立式旋轉(zhuǎn)熱解焚燒爐工藝在醫(yī)療廢物處理中的應(yīng)用研究

李清亞 盧曉濤 劉輝

摘 要：作為危險(xiǎn)廢物名錄中的第一類(lèi)，醫(yī)療廢物在國(guó)內(nèi)的處理目前多采用焚燒、消毒滅菌等手段。本文對(duì)立式旋轉(zhuǎn)熱解焚燒爐工藝在醫(yī)療廢物處理中的應(yīng)用進(jìn)行研究，為醫(yī)療垃圾乃至生活垃圾、危險(xiǎn)廢物等適用物料的焚燒處理提供工藝及設(shè)備選擇的參考。

關(guān)鍵詞：醫(yī)療廢物;立式旋轉(zhuǎn)熱解焚燒爐;焚燒處置量

中圖分類(lèi)號(hào)：X799.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）22-0040-03

Application of Vertical Rotary Pyrolysis Incinerator in

Medical Waste Treatment

LI Qingya LU Xiaotao LIU Hui

Abstract： As the first category in the list of hazardous wastes， domestic treatment of medical waste is currently done by incineration， disinfection and sterilization. This paper studied the application of vertical rotary pyrolysis incinerator in medical waste treatment， in order to provide reference for process and equipment selection for incineration of medical waste and even domestic waste， hazardous waste and other applicable materials.

Keywords： medical waste;vertical rotary pyrolysis incinerator;incineration disposal capacity

1 研究背景

醫(yī)療廢物簡(jiǎn)稱(chēng)醫(yī)廢，是指醫(yī)院等醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)在醫(yī)療、預(yù)防、保健以及其他相關(guān)活動(dòng)中產(chǎn)生的具有直接或間接感染性、毒性以及其他危害性的廢物。醫(yī)療廢物在我國(guó)被列為危險(xiǎn)廢物名錄第一類(lèi)，因具有極大的危害性，環(huán)保部門(mén)高度重視其無(wú)害化處理。

近年來(lái)，我國(guó)醫(yī)療垃圾處理能力不斷增強(qiáng)，處置技術(shù)水平明顯提高。2014年，我國(guó)大中城市醫(yī)療廢物產(chǎn)生量62.2萬(wàn)t，處置量60.7萬(wàn)t，處置率達(dá)到97.5%，大部分城市的醫(yī)療廢物處置率都達(dá)到了100%。目前，我國(guó)大部分城市已經(jīng)建立了醫(yī)療廢物集中處置設(shè)施。我國(guó)處理醫(yī)療廢物常用的方法有焚燒法和消毒滅菌法，其中焚燒法是美國(guó)和WHO等國(guó)家與組織優(yōu)先推薦的技術(shù)。目前，焚燒處置在我國(guó)仍是主要的處置方式，占總處置量的80%～90%[1-4]。焚燒法不但可以利用高溫滅菌使醫(yī)療廢物無(wú)害化，還可使廢物減容減量化，同時(shí)焚燒產(chǎn)生的大量熱能可回收利用。但是，焚燒法也有其局限性，如投資較高、煙氣無(wú)害化處理較復(fù)雜、容易造成大氣污染等。目前，我國(guó)大城市建設(shè)的醫(yī)療垃圾處置設(shè)施大多以焚燒為主，中小城市因醫(yī)療廢物產(chǎn)生量較小，多采用滅菌消毒工藝。

焚燒法與消毒法的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。

國(guó)內(nèi)采用焚燒法處置醫(yī)療廢物的廠家基本采用兩種焚燒爐：一種是立式旋轉(zhuǎn)爐;一種是臥式回轉(zhuǎn)窯。立式旋轉(zhuǎn)爐與臥式回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表2所示。

2 立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐

鄭州瀚洋天辰危險(xiǎn)廢物處置有限公司采用的焚燒設(shè)備是立式旋轉(zhuǎn)熱解焚燒爐，該設(shè)備具有運(yùn)行費(fèi)用低、耐火材料維護(hù)周期長(zhǎng)、焚燒效率高、密封性好等特點(diǎn)，尤其適合固態(tài)、流動(dòng)性差的半固態(tài)物料的處理，如醫(yī)療垃圾、生活垃圾或固態(tài)的危險(xiǎn)廢物。

