1000kg／h医疗垃圾焚烧炉的设计
摘要：本文研究了处理量为1000kg／h的医疗垃圾焚烧炉的结构和工艺流程。焚烧炉采用垅型往复推动炉排，整体呈卧式结构，分为供风区、第一燃烧区、第二燃烧区、热能回收区等。为了降低医疗垃圾和危险废物处理过程中的环境污染和焚烧后烟气对环境的污染，在焚烧系统中采用了控制二恶英、SOx、NOx、CO、烟尘、臭气等环保措施。1000kg／h的医疗垃圾焚烧炉的设计热效率60．07％，总有效利用热量968lcW，排烟温度194℃。
关键词：医疗垃圾,焚烧,热力计算
0 引言
医院在对病人进行诊治过程中所产生的废弃物称为医疗垃圾。由于诊治手段的不同，医疗垃圾中包括了化学性的、物理性的、生物性的、放射性的各种各样的废弃物。医疗垃圾具有极强的传染性、生物病毒性和腐蚀性。排放管理不严或处理不当，会造成对水体、大气、土壤的污染及对人体的直接危害。与生活垃圾不同．医疗垃圾由于携带病菌的数量巨大，种类繁多，具有空间传染、急性传染，交叉传染和潜伏传染等特征，其危害性更大。在我国公布的47种危险废物名录中，医疗废物被列在首位。对医疗垃圾进行无害化处理，已成为城市环境保护工作的一项重要课题。
医疗垃圾的危害性引起世界各国的高度重视。目前境外许多国家和地区对医疗废物的减量化、分类收集、储存、运输和处理处置各个方面、各个环节都有严格、明确的规定。在技术研究方面，投入大量人力、物力、财力对医疗废物的处理处置进行深入研究，主要方法有：焚烧、高压灭菌、化学处理、微波辐射、高温分解，等离子体和电弧炉等方法处置医疗废物。依照医疗废物的类型不同，可选择不同的处置方法。其中，焚烧法适宜于处理各类感染性医疗废物(包括锋利物)、病理性废物、药物性废物和化学性废物，是常用方法。
随着垃圾焚烧处理技术越来越受到各国的重视，焚烧炉的设计形式多种多样。主要形式有炉排式、流化床、旋转炉窑三种。目前，新开发的垃圾焚烧炉炉型还有旋转燃烧式和等离子弧燃烧方式的焚烧炉等。不同的焚烧炉以及焚烧方法有着与各自适应的条件和要求。
本文将介绍处理量为1000kg/h的医疗垃圾焚烧炉的结构、工艺流程和热力特性。
l 医疗垃圾焚烧炉的结构
本焚烧炉采用垅型往复推动炉排。是针对医疗垃圾和工业危险废物热值高、挥发分大、形态及组分复杂、燃烧过程容易产生大量酸性气体和二恶因等有害物质的特点而设计的。
垅型往复炉排式热解焚烧处理机组完全按照国家最新标准和要求《危险废物焚烧污染控制标准》(GBl8484—2001)，《危险废物集中焚烧处置工程建设技术要求》(环发[2004]15号)、《医疗废物集中焚烧处置工程建设技术要求》(环发[2004]15 号)等进行系统设计的。它采用层燃炉的成熟燃烧技术，对炉膛结构、炉排形状、布风状况、尾气处理和危险废物前处理等诸多环节进行了创新和改进，实现了医疗垃圾和危险废物热解焚烧的先进处理工艺。
垅型往复炉排式热解焚烧炉整体呈卧式结构，见图1。按功能大体可分为供风区、第一燃烧区、第二燃烧区、热能回收区。
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(1)供风区。共布置了四个风室，各风室均设制了独立的调风门，可以根据不同区段的燃烧状况，为各区段燃烧提供适量的氧气。
(2)第一燃烧区。第一燃烧区由倾斜式垅型往复炉排，前、后炉拱，前、后燃烧器，高热值废液喷嘴和废气喷嘴等组成。其中，倾斜式垅型往复炉排是根据被焚烧物料在人炉热解、燃烧、燃尽全过程中的各不同区段的形态及所需而设计。垅型往复炉排由垅型炉排与平型炉排所组成的动炉排组和定炉排组相间排列而组成，并通过动炉排组的往复运动实现被焚烧物料的向前推动，通过垅的疏密，垅台高低的变化，实现对物料的搅拌，并改善物料与空气接触的条件，充分实现了对物料架起来干燥热解和焚烧的效果。炉排宽度较窄，炉排间隙较小，不仅能保证对炉排上被焚烧物料的均匀供风，同时也起到了对炉排很好的冷却保护作用。
