中頻感應(yīng)醫(yī)療廢物焚燒爐的設(shè)計(jì)

余會(huì)娟　王文靜　劉原　李小紅　曹彥

摘要：該文介紹了醫(yī)療廢棄物的危害以及國(guó)內(nèi)醫(yī)療廢棄物主要的處理技術(shù)及存在問(wèn)題，重點(diǎn)介紹中頻感應(yīng)醫(yī)療廢物焚燒爐的設(shè)計(jì)及創(chuàng)新之處。

關(guān)鍵詞：醫(yī)療廢棄物；中頻感應(yīng)醫(yī)療廢物焚燒爐設(shè)計(jì)；創(chuàng)新性

中圖分類號(hào)：Q819 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）08-0241-02

1醫(yī)療廢棄物的危害

醫(yī)院臨床感染性廢物、醫(yī)院血透析產(chǎn)生的廢物、臨床、教學(xué)、研究等醫(yī)學(xué)活動(dòng)中產(chǎn)生的含有菌落及病源株培養(yǎng)液和保菌液的廢棄物以及感染的動(dòng)物尸體、傳染病房產(chǎn)生的所有廢物和醫(yī)院產(chǎn)生的感染性醫(yī)療廢棄物，帶有很多病菌，若混入一般生活垃圾中簡(jiǎn)單的掩埋或堆積于垃圾處理場(chǎng)，會(huì)污染空氣，土壤和水源，并可傳播各種疾病，危害人體健康。這些造成的危害是顯而易見(jiàn)的。

2現(xiàn)在的醫(yī)療廢棄物的處理方法及問(wèn)題

目前醫(yī)療廢棄物的處理方法有焚燒、高溫滅菌、化學(xué)處理、微波輻射、等離子體、電弧爐等方法。焚燒法因建廠占地少、投資省、效率高、成本低的優(yōu)點(diǎn)被人們重視。在發(fā)達(dá)國(guó)家使用焚燒銷毀這種醫(yī)療廢棄物處理技術(shù)已經(jīng)多年，已比較成熟。

醫(yī)療垃圾焚燒爐由垃圾前處理系統(tǒng)，焚燒系統(tǒng)，煙霧生化除塵系統(tǒng)及煤氣發(fā)生爐（輔助點(diǎn)火焚燒）四大系統(tǒng)組成。目前從國(guó)外引進(jìn)的醫(yī)療垃圾焚燒爐一般為機(jī)械式爐排爐，這種爐型對(duì)熱值要求高，只有灰分較少的垃圾才能有較好的燃燒效果，當(dāng)醫(yī)療垃圾的燃值低于4000kj/kg時(shí)，需要燃油助燃，增加了運(yùn)行成本。而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的醫(yī)療垃圾焚燒爐同樣存在上述弊端。由于焚燒設(shè)備不過(guò)關(guān)，不僅焚燒費(fèi)用高，主要焚燒處理不徹底，不能達(dá)到排放要求，有的還產(chǎn)生難聞的臭味，不僅工人操作環(huán)境差，也污染周邊環(huán)境。由于醫(yī)療垃圾在醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行密封收集，在焚燒腔不能進(jìn)行分揀，成分差別很大，在焚燒時(shí)，醫(yī)療垃圾的成分和熱值波動(dòng)比較大。有的時(shí)候沒(méi)有熱值的玻璃瓶、甚至還摻雜了輸液用的藥水，熱值很低；而有的時(shí)候棉花、紙張塑料制品熱值很高，這也導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定。實(shí)際暴露出來(lái)的在回轉(zhuǎn)窯的出口末端，大量的固體熱解產(chǎn)物未經(jīng)燃盡排出，二燃燒室溫度波動(dòng)大，在垃圾熱值高的時(shí)候，二燃燒室溫度很高，超過(guò)1200度，使得氮氧化物濃度很高；而在垃圾燃值低的時(shí)候，二燃燒室溫度很低，需要投入油燃燒器助燃，使燃燒后的尾氣凈化處理困難，提高運(yùn)行成本，容易造成二次污染。

