摘要:本文介紹了垃圾電廠的通風(fēng)、空調(diào)和供暖設(shè)計(jì)思路。重點(diǎn)說(shuō)明了增大抽風(fēng)量和減少外部空氣進(jìn)入垃圾池的防臭設(shè)計(jì)措施。分析了垃圾電廠排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn),得出了鍋爐間等大面積的丁類(lèi)生產(chǎn)車(chē)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(jì);防霧;排煙;通風(fēng);空調(diào);供暖
0 引言
我國(guó)政府高度重視垃圾分類(lèi)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(wú)害化、資源化”處理生活垃圾的主要方式。經(jīng)過(guò)生活垃圾焚燒發(fā)電廠(下文簡(jiǎn)稱(chēng)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(jiǎn)稱(chēng)《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(biāo)準(zhǔn)》(下文簡(jiǎn)稱(chēng)《煙規(guī)》)實(shí)施不到一年時(shí)間。設(shè)計(jì)過(guò)程中,經(jīng)常會(huì)遇到無(wú)規(guī)范可依或規(guī)范內(nèi)容與垃圾電廠的實(shí)際情況不甚契合的情況。筆者參與過(guò)50多個(gè)垃圾電廠項(xiàng)目施工圖的暖通設(shè)計(jì)工作,總結(jié)了一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),分析了一些缺少規(guī)范指導(dǎo)的問(wèn)題,供同行參考。
1?概況
本文結(jié)合項(xiàng)目實(shí)例,介紹了垃圾電廠有別于常規(guī)工業(yè)項(xiàng)目的暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路,重點(diǎn)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(jì)難點(diǎn)。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(jì)
2.1 垃圾池間防臭通風(fēng)
很多垃圾電廠已成為垃圾分類(lèi)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(duì)空氣品質(zhì)都有較高的要求。因此,防臭設(shè)計(jì)是垃圾電廠設(shè)計(jì)的重要組成部分,是環(huán)保需要,也是項(xiàng)目品質(zhì)的標(biāo)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(fù)壓值(一般需要控制在-40~-50Pa范圍內(nèi)),需從排風(fēng)和進(jìn)風(fēng)兩個(gè)方面采取措施。在排風(fēng)方面,焚燒爐風(fēng)機(jī)將垃圾池間的臭氣抽至焚燒爐高溫焚燒處理,再?gòu)臒焽韪呶慌欧臶1],能有效地防止臭氣的擴(kuò)散[2]。在進(jìn)風(fēng)方面,除了圍護(hù)結(jié)構(gòu)泄漏外,垃圾池間主要有三個(gè)外部氣體來(lái)源:一是垃圾池間卸料門(mén)的進(jìn)風(fēng);二是垃圾滲濾液溝道間(下文簡(jiǎn)稱(chēng)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(jìn)風(fēng),才能增大垃圾池間的負(fù)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(jìn)人,當(dāng)特殊情況需要進(jìn)入時(shí)要求采取防護(hù)措施。《垃圾規(guī)范》征求稿說(shuō)明,溝道間設(shè)置通風(fēng)是為了防止甲烷等可燃?xì)怏w長(zhǎng)時(shí)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(jī)排風(fēng),同時(shí)設(shè)置送風(fēng)機(jī),送風(fēng)量按排風(fēng)量的85%設(shè)計(jì),送排風(fēng)機(jī)均一用一備。平時(shí)按換氣次數(shù)3次/h連續(xù)通風(fēng),當(dāng)甲烷的濃度達(dá)到爆炸下限的報(bào)警值(按空氣中甲烷爆炸濃度下限的25%設(shè)定),同時(shí)啟動(dòng)備用送、排風(fēng)機(jī)[2],報(bào)警控制系統(tǒng)接入垃圾電廠的DCS系統(tǒng)。根據(jù)多個(gè)項(xiàng)目反饋,只要通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行,未出現(xiàn)過(guò)危險(xiǎn)氣體濃度報(bào)警的情況。
筆者了解到,很多設(shè)計(jì)院有一個(gè)誤區(qū),將溝道間通風(fēng)看作為事故通風(fēng),甚至單臺(tái)風(fēng)機(jī)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(fù)壓控制。
(2)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注卸料門(mén)、上料坡道等泄漏點(diǎn)和車(chē)間的負(fù)壓控制,減少卸料大廳臭氣擴(kuò)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(yùn)平臺(tái) 5操作平臺(tái) 6 渣坑 7 垃圾池 8 卸料門(mén) 9 坡道門(mén) 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(mén)的開(kāi)啟時(shí)間和數(shù)量[2] [4],卸料門(mén)采用感應(yīng)電動(dòng)門(mén)(下文簡(jiǎn)稱(chēng)感應(yīng)門(mén)),僅在垃圾車(chē)卸料時(shí)開(kāi)啟卸料門(mén)。在非卸料高峰期,同時(shí)間宜只安排一輛垃圾車(chē)卸料。
2)溝道間送風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)口可以設(shè)置在卸料大廳,以增大卸料大廳相對(duì)于室外的負(fù)壓值。
3)卸料大廳的垃圾車(chē)上料坡道采取封閉措施,并在進(jìn)口和出口處均設(shè)置感應(yīng)門(mén)。通過(guò)將上料坡道設(shè)計(jì)成“緩沖間”,使得垃圾車(chē)進(jìn)出上料坡道時(shí)至少有一處坡道門(mén)保持關(guān)閉,能有效地減少室外空氣通過(guò)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(chē)輛出入口宜設(shè)置空氣幕[2]”。筆者建議,采取有效防護(hù)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(mén)的連鎖啟閉功能。
