徐文明， 方毅淀， 徐亦丹

(中國(guó)聯(lián)合工程有限公司，杭州 310000)

垃圾處理一直是困擾城市發(fā)展的難題，傳統(tǒng)的方式以填埋為主，不僅大量占用土地，更重要地是對(duì)環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重，近些年來(lái)，國(guó)家把綠色環(huán)保作為工作重點(diǎn)。城市垃圾焚燒發(fā)電是處理城市垃圾的主要手段，隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的傾斜，制定了很多扶持垃圾發(fā)電的政策和措施，近幾年垃圾焚燒發(fā)電廠的建設(shè)項(xiàng)目快速發(fā)展，然而垃圾焚燒發(fā)電無(wú)論從設(shè)備、技術(shù)還是設(shè)計(jì)，都需要一個(gè)引進(jìn)、消化和再創(chuàng)新的過(guò)程。垃圾焚燒發(fā)電廠作為特殊的工業(yè)建筑，在我國(guó)又是剛剛起步，難免會(huì)碰到一些技術(shù)難題，例如：目前項(xiàng)目中對(duì)于活性炭裝置車(chē)間的火災(zāi)危險(xiǎn)性的理解和防爆設(shè)計(jì)存在一些盲點(diǎn)，規(guī)范中又沒(méi)有明確對(duì)應(yīng)的條文，無(wú)論建筑師還是審圖單位在設(shè)計(jì)中理解和掌握尺度都不盡相同。有必要分析活性炭裝置車(chē)間的火災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)以及其防爆設(shè)計(jì)的需求，從而便于對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠中活性炭裝置車(chē)間建筑消防設(shè)計(jì)的正確理解，以便能在今后的工程設(shè)計(jì)中能起到借鑒作用。

1 垃圾焚燒發(fā)電廠的活性炭裝置

1.1 活性炭?jī)艋に囋?/h3>

垃圾焚燒發(fā)電過(guò)程中，燃燒尾氣內(nèi)含有多類污染物，可分為顆粒物(粉塵)、酸性氣體(HCl、HF、SO2、NOx等)、重金屬(Hg、Pb、Cr等)和有機(jī)劇毒性污染物(二惡英、呋喃等)四大類。為了防止垃圾焚燒處理過(guò)程中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染，滿足國(guó)家環(huán)保要求的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，采用煙氣凈化系統(tǒng)控制垃圾焚燒煙氣的排放，達(dá)到凈化環(huán)境的目的，其中通過(guò)活性炭吸附裝置來(lái)降低焚燒煙氣中的二惡英及重金屬汞的排放濃度就是垃圾焚燒發(fā)電工藝系統(tǒng)中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

活性炭從材質(zhì)上來(lái)分主要是木質(zhì)和煤質(zhì)的兩大類，形狀上可以分為成型炭和粉末炭，不管是什么材料和形狀的活性炭，其吸附原理是一樣的，就是利用自身發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，吸附煙氣中的二惡英和重金屬等有害物質(zhì)，從而達(dá)到凈化的目的，活性炭除了具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，還有表面積大、性能穩(wěn)定和再生能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目中的煙氣凈化原理：進(jìn)廠的粉末活性炭首先由上料裝置輸送到活性炭?jī)?chǔ)倉(cāng)，活性炭?jī)?chǔ)倉(cāng)內(nèi)的活性炭粉末經(jīng)計(jì)量裝置定量給料機(jī)計(jì)量后進(jìn)入噴射裝置，最后由噴射裝置將活性炭粉末由風(fēng)機(jī)噴入焚燒爐袋式除塵器前端的煙道，通過(guò)壓力噴入爐后煙道內(nèi)的活性炭粉末將煙氣中的有害氣體二惡英類物質(zhì)和重金屬汞類物質(zhì)進(jìn)行吸附(見(jiàn)圖1)，最終達(dá)到環(huán)保要求的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。目前垃圾焚燒發(fā)電的活性炭噴射裝置一般都是由上料裝置、活性炭?jī)?chǔ)倉(cāng)、計(jì)量給料裝置、噴射裝置組成，是全密閉的成套環(huán)保設(shè)備。

圖1 系統(tǒng)工作流程

1.2 活性炭特性

活性炭是一種經(jīng)特殊處理的炭，其表面具有無(wú)數(shù)細(xì)小的孔隙，因此具有巨大的表面積，每克活性炭等表面積為500～1 500m2，是一種吸附能力超強(qiáng)的材料；同時(shí)活性炭又是被國(guó)家列為化學(xué)危險(xiǎn)品，屬于自燃品，達(dá)到一定溫度發(fā)生自燃，但只是陰燃，其燃燒時(shí)產(chǎn)生有毒的一氧化碳。活性炭粉末存在爆炸的危險(xiǎn)，其粉塵爆炸特性等同于其他諸如鎂粉、面粉類?；钚蕴吭诜稚顟B(tài)下遇到明火會(huì)引起火災(zāi)或爆炸的細(xì)微顆粒物，屬于容易爆炸類材料。

