长大隧道竖井污染物排放的影响因素分析.pdf

定,以及各部分的连接安装 ,都需要设计者严格考察 工程现场情况, 因地制宜 ,合理配置 。 试验参数表明, 袋式除尘器用电磁脉冲阀性能存 在较大差异,产生这些差异的原因主要在于阀体本身 各部件的构造和材质 。因此, 采取技术方法和技术指 标来衡量和评价脉冲阀的性能是十分必要的 。同时, 使用者也需通过问询或实样查看等方法 ,根据实际项 目需要选用合适的脉冲阀产品 。 参考文献 [ 1] 陈志炜, 王泽生, 姚群, 等. 袋式除尘器脉冲阀性能评价方法及 选型计算.环境工程, 2005,23 6 76 -78 [ 2] 陈志炜, 王泽生. 一种大型低压脉冲阀的研究. 工业安全与环 保, 2004,30 11 12 -15 [ 3] 白震, 张殿印. 脉冲除尘器的清灰压力特性及选择研究. 冶金环 境保护, 2002 6 65-69 作者通信处 瞿晓燕 201620 上海市松江区人民北路 2999 号 东 华大学环境学院楼 3145室 电话 021 67792513 E -mail qxy2015163. com 2007- 11-05 收稿 长大隧道竖井污染物排放的影响因素分析 ＊ 张荣鹏 张 旭 王 军 徐 旭 同济大学暖通空调及燃气研究所, 上海 201804 摘要 以某长大隧道为工程背景, 利用 Mobile 模型和 Gauss模型对隧道竖井污染物的排放进行计算, 得到了主要污染 物在近地二维平面上的一次扩散浓度。 引入稀释空气因子的概念综合评价了污染物的环境影响。 通过正交试验设计 和显著性分析的方法确定了几个主要影响因素的显著性水平, 指出从源头上降低污染物的排放是在治理过程中应着 重加强的环节。 关键词 隧道竖井 污染物排放 Mobile 模型 Gauss 模型 正交试验 显著性分析 ＊上海市科技攻关重大专项 04dz12020 。 0 引言 随着我国经济的不断发展和交通量的不断增长, 交通问题愈加突出。因此 ,许多城市都把建设地下隧 道作为缓解这一矛盾的重要手段。仅以上海地区为 例,除了投入使用的 6 条和在建的 2 条越江隧道外, 十一五期间还将有多条隧道工程投建 。根据上海市 的中远期规划, 到 2010 年, 轨道交通将增加到 15 条, 越江通道将增加到 16 处, 极大改善黄浦江两岸的投 资环境,带动周边城市群的高速发展 [ 1] 。 但是, 地下隧道在提供交通便利 , 带来经济效益 和社会效益的同时, 也带来了相应的环境问题 。汽车 尾气作为主要的大气污染源之一,主要由 CO 、 NO2以 及碳氢化合物组成, 隧道内汽车所排放的尾气会对周 边环境的空气质量产生显著的影响 。因此,隧道的污 染气体排放就成为必须加以考虑的问题 。 在该类隧道中 ,许多都设置了隧道竖井 ,通过集 中高空排放的方式来对污染气体进行处理,如图 1 所 示。隧道竖井的污染物排放会受到多种因素的影响, 有必要对其进行分析和研究。以某长大隧道为工程 背景, 对其竖井的污染物排放情况进行计算 ,并对影 响该过程的几个主要因素进行分析 ,以便为进一步的 研究和相关的工程设计提供参考依据。 图 1 某隧道竖井结构示意及外观 1 工程概况 该隧道工程长约 8. 1km, 位于欧亚大陆东岸的中 纬度地区, 属亚热带季风气候, 受海洋和冬夏季风影 响显著 ; 年 平均 气 温 为 15. 5 ℃, 极 端 最 高温 度 26 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 38. 2 ℃,极端最低温度- 9. 8 ℃; 周边区域地势平坦。 隧道内交通密度大 ,内热源强度大; 采用三竖井送排 式纵向通风方式 。 2 相关计算模型的选取 采用 Mobile 模型确定隧道内机动车污染物的排 放水平。这是目前世界上应用最为广泛的计算模式 之一 。通过车种比例 、 交通量 、 运行车速等数据,可以 预测出隧道在不同运行时期各类污染气体的排放量。 根据该隧道竖井的排放特征, 采用高斯扩散模型 对污染物的扩散与浓度分布进行计算 。计算中将大 气污染源视作高架连续点源 ; 扩散参数按照有风工 况、 中性稳定度条件采用 Briggs 法计算 ; 烟气抬升公 式采用大气环境界在环境影响评价 、 环境规划等工作 中普遍采用的 Holland 公式 。 采用Gauss 模型计算出的污染物的落地浓度分布 如图2 所示。在污染源附近, 污染气体尚未沉降 ,污染 物浓度接近于零; 然后沿主导风向逐渐升高,在某个距 离处达到最大值,之后再逐渐减少 ; 在垂直于主导风向 的方向上,浓度近似按正态分布规律分布 [ 2] 。 图 2 高斯烟流的落地浓度分布 3 综合评价指标的确定 为了研究各因素对污染气体排放的影响程度 ,首 先需要确定评价指标 ,即衡量与考核试验结果的最终 物理量。 CO 和NO2是隧道竖井排放的两种主要的污染气 体,二者的排放浓度在数值上有着很大的差别 ,在对 环境的影响程度上也大不相同。为了综合分析 CO 和NO2的环境影响 , 引入了稀释空气因子的概念 [ 3] , 定义如下 用计算出的 CO 和 NO2在地面二维平面上的一 次扩散浓度分别除以相应的浓度限值, 所得的无量纲 数即表示将污染气体稀释到标准允许浓度所需要的 稀释空气量,可称之为稀释空气因子。将地面某点所 对应的不同污染物的稀释空气因子相加 ,则得到该点 的总稀释空气因子 。如此则消除了不同污染物在性 质和数量级上的差别 ,用一项指标反映出多种污染物 对环境的综合影响 。取地面各点总稀释空气因子的 最大值作为本试验最终的环境影响评价指标 。 我国大气环境质量标准 [ 4] 规定了 3 类不同地区 的主要大气污染物的浓度限值 ,如表 1 所示。标准规 定,城镇规划中确定的居住区 、 商业交通居民混合区、 文化区和一般工业区皆执行二级空气质量标准。根 据研究对象所处的区域环境, 按照二级空气质量标准 进行计算分析。 表 1 CO 和 NO2的浓度限值 污染物类型一级二级三级 CO mgm- 3101020 NO2 mgm- 30 . 120. 240 . 