根据物料在炉排上不同区段的燃烧状况，可以将第一燃烧区分成干燥热解区、中段燃烧区和燃尽区。干燥热解区位于前炉拱的下方。在炉体绝热燃烧产生的热能、前炉拱的热辐射和第一风室提供的热风(250℃)共同配合下，可以完全保证该区域物料干燥热解所需的温度。物料在这一区域被迅速干燥、热解、气化。经热解气化的可燃气体被前燃烧器点着燃烧并进入第二燃烧区继续燃烧，剩余未热解或已炭化的物料顺炉排运动进入中段燃烧区燃烧。该区域是物料燃烧的主要区段，其燃烧温度在1200。C以上，第二、三风室为该区段物料的燃烧提供适量充足的氧气，确保物料在此区段充分燃烧并形成熔融状态，从而使炉渣的热灼减率和重金属等污染物质排放大大低于国家标准。燃烧产生的高温烟气与热解区产生的热解气体混合后进人第二燃烧区。燃尽区位于第一燃烧区尾端第四风室上方，经过中段燃烧区的充分燃烧，被炉排输送到此区域的物料己基本燃净，在第四风室提供的适量空气作用下燃尽的炉渣被冷却。冷却后的炉渣落入集渣斗后经螺旋出渣机排人贮渣池。在炉体后侧，后炉拱的下方分别设置了后燃烧器、高热值废液喷嘴和废气喷嘴。后燃烧器主要用于起炉点火时提升炉温。高热值废液喷嘴和废气喷嘴用于焚烧处理在工业危险废物预处理中分离出来的高热值可燃废液和废气。
(3)第二燃烧区。第二燃烧区由二次风管束和上炉膛所组成。二次风管束布置在上下炉膛的交界处，由前后两排管束所组成。由高压二次风机吹人的适量二次风在炉膛内旋转并在第二燃烧区入口处形成风幕，与从热解区和中段燃烧区上来的高温烟气充分混合，保证了可燃气体的完全充分燃烧。在无需燃烧器助燃的情况下，第二燃烧区的温度可以有效控制在11000C以上。第二燃烧区炉膛体积很大，高温烟气在此区域有足够的停留时间(大于2秒)。在二次风进风管路上，安装了中和剂自动加入器，加入的中和剂被二次风吹入炉内，与第一燃烧区热解燃烧时产生的酸性气体在此处充分混合、反应并随烟气进入尾气处理系统中。从而实现了酸性气体的炉内中和，大大降低了尾气中酸性气体的含量，减轻了对系统的腐蚀。
(4)热能回收区。热能回收区由锅炉管束和空气预热器等组成。它可以回收物料燃烧产生的热能，同时也可以保证出口烟气的降温时间小于 1秒，有效控制了二恶英类物质的再形成。锅炉管束由上下锅筒和受热面管子构成，为了保证烟气速度在合理的范围之内，将锅炉管束的烟气分为三个流程。空气预热器采用立式管式结构，烟气在管内纵向冲刷，分为2个行程；空气在管外横向冲刷，分为4个行程。
3 焚烧炉性能参数
焚烧炉的主要性能参数见表1。
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4 医疗垃圾焚烧炉的系统
医疗垃圾焚烧系统流程见图2。烟气净化处理系统主要由炉内中和剂加入器、活性炭吸附器、布袋除尘器、消石灰加入器、中和反应塔及相关的设施所组成。系统各装置中产生的灰泥通过各自的自动冲灰装置送入灰泥贮池。灰水经分离后回用，实现了系统污水的“零”排放。
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此外，还布置有自动控制及监视系统。主要包括：配电柜、控制柜、PLC、触摸屏、工控机、操作台、传感器、传动机构、摄像头和监视器等。本监控系统采用分级式布置，系统由现场采集站和主控机构成。现场站负责现场热工、电量参数的采集与控制，控制机完成数据的维护及管理。整个系统在废物处理过程中自动封闭运行。
