靜電除塵裝置在公路隧道通風(fēng)中的使用條件研究

1、靜電除塵裝置在公路隧道通風(fēng)中的使用條件研究 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(lái)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(chē)速下，機(jī)動(dòng)車(chē)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(chē)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)用一般為工程造價(jià)的2030，長(zhǎng)大隧道甚至可達(dá)501，因

2、此公路隧道的通風(fēng)問(wèn)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(kāi)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(chē)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(chē)道的上部、下部空間可以作為風(fēng)道，而對(duì)于其他斷面形式的隧道就沒(méi)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

3、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(guò)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(guò)對(duì)柴油車(chē)和汽油車(chē)在不同坡度和速度情況下的CO和煙霧的排放的分析，

4、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?chē)目諝怆婋x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?chē)鷰缀撩滋?。電離后，負(fù)離子向帶正電的正極移動(dòng)。含沉空氣通過(guò)靜電除塵裝置時(shí)，獲得負(fù)電荷，沉積在正極板（因此正極板也叫做集塵板）上，只有少量在電暈區(qū)通過(guò)（因?yàn)殡姇瀰^(qū)范圍很小），沉積在負(fù)極板上。1.2 靜電除塵裝置的

5、開(kāi)發(fā)過(guò)程靜電除塵裝置從第一號(hào)機(jī)的開(kāi)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(guò)程 第一代第二代第三代第四代19781989198619961996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9m/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

6、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)需風(fēng)量計(jì)算方法（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(chē)況系數(shù)；車(chē)密度系數(shù)；考慮CO的海拔高度系數(shù)； 考慮CO的縱坡車(chē)速系數(shù)；考慮CO的車(chē)型系數(shù)；車(chē)型類別數(shù)；相應(yīng)類型的設(shè)計(jì)交通量，輛/h。（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（3） 式中：隧道全長(zhǎng)煙霧排風(fēng)量，m2/s；煙霧基準(zhǔn)排風(fēng)量，取為2.5m2/輛km；考慮煙霧的車(chē)況

7、系數(shù)；考慮煙霧的縱坡車(chē)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(chē)型系數(shù)；柴油車(chē)的車(chē)型類別數(shù)；相應(yīng)車(chē)型的設(shè)計(jì)交通量，輛/h。 （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(chē)比例臨界柴油車(chē)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(chē)比例。如果柴油車(chē)比例超過(guò)臨界柴油車(chē)比例，則隧道就有可能需要使用靜電除塵裝置。臨界柴油車(chē)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。令二者相等，得出臨界柴油車(chē)比例的計(jì)算公式為（5） 式中：臨界柴油車(chē)比例；煙霧設(shè)計(jì)濃度，m-1；CO設(shè)計(jì)濃

8、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(chē)速系數(shù)；考慮煙霧的縱坡車(chē)速系數(shù)。表2 縱向通風(fēng)時(shí)不同行車(chē)速度、坡度下的臨界柴油車(chē)比例（） 車(chē)速（km/h）坡度（）432101234臨界柴油車(chē)比例（）8037.328.020.414.08.64.37038.729.021.114.510.56.43.76040.030.021.816.012.08.35.55044.033.024.017.613.29.16.04048.036.026.220.616.913.19.96.53042.732.025.621.317.817.814.

9、511.08.02046.939.135.228.223.524.420.717.114.11051.242.738.430.725.621.318.114.912.32.4 不同坡度組合情況下的臨界柴油車(chē)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(chē)比例。隧道由兩段組成，按照行車(chē)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(chē)比例為（6） 式中：臨界柴油車(chē)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的第一段的縱坡

10、車(chē)速系數(shù)；考慮CO的第二段的縱坡車(chē)速系數(shù)；考慮煙霧的第一段的縱坡車(chē)速系數(shù)；考慮煙霧的第二段的縱坡車(chē)速系數(shù)；隧道第一段長(zhǎng)度，m；隧道第二段長(zhǎng)度，m。3 結(jié)論本文通過(guò)對(duì)于隨著隧道坡度和柴油車(chē)比例變化下，隧道需風(fēng)量的變化的分析，討論了靜電除塵裝置的使用條件，即在一定坡度下，柴油車(chē)比例達(dá)到所謂臨界柴油車(chē)比例時(shí)，才有使用靜電除塵裝置的需要，并且計(jì)算了不同坡度和車(chē)速下的臨界柴油車(chē)比例的值。在此基礎(chǔ)上，討論了當(dāng)隧道中有坡度變化時(shí)的情況下，臨界柴油車(chē)比例的計(jì)算方法。參考文獻(xiàn)1 王永東.長(zhǎng)大公路隧道縱向通風(fēng)數(shù)值模擬研究.D西安：西安公路交通大學(xué)，2000.6公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ026.1-1999）S.北京：人民交通出版社，2000李德英.靜電吸塵在公路隧道通風(fēng)中的應(yīng)用. J現(xiàn)代隧道技術(shù)，2002.1韓星，張旭.不同坡度下柴油車(chē)比例對(duì)隧道通風(fēng)需風(fēng)量計(jì)