采用熱等離子體系統(tǒng)處理醫(yī)療垃圾

1、第 37卷第 1期 2006年 1月 鍋 爐 技 術(shù)BOIL ER TECHNOLO GYVol. 37, No. 1Jan. ,2006 收稿日期 :20050417; 修回日期 :20050520作者簡(jiǎn)介 :王建偉 (1972 , 男 , 深圳清華大學(xué)研究院博士后 , 主要研究方向?yàn)槔幚砗蜔煔鈨艋?文章編號(hào) : CN311508(2006 01006304采用熱等離子體系統(tǒng)處理醫(yī)療垃圾王建偉 , 楊 建 , 李榮先(深圳清華大學(xué)研究院 , 廣東 深圳 518057關(guān)鍵詞 : 熱等離子體系統(tǒng) ; 醫(yī)療垃圾 ; 改進(jìn)摘 要 : 傳統(tǒng)的垃圾焚燒爐焚燒溫度低 , 因產(chǎn)生大量二惡英而被新一代垃

2、圾處理裝置取代 。等離子體垃圾 處理爐的處理溫度高達(dá) 3000 30000 , 可將垃圾中包括二惡英在內(nèi)的所有有機(jī)成分在幾毫秒的時(shí)間內(nèi) 徹底分解 , 小分子產(chǎn)物進(jìn)入二燃室高溫燃盡 。 RITS 設(shè)計(jì)完成的用于醫(yī)療垃圾處理的等離子體爐包括垃圾自 動(dòng)上料裝置 、 等離子發(fā)生器系統(tǒng) 、 主爐 、 尾氣處理系統(tǒng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)共 5部分 。 相比 IN ER , 改進(jìn)后的 RITS 等離子爐在節(jié)能 、 脫氮 、 降低爐墻厚度及提高啟停速度等方面的性能有了更大地提高 。 中圖分類號(hào) : X 705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : B1 前 言 、 , , 產(chǎn)生的二惡英對(duì)環(huán)境的危害極 大 , 世界各國(guó)紛紛禁用此類傳統(tǒng)的垃圾

3、焚燒技 術(shù) , 目前及在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái) , 對(duì)垃圾處理替代技 術(shù)的發(fā)展需求十分迫切 。等離子體爐把垃圾高 溫?zé)峤?、 燃燒和灰渣在 1400 以上熔融的 2個(gè) 過(guò)程結(jié)合起來(lái) , 不但可以處理城市固體垃圾 , 而 且還能夠有效地處理傳統(tǒng)垃圾焚燒爐不能處理 的石棉 、 低輻射核廢棄物 、 多氯聯(lián)苯 (PCBS 、 醫(yī) 療廢物等特種垃圾 , 并能夠扼制二惡英類毒性物 的形成 。 熔融玻璃體無(wú)害 , 并可被再生利用 13, 同時(shí)能最大限度地實(shí)現(xiàn)垃圾減容 、 減量 , 因而在 特種垃圾處理領(lǐng)域應(yīng)用前景十分看好 。深圳清 華大學(xué)研究院借鑒了臺(tái)灣原子能研究所 (IN ER 設(shè)計(jì)的用于處理低輻射性廢物等離子體垃

4、圾處 理裝置的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 45, 并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改 進(jìn) , 開發(fā)出了性能先進(jìn)的等離子體醫(yī)療特種垃圾 處理系統(tǒng) 。2 等離子體固體垃圾處理流程 如圖 1所示 , 從各處收集來(lái)的醫(yī)療垃圾通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)車運(yùn)至處理場(chǎng) , 垃圾通過(guò)負(fù)壓投料裝置進(jìn)入 處理爐的主燃燒室 , 在主燃燒室內(nèi) , 等離子槍噴 出溫度高達(dá) 3000 6000 的高溫等離子氣 , 從而使得垃圾高溫?zé)峤?, 熱解后的殘?jiān)廴诔珊诓Ａw ; 熱解產(chǎn)生的可燃 氣體進(jìn)入二次燃燒室充分燃燒 , 生成 1100 1200 的高溫?zé)煔?, 從二次燃燒室出來(lái)的高溫 煙氣經(jīng)過(guò)換熱器降溫至 600 后進(jìn)入堿液噴淋 塔除去硫氧化物 、 氯氣 、 氯化氫氣體

