探讨防排烟设计在垃圾发电中的应用

葛永芳

光大生态环境设计研究院有限公司，江苏南京，210000

0 引言

作为环保项目，垃圾发电在处理城市生活垃圾的同时，变废为宝，挖掘废弃能量发电，已在全国各城市推广开来。消防安全是这类建筑不可忽视的重要环节，发生火灾时，产生的大量浓烟携带有毒物质，不仅污染环境，影响生产安全，还会导致人员中毒或窒息身亡。在设计初应将种种火灾危险梳理清晰，把可能造成的影响降到最低，在此类建筑物内设置防排烟系统，控制火灾影响范围，减少浓烟对生产及人体的危害[1]。

1 垃圾发电项目防排烟设计

垃圾发电项目通常分为生产主厂房、主控楼、渗滤液站、水处理泵房、综合楼、地磅房及门卫房等各个单体，以此组成一个独立的垃圾发电园区。根据规范要求，需要设计防排烟的区域集中在生产主厂房、主控楼、渗滤液站、综合楼等几个单体内。

1.1 主厂房垃圾坑

垃圾坑需设事故排烟设施[2]，作为存放兼发酵区域，不同的季节温度对垃圾发酵效率有较大影响，根据发酵速度的不同，生活垃圾通常会在垃圾坑内贮存3～7天不等。垃圾焚烧厂运营过程中应避免恶臭对环境的影响，对此空间的密闭性就比较重要。因此，虽然垃圾坑屋面采光天窗可改为排烟窗，具备自然排烟的条件，但出于环保考虑设机械排烟措施。

垃圾坑为大而整的空间，坑底标高-6.0m，顶部净高40.5m，空间净高46.5m，垃圾坑净面积为2800m2。其划分为2个防烟分区，单个防烟分区最大允许面积不超过2000m2，长边最大允许长度不超过60m，净高大于9m，防烟分区之间不设置挡烟设施，但排烟风口与风管控制仍与防烟分区一一对应[3]。

消防排烟的最小清晰高度为：

式中：Hq为最小清晰高度（m）；H＇对应单层空间，取排烟空间的建筑净高度（m），垃圾坑空间净高46.5m。

可得Hq＝1.6＋0.1×46.5=6.25m

考虑排烟口应设在储烟仓内，补风口应设在储烟仓下沿以下，设计清晰高度应大于最小清晰高度，垃圾坑清晰高度设为19m。

垃圾坑储烟仓厚度=空间净高-清晰高度=46.5-19=27.5m。

坑内设置消防炮灭火系统，参考《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084，高大空间场所设置湿式灭火系统，也可以按有喷淋取值。

根据GB 51251表4.6.7可知，火灾达到稳态时，厂房内热释放速率Q选值为2.5MW。

排烟烟羽流类型为轴对称型：

当Z＞Z1时，

式中：Qc-热释放速率的对流部分，一般取值为Qc=0.7Q＝0.7×2500＝1750（kW）；Z-燃料面到烟层底部的高度（m）（取值应大于或等于最小清晰高度与燃料面高度之差）；Z1-火焰极限高度（m）；Mρ-烟羽流质量流量（kg/s）。

由于垃圾坑底部为-6m，卸料平台高度为+7m，燃料卸料高度低于+7m。而考虑垃圾堆积状况，燃料面高度取满堆均值，设为15m；燃料面到烟层底部的高度Z=垃圾坑清晰高度-燃料面高度=19-15=4m。

烟层平均温度与环境温度的差应按下式计算：

式中：ΔT-烟层平均温度与环境温度的差（K）；Cρ-空气的定压比热，一般取Cρ=1.01[kJ/(kg×K)]；K-烟气中对流放热量因子。当采用机械排烟时，取K=1.0；当采用自然排烟时，取K=0.5。

计算可得：ΔT=1×1750÷11.77÷1.01＝147.16℃

每个防烟分区排烟量应按下列公式计算：

式中： V-排烟量（m3/s）；ρ0-环境温度下的气体密度（kg/m3），通常T0=293.15K，ρ0=1.2（kg/m3）；T0-环境的绝对温度（K）；T-烟层的平均绝对温度（K）。

由上述数据可得：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相关规定，垃圾坑排烟量按照超过9m区域，有喷淋的厂房选取，排烟量为111000m³/h。计算与查表取大值，垃圾坑计算排烟量为111000m³/h，安全系数为1.2，垃圾坑设计排烟量为133200m³/h。

空间净高6m以上，面积超过2000m2的垃圾坑，应划分防烟分区。垃圾坑深度超过9m，可不设置实质的挡烟垂壁，每个防烟分区内设一套排烟量111000m³/h的排烟风口及风管，风阀控制应与防烟分区一一对应。

垃圾发酵会散恶臭，为了减少垃圾坑臭气外逸污染环境，在垃圾坑上部设抽气风道，由一次风机抽取作为焚烧炉燃烧空气，使得垃圾坑保持负压状态，臭气不外溢。停炉检修时，在垃圾坑内设应急除臭排风风管，以维持坑内负压状态[4]。此风管同时兼用事故排烟，吊装在垃圾坑屋面下，系统布置详见图1。