活性炭的另一個(gè)主要特性是怕水浸和潮濕，吸水或受潮后水填滿了活性孔隙，勢(shì)必減少活性炭表面積與空氣的直接接觸，嚴(yán)重影響吸附效果，以致吸附能力失效。

1.3 活性炭的儲(chǔ)存

由于活性炭的物理特性和化學(xué)特性，以及生產(chǎn)過(guò)程對(duì)活性炭品質(zhì)要求很高，所以活性炭的儲(chǔ)存必須嚴(yán)格遵守相關(guān)產(chǎn)品規(guī)定，儲(chǔ)存在陰涼干燥處，室內(nèi)濕度不能過(guò)大，滿足產(chǎn)品濕度要求，防止受潮和吸附空氣中的其他物質(zhì)，嚴(yán)禁與有毒有害氣體或者容易揮發(fā)物質(zhì)混放，更應(yīng)該遠(yuǎn)離明火和火源等。

垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的活性炭?jī)?chǔ)存在裝置的活性炭?jī)?chǔ)倉(cāng)中，袋裝的活性炭粉末通過(guò)運(yùn)輸車(chē)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，由專門(mén)起重裝置經(jīng)上料口輸送到儲(chǔ)罐中；還有一種裝料方式是活性炭專業(yè)運(yùn)輸車(chē)，運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)后，經(jīng)室外管道對(duì)接輸送到活性炭?jī)?chǔ)罐中，后者的優(yōu)點(diǎn)較多，保證活性炭品質(zhì)、減少人工，符合安全生產(chǎn)、防火防爆等要求，是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

活性炭裝置是成套設(shè)備，全封閉結(jié)構(gòu)，無(wú)論采取哪種上料方式，上料后，都是迅速關(guān)閉上料口，從而保證了裝置的密閉性，才能滿足設(shè)備壓力、噴射的運(yùn)行要求?；钚蕴砍商自O(shè)備上部的儲(chǔ)罐的存儲(chǔ)量一般按照焚燒生產(chǎn)線統(tǒng)一設(shè)計(jì)確定，比如大連某項(xiàng)目是三條生產(chǎn)線，活性炭消耗量為27.9kg/h，由專用車(chē)運(yùn)送到廠內(nèi)，全廠設(shè)計(jì)了一個(gè)25m3容量的活性炭?jī)?chǔ)倉(cāng)，能確保全廠7天以上的用量。絕大多數(shù)項(xiàng)目活性炭裝置車(chē)間的室內(nèi)，除了裝置本身，無(wú)需再儲(chǔ)存?zhèn)溆么b活性炭。

2 火災(zāi)危險(xiǎn)性和耐火極限分析

2.1 活性炭車(chē)間的火災(zāi)危險(xiǎn)性

CJJ90—2009《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》第12.3.1條規(guī)定“垃圾焚燒廠房的生產(chǎn)類別應(yīng)為丁類，建筑耐火等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)”，活性炭裝置車(chē)間往往布置在鍋爐尾氣間內(nèi)的一角。鍋爐房和尾氣間多數(shù)由大包網(wǎng)架?chē)铣傻囊粋€(gè)室內(nèi)高大空間，而活性炭裝置車(chē)間等輔助生產(chǎn)區(qū)域是這個(gè)室內(nèi)空間的一部分，屬于房中房。

垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目中，根據(jù)活性炭裝置運(yùn)行的工藝原理，屬于生產(chǎn)過(guò)程中使用可燃固體作吸附材料來(lái)處理尾氣中的有毒氣體、有害金屬使用，依據(jù)GB50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第3.1.1條丁類中規(guī)定了“利用氣體、液體、固體作為燃料或?qū)怏w、液體進(jìn)行燃燒作其他用的各種生產(chǎn)”，由于活性炭裝置是成套密閉設(shè)備，并且活性炭材料屬于粉末狀固體，通過(guò)法蘭、閥門(mén)等泄漏的可能性幾乎沒(méi)有。垃圾處理項(xiàng)目中的活性炭裝置的粉末活性炭不像甲、乙類氣體那樣容易通過(guò)閥門(mén)、連接處等位置泄漏，在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)設(shè)備之外，更是不產(chǎn)生泄漏的可燃物或可燃?xì)怏w，活性炭成套設(shè)備本身符合國(guó)家或行業(yè)關(guān)于安全生產(chǎn)、防火防爆的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目中的活性炭裝置車(chē)間的火災(zāi)危險(xiǎn)性可以確定為丁類。