5、, 并急冷至 150 200 ,除塵后進(jìn)入活性焦吸附塔脫除 氮氧化物 , 凈化后的煙氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)抽吸進(jìn)入排 氣筒進(jìn)入大氣 。 在排氣筒布置永久采樣孔 , 用來(lái) 監(jiān)測(cè)污染氣體 、 氧氣 、 一氧化碳以及煙塵的濃度 , 并輸入電腦保存 。圖 1 垃圾處理流程圖3 等離子發(fā)生器組成 、 原理及性能 非轉(zhuǎn)移弧直流等離子發(fā)生器是等離子體垃圾 處理裝置的核心技術(shù)之一。 圖 2是管狀電極等離 子發(fā)生器的原理示意圖。 它主要由控制臺(tái)、 連接管 路、 高頻逆變開關(guān)電源、 陰極和陽(yáng)極、 弧室、 工作氣 體、 保護(hù)氣體噴射控制裝置及必要的去離子水冷卻鍋 爐 技 術(shù) 第 37卷裝置組成。 陰、 陽(yáng)極均為黃銅材料的管狀

6、電極 , 陰極和陽(yáng)極之間采用絕緣材料分開 , 保護(hù)氣體及工作 氣體從切向噴入 , 在弧室內(nèi)形成旋流 , 配合磁力線 圈的作用 , 使電弧的弧根在電極內(nèi)壁上高速自旋 , 這是提高等離子體電極使用壽命的關(guān)鍵。 從切向 進(jìn)氣口噴入的工作氣體旋轉(zhuǎn)流過(guò)電弧后即被電離成為高溫等離子體射流。 圖 2 空氣電極等離子體發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖 生器 , ;( ;保護(hù)氣體 :氮?dú)?(配保護(hù)氣送氣裝置及送氣 管道 、 氣體流量計(jì) ;冷卻 :去離子水 ;電極壽命 :陰極 :>250h 陽(yáng)極 :>500h ; 電源 :高頻逆變開關(guān)電源 , 功率 :30kW 60kW ;電熱轉(zhuǎn)換效率 :>90%。4 主爐及附

7、件 在借鑒 IN ER 設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上 , 圖 3是深圳清華大學(xué)研究院 (RITS 改進(jìn)后自主開發(fā)的等 離子體醫(yī)療特種垃圾處理主爐的主 、 側(cè)視圖 。主 爐主要包括主燃燒室 、 二次燃燒室 、 垃圾簡(jiǎn)易破 碎裝置 、 雙自動(dòng)門連鎖控制裝置 、 出渣裝置以及 二燃室沉淀灰排出裝置共 6部分組成 。等離子 氣按一定角度噴向主燃燒室 , 主燃燒室設(shè)計(jì)溫度 在 1600 以上 , 二燃室溫度控制在 1100 1200 之間 ,2燃燒室之間的轉(zhuǎn)折煙道采用了 強(qiáng)化紊流的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) , 可保證二次空氣和熱解氣 體充分地混合 , 過(guò)量空氣系數(shù)取為 1. 6時(shí) , 排煙 中干煙氣含氧量可達(dá) 8%以上 ; 垃圾簡(jiǎn)

