生活垃圾焚燒發(fā)電廠暖通設(shè)計分析

垃圾發(fā)電網(wǎng)訊:摘要：本文介紹了垃圾電廠的通風(fēng)、空調(diào)和供暖設(shè)計思路。重點說明了增大抽風(fēng)量和減少外部空氣進入垃圾池的防臭設(shè)計措施。分析了垃圾電廠排煙系統(tǒng)設(shè)計難點，得出了鍋爐間等大面積的丁類生產(chǎn)車間可不設(shè)置排煙系統(tǒng)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：垃圾電廠；防臭設(shè)計；防霧；排煙；通風(fēng)；空調(diào)；供暖

0 引言

我國政府高度重視垃圾分類及處理工作，在綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展政策指引下，生活垃圾焚燒發(fā)電具有很好的發(fā)展前景。生活垃圾焚燒發(fā)電是“減量化、無害化、資源化”處理生活垃圾的主要方式。經(jīng)過生活垃圾焚燒發(fā)電廠（下文簡稱垃圾電廠）高溫焚燒，垃圾可供暖、發(fā)電，排出的廢渣可用作建筑材料。

新版《生活垃圾焚燒處理與能源利用工程技術(shù)規(guī)范》（下文簡稱《垃圾規(guī)范》征求稿）正在修訂中，《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》（下文簡稱《煙規(guī)》）實施不到一年時間。設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到無規(guī)范可依或規(guī)范內(nèi)容與垃圾電廠的實際情況不甚契合的情況。筆者參與過50多個垃圾電廠項目施工圖的暖通設(shè)計工作，總結(jié)了一些設(shè)計經(jīng)驗，分析了一些缺少規(guī)范指導(dǎo)的問題，供同行參考。

1 概況

本文結(jié)合項目實例，介紹了垃圾電廠有別于常規(guī)工業(yè)項目的暖通系統(tǒng)設(shè)計思路，重點討論了垃圾池間防臭通風(fēng)系統(tǒng)、垃圾電廠的排煙系統(tǒng)等設(shè)計難點。某垃圾電廠主廠房外景圖，如圖1所示。

圖1 某垃圾電廠主廠房外景圖

2通風(fēng)及排煙設(shè)計

2.1 垃圾池間防臭通風(fēng)

很多垃圾電廠已成為垃圾分類及環(huán)保宣傳教育基地，設(shè)置了多媒體宣教大廳和參觀區(qū)，參觀人員、電廠工作人員以及周邊居民對空氣品質(zhì)都有較高的要求。因此，防臭設(shè)計是垃圾電廠設(shè)計的重要組成部分，是環(huán)保需要，也是項目品質(zhì)的標志。

垃圾發(fā)酵產(chǎn)生的惡臭，為H2S、NH3、甲硫醇、甲硫醚和三甲胺等成分[1]，臭氣源主要是在垃圾池間。為了保持垃圾池間負壓值（一般需要控制在-40～-50Pa范圍內(nèi)），需從排風(fēng)和進風(fēng)兩個方面采取措施。在排風(fēng)方面，焚燒爐風(fēng)機將垃圾池間的臭氣抽至焚燒爐高溫焚燒處理，再從煙囪高位排放[1]，能有效地防止臭氣的擴散[2]。在進風(fēng)方面，除了圍護結(jié)構(gòu)泄漏外，垃圾池間主要有三個外部氣體來源：一是垃圾池間卸料門的進風(fēng)；二是垃圾滲濾液溝道間（下文簡稱溝道間）的換氣排風(fēng)；三是滲濾液處理站集中收集并送入垃圾池間的臭氣。

增大垃圾池間的排風(fēng)，減少垃圾池間的進風(fēng)，才能增大垃圾池間的負壓值，主要采取以下措施：

（1）減少溝道間的換氣次數(shù)。

溝道間一般不進人，當特殊情況需要進入時要求采取防護措施?！独?guī)范》征求稿說明，溝道間設(shè)置通風(fēng)是為了防止甲烷等可燃氣體長時間聚集可能引起爆炸，最大通風(fēng)次數(shù)取6次/h[2]。采用防爆防腐離心風(fēng)機排風(fēng)，同時設(shè)置送風(fēng)機，送風(fēng)量按排風(fēng)量的85%設(shè)計，送排風(fēng)機均一用一備。平時按換氣次數(shù)3次/h連續(xù)通風(fēng)，當甲烷的濃度達到爆炸下限的報警值（按空氣中甲烷爆炸濃度下限的25%設(shè)定），同時啟動備用送、排風(fēng)機[2]，報警控制系統(tǒng)接入垃圾電廠的DCS系統(tǒng)。根據(jù)多個項目反饋，只要通風(fēng)系統(tǒng)正常運行，未出現(xiàn)過危險氣體濃度報警的情況。

