一种隧道施工粉尘和有害气体的吸收净化系统

1.本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道施工粉尘和有害气体的吸收净化系统。


背景技术：

2.隧道施工粉尘和有害气体的产生主要有两方面，一方面是隧道在爆破过程中会产生有害气体co、co2、氮氧化物(nox)、硫化物和粉尘等；另一方面是挖掘机与大型运渣车的内燃机排放的有害气体co、co2、氮氧化物(nox)、碳氢化合物(ch)及硫化物等。由于隧道的半封闭式结构，连续施工产生的粉尘和有害气体不断增加，严重影响了施工现场人员的生命健康安全。
3.粉尘等固体小颗粒具有较强的吸附能力，它能够随着人们的呼吸进入人体肺部，以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在呼吸道的不同部位，引起呼吸系统疾病。人们长期吸入粉尘会引起以肺组织纤维化为主的疾病，比如矽肺、煤工尘肺、石墨尘肺、石棉肺等。此外，暴露在空气中的粉尘还可以直接接触到人的眼睛和皮肤，阻塞皮肤的毛囊和汗腺，引起皮肤炎和眼结膜炎。
4.co通过呼吸道进入血液循环，极易与血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息，轻者危害中枢神经系统，重者会导致人的死亡；氮氧化物(nox)会对人的呼吸系统造成严重伤害在二氧化氮浓度为9.4毫克/立方米的空气中暴露10分钟，即可造成人的呼吸系统功能失调。碳氢化物(ch)在大气中的浓度较高时容易诱发人体的畸变和癌变，对人体造成严重伤害。硫化物中的硫化氢(h2s)是一种急性剧毒，吸入少量高浓度硫化氢可于短时间内致命。低浓度的硫化氢对眼、呼吸系统及中枢神经都有影响。大气中二氧化硫(s02)浓度在0.5ppm以上对人体已有潜在影响；在1～3ppm时多数人开始感到刺激；在400～500ppm时人会出现溃疡和肺水肿直至窒息死亡。
5.随着我国能源开发项目、国防工程、水利工程、国家基础建设如在铁道、水电、交通、矿山、市政等项目的大力发展，地下隧道建设的需求日益增大，越来越多地长大隧道需要建设。但是现有的长大隧道将新鲜空气通过通风管送入掘进工作面，稀释后的有毒气体通过风机提供的风压将有害气体带出隧道，通风时间过长、效率低，并且对于施工环境、空气质量提出越来越高要求，现有的通风方法已不能满足于施工的要求。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种隧道施工粉尘和有害气体的吸收净化系统，本发明提供的净化系统可以高效迅速地解决隧道施工过程中产生的粉尘等固体小颗粒和有害气体。特别是克服了长大隧道通风时间长，效率低和成本过高的缺点，从而有效的确保了现场隧道施工人员的生命健康安全。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
8.一种隧道施工粉尘和有害气体的吸收净化系统，包括粉尘收集箱，粉尘收集箱的
外侧依次相邻设置有电力装备箱、催化剂箱、碱性试剂箱、干燥剂箱和气体收集箱，粉尘收集箱的侧面上连通设置有进风斗。
9.优选的，所述粉尘收集箱的内部间隔设置有多层竖向的静电除尘格栅，电力装备箱的顶部设置有抽风机，抽风机和静电除尘格栅均与电力装备箱电性连接。
10.优选的，所述粉尘收集箱的前侧面和后侧面的内壁上分别对称开设有限位槽，两个静电除尘格栅的前端和后端分别与限位槽的内壁抵触连接，两个静电除尘格栅的外侧面的前侧和后侧均设置有多组恢复弹簧，恢复弹簧的活动端分别与限位槽的内壁连接。
