1000kg／h醫療垃圾焚燒爐的設計

更新時間：2010-12-21 11:01 來源：應用能源技術作者: 丁寶太1，陸廣發2，杜成華2 閱讀：3666

摘要：本文研究了處理量為1000kg／h的醫療垃圾焚燒爐的結構和工藝流程。焚燒爐采用垅型往復推動爐排，整體呈臥式結構，分為供風區、第一燃燒區、第二燃燒區、熱能回收區等。為了降低醫療垃圾和危險廢物處理過程中的環境污染和焚燒后煙氣對環境的污染，在焚燒系統中采用了控制二惡英、SOx、NOx、CO、煙塵、臭氣等環保措施。1000kg／h的醫療垃圾焚燒爐的設計熱效率60．07％，總有效利用熱量968lcW，排煙溫度194℃。

關鍵詞：醫療垃圾,焚燒,熱力計算

0 引言

醫院在對病人進行診治過程中所產生的廢棄物稱為醫療垃圾。由于診治手段的不同，醫療垃圾中包括了化學性的、物理性的、生物性的、放射性的各種各樣的廢棄物。醫療垃圾具有極強的傳染性、生物病毒性和腐蝕性。排放管理不嚴或處理不當，會造成對水體、大氣、土壤的污染及對人體的直接危害。與生活垃圾不同．醫療垃圾由于攜帶病菌的數量巨大，種類繁多，具有空間傳染、急性傳染，交叉傳染和潛伏傳染等特征，其危害性更大。在我國公布的47種危險廢物名錄中，醫療廢物被列在首位。對醫療垃圾進行無害化處理，已成為城市環境保護工作的一項重要課題。

醫療垃圾的危害性引起世界各國的高度重視。目前境外許多國家和地區對醫療廢物的減量化、分類收集、儲存、運輸和處理處置各個方面、各個環節都有嚴格、明確的規定。在技術研究方面，投入大量人力、物力、財力對醫療廢物的處理處置進行深入研究，主要方法有：焚燒、高壓滅菌、化學處理、微波輻射、高溫分解，等離子體和電弧爐等方法處置醫療廢物。依照醫療廢物的類型不同，可選擇不同的處置方法。其中，焚燒法適宜于處理各類感染性醫療廢物(包括鋒利物)、病理性廢物、藥物性廢物和化學性廢物，是常用方法。

隨著垃圾焚燒處理技術越來越受到各國的重視，焚燒爐的設計形式多種多樣。主要形式有爐排式、流化床、旋轉爐窯三種。目前，新開發的垃圾焚燒爐爐型還有旋轉燃燒式和等離子弧燃燒方式的焚燒爐等。不同的焚燒爐以及焚燒方法有著與各自適應的條件和要求。

本文將介紹處理量為1000kg/h的醫療垃圾焚燒爐的結構、工藝流程和熱力特性。

l 醫療垃圾焚燒爐的結構

本焚燒爐采用垅型往復推動爐排。是針對醫療垃圾和工業危險廢物熱值高、揮發分大、形態及組分復雜、燃燒過程容易產生大量酸性氣體和二惡因等有害物質的特點而設計的。

垅型往復爐排式熱解焚燒處理機組完全按照國家最新標準和要求《危險廢物焚燒污染控制標準》(GBl8484—2001)，《危險廢物集中焚燒處置工程建設技術要求》(環發[2004]15號)、《醫療廢物集中焚燒處置工程建設技術要求》(環發[2004]15 號)等進行系統設計的。它采用層燃爐的成熟燃燒技術，對爐膛結構、爐排形狀、布風狀況、尾氣處理和危險廢物前處理等諸多環節進行了創新和改進，實現了醫療垃圾和危險廢物熱解焚燒的先進處理工藝。