筆者了解到，很多設(shè)計院有一個誤區(qū)，將溝道間通風(fēng)看作為事故通風(fēng)，甚至單臺風(fēng)機按不小于12次/h的換氣次數(shù)選型[3]。從溝道間排至垃圾池間的風(fēng)量越大，越不利于垃圾池間的負壓控制。

（2）應(yīng)重點關(guān)注卸料門、上料坡道等泄漏點和車間的負壓控制，減少卸料大廳臭氣擴散。如圖2所示，垃圾電廠剖面圖。

1溝道間 2 垃圾吊控制室 3 渣吊控制室 4 轉(zhuǎn)運平臺 5操作平臺 6 渣坑 7 垃圾池 8 卸料門 9 坡道門 10 排煙、除臭風(fēng)管 11 排風(fēng)管

圖 2 垃圾電廠剖面圖

1）減少卸料門的開啟時間和數(shù)量[2] [4]，卸料門采用感應(yīng)電動門（下文簡稱感應(yīng)門），僅在垃圾車卸料時開啟卸料門。在非卸料高峰期，同時間宜只安排一輛垃圾車卸料。

2）溝道間送風(fēng)機的吸風(fēng)口可以設(shè)置在卸料大廳，以增大卸料大廳相對于室外的負壓值。

3）卸料大廳的垃圾車上料坡道采取封閉措施，并在進口和出口處均設(shè)置感應(yīng)門。通過將上料坡道設(shè)計成“緩沖間”，使得垃圾車進出上料坡道時至少有一處坡道門保持關(guān)閉，能有效地減少室外空氣通過上料坡道侵入卸料大廳。

4）《垃圾規(guī)范》征求稿有條文要求“車輛出入口宜設(shè)置空氣幕[2]”。筆者建議，采取有效防護措施后，可取消空氣幕。如果要保留空氣幕，需設(shè)置空氣幕和坡道門的連鎖啟閉功能。

（3）建議鍋爐的一次、二次風(fēng)機都從垃圾池間吸風(fēng)。有些項目將二次風(fēng)機吸風(fēng)口設(shè)置在鍋爐間的上部，主要目的是用鍋爐二次風(fēng)機的吸風(fēng)（下文簡稱二次風(fēng)）降低鍋爐間上部的環(huán)境溫度。經(jīng)計算，二次風(fēng)只占到鍋爐間降溫需要通風(fēng)量的2%左右，用二次風(fēng)降溫效果并不明顯。如果將二次風(fēng)用在垃圾池間抽風(fēng)，起到防臭效果更為顯著。

（4）根據(jù)鍋爐的數(shù)量、抽風(fēng)量、年運行小時數(shù)，選擇臭氣處理裝置。僅在項目啟動調(diào)試階段和大面積停爐檢修時短期（不超過14天為宜）運行，可選擇活性炭除臭裝置。如果鍋爐的抽風(fēng)量長期無法滿足負壓防臭要求，應(yīng)設(shè)置適合長期連續(xù)運行的生物除臭或化學(xué)洗滌等除臭裝置[4]。

2.2 出渣間防塵防霧通風(fēng)

鍋爐的高溫爐渣經(jīng)撈渣機浸水降溫后，排放至渣坑。爐渣落入渣坑及堆放、裝車過程中，散發(fā)的霧氣和少量揚塵，會影響出渣間作業(yè)區(qū)的衛(wèi)生條件及能見度。因此，出渣間需要設(shè)置機械通風(fēng)，排風(fēng)口設(shè)置在出渣口的上部[2]（如圖2所示），排風(fēng)經(jīng)過除塵除霧裝置處理后排至室外?！独?guī)范》征求稿有條文指出“也可將排風(fēng)口接至垃圾池間[2]”。將這部分較高溫度、濕度的空氣排入垃圾池間，除了不利于垃圾池間鋼結(jié)構(gòu)的防腐外，還會影響垃圾池間的負壓值。因此，筆者建議出渣間應(yīng)獨立設(shè)置凈化處理裝置，將排風(fēng)處理后接至室外。

此外，《垃圾規(guī)范》征求稿要求，出渣間換氣次數(shù)不宜小于4次/h[2]。設(shè)計取值時，需綜合考慮當?shù)囟臼彝饪諝獾臏貪穸?、爐渣排放溫度和冷卻水量等因素，有些項目換氣次數(shù)甚至需8次/h以上才能有效地控制霧氣。

