5T/d處理規(guī)模的醫(yī)療廢物熱解焚燒系統(tǒng)總體工藝設(shè)計(jì)

Abstract: Based on an example of Weinan Medical Waste Centrlized Dispoal Engineering(stage 1), a 5t/d medical waste pyrolytic incineration system technique design were introduced,including diposal process,the treatment of the waste remains after disposal.We discuss design technology on medical waste pyrolytic incineration system used in small and media-sized cities. 
Key words: Medical waste; pyrolytic incineration;Technological design 
醫(yī)療廢物是指各類(lèi)醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)在醫(yī)療、預(yù)防、保健、教學(xué)、科研以及其他相關(guān)活動(dòng)中產(chǎn)生的具有直接或間接感染性、毒性以及其他危險(xiǎn)性的廢物[1]，如不妥善安置將嚴(yán)重危害環(huán)境和人體健康。國(guó)家環(huán)保總局先后制定了《全國(guó)危險(xiǎn)廢物和醫(yī)療廢物處置設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》和《危險(xiǎn)廢物和醫(yī)療廢物處置設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目復(fù)核大綱（試行）》。根據(jù)該規(guī)劃和大綱[2] [3]要求，對(duì)渭南市醫(yī)療廢物集中處置（一期）工程進(jìn)行了設(shè)計(jì)，該工程分兩個(gè)子項(xiàng)：1）醫(yī)療廢物收集運(yùn)輸系統(tǒng)；2）焚燒處理系統(tǒng)。工程處理規(guī)模5t/d，總投資1528.5萬(wàn)元，其中焚燒系統(tǒng)投資額593.38萬(wàn)元，工程將于2006年年底建成。本文著重介紹焚燒系統(tǒng)總體工藝設(shè)計(jì)。 
1 渭南市醫(yī)療廢物現(xiàn)狀 
1．1 渭南市概況 
渭南市位于陜西省關(guān)中平原東部，距西安市56km，轄一區(qū)、兩市、八縣，2004年底市域總?cè)丝?30.8萬(wàn)人，城市人口30萬(wàn)人。 
該區(qū)域?qū)贉嘏瘞О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫13.5℃， 年平均相對(duì)濕度70～85%，年平均降雨量：577.4mm。 
1．2 渭南市醫(yī)療廢物處理現(xiàn)狀及其成分 
全市共有醫(yī)療機(jī)構(gòu)385家，病床11565余張，據(jù)統(tǒng)計(jì)日產(chǎn)醫(yī)療廢物約4.5噸。僅少數(shù)幾家醫(yī)療機(jī)構(gòu)配備焚燒設(shè)備，且難以達(dá)標(biāo)排放，二次污染嚴(yán)重；部分醫(yī)療廢物混入生活垃圾進(jìn)入生活垃圾填埋場(chǎng)。 
根據(jù)當(dāng)?shù)蒯t(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)的調(diào)查，醫(yī)療廢物主要來(lái)自手術(shù)廢物、用過(guò)和污染的材料、檢驗(yàn)標(biāo)本、醫(yī)療器材、病人在住院和門(mén)診期間產(chǎn)生的生活垃圾等，醫(yī)療廢物成分見(jiàn)表1和表2。 
表1 醫(yī)療廢物成分分析表 


表2 醫(yī)療廢物可燃物性質(zhì)分析


