療廢物回轉(zhuǎn)窖式焚燒爐在設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)中應(yīng)注意的問(wèn)題
前言
醫(yī)療廢物集中焚燒處理在大連市城市中心區(qū)已運(yùn)行10年之久，由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、爐型的選擇上適應(yīng)性不強(qiáng)，加之焚燒量少等原因，2002年，在舊焚燒爐原址上采取BOT方式，向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行了重建。經(jīng)多方考察、論證，新建焚燒爐采用回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)，按照現(xiàn)行國(guó)標(biāo)和工藝參數(shù)，基本達(dá)到醫(yī)療廢物焚燒自動(dòng)化、密閉化、連續(xù)進(jìn)料、自動(dòng)清渣的設(shè)計(jì)工藝要求，并于2003年10月正式投產(chǎn)使用，日處理量為10噸。其處理系統(tǒng)包括：醫(yī)療廢物卸料儲(chǔ)存系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯熱解系統(tǒng)、點(diǎn)火輔助燃燒系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)、尾氣凈化系統(tǒng)、燃料供應(yīng)系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)。其工藝原理是采用厭氧熱解加二次燃燒好氧氧化工藝，能夠合理控制熱解溫度、湍流度、煙氣停留時(shí)間和過(guò)剩空氣率。焚燒過(guò)程分一燃段和二燃段。醫(yī)療廢物在一燃段采用厭氧燃燒，使廢物得到干燥、加熱和分解，將水分和可分解的組分釋放掉，不可分解的可燃部分在一燃段中燃燒，同時(shí)為一燃段提供熱量直至成為灰燼，在一燃段中釋放的可燃?xì)怏w進(jìn)入二燃段好氧燃燒，經(jīng)高溫（850 —1000℃）將熱解氣體中有害物質(zhì)得到充分分解后燃燒。其特點(diǎn)是將廢物的熱量進(jìn)行二級(jí)分配，提高了二次燃燒的溫度，節(jié)省了燃料，同時(shí)降低一次熱解溫度，減少排塵量，并防止熔渣掛窯現(xiàn)象的出現(xiàn)。
下面談一談回轉(zhuǎn)窯式醫(yī)療廢物焚燒爐在設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)中應(yīng)注意的幾點(diǎn)問(wèn)題。
1 工藝路線的確定
目前，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用于焚燒固體廢物的各種類型焚燒爐達(dá)幾十種，按燃燒反應(yīng)過(guò)程可分為直接焚燒和熱解氣化焚燒，按燃料運(yùn)動(dòng)和氣固混合方式可分為機(jī)械爐排爐，回轉(zhuǎn)窯爐和流化床爐等。直接焚燒機(jī)械爐排爐和流化床爐應(yīng)用于生活廢物處理比較廣泛，熱解氣化焚燒多用于有機(jī)污泥和工業(yè)固廢以及醫(yī)療廢物處理。經(jīng)國(guó)內(nèi)考察論證分析，由于醫(yī)療廢物的成分復(fù)雜，如果采用直接焚燒式的機(jī)械爐排爐和流化床爐，廢物中玻璃輸液瓶分離不出來(lái)，加之輸液管、繃帶和棉紗等軟纖維組織比較多等諸多因素，勢(shì)必會(huì)造成玻璃溶化后固結(jié)鏈排，又因軟纖維組織入爐前廢物切斷困難，使流化床難以吹拂起來(lái)。因此，我們選擇回轉(zhuǎn)窯焚燒爐熱解氣化焚燒方式。