垅型往復爐排式熱解焚燒爐整體呈臥式結構，見圖1。按功能大體可分為供風區、第一燃燒區、第二燃燒區、熱能回收區。

(1)供風區。共布置了四個風室，各風室均設制了獨立的調風門，可以根據不同區段的燃燒狀況，為各區段燃燒提供適量的氧氣。

(2)第一燃燒區。第一燃燒區由傾斜式垅型往復爐排，前、后爐拱，前、后燃燒器，高熱值廢液噴嘴和廢氣噴嘴等組成。其中，傾斜式垅型往復爐排是根據被焚燒物料在人爐熱解、燃燒、燃盡全過程中的各不同區段的形態及所需而設計。垅型往復爐排由垅型爐排與平型爐排所組成的動爐排組和定爐排組相間排列而組成，并通過動爐排組的往復運動實現被焚燒物料的向前推動，通過垅的疏密，垅臺高低的變化，實現對物料的攪拌，并改善物料與空氣接觸的條件，充分實現了對物料架起來干燥熱解和焚燒的效果。爐排寬度較窄，爐排間隙較小，不僅能保證對爐排上被焚燒物料的均勻供風，同時也起到了對爐排很好的冷卻保護作用。

根據物料在爐排上不同區段的燃燒狀況，可以將第一燃燒區分成干燥熱解區、中段燃燒區和燃盡區。干燥熱解區位于前爐拱的下方。在爐體絕熱燃燒產生的熱能、前爐拱的熱輻射和第一風室提供的熱風(250℃)共同配合下，可以完全保證該區域物料干燥熱解所需的溫度。物料在這一區域被迅速干燥、熱解、氣化。經熱解氣化的可燃氣體被前燃燒器點著燃燒并進入第二燃燒區繼續燃燒，剩余未熱解或已炭化的物料順爐排運動進入中段燃燒區燃燒。該區域是物料燃燒的主要區段，其燃燒溫度在1200。C以上，第二、三風室為該區段物料的燃燒提供適量充足的氧氣，確保物料在此區段充分燃燒并形成熔融狀態，從而使爐渣的熱灼減率和重金屬等污染物質排放大大低于國家標準。燃燒產生的高溫煙氣與熱解區產生的熱解氣體混合后進人第二燃燒區。燃盡區位于第一燃燒區尾端第四風室上方，經過中段燃燒區的充分燃燒，被爐排輸送到此區域的物料己基本燃凈，在第四風室提供的適量空氣作用下燃盡的爐渣被冷卻。冷卻后的爐渣落入集渣斗后經螺旋出渣機排人貯渣池。在爐體后側，后爐拱的下方分別設置了后燃燒器、高熱值廢液噴嘴和廢氣噴嘴。后燃燒器主要用于起爐點火時提升爐溫。高熱值廢液噴嘴和廢氣噴嘴用于焚燒處理在工業危險廢物預處理中分離出來的高熱值可燃廢液和廢氣。

(3)第二燃燒區。第二燃燒區由二次風管束和上爐膛所組成。二次風管束布置在上下爐膛的交界處，由前后兩排管束所組成。由高壓二次風機吹人的適量二次風在爐膛內旋轉并在第二燃燒區入口處形成風幕，與從熱解區和中段燃燒區上來的高溫煙氣充分混合，保證了可燃氣體的完全充分燃燒。在無需燃燒器助燃的情況下，第二燃燒區的溫度可以有效控制在11000C以上。第二燃燒區爐膛體積很大，高溫煙氣在此區域有足夠的停留時間(大于2秒)。在二次風進風管路上，安裝了中和劑自動加入器，加入的中和劑被二次風吹入爐內，與第一燃燒區熱解燃燒時產生的酸性氣體在此處充分混合、反應并隨煙氣進入尾氣處理系統中。從而實現了酸性氣體的爐內中和，大大降低了尾氣中酸性氣體的含量，減輕了對系統的腐蝕。

(4)熱能回收區。熱能回收區由鍋爐管束和空氣預熱器等組成。它可以回收物料燃燒產生的熱能，同時也可以保證出口煙氣的降溫時間小于 1秒，有效控制了二惡英類物質的再形成。鍋爐管束由上下鍋筒和受熱面管子構成，為了保證煙氣速度在合理的范圍之內，將鍋爐管束的煙氣分為三個流程。空氣預熱器采用立式管式結構，煙氣在管內縱向沖刷，分為2個行程；空氣在管外橫向沖刷，分為4個行程。

