降低；ESP系統(tǒng)布局靈活，適用多種旁通路建構(gòu)形式，能與消防排煙系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)一起聯(lián)合布置。旁通式ESP空氣凈化系統(tǒng)是一種行之有效的節(jié)能、綠色、環(huán)保的隧道空氣凈化方式。