回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是在圓柱形金屬殼內(nèi)砌筑保溫磚和耐火磚，水平安放稍有傾斜，通過(guò)爐體整體轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到垃圾均勻混合并沿傾斜角度向出料端移動(dòng)，醫(yī)療廢物入爐前無(wú)須處理，將收集后袋裝廢物整體通過(guò)液壓往復(fù)進(jìn)料裝置擠入回轉(zhuǎn)窯。由于一燃段的溫度容易控制，玻璃輸液瓶并不會(huì)溶化，避免一些熔渣掛窯現(xiàn)象出現(xiàn)。通常一燃段溫度采用燃燒器來(lái)助燃廢料，當(dāng)溫度設(shè)置一定時(shí)，用一次風(fēng)來(lái)控制氣化溫度，醫(yī)療廢物在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)分解氣化產(chǎn)生可燃?xì)怏w，剩余的殘?jiān)S回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)動(dòng)向出料端尾部移出渣倉(cāng)。對(duì)灰渣熱灼率的情況判斷，可根據(jù)控制室儀表溫度進(jìn)行合理掌握進(jìn)料時(shí)間，一般情況下用一個(gè)恒定值來(lái)自動(dòng)控制，如灰渣的熱灼率高，可適當(dāng)對(duì)恒定值給予修正，保證熱灼率達(dá)到現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
2 系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題
鑒于醫(yī)療廢物處理的敏感性與生活廢物處理不同，在整體布局上首先考慮醫(yī)療廢物儲(chǔ)存時(shí)間，嚴(yán)格遵照國(guó)務(wù)院[2003]380號(hào)令《醫(yī)療廢物管理?xiàng)l例》規(guī)定，滯留時(shí)間不能超過(guò)兩天，其次應(yīng)考慮上料系統(tǒng)、自動(dòng)控制工藝系統(tǒng)的合理布局。
2.1 上料系統(tǒng)
考慮窯體與卸料間有一定高差，需要鋪設(shè)運(yùn)輸車輛坡道或采用提升裝置，將收集車運(yùn)來(lái)的袋裝醫(yī)療廢物卸入儲(chǔ)存間有密封裝置的長(zhǎng)方體斗式容器內(nèi)，容器下端聯(lián)接一個(gè)與容器垂直的液壓式往復(fù)推料器，將容器內(nèi)醫(yī)療廢物靠自身重量，或外部輔助垂直重鍾，或采用機(jī)械鏈排，定時(shí)輸入下邊的液壓往復(fù)推料器，然后利用時(shí)間繼電器根據(jù)工況將廢料推入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)入一燃段氣化。
上料系統(tǒng)包括廢物的儲(chǔ)存、下料、廢物中的滲濾液，下料過(guò)程保證光滑過(guò)渡無(wú)積存物。即料倉(cāng)四壁不能完全呈錐體狀，至少保證一組對(duì)面相互平行且與料斗底部垂直。廢物中的滲濾液應(yīng)隨醫(yī)療廢物通過(guò)密封擠壓裝置擠入爐內(nèi)燃燒。根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)垃圾熱值達(dá)到一定程度時(shí)，有一定量的滲濾液對(duì)燃燒工藝影響不大，焚燒產(chǎn)生的有害物質(zhì)隨煙氣一道進(jìn)入凈化系統(tǒng)，無(wú)后續(xù)處理問(wèn)題。
2.2 回轉(zhuǎn)窯爐體工藝結(jié)構(gòu)
2.2.1 回轉(zhuǎn)窯壁為絕熱結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯隔熱材料和耐火材料，窯頭和窯尾的端板工藝結(jié)構(gòu)要合理，防止受熱后變形，一旦產(chǎn)生變形，窯內(nèi)隔熱材料和耐火材料因受軸向力過(guò)大，容易產(chǎn)生松動(dòng)，出現(xiàn)掉磚現(xiàn)象。其次是嚴(yán)格控制風(fēng)溫，一般在一燃段的熱解溫度應(yīng)控制在350～650℃之間。參考國(guó)內(nèi)有關(guān)資料分析，醫(yī)療廢物中的主要成分，如紙類、竹棒、塑料的最佳熱解溫度在400～600℃之間，但塑料較紙類、竹棒難熱解。
