回轉(zhuǎn)窯式醫(yī)療廢棄物焚燒處置系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用
摘要：概述了當(dāng)前醫(yī)療廢物處理的重要性及其常用的處置方法，介紹一種適用于醫(yī)療廢棄物處置的回轉(zhuǎn)窯式焚燒工藝。從回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、整個(gè)處置系統(tǒng)的工藝流程特點(diǎn)及其排放指標(biāo)的測試等三個(gè)方面詳細(xì)闡述了回轉(zhuǎn)窯式焚燒處置系統(tǒng)尤其適合醫(yī)療廢物的處置，并有著廣闊的應(yīng)用前景。
0概述
醫(yī)療廢物是一種影響廣泛、危害極大的特殊危險(xiǎn)廢棄物。這些比普通垃圾帶菌量高出成百、上千倍的醫(yī)療廢物，不僅含有大量的細(xì)菌病毒，還具有空間污染、急性傳染和潛伏性傳染的特征，如果不對其進(jìn)行嚴(yán)格的處理，就會造成疾病傳播，污染環(huán)境，嚴(yán)重危害人民的健康。目前各國政府越來越高度重視醫(yī)療廢物的管理與處置，我國也相繼出臺和完善了一系列有關(guān)醫(yī)廢處置的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，對全國醫(yī)療廢物的處置進(jìn)行了統(tǒng)籌規(guī)劃，建立和完善了醫(yī)療廢物全過程監(jiān)管體系，并要求采用先進(jìn)實(shí)用、成熟可靠技術(shù)，切實(shí)實(shí)現(xiàn)醫(yī)療廢物的安全處置，以確保人民身體健康和環(huán)境安全。
目前國內(nèi)外已有多種技術(shù)可用于醫(yī)療廢物的最終處置，如高溫焚燒（回轉(zhuǎn)窯焚燒爐、熱解焚燒爐、等離子體焚燒以及爐排爐等）、化學(xué)消毒、高溫高壓蒸汽滅菌、電磁波滅菌、衛(wèi)生填埋等等。
這些處置技術(shù)除高溫焚燒外都或多或少存在一些不足，如化學(xué)消毒不能處理揮發(fā)性有機(jī)化合物，化學(xué)藥劑等，消毒效果難以保證，且產(chǎn)生的有毒廢液容易造成二次污染；高溫高壓蒸汽消毒不能用于處理低放射性的、有機(jī)溶劑、化療的、藥理的和病理的廢棄物，且處理規(guī)模；電磁波滅菌不適于病理方面的廢物處理；衛(wèi)生填埋存在較大后患，有害物質(zhì)容易泄漏造成環(huán)境二次污染等。而高溫焚燒具有對醫(yī)療廢物適用范圍廣、廢物處理不需分揀和破碎、消毒殺菌徹底、使廢物中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物、通過改善燃燒狀態(tài)和嚴(yán)格的尾氣凈化，保證處理過程產(chǎn)生的二次污染物控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，處理后的廢物減容減量比大、有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范齊全、技術(shù)成熟、安全可靠等多方面的優(yōu)點(diǎn)。在目前所有可行的醫(yī)廢處置技術(shù)中,高溫焚燒已成為當(dāng)今醫(yī)療廢物處理領(lǐng)域的主流技術(shù)，并且成為世界各國處理醫(yī)療廢物所采用的主要方法。
高溫焚燒技術(shù)中的回轉(zhuǎn)窯式醫(yī)廢焚燒工藝屬于垃圾熱解—氣體二次燃燒工藝的思路，即以較低的空氣送至初燃室，使廢物有機(jī)成分分解為可燃性氣體，同時(shí)不致產(chǎn)生揚(yáng)灰，降低顆粒物排放；可燃性氣體再送至二燃室，在850℃以上高溫氧化環(huán)境內(nèi)焚燒，對有害有毒成分進(jìn)行徹底破壞。這種焚燒工藝尤其適合醫(yī)療廢物的處理，該技術(shù)利用筒體回轉(zhuǎn)使得物料在窯內(nèi)不斷前進(jìn)和輸送的同時(shí)，還能夠?qū)崿F(xiàn)充分翻轉(zhuǎn)、混合,從而組織焚燒爐的3T燃燒(溫度、時(shí)間和湍流)，使得該技術(shù)的適應(yīng)性大大優(yōu)于其他焚燒爐型技術(shù)。該技術(shù)優(yōu)勢還在于采用了兩段焚燒機(jī)理，除了回轉(zhuǎn)窯初燃室外，還專門設(shè)置了適合氣體燃燒的二燃室，并采用燃油將煙溫補(bǔ)燃至 1100-1200℃，不僅可以實(shí)現(xiàn)廢物99.9%的破壞率，還利于實(shí)現(xiàn)固體醫(yī)療廢物、滲濾液等不同形態(tài)廢物的綜合處理，特別適用于病毒感染性醫(yī)療廢物的高溫破壞；同時(shí)降低了一次燃燒的溫度，減少了排塵量，并有效防止熔渣現(xiàn)象的出現(xiàn)。