5 焚烧系统中的环保措施
为了降低医疗垃圾和危险废物处理过程中的环境污染和焚烧后烟气对环境的污染，在焚烧系统中采用了若干环保措施。
(1)二恶英控制。一般来说，二恶英的控制技术大体可分为过程控制和末端控制两种。本热解废物焚烧处理机组在控制二恶英排放上除了采用急冷和尾部吸附等常规技术之外，还采用了燃烧过程控制技术和炉内喷人碱性抑制剂的控制技术。由于本炉独特的绝热燃烧和合理布风，废物在炉内高温条件下燃烧稳定、充分，大大减少了二恶英类物质的生成量，通过二次风喷人的碱性抑制剂不仅可以在炉内中和酸性气体，同时也对二恶英的形成具有很好的抑制作用。通过余热回收和空气预热器的双重冷却，可以保证尾气在600— 240℃的降温时间小于1秒，尾气处理系统中活性炭吸附器与布袋式除尘器相联，对二恶英也具有较高的捕集效率。上述技术的综合应用可以完全保证二恶英类污染物的排放远低于国家标准。
(2)NOx控制。医疗垃圾焚烧处理厂排放的气体中，氮化物主要以N02、NO二种形式存在。 N02、NO的生成，一是垃圾中所含各种含氮成分在燃烧时与氧气化合生成，二是空气中所含氮气在高温下氧化生成NOx。去除NOx的方法虽然很多，但最合理的方法通过燃烧中采取的措施，从根本上抑制NOx的生成。本系统中通过分级燃烧 (限制一次助燃空气量，其他空气以二次风的形式给人)以控制燃烧过程中NOx的产生量。
(3)CO的控制。由于主燃烧室中的限氧燃烧，可能导致烟道气中CO含量增高，为解决这一问题，可在二次燃烧室送人二次空气与烟气混合，使CO燃烧。
(4)烟尘的净化。为去除尾气中的烟尘，系统中采用了布袋除尘器。这种除尘器除尘效率高，对二恶英等有害气体的脱除也有效果。
(5)烟气净化。烟气中的硫化物、氯化物、氮化物等污染物质一般通过湿式净化法去除，其有害气体去除率可达95％以上。本系统在除尘器后面设一洗涤塔，由塔顶喷淋碱性溶液，当烟气自下而上通过洗涤塔时，酸性气体被碱液吸收，废液经沉淀后可循环使用。
(6)渗滤液处理。医疗垃基渗滤液具有成份复杂，有毒有害物质含量高，对环境危害大，难于处理等特点，而成为污染治理的一大难题。本系统中运来的医疗垃圾尽量密封，且不在处理厂停放，以尽量减少渗滤液。产生的少量渗滤液可进行搜集，定时或不定时地喷人炉内焚烧处理。
(7)垃圾储存场臭气去除。垃圾场臭气治理也是一大环境难题，如处理不当，将对周边环境会带来严重危害。本系统中，焚烧炉一次风来自垃圾贮池，含臭空气从垃圾贮池进入空气预热器，加热后再送入焚烧炉底部，使垃圾贮存池形成微负压状态，产生的臭气不会外溢。
6 设计工况下的热力计算结果
医疗垃圾和柴油特性见表1。热平衡计算结果见表2；主要热力计算结果见表3。
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7 结语
(1)处理量为1t／h的医疗垃圾焚烧炉采用垅型往复推动炉排，整体呈卧式结构，分为供风区、第一燃烧区、第二燃烧区、热能回收区等。
(2)医疗垃圾焚烧系统包括垃圾储存间、给料系统、烟气净化系统、点火助燃系统、除渣系统等。
(3)为了降低医疗垃圾和危险废物处理过程中的环境污染和焚烧后烟气对环境的污染，在焚烧系统中采用了若干二恶英控制、NOx控制、CO 的控制、烟尘的净化、烟气净化、渗滤液处理、垃圾储存场臭气去除等环保措施。
(4)处理量为lt／h的医疗垃圾焚烧炉设计热效率60．cr7％，总有效利用热量968kW，排烟温度 194℃。
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