另外，在回轉(zhuǎn)窯和二燃室構(gòu)成的醫(yī)療垃圾焚燒系統(tǒng)中，由于醫(yī)療垃圾中含有大量的消毒劑以及塑料包裝袋，使得醫(yī)療垃圾氣體中煙氣的HCL含量高達(dá)1000ppm，而在煙囪前設(shè)置煙氣凈化系統(tǒng)脫除HCL只是解決了環(huán)保排放問(wèn)題，而對(duì)煙道特別是余熱利用系統(tǒng)的腐濁問(wèn)題無(wú)保護(hù)措施，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3中頻感應(yīng)醫(yī)療廢物焚燒爐的設(shè)計(jì)

醫(yī)療垃圾中頻感應(yīng)焚燒爐由中頻感應(yīng)加熱系統(tǒng)、兩級(jí)焚燒腔（主焚燒腔和前置焚燒腔）、傳感器檢測(cè)系統(tǒng)（氧氣濃度和溫度）、兩級(jí)焚燒腔馬達(dá)控制系統(tǒng)、人機(jī)界面交互系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)組成。

3.1中頻感應(yīng)加熱系統(tǒng)

中頻感應(yīng)加熱系統(tǒng)為兩級(jí)焚燒爐提供加熱和保溫的能量，主要是由中頻電源和爐體組成。它的輸入是380V，50hz三相交流電，經(jīng)整流濾波成為恒定的直流電源，經(jīng)過(guò)逆變成為750V、1000HZ的單相中頻交流電，再經(jīng)過(guò)淬火變壓器輸送到感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈包裹在焚燒腔的周圍。由于感應(yīng)線圈本身的圓環(huán)效應(yīng)，焚燒腔與鋼管間的鄰近效應(yīng)及鋼管的集膚效用等幾種效應(yīng)，將中頻電磁能轉(zhuǎn)化為熱能。兩級(jí)焚燒腔表面和內(nèi)部溫度會(huì)迅速升高，從而達(dá)到焚燒腔升溫的目的。采用逆變調(diào)功的方式，即通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電壓的頻率來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載功率因數(shù)，來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。只要通過(guò)人機(jī)交互界面分別設(shè)定兩級(jí)焚燒爐的加熱溫度、升溫時(shí)間、保溫時(shí)間等參數(shù)后，中頻感應(yīng)加熱裝置自動(dòng)調(diào)整電氣參數(shù)，達(dá)到系統(tǒng)要求。

因此此中頻感應(yīng)加熱焚燒爐的控制方式一方面減少了傳統(tǒng)醫(yī)療垃圾焚燒爐燃油焚燒方式所產(chǎn)生的燃油自身污染，中頻感應(yīng)加熱方式屬于清潔能源，提高了環(huán)保能力，響應(yīng)國(guó)家環(huán)保的號(hào)召。另一方面，由于醫(yī)療垃圾成分復(fù)雜，熱值波動(dòng)比較大，燃油焚燒方式不能動(dòng)態(tài)調(diào)整爐內(nèi)溫度，導(dǎo)致燃燒效率低下，燃燒不充分，浪費(fèi)了能源。此中頻感應(yīng)加熱焚燒爐能滿足國(guó)家節(jié)能減排的要求。