1.回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)說明
1.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐是由水泥回轉(zhuǎn)窯演變而來，由窯體、支承、傳動、密封等部件組成，其主體是一臥式并可旋轉(zhuǎn)的圓柱型筒體，外殼用鋼板卷制而成，內(nèi)砌復(fù)合耐火保溫材料，根據(jù)不同的工況和層面，采用硅酸鹽、高鋁及剛玉磚等不同材料，有較強(qiáng)的耐腐耐磨性能，耐溫達(dá)1300℃。需處理的廢棄物由高的一端(窯頭部)進(jìn)入窯內(nèi)，隨著筒體的轉(zhuǎn)動緩慢的向窯尾部移動，窯體的轉(zhuǎn)動使物料在燃燒的過程中與助燃空氣充分接觸，完成干燥、燃燒、燃燼的全過程，最后由尾部將燃燼的渣排出。窯內(nèi)特有的揚(yáng)料導(dǎo)料結(jié)構(gòu)，使物料在窯內(nèi)呈拋物狀和不等速運(yùn)動，加大了熱交換，使工況更穩(wěn)定。為保證窯體在微負(fù)壓下運(yùn)行和減小設(shè)備漏風(fēng)對系統(tǒng)的影響，在窯體兩端設(shè)計(jì)了魚鱗片組合密封，實(shí)踐證明該結(jié)構(gòu)可使回轉(zhuǎn)窯漏風(fēng)率低于5%，強(qiáng)化了熱解效果。窯體實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，可滿足各種焚燒物在窯內(nèi)需要不同停留時(shí)間的要求。
二燃室為一垂直于地面的圓柱型筒體，其主要作用是對回轉(zhuǎn)窯內(nèi)未燃燼的有害物質(zhì)作進(jìn)一步銷毀。二燃室設(shè)有輔助燃燒器和獨(dú)特的二次切向供風(fēng)裝置，以保證煙氣在高溫下同氧氣充分接觸和煙氣在二燃室的滯留時(shí)間不低于2s，二燃室供風(fēng)量的大小可根據(jù)其出口煙氣的含氧量進(jìn)行調(diào)整，真正意義上做到“3T”燃燒，有效去除二惡英。二燃室上部為煙氣燃燒區(qū)，裝有輔助燃燒器、看火孔和檢修門。頂部設(shè)熱電偶控制燃燒器工作，另配有緊急防爆煙囪，以備發(fā)生意外時(shí)確保人員和設(shè)備的安全。二燃室下部為灰渣燃燼區(qū)，采用水冷密封，燃燼的灰渣被水冷卻后經(jīng)埋刮板出渣機(jī)排出爐外。
1.2設(shè)計(jì)計(jì)算與說明
1.2.1醫(yī)療廢物的特性計(jì)算
(1).醫(yī)療廢物的收到基成份及熱值（以南方某城市為例）：
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(1).回轉(zhuǎn)窯設(shè)計(jì)指標(biāo)
處理垃圾種類：醫(yī)療廢物
醫(yī)廢低位熱值：13067.38kJ/kg
設(shè)計(jì)處理量：6t/d（250kg/h）
最大處理量：8.4t/d(350kg/h)
二燃室煙氣溫度：≥1000℃
二燃室煙氣停留時(shí)間：≥2s
出口干煙氣含氧量：6％～10％
灰渣量：～37.5kg/h
排渣溫度：～500℃
垃圾熱灼減率：<5%
焚燒爐燃燒效率：≥99.9％
燃燒室效率：～80％
一燃室最大輔助燃油量：～30kg/h
二燃室最大輔助燃油量：～55kg/h
(2).回轉(zhuǎn)窯主要結(jié)構(gòu)尺寸
回轉(zhuǎn)窯初燃室尺寸：φ1.65×7.5m
二燃室尺寸：φ2×11.5m
回轉(zhuǎn)窯初燃室傾斜度：2%
緊急排放煙囪尺寸：φ0.6m
(3).回轉(zhuǎn)窯主要運(yùn)行參數(shù)
回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速：0.2～2rpm
