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垃圾焚烧发电厂建筑防火设计比较分析

北极星固废网  来源:《建筑学研究前沿》  作者:李喆  2020/1/14 10:40:54  我要投稿  

北极星固废网讯:摘要:本文介绍了垃圾焚烧发电厂的工艺流程以及建筑功能,以江苏某垃圾焚烧电厂项目为基础,对设计过程中的难点、疑点进行分析,从而得出建筑设计方案。

关键词:垃圾焚烧发电厂;工艺流程;功能及组成;火灾危险性分类;厂房界定问题;安全疏散

0 引言

加大力度推进生态文明建设、解决生态环境问题,坚决打好污染防治攻坚战。推动我国生态文明建设迈上新台阶。——习近平《全国生态环境保护大会》

随着我国的经济发展及人民生活水平的提高,面对城市生活垃圾总量的逐年增加,以及对生态环保要求的不断提高。人们的生活区域便会有生活垃圾的产生,如何处理已成为城市发展的重要课题,如何设计好垃圾焚烧发电厂也成为了设计师们研究的重要课题。本文介绍了垃圾焚烧发电厂的工艺流程以及建筑功能,在设计江苏某垃圾焚烧电厂项目过程中,建筑设计专业遇到的难点、疑点,并以设计规范《建筑设计防火规范》GB50016-2014和《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》CJJ90-2009作为依据进行比较和分析,得出建筑设计方案。

1项目概况

江苏某垃圾焚烧电厂项目主要为了负担南通市区、如皋市、通州市、靖江市的城市生活垃圾环保处理,同时为周边企业提供生产用汽,新建3台750t/d机械炉排炉垃圾焚烧系统,主厂房占地面积约为21000平方米,建筑面积约为38000平方米。

2 垃圾焚烧电厂的工艺流程 如下图1所示:

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图1 工艺流程图

在厂区入口处设置汽车衡,车辆通过汽车衡称重后,顺上料坡道至垃圾卸料平台,将垃圾倾倒至垃圾池内。抓斗从垃圾池中抓起垃圾投入炉前料仓,推料器将垃圾推入焚烧炉燃烧。垃圾燃尽后的炉渣由灰渣系统排出,用于筑路制砖。飞灰经螯合固化后运输至指定填埋场填埋。垃圾焚烧产生的高温烟气,通过余热锅炉换热、汇集,产生过热蒸汽,引入汽机房用于发电和供热。热锅炉排出的烟气引至烟气净化系统,经过初步净化,除尘脱酸,脱出氮氧化物后从烟囱排出。渗滤液通过收集和处理后综合利用,实现零排放。

3建筑功能及组成

根据工艺流程,主厂房主要由上料坡道、卸料大厅、垃圾池、垃圾焚烧区域、烟气净化区域(含辅助用房)、灰渣池、汽轮发电机房、烟囱、渗滤液收集池,以及主控楼等组成。如下图2为建筑功能示意图:

3.1 卸料大厅

卸料大厅位于建筑物的二层,通过上料坡道到达,一层布置变电所、空压机房、飞灰暂存间等,以及地下一层布置渗滤液泵间,渗滤液泵间下方布置渗滤液收集池。

3.2 垃圾池

垃圾池底部标高在-4.000,池顶设置垃圾抓斗起重机,用于将垃圾抓入垃圾料斗进入焚烧设备。垃圾抓斗起重机的轨顶标高为36米。

3.3 垃圾焚烧区域和烟气净化区域

此区域内放置大型焚烧炉和大型烟气净化设备,同时焚烧间根据工艺过程还布置了平台及隔间,用于配电间、控制室、管道夹层、灰渣池等。

3.4 汽机发电机房

汽机发电机房的一层布置汽机辅助设备、给水设施、热力设施等,二层布置汽轮发电机组。

3.5 生产辅助间

一般可设置接待参观大厅、集中控制室、办公室、变配电间等。

4难点、疑点

在设计过程中,发现垃圾焚烧厂房不同于普通厂房,手握《建筑设计防火规范》和《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》,却又感觉无从下手,往往满足了《建筑设计防火规范》,却又在《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》遇到了难点、疑点,主要为火灾危险性分类的确定、防火分区划分及厂房界定问题、疏散楼梯及电梯设置、安全疏散等。