3.2兩級(jí)焚燒腔

中頻感應(yīng)醫(yī)療廢物焚燒爐由主焚燒腔和前置焚燒腔組成。醫(yī)療垃圾由主焚燒腔上的門進(jìn)入主焚燒腔內(nèi)，系統(tǒng)關(guān)閉主焚燒腔和前置焚燒腔內(nèi)的吸氣和排氣系統(tǒng)，中頻感應(yīng)電加熱裝置開(kāi)始對(duì)該兩級(jí)焚燒腔升溫，當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到兩級(jí)焚燒爐內(nèi)溫度達(dá)到指定溫度如主焚燒腔內(nèi)溫度達(dá)到攝氏800度，前置焚燒腔內(nèi)溫度達(dá)到攝氏850度時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入保溫狀態(tài)，此時(shí)主焚燒腔內(nèi)的吸氣電機(jī)速度緩慢升高，進(jìn)氣閥門打開(kāi)，使得腔內(nèi)氧氣濃度升高，主焚燒腔內(nèi)垃圾自燃。同時(shí)前置焚燒腔內(nèi)的氧氣濃度傳感器檢測(cè)腔內(nèi)氧氣濃度，通過(guò)調(diào)節(jié)前置焚燒腔內(nèi)的排氣馬達(dá)速度和進(jìn)氣閥門的關(guān)啟控制腔內(nèi)氧氣濃度低于百分之七和保持尾氣在腔內(nèi)最小的駐留時(shí)間，達(dá)到國(guó)際焚燒物能源效率和尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。兩級(jí)焚燒腔通過(guò)氣體煙囪連接。

在國(guó)際上排出焚燒腔的氣體有嚴(yán)格的要求，所以在主焚燒腔內(nèi)的垃圾上方，一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置安裝在主焚燒腔壁上，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置使得排進(jìn)焚燒腔內(nèi)的氣體產(chǎn)生喘流。此旋轉(zhuǎn)裝置有一個(gè)空氣輸入排泄管，空氣輸入排泄管上有一個(gè)隔離閥，排入空氣的容量通過(guò)此閥來(lái)開(kāi)啟調(diào)整。根據(jù)這種設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)裝置一方面產(chǎn)生空氣壓縮，把氧氣吸進(jìn)焚燒腔，一方面攪動(dòng)氣流，形成渦流和喘流。在升溫階段時(shí)，主焚燒腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)裝置以25HZ的低速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)氣閥關(guān)閉。在垃圾自燃階段，主焚燒腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)裝置以40HZ高速旋轉(zhuǎn)，打開(kāi)進(jìn)氣閥。這樣在升溫階段關(guān)閉進(jìn)氣閥所產(chǎn)生的空氣紊流將會(huì)使得腔體內(nèi)溫度均勻。前置焚燒腔內(nèi)的進(jìn)氣閥的開(kāi)啟是用來(lái)調(diào)整排出腔體外空氣中氧氣的比例達(dá)到最小。比如%6-%7。同時(shí)還可以用來(lái)控制尾氣在腔內(nèi)保留時(shí)間小于門限時(shí)間，這就滿足了國(guó)際焚燒物尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.3傳感器檢測(cè)系統(tǒng)

傳感器檢測(cè)系統(tǒng)和馬達(dá)控制系統(tǒng)由氧氣濃度傳感器、溫度傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)排氣閥門組成。

3.4兩級(jí)焚燒腔馬達(dá)控制系統(tǒng)

兩級(jí)焚燒爐都是圓柱體形狀，在主焚燒腔的圓柱體橫截面方向有一個(gè)門，旋轉(zhuǎn)裝置安裝在們對(duì)面腔體壁上。圓柱體的腔體形狀形成的空氣渦流使得腔體內(nèi)溫度均勻。焚燒腔底部有一塊用來(lái)放垃圾的底板，這就形成了焚燒腔內(nèi)一塊連續(xù)的開(kāi)放內(nèi)部腔。在氣體渦流期間，熱空氣在底部開(kāi)放腔體上連續(xù)環(huán)繞，使得腔體內(nèi)的溫度保持恒定。

兩級(jí)焚燒腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)裝置包含安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的一個(gè)平面和徑向葉片，以及形成的一個(gè)圓柱形空間。一個(gè)圓形的保護(hù)屏封閉了朝著內(nèi)部腔體的圓形空間表面。另外旋轉(zhuǎn)裝置還包含各種驅(qū)動(dòng)軸以不同速度旋轉(zhuǎn)的設(shè)備。這種圓形保護(hù)罩有兩種用途，一方面它保護(hù)了徑向葉片不受高溫?fù)p害，另一方面在環(huán)形區(qū)域形成渦流。