焚燒爐的大體結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖1可知，爐體上部為耐火層和保溫層，爐體中部爐排位置是水套。整個(gè)爐體是可以旋轉(zhuǎn)的，進(jìn)料口的位置在爐子頂部是固定的，旋轉(zhuǎn)的目的是使進(jìn)料能均勻地分布在爐子的爐排上，爐子上部爐蓋與爐體連接位置和下部水封槽與爐體連接位置全部用水封進(jìn)行密封，保證不會(huì)有煙氣外漏和空氣進(jìn)入。偏心的爐排相對(duì)爐體可以旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)出渣。

焚燒過(guò)程中，渣層從上往下可以被分為三層：干燥熔融裂解層、氧化燃燒層、燃燼冷渣層。干燥熔融裂解層是物料進(jìn)入爐內(nèi)后先蒸發(fā)干燥，然后在高溫缺氧或無(wú)氧狀態(tài)下熔融裂解氣化，產(chǎn)生的可燃?xì)怏w通過(guò)引風(fēng)機(jī)被引入后部二燃室進(jìn)行燃燒，在這里物料主要吸收熱量。氧化燃燒層主要通過(guò)燃燒放熱為干燥熔融裂解層提供熱能，該位置物料在氧氣充足的情況下氧化燃燒放熱。燃燼冷渣層主要對(duì)燃燼的殘?jiān)ㄟ^(guò)冷空氣降溫，最后殘?jiān)ㄟ^(guò)爐排旋轉(zhuǎn)擠壓掉入水封槽內(nèi)，再通過(guò)出渣機(jī)排出。

在爐子底部水封槽的位置通過(guò)管道對(duì)焚燒爐配空氣，空氣和料逆向運(yùn)動(dòng)，空氣從爐排上渣層的底部往上進(jìn)入爐內(nèi)，空氣可先對(duì)燃燼的爐渣進(jìn)行降溫，同時(shí)空氣溫度被提高，然后通過(guò)燃燒層消耗氧氣燃燒物料放熱。

正常焚燒過(guò)程中，爐排相對(duì)爐體是靜止的，物料相對(duì)爐體也是靜止的。出渣時(shí)，爐排旋轉(zhuǎn)擠壓爐渣排出，爐渣高度基本不超過(guò)爐體水套高度。這種設(shè)計(jì)使整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中爐料不會(huì)對(duì)耐火材料造成磨損，可大大提高耐火材料的使用年限。

爐體上部和下部的水封具有很好的密封性，能完全保證不漏氣、不透風(fēng)。回轉(zhuǎn)窯密封基本都采用魚(yú)鱗片方式，不可避免會(huì)造成漏氣透風(fēng)，而且窯尾后部溫差大，容易造成結(jié)焦堵塞。對(duì)一些回轉(zhuǎn)窯焚燒處理危險(xiǎn)廢物和醫(yī)療廢物的廠家進(jìn)行考察發(fā)現(xiàn)，布袋除塵器上飛灰濕度過(guò)大易粘附在布袋上，這除了與物料本身水含量大有關(guān)外，還與回轉(zhuǎn)窯后出渣方式有很大關(guān)系?；剞D(zhuǎn)窯后部基本都是水封槽與高溫?zé)煔庵苯咏佑|，高溫渣靠重力掉落進(jìn)水封槽內(nèi)，再利用出渣機(jī)排出，這樣會(huì)產(chǎn)生大量蒸汽，并進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)，增加煙氣濕度。立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐出渣先利用冷空氣對(duì)渣降溫，然后冷渣進(jìn)入水封槽，完全不存在飛灰濕度過(guò)大的問(wèn)題。

3 立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐焚燒工藝

鄭州瀚洋天辰危險(xiǎn)廢物處置有限公司醫(yī)療廢物處理采用的焚燒工藝為立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐→二燃室→余熱鍋爐→急冷鍋爐→除酸塔→活性炭吸附→布袋除塵器→引風(fēng)機(jī)→煙囪。醫(yī)療廢物經(jīng)過(guò)進(jìn)料裝置進(jìn)入立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐，通過(guò)供風(fēng)燃燒裂解氣化，在引風(fēng)機(jī)作用下，裂解可燃?xì)獗灰攵际?，通過(guò)供風(fēng)進(jìn)一步燃燒完全，然后高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)余熱鍋爐和急冷鍋爐降溫，再通過(guò)除酸塔脫酸、活性炭吸附二噁英和布袋除塵器除塵后經(jīng)引風(fēng)機(jī)通過(guò)煙囪排空。

