靜電除塵裝置公路隧道通風(fēng)中使用條件

1、靜電除塵裝置公路隧道通風(fēng)中使用條件    摘要： 隧道通風(fēng)需風(fēng)量的確定是取CO濃度指標(biāo)和煙霧指標(biāo)計(jì)算出來的較大者作為需風(fēng)量。如果是煙霧濃度指標(biāo)的需風(fēng)量大于CO指標(biāo)需風(fēng)量，則靜電除塵裝置的使用可以降低隧道內(nèi)的需風(fēng)量，從而提高了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。在不同的坡度和車速下，機(jī)動(dòng)車的CO和煙霧的排放特性會(huì)發(fā)生變化。本文研究了不同的坡度和車速下，靜電除塵裝置的基本使用條件的確定。本文的研究成果可用于隧道通風(fēng)的設(shè)計(jì)與研究中。 關(guān)鍵詞： 隧道工程 靜電除塵 使用條件 濃度指標(biāo)  0 引言 在交通事業(yè)發(fā)展迅猛的今天，公路隧道建設(shè)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。公路隧道通風(fēng)設(shè)施的費(fèi)

2、用一般為工程造價(jià)的2030，長(zhǎng)大隧道甚至可達(dá)501，因此公路隧道的通風(fēng)問題是十分值得關(guān)注的研究課題。 目前的隧道通風(fēng)方式分為以下幾種，如圖1所示。    當(dāng)交通流量不大，隧道長(zhǎng)度比較短時(shí)，隧道采用自然通風(fēng)即可滿足要求。1924年，美國(guó)匹茲堡室自由隧道（長(zhǎng)1800米）發(fā)生交通堵塞，洞內(nèi)CO濃度增高，導(dǎo)致很多人中毒，從此，隧道的設(shè)計(jì)中開始采用機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)。 美國(guó)紐約市的荷蘭隧道，采用盾構(gòu)法施工，圓形斷面，所以車道下面作為送風(fēng)道，上部作為排風(fēng)道，氣流從下往上橫向流動(dòng)。世界上首次采用全橫向通風(fēng)方式。 對(duì)于圓形斷面的隧道，車道的上部、下部空間可以作為風(fēng)道，而對(duì)于其

3、他斷面形式的隧道就沒有這種便利了。1934年，英國(guó)人在修建莫爾西隧道（長(zhǎng)3226米）時(shí)，對(duì)盡量減少管道斷面的方式做了研究，首次采用半橫向通風(fēng)系統(tǒng)。取得了很好的效果。 全橫向和半橫向通風(fēng)方式，需要隔離較大的隧道斷面空間作為風(fēng)道，需要大功率的軸流風(fēng)機(jī)通過斜（豎）井排出洞內(nèi)廢氣，因此需要花費(fèi)較大的工程費(fèi)用和營(yíng)運(yùn)費(fèi)用?？v向通風(fēng)方式浮出水面。 對(duì)于縱向通風(fēng)的研究，日本人一直走在世界的前列。1976年，日本在修建關(guān)越隧道（長(zhǎng)10855米），首次將縱向通風(fēng)應(yīng)用于10km以上的隧道。并對(duì)隧道通風(fēng)編程模擬，模擬的結(jié)果表明靜電除塵裝置加送排式縱向通風(fēng)系統(tǒng)可以應(yīng)用在關(guān)越隧道上，并得出了不論交通方式、隧道長(zhǎng)短如何，均

4、可采用靜電除塵裝置加分段縱向通風(fēng)的結(jié)論。 本文通過對(duì)柴油車和汽油車在不同坡度和速度情況下的CO和煙霧的排放的分析，得出靜電除塵裝置的基本使用條件的計(jì)算方法。 1 靜電除塵裝置簡(jiǎn)介及其在隧道中的應(yīng)用 靜電除塵裝置的使用場(chǎng)所大致分為兩種類型，一是以改善隧道內(nèi)視距為主要目的的隧道內(nèi)設(shè)置型；一是以改善隧道口環(huán)境為主要目的的換氣處設(shè)置型。本文討論的是前者的以改善隧道內(nèi)部空氣品質(zhì)為目的的靜電除塵裝置。 1.1 靜電除塵裝置原理 如圖2所示，在帶負(fù)電的放電極周圍的空氣電離形成電離區(qū)（叫做電暈區(qū)），電暈區(qū)通常局限于放電極周圍幾毫米處。電離后，負(fù)離子向帶正電的正極移動(dòng)。含沉空氣通過靜電除塵裝置時(shí)，獲得負(fù)電荷，沉

5、積在正極板（因此正極板也叫做集塵板）上，只有少量在電暈區(qū)通過（因?yàn)殡姇瀰^(qū)范圍很?。?，沉積在負(fù)極板上。    1.2 靜電除塵裝置的開發(fā)過程 靜電除塵裝置從第一號(hào)機(jī)的開發(fā)到現(xiàn)在，處理風(fēng)速和除塵效率都在不斷提高。 表1 靜電除塵裝置發(fā)展過程    第一代    第二代    第三代    第四代    19781989   

6、0;19861996    1996現(xiàn)在    1999現(xiàn)在    空氣洗凈式靜電除塵裝置    水洗凈式靜電除塵裝置    水洗凈式靜電除塵裝置    水洗凈式靜電除塵裝置    處理風(fēng)速7m/s    處理風(fēng)速7m/s    處理風(fēng)速9

