探討防排煙設計在垃圾發電中的應用

葛永芳

光大生態環境設計研究院有限公司，江蘇南京，210000

0 引言

作為環保項目，垃圾發電在處理城市生活垃圾的同時，變廢為寶，挖掘廢棄能量發電，已在全國各城市推廣開來。消防安全是這類建筑不可忽視的重要環節，發生火災時，產生的大量濃煙攜帶有毒物質，不僅污染環境，影響生產安全，還會導致人員中毒或窒息身亡。在設計初應將種種火災危險梳理清晰，把可能造成的影響降到最低，在此類建筑物內設置防排煙系統，控制火災影響范圍，減少濃煙對生產及人體的危害[1]。

1 垃圾發電項目防排煙設計

垃圾發電項目通常分為生產主廠房、主控樓、滲濾液站、水處理泵房、綜合樓、地磅房及門衛房等各個單體，以此組成一個獨立的垃圾發電園區。根據規范要求，需要設計防排煙的區域集中在生產主廠房、主控樓、滲濾液站、綜合樓等幾個單體內。

1.1 主廠房垃圾坑

垃圾坑需設事故排煙設施[2]，作為存放兼發酵區域，不同的季節溫度對垃圾發酵效率有較大影響，根據發酵速度的不同，生活垃圾通常會在垃圾坑內貯存3～7天不等。垃圾焚燒廠運營過程中應避免惡臭對環境的影響，對此空間的密閉性就比較重要。因此，雖然垃圾坑屋面采光天窗可改為排煙窗，具備自然排煙的條件，但出于環保考慮設機械排煙措施。

垃圾坑為大而整的空間，坑底標高-6.0m，頂部凈高40.5m，空間凈高46.5m，垃圾坑凈面積為2800m2。其劃分為2個防煙分區，單個防煙分區最大允許面積不超過2000m2，長邊最大允許長度不超過60m，凈高大于9m，防煙分區之間不設置擋煙設施，但排煙風口與風管控制仍與防煙分區一一對應[3]。

消防排煙的最小清晰高度為：

式中：Hq為最小清晰高度（m）；H＇對應單層空間，取排煙空間的建筑凈高度（m），垃圾坑空間凈高46.5m。

可得Hq＝1.6＋0.1×46.5=6.25m

考慮排煙口應設在儲煙倉內，補風口應設在儲煙倉下沿以下，設計清晰高度應大于最小清晰高度，垃圾坑清晰高度設為19m。

垃圾坑儲煙倉厚度=空間凈高-清晰高度=46.5-19=27.5m。

坑內設置消防炮滅火系統，參考《自動噴水滅火系統設計規范》GB 50084，高大空間場所設置濕式滅火系統，也可以按有噴淋取值。

根據GB 51251表4.6.7可知，火災達到穩態時，廠房內熱釋放速率Q選值為2.5MW。

排煙煙羽流類型為軸對稱型：

當Z＞Z1時，

式中：Qc-熱釋放速率的對流部分，一般取值為Qc=0.7Q＝0.7×2500＝1750（kW）；Z-燃料面到煙層底部的高度（m）（取值應大于或等于最小清晰高度與燃料面高度之差）；Z1-火焰極限高度（m）；Mρ-煙羽流質量流量（kg/s）。

由于垃圾坑底部為-6m，卸料平臺高度為+7m，燃料卸料高度低于+7m。而考慮垃圾堆積狀況，燃料面高度取滿堆均值，設為15m；燃料面到煙層底部的高度Z=垃圾坑清晰高度-燃料面高度=19-15=4m。

煙層平均溫度與環境溫度的差應按下式計算：

式中：ΔT-煙層平均溫度與環境溫度的差（K）；Cρ-空氣的定壓比熱，一般取Cρ=1.01[kJ/(kg×K)]；K-煙氣中對流放熱量因子。當采用機械排煙時，取K=1.0；當采用自然排煙時，取K=0.5。

計算可得：ΔT=1×1750÷11.77÷1.01＝147.16℃

每個防煙分區排煙量應按下列公式計算：

式中： V-排煙量（m3/s）；ρ0-環境溫度下的氣體密度（kg/m3），通常T0=293.15K，ρ0=1.2（kg/m3）；T0-環境的絕對溫度（K）；T-煙層的平均絕對溫度（K）。

由上述數據可得：V=11.77×（293.15+147.16） ÷1.2÷293.15=14.73m3/s=53035m3/h

按GB 51251-2017表格4.6.3相關規定，垃圾坑排煙量按照超過9m區域，有噴淋的廠房選取，排煙量為111000m3/h。計算與查表取大值，垃圾坑計算排煙量為111000m3/h，安全系數為1.2，垃圾坑設計排煙量為133200m3/h。

空間凈高6m以上，面積超過2000m2的垃圾坑，應劃分防煙分區。垃圾坑深度超過9m，可不設置實質的擋煙垂壁，每個防煙分區內設一套排煙量111000m3/h的排煙風口及風管，風閥控制應與防煙分區一一對應。

垃圾發酵會散惡臭，為了減少垃圾坑臭氣外逸污染環境，在垃圾坑上部設抽氣風道，由一次風機抽取作為焚燒爐燃燒空氣，使得垃圾坑保持負壓狀態，臭氣不外溢。停爐檢修時，在垃圾坑內設應急除臭排風風管，以維持坑內負壓狀態[4]。此風管同時兼用事故排煙，吊裝在垃圾坑屋面下，系統布置詳見圖1。

