某严寒地区垃圾发电厂防冻保温方案

某严寒地区垃圾发电厂防冻保温方案
发布时间：2022-11-01T03:32:19.802Z 来源：《城镇建设》2022年12期第6月作者：赖小翠[导读] 本文介绍了某严寒地区垃圾焚烧发电厂的防冻保温设计方案。

赖小翠
广州华科工程技术有限公司（广东广州 510000）摘要：本文介绍了某严寒地区垃圾焚烧发电厂的防冻保温设计方案。

关键词防冻保温供暖
1项目概况
本项目生活垃圾处理规模为500吨/日，配置1×500t/d机械炉排炉＋1×12MW凝气式汽轮机+1×12MW发电机及对应配套系统。

2方案背景
本项目位于黑龙江省五常市，年平均气温3~4℃，1月气温较低，月平均为-19.1℃，最低达-45.4℃。

日平均温度≤5℃天数为176天，属严寒区域，为保障冬季项目持续稳定运行，需对主厂房及其生产辅助建筑采取防冻、保温措施。

3暖通全厂防冻、保温方案
3.1.全厂供暖区域综述
五常位于严寒地区，为保障人员工作、生活最基本要求及维持工艺生产基本需求，本项目冬季设置集中供暖。

主要供暖区域如下：
1、为保障工作人员基本舒适性需求，主厂房办公区域、综合楼、门卫室、地磅房等有人经常停留的区域设置供暖。

室内供暖设计温度依据规范设置如办公室、控制室、会议室、门卫室设计温度20℃，综合楼内宿舍、餐厅18℃，卫生间16℃。

2、其他工艺用房间，为防止水管尤其是消防水管及其他工艺用水设备发生冻结现象，当利用房间蓄热量不能满足室内温度0℃以上时，按规范设置保证室内温度5℃的值班采暖。

焚烧间、烟气处理间、汽机间、除氧间正常运行时设备发热量较大，可维持室内0℃以上。

由于五常项目仅1台炉，需考虑停炉检修时水管及其他工艺用水设备发生冻结，因此焚烧间、烟气处理间、汽机间、除氧间需保持5℃值班供暖。

3、考虑到五常地区极端寒冷天气，所有变配电类的房间设计供暖，保证电气设备长期稳定运行。

所有变配电房采用热风供暖，室内不设水管、阀门及管道配件，防止水管冻裂、渗水等对电气设备造成损坏。

4、垃圾池是垃圾焚烧发电项目的核心设施，其功能主要为贮存、发酵垃圾。

五常冬季室外垃圾面临结冰、带冰等现象，导致垃圾进入垃圾池温度低，发酵缓慢，入炉热值低。

因此，冬季垃圾入炉前，需采取化冰、加热等措施，确保垃圾入炉前降低垃圾中水分含量，保证垃圾入炉热值，避免因为入炉热值不足而投油辅燃运行带来各种损失。

3.2.供暖负荷计算
3.2.1.供暖范围、指标及负荷估算
主厂房及其他辅助房间、综合楼、综合水泵房、污水处理站、油泵房、门卫、地磅房等厂区内有人员值班或工艺要求供暖的单体均设置集中供暖设施，室内设计温度及单位面积供暖指标根据发电厂供暖通风与空气调节设计规范及工艺要求设计如下表: 表3.1 主厂房其他辅助房间供暖指标及负荷汇总表
表3.2 附属单体建筑供暖指标及负荷汇总表3.2.2.垃圾池负荷计算
对于垃圾池，室内设计温度20℃，冬季供暖通风系统的热负荷应根据下列散失和获得的热量确定：
①垃圾池围护结构的耗热量104kW，包括外墙、屋面、屋面采光带等围护结构耗热量。

②通风耗热量465kW(10℃冷风从卸料门进垃圾坑加热到20℃)，为保证垃圾池臭气不外逸，焚烧炉一次风从垃圾池抽出，风量为51975Nm3/h。

③加热由室外运入的垃圾的耗热量
冬季室外垃圾中含冰渣，进垃圾池后不易溶解为水渗出，同时冰的存在会降低垃圾池的温度从而限制垃圾自身的发酵。

为避免发酵受影响，本设计对室外进垃圾池的新鲜垃圾进行加热。

综合考虑发酵效率和对垃圾加热的成本，垃圾化冰加热至10℃。

为了保证垃圾化冰更加完全，本项目推荐采用渗沥液回喷的方式，将蒸汽喷入混合式换热器内，渗沥液和蒸汽在换热器内进行充分混合后，通过渗沥液回喷泵输送到卸料门上方回喷至垃圾池，将热量传递给结冰的垃圾。