11.优选的，所述粉尘收集箱的顶部设置有电机，电机的输出轴连接有连接杆，连接杆的底端贯穿粉尘收集箱的顶部侧壁并延伸至粉尘收集箱的内部，连接杆上固定套设有偏心轮，偏心轮的外缘均与两个静电除尘格栅的内侧面相抵触。
12.优选的，电机的输出轴上设置有主动齿轮，所述粉尘收集箱的顶部转动设置有竖向的转动杆，转动杆上设置有从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮通过传动皮带连接，转动杆上设置有第一齿轮，粉尘收集箱的上方设置有螺杆，螺杆上设置有第二齿轮，第二齿轮与第一齿轮啮合，螺杆的底部贯穿粉尘收集箱的顶部侧壁并延伸至粉尘收集箱的内部，粉尘收集箱的内部设置有竖向的遮挡板，螺杆的底部与遮挡板的内部螺纹连接。
13.优选的，所述遮挡板右侧面的底部垂直设置有伸缩机构，伸缩机构的右端设置有除尘刷体，除尘刷体上设置有多个刷毛。
14.优选的，所述伸缩机构包含套筒、伸缩杆和复位弹簧，所述套筒的左端与遮挡板右侧面的底部连接，伸缩杆的左端延伸至套筒的内部，且伸缩杆的左端通过复位弹簧与套筒的筒底内壁连接，伸缩杆的右端与除尘刷体的左侧面连接。
15.优选的，所述抽风机的进气口与粉尘收集箱相连通，抽风机的出气口与催化剂箱、催化剂箱与碱性试剂箱、碱性试剂箱与干燥剂箱、干燥剂箱与气体收集箱之间分别通过气体导管相连接。
16.优选的，所述催化剂箱的内部设置有陶瓷蜂窝体，陶瓷蜂窝体的外表面上附载有氧化铝涂层，氧化铝涂涂层上浸渍有催化剂。
17.优选的，所述碱性试剂箱的内部装设有naoh溶液，溶液浓度为20％-30％。
18.优选的，所述干燥剂箱装有无水氯化钙粉末。
19.本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
20.(1)本发明提供的隧道施工粉尘和有害气体的吸收净化系统，既能够吸附去除粉尘等小颗粒又能净化吸收有害气体，能够改善隧道施工环境、保障了现场隧道施工人员的生命健康安全；
21.(2)本发明通过偏心轮、恢复弹簧、电机、连接杆和限位槽的设计，能够通过偏心轮间歇性交替的对两个静电除尘格栅进行推动，使得静电除尘格栅在移动过程中其上面负载的灰尘受到振动，能够掉落入集尘箱中，从而能够避免灰尘长期积累在静电除尘格栅表面，而影响除尘的效果；
22.(3)本发明通过主动齿轮、从动齿轮、转动杆、螺杆、第一齿轮、第二齿轮和遮挡板的设计，能够在偏心轮推动静电除尘格栅的同时，还能够使遮挡板下移，从而能够对进风斗的开口处进行封闭，避免抖落的灰尘通过进风斗的开口处逸出，而造成环境的二次污染；
23.(4)本发明通过除尘刷体的设计，能够在在偏心轮推动静电除尘格栅以及遮挡板
下移的同时，还能够利用多个刷毛进一步对积累灰尘比较严重的左侧的静电除尘格栅进行进一步的清扫，提高了静电除尘格栅的除尘效果。
附图说明
24.图1为本发明实施例提供的隧道施工粉尘和有害气体的吸收净化系统的结构示意图；
25.图2为本发明实施例中的粉尘收集箱在遮挡板关闭状态下的内部结构示意图；
26.图3为图2的左视图；
27.图4为本发明实施例中的粉尘收集箱在遮挡板打开状态下的内部结构示意图；
28.图5为本发明实施例中的伸缩机构与除尘刷体的连接俯视图；
29.图6为本发明实施例中的伸缩机构的内部机构示意图；
30.图7为本发明实施例中的第一齿轮和第二齿轮的连接俯视图；
31.图8为本发明实施例中的偏心轮与两个静电除尘格栅的连接俯视图；