圖1 垃圾坑排煙系統流程圖

垃圾坑排煙系統與除臭共用一套風管，排煙風機放在11.25m的除臭設備間內。排煙量按排煙規范軸對稱煙羽流質量流量計算。排煙口布置滿足距該防煙分區最遠點的水平距離小于30m。垃圾池發生火災事故時，關閉除臭裝置風閥，啟動排煙風機排煙。排煙風機入口處的總風管上應設排煙防火閥，其熔斷溫度為280℃，該閥應與排煙風機連鎖，當排煙溫度超過280℃時，該閥熔斷關閉，排煙風機應能停止運轉。排煙風機的啟動方式：排煙自動報警啟動后，僅開啟相應防煙分區內發風口及風閥，當任一排煙口或排煙閥開啟時，排煙風機應能自行啟動。消防控制中心設手動開啟，現場設手動開啟。

生活垃圾惡臭氣體有腐蝕性，且含易燃易爆成分，如硫化氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲硫醚、三甲胺、氨氣、乙醛、乙苯烯等，選用風機及風管時應考慮耐用性、安全性。通常使用防腐防爆風機，風機與電機直連，不可采用皮帶傳動。靜壓箱應選用304不銹鋼板內貼防腐材料。輸送風管采用耐腐蝕的不銹鋼或玻璃鋼材質，風管及其閥門需做接地導除靜電處理，確保輸送系統的安全性。

近些年來新建廠房的垃圾坑面積均超過500m2。嚴格來說，事故排煙的同時，應考慮直接從室外引入補風空氣。按工藝環保需求，除密封屋面，垃圾坑不設靠外墻的維護結構，四周墻面采用混凝土澆筑形式嚴格密封。垃圾坑安置在廠房內區，除垃圾卸料門、工藝設備接口等，亦無多余的窗洞，無條件直接從室外補風。垃圾卸料門連接的卸料平臺，通過引橋無遮擋直連室外，結合項目實際情況，火災時開啟垃圾卸料門作為補風風口，儲煙倉以下的有效補風量不小于排煙量的50%。即，消防補風量=111000×50%=55500m3/h；垃圾卸料門應大于垃圾卸料車尺寸，通常為4m×4m液壓雙開門。火災時開啟單個卸料門，補風風速=55500÷4÷4÷3600=0.96m/s，滿足風速較小、自然補風的要求。

火力發電廠主廠房為丁類生產車間，由于鍋爐、汽機等設備體積龐大，檢修空間需上下貫穿布置，建筑整體空間開孔率高，垃圾焚燒鍋爐、煙氣凈化間所需空間高度通常為50m上下。人員活動區間集中在地面運轉層附近，活動范圍有限，運維人數有限。一旦著火，煙氣向上方聚攏，高大屋頂作為儲煙倉容量可觀，且汽機鍋爐房等都設屋面排風天窗或可熔性采光帶，有利于煙氣外排[5]。這種布置可滿足火災時安全疏散要求。除垃圾坑，主廠房生產區域的焚燒鍋爐間和汽機間按工藝要求設置通風天窗，其余區域均不考慮消防[1]。綜上可知，垃圾發電項目的垃圾坑消防排煙及補風均與常規廠房有所不同，其特殊做法已闡述完畢。

1.2 主控樓

主控樓存在的排煙區域包括建筑內長度超過40m的疏散走道、人員辦公區域/會議室、建筑面積大于50m2且無外窗的控制室等[5]。排煙量根據計算確認[3]。同一防火分區共用一套消防排煙系統，儲煙倉下設自然補風窗。

垃圾發電項目防煙區域通常無防煙樓梯間、合用前室，敞開樓梯間作為大空間內檢修樓梯，土建及鋼結構形式都有，無需設置防煙。重點防煙區域主要集中出現在主控樓內的封閉樓梯間、消防前室等。具體做法與常規工業建筑無異，此處不展開討論。

1.3 其他

堆放垃圾在發酵過程中，會產生生物化學降解，滲出高濃度有機或無機成分的液體。這些滲濾液是垃圾焚燒發電項目的特有組成部分，設有專用的滲濾液站單體處理惡臭濃水，建筑單體火災危險性類別為戊類。除大型滲濾液站超40m疏散走道設自然排煙設施、敞開樓梯間設擋煙垂壁外，無其他防排煙區域。

垃圾發電生產廠房存在鄰避效應，項目選址遠離人員聚集生活工作區域，較為偏僻，需配套為生產工作提供保障的綜合樓，如食堂、宿舍等，其房間、走道和封閉樓梯間自然排煙均可滿足消防要求。

其他配套生產建筑物、構筑物一般無防排煙區域。

2 結語

防火設計已成為建筑設計中不可分割的重要組成部分，防排煙設計又是其中十分重要的一環。為了及時排除高溫煙氣，確保人員疏散和生產安全，給滅火救援創造有利條件，防排煙設計近年來越來越引起各方關注。對于火災可能造成人員財產損失，破壞生態平衡，污染空氣、土壤以及地下水的垃圾發電項目要尤其重視。在生產廠房發生火災時，防排煙設計對本類生產項目的可持續發展是非常有利的。