國(guó)內(nèi)醫(yī)療垃圾熱解中試試驗(yàn)結(jié)果
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從上表可見，可燃成分熱解出現(xiàn)在370-618℃范圍，峰值512℃，與實(shí)際操作基本吻合。當(dāng)爐溫在370℃時(shí)，煙氣量小，尾氣中水汽濃度高，經(jīng)實(shí)際操作分析，一般一燃段溫度控制在500～600℃左右為佳，此時(shí)尾氣中水汽濃度小，灰渣的熱灼率適中。
2.2.2 回轉(zhuǎn)窯窯體內(nèi)的空間直徑要根據(jù)醫(yī)療垃圾的成分進(jìn)行確定，且要保證設(shè)計(jì)的日處理能力，過(guò)大或過(guò)小都有不利之處，一般選擇在1m左右為宜。
2.3尾氣凈化系統(tǒng)
尾氣凈化系統(tǒng)采用半干法凈化工藝，其組合形式為半干吸附塔噴霧反應(yīng)器+袋式除塵器+活性碳過(guò)濾器，焚燒爐的煙氣經(jīng)尾氣冷卻系統(tǒng)進(jìn)入尾氣凈化系統(tǒng)，煙氣中含有大量的煙塵和高濃度的有害物質(zhì)在此進(jìn)行處理，半干吸附塔噴霧反應(yīng)器是以堿性反應(yīng)物以乳濁液的形式加入，中和反應(yīng)的生成物以固態(tài)中的酸性氣體，根據(jù)煙氣中酸性氣體的含量多少，可調(diào)節(jié)噴入石灰漿的濃度和流量，達(dá)到脫硫脫酸以及控制煙氣入布袋除塵器前的溫度。反應(yīng)后的固體物一部分落到灰斗中，一部分隨煙氣進(jìn)入布袋除塵器。布袋除塵器選用離線低壓脈沖清灰方式，濾料采用防粘結(jié)、透氣性好、耐高溫、防腐蝕的玻纖覆膜濾袋，在布袋除塵器后設(shè)置活性碳過(guò)濾器，吸附尾氣中的有害物質(zhì)及微生物、二惡英等排放濃度。
布袋除塵器的集塵性能極高，對(duì)控制在灰塵中含有的二惡英排出很有效，煙氣入布袋前的溫度控制在 200℃以內(nèi)，避免二惡英在低溫生成。不足之處，一是成本高，二是濾袋的使用壽命低。隨著環(huán)境保護(hù)力度的加強(qiáng)，它的處理技術(shù)也在不斷提高。就除塵技術(shù)而言，不僅要考慮設(shè)備的高效和廉價(jià)，還必須通盤考慮操作溫度的控制。為此，渴望能有一種既具備充分去除煙氣性能工藝、又高效廉價(jià)的新產(chǎn)品被開發(fā)出來(lái)，期待醫(yī)療廢物焚燒處理技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。
2.4設(shè)備布局及尾氣冷卻系統(tǒng)
依據(jù)國(guó)家對(duì)醫(yī)療廢物重視程度，既要考慮保證設(shè)備的全年正常運(yùn)轉(zhuǎn)，又要考慮設(shè)備的正常檢修，采用兩套回轉(zhuǎn)窯（一用一備），兩套二燃室，一套尾氣處理系統(tǒng)。一燃段熱解氣體經(jīng)二燃室高溫燃燒后（風(fēng)溫控制在850-950℃之間），高溫?zé)煔饨?jīng)水換熱器和空氣換熱器冷卻后，煙氣溫度急劇下降，在此階段工藝設(shè)計(jì)上應(yīng)重點(diǎn)考慮高溫?zé)煔鈱?duì)水換熱器和空氣換熱器的高溫腐蝕，盡量避開強(qiáng)風(fēng)對(duì)設(shè)備的侵蝕。醫(yī)療廢物中含有大量氯和硫的成分，焚燒產(chǎn)生的煙氣中HCI的濃度是一般生活廢物的幾倍，對(duì)布置在煙道內(nèi)的金屬受熱面會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用，金屬的腐蝕速率與金屬表面溫度有關(guān)，金屬溫度在 320 -480℃范圍，會(huì)形成氯化鐵和硫酸鹽，溫度進(jìn)一步提高到480 -800℃，氯化鐵和硫酸鹽產(chǎn)生分解，使得金屬材料失去氧化保護(hù)層而腐蝕，如果此時(shí)再有強(qiáng)風(fēng)侵入，分解后將產(chǎn)生強(qiáng)酸，出現(xiàn)高溫腐蝕現(xiàn)象。