32.图9为本发明实施例提供的隧道施工粉尘和有害气体的吸收净化系统的工作流程图；
33.图中：1-进风斗；2-静电除尘格栅；3-粉尘收集箱；4-抽风机；5-电力装备箱；6-催化剂箱；7-碱性试剂箱；8-干燥剂箱；9-气体收集箱；10-气体导管；11、箱门；12、限位槽；13、恢复弹簧；14、电机；15、连接杆；16、偏心轮；17、主动齿轮；18、转动杆；19、从动齿轮；20、传动皮带；21、第一齿轮；22、螺杆；23、遮挡板；24、伸缩机构；25、除尘刷体；26、刷毛；27、套筒；28、伸缩杆；29、复位弹簧；30、收集箱；31、固定板；32、螺纹孔；33、第二齿轮；34、滑环；35、限位环。
具体实施方式
34.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
35.如图1至图8所示，本发明实施例提供的隧道施工粉尘和有害气体的吸收净化系统，包括粉尘收集箱3，粉尘收集箱3用于收集沉积落下的粉尘，粉尘收集箱3的外侧依次相邻设置有电力装备箱5、催化剂箱6、碱性试剂箱7、干燥剂箱8和气体收集箱9，粉尘收集箱3的侧面上连通设置有进风斗1。
36.粉尘收集箱3的内部间隔设置有多层竖向的静电除尘格栅2，电力装备箱5的顶部设置有抽风机4，抽风机4和静电除尘格栅2均与电力装备箱5电性连接，电力装备箱5为抽风机4和静电除尘格栅2提供电力保障。粉尘收集箱3的内部底部放置有收集箱30，在粉尘收集完毕后，通过打开粉尘收集箱3上的箱门11，便于取出收集箱30，对收集的粉尘进行清理。
37.本发明实施例中的两个静电除尘格栅2使得气流中的粉尘荷电在电场作用下与气流分离，使得灰尘能够沉积落入粉尘收集箱3中，气流能够顺畅的进入后续装置中。
38.本发明实施例中的静电除尘格栅2工作原理是利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘荷电在电场作用下与气流分离。主要包括四个相互有关的物理过程：(1)气体的
电离；(2)粉尘的荷电；(3)荷电粉尘向电极移动；(4)荷电粉尘的捕集。具体过程为：
39.在两个曲率半径相差较大的金属阳极和阴极上，通过高压直流电，维持一个足以使气体电离的电场，气体电离后所产生的电子：阴离子和阳离子，吸附在通过电场的粉尘上，使粉尘获得电荷。荷电极性不同的粉尘在电场力的作用下，分别向不同极性的电极运动，沉积在电极上，而达到粉尘和气体分离的目的。
40.粉尘收集箱3的前侧面和后侧面的内壁上分别对称开设有限位槽12，两个静电除尘格栅2的前端和后端分别与限位槽12的内壁抵触连接，两个静电除尘格栅2的外侧面的前侧和后侧均设置有多组恢复弹簧13，恢复弹簧13的活动端分别与限位槽12的内壁连接。两个静电除尘格栅2通过限位槽12支撑并限位，且两个静电除尘格栅2可在限位槽12内进行左右移动，具体设计时，多组恢复弹簧13沿静电除尘格栅2的高度方向间隔分布。
41.粉尘收集箱3的顶部设置有电机14，电机14的输出轴连接有连接杆15，连接杆15的底端贯穿粉尘收集箱3的顶部侧壁并延伸至粉尘收集箱3的内部，连接杆15上固定套设有偏心轮16，偏心轮16的外缘均与两个静电除尘格栅2的内侧面相抵触。连接杆15具体通过轴承与粉尘收集箱3的顶部侧壁连接，当工作一段时间需要对两个静电除尘格栅2上负载的灰尘进行清除时，通过启动电机14，带动连接杆15以及偏心轮16转动，进而间歇性交替的对两个静电除尘格栅2进行外侧推动，进而使与之相连的恢复弹簧13进行间歇性交替压缩，随着偏心轮16不断旋转，恢复弹簧13不断进行压缩和复位，从而使得静电除尘格栅2在偏心轮16的推动力以及恢复弹簧13的恢复力作用下，不断进行左右移动，从而能够使静电除尘格栅2上负载的灰尘能够在振动力作用下逐渐掉落至收集箱30中。
