生活垃圾焚烧发电厂垃圾焚烧烟气间结构体系选型研究

唐井华

广州华科工程技术有限公司  广东广州 511450

摘要： 垃圾焚烧烟气间是生活垃圾焚烧发电主厂房的重要组成部分，随着环保及运维要求的提升，采用封闭厂房包容式设计已经成为目前生活垃圾焚烧发电项目垃圾焚烧烟气间的主流选择，本文以广西某项目为例，综合考虑了项目工艺布置、工艺设备本身噪音和振动、主厂房隔音降噪性能和全厂外观质感效果、项目建设成本等因素详细阐述了焚烧烟气厂房的两种结构形式的内容及优缺点，以期为后续同类型项目结构选型提供参考。

关键词：垃圾焚烧 焚烧烟气 结构形式

一.引言

垃圾焚烧烟气间是垃圾发电厂的主厂房区域的建筑物，是对焚烧炉、余热炉、烟气净化设备进行封闭维护的厂房。垃圾焚烧烟气间根据功能划分主要有焚烧间、烟气间、飞灰稳定化车间、石灰浆制备间、活性炭间、干法/湿法设备等，是生活垃圾焚烧发电的主要生产工艺的区域，主要特点是重型设备多、设备运行噪音和粉尘较大、设备振动大，采用封闭厂房包容式设计已经成为目前建筑垃圾资源化处置项目的主流选择。其中焚烧间、烟气净化间跨度较大，高度较高，基本均在40m以上，飞灰稳定化车间、石灰浆制备间、活性炭间等区域受不同厂家设备提资影响，高度一般在15~30m左右。

目前国内项目的焚烧烟气间常用的结构形式有两种：

结构体系一：混凝土框架结构+外墙砌体墙+大跨度网架屋面；

结构体系二：钢结构柱+夹心钢板外墙围护+大跨度网架屋面；

第一种结构体系的墙体为砌体墙，由于自重较大，其隔音降噪性能要优于钢结构形式的厂房，且整体稳定性更佳，在外立面效果上，外墙配涂料或真石漆加修饰线条等手段，可营造较好的外墙质感。第二种结构体系的墙体为彩钢板，由于自重较轻，厂房抗震性能更好。彩钢板墙面整体效果更为简洁，不会产生砌体墙的开裂、水迹、污迹等情况，维护也较为简单，两种结构形式各具优缺点。因受国家发电补贴的取消，原材料涨价等的不利影响，业主对土建成本的控制越来越重视，采用不同结构形式的经济性也越来越受重视。本文结合广西某项目在工程设计阶段的选型对比为例，通过对项目工艺布置影响、工艺设备本身噪音和振动控制、主厂房隔音降噪性能控制和全厂外观质感效果、项目建设成本等因素进行研究和总结，归纳出两种方案的重难点及优缺点，为后续同类型结构选型提供可行性建议和参考。

二.工程简介

深圳某能源集团计划在广西某县投资建设一生活垃圾焚烧发电项目，项目生活垃圾总处理规模为500吨/日，年处理市政生活垃圾18.25万吨，配置1×500t/d机械炉排炉焚烧线及对应配套系统，（包括烟气净化系统，汽轮发电机系统及辅助系统等）。配置1×12MW纯凝式汽轮机+1×12MW发电机。项目所在地基本风压为0.30kN/m2（50年），抗震设防烈度为7度,地震加速度为0.10g。主厂房采用灌注桩基础。

三.两种结构方式布置简介

1.采用第一种结构体系：混凝土框架结构+外墙砌体墙+大跨度网架屋面。

本项目为一台焚烧炉，将焚烧间、烟气间、渣池、飞灰间、汽机间作为一个单体进行设计，在焚烧烟气间与汽机间不再设缝，从而节省了一排柱。锅炉区域建筑物最大高度在53.000m左右，在烟气区域预计为36.000m左右，满足抗震规范对框架结构的使用上限要求。

图一第一种结构体系布置图

本方案优点是占地最省，工艺布置紧凑，造价较低。采用混凝土框架结构和加气块墙体围护的结构形式，其隔音降噪性能明显要优于钢结构形式的厂房，厂界噪音控制、厂房的封闭性均更优，整体稳定性更佳。缺点是框架及砌体墙均属于高空施工作业，施工需要增设脚手架，高支模，施工周期长，结构施工和设备安装场地存在作业面交叉，现场安全管理难度大。

2.采用第二种体系：焚烧间+渣池+烟气间+飞灰间采用钢格构柱+夹心钢板外墙围护+大跨度网架屋面，汽机间为钢筋混凝土框排架结构，与前者分缝脱开。其方案布置如图二：

本方案的布置优点是钢结构可以在工厂加工好现场安装即可，上部结构施工难度相对较低，施工速度快。焚烧间及烟气间设备施工与钢构施工交叉影响较小，现场安全施工管理难度较低。外立面为彩钢板油漆效果。缺点是格构柱的数量受体系的限制不能过少，飞灰间也要布置格构柱和格构梁，格构柱、格构梁的用钢量较大不经济。同时厂房总长度会加长约4m。

