垃圾焚燒發電廠的活性炭裝置車間消防設計分析

徐文明， 方毅淀， 徐亦丹

(中國聯合工程有限公司，杭州 310000)

垃圾處理一直是困擾城市發展的難題，傳統的方式以填埋為主，不僅大量占用土地，更重要地是對環境的污染日趨嚴重，近些年來，國家把綠色環保作為工作重點。城市垃圾焚燒發電是處理城市垃圾的主要手段，隨著國家產業政策的傾斜，制定了很多扶持垃圾發電的政策和措施，近幾年垃圾焚燒發電廠的建設項目快速發展，然而垃圾焚燒發電無論從設備、技術還是設計，都需要一個引進、消化和再創新的過程。垃圾焚燒發電廠作為特殊的工業建筑，在我國又是剛剛起步，難免會碰到一些技術難題，例如：目前項目中對于活性炭裝置車間的火災危險性的理解和防爆設計存在一些盲點，規范中又沒有明確對應的條文，無論建筑師還是審圖單位在設計中理解和掌握尺度都不盡相同。有必要分析活性炭裝置車間的火災危險性等級以及其防爆設計的需求，從而便于對垃圾焚燒發電廠中活性炭裝置車間建筑消防設計的正確理解，以便能在今后的工程設計中能起到借鑒作用。

1 垃圾焚燒發電廠的活性炭裝置

1.1 活性炭凈化工藝原理

垃圾焚燒發電過程中，燃燒尾氣內含有多類污染物，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程中對環境產生二次污染，滿足國家環保要求的尾氣排放標準，采用煙氣凈化系統控制垃圾焚燒煙氣的排放，達到凈化環境的目的，其中通過活性炭吸附裝置來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電工藝系統中很重要的一個環節。

活性炭從材質上來分主要是木質和煤質的兩大類，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，就是利用自身發達的孔隙結構，吸附煙氣中的二惡英和重金屬等有害物質，從而達到凈化的目的，活性炭除了具有發達的孔隙結構，還有表面積大、性能穩定和再生能力強等優點。

垃圾焚燒發電項目中的煙氣凈化原理：進廠的粉末活性炭首先由上料裝置輸送到活性炭儲倉，活性炭儲倉內的活性炭粉末經計量裝置定量給料機計量后進入噴射裝置，最后由噴射裝置將活性炭粉末由風機噴入焚燒爐袋式除塵器前端的煙道，通過壓力噴入爐后煙道內的活性炭粉末將煙氣中的有害氣體二惡英類物質和重金屬汞類物質進行吸附(見圖1)，最終達到環保要求的煙氣排放標準。目前垃圾焚燒發電的活性炭噴射裝置一般都是由上料裝置、活性炭儲倉、計量給料裝置、噴射裝置組成，是全密閉的成套環保設備。

圖1 系統工作流程

1.2 活性炭特性

活性炭是一種經特殊處理的炭，其表面具有無數細小的孔隙，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的材料；同時活性炭又是被國家列為化學危險品，屬于自燃品，達到一定溫度發生自燃，但只是陰燃，其燃燒時產生有毒的一氧化碳?；钚蕴糠勰┐嬖诒ǖ奈ｋU，其粉塵爆炸特性等同于其他諸如鎂粉、面粉類。活性炭在分散狀態下遇到明火會引起火災或爆炸的細微顆粒物，屬于容易爆炸類材料。

活性炭的另一個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，勢必減少活性炭表面積與空氣的直接接觸，嚴重影響吸附效果，以致吸附能力失效。

1.3 活性炭的儲存

由于活性炭的物理特性和化學特性，以及生產過程對活性炭品質要求很高，所以活性炭的儲存必須嚴格遵守相關產品規定，儲存在陰涼干燥處，室內濕度不能過大，滿足產品濕度要求，防止受潮和吸附空氣中的其他物質，嚴禁與有毒有害氣體或者容易揮發物質混放，更應該遠離明火和火源等。

垃圾焚燒發電項目的活性炭儲存在裝置的活性炭儲倉中，袋裝的活性炭粉末通過運輸車運到現場，由專門起重裝置經上料口輸送到儲罐中；還有一種裝料方式是活性炭專業運輸車，運送到現場后，經室外管道對接輸送到活性炭儲罐中，后者的優點較多，保證活性炭品質、減少人工，符合安全生產、防火防爆等要求，是未來的發展趨勢。

