一种满足超长公路隧道排烟分区的火灾烟气处理系统

本发明涉及隧道火灾烟气处理，特别涉及一种满足超长公路隧道排烟分区的火灾烟气处理系统。

背景技术：

1、目前公路隧道建设呈现不断向海拔更高、埋深更深的山区发展的趋势，隧道长度逐渐增加，特长隧道甚至5km以上的隧道不断涌现，随之而来的便是超长隧道的防灾问题。

2、隧道内发生火灾时，隧道火灾系统的主要目的是控制火灾烟雾的流向，并将其有效的排出洞外，根据规定：火灾烟雾在单洞双向交通隧道内的最大行程不宜大于3km；火灾烟雾在单向交通隧道内的最大行程不宜大于5km。因此对于超长隧道，单纯依靠隧道的进出口无法满足排烟行程要求，需设置若干平导、斜井、竖井等装置，满足超长隧道各区段的烟气排放。

3、然而由于地质、地形及地表生态条件的限制，斜井、竖井、平导位置的选择较为局限，常常不得不穿越部分不良地质，不仅增加了工程建设规模，也增加了工程建设难度。另外，斜井、竖井、平导仅能实现排烟直接排放功能，烟气中的污染物浓度也远超过相关规定中的限值，烟气直接排放对环境影响相对较大。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种满足超长公路隧道排烟分区的火灾烟气处理系统。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种满足超长公路隧道排烟分区的火灾烟气处理系统，当隧道为单洞双向交通隧道时，若干火灾烟气处理系统纵向左右交错布置；当隧道为分离式双幅隧道时，若干火灾烟气处理系统设置在两幅隧道中间，两幅隧道共用；火灾烟气处理系统设置数量用式1计算：

4、

5、式中：l为隧道长度，d为洞内气体处理系统的纵向设置间距，n为洞内气体处理系统设置数量；

6、每个火灾烟气处理系统均包括安装于同一管道内依次排布的引气装置、降温装置、除尘装置、中和吸附反应装置及排气装置；火灾产生的烟气通过引气装置从隧道主洞引入到火灾烟气处理系统的管道内；烟气经过降温装置时进行降温、经过除尘装置时过滤烟气中的颗粒物、经过中和吸附反应装置时过滤烟气中的二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫；经降温装置、除尘装置和中和吸附反应装置后的烟气，其有毒有害物质浓度已降至标准值以下，通过排气装置送回隧道内部。

7、进一步的，所述引气装置由引气轴流风机和引气管道组成，引气管道的一端延伸至隧道内，另一端安装有引气轴流风机，引气轴流风机的风量能够调节；

8、引气装置的风量调节范围及管道的断面规格用式2、式3计算：

9、q引≥at·vft   (2)

10、ay＝at·vft/vy   (3)

11、式中：q引为引气装置引入风量，ay为引气装置引气管道断面积，at为隧道净空断面积，vft为火灾工况下隧道内的设计通风速度；vy为隧道引气管道口在火灾工况下的设计风速。

12、进一步的，所述降温装置由过气管道和喷淋装置组成；喷淋装置安装于过气管道内的顶部，喷淋装置喷射细水雾，降低烟气的温度；过气管道内的底部设有喷淋水收集回收池。

13、进一步的，所述喷淋装置中添加有碱性物质，碱性物质提前对空气中溶于水呈酸性的氮氧化物和二氧化硫烟气组成物质进行初步中和处理。

14、进一步的，所述除尘装置由进气管、除尘装置和排气管组成；进气管一端接入降温装置，另一端接入除尘装置；排气管一端接入除尘装置，另一端接入中和吸附反应装置；除尘装置采用布袋除尘器或静电除尘器，烟气中较粗的颗粒在自重的作用下，下降至除尘装置底部的灰斗，较细的颗粒则吸附在除尘装置的表面，除尘装置对烟气中的颗粒物进行过滤。