42.电机14的输出轴上设置有主动齿轮17，所述粉尘收集箱3的顶部转动设置有竖向的转动杆18，转动杆18上设置有从动齿轮19，主动齿轮17和从动齿轮19通过传动皮带20连接，转动杆18上设置有第一齿轮21，粉尘收集箱3的上方设置有螺杆22，螺杆22上设置有第二齿轮33，第二齿轮33与第一齿轮21啮合，螺杆22的底部贯穿粉尘收集箱3的顶部侧壁并延伸至粉尘收集箱3的内部，粉尘收集箱3的内部设置有竖向的遮挡板23，螺杆22的底部与遮挡板23的内部螺纹连接。粉尘收集箱3的顶部设置有倒“l”型结构的固定板31，螺杆22的顶部通过轴承与固定板31的顶部内表面转动连接，遮挡板23的顶部开设有螺纹孔32，螺杆22的底部通过螺纹孔32与遮挡板23螺纹连接，遮挡板23的前侧面和后侧面均与粉尘收集箱3内壁相接触。对两个静电除尘格栅2上负载的灰尘进行清除时，电机14启动，同时带动主动齿轮17转动，接着传动皮带20带动从动齿轮19转动，进而带动转动杆18和第一齿轮21转动，在第一齿轮21和第二齿轮33的啮合力作用下，带动第二齿轮33和螺杆22转动，由于遮挡板23与粉尘收集箱3内壁相接触，所以遮挡板23无法旋转，只能使遮挡板23逐渐下移，从而能够对进风斗1的开口处进行封闭，避免抖落的灰尘通过进风斗1的开口处逸出，而造成环境的二次污染，且在实际设计中，当遮挡板23下移到将进风斗1的开口处完全封闭时，遮挡板23由于移动到螺杆22上没有螺纹的部位，随着螺杆22继续转动，遮挡板23不再下移，当清扫完成后，启动电机14反转，使遮挡板23上移使进风斗1的开口处打开后，关闭电机14，然后继续进行粉尘吸附处理。
43.遮挡板23右侧面的底部垂直设置有伸缩机构24，伸缩机构24的右端设置有除尘刷体25，除尘刷体25上设置有多个刷毛26。伸缩机构24包含套筒27、伸缩杆28和复位弹簧29，所述套筒27的左端与遮挡板23右侧面的底部连接，伸缩杆28的左端延伸至套筒27的内部，
且伸缩杆28的左端通过复位弹簧29与套筒27的筒底内壁连接，伸缩杆28的右端与除尘刷体25的左侧面连接。伸缩杆28的左端的外侧面上设置有一圈闭合的滑环34，套筒27的右端内壁上设置有一圈闭合的限位环35，滑环34和限位环35相匹配，能够避免伸缩杆28滑出套筒27。
44.由于粉尘首先是经由左侧静电除尘格栅2进行粉尘吸附，然后再经由右侧静电除尘格栅2进行粉尘吸附，所以左侧静电除尘格栅2上沉积的粉尘会比较多，所以需要对左侧的静电除尘格栅2进行进一步处理，当利用偏心轮16对两个静电除尘格栅2上负载的粉尘进行清除的同时，随着遮挡板23的逐步下移，多个刷毛26自上而下对左侧的的静电除尘格栅2进行清扫，实现了左侧的静电除尘格栅2的深层次清理，提高了清理的效果，有利于后续粉尘的吸附净化。
45.抽风机4的进气口与粉尘收集箱3相连通，抽风机4的出气口与催化剂箱6、催化剂箱6与碱性试剂箱7、碱性试剂箱7与干燥剂箱8、干燥剂箱8与气体收集箱9之间分别通过气体导管10相连接。抽风机4具体采用的是箱式风机、管道风机、离心风机和轴流风机中的一种。
46.进风斗1为倒锥形结构。这样的设计能够便于施工过程中产生的粉尘和有害气体更多地进入粉尘收集箱3中，提高了装置的工作效率。
