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垃圾发电厂渗滤液坑道气体防爆措施研究

申粤永

中国轻工业广州工程有限公司,广东广州,511447

摘要: 随着我国经济的快速发展,在“垃圾围城”日益严峻的形势下,垃圾焚烧发电作为“减量化、无害化、资源化”处置生活垃圾的最佳方式,引起国家高度重视与关注。垃圾发电厂内的垃圾发酵时会有渗滤液产出,为保证生产需要,垃圾坑底的渗滤液坑道将垃圾坑内渗滤液收集并导出至渗滤液泵间,在渗滤液流经区域内产生恶臭、有毒且爆炸性的气体。近几年,渗滤液坑道气体爆炸事故时有发生,已经对人身安全、生产造成较大影响,如何杜绝此类事故,需要从设计、设备选型、施工、营运各方面制定科学合理的解决措施。
关键词: 垃圾发电;气体防爆;渗滤液
DOI:10.12721/ccn.2022.157189
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根据出台的《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》,“十三五”期间,全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设总投资约2518.4亿元;到2020年城镇生活垃圾焚烧处理能力要占总无害化处理能力的60%以上,过去5年间垃圾焚烧厂数量的年均复合增长率为15.6%。截至2021年12月,全国生活垃圾焚烧发电厂已达620家左右。由于垃圾坑道位于地面以下(约-5米标高),且为封闭环境,容易产生易燃易爆气体的积累。在实际运行过程中,由于大雨等原因,渗滤液的大量增加,会使整个垃圾坑道会有被渗滤液浸满的情况,对布置在垃圾坑道的照明、电线、气体检测等设备造腐蚀损害,如缺少对垃圾坑道状态的监管,造成易燃易爆气体的积累,发生事故就只是时间问题。如何处理生活垃圾及其渗滤液产生的爆炸性气体,已经阻碍成为电厂的安全运行的重要影响因素。

1 渗滤液收集坑道气体的产生与成份

1.1渗滤液收集与输送系统

由于生活垃圾含有较高水分,在存放过程中将有部分水分从垃圾中渗出,因此垃圾池的设计必须有利于垃圾渗滤液疏导。垃圾池底部设有垃圾渗滤液收集坑道,渗滤液从垃圾池中采取分层排出的措施,在垃圾池的底部侧壁上设置用于排出渗滤液的方孔,分二层布置,满足了分层排出渗滤液的要求,保证垃圾池顺畅排出垃圾渗滤液。垃圾池渗滤液收集系统图见下图。 图片13.png

生活垃圾及其渗滤液中有害气体的产生,主要是由于混合垃圾或渗滤液中的有机物腐败而产生的强烈臭味气体,新鲜垃圾更易形成恶臭废气物质(如H2S)。

1.2渗滤液坑道气体的成份

垃圾渗滤液是垃圾自身所含水分和垃圾发生生化反应后产生的液体。渗滤液的成分非常复杂,除病毒、微生物、大量细菌外,还含有大量氯代有机物、芳香族化合物等有毒难降解污染物。垃圾渗滤液释放的气体成份如下表:

截图1740116103.png

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如上表所示,垃圾渗滤液释放的气体成份主要以甲烷和二氧化碳为主,由于甲烷是一种易燃易爆的气体,爆炸时需要与空气混合,占到空气中的5%~15%时,有火花或其它点燃点会发生爆炸。

2电气对于防止发生爆炸事故采取的措施

垃圾坑道位于地面以下(约-5米标高),且为封闭环境,坑道内有疏散照明系统、通风系统及可燃气体检测系统。以下在实际的项目经验从电气角度,分别从三个设备系统中提出垃圾坑道防爆的具体措施。

2.1爆炸性气体危险环境均使用防爆电气设备

垃圾坑道由于有易燃易爆气体,按规范划分为具有 2区爆炸性气体危险环境,其电气设备及电气线路应满足如下要求:

a. 2区内接线盒、分支盒、挠性连接管采用隔爆型,钢管螺纹旋合不应少于5扣,且电缆线路不应有中间接头;

b. 钢管配线的电气线路必须作好隔离密封,其穿过墙或楼板的孔洞应用非燃性材料严密堵塞;

c. 电气设备应采用隔爆结构的防爆电气设备,其金属外壳应采用专门的接地线可靠接地;

d. 室内配电线路采用电缆穿钢管明敷,钢管应采用低压流体输送用镀锌焊接钢管,钢管连接的螺纹部分应涂以铅油或磷化膏;

e. 接地干线应在爆炸危险区域不同方向不少于两处与接地体连接;