活性炭裝置是成套設備，全封閉結構，無論采取哪種上料方式，上料后，都是迅速關閉上料口，從而保證了裝置的密閉性，才能滿足設備壓力、噴射的運行要求。活性炭成套設備上部的儲罐的存儲量一般按照焚燒生產線統一設計確定，比如大連某項目是三條生產線，活性炭消耗量為27.9kg/h，由專用車運送到廠內，全廠設計了一個25m3容量的活性炭儲倉，能確保全廠7天以上的用量。絕大多數項目活性炭裝置車間的室內，除了裝置本身，無需再儲存備用袋裝活性炭。

2 火災危險性和耐火極限分析

2.1 活性炭車間的火災危險性

CJJ90—2009《生活垃圾焚燒處理工程技術規范》第12.3.1條規定“垃圾焚燒廠房的生產類別應為丁類，建筑耐火等級不應低于二級”，活性炭裝置車間往往布置在鍋爐尾氣間內的一角。鍋爐房和尾氣間多數由大包網架圍合成的一個室內高大空間，而活性炭裝置車間等輔助生產區域是這個室內空間的一部分，屬于房中房。

垃圾焚燒發電項目中，根據活性炭裝置運行的工藝原理，屬于生產過程中使用可燃固體作吸附材料來處理尾氣中的有毒氣體、有害金屬使用，依據GB50016—2014《建筑設計防火規范》第3.1.1條丁類中規定了“利用氣體、液體、固體作為燃料或將氣體、液體進行燃燒作其他用的各種生產”，由于活性炭裝置是成套密閉設備，并且活性炭材料屬于粉末狀固體，通過法蘭、閥門等泄漏的可能性幾乎沒有。垃圾處理項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閥門、連接處等位置泄漏，在生產運行過程中，對設備之外，更是不產生泄漏的可燃物或可燃氣體，活性炭成套設備本身符合國家或行業關于安全生產、防火防爆的產品質量標準的要求，因此垃圾焚燒發電項目中的活性炭裝置車間的火災危險性可以確定為丁類。

美國消防協會(NationalFireProtectionAssociation,NFPA)防火系列標準中NFPA5000—2009《建筑的結構和安全標準》對于建筑物火災危險性的定義也是根據建筑物的危險等級和火災荷載的因素綜合確定的。垃圾焚燒發電的活性炭裝置車間的圍護結構一般都是鋼結構金屬板封閉，都是不燃燒材料組成的，其車間內部除了活性炭裝置設備，沒有其他的可燃燒材料，參考NFPA5000—2009的第6.3.2條的危險等級劃分標準，將其劃分為低危險：“低燃燒性能并且不能自燃(傳播)火勢的”，因此根據火災荷載的因素，垃圾焚燒發電的活性炭裝置車間屬于低危險等級，相當于國標GB50016—2014中的火災危險性的“丁、戊類”。

2.2 活性炭儲存庫房的火災危險性

活性炭儲存庫房：個別垃圾焚燒發電項目中，在活性炭裝置車間內布置了袋裝活性炭儲存間庫房，這類項目占的比例不大。由于活性炭產品對于環境要求較高，房間濕度、通風必須滿足一定的要求，現場儲存影響產品的性能并影響生產運行的質量，重要的是活性炭裝置自身的上部儲倉常規運行時能滿足生產運行需求的。

如果需要在活性炭裝置車間內或其他位置布置活性炭儲存庫房，根據GB50016—2014第3.1.3條，儲存物品的火災危險性分類，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，因此活性炭儲存庫房應按照規范進行防火、防爆設計；防爆墻或者抗爆墻的原理是本區域如果發生爆炸，可以避免或者減少對相鄰房間的影響，但爆炸引起的內壓上升，必須通過泄壓的形式得以釋放掉，應按照規范的泄壓面積進行詳細地計算，滿足規范要求的泄壓面積。

2.3 活性炭車間的耐火極限

活性炭裝置車間，火災危險性較小，車間內可燃物幾乎沒有，火災荷載可以確定為很小，活性炭裝置設備比較高大，車間一般高度都是15m左右，屬于單層廠房，往往采用金屬輕型結構形式，因此建筑構件建議采用不燃燒材料來滿足耐火極限等的消防要求。

3 結束語

垃圾焚燒發電項目中的活性炭裝置車間的火災危險性可以確定為丁類，如果布置了袋裝活性炭儲存庫房，其火災危險性確定為丙類，并且按照規范進行防火防爆設計。

活性炭裝置車間是垃圾焚燒發電項目中重要的消防場所之一，其火災危險性分類和防火防爆在設計中還存在模糊點和界限不清的問題，因此希望通過本文對活性炭裝置車間的火災危險性等級以及其防爆設計需求的分析研究，能正確理解對垃圾發電廠中活性炭裝置車間建筑消防設計。