利用热的渗沥液具有较好的渗透性这一特性，对垃圾化冰加热更加充分。

考虑到回喷的渗沥液若温度较高可能会增强其腐蚀性或者促进热解反应，而且垃圾发酵反应的酵母菌所能承受的温度也是有限的，因此渗沥液加热的温度设计为45℃。

本项目垃圾坑每天新进垃圾的量m=500t/d，所能产生的渗滤液按ω=30%考虑。

垃圾冻结状态比热容s1=1.09kJ/（kg·K），垃圾解冻后状态比热容s2=2.03kJ/（kg·K），水的冻结潜热q=333.6kJ/kg 。

计算把垃圾中的水分从-24.2℃加热到0℃解冻化冰再升温至10℃，具体计算见下表：
3.2.3.渗滤液沟池保温热负荷
渗滤液沟池从室外补风，为保证渗滤液不被冻结，需将渗滤液保持在不小于5℃的状态下，负荷为93kW。

3.2.
4. 卸料大厅及坡道热负荷
垃圾坑内补风最终来源于室外，坡道和卸料大厅承担了大部分的负荷，从-24.2℃加热到10℃，此部分耗热量需由卸料大厅及坡道散热器及暖风机共同承担。

坡道和卸料大厅负荷包含以下两部分：1）坡道和卸料大厅围护结构热负荷200kW 2）冷风侵入负荷615kW(室外-24.2℃加热到10℃) 3.2.5.焚烧间/烟气处理间热负荷
由于焚烧炉一次风从垃圾池室抽取，二次风从焚烧间顶部抽取，故焚烧间耗热量360kW为围护结构耗热量及冷风侵入量。

3.2.6. 汽机间热负荷
汽机间围护结构的耗热量76kW，包括外墙、外窗等围护结构耗热量及门窗缝隙渗透耗热量。

3.2.7.厂区热负荷计算汇总厂区热负荷汇总表（kW）
即正常运行时，整个园区所需热负荷为3783kW。

五常年供暖期近6个月，本工程仅1台焚烧炉，当冬季焚烧炉故障停炉时，考虑采用采暖锅炉保证冬季应急供暖、防冻等，此时可不考虑垃圾坑加热负荷，即停炉检修需供暖区域负荷为3783-1455=2382 kW。

3.3.全厂供暖方案经上述计算，正常运行时，全厂总供热负荷约为3783kW，热源由汽轮机抽气提供，蒸汽参数为：1.22MPa，281℃；用量为：5.32T/h。

全厂设置热水供暖系统，由焚烧间提供的蒸汽进入管壳式换热机组，经热交换后产生85℃热水，通过循环水泵供给各采暖系统，经散热器热交换后温度降至60℃，再回换热机组加热至85℃，如此循环。

蒸汽凝结水回收至汽机间的凝结水箱；采暖系统的定压和补水系统由稳压罐和变频补水泵自动控制。

厂区热水管网采用直埋敷设，供热管道采用高密度聚乙烯外护管硬质聚氯乙烯泡沫塑料预制直埋保温管。

除垃圾坑加热采用蒸汽外，其余供暖末端均采用热水系统，热负荷为2382kW。

为供暖系统提供热水的蒸汽-热水换热机组由高效管壳式换热器，隔膜式定压水罐，循环水泵，补水泵，补水箱，除污器，电控柜组合成。

设备换热效率高，占地面积少，电控系统功能齐全，设备运行方便可靠。

冬季发生停炉停机事故时，由采暖锅炉提供热源确保全厂持续供暖。

3.4.供暖、加热形式的选择
主厂房焚烧间、汽机间、卸料大厅及坡道等高大空间采用钢管四柱式+暖风机辅助；办公区域及化水间、化验室、楼梯间、卫生间、淋浴间、换热站、空压间、汽水取样间等其他需要供暖的辅助用房均采用散热器；坡道入口、大堂等开启频繁的大门均设置热水风幕机组；变频器间、高低压配电间等配电房采用热风供暖，室内不设水管、阀门及管道配件，防止水管冻裂、渗水等对电气设备造成损坏；垃圾坑采用渗滤液回喷加热化冰新鲜垃圾+组合式热风柜加热；水泵房、油泵房、渗滤液站、门卫、综合楼等附属单体设置钢管四柱式散热器。

由于垃圾坑内环境恶劣，且需要一次风从垃圾坑抽取保持负压，因此北方严寒地区垃圾坑加热一直困扰暖通工程师，根据调研结合本项目实际情况，可能出现以下问题：1）垃圾化冰所需负荷占垃圾坑、卸料大厅、坡道负荷比例近40%，如渗滤液回喷系统管路发生堵塞，回喷化冰效果受阻，从而影响供暖效果。

根据考察伊春项目，冬季渗滤液析出量很少。

如五常渗滤液析出很少，渗滤液回喷流量可能不足，直接影响垃圾化冰效果。

2)考虑到垃圾坑内气流组织复杂，焚烧炉一次风口在30m以上顶部抽风，根据气流组织走向，垃圾坑检修平台上的部分热风会直接被一次风抽走，没有直接喷到垃圾上，同时卸料大厅通过卸料门进垃圾坑的热风部分也会直接被一次风吸走，所以最终垃圾坑内温度达不到设计温度。

建议解决措施
1.加大垃圾坑供暖设备制热量（考虑渗滤液回喷系统故障率高，热风柜选型时制热量含室外新鲜垃圾所带来的负荷），增加蒸汽用量，提高热风柜出风温度及出风速度，对着垃圾直接喷热风加热垃圾，保证垃圾坑内垃圾易发酵。