15、进一步的，所述中和吸附反应装置由供氧管道、中和反应池和吸附反应管道组成；供氧管道安装于除尘装置的排气管内；中和反应池包括第一中和反应池和第二中和反应池，第一中和反应池一侧下方与除尘装置的排气管连接，另一侧的上方与第二中和反应池一侧下方通过管道连接，第二中和反应池的另一侧与吸附反应管道一端连接。

16、进一步的，所述供氧管道提供氧气，氧化烟气中的一氧化氮；供氧管道的供氧量根据式4进行计算：

17、

18、式中：表示供氧管道需通入的氧气体积，ηno表示需处理火灾烟气中一氧化氮的质量浓度，表示氧气的密度，q烟为火灾最大热释放率工况下对应的烟雾生成率，t为隧道火灾持续时间。

19、进一步的，所述第一中和反应池内放置氢氧化钠水溶液，烟气进入第一中和反应池后，氢氧化钠与烟气中的二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫反应，生成溶于水的硫酸钠、硫酸氢钠、碳酸钠和亚硝酸钠；

20、所述第二中和反应池内放置氢氧化钙水溶液，氢氧化钙与烟气中的二氧化碳反应后生成不溶于水的碳酸钙沉淀物和水；

21、所述吸附反应管道内设有一氧化碳吸附剂，气体经第一中和反应池和第二中和反应池处理后，能够溶于水或能够与碱性溶液反应的酸性气体被消除，而一氧化碳则随剩余的气体引入吸附反应管道内，气体以均匀速度缓慢通过，一氧化碳气体被吸附消除。

22、进一步的，所述第一中和反应池和第二中和反应池中的中氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠的含量以及氢氧化钙水溶液中的氢氧化钙的含量通过式5、式6计算：

23、

24、

25、式中：mnaoh表示第一个反应池中氢氧化钠的含量，表示第二个反应池中氢氧化钙的含量，分别表示在需处理火灾烟气中二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫的质量浓度；

26、所述吸附反应管道内的一氧化碳吸附剂的质量用式7计算：

27、

28、式中：my为吸附烟气中一氧化碳所需要的吸附剂质量，ηco表示一氧化碳在需处理火灾烟气中的质量浓度，ρco为一氧化碳气体的密度，ξco为一氧化碳吸附剂的吸附量。

29、进一步的，所述排气装置由排气轴流风机和排气管道组成，排气轴流风机安装于排气管道靠近隧道内一侧，排气轴流风机的风量能够调节；排气装置的排风管道规格及风速与引气装置保持一致。

30、本发明的有益效果是：

31、该火灾烟气处理系统不仅能够替代现有的斜井、竖井、平导等隧道排烟装置，而且通过安装于同一管道内依次排布的引气装置、降温装置、除尘装置、中和吸附反应装置及排气装置，能够实现火灾烟气的气体降温、除尘以及二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳等污染物中和吸附等过程，使火灾烟气中的有毒有害物质浓度降至标准值后送回隧道内部。同时，该火灾烟气处理系统可满足单洞双向交通隧道和分离式双幅隧道的安装，解决了斜井、竖井、平导等隧道排烟装置受地形、地质、生态条件限制，施工困难工程建设难度大等问题。

32、该火灾烟气处理系统以在隧道内进行隧道烟气处理替代烟气直接排放，综合考虑隧道了火灾烟气的主要污染物，分步骤将污染物从气体中分离出来，对环境影响较小。

技术特征：

1.一种满足超长公路隧道排烟分区的火灾烟气处理系统，其特征在于：当隧道为单洞双向交通隧道时，若干火灾烟气处理系统纵向左右交错布置；当隧道为分离式双幅隧道时，若干火灾烟气处理系统设置在两幅隧道中间，两幅隧道共用；火灾烟气处理系统设置数量用式1计算：