前后級(jí)焚燒腔之間通過(guò)排氣煙囪上的金屬環(huán)連接，每—個(gè)腔體都有一個(gè)可以調(diào)節(jié)不同速度的旋轉(zhuǎn)裝置。在前置焚燒腔內(nèi)向外排氣口有一個(gè)氧氣濃度檢測(cè)傳感器，用來(lái)測(cè)量排放出去的氣體中氧氣的含量。在兩腔體連接處的溫度傳感器用來(lái)測(cè)量腔體內(nèi)的溫度。兩個(gè)腔體上面的旋轉(zhuǎn)裝置在驅(qū)動(dòng)電路的控制下產(chǎn)生不同的速度產(chǎn)生空氣渦流和排氣管上的隔離閥關(guān)閉和開(kāi)啟等。

3.5人機(jī)界面交互系統(tǒng)

人機(jī)界面交互系統(tǒng)采用液晶顯示和觸摸屏輸入的方式，液晶屏可以實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)如溫度、燃燒進(jìn)度、工作時(shí)間，氧氣濃度等。觸摸屏可以設(shè)置中頻感應(yīng)加熱裝置參數(shù)如升溫時(shí)間，保溫時(shí)間、前后級(jí)焚燒腔加熱溫度、保溫溫度等。

3.6尾氣處理系統(tǒng)

尾氣處理系統(tǒng)由兩條彎曲的冷卻管、水路過(guò)濾、油路過(guò)濾組成。由于前置焚燒腔內(nèi)排出的尾氣溫度很高，達(dá)到幾百攝氏度，因此通過(guò)兩條彎曲的冷卻管降低氣體溫度。經(jīng)過(guò)冷卻的氣體溫度再進(jìn)入水路和油路后，可以過(guò)濾出各種有毒物質(zhì)如水路可以吸收固定顆粒，油路可以吸收二氧化芑等有毒氣體等。

4中頻感應(yīng)醫(yī)療廢物焚燒爐的創(chuàng)新之處

1）低成本：傳統(tǒng)的醫(yī)療垃圾焚燒爐燃燒系統(tǒng)需要占地面積比較大，需要專門的工程安裝設(shè)計(jì)，醫(yī)療垃圾中頻感應(yīng)焚燒爐體積小，空間上只有主焚燒腔和前置焚燒腔大??；安裝方便，無(wú)需額外的工程施工。

2）節(jié)約能源：主焚燒腔和前置焚燒腔都采用中頻電信號(hào)加熱的方式，加熱均勻，溫度動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3）環(huán)保：采用的干凈環(huán)保的中頻電信號(hào)加熱方式，通過(guò)排入空氣使得醫(yī)療垃圾自燃。尾氣處理采用雙層過(guò)濾方式，一是在前置焚燒爐中，控制尾氣的排放量，二是在過(guò)濾系統(tǒng)中，采用油路和水路循環(huán)過(guò)濾方式，尾氣先進(jìn)入水路循環(huán)系統(tǒng)冷卻過(guò)濾固定殘留物，再經(jīng)過(guò)油路過(guò)濾有毒氣體如二氧化芑等。使得氣體的排放標(biāo)準(zhǔn)滿足《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18484-2001），具有良好的應(yīng)用前景。

4）操作簡(jiǎn)單：操作界面采用觸摸屏圖文顯示方式、用戶點(diǎn)擊觸摸屏上的相應(yīng)按鈕，就可以方便設(shè)置燃燒溫度、燃燒時(shí)間、排放尾氣量等參數(shù)。同時(shí)、爐內(nèi)的加熱溫度。燃燒進(jìn)度、空氣壓力、氧氣濃度等信息以動(dòng)畫(huà)的形式實(shí)時(shí)顯示在屏幕上。整個(gè)工作過(guò)程無(wú)需用戶參與，簡(jiǎn)單實(shí)用。

5結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)出的醫(yī)療垃圾中頻感應(yīng)焚燒爐體積小、安裝方便、成本低、節(jié)能環(huán)保。因此本項(xiàng)目可以廣泛推廣應(yīng)用于醫(yī)院、醫(yī)學(xué)高校、科研院所、企業(yè)以垃圾回收站等。