鄭州瀚洋天辰危險(xiǎn)廢物處置有限公司焚燒線(xiàn)的設(shè)計(jì)處置量為30t/d，在表3中所列溫度參數(shù)下處于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，除必要的停爐進(jìn)行灰渣清理或耐火保溫材料更換外，可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，年運(yùn)行時(shí)間可達(dá)到340d以上。

利用該工藝進(jìn)行醫(yī)療廢物處理不會(huì)產(chǎn)生廢水，固體廢物主要有焚燒殘?jiān)惋w灰。焚燒殘?jiān)鳛橐话阈怨虖U填埋，飛灰屬于危險(xiǎn)廢物，需要外運(yùn)至危廢處置企業(yè)處理。通過(guò)煙囪排放經(jīng)過(guò)凈化處理的廢氣指標(biāo)如圖2所示。

從圖2的排放指標(biāo)可以看到，利用該焚燒工藝處置醫(yī)療廢物進(jìn)行凈化處理過(guò)的廢氣排放指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18484—2001）限值：氮氧化物500mg/m3、二氧化硫200mg/m3、顆粒物65mg/m3、一氧化碳80mg/m3。此外，有組織廢氣二噁英類(lèi)物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果為0.049TEQng/m3，低于0.5TEQng/m3的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。有組織排放廢氣完全達(dá)標(biāo)。

通過(guò)鍋爐既可對(duì)高溫?zé)煔饨禍?，又能產(chǎn)生大量蒸汽，蒸汽變?yōu)闊崴蛑苯映鍪劢o處置廠周邊的用戶(hù)，既產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益，又可間接取締燃煤鍋爐，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

綜合來(lái)看，利用立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐焚燒工藝處置醫(yī)療廢物具有焚燒穩(wěn)定、年運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、焚燒廢氣排放指標(biāo)好、副產(chǎn)蒸汽能源等特點(diǎn)。

4 焚燒處置量設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)之前分析的焚燒原理，限制焚燒爐處置量的因素是干燥熔融裂解層對(duì)物料干燥熔融裂解的速率，如果該速率偏小，會(huì)造成氧化燃燒層產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)被吸收，焚燒爐溫度升高。如果在一定處置量下降低供風(fēng)量進(jìn)而減少燃燒放熱，會(huì)造成物料不能完全燃燒，焚燒殘?jiān)鼰嶙茰p率會(huì)升高。干燥熔融裂解的速率主要取決于物料進(jìn)入焚燒爐后展開(kāi)的面積，因此，限制焚燒爐焚燒處置量的決定性因素是焚燒爐的爐徑大小，也就是焚燒爐截面積的大小。在這里引入單位截面熱容量的概念，即在一定的焚燒溫度要求下，保證焚燒殘?jiān)鼰嶙茰p率達(dá)標(biāo)的前提下，焚燒爐單位截面單位時(shí)間內(nèi)可以處置的物料的最大總熱值。接下來(lái)對(duì)立式旋轉(zhuǎn)熱解焚燒爐單位截面熱容量進(jìn)行計(jì)算。

鄭州瀚洋天辰危險(xiǎn)廢物處置有限公司焚燒處置線(xiàn)連續(xù)10d的處置量見(jiàn)圖3。

平均每小時(shí)處置量為1 142kg。

根據(jù)鄒廬泉等[5]在醫(yī)療廢棄物焚燒揮發(fā)性氯含量與熱值測(cè)試與估算中的實(shí)驗(yàn)計(jì)算，醫(yī)療廢物的熱值大致在21.8MJ/kg。計(jì)算可得，平均每小時(shí)處置醫(yī)療廢物的總熱值為24 895.6MJ。該立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐的內(nèi)徑為2.6m，截面積為5.31m2。由此可計(jì)算得到，立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐在爐溫控制在1 150℃，單位截面熱容量可以達(dá)到4 688MJ/h·m2。如果處置量超過(guò)該單位截面熱容量過(guò)多，可能造成焚燒殘?jiān)鼰嶙茰p率高或焚燒爐超溫。

5 結(jié)論

通過(guò)本文的研究可得出以下結(jié)論。

①立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化爐焚燒工藝處置醫(yī)療廢物具有焚燒穩(wěn)定、年運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、焚燒廢氣排放指標(biāo)好、副產(chǎn)蒸汽能源等特點(diǎn)。

②在焚燒爐溫度控制在1 150℃，保證焚燒殘?jiān)鼰嶙茰p率達(dá)標(biāo)的前提下，立式焚燒爐單位截面熱容量可達(dá)4 688MJ/h·m2。

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