道路隧道旁通式ESP空气净化系统及技术

钟强

（甘肃紫光智能交通与控制技术有限公司，甘肃 兰州 730030）

0 前言

随着国内高速公路建设规模扩大，长大隧道的数量激剧攀升，隧道内空气污染的治理问题越来越突出。与此同时，社会上污染空气及雾霾治理的呼声愈加高涨，国家环评标准要求逐年提升[1-2]，道路隧道内空气污染物的清除治理变得尤为紧迫。

公路隧道旁通式ESP空气净化系统[5]是清除隧道内污染空气，减少隧道空气污染物排放的切实可行的有效方式：通过在公路隧道内建造通风旁路[3-4]，由轴流风机通风系统将隧道内的污染空气引入旁路，利用ESP的高压静电吸附功能，有效地去除隧道污染空气中的PM2.5、PM10等颗粒物，然后再将净化后的洁净空气重新输送回隧道，补充隧道运营所需要的新风，从而有效地改善隧道空气质量，减少隧道空气污染物的排放，避免对隧道洞外环境空气排放区域的二次污染；同时，应用道路隧道旁通式ESP空气净化系统可有效地减少或取代公路隧道常规通风系统中所需要的通风竖（斜）井，节省了土建投资并达到隧道运营经济节能的目的。

1 旁通式ESP隧道空气净化系统设计

旁通式ESP空气净化系统的设计首先需要在公路行车隧道边侧修建旁通道，在旁通道内按顺序布置、安装ESP空气净化系统的各组成部件。

旁通式ESP空气净化系统用于去除隧道空气中的PM2.5、PM10等颗粒污染物，主要由格栅门，预过滤器，风阀，ESP静电除尘器，清洗系统，通风系统等组成。

ESP空气净化系统还包括污水池（用于收集静电除尘器清洗产生的污水），清水池（为静电除尘器的清洗提供清水），智能清洗软件（调节、控制ESP清洗时间和清洗频率），以及行车（用于轴流风机安装与检修）等。

ESP空气净化系统由大量的部件组成，采用工厂部件供货、工地现场组装成套的模式。ESP空气净化系统的设备布置方案需要在设计阶段给出布置空间，然后进行优化联合设计。

ESP系统核心部件静电除尘器采用模块化方式，宜于现场拼装，适应多种旁通道截面形式；其他组成部件如电控室、水处理系统、污水池、清水池也可以根据旁通道的建构情况灵活布排安装位置

2 ESP空气净化系统与消防排烟系统的联合布置

ESP空气净化系统可以与隧道消防排烟系统有效结合，共用隧道轴流风机的动力通风性能。轴流风机运用的运行方式是双向可逆模式。在机器所在场所修筑混凝土风道，且布设通风道和斜井亦或竖井相连接，通过各风阀启闭，进行通风净化与消防排烟功能的切换。在隧道正常运营工况时，ESP系统的前后风阀均打开，竖井或斜井处风阀处于关闭状态，ESP系统通电工作，轴流风机正转运行，将净化后的洁净空气输回行车隧道；火灾工况时，竖井或斜井处风阀开启，ESP系统的风阀关闭，轴流风机向相反方向运行，把隧道中温度极高的烟气依托斜向井或竖向井排到外面。隧道左线和右线可共同使用一个斜向井或竖向井，隧道中的气体依托射流风机的驱动实现流动。为有力管控烟雾发散范围，射流风机也运用双向可逆运行模式。

3 ESP空气净化系统与传统通风系统投资及运行费用比较

与隧道传统通风系统比较，ESP空气净化系统在系统设备投资、运行费用及隧道空气质量改善方面均有所差异。下面结合工程案例及具体数据，对两者的差异性进行详细对比。

比如我国某个公路隧道项目，隧道总长是6900m，车道为两个，方向为单向，隧道洞为两个。该隧道共计包括通风段3个，其的具体长度分别是2300m、2200m、2380m。依据交通时间和车辆型号改变等通车特征，经过核算对比可知VI排放需要的新鲜空气的数量比CO稀释所需要用到的空气数量多[2-4]，三个通风段的送风与排风数量都依照每秒300m³设置。

1）竖井送排型通风：右线下坡，运用1个竖井送排，左线上坡，运用2 个竖井，左线和出口段共同使用1 个排风机房。把隧道通风分成3段，运用3个斜井或竖井；斜井或者竖井的高度设计为500m，竖井土木建设成本依照3.5万元/米计算，共计大概需要5000万元；各竖井配备风机房1个，风机房中分别配备2台排风轴流风机、送风轴流风机，风机电机功率是400kw，半径是1250mm，2个竖井共计配置送风机和排风机各6台，轴流风机通风系统依照每套35万元核算，共计需要人民币4000万元；总成本大概9000万元。所用电能：总装机电能使用数量400×12=4800kw，按每日1小时核算（最节省的情况），电能耗用量为每年172.8万度。

2）运用1个竖井通风系统和ESP系统：竖井通风系统需3000万元；ESP通风系统分别对应左线与右线配置1套系统，各套污染空气的处置效率为每秒300m³/s，该系统需耗费6500万元；总成本为9500万人民币，和一般通风模式所耗费资金相差无几；装机电能总量最高达到1500kw，依照每日运行1小时算，电能耗费总量为每年540000度，为一般通风模式电能耗费量的三分之一，通风系统能够取得显著的节能成效。

3）隧道运行条件对比：运用ESP通风系统：能够处理九成以上的小于PM10的颗粒污染物；竖井送排风型不良空气处理结果表明，对颗粒小于PM2.5的空气没有显著成效，对于氮化物更无明显作用。

表1为ESP系统与常规隧道通风系统在投资与运营费用、节能环保性能对比汇总。

4 APS隧道空气净化系统

旁通式ESP空气净化系统能够有效去除隧道空气中的污染颗粒物，达到大风量、高效率的除尘效果，改善公路隧道的空气质量；通过在ESP空气净化系统后方加设活性炭墙，组成环保性能更为强大的APS（Air Purification System）隧道空气净化系统。在去除空气颗粒物后，进一步脱除隧道污染空气中对人体有害的NO和NO2等氮氧化合物，达到更优质的空气净化效果。

表1 ESP系统与常规隧道通风系统对比表

5 结语

旁通式ESP空气净化系统能够极大地改善公路隧道内的空气污染状况，减少对隧道空气排放区域的空气质量影响。ESP系统建造费用与传统竖（斜）井通风系统基本相当，运营费用则大幅降低；ESP系统布局灵活，适用多种旁通路建构形式，能与消防排烟系统、脱硝系统一起联合布置。旁通式ESP空气净化系统是一种行之有效的节能、绿色、环保的隧道空气净化方式。