由于实际运行过程中,垃圾坑道会有被渗滤液浸泡的情况,对布置在垃圾坑道的照明、电线、气体检测等设备造腐蚀损害,除了上述2区危险环境采取的措施,还应该在垃圾坑道照明使用不超过36V电压的灯具,以减少燃点的产生。

2.2防止爆炸性气体累积措施

根据《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》中第6.4条规定,渗滤液沟、池、泵间需设置事故通风系统,换气次数为12次/h,同时明确补风量为排风量的80%,

通风系统的设置:在渗滤液沟道两边边角处各设置一个风井,通过风机加压后集中送至垃圾坑卸料门上部,与垃圾坑内臭气一同焚烧处理;风机设置2台(一用一备,其中大机为平时运行的备用机,事故情况自动切换),一大一小,小机为平时用(6次/h),大机为事故用(12次/h),为保证渗滤液沟内的有毒有害气体能及时排出,并保持该区域内负压。

正常运行情况为长期开启小排风机(6次/h),关闭大排风机(12次/h)。渗滤液沟道为非巡查场所,当风机出现故障停止运行时,工作人员不能及时发现问题,会导致渗滤液沟道停止换气,造成爆炸性气体的积累。在风机的配电系统应设置电度表,并带4~20mA输出信号接到后台,可让后台工作人员实时监控风机运行情况,当风机停止运行时,后台监控系统及时发出警报,能让工作人员及时发现及处理通风系统故障。

2.3可燃气体报警系统的优化

渗滤液沟道按规范要求需设置可燃气体检测器,传统可燃气体探测采用探头加控制器的气体探测系统,且探测器需放置在气体可能产生地方。渗滤液沟道间平时可燃气体和有毒气体经常会存在,偶尔会有积水严重的可能,故而在沟道间直接设置探测器存在维护的困难和水淹导致探测器报废的可能。建议可用新型抽取式探测器,控制器和探测器放置安全地方,用泵经过采样管线直接用抽取沟道间的气体进行检测,保证了可持续维护的便利。抽取式方案极大避免了因水淹导致探测器报废及设备故障造成电气短路事故。采用抽取式机柜设计,机柜内部设置了泵吸采样预处理,可以设置自动反吹、连接现场废气排放总管和废水排放总管(或直接导回渗滤液池。)的功能,控制器具备的浓度检测数据分析,报警存储,报警输出到后台,报警联动事故风机,信号输出等诸多功能。目前抽取式气体探测系统目前在国内产品处于起步阶段,项目经验较少,且与现行规范中探测器需检测场所就地放置的要求有冲突,实际运行情况还需验证。

2.4垃圾坑道在运行过程中注意事项

垃圾坑道为2区易燃易爆危险环境,日常运行过程中,需加强对垃圾坑道的巡检;垃圾坑道积聚的渗滤液及时处理,避免垃圾坑道被渗滤液浸泡,造成坑道内的设备、线路损坏,从而引起线路短路等故障;进入垃圾坑道作业时,除查询可燃气体报警系统中坑道状态,还要携带多气体便携式气体检测仪,多重手段满足监测效果,保证人员和环境气体安全,当设备产生报警时,提示现场工作人员现场可能产生气体危害,可以第一时间提示人员撤离现场或禁止进入现场作业。

结束语

垃圾坑道由于释放有毒有害易爆气体,且为封闭环境,在经营生产过程中比较容易被忽略。近几年垃圾坑道气体爆炸事故严重影响了电厂内的人身安全和生产进度,警示相关人员不能忽视安全建设。利用日益增长自动化及智能化控制技术对电力供配电系统进行管理,进而实现对现场状态监管,并在第一时间内给出针对性解决措施。在技术水平不断发展的社会背景下,安全措施将朝着智能化、系统优化、综合性、远程操作以及适应用户需求等方向不断发展、正逐步降低对人员和规章制度的依赖。

参考文献

[1]美国疾病登记署《关于垃圾填埋场的气体成分分析》