图1 垃圾坑排烟系统流程图

垃圾坑排烟系统与除臭共用一套风管，排烟风机放在11.25m的除臭设备间内。排烟量按排烟规范轴对称烟羽流质量流量计算。排烟口布置满足距该防烟分区最远点的水平距离小于30m。垃圾池发生火灾事故时，关闭除臭装置风阀，启动排烟风机排烟。排烟风机入口处的总风管上应设排烟防火阀，其熔断温度为280℃，该阀应与排烟风机连锁，当排烟温度超过280℃时，该阀熔断关闭，排烟风机应能停止运转。排烟风机的启动方式：排烟自动报警启动后，仅开启相应防烟分区内发风口及风阀，当任一排烟口或排烟阀开启时，排烟风机应能自行启动。消防控制中心设手动开启，现场设手动开启。

生活垃圾恶臭气体有腐蚀性，且含易燃易爆成分，如硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲硫醚、三甲胺、氨气、乙醛、乙苯烯等，选用风机及风管时应考虑耐用性、安全性。通常使用防腐防爆风机，风机与电机直连，不可采用皮带传动。静压箱应选用304不锈钢板内贴防腐材料。输送风管采用耐腐蚀的不锈钢或玻璃钢材质，风管及其阀门需做接地导除静电处理，确保输送系统的安全性。

近些年来新建厂房的垃圾坑面积均超过500m2。严格来说，事故排烟的同时，应考虑直接从室外引入补风空气。按工艺环保需求，除密封屋面，垃圾坑不设靠外墙的维护结构，四周墙面采用混凝土浇筑形式严格密封。垃圾坑安置在厂房内区，除垃圾卸料门、工艺设备接口等，亦无多余的窗洞，无条件直接从室外补风。垃圾卸料门连接的卸料平台，通过引桥无遮挡直连室外，结合项目实际情况，火灾时开启垃圾卸料门作为补风风口，储烟仓以下的有效补风量不小于排烟量的50%。即，消防补风量=111000×50%=55500m³/h；垃圾卸料门应大于垃圾卸料车尺寸，通常为4m×4m液压双开门。火灾时开启单个卸料门，补风风速=55500÷4÷4÷3600=0.96m/s，满足风速较小、自然补风的要求。

火力发电厂主厂房为丁类生产车间，由于锅炉、汽机等设备体积庞大，检修空间需上下贯穿布置，建筑整体空间开孔率高，垃圾焚烧锅炉、烟气净化间所需空间高度通常为50m上下。人员活动区间集中在地面运转层附近，活动范围有限，运维人数有限。一旦着火，烟气向上方聚拢，高大屋顶作为储烟仓容量可观，且汽机锅炉房等都设屋面排风天窗或可熔性采光带，有利于烟气外排[5]。这种布置可满足火灾时安全疏散要求。除垃圾坑，主厂房生产区域的焚烧锅炉间和汽机间按工艺要求设置通风天窗，其余区域均不考虑消防[1]。综上可知，垃圾发电项目的垃圾坑消防排烟及补风均与常规厂房有所不同，其特殊做法已阐述完毕。

1.2 主控楼

主控楼存在的排烟区域包括建筑内长度超过40m的疏散走道、人员办公区域/会议室、建筑面积大于50m2且无外窗的控制室等[5]。排烟量根据计算确认[3]。同一防火分区共用一套消防排烟系统，储烟仓下设自然补风窗。

垃圾发电项目防烟区域通常无防烟楼梯间、合用前室，敞开楼梯间作为大空间内检修楼梯，土建及钢结构形式都有，无需设置防烟。重点防烟区域主要集中出现在主控楼内的封闭楼梯间、消防前室等。具体做法与常规工业建筑无异，此处不展开讨论。

1.3 其他

堆放垃圾在发酵过程中，会产生生物化学降解，渗出高浓度有机或无机成分的液体。这些渗滤液是垃圾焚烧发电项目的特有组成部分，设有专用的渗滤液站单体处理恶臭浓水，建筑单体火灾危险性类别为戊类。除大型渗滤液站超40m疏散走道设自然排烟设施、敞开楼梯间设挡烟垂壁外，无其他防排烟区域。

垃圾发电生产厂房存在邻避效应，项目选址远离人员聚集生活工作区域，较为偏僻，需配套为生产工作提供保障的综合楼，如食堂、宿舍等，其房间、走道和封闭楼梯间自然排烟均可满足消防要求。

其他配套生产建筑物、构筑物一般无防排烟区域。

2 结语

防火设计已成为建筑设计中不可分割的重要组成部分，防排烟设计又是其中十分重要的一环。为了及时排除高温烟气，确保人员疏散和生产安全，给灭火救援创造有利条件，防排烟设计近年来越来越引起各方关注。对于火灾可能造成人员财产损失，破坏生态平衡，污染空气、土壤以及地下水的垃圾发电项目要尤其重视。在生产厂房发生火灾时，防排烟设计对本类生产项目的可持续发展是非常有利的。