8、易破碎裝 置采用變頻控制的雙螺旋進(jìn)料裝置 , 該裝置的主 , 防止其; 個(gè)關(guān)閉 , 以免因主燃燒室的負(fù)壓而吸 入過(guò)量空氣 , 自動(dòng)門采用了特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) , 保 證其自動(dòng)密封性良好 , 可防漏氣 、 防磨 、 防卡塞 。 其中 , 下自動(dòng)門還敷設(shè)了耐火材料 , 可耐高溫 ; 采 用沖水出渣方式 , 高溫爐渣落入水中被激冷破碎 成小顆粒狀后直接沖出 , 這種渣經(jīng)權(quán)威檢測(cè) , 證 明其泄露性極低 , 無(wú)害 , 還因其強(qiáng)度優(yōu)良 , 可被用 做鋪路石等建材 , 渣的成分如表 113; 二燃室減 少二惡英生成的另一個(gè)措施是煙氣保持在高溫 的時(shí)間達(dá) 2s 以上 。因此 , 煙氣在二燃室的流速 較低 , 長(zhǎng)

9、時(shí)間運(yùn)行后容易在底部產(chǎn)生灰沉淀 , 需 要定期清出 。對(duì)二燃室底部采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) , 大部分的沉淀灰能得到及時(shí)地清理。 圖 3 RITS 等離子體裝置主爐的主 、 側(cè)視圖46第 1期 王建偉 , 等 :采用熱等離子體系統(tǒng)處理醫(yī)療垃圾表 1 玻璃化熔融渣的成分 (干 項(xiàng) 目 數(shù) 值 單 位 SiO 240. 8% Al 2O 320. 4% CaO 13. 7% MgO 1. 97% Fe 2O 36. 4% Cu 0. 08% Na 2. 89% K 0. 89% Cl 0. 07% S 0. 004% T -C <0. 1% T -Hg 0. 0084mg/kg Pb 140mg

10、/kg Zn 1800mg/kg As <1mg/kg T -Cr mg/ Se 2kg Cd 2mg/kg 另外 , 相比 IN ER 的設(shè)計(jì)方案 , 本設(shè)計(jì)對(duì)爐 墻的結(jié)構(gòu)和隔熱保溫材料進(jìn)行了改進(jìn) , 數(shù)據(jù)表 明 , 改進(jìn)后的主爐完全能夠滿足爐墻外表面溫度 <50 的國(guó)際要求 , 爐子的升降溫度提高了 20 %以上 , 還實(shí)現(xiàn)了 6%以上的節(jié)能 , 這一點(diǎn)對(duì)于 以電耗為主的等離子爐而言具有很高的經(jīng)濟(jì)和 實(shí)用價(jià)值 。5 尾氣處理工藝 脫氮是采用空氣作為工作氣體的等離子體 裝置尾氣處理工藝中很重要的一部分 。為了避 免二惡英的再次合成 , 高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)噴水急冷 在 1s 內(nèi)下降到 2

11、00 以下 , 常用的脫氮工藝 中 , SCR 的最佳反應(yīng)溫度為 370 , 要應(yīng)用該 工藝需要對(duì)煙氣進(jìn)行再熱 ; SNCR 的反應(yīng)窗口 為 900 1100 , 在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中 , 要 控制負(fù)荷變化較大的焚燒爐的脫氮反應(yīng)一直處 于這樣窄的溫度窗口內(nèi)是很困難的 , 而且易發(fā) 生氨過(guò)量 6; 其他的脫氮工藝 , 如濕式絡(luò)合吸收 法 、 生物 法等目 前還 不是很 成熟 。顯 然 , 常 用 的脫氮技術(shù)應(yīng)用于垃圾焚燒爐時(shí)都存在著溫度 參數(shù)不合適的共同缺點(diǎn) , 即使有個(gè)別溫度區(qū)間 合適的 , 但脫氮效率也太 低 , 根 本達(dá) 不到排 放 要求 ?；钚越箲?yīng)用于氣體的凈化時(shí) , 在排煙溫度窗 口 1