24 4 污染物扩散的影响因素 竖井排放污染气体浓度、竖井排放风速、环境风 速和竖井高度是影响隧道竖井污染物排放的 4 个主 要因素,其中后三者均与竖井的有效高度有关 。下面 将对各个因素的取值进行说明 。 4. 1 竖井排放污染气体浓度 通过 Mobile 模型预测出隧道运行初期 2010 年 、 近期 2020 年 和远期 2028 年 的隧道内 CO 和 NO2排放量 [ 5] 。根据计算结果, 竖井的 CO 排放浓度 选取88. 99、 72. 53、 56. 08mg m 3 三组数据,NO2排放浓 度选取26. 37、16. 91、7. 45 mg m 3 三组数据进行计算 分析 。 4. 2 竖井排放风速 竖井排放风速越高, 竖井有效高度就越高, 污染 物的近地面沉降浓度值越低。本例隧道的设计风量 为640 m 3 s,该风量一部分通过竖井排出 , 另一部分 则通过隧道峒口排出 。由于隧道内部车流行驶情况 的多变,导致隧道内部由车流行驶引起的活塞风量发 生变化 ,进而影响到隧道内部风量的分配 ,从而造成 竖井具有不同的排放风速。按照单个竖井排放风量 分别为 100、 150、 200 m 3 s进行分析 ,相应的排放风速 分别 1. 27 、 1. 91、 2. 55 m s。 4. 3 环境风速 环境风速与气体抬升高度成反比关系,故环境风 速越高 ,竖井有效高度就越低, 污染物的近地面沉降 浓度值越高 ,对于环境越为不利。根据工程所在地区 的气象数据 ,环境风速取为 3. 31、 2. 37、 1. 43 m s 三个 有代表性的数值 。 4. 4 竖井高度 竖井高度的增加对于污染物的控制而言是有利 27 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 的,但却受到经济因素、周围环境等多方面的制约。 在工程常见范围内选取 20、25、 30 m 三个高度进行 分析 。 5 正交试验设计和显著性分析 正交试验设计是统计学的一个重要分支 ,它的历 史虽然不长 ,但发展迅速 [ 6] 。它借助规格化的正交表 科学地、 有计划地挑选试验条件,合理安排试验,并利 用数学统计的原理分析试验结果 [ 7-8] 。 5. 1 正交试验方案的确定 选用 L27 3 13 型的正交表进行试验设计 ,影响因 素及其各个水平的取值见表 2。考虑竖井排放风速 与环境风速两个因素的交互作用, 将其作为一个单独 的影响因素,记为 B C。 表 2 影响因素及水平取值 水平 A 竖井排放污染气体浓度 mg m- 3 CO NO2 B 竖井排放风 速 m s- 1 C 环境风 速 m s- 1 D 竖井 高度 m 188. 9926. 371. 273. 3120 272. 5316. 911. 912. 3725 356. 087. 452. 551. 4330 将各因素分别填写在所选用的正交表的上方, A 、B 、C、D 四个因素各占一列 , 交互作用因素占两 列 [ 9] 。本试验共得到 27 组试验方案, 如表 3 所示。 采用第 2 部分介绍的 Gauss 模型, 计算出各个工况下 的污染物浓度分布, 并进而按照第 3 部分介绍的方法 求得各工况下稀释空气因子 Y 的数值 , 将计算结果 列于表3 。 5. 2 因素主次顺序的确定 各因素主次顺序的确定首先可以采用直观分析 法,通过比较各因素的极差值确定 。 计算极差需要进行以下参量的计算 [ 7] kij∑Yij表示第j 列上水平号为i 的稀释空气 因子 Y 的和; Rjmax{ kij}- min{ kij} 称为第 j 列对应因素的 极差 。 将计算结果列于表 3。 从计算结果可以看出, 各列的极差值是不相等 的,这说明各因素的水平改变对试验指标的影响程度 是不同的 。极差越大 ,说明该因素水平改变对试验指 标的影响越大, 极差最大的因素就是对试验指标影响 最大的因素 ,也就是最主要的因素 [ 7] 。由表 3 的计算 结果可见, 对于本试验有 RARDRBRCRB C。 因此, 各因素由主到次的顺序为 竖井排放污染气体 浓度 ※ 竖井高度 ※ 竖井排放风速 ※环境风速 ※竖井 排放风速与环境风速的交互作用。 表 3 正交试验表格 试验 编号 B ms- 1 C ms- 1 B C 1 B C2 A mgm- 3 CONO2 D mY 11 . 273. 311188 . 99 26 . 37200 . 838 1 21 . 273. 311172 . 53 16 . 91250 . 396 3 31 . 273. 311156 . 087 . 45300 . 136 9 41 . 272. 372288 . 99 26 . 37200 . 839 4 51 . 272. 372272 . 53 16 . 91250 . 412 1 61 . 272. 372256 . 087 . 45300 . 146 7 71 . 271. 433388 . 99 26 . 37200 . 736 5 81 . 271. 433372 . 53 16 . 91250 . 383 0 91 . 271. 433356 . 087 . 45300 . 143 2 101 . 913. 312388 . 99 26 . 37250 . 635 9 111 . 913. 312372 . 53 16 . 91300 . 323 0 121 . 913. 312356 . 087 . 45200 . 246 3 131 . 912. 373188 . 99 26 . 37250 . 608 4 141 . 912. 373172 . 53 16 . 91300 . 319 2 151 . 912. 373156 . 087 . 45200 . 226 6 161 . 911. 431288 . 99 26 . 37250 . 496 0 171 . 911. 431272 . 53 16 . 91300 . 273 0 181 . 911. 431256 . 087 . 45200 . 174 9 192 . 553. 313288 . 99 26 . 37300 . 