2 醫(yī)療廢物處理規(guī)模的確定 
經(jīng)過(guò)分類(lèi)收集的醫(yī)療廢物通過(guò)收運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)入焚燒廠處置。經(jīng)計(jì)算，預(yù)測(cè)2010年醫(yī)療廢物產(chǎn)量為4.92t/d，2015年為12.5t/d，2020年為14.49t/d。一般地，醫(yī)療廢物產(chǎn)量相對(duì)平穩(wěn)，但出現(xiàn)重大疫情時(shí)，疑似病人的生活垃圾也視為醫(yī)療廢物，因此應(yīng)考慮焚燒處置能力的冗余[4]。確定本工程設(shè)計(jì)處理規(guī)模為5t/d。 
3 熱解焚燒系統(tǒng)總體工藝設(shè)計(jì) 
3．1 技術(shù)路線的確定 
醫(yī)療廢物處置工藝主要有回轉(zhuǎn)窯焚燒、熱解焚燒、蒸汽滅菌以及微波消毒等，對(duì)小于10t/d，優(yōu)先采用連續(xù)熱解焚燒爐、高溫蒸煮等工藝[5]。熱解焚燒在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多，技術(shù)成熟，價(jià)格較低，本工程采用熱解焚燒工藝。 
熱解焚燒工藝常用爐型有豎式連續(xù)燃料焚燒爐、AB干餾氣化亞熔融式熱解爐和臥式連續(xù)多階控氧熱解爐。豎式連續(xù)燃料焚燒爐價(jià)格相對(duì)于其他兩種爐型，具有價(jià)格低、電耗量及柴油耗量較低的優(yōu)點(diǎn)，本工程選用豎式焚燒爐。 
3．2 熱解焚燒系統(tǒng)總體工藝 
3．2．1 工藝流程 
工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1 


圖1 熱解焚燒工藝流程簡(jiǎn)圖 
3．2．2 加料系統(tǒng) 
焚燒爐的加料采用連續(xù)批式、密閉和負(fù)壓方式。加料筒有效內(nèi)徑為900×900mm。雙層密封門(mén)的閘板連鎖控制，加料過(guò)程中始終有一道閘板處于關(guān)閉狀態(tài)，防止有害氣體溢出。加料間隔時(shí)間約10～20分鐘（約75kg/批次）。 
3．2．3 焚燒系統(tǒng) 
焚燒設(shè)備由廢物熱解爐、預(yù)混器、二燃室、排渣系統(tǒng)組成。 
熱解爐為立式雙層活動(dòng)式爐排結(jié)構(gòu)。設(shè)備尺寸為：外徑2076mm，內(nèi)徑1500mm，總高6300mm。主體材質(zhì)為不銹鋼，爐體可保證年運(yùn)行時(shí)間大于8000小時(shí)，使用壽命大于15年。 
預(yù)混器為夾套圓筒狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)擾流板，外徑620mm，內(nèi)徑450mm，總長(zhǎng)1016mm，主體材質(zhì)為不銹鋼，保溫材料為硅酸鋁纖維。 
二燃室為立式爐，截面積0.79㎡，高度4.4m，外徑1666mm，總高度5010mm，外殼為碳鋼材質(zhì)，內(nèi)襯高鋁耐火材料，厚度300mm,最高耐火溫度為1500～1600℃，保溫材料為硅酸鋁纖維。 
通過(guò)熱解爐上部的加料裝置將醫(yī)療廢物加到爐排上，輕油燃燒器點(diǎn)燃醫(yī)療廢物，醫(yī)療廢物受熱開(kāi)始進(jìn)行熱解反應(yīng)變成熱解焦和熱解氣，熱解焦通過(guò)上爐排的動(dòng)作落到下?tīng)t排上，與受控的一次風(fēng)進(jìn)行“表面燃燒”反應(yīng)，燃燼的殘?jiān)谙聽(tīng)t排動(dòng)作落到排灰閥，然后定時(shí)卸下排出。熱解氣經(jīng)過(guò)料層由熱解爐上部引入預(yù)混器中預(yù)先與預(yù)熱的二次風(fēng)（180～230℃）充分混合，然后再噴入二燃室中高溫預(yù)混焚燒，二燃室排出的煙氣進(jìn)入后續(xù)的煙氣冷卻和煙氣凈化系統(tǒng)。

這種雙層活動(dòng)爐排的熱解爐的特點(diǎn)是： 
