垃圾焚烧发电厂的活性炭装置车间消防设计分析

2021-03-13徐文明方毅淀徐亦丹

吉林电力 2021年1期

徐文明，方毅淀，徐亦丹

(中国联合工程有限公司，杭州 310000)

垃圾处理一直是困扰城市发展的难题，传统的方式以填埋为主，不仅大量占用土地，更重要地是对环境的污染日趋严重，近些年来，国家把绿色环保作为工作重点。城市垃圾焚烧发电是处理城市垃圾的主要手段，随着国家产业政策的倾斜，制定了很多扶持垃圾发电的政策和措施，近几年垃圾焚烧发电厂的建设项目快速发展，然而垃圾焚烧发电无论从设备、技术还是设计，都需要一个引进、消化和再创新的过程。垃圾焚烧发电厂作为特殊的工业建筑，在我国又是刚刚起步，难免会碰到一些技术难题，例如：目前项目中对于活性炭装置车间的火灾危险性的理解和防爆设计存在一些盲点，规范中又没有明确对应的条文，无论建筑师还是审图单位在设计中理解和掌握尺度都不尽相同。有必要分析活性炭装置车间的火灾危险性等级以及其防爆设计的需求，从而便于对垃圾焚烧发电厂中活性炭装置车间建筑消防设计的正确理解，以便能在今后的工程设计中能起到借鉴作用。

1 垃圾焚烧发电厂的活性炭装置

1.1 活性炭净化工艺原理

垃圾焚烧发电过程中，燃烧尾气内含有多类污染物，可分为颗粒物(粉尘)、酸性气体(HCl、HF、SO2、NOx等)、重金属(Hg、Pb、Cr等)和有机剧毒性污染物(二恶英、呋喃等)四大类。为了防止垃圾焚烧处理过程中对环境产生二次污染，满足国家环保要求的尾气排放标准，采用烟气净化系统控制垃圾焚烧烟气的排放，达到净化环境的目的，其中通过活性炭吸附装置来降低焚烧烟气中的二恶英及重金属汞的排放浓度就是垃圾焚烧发电工艺系统中很重要的一个环节。

活性炭从材质上来分主要是木质和煤质的两大类，形状上可以分为成型炭和粉末炭，不管是什么材料和形状的活性炭，其吸附原理是一样的，就是利用自身发达的孔隙结构，吸附烟气中的二恶英和重金属等有害物质，从而达到净化的目的，活性炭除了具有发达的孔隙结构，还有表面积大、性能稳定和再生能力强等优点。

垃圾焚烧发电项目中的烟气净化原理：进厂的粉末活性炭首先由上料装置输送到活性炭储仓，活性炭储仓内的活性炭粉末经计量装置定量给料机计量后进入喷射装置，最后由喷射装置将活性炭粉末由风机喷入焚烧炉袋式除尘器前端的烟道，通过压力喷入炉后烟道内的活性炭粉末将烟气中的有害气体二恶英类物质和重金属汞类物质进行吸附(见图1)，最终达到环保要求的烟气排放标准。目前垃圾焚烧发电的活性炭喷射装置一般都是由上料装置、活性炭储仓、计量给料装置、喷射装置组成，是全密闭的成套环保设备。

图1 系统工作流程

1.2 活性炭特性

活性炭是一种经特殊处理的炭，其表面具有无数细小的孔隙，因此具有巨大的表面积，每克活性炭等表面积为500～1 500m2，是一种吸附能力超强的材料；同时活性炭又是被国家列为化学危险品，属于自燃品，达到一定温度发生自燃，但只是阴燃，其燃烧时产生有毒的一氧化碳。活性炭粉末存在爆炸的危险，其粉尘爆炸特性等同于其他诸如镁粉、面粉类。活性炭在分散状态下遇到明火会引起火灾或爆炸的细微颗粒物，属于容易爆炸类材料。

活性炭的另一个主要特性是怕水浸和潮湿，吸水或受潮后水填满了活性孔隙，势必减少活性炭表面积与空气的直接接触，严重影响吸附效果，以致吸附能力失效。

1.3 活性炭的储存

由于活性炭的物理特性和化学特性，以及生产过程对活性炭品质要求很高，所以活性炭的储存必须严格遵守相关产品规定，储存在阴凉干燥处，室内湿度不能过大，满足产品湿度要求，防止受潮和吸附空气中的其他物质，严禁与有毒有害气体或者容易挥发物质混放，更应该远离明火和火源等。