494 8 202 . 553. 313272 . 53 16 . 91200 . 501 5 212 . 553. 313256 . 087 . 45250 . 181 4 222 . 552. 371388 . 99 26 . 37300 . 459 8 232 . 552. 371372 . 53 16 . 91200 . 436 3 242 . 552. 371356 . 087 . 45250 . 163 7 252 . 551. 432188 . 99 26 . 37300 . 357 4 262 . 551. 432172 . 53 16 . 91200 . 307 0 272 . 551. 432156 . 087 . 45250 . 121 4 Rj1. 008 90 . 761 80 . 219 60 . 216 43. 925 21. 652 6 注∑ 27 i 1 Yi10. 3588, Y 1 27∑ 27 i 1 Yi0 . 3837 ,∑ 27 i 1 Y2i5 . 1222。 5. 3 显著性分析 为了进一步了解结论的可靠度 ,还需要进行显著 性分析。 显著性分析是利用数理统计假设检验的方法 ,构 造一个服从 F 分布的统计量。通过比较各影响因素 的 F 值与某一显著性水平下临界值Fα m ,n 的大小 来最终确定影响因素的显著性 [ 10] 。 进行显著性分析首先需要计算各偏差平方和及 28 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 相应的自由度 [ 6-7] 。 数据总偏差平方和 ST、单项因素 j 引起的偏差 平方和Sj、交互作用 B C 引起的偏差平方和SB C、 试验误差引起的偏差平方和 Se分别为 ST∑ n i 1 yi- y 2 ∑ n i 1 y 2 i-n y 2 Sj r n∑ r i 1 k 2 ij-1 n ∑ n i 1 yi 2 SB CS B C 1 S B C 2 SeST-∑Sj-SB C 总自由度 f总、 单项因素 j 的自由度fj、 交互作用 B C 的自由度 fB C、试验误差的自由度 fe分别为 f总n - 1, fjr - 1, fB CfBfC, fef总-∑fj- fB C。 式中, n 为总的试验次数 ,本试验 n 27; r 为第j 个因素的水平数 ,本实验中均为 r 3。 则某因素 含单项因素 j 和交互作用B C 的检 验统计量 F因服从F f因, fe 分布 F因S 因 f因 Se fe ～ F f因, fe 计算各影响因素的 F 值, 并与某一显著性水平 α 下的临界值Fα f因, fe 进行比较, 从而最终确定影 响因素的显著性 [ 6] 。 计算结果见表 4。 表 4 显著性分析表 方差来源SfS fF 值显著性 B0 . 060 320. 030 112. 20＊ ＊ ＊ C0 . 036 520. 018 27. 38＊ ＊ ＊ BC0 . 006 740. 001 70. 68 A0 . 857 720. 428 8173. 60＊ ＊ ＊ D0 . 152 220. 076 130. 81＊ ＊ ＊ e0 . 034 6140. 002 5 注 F0. 01 2, 14 6. 52; F0. 10 4, 14 2. 39。 从表 4 中的 F 值与临界值的比较可以看出, 因 素 A 、 B 、C、D 的影响都是显著的; 从 F 值的大小看 出, A 的影响最为显著 ,以下依次为 D 、B 、C 。而交互 作用 B C 的影响不显著,可以忽略不计。 可见 ,显著性分析与直观性分析得出的结论是一 致的, 这使我们不仅对结论的可靠度有了估计 ,而且 了解了试验过程中误差的大小 [ 6] 。 6 结论 1 以某长大隧道为工程背景 ,利用 Mobile 模型 确定了隧道内机动车污染物的排放水平, 利用 Gauss 模型计算得到了两种主要污染物 CO 和 NO2在近地 二维平面上的一次扩散浓度 , 了解了污染物的扩散 状况 。 2 以稀释空气因子为评价指标, 利用正交试验 方法和显著性分析, 得出了影响长大隧道竖井污染物 排放的4 个因素的主次顺序 ,为进一步的研究和相关 的工程设计提供了参考依据。 3 竖井自身排放的污染物浓度是所有影响因素 中最为显著的一个。因此 ,加强对汽车的改造以及对 汽油的加工处理 例如 , 采用适当的脱硝技术以有效 地降低汽车尾气中 NO2的含量 ,从源头上降低污染 物的排放, 是减轻隧道竖井污染物排放环境影响的最 为有效的措施。 参考文献 [ 1] 徐琳. 长大公路隧道火灾热烟气控制理论分析与实验研究 [ 博 士学位论文] . 上海 同济大学,2007 [ 2] 谷清, 李云生. 大气环境模式计算方法. 北京 气象出版社, 2002 [ 3] 黄志甲, 张旭. 空调冷源的环境性能比较. 制冷学报, 2004 3 51 -55 [ 4] GB3095 -1996 环境空气质量标准 [ 5] 李修刚, 杨晓光. 用于城市交通规划的机动车污染物排放因子. 交通运输工程学报, 2001, 1 4 87 -91 [ 6] 苏均和. 试验设计. 上海 上海财经大学出版社, 2005 [ 7] 张伟捷, 吴金顺, 魏一然, 等. 基于正交试验法的建筑冷负荷影 响因素分析. 暖通空调, 2006, 36 11 77 -80 [ 8] 辛益军. 方差分析与试验设计. 北京 中国财政经济出版社, 2001 [ 9] 郑少华, 姜奉华. 试验设计与数据处理. 北京 中国建材工业出 版社, 2004 [ 10] 赵坚. 基于 BIN 法的空调建筑全年能耗影响因素分析. 