1）、兩個(gè)爐排各盡其責(zé)，干燥層、熱解層、燒焦層、灰層基本維持在一個(gè)穩(wěn)定的厚度范圍，使熱解爐各層的溫度和阻力更加穩(wěn)定、系統(tǒng)運(yùn)行更加平穩(wěn)。 
2）、通過(guò)控制一次風(fēng)的供應(yīng)量使廢物熱解和燒焦速度受控，進(jìn)而使二燃室處于受控狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自熱式熱解焚燒。熱解爐下?tīng)t排燒焦釋放的熱量全部貢獻(xiàn)于上爐排廢物熱解，同時(shí)燒焦過(guò)程又消耗掉一次風(fēng)中的大部分O2，使得熱解爐中廢物處于中溫底氧的還原環(huán)境，有利于廢物的熱解。另外，熱解氣首先與熱的二次風(fēng)充分混合后再進(jìn)入二燃室中進(jìn)行預(yù)混燃燒，一方面燃燒完全，另一方面可使大部分燃燒熱貢獻(xiàn)在二燃室中，可以在不供或少供助燃油的情況下滿足二燃室內(nèi)≥850℃的技術(shù)要求。 
3．2．4 焚燒爐助燃系統(tǒng) 
助燃系統(tǒng)由油罐、油泵和燃燒器組成，作用是焚燒爐點(diǎn)火啟動(dòng)和輔助爐膛升溫（當(dāng)廢物熱值較低不能維持自身燃燒時(shí)）。本設(shè)計(jì)中的燃燒器具有以下特點(diǎn)： 
1）、有全自動(dòng)管理燃燒程序、火焰檢測(cè)、自動(dòng)判斷與提示故障等功能； 
2）、出口油壓穩(wěn)定，燃燒均勻充分、無(wú)煙怠； 
3）、根據(jù)焚燒爐設(shè)定溫度進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。 
3．2．5 煙氣冷卻 
焚燒爐排出的煙氣溫度高達(dá)1000℃左右，在進(jìn)入煙氣凈化系統(tǒng)之前需進(jìn)行冷卻。冷卻系統(tǒng)由氣水換熱器、空冷器、噴水急冷塔組成。氣水換熱器和空冷器用于高溫段煙氣冷卻，氣水換熱器產(chǎn)生的熱水可供淋浴使用，同時(shí)空冷器將助燃空氣加熱到200-300℃左右再送入焚燒爐，以降低助燃油消耗量。噴水急冷塔為液體霧化直接換熱形式，霧化介質(zhì)為5％NaOH溶液，主要用于中溫段（200～600℃）煙氣冷卻。本工程采用雙流式壓縮空氣霧化噴嘴，將NaOH溶液霧化成20μm左右的霧滴，可在1s內(nèi)將煙氣由600℃降至200℃，快速冷卻的同時(shí)避免了冷卻液的過(guò)量冷凝，減少?gòu)U液的產(chǎn)生。 
3．2．6 煙氣凈化 
本設(shè)計(jì)采用先干式除塵、后濕式吸收的煙氣凈化路線。煙氣先進(jìn)入高溫袋濾器（袋濾器前噴入粉狀活性炭），再通過(guò)活性炭吸附床，最后進(jìn)入吸收塔。為保證袋濾器溫度保持在煙氣露點(diǎn)20℃以上（即160～200℃）工作，采用袋濾器溫度與噴水急冷塔中冷卻液電動(dòng)調(diào)節(jié)閥連鎖閉環(huán)自動(dòng)控制方案，即袋濾器溫度變化時(shí)控制程序可自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻堿液的供應(yīng)量。袋濾器壓差與反吹控制儀連鎖閉環(huán)控制，當(dāng)壓差到達(dá)設(shè)定的上限時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)反吹控制可進(jìn)行袋濾器的反吹清灰操作。吸收塔噴淋密度為35m3/m2.h，以NaOH為吸收液。 
3．2．7 飛灰、廢活性炭、廢渣、廢液和污泥處置 
飛灰屬于危險(xiǎn)廢物，經(jīng)固化處理后運(yùn)至陜西省危險(xiǎn)廢物處理中心（建于咸陽(yáng)市）進(jìn)行處置。 
吸收煙氣后的廢活性炭含二惡英和重金屬等物質(zhì)，送入焚燒爐高溫焚燒。 
廢物焚燒后排出的廢渣含有重金屬，經(jīng)固化送省危險(xiǎn)廢物處理中心。 
生產(chǎn)廢水(主要為洗車(chē)、洗周轉(zhuǎn)箱的廢水)處理后產(chǎn)生的污泥含有致病污染物，經(jīng)脫水送入焚燒爐焚燒。 
吸收塔的廢吸收廢液中含有大量重金屬，送省危險(xiǎn)廢物處理中心處置。 