3 焚燒爐性能參數

焚燒爐的主要性能參數見表1。

4 醫療垃圾焚燒爐的系統

醫療垃圾焚燒系統流程見圖2。煙氣凈化處理系統主要由爐內中和劑加入器、活性炭吸附器、布袋除塵器、消石灰加入器、中和反應塔及相關的設施所組成。系統各裝置中產生的灰泥通過各自的自動沖灰裝置送入灰泥貯池。灰水經分離后回用，實現了系統污水的“零”排放。

此外，還布置有自動控制及監視系統。主要包括：配電柜、控制柜、PLC、觸摸屏、工控機、操作臺、傳感器、傳動機構、攝像頭和監視器等。本監控系統采用分級式布置，系統由現場采集站和主控機構成。現場站負責現場熱工、電量參數的采集與控制，控制機完成數據的維護及管理。整個系統在廢物處理過程中自動封閉運行。

5 焚燒系統中的環保措施

為了降低醫療垃圾和危險廢物處理過程中的環境污染和焚燒后煙氣對環境的污染，在焚燒系統中采用了若干環保措施。

(1)二惡英控制。一般來說，二惡英的控制技術大體可分為過程控制和末端控制兩種。本熱解廢物焚燒處理機組在控制二惡英排放上除了采用急冷和尾部吸附等常規技術之外，還采用了燃燒過程控制技術和爐內噴人堿性抑制劑的控制技術。由于本爐獨特的絕熱燃燒和合理布風，廢物在爐內高溫條件下燃燒穩定、充分，大大減少了二惡英類物質的生成量，通過二次風噴人的堿性抑制劑不僅可以在爐內中和酸性氣體，同時也對二惡英的形成具有很好的抑制作用。通過余熱回收和空氣預熱器的雙重冷卻，可以保證尾氣在600— 240℃的降溫時間小于1秒，尾氣處理系統中活性炭吸附器與布袋式除塵器相聯，對二惡英也具有較高的捕集效率。上述技術的綜合應用可以完全保證二惡英類污染物的排放遠低于國家標準。

(2)NOx控制。醫療垃圾焚燒處理廠排放的氣體中，氮化物主要以N02、NO二種形式存在。 N02、NO的生成，一是垃圾中所含各種含氮成分在燃燒時與氧氣化合生成，二是空氣中所含氮氣在高溫下氧化生成NOx。去除NOx的方法雖然很多，但最合理的方法通過燃燒中采取的措施，從根本上抑制NOx的生成。本系統中通過分級燃燒 (限制一次助燃空氣量，其他空氣以二次風的形式給人)以控制燃燒過程中NOx的產生量。

(3)CO的控制。由于主燃燒室中的限氧燃燒，可能導致煙道氣中CO含量增高，為解決這一問題，可在二次燃燒室送人二次空氣與煙氣混合，使CO燃燒。

(4)煙塵的凈化。為去除尾氣中的煙塵，系統中采用了布袋除塵器。這種除塵器除塵效率高，對二惡英等有害氣體的脫除也有效果。

(5)煙氣凈化。煙氣中的硫化物、氯化物、氮化物等污染物質一般通過濕式凈化法去除，其有害氣體去除率可達95％以上。本系統在除塵器后面設一洗滌塔，由塔頂噴淋堿性溶液，當煙氣自下而上通過洗滌塔時，酸性氣體被堿液吸收，廢液經沉淀后可循環使用。

(6)滲濾液處理。醫療垃基滲濾液具有成份復雜，有毒有害物質含量高，對環境危害大，難于處理等特點，而成為污染治理的一大難題。本系統中運來的醫療垃圾盡量密封，且不在處理廠停放，以盡量減少滲濾液。產生的少量滲濾液可進行搜集，定時或不定時地噴人爐內焚燒處理。

(7)垃圾儲存場臭氣去除。垃圾場臭氣治理也是一大環境難題，如處理不當，將對周邊環境會帶來嚴重危害。本系統中，焚燒爐一次風來自垃圾貯池，含臭空氣從垃圾貯池進入空氣預熱器，加熱后再送入焚燒爐底部，使垃圾貯存池形成微負壓狀態，產生的臭氣不會外溢。

6 設計工況下的熱力計算結果

醫療垃圾和柴油特性見表1。熱平衡計算結果見表2；主要熱力計算結果見表3。