美國(guó)消防協(xié)會(huì)(NationalFireProtectionAssociation,NFPA)防火系列標(biāo)準(zhǔn)中NFPA5000—2009《建筑的結(jié)構(gòu)和安全標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)于建筑物火災(zāi)危險(xiǎn)性的定義也是根據(jù)建筑物的危險(xiǎn)等級(jí)和火災(zāi)荷載的因素綜合確定的。垃圾焚燒發(fā)電的活性炭裝置車(chē)間的圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般都是鋼結(jié)構(gòu)金屬板封閉，都是不燃燒材料組成的，其車(chē)間內(nèi)部除了活性炭裝置設(shè)備，沒(méi)有其他的可燃燒材料，參考NFPA5000—2009的第6.3.2條的危險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，將其劃分為低危險(xiǎn)：“低燃燒性能并且不能自燃(傳播)火勢(shì)的”，因此根據(jù)火災(zāi)荷載的因素，垃圾焚燒發(fā)電的活性炭裝置車(chē)間屬于低危險(xiǎn)等級(jí)，相當(dāng)于國(guó)標(biāo)GB50016—2014中的火災(zāi)危險(xiǎn)性的“丁、戊類”。

2.2 活性炭?jī)?chǔ)存庫(kù)房的火災(zāi)危險(xiǎn)性

活性炭?jī)?chǔ)存庫(kù)房：個(gè)別垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目中，在活性炭裝置車(chē)間內(nèi)布置了袋裝活性炭?jī)?chǔ)存間庫(kù)房，這類項(xiàng)目占的比例不大。由于活性炭產(chǎn)品對(duì)于環(huán)境要求較高，房間濕度、通風(fēng)必須滿足一定的要求，現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存影響產(chǎn)品的性能并影響生產(chǎn)運(yùn)行的質(zhì)量，重要的是活性炭裝置自身的上部?jī)?chǔ)倉(cāng)常規(guī)運(yùn)行時(shí)能滿足生產(chǎn)運(yùn)行需求的。

如果需要在活性炭裝置車(chē)間內(nèi)或其他位置布置活性炭?jī)?chǔ)存庫(kù)房，根據(jù)GB50016—2014第3.1.3條，儲(chǔ)存物品的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類，活性炭屬于可燃固體，可確定為丙類，雖然燃燒特性為陰燃，但是考慮這類袋裝的活性炭一旦泄漏，加之輔助因素，容易形成粉塵爆炸，因此活性炭?jī)?chǔ)存庫(kù)房應(yīng)按照規(guī)范進(jìn)行防火、防爆設(shè)計(jì)；防爆墻或者抗爆墻的原理是本區(qū)域如果發(fā)生爆炸，可以避免或者減少對(duì)相鄰房間的影響，但爆炸引起的內(nèi)壓上升，必須通過(guò)泄壓的形式得以釋放掉，應(yīng)按照規(guī)范的泄壓面積進(jìn)行詳細(xì)地計(jì)算，滿足規(guī)范要求的泄壓面積。

2.3 活性炭車(chē)間的耐火極限

活性炭裝置車(chē)間，火災(zāi)危險(xiǎn)性較小，車(chē)間內(nèi)可燃物幾乎沒(méi)有，火災(zāi)荷載可以確定為很小，活性炭裝置設(shè)備比較高大，車(chē)間一般高度都是15m左右，屬于單層廠房，往往采用金屬輕型結(jié)構(gòu)形式，因此建筑構(gòu)件建議采用不燃燒材料來(lái)滿足耐火極限等的消防要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目中的活性炭裝置車(chē)間的火災(zāi)危險(xiǎn)性可以確定為丁類，如果布置了袋裝活性炭?jī)?chǔ)存庫(kù)房，其火災(zāi)危險(xiǎn)性確定為丙類，并且按照規(guī)范進(jìn)行防火防爆設(shè)計(jì)。

活性炭裝置車(chē)間是垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目中重要的消防場(chǎng)所之一，其火災(zāi)危險(xiǎn)性分類和防火防爆在設(shè)計(jì)中還存在模糊點(diǎn)和界限不清的問(wèn)題，因此希望通過(guò)本文對(duì)活性炭裝置車(chē)間的火災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)以及其防爆設(shè)計(jì)需求的分析研究，能正確理解對(duì)垃圾發(fā)電廠中活性炭裝置車(chē)間建筑消防設(shè)計(jì)。