47.粉尘收集箱3和电力装备箱5的一侧面上均设置有对开的箱门11。粉尘收集箱3上的对开的箱门，用于打开粉尘收集箱3，对粉尘收集箱3内收集的粉尘小颗粒及时进行去除，防止装置因粉尘的堆积而停止工作。电力装备箱5上的对开的箱门用于打开电力装备箱5，对电力装备箱5内装载的电力设备进行检修。
48.催化剂箱6的内部设置有陶瓷蜂窝体，陶瓷蜂窝体的外表面上附载有氧化铝涂层，氧化铝涂涂层上浸渍有催化剂。所述催化剂为三效催化剂twc。三效催化剂twc(three-way catalyst)将有害的co和hc氧化为co2和h2o，把有害的nox还原成n2，其反应如下：
49.2co o2＝2co250.4hc 5o2＝4co2 2h2o
51.2xco 2nox＝n2 2xco2ch252.2xch2 6nox＝3n2 2xco2 2xh2o
53.2nox 2xh2＝n2 2xh2o
54.碱性试剂箱7的内部装设有naoh溶液，溶液浓度为20％-30％。本发明实施例中的溶液浓度优选为25％。naoh溶液用于吸收co2和so2等气体，其反应如下：
55.co2 2naoh＝na2co3 h2o
56.so2 2naoh＝na2so3 h2o
57.干燥剂箱8装有无水氯化钙粉末。无水氯化钙粉末对进入干燥剂箱8内的气体进行干燥。
58.如图9所示，本发明实施例提供的隧道施工粉尘和有害气体的吸收净化系统的使用方法，包括以下步骤：
59.步骤一：将本发明实施例提供的净化装置放置于隧道施工现场或可转载到工作车上，接通电源，开启抽风机4，把隧道施工现场产生的粉尘等小颗粒和有害气体吸入通过进风斗吸入到粉尘收集箱3的收集箱30的内部；
60.步骤二：粉尘等小颗粒和有害气体通过粉尘收集箱3内部的静电除尘格栅2，在高压电场的作用下使气流发生电离，使气流中的粉尘荷电在电场作用下与气流分离，沉积到收集箱30中。
61.步骤三：有害气体在抽风机4的作用下通过气体导管10依次进入到催化剂箱6、碱性试剂箱7和干燥剂箱8中经过化学反应和干燥后，将干燥无害的气体排出到气体收集箱9中进行收集；
62.步骤四：启动电机14，带动连接杆15以及偏心轮16转动，进而间歇性交替的对两个静电除尘格栅2进行外侧推动，进而使与之相连的恢复弹簧13进行间歇性交替压缩，随着偏心轮16不断旋转，恢复弹簧13不断进行压缩和复位，从而使得静电除尘格栅2在偏心轮16的推动力以及恢复弹簧13的恢复力作用下，不断进行左右移动，从而能够使静电除尘格栅2上负载的灰尘能够在振动力作用下逐渐掉落至收集箱30中，电机14启动的同时，带动主动齿轮17转动，接着传动皮带20带动从动齿轮19转动，进而带动转动杆18和第一齿轮21转动，在第一齿轮21和第二齿轮33的啮合力作用下，带动第二齿轮33和螺杆22转动，遮挡板23逐渐下移，从而对进风斗1的开口处进行封闭，随着遮挡板23的逐步下移，多个刷毛26自上而下对左侧的的静电除尘格栅2进行清扫，实现了左侧的静电除尘格栅2的深层次清理。
63.综上所述，本发明实施例提供的隧道施工粉尘和有害气体的吸收净化系统，既能够吸附去除粉尘等小颗粒又能净化吸收有害气体，同时还克服隧道施工环境行动受限的缺点；而且具有除尘效果好，性能稳定，操作简单，安装方便，可以有效吸收去除隧道有害气体的优点，同时本发明还可以直接降低工程造价，降低通风运营费用并能快速有效地改善隧道施工环境、保障了现场隧道施工人员的生命健康安全。
64.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。