7、m/s    處理風(fēng)速9m/s    效率80%    效率80%    效率80%    效率90% 2 靜電除塵裝置的使用條件分析 當(dāng)按照煙霧濃度指標(biāo)計(jì)算得到的隧道通風(fēng)需風(fēng)量大于按照CO濃度指標(biāo)計(jì)算得到的隧道通風(fēng)需風(fēng)量時(shí)，隧道滿足了采用靜電除塵裝置的必要條件。此時(shí)，若在隧道中采用靜電除塵裝置，則可以降低隧道的需風(fēng)量，從而降低了隧道通風(fēng)量，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。 2.1 滿足CO指標(biāo)的隧道通風(fēng)需

8、風(fēng)量計(jì)算方法 2.1.1 CO排放量計(jì)算 （1） 式中：隧道全長(zhǎng)CO排風(fēng)量，m3/s；CO基準(zhǔn)排風(fēng)量，取為0.01m3/輛·km；考慮CO的車況系數(shù)；車密度系數(shù)；考慮CO的海拔高度系數(shù)； 考慮CO的縱坡車速系數(shù)；考慮CO的車型系數(shù)；車型類別數(shù)；相應(yīng)類型的設(shè)計(jì)交通量，輛/h。 2.1.2 稀釋CO的需風(fēng)量計(jì)算 （2） 中： 隧道全長(zhǎng)稀釋CO的需風(fēng)量，m3/s；標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，取為101.325kPa；隧道選址設(shè)計(jì)大氣壓；標(biāo)準(zhǔn)氣溫，取為273K； 隧道夏季設(shè)計(jì)氣溫，K。 2.2 滿足煙霧指標(biāo)隧道通風(fēng)需風(fēng)量計(jì)算方法 2.2.1 煙霧排放量計(jì)算 （3） 式中：隧道全長(zhǎng)煙霧排風(fēng)量，m2/s；煙霧基

9、準(zhǔn)排風(fēng)量，取為2.5m2/輛·km；考慮煙霧的車況系數(shù)；考慮煙霧的縱坡車速系數(shù)；考慮煙霧的海拔高度系數(shù)，取為1.0；考慮煙霧的車型系數(shù)；柴油車的車型類別數(shù)；相應(yīng)車型的設(shè)計(jì)交通量，輛/h。2.2.2 稀釋煙霧的需風(fēng)量計(jì)算 （4） 式中：隧道全長(zhǎng)稀釋煙霧的需風(fēng)量，m3/s；煙霧設(shè)計(jì)濃度，m-1。 2.3 臨界柴油車比例 臨界柴油車比例是當(dāng)按CO指標(biāo)計(jì)算的需風(fēng)量等于按煙霧指標(biāo)計(jì)算的需風(fēng)量時(shí)的柴油車比例。如果柴油車比例超過臨界柴油車比例，則隧道就有可能需要使用靜電除塵裝置。 臨界柴油車比例的計(jì)算方法為，利用公式（2）得出按CO指標(biāo)計(jì)算的需風(fēng)量，利用公式（4）得出按煙霧指標(biāo)計(jì)算的需風(fēng)量。令二者

10、相等，得出臨界柴油車比例的計(jì)算公式為： （5） 式中：臨界柴油車比例；煙霧設(shè)計(jì)濃度，m-1；CO設(shè)計(jì)濃度，ppm；CO基準(zhǔn)排 風(fēng)量，取為0.01m3/輛·km；煙霧基準(zhǔn)排風(fēng)量，取為2.5m2/輛·km；考慮CO的縱坡車速系數(shù)；考慮煙霧的縱坡車速系數(shù)。 表2 縱向通風(fēng)時(shí)不同行車速度、坡度下的臨界柴油車比例（）        車速（km/h）    坡度（）    4    3&#

11、160;   2    1    0    1    2    3    4    臨界柴油車比例（）    80    37.3    28.0  

12、  20.4    14.0    8.6    4.3                70    38.7    29.0    21.1   &#

13、160;14.5    10.5    6.4    3.7            60    40.0    30.0    21.8    16.0    

14、12.0    8.3    5.5            50    44.0    33.0    24.0    17.6    13.2    9.1&

15、#160;   6.0            40    48.0    36.0    26.2    20.6    16.9    13.1    9.9 

16、;   6.5        30    42.7    32.0    25.6    21.3    17.8    17.8    14.5    11.0

17、0;   8.0    20    46.9    39.1    35.2    28.2    23.5    24.4    20.7    17.1    14.

18、1    10    51.2    42.7    38.4    30.7    25.6    21.3    18.1    14.9    12.3 2.4 不同坡度組合情況下的臨界柴油車比例 因?yàn)槠露鹊淖兓瘜?duì)隧道通風(fēng)需風(fēng)量的計(jì)算指標(biāo)影響較大，故需研究不同坡度組合情況下的臨界柴油車比例。隧道由兩段組成，按照行車方向，第一段長(zhǎng)度為，坡度為；第二段長(zhǎng)度為，坡度為。根據(jù)公式（5），得到此隧道的臨界柴油車比例為： （6）  式中：臨界柴油車比例；煙霧設(shè)計(jì)濃度，m-1；CO設(shè)計(jì)濃度，ppm；CO基準(zhǔn)排風(fēng)量，取為0.01m3/輛·km；煙霧基