建議渣除塵除霧裝置的風(fēng)機采用變頻風(fēng)機，可根據(jù)室外空氣溫濕度分階段調(diào)節(jié)運行頻率，以降低風(fēng)機運行能耗。

2.3 垃圾池間排煙

以福建某垃圾電廠的垃圾池間為例，垃圾池及給料平臺整個車間面積為2800m2，凈高45m，垃圾堆放高度15m。垃圾吊控制室設(shè)置在垃圾池間的外部，運行管理人員一般不進入垃圾池間。

垃圾池間的轉(zhuǎn)運平臺上設(shè)置兩支固定消防水炮，每支流量為30L/S[2]（一般室內(nèi)消火栓流量為5L/S[5]）。

根據(jù)《煙規(guī)》要求設(shè)置機械排煙系統(tǒng)。車間劃分兩個面積相等的防煙分區(qū)，由于垃圾池間空間高度大于9m，防煙分區(qū)之間不需要設(shè)置擋煙設(shè)施。除臭裝置和排煙風(fēng)機分別布置在獨立機房內(nèi)。排煙系統(tǒng)和除臭系統(tǒng)合用垃圾池間內(nèi)的排風(fēng)管道，設(shè)備分支管和主管之間采用電動閥和防火閥隔離。排煙補風(fēng)從室外引入，且補風(fēng)量不小于排煙量的50%。如圖2所示，火災(zāi)時，連鎖開啟2扇卸料門和坡道門自然補風(fēng)，控制補風(fēng)速度低于3 m/S。該項目采用了鋼結(jié)構(gòu)屋頂，由于垃圾池間為丙類建筑，且面積超過了2500m2，根據(jù)《煙規(guī)》要求，在屋頂設(shè)置了不小于車間面積10%的可熔性采光帶替代固定窗。[6]

垃圾電廠是由火力發(fā)電廠發(fā)展而來，其工藝流程、建筑功能與火力發(fā)電廠類似?！痘鹆Πl(fā)電廠與變電站設(shè)計防火標準》條文說明指出：“火災(zāi)時排煙，有可能加劇火勢蔓延”，“貯煤場”可不設(shè)排煙設(shè)施[7]。煤的火災(zāi)危險性和垃圾類似，垃圾電廠借鑒該規(guī)范具有實際意義。

綜合兩本規(guī)范，該工程的設(shè)計思路為，火災(zāi)前期啟動機械排煙系統(tǒng)，保持能見度，便于固定消防水炮和消火栓的滅火作業(yè)。火災(zāi)中后期，當能見度無法維持時，關(guān)閉垃圾卸料門，停運排煙風(fēng)機，以減小室外空氣的助燃作用。在排煙風(fēng)機入口防火閥達到280℃前，要否停運排煙系統(tǒng)[6]，有待于進一步研究確證。

2.4 鍋爐間及煙氣凈化間排煙及通風(fēng)

以福建某垃圾電廠為例，鍋爐間和煙氣凈化間是連成一個空間的大車間，屬于丁類生產(chǎn)車間，總面積為6800m2，凈高46m。按《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（下文簡稱《建規(guī)》），應(yīng)設(shè)置排煙設(shè)施[8]。

如果按《煙規(guī)》設(shè)計自然排煙系統(tǒng)，需要劃分防煙分區(qū)，每個防煙分區(qū)面積不大于2000 m2。當設(shè)置在屋頂時，自然排煙口應(yīng)在屋面均勻設(shè)置且采用自動控制方式開啟；由于該屋面斜度小于12°，屋面每200m2的建筑面積應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的自然排煙口。經(jīng)校核計算，儲煙倉的煙層與周圍空氣溫差大于15℃，符合設(shè)置自然排煙條件。[6]

設(shè)置防排煙系統(tǒng)的本意，主要是為疏散和救援創(chuàng)造有利條件。根據(jù)垃圾電廠實際情況分析，主廠房內(nèi)人員活動區(qū)域只是在近地面和操作平臺層附近，外墻有可開啟的外窗，屋頂設(shè)有屋頂自然器通風(fēng)器。這種大空間高熱廠房，著火時，煙氣向上積聚或排出，屋頂下部的空間是一個很大的蓄煙空間，可以滿足人員的安全疏散要求[7]。廠房內(nèi)人員較少，且對現(xiàn)場熟悉，為安全疏散提供了必要條件。