节能技 术, 2007, 25 7 317 -320 作者通信处 张荣鹏 201804 上海市曹安公路 4800 号 同济大学 嘉定校区 12703 E -mail sdzrp163. com 2007- 11-05 收稿 29 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 NEW TECHNIQUE OF DESULPHURATION OF SINTERING FLUE GAS BASED ON SEMI-DRY PROCESSLi Qiyong7 Abstract The amount of SO2from sintering process is over 60 of iron and steel production. The traditional control s are not suitable for the new situation of desulphuration and reduction of pollution. A new technique of desulphuration of flue gas, where double -flue and twin suction fan are used, is developed by Fujian Sanming Steel Group, based on CFB-FGD semi-dry process, which provides a new example for solving the difficult problem of sintering desulfuration in iron and steel industry. Keywords sinter, desulfuration by semi -dry process and reduction of pollution JET BUBBLING TOWER WITH PNEUMATIC AGITATION FOR DESULFURIZATION AND DUST REMOVALWu Ting Yang Chunping Gan Haiming et al 10 Abstract A jet bubbling tower was improved with pneumatic agitation for desulfurization and dust removal on the basis of the patented device of pierced cylindrical gas distribution systems.There were two gas distribution systems in the desulphurization tower, which avoid the disadvantage of uneven distribution of gas streams in the center of a tower with a large diameter of about 4 meters.The upper portion of a pneumatic agitating device was installed in the circular channel of the tower and was driven by the air stream passing through the channel.The running results showed that the absorption tower distributed gas streams far more even and that the gas, liquid and solid phases in the tower were agitated and contacted more intensively. The efficiency of dust removal achieved 95. The desulfurization efficiency was stably higher than 97 when the pH of the absorption solution for desulfurization slurry was larger than 5. Keywords absorption tower, flue gas desulfurization, gas distribution system, ring bar and pneumatic agitation device DISCUSSION ON DUST REMOVAL BY FRAME VENTILATION AND DEDUSTING EQUIPMENTChai Yusheng Zhang Qi Zhao Jiage 13 Abstract There isoften dust pollutionin environmentsof coal mining , cement production, flour processing and pharmaceuticalfactory etc. In order to improve dust control, a patented frame ventilation and dedusting equipment is used. Through determining the concentration of indoor inhalable particulates, it is shown that the equipment is effective in dust removal. Keywords dust pollution, frame ventilation dedusting equipment, concentration of inhalable particulates and deposition rate SYNTHESIS OF AN AMIDOCYANOGEN COTTON FIBER FOR FGD Feng Jian Zhu Xiaofan Hou Xiandeng et al 16 Abstract A synthetic of cottonfibers containing amine functionalgroupwas studied. And various effects on the