垃圾焚烧发电项目的活性炭储存在装置的活性炭储仓中，袋装的活性炭粉末通过运输车运到现场，由专门起重装置经上料口输送到储罐中；还有一种装料方式是活性炭专业运输车，运送到现场后，经室外管道对接输送到活性炭储罐中，后者的优点较多，保证活性炭品质、减少人工，符合安全生产、防火防爆等要求，是未来的发展趋势。

活性炭装置是成套设备，全封闭结构，无论采取哪种上料方式，上料后，都是迅速关闭上料口，从而保证了装置的密闭性，才能满足设备压力、喷射的运行要求。活性炭成套设备上部的储罐的存储量一般按照焚烧生产线统一设计确定，比如大连某项目是三条生产线，活性炭消耗量为27.9kg/h，由专用车运送到厂内，全厂设计了一个25m3容量的活性炭储仓，能确保全厂7天以上的用量。绝大多数项目活性炭装置车间的室内，除了装置本身，无需再储存备用袋装活性炭。

2 火灾危险性和耐火极限分析

2.1 活性炭车间的火灾危险性

CJJ90—2009《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》第12.3.1条规定“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”，活性炭装置车间往往布置在锅炉尾气间内的一角。锅炉房和尾气间多数由大包网架围合成的一个室内高大空间，而活性炭装置车间等辅助生产区域是这个室内空间的一部分，属于房中房。

垃圾焚烧发电项目中，根据活性炭装置运行的工艺原理，属于生产过程中使用可燃固体作吸附材料来处理尾气中的有毒气体、有害金属使用，依据GB50016—2014《建筑设计防火规范》第3.1.1条丁类中规定了“利用气体、液体、固体作为燃料或将气体、液体进行燃烧作其他用的各种生产”，由于活性炭装置是成套密闭设备，并且活性炭材料属于粉末状固体，通过法兰、阀门等泄漏的可能性几乎没有。垃圾处理项目中的活性炭装置的粉末活性炭不像甲、乙类气体那样容易通过阀门、连接处等位置泄漏，在生产运行过程中，对设备之外，更是不产生泄漏的可燃物或可燃气体，活性炭成套设备本身符合国家或行业关于安全生产、防火防爆的产品质量标准的要求，因此垃圾焚烧发电项目中的活性炭装置车间的火灾危险性可以确定为丁类。

美国消防协会(NationalFireProtectionAssociation,NFPA)防火系列标准中NFPA5000—2009《建筑的结构和安全标准》对于建筑物火灾危险性的定义也是根据建筑物的危险等级和火灾荷载的因素综合确定的。垃圾焚烧发电的活性炭装置车间的围护结构一般都是钢结构金属板封闭，都是不燃烧材料组成的，其车间内部除了活性炭装置设备，没有其他的可燃烧材料，参考NFPA5000—2009的第6.3.2条的危险等级划分标准，将其划分为低危险：“低燃烧性能并且不能自燃(传播)火势的”，因此根据火灾荷载的因素，垃圾焚烧发电的活性炭装置车间属于低危险等级，相当于国标GB50016—2014中的火灾危险性的“丁、戊类”。

2.2 活性炭储存库房的火灾危险性

活性炭储存库房：个别垃圾焚烧发电项目中，在活性炭装置车间内布置了袋装活性炭储存间库房，这类项目占的比例不大。由于活性炭产品对于环境要求较高，房间湿度、通风必须满足一定的要求，现场储存影响产品的性能并影响生产运行的质量，重要的是活性炭装置自身的上部储仓常规运行时能满足生产运行需求的。

如果需要在活性炭装置车间内或其他位置布置活性炭储存库房，根据GB50016—2014第3.1.3条，储存物品的火灾危险性分类，活性炭属于可燃固体，可确定为丙类，虽然燃烧特性为阴燃，但是考虑这类袋装的活性炭一旦泄漏，加之辅助因素，容易形成粉尘爆炸，因此活性炭储存库房应按照规范进行防火、防爆设计；防爆墙或者抗爆墙的原理是本区域如果发生爆炸，可以避免或者减少对相邻房间的影响，但爆炸引起的内压上升，必须通过泄压的形式得以释放掉，应按照规范的泄压面积进行详细地计算，满足规范要求的泄压面积。