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图2 建筑功能示意图

4.1 火灾危险性分类

通过对垃圾焚烧发电厂工艺流程、建筑功能和组成的了解,虽然在《建筑设计防火规范》中3.1.1条,表3.1.1中规定利用气体、液体、固体作为燃烧或将气体、液体进行燃烧作其他用的各种生产的厂房为丁类。在《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》中第12.3.1条,垃圾焚烧厂房的生产类别应为丁类,建筑耐火等级不应低于二级。

但实际上主厂房内的垃圾池内储存了大量的可燃固体,以及渗滤液收集池内容易产生各种易燃易爆的气体,存在一定的火灾危险性,且所占面积并不小于整个厂房建筑面积的5%。《建筑设计防火规范》第3.1.2条中规定:同一座厂房或者厂房的任一防火分区内有不同火灾危险性生产时,厂房或防火分区内的生产火灾危险性类别应按火灾危险性较大的部分确定,火灾危险性较大的生产部分占本层或者本防火分区建筑面积的比例小于5%时,可按危险性较小的部分确定。显然规范中规定的垃圾焚烧厂厂房为丁类与这条规范是有所矛盾的。

4.2 防火分区划分以及厂房界定问题

垃圾焚烧发电厂主厂房功能多,建筑结构形式比较复杂,且不同于其他被定义为高层的工业厂房。垃圾焚烧发电厂厂房一般以单层为主,局部设操作平台和房间,楼层的概念比较模糊。

设计过程中,根据工艺需求将卸料大厅设计为不超过24米的多层厂房;垃圾池根据垃圾抓斗起重机的标高,设计为46米的单层厂房;垃圾焚烧区域和烟气净化区域的高度由设备高度决定,设计为50米左右的单层厂房,其中还有占比小于20%的平台及隔间,形式为15米左右的多层混凝土框架结构,一般不超过24米;汽机发电机房的下弦标高为16米,为不超过24米的多层厂房;辅助生产间功能相对简单,结构形式也不复杂,为不超过24米的多层厂房。如下图3为建筑剖面示意图:

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图3 剖面示意图

由于功能布置的复杂性,不能简单的根据《建筑设计防火规范》表3.3.1确定其层数及防火分区的面积,若按丁类高层厂房设计,面积超过4000平方米,难以划分防火分区。

4.3 疏散楼梯及电梯的设置、安全疏散的设置

因厂房界定问题的矛盾,则影响了疏散楼梯及电梯的设置,同时也涉及到安全疏散的设置。是设置封闭楼梯间?防烟楼梯间?疏散距离按照《建筑设计防火规范》表3.7.4中的哪条进行设计?

5规范中内容的分析比较及设计方案

5.1 火灾危险性分类

在设计过程中,通过对规范的分析比较,又对《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》中的12.3.1条有了新的理解,原来对于之前分析的矛盾之处,规范有所解释 “焚烧厂房的生产危险性属于丁类,垃圾池按《建筑设计防火规范》第3.1.1条,宜按丙类设防”。

渗滤液池中因容易产生各种易燃易爆的气体,存在一定的火灾危险性,设计中对其进行了通风设计,以免因换气不畅导致可燃气体的迅速堆积引起爆炸,同时建筑设计中考虑了泄爆措施,设置了泄爆管道井,泄爆面积按《建筑设计防火规范》第3.6.4条进行计算。

另外,因为在《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》中明确,油箱间和油泵间属于丙类,布置在厂房内时,应设置防火墙与其他房间隔开。天然气调压间属于甲类。所以在设计过程中也做了相应的考虑。