(3)建議鍋爐的一次、二次風(fēng)機(jī)都從垃圾池間吸風(fēng)。有些項(xiàng)目將二次風(fēng)機(jī)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(jī)的吸風(fēng)(下文簡(jiǎn)稱(chēng)二次風(fēng))降低鍋爐間上部的環(huán)境溫度。經(jīng)計(jì)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(yùn)行小時(shí)數(shù),選擇臭氣處理裝置。僅在項(xiàng)目啟動(dòng)調(diào)試階段和大面積停爐檢修時(shí)短期(不超過(guò)14天為宜)運(yùn)行,可選擇活性炭除臭裝置。如果鍋爐的抽風(fēng)量長(zhǎng)期無(wú)法滿(mǎn)足負(fù)壓防臭要求,應(yīng)設(shè)置適合長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)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(jī)浸水降溫后,排放至渣坑。爐渣落入渣坑及堆放、裝車(chē)過(guò)程中,散發(fā)的霧氣和少量揚(yáng)塵,會(huì)影響出渣間作業(yè)區(qū)的衛(wèi)生條件及能見(jiàn)度。因此,出渣間需要設(shè)置機(jī)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(guò)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(huì)影響垃圾池間的負(fù)壓值。因此,筆者建議出渣間應(yīng)獨(dú)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(jì)取值時(shí),需綜合考慮當(dāng)?shù)囟臼彝饪諝獾臏貪穸取t渣排放溫度和冷卻水量等因素,有些項(xiàng)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(jī)采用變頻風(fēng)機(jī),可根據(jù)室外空氣溫濕度分階段調(diào)節(jié)運(yùn)行頻率,以降低風(fēng)機(jī)運(yùn)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(tái)整個(gè)車(chē)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(yùn)行管理人員一般不進(jìn)入垃圾池間。
垃圾池間的轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)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(jī)械排煙系統(tǒng)。車(chē)間劃分兩個(gè)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(jī)分別布置在獨(dú)立機(jī)房?jī)?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(dòng)閥和防火閥隔離。排煙補(bǔ)風(fēng)從室外引入,且補(bǔ)風(fēng)量不小于排煙量的50%。如圖2所示,火災(zāi)時(shí),連鎖開(kāi)啟2扇卸料門(mén)和坡道門(mén)自然補(bǔ)風(fēng),控制補(bǔ)風(fēng)速度低于3 m/S。該項(xiàng)目采用了鋼結(jié)構(gòu)屋頂,由于垃圾池間為丙類(lèi)建筑,且面積超過(guò)了2500m2,根據(jù)《煙規(guī)》要求,在屋頂設(shè)置了不小于車(chē)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(lái),其工藝流程、建筑功能與火力發(fā)電廠類(lèi)似?!痘鹆Πl(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》條文說(shuō)明指出:“火災(zāi)時(shí)排煙,有可能加劇火勢(shì)蔓延”,“貯煤場(chǎng)”可不設(shè)排煙設(shè)施[7]。煤的火災(zāi)危險(xiǎn)性和垃圾類(lèi)似,垃圾電廠借鑒該規(guī)范具有實(shí)際意義。
綜合兩本規(guī)范,該工程的設(shè)計(jì)思路為,火災(zāi)前期啟動(dòng)機(jī)械排煙系統(tǒng),保持能見(jiàn)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(dāng)能見(jiàn)度無(wú)法維持時(shí),關(guān)閉垃圾卸料門(mén),停運(yùn)排煙風(fēng)機(jī),以減小室外空氣的助燃作用。在排煙風(fēng)機(jī)入口防火閥達(dá)到280℃前,要否停運(yùn)排煙系統(tǒng)[6],有待于進(jìn)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(gè)空間的大車(chē)間,屬于丁類(lèi)生產(chǎn)車(chē)間,總面積為6800m2,凈高46m。按《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(下文簡(jiǎn)稱(chēng)《建規(guī)》),應(yīng)設(shè)置排煙設(shè)施[8]。
如果按《煙規(guī)》設(shè)計(jì)自然排煙系統(tǒng),需要?jiǎng)澐址罒煼謪^(qū),每個(gè)防煙分區(qū)面積不大于2000 m2。當(dāng)設(shè)置在屋頂時(shí),自然排煙口應(yīng)在屋面均勻設(shè)置且采用自動(dòng)控制方式開(kāi)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(jì)算,儲(chǔ)煙倉(cāng)的煙層與周?chē)諝鉁夭畲笥?5℃,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(shí)際情況分析,主廠房?jī)?nèi)人員活動(dòng)區(qū)域只是在近地面和操作平臺(tái)層附近,外墻有可開(kāi)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(shí),煙氣向上積聚或排出,屋頂下部的空間是一個(gè)很大的蓄煙空間,可以滿(mǎn)足人員的安全疏散要求[7]。廠房?jī)?nèi)人員較少,且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)熟悉,為安全疏散提供了必要條件。
車(chē)間內(nèi),配備有足夠數(shù)量的室內(nèi)消滅栓和移動(dòng)式滅火器[5] [7]。主廠房外圍設(shè)有環(huán)形消防車(chē)道和室外消火栓[7] [8]。諸如主廠房鍋爐間、汽機(jī)間和垃圾池間等重要場(chǎng)所均設(shè)有監(jiān)控,運(yùn)行管理人員在集控室24小時(shí)監(jiān)視,安全運(yùn)行有較好的保障。