本项目采用蒸汽型热风柜，相比热水型热风柜，蒸汽型热风柜可根据蒸汽耗量调整出风温度，灵活度高。

2.管路设计时，直接对着垃圾加热，提高垃圾加热效率，利于垃圾发酵。

3.提高风管末端出风喷射速度，降低风速衰减量，避免热风喷入垃圾坑后立马被一次风抽走。

3.5.全厂各专业综合防冻、保温措施3.5.1.建筑专业1)卸料大厅、垃圾坑的屋面做法：网架/管桁架+钢骨架轻型屋面保温板+50厚挤塑聚苯保温板+3+3厚SBS改性沥青防水卷材+40厚C20细石混凝土，内配 6@150x150钢筋网片(由下到上)。

2)焚烧间、烟气间、汽机间采用压型钢板屋面(面板470型、底板900型)：大于等于0.6厚镀铝锌压型彩钢板+120厚超细玻璃棉毡+ 大于等于0.5厚镀铝锌压型钢板，采光板FRP采用两层，气楼采用启闭式（冬季关闭）。

3)主厂房压型钢板墙面，保温采用大于等于0.6厚镀铝锌压型彩钢板+120厚超细玻璃棉毡+大于等于0.5厚镀铝锌压型钢板。

4)主厂房钢筋混凝土墙体，砌体墙墙面，120厚超细玻璃棉毡+ 大于等于0.5厚镀铝锌压型钢板。

地下水池部分也需做保温措施；
5)主厂房主入口采用双层玻璃幕墙门厅；外窗采用断热框料、中空玻璃。

6)垃圾坑零米以下的池壁外侧、沟道间外侧均采用挤塑苯板保温。

垃圾卸料大厅外墙增加保温层,窗采用节能型材. 通过节能软件计算保温层的厚度
7)坡道侧墙开窗，屋面不开窗；坡道底板外露面采取了挤塑苯板保温。

8)渗沥液沟池采用池体封闭、保温等措施，各车间内按常规北方项目设计采暖，3.5.2.结构专业
1)基础设计需要注意冻土，要考虑标准冻深，桩基础也需要考虑抗冻。

2)混凝土构件要考虑抗冻措施、外墙体厚度及屋面建筑做法要考虑温度影响。

3.5.3.水工专业
1)有较深的冻土层，给排水管道（雨水和循环冷却水除外）需埋在冻土层以下0.15m。

2)需要用水或水处理设备均需设置在有采暖的房间内，管线多，用水点多而分散。

3.5.
4.电气专业
1)电缆应敷设在冻土层下。

－15℃以下低温环境，应按低温条件和绝缘类型要求，选用交联聚乙烯绝缘电缆。

2)变压器油应满足当地最低温度要求。

3.5.5.暖通专业1)暖通专业尽量减少对外通风的孔洞，对于不产热或不产生污染的房间不通风或减少通风量。

对外开的孔洞需考虑冬季保温方式，对外风口冬季覆盖防寒毡、通室外风管上设置密闭阀门等。

2)所有风管需考虑一定的对外坡度，便于冬季因室内外温差产生冷桥效应而导致风管结露产生的水及时排出。

3)对于穿过不供暖房间或供暖温度低于14℃的房间的供暖管道均需采取相应的保温措施。

4)压缩空气储罐布置在室内防冻。

3.5.6.自控专业
1)当仪表管路或设备内的测量介质在最低温度易冻结或凝固时, 管路应有可靠的伴热保温措施,仪表设备应安装在保温箱内；
2)室外敷设的电缆选型须注意耐寒温度限制。

3)室外安装的仪表，选型需注意没有保温箱的情况下仪表的工作温度是否满足极端温度。

3.5.7.汽机专业
1)厂房外的水管进出须考虑冻土层，地梁标高相应降低。

2)汽轮机主油箱一般需要电加热器。

3.5.8.锅炉专业：
1)室内至室外的管道应充分考虑防冻，管道应在室内入地至冻土层以下后再穿出。

或考虑伴热、保温、排空措施；
2)尽可能减少对外的开门，尤其是东北向及冬季主迎风面；
3)室外架空或露天管应进行伴热及保温。

4)采用地下卧式油罐，对油罐进行保温及电伴热。

4结语
综上，通过对全厂生产区域及非生产区域及附属单体进行负荷估算，根据对应的负荷计算值，对主厂房生产区域、非生产区域及附属单体通过设置散热器供暖、暖风机送热风、热风幕等供暖方式，同时其他专业通过采取有效的保温防冻措施，结合大量工程实践，基本能满足了对全厂进行保温，防冻，保障冬季项目持续稳定运行。

参考文献
[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册(s)北京：中国建筑工业出版社
[2]GB50019-2015，工业建筑供暖通风与空气调节设计规范[S]中国计划出版社
[3]GB50736-2012，民用建筑供暖与空气调节设计规范[S] 中国建筑工业出版社
[4] DL/T 5035-2016，发电厂供暖通风与空气调节设计规范。