2.根据权利要求1所述的满足超长公路隧道排烟分区的火灾烟气处理系统，其特征在于：所述引气装置由引气轴流风机和引气管道组成，引气管道的一端延伸至隧道内，另一端安装有引气轴流风机，引气轴流风机的风量能够调节；

3.根据权利要求1所述的满足超长公路隧道排烟分区的火灾烟气处理系统，其特征在于：所述降温装置由过气管道和喷淋装置组成；喷淋装置安装于过气管道内的顶部，喷淋装置喷射细水雾，降低烟气的温度；过气管道内的底部设有喷淋水收集回收池。

4.根据权利要求3所述的满足超长公路隧道排烟分区的火灾烟气处理系统，其特征在于：所述喷淋装置中添加有碱性物质，碱性物质提前对空气中溶于水呈酸性的氮氧化物和二氧化硫烟气组成物质进行初步中和处理。

5.根据权利要求1所述的满足超长公路隧道排烟分区的火灾烟气处理系统，其特征在于：所述除尘装置由进气管、除尘装置和排气管组成；进气管一端接入降温装置，另一端接入除尘装置；排气管一端接入除尘装置，另一端接入中和吸附反应装置；除尘装置采用布袋除尘器或静电除尘器，烟气中较粗的颗粒在自重的作用下，下降至除尘装置底部的灰斗，较细的颗粒则吸附在除尘装置的表面，除尘装置对烟气中的颗粒物进行过滤。

6.根据权利要求5所述的满足超长公路隧道排烟分区的火灾烟气处理系统，其特征在于：所述中和吸附反应装置由供氧管道、中和反应池和吸附反应管道组成；供氧管道安装于除尘装置的排气管内；中和反应池包括第一中和反应池和第二中和反应池，第一中和反应池一侧下方与除尘装置的排气管连接，另一侧的上方与第二中和反应池一侧下方通过管道连接，第二中和反应池的另一侧与吸附反应管道一端连接。

7.根据权利要求6所述的满足超长公路隧道排烟分区的火灾烟气处理系统，其特征在于：所述供氧管道提供氧气，氧化烟气中的一氧化氮；供氧管道的供氧量根据式4进行计算：

8.根据权利要求6所述的满足超长公路隧道排烟分区的火灾烟气处理系统，其特征在于：所述第一中和反应池内放置氢氧化钠水溶液，烟气进入第一中和反应池后，氢氧化钠与烟气中的二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫反应，生成溶于水的硫酸钠、硫酸氢钠、碳酸钠和亚硝酸钠；

9.根据权利要求8所述的满足超长公路隧道排烟分区的火灾烟气处理系统，其特征在于：所述第一中和反应池和第二中和反应池中的中氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠的含量以及氢氧化钙水溶液中的氢氧化钙的含量通过式5、式6计算：

10.根据权利要求1所述的满足超长公路隧道排烟分区的火灾烟气处理系统，其特征在于：所述排气装置由排气轴流风机和排气管道组成，排气轴流风机安装于排气管道靠近隧道内一侧，排气轴流风机的风量能够调节；排气装置的排风管道规格及风速与引气装置保持一致。

技术总结本发明涉及隧道火灾烟气处理技术领域，具体公开了一种满足超长公路隧道排烟分区的火灾烟气处理系统，包括安装于同一管道内依次排布的引气装置、降温装置、除尘装置、中和吸附反应装置及排气装置；火灾产生的烟气通过引气装置从隧道主洞引入到火灾烟气处理系统的管道内；烟气经过降温装置时进行降温、经过除尘装置时过滤烟气中的颗粒物、经过中和吸附反应装置时过滤烟气中的二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫；经降温装置、除尘装置和中和吸附反应装置后的烟气，其有毒有害物质浓度已降至标准值以下，通过排气装置送回隧道内部，从而实现火灾工况下的烟气处理过程。技术研发人员：王安民,闫治国,何佳银,李志厚,雷华,陈树汪,陈星宇,段晓彬,白国权,郑勇,张涛受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/6/30