图二  第二种结构形式布置图

四.不同结构形式优缺点分析

4.1. 大跨度屋顶钢结构形式的选择

本项目屋顶烟气间的最大跨度为31m，汽机间钢屋面的最大跨度为16.5米，钢结构屋顶形式的选择可以考虑钢网架、实腹钢梁或者钢管桁架。

在屋面结构体系选取时应选择经济合理的楼盖和屋盖结构体系。一般实腹钢梁比钢管桁架用钢量大，钢管桁架比钢网架用钢量大。参考常规垃圾焚烧项目设计，跨度较小的如汽机间，一般可采用实腹钢梁；跨度较大的如卸料平台、焚烧及烟气间屋面一般采用钢网架。其他钢结构屋面，一般跨度为12~18m时，采用实腹钢梁或蜂窝梁；跨度为18m以上时可采用钢网架

结构或钢桁架屋架。对于跨度大于36m时，一般采用钢网架结构。钢网架空间刚度大，结构自重小，抗震性能好。网架施工安装简便，网架杆件和节点类型少，尺寸不大，运输、储存、装卸、拼装都比较方便，且网架平面布置灵活，屋盖系统平整，有利于吊顶，管道和设备安装。

4.2.同类型项目主厂房采用两种不同形式的造价比较

在实际工程实施中，两种结构体系都有实施的案例。以我司实际落地建设的阳新项目（结构体系一）和嵊州项目（结构体系二）作为概算价格参考，取其中焚烧间、烟气间、飞灰间部分，除去设备基础、渣池间等不变量，做概算对比价格如表一。

表一：焚烧烟气间结构体系概算造价对比表
序号	结构体系一				结构体系二
	名称	建筑面积（㎡）	工程费用（万元）	单位指标（元）	名称	建筑面积（㎡）	工程费用（万元）	单位指标（元）
1	网架屋面	1870	127.2	680	网架屋面	2220	150.2	676.4
2	框架	1870	472.9	2528	格构柱桁架梁	2220	750.4	3380
3	维护结构	1870	260.1	1390	维护结构	2220	490.1	2205.9
4	合计		860.2				1390.7
5	单位指标	1870	860.2	4598元/㎡	单位指标	2220	1390.7	6262.3元/㎡

通过表格分析可知，结构体系一的单位指标约为结构体系二的80%。主要原因是采用结构体系一时，可以共用汽机间的一排混凝土结构柱，同时焚烧烟气间区域面积较小，格构柱布置较密，不能充分体现出钢结构大跨度屋面的优势，造成单位用钢量较大，反而不经济。

4.3. 施工工期和进度情况调查

以我司实际落地建设的阳新项目和嵊州项目作为参考，通过调研，前者采用砼结构形式，后者采用钢结构厂房形式，两个项目工程量、建筑面积基本相当。前者需要逐层施工，逐层养护，与设备安装协调工作量比较大，总工期大约在270天左右。后者在工程预加工，待现场主要设备基本安装完成后现场组装，施工较为简便，总工期在200天左右，第二种结构较第一种节省约2~3个月。

从业主实际执行的反馈情况来看，在生活垃圾焚烧发电项目中，应烟气焚烧间结构不是进度控制的主要单体，穿插在垃圾池及设备安装过程中施工即可。在实际执行中两种结构形式的工期差异不大。

4.4 通过以上对比，可以形成两种结构体系优缺点比较表

结构形式	占地及方案布置便捷度	隔音降噪性能及结构稳定	整体造价	使用寿命（耐腐蚀性能）	粉尘密封性能	建设工期	施工管理
混凝土框架结构+砌块墙体+网架屋顶	优秀	优秀	略低	优秀	优秀	良好	良好，难度较大，交界面多
钢结构柱+夹心钢板外墙围护	良好	良好	略高	良好（维护工作量较大）	良好	优秀	优秀

五.结论

通过综合对比不同结构形式的优缺点，结构体系一及体系二均有各自的优缺点。

体系一造价相对较低，空间利用率稍高，维护简单。体系二施工相对便利，适应性强，对于工艺安装的影响相对较小，高度可以相对更高。在基本风压低，地震烈度较低，项目规模不大时采用混凝土结构更经济一些，在风压较高时，随着基本风压提高，钢结构的经济性及施工便易性优势会逐渐高于混凝土结构。特别是在建设规模大，且地震烈度高的项目中，选择体系二钢结构的经济性会优于混凝土结构。

在本项目中，因为是单台焚烧炉项目，焚烧烟气间的面积较小，采用混凝土框架结构+堆场钢筋混凝土挡墙+外墙加气块隔墙+大跨度网架屋顶结构体系更加适用于本项目的生产需求。有利于项目整体的噪音控制、粉尘封闭和延长结构使用寿命，造价相对较低，空间利用率高，维护简单等优点，同时配合全厂建筑效果能用更低的造价达到更为理想的外立面质感，有利于提升企业形象和项目品质。

参考文献

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