5.2 防火分区划分以及厂房界定问题

针对4.2中提出的矛盾,在《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》中寻求解决之道。其中第12.3.4条中,“垃圾焚烧厂房地上部分的防火分区的允许建筑面积不宜大于4条焚烧线的建筑面积,地下部分不应大于一条焚烧线的建筑面积。”并且明确“结合焚烧工艺特点,可划分防火分区为:卸料大厅和垃圾池、焚烧与烟气净化区域、汽机间、生产辅助间,以及其他处理间。

既然防火分区的划分按不同工艺区域来划分,不以面积为划分要求。那将各个工艺分区分开看,根据其高度则卸料大厅按丙类多层厂房;垃圾池按丙类单层厂房;垃圾焚烧区域和烟气净化区域按丁类单层厂房;局部平台及隔间、汽机间、辅助生产间按丁类多层厂房设计。与《建筑设计防火规范》表3.3.1比较,既不矛盾,也可在表中查到不同的类别所允许的层数及面积设置要求。

故在设计垃圾焚烧电厂项目过程中卸料大厅与垃圾池按丙类设防,面积超过表3.3.1中丙类多层厂房每个防火分区的最大允许建筑面积4000平方米的规定,故两者之间用防火墙隔断,并在卸料门处设水消防设施;焚烧与烟气净化区域和其相邻的垃圾池、辅助生产间、汽轮发电机房之间均采用防火隔墙及符合消防规定的防火门隔断。如下图4为防火分区示意图:

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图4 防火分区示意图

5.3 疏散楼梯及电梯的设置

明确了厂房界定的问题后,疏散楼梯的设置方法便也有了答案。卸料大厅按丙类多层厂房设置封闭楼梯间,且直通室外。烟气净化区域中的多层平台及隔间按丁类多层厂房设置疏散楼梯间。另外,垃圾焚烧区域范围内虽以单层为主,但是局部还设有高度大于32米的操作平台及隔间。这种情况下,疏散楼梯按防烟楼梯间设置,并且设置了消防电梯。防烟楼梯间的设置按《建筑设计防火规范》第6.4.3条;消防电梯按第7.3条中的相关规定设计。

5.4 安全疏散的设置

与疏散楼梯的设置同理,安全疏散按《建筑设计防火规范》第3.7.2条,厂房内每个防火分区或一分防火分区内的每个楼层,安全出口的数量不小于2个;厂房内任一点至最近安全出口的直线距离按表3.7.4中的要求。《建筑设计防火规范》和《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》同时明确了疏散楼梯的最小净宽不应小于1.10米,疏散走道的最小净宽不应小于1.40米,门的最小净宽度不应小于0.90米。

另外,考虑到渗滤液沟道间内工作人员的工作距离较长,设两个出口更利于人员的疏散;厂房内人员的安全出口和垃圾车疏散出口分开设置,垃圾车的出入口不作为人员疏散口。

5.5 其他防火设计注意事项

垃圾焚烧发电厂主厂房中根据工艺要求有3个爆炸危险性的房间,分别为活性炭车仓罐间、氨水或尿素溶液储罐间、乙炔汇流排间,这几个房间考虑靠外墙设置,并在外墙上设置泄压窗。

6结语

随着我国环境保护取得举世瞩目的成果,城市环境污染治理进入了新的阶段。垃圾焚烧发电厂作为环保处理的主要方式之一,甚至随着技术的不断发展,垃圾发电可能会成为最经济的发电技术之一。又因为垃圾焚烧发电厂一般都采用联合厂房的形式,规模一般相对较大,建筑功能组成较多,结构形式多样,涉及工艺专业多。所以建筑设计师有必要对建筑设计规范进行研究和探讨,为环保出一份力,为环境减压出一份力。

参考文献

[1]周立.工业建筑防腐和防火设计的分析[J].绿色环保建材.2017(03).

[2]张权.大空间建筑物的防火设计研究[J].民营科技.2014(01).

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