preparation process such as reagent concentration, reaction time and temperature were investigated. The ethylenediamine as an better amine reagent was chosen. And the adsorption of SO2by several amine -functional cotton fibers was also studied, showing the ethylenediamine -functional cotton fiber had the best adsorption perance with the maximum saturated capacity of SO2amounting up to 4. 29 mg g dry fiber with the average N -content of 0. 43. Keywords cotton fiber, amine reagent, ethylenediamine, adsorption and SO2 PURIFICATION OF WASTER GAS CONTAINING TOLUENE WITH WASTE ENGINE OIL ABSORBENTChen Dingsheng Cen Chaoping Fang Ping et al 20 Abstract The purification of organic waste gas containing toluene withwaste engine oil absorbent hasbeen carried out in structured packing columns. The effects of height of structured packing, inlet concentration, the gas flow velocity, and ratio of volume of liquid to gas on absorption efficiency were systematically investigated, and the optional operation condition was established.The test results show that under the optimal condition, the removal rate of toluene in the exhaust gas can be up to 95～ 98. Keywords waste engine oil, absorption, toluene and waste gas DESIGN OF DEASHING AIR SOURCE AND RESEARCH ON DIAPHRAGM VALVE OF BAGHOUSE FILTERQu Xiaoyan Shen Henggen 23 Abstract Cleaning air source is the key link of pulse deashing system of baghouse filter, the capability of diaphragm valve effects the result of pulse deashing directly . This article researches the volume of header tank and the installation of fittings of air source from the design, compares the perance of diaphragm valves, introduces the means and gists of how to select diaphragm valve from the actual use. Keywords baghouse filter, diaphragm valve and deashing ANALYSIS OF THE AFFECTING FACTORS OF WASTE GAS DISCHARGE FROM A LONG TUNNEL SHAFTZhang Rongpeng Zhang Xu Wang Jun et al 26 Abstract It is calculated the waste gas discharge from a long tunnel shaft with the Mobile model and Gauss model theory, the primary diffusion concentration on the plane near the floor is got.A dilute -air factor is defined to uate the environmental effect, and then the notabilities of four main affecting factors are analyzedwith the orthogonal test and notability analysis, showing that a great emphasis should be laid on the control of the waste gas source to abate the environmental effect by the tunnel shaft. Keywords tunnel shaft, waste gas discharge, Mobile model, Gauss model, orthogonal test and notability analysis 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 2,Apr. ,2008