經(jīng)計(jì)算，每日焚燒過(guò)程產(chǎn)生固體飛灰86.4kg、廢活性炭3.0kg、廢渣300kg、廢堿液34.6kg、污泥19.2kg。 3．2．8 自動(dòng)控制系統(tǒng) 
本工程設(shè)置必要的電氣控制、參數(shù)測(cè)量和顯示系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)中央控制室的集中監(jiān)測(cè)和操作現(xiàn)場(chǎng)的分散控制。采用微型工業(yè)控制機(jī)和PLC組成的集散控制系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)的測(cè)控。 
自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括操作站(OS)、控制站(CS)和通訊網(wǎng)絡(luò)。焚燒爐控制站由兩套PLC控制站組成，擁有強(qiáng)大的模擬量與開(kāi)關(guān)量處理能力以及功能強(qiáng)大的協(xié)議轉(zhuǎn)換接口，具有全智能化和任意冗余配置功能。操作站設(shè)2臺(tái)，具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理及報(bào)表打印等功能，能提供流程圖畫(huà)面、控制分組畫(huà)面、趨勢(shì)圖畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面的顯示。 
4 焚燒中對(duì)焦油凝結(jié)的處理措施 
焦油凝結(jié)是廢物焚燒過(guò)程中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一，廢物熱解產(chǎn)物中含有的焦油成分在燃燒中會(huì)產(chǎn)生冷凝現(xiàn)象，影響焚燒效果并堵塞預(yù)混器、氣水換熱器、空冷器等設(shè)備。本設(shè)計(jì)采取以下措施抑制焦油產(chǎn)生： 
1）、預(yù)熱到250℃左右的熱空氣沿切向進(jìn)風(fēng)方，盡量隔阻熱解氣與預(yù)混器的接觸，減少熱解氣中焦油霧在預(yù)混器內(nèi)壁的凝結(jié)； 
2）、將二燃室的輕油燃燒器的噴嘴設(shè)置在熱解氣噴入口的附近，使熱解氣進(jìn)入二燃室后立即接觸到局部高溫、富氧的環(huán)境，使焦油成分充分燃燒。 
5 結(jié)束語(yǔ)醫(yī)療廢物集中處置工程在我國(guó)各大城市已開(kāi)始籌建，對(duì)于中小城市而言，選擇合理的工藝和先進(jìn)的設(shè)備，可有效提高醫(yī)療廢物處理效果、降低工程造價(jià)以及便于日后的管理維護(hù)。 
6 參考文獻(xiàn) 
[1] 醫(yī)療廢物管理?xiàng)l例.中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院令380號(hào).2003 
[2] 《全國(guó)危險(xiǎn)廢物和醫(yī)療廢物處置設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》.國(guó)家環(huán)保總局185號(hào).2003 
[3] 《危險(xiǎn)廢物和醫(yī)療廢物處置設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目復(fù)核大綱（試行）》. 國(guó)家環(huán)保總局、國(guó)家環(huán)保總局環(huán)境規(guī)劃院.環(huán)辦54號(hào).2004 
[4] 《醫(yī)療廢物集中焚燒處置工程建設(shè)技術(shù)要求（試行）》. 國(guó)家環(huán)保總局15號(hào).2004 

作者簡(jiǎn)介：崔寧（1971—），工程師。長(zhǎng)期從事環(huán)境工程研究、城市基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃和設(shè)計(jì)管理工作。已發(fā)表論文數(shù)篇。