NFPA等國(guó)外規(guī)程對(duì)于燃煤電廠的汽機(jī)房、鍋爐房均沒(méi)有規(guī)定要求設(shè)置排煙設(shè)施。從國(guó)內(nèi)燃煤電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)看,沒(méi)有出現(xiàn)人員疏散不及而遇險(xiǎn)的情況。[7]
因此,筆者認(rèn)為,這類(lèi)高大空間的大面積丁類(lèi)生產(chǎn)車(chē)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(qiáng)地區(qū)和供暖地區(qū),屋頂自然通風(fēng)器需要配置電動(dòng)啟閉的閥板。
3空調(diào)設(shè)計(jì)
垃圾電廠的主控樓、汽機(jī)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(gè)車(chē)間,一般組合布置成一個(gè)“聯(lián)合廠房”。空調(diào)系統(tǒng)主要包括配電間、變頻器室和機(jī)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(fù)荷特點(diǎn)等因素,一般選擇風(fēng)冷或水冷的多聯(lián)式空調(diào)機(jī)或單元式空調(diào)機(jī)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(jì)合理時(shí),可采用溴化鋰吸收式冷水機(jī)組[10] [11]和熱水換熱器組合的水空調(diào)系統(tǒng)。
空調(diào)機(jī)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(guò)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(jìn)行降溫。[13]。
集控室、機(jī)柜間等重要房間的建筑圍護(hù)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(mǎn)足建筑所在地的氣候分區(qū)一類(lèi)工業(yè)建筑圍護(hù)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(yùn)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(shí),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(jì)[3][10]。不宜采用新風(fēng)全熱換熱器。參觀工作區(qū)與臭氣擴(kuò)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(jì)值的梯度為空調(diào)房間>走道>生產(chǎn)車(chē)間[4]。
運(yùn)行管理人員長(zhǎng)期在渣吊控制室和垃圾吊車(chē)控制室工作,這些房間周邊的環(huán)境較為惡劣,位置相對(duì)獨(dú)立且面積較小。為了降低成本,可采用靜音型送風(fēng)機(jī)提供新風(fēng)。靜音型送風(fēng)機(jī)特點(diǎn)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(diǎn)是,室外氣溫低、濕度大時(shí),室內(nèi)送風(fēng)口可能會(huì)產(chǎn)生霧氣??筛鶕?jù)當(dāng)?shù)仨?xiàng)目氣象條件配置電加熱功能,冬季送風(fēng)加熱至5℃。
4 供暖設(shè)計(jì)
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(jī)間等熱負(fù)荷大的車(chē)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(jī)灰塵而發(fā)出異味。蒸汽系統(tǒng)啟動(dòng)慢,疏水器故障多,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性較差,易進(jìn)空氣抗腐蝕性能差。
沒(méi)有設(shè)置空調(diào)機(jī),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(méi)有風(fēng)機(jī),不會(huì)有風(fēng)機(jī)損壞停運(yùn)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(chē)間,以及石灰干粉間、飛灰固化車(chē)間等水管道較少的車(chē)間,可將水管道進(jìn)行保溫并設(shè)置電伴熱防凍,此類(lèi)車(chē)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(jī)間和除氧間等車(chē)間,按維持室內(nèi)溫度5℃計(jì)算熱負(fù)荷,計(jì)算時(shí)不考慮設(shè)備、管道散熱量[10] [15]。
5 結(jié)語(yǔ)
1) 防臭設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是,盡量增大鍋爐風(fēng)機(jī)在垃圾池的抽風(fēng),盡量減少外部空氣進(jìn)入有臭氣源的場(chǎng)所。
2) 垃圾池的排煙系統(tǒng)應(yīng)符合運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況;鍋爐間及煙氣凈化間等大面積的丁類(lèi)生產(chǎn)車(chē)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(mǎn)足垃圾電廠長(zhǎng)期安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。
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[10]電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.發(fā)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范:DL-T5035-2016 [S]. 北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2016.4, 11-13,17,64-70.
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[14]中國(guó)冶金建設(shè)協(xié)會(huì). 工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn):GB51245-2017[S]. 北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2017. 8-11.
[15]中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì). 小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50049-2011[S]. 北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2011. 145.