車間內(nèi)，配備有足夠數(shù)量的室內(nèi)消滅栓和移動式滅火器[5] [7]。主廠房外圍設(shè)有環(huán)形消防車道和室外消火栓[7] [8]。諸如主廠房鍋爐間、汽機間和垃圾池間等重要場所均設(shè)有監(jiān)控，運行管理人員在集控室24小時監(jiān)視，安全運行有較好的保障。

NFPA等國外規(guī)程對于燃煤電廠的汽機房、鍋爐房均沒有規(guī)定要求設(shè)置排煙設(shè)施。從國內(nèi)燃煤電廠運行經(jīng)驗看，沒有出現(xiàn)人員疏散不及而遇險的情況。[7]

因此，筆者認為，這類高大空間的大面積丁類生產(chǎn)車間，可不設(shè)置排煙設(shè)施[7]。只需按排熱要求設(shè)置通風(fēng)裝置，為了節(jié)能，一般設(shè)置屋頂自然通風(fēng)器[9] [10]。在風(fēng)力較強地區(qū)和供暖地區(qū)，屋頂自然通風(fēng)器需要配置電動啟閉的閥板。

3空調(diào)設(shè)計

垃圾電廠的主控樓、汽機間、鍋爐間與煙氣凈化間、卸料大廳與垃圾池間及其輔助用房等各個車間，一般組合布置成一個“聯(lián)合廠房”。空調(diào)系統(tǒng)主要包括配電間、變頻器室和機柜間等電氣自控用房的工藝性空調(diào)，以及參觀、辦公區(qū)域的舒適性空調(diào)?？紤]到垃圾電廠的建筑格局、外立面美觀、空調(diào)負荷特點等因素，一般選擇風(fēng)冷或水冷的多聯(lián)式空調(diào)機或單元式空調(diào)機為主、分體式空調(diào)為輔的空調(diào)形式。有蒸汽或熱水余熱的電廠，技術(shù)經(jīng)濟合理時，可采用溴化鋰吸收式冷水機組[10] [11]和熱水換熱器組合的水空調(diào)系統(tǒng)。

空調(diào)機的冷熱水或冷卻水管道不應(yīng)直接接入電氣自控用房，可將空調(diào)用水通過空調(diào)設(shè)備制成冷熱風(fēng)再送入空調(diào)房間[12]?？照{(diào)設(shè)備、送風(fēng)管及凝結(jié)水管不宜布置在電控設(shè)備正上方，以防止凝結(jié)水滴下[12] [13]。電氣用房可根據(jù)室外氣溫，選擇使用空調(diào)系統(tǒng)或通風(fēng)系統(tǒng)進行降溫。[13]。

集控室、機柜間等重要房間的建筑圍護結(jié)構(gòu)最大傳熱系數(shù)應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，其中外墻、屋面須滿足建筑所在地的氣候分區(qū)一類工業(yè)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能[14]，內(nèi)墻及樓板不大于1.2W/(m2.℃)[10]。有利于減小空調(diào)配置和降低運行能耗，還能防止布置在其下層的電纜夾層樓板側(cè)產(chǎn)生冷凝水。

空調(diào)新風(fēng)設(shè)備的余壓和風(fēng)量取值時，要注意到垃圾電廠環(huán)境污染因素，空調(diào)房間與室外的壓差值宜按15～30Pa設(shè)計[3][10]。不宜采用新風(fēng)全熱換熱器。參觀工作區(qū)與臭氣擴散區(qū)之間，必須設(shè)置隔離間[2]，還應(yīng)在參觀工作區(qū)的通道上設(shè)置新風(fēng)系統(tǒng)維持正壓。正壓設(shè)計值的梯度為空調(diào)房間>走道>生產(chǎn)車間[4]。

運行管理人員長期在渣吊控制室和垃圾吊車控制室工作，這些房間周邊的環(huán)境較為惡劣，位置相對獨立且面積較小。為了降低成本，可采用靜音型送風(fēng)機提供新風(fēng)。靜音型送風(fēng)機特點是，噪音低、電量低、風(fēng)量小且有高低檔風(fēng)量調(diào)節(jié)功能。缺點是，室外氣溫低、濕度大時，室內(nèi)送風(fēng)口可能會產(chǎn)生霧氣。可根據(jù)當?shù)仨椖繗庀髼l件配置電加熱功能，冬季送風(fēng)加熱至5℃。

4 供暖設(shè)計

以河南某垃圾電廠為例，采用熱水供暖系統(tǒng)，熱媒采用供回水溫度分別為85℃和60℃。選用外表光潔的、防腐性能好的鋼制柱型散熱器[3]。在鍋爐間、煙氣凈化間、汽機間等熱負荷大的車間，選擇中心距為900mm的6柱散熱器。部分外墻處內(nèi)外雙層布置散熱器。避免了熱空氣幕的使用，熱空氣幕耗電且易積塵。