12、00 200 時(shí)注入 N H 3的情況下 , 能夠?qū)?現(xiàn)高效的聯(lián)合脫硫脫氮 , 同時(shí)還可以吸附脫除重 金屬 、 二惡英等一切有害物質(zhì)、 ,、 高 NO x 含 , 由于聯(lián)合脫硫時(shí)解吸過(guò)程比 較復(fù)雜 , 而且增大了使用成本 , 因此在 RITS 工藝 中活性焦吸附塔主要用于脫氮 。RITS 設(shè)計(jì)的脫氮分為 2級(jí) , 即一級(jí) SNCR 粗脫氮 +活性焦吸附精脫氮 。在煙道布置簡(jiǎn)易 SNCR 粗脫氮段可粗脫 30%以上的 NO x 。吸附 塔采用 2層疊放 , 一層吸附時(shí)另一層采用 350 的氨再生 , 再生氣直接通入堿液池 , 其中的少量 有害氣體 , 如 SO 2等被堿液吸收 ?；钚越菇?jīng)過(guò)金 屬

13、氧化物催化劑改性處理 , 脫氮性能有了很大提 高 。 最終凈化后的煙氣各項(xiàng)污染物含量遠(yuǎn)低于 國(guó)家規(guī)定的排放限值 。6 自動(dòng)控制系統(tǒng) 系統(tǒng)采用 PL C 自動(dòng)控制 、 Windows 操作界 面 。 污染物排放監(jiān)測(cè)參數(shù)如表 2所示 。煙氣分 析儀配 48個(gè)探頭 , RS232接口將測(cè)量數(shù)據(jù)上 傳至計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存 。表 2 監(jiān)測(cè)記錄參數(shù) 、 所用儀器及要求監(jiān)測(cè)方式 檢測(cè)種類 使用儀器或方法 國(guó)際要求在線連續(xù) 季度采樣煙塵 煙塵濃度測(cè)量?jī)xNO 、 NO 2、 O 2、 CO 、 SO 2煙氣分析儀配 5個(gè)探頭煙氣黑度 黑度儀HCL 、 HF 煙氣采樣器重金屬及其化合物 參考 G B 1912822003

14、G B 1912822003 G B 1848422001 56鍋 爐 技 術(shù) 第 37卷(續(xù)表 2監(jiān)測(cè)方式 檢測(cè)種類 使用儀器或方法 國(guó)際要求在線連續(xù)監(jiān)測(cè)自動(dòng)送料電視監(jiān)測(cè) 工業(yè)電視檢測(cè)設(shè)備 備選設(shè)備 主燃燒室出口 、 二燃室出口溫度 鉑銠 30 鉑銠 6熱電偶 G B 1912822003排煙溫度爐體表面溫度銅 /康銅鎧裝熱電偶 150 50 爐膛氣壓 壓力表或煙氣分析儀 保持負(fù)壓7 結(jié)論及展望 本文簡(jiǎn)要介紹了 RITS 研制的等離子體醫(yī)療 垃圾處理裝置的工藝流程 , 在國(guó)內(nèi)首次公開了該 種類型處理裝置的設(shè)計(jì)方案 。 RITS 等離子垃圾 處理裝置的測(cè)試結(jié)果表明 :(1 通過(guò)采用等離子體高溫

15、分解 、 強(qiáng)化紊流 混合 、 保證煙氣在二燃室停留 2s噴水急冷處理相結(jié)合 ,以干凈 、 ,。(2行合理的配合 , 可以實(shí)現(xiàn)比 IN ER 等離子體爐更 小的爐墻厚度 , 同時(shí)達(dá)到更低的輻射散熱損失和 更快的啟停速度 , 爐墻外表面溫度也低于 50 。 (3 對(duì)高 NO x 含量的尾氣可以通過(guò) SNCR 粗脫氮 +活性焦吸附精脫氮 2級(jí)組合的方式來(lái) 處理 , 飽和后的活性焦采用高溫氨再生的工藝進(jìn) 行脫附 。另外 , RITS 用 于 醫(yī) 療 垃 圾 集 中 處 理 的 5 t/日垃圾處理量的等離子體裝置也已經(jīng)完成方案 設(shè)計(jì) 。參考文獻(xiàn) :1Krystyna Cedzynska , Zbigni

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