煙氣溫度在硫酸露點(diǎn)溫度約150℃以下時(shí)，會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，亦稱為低溫腐蝕，低溫腐蝕通常在酸性氣體露點(diǎn)溫度以下20-50℃時(shí)最為嚴(yán)重。金屬的腐蝕速率隨著金屬溫度的提高而加快，當(dāng)金屬溫度為430-450℃時(shí)，腐蝕情況尚屬輕微，若溫度繼續(xù)升高則腐蝕隨之加劇。一般過(guò)熱器的管壁溫度約比管內(nèi)蒸汽溫度高30 -50℃，因此在設(shè)計(jì)空氣換熱器和水換熱器時(shí)應(yīng)布置在煙氣溫度600 -650℃的煙道中，設(shè)法加大冷卻水循環(huán)速度和面積，以降低過(guò)熱器管壁溫度，減少腐蝕速率。
金屬低溫腐蝕主要發(fā)生在150℃以下的受熱面，排煙溫度通常在200℃左右，若空氣預(yù)熱器進(jìn)口為冷空氣，則空氣預(yù)熱器進(jìn)口處溫度低，易發(fā)生低溫腐蝕現(xiàn)象。若將空氣在蒸汽加熱器內(nèi)加熱到90℃左右后再進(jìn)入空氣預(yù)熱器，可有效防止低溫腐蝕產(chǎn)生。
2.5 飛灰的處理方法
飛灰主要成分為醫(yī)療廢物焚燒后產(chǎn)生的無(wú)機(jī)物和重金屬等。雖然目前醫(yī)療廢物產(chǎn)生的飛灰量很少，但已被國(guó)際認(rèn)定為有害危險(xiǎn)物，我國(guó)在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中已明確將焚燒飛灰列為危險(xiǎn)廢物。飛灰的處理方法很多，根據(jù)各種焚燒工藝采取方法有安全填埋、高溫處理、固化與穩(wěn)定化、濕式化學(xué)處理等。
本工藝采用固化與穩(wěn)定化處理法，利用固化劑將含大量重金屬的除塵器飛灰混合形成固化體，以減少有害物質(zhì)溶出的處理方法。依據(jù)固化劑不同，固化處理可分為水泥固化、瀝青固化、塑料固化、石灰固化和其它固化等。因醫(yī)療廢物焚燒量小，產(chǎn)生的飛灰也很少，我們采用了水泥固化，此方法具有工藝成熟、操作簡(jiǎn)單、處理成本低的優(yōu)點(diǎn)，只需在飛灰中加入10%-20%的固化劑和10%-15%的水并經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌虾螅袒w毒性浸出值即可達(dá)標(biāo)。
3 結(jié)論
在經(jīng)過(guò)半年試運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)試和一年多的運(yùn)行過(guò)程中，該回轉(zhuǎn)窯式醫(yī)療廢物焚燒爐在設(shè)計(jì)方面尚存在不同程度的缺陷，在設(shè)計(jì)與實(shí)際操作中存在參數(shù)相互配合不協(xié)調(diào)的問(wèn)題。這些問(wèn)題的存在導(dǎo)致設(shè)備性能不能得到充分發(fā)揮。為了更好地使設(shè)備發(fā)揮應(yīng)有的效能，也便于國(guó)內(nèi)專業(yè)人士對(duì)這些問(wèn)題得到更多的了解，我們通過(guò)對(duì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，提出幾點(diǎn)粗淺的設(shè)想和看法，希望有利于在今后的此類建設(shè)中，避免同類問(wèn)題的發(fā)生。
參考文獻(xiàn)
李東紅等《城市醫(yī)療垃圾熱解焚燒技術(shù)研究》環(huán)境衛(wèi)生工程，2001，9（3）：109～111
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