垃圾電廠不宜選用蒸汽供暖系統(tǒng)[3] [10]，蒸汽系統(tǒng)的散熱器及管道外表面易附著有機灰塵而發(fā)出異味。蒸汽系統(tǒng)啟動慢，疏水器故障多，系統(tǒng)運行穩(wěn)定性較差，易進空氣抗腐蝕性能差。

沒有設(shè)置空調(diào)機，或空調(diào)供暖量不足的電氣自控房間，可采用電熱油汀等電熱設(shè)備供暖。由于電熱油汀沒有風(fēng)機，不會有風(fēng)機損壞停運而電熱部件繼續(xù)發(fā)熱引起的安全事故。

垃圾卸料大廳、垃圾池間等空氣流通量大的車間，以及石灰干粉間、飛灰固化車間等水管道較少的車間，可將水管道進行保溫并設(shè)置電伴熱防凍，此類車間內(nèi)一般不設(shè)置供暖系統(tǒng)。有發(fā)熱源的鍋爐間、煙氣凈化間、汽機間和除氧間等車間，按維持室內(nèi)溫度5℃計算熱負荷，計算時不考慮設(shè)備、管道散熱量[10] [15]。

5 結(jié)語

1） 防臭設(shè)計的要點是，盡量增大鍋爐風(fēng)機在垃圾池的抽風(fēng)，盡量減少外部空氣進入有臭氣源的場所。

2） 垃圾池的排煙系統(tǒng)應(yīng)符合運行現(xiàn)場實際情況；鍋爐間及煙氣凈化間等大面積的丁類生產(chǎn)車間可不設(shè)置排煙系統(tǒng)。

3） 空調(diào)、通風(fēng)和供暖措施應(yīng)合理、有效，滿足垃圾電廠長期安全、可靠、經(jīng)濟運行的要求。

參考文獻：

［1］ 燕忠. 生活垃圾焚燒發(fā)電廠臭氣控制分析[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2015，23(3): 42-44.

［2］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中國電力聯(lián)合會. 生活垃圾焚燒處理與能源利用工程技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）：GB 5XXXX -20XX [S]. 20XX.

［3］ 中國有色金屬工業(yè)協(xié)會.工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范：GB50019-2015 [S]. 北京：中國計劃出版社，2015.16，21，41，62.

［4］ 艾慶文，李先旺，呂晨峰等.垃圾焚燒發(fā)電廠通風(fēng)除臭設(shè)計[J].暖通空調(diào)，2011，41(6)：72-75.

［5］ 中華人民共和國公安部.消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范：GB50974-2014 [S]. 北京：中國計劃出版社，2014.19.

［6］ 中華人民共和國公安部. 建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準：GB51251-2017 [S]. 北京：中國計劃出版社，2017. 19，26，31.

［7］ 中華人民共和國應(yīng)急管理部，中國電力企業(yè)聯(lián)合會. 火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火標準：GB 50229- 2019 [S]. 北京：中國計劃出版社，2019.35-38，44-46，53，169-172.

［8］ 中華人民共和國公安部. 建筑設(shè)計防火規(guī)范：GB 50016-2014（2018年版） [S]. 北京：中國計劃出版社，2018. 105-108，121

［9］ 電力規(guī)劃設(shè)計總院. 火力發(fā)電廠職業(yè)衛(wèi)生設(shè)計規(guī)程：DL5454-2012[S]. 北京：中國計劃出版社，2012. 14-15.

［10］電力規(guī)劃設(shè)計總院.發(fā)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計技術(shù)規(guī)范：DL-T5035-2016 [S]. 北京：中國計劃出版社，2016.4， 11-13，17，64-70.

［11］中國建筑標準設(shè)計研究院.全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施 暖通空調(diào) 動力 [M]. 北京：中國計劃出版社，2009：129.

［12］方斌東，鄒昊舒，馮旭東等. 哥倫比亞G電廠暖通設(shè)計[J].電站系統(tǒng)工程，2019，35(5)：1-4.

［13］方斌東. 溴化鋰吸收式機組在電廠的應(yīng)用[J].暖通空調(diào)，2019，49(8)：68-71.

［14］中國冶金建設(shè)協(xié)會. 工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計統(tǒng)一標準：GB51245-2017[S]. 北京：中國計劃出版社，2017. 8-11.

［15］中國電力企業(yè)聯(lián)合會. 小型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范：GB50049-2011[S]. 北京：中國計劃出版社，2011. 145.