回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動電機(jī)：5.5kw
醫(yī)廢桶容積：20kg/桶
回轉(zhuǎn)窯進(jìn)料速度：20kg/5min
醫(yī)廢在初燃室停留時(shí)間：0.75～2.5h
運(yùn)行時(shí)間：連續(xù)24h運(yùn)轉(zhuǎn)，年運(yùn)行時(shí)間300d
2.回轉(zhuǎn)窯式醫(yī)療廢棄物焚燒處置系統(tǒng)工藝流程
2.1工藝流程概述
系統(tǒng)采用“回轉(zhuǎn)窯初燃＋二燃室高溫＋嚴(yán)格的尾氣凈化”的工藝，其工藝流程詳見圖1，焚燒處置系統(tǒng)控制總貌圖參見圖3。
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圖1 工藝流程
醫(yī)療廢物裝在專用的周轉(zhuǎn)箱內(nèi)，由醫(yī)廢專用運(yùn)輸車運(yùn)入處置中心廠區(qū)，叉車將周轉(zhuǎn)箱送到自動進(jìn)料系統(tǒng)前，由自動提升機(jī)將桶內(nèi)廢物倒入爐前料斗內(nèi)，然后由液壓推桿將醫(yī)廢推入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯的醫(yī)療廢物隨著窯體的旋轉(zhuǎn)向前推進(jìn)，在窯內(nèi)溫度（800℃～900℃）的作用下，醫(yī)療廢物在前移中依次完成干燥、熱解、焚燒、燃燼的過程。燃燼后的爐渣排出窯體，而產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入二燃室，在高溫下（1000℃～1100℃）充分燃燼，其中的有毒有害物質(zhì)得到充分的破壞，完成醫(yī)療廢物的無害化處理過程。
分別由一次風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)向回轉(zhuǎn)窯初燃室和二燃室內(nèi)送入一次風(fēng)和二次風(fēng)，一次風(fēng)量和二次風(fēng)量合理分配，使得醫(yī)療廢物可以保持良好的燃燒效果，同時(shí)減少了飛灰等污染物的產(chǎn)生量。為了保持回轉(zhuǎn)窯初燃室和二燃室內(nèi)的溫度，需添加輔助燃料助燃。初燃室和二燃室分別設(shè)有燃燒器，輔助完成醫(yī)療廢物從干燥到高溫燃燒的整個(gè)處理過程。
為了扼制二惡英在尾部煙道中的再合成，從二燃室出來的高溫?zé)煔猓ā?000℃）進(jìn)入急冷塔，通過噴水霧化降溫，在極短的時(shí)間內(nèi)使溫度下降至200℃，從而躍過二惡英易形成的溫度區(qū)，有效地防止二惡英的再合成。急冷塔內(nèi)采用進(jìn)口噴嘴，噴水全部霧化，并在高溫下蒸發(fā)，沒有污水排出。
急冷后的煙氣進(jìn)入干式脫酸吸收塔。消石灰粉經(jīng)過噴射器噴入吸收塔，和煙氣中的二氧化硫、氯化氫等酸性氣體在吸收塔中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，脫除掉二氧化硫、氯化氫等酸性氣體；活性炭粉在吸收塔之后進(jìn)入布袋除塵器前的煙道中噴入，它均勻地彌散在煙氣中，對二惡英和細(xì)顆粒有很好的吸附作用，降低煙氣中有害物質(zhì)的排放。
然后煙氣進(jìn)入袋式除塵器除去絕大部分飛灰，使排出煙氣達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，處理后的干凈煙氣由引風(fēng)機(jī)經(jīng)煙囪排入大氣。
二燃室燃燼后排出的爐渣，直接送往垃圾填埋場填埋，而急冷塔、吸收塔和除塵器排出來的底渣和飛灰，用密閉小車送至飛灰暫存庫暫存，待當(dāng)?shù)厥∥U中心建成后統(tǒng)一進(jìn)行穩(wěn)定化處理填埋。
2.2工藝流程特點(diǎn)
1).焚燒系統(tǒng)
●進(jìn)料系統(tǒng)采用自動上料，雙道密封門，液壓推料入爐方式，程序控制，具有良好的密封作用；
●采用兩級焚燒模式，初燃室溫度800-900℃，廢物停留時(shí)間大于1.5h，灰渣灼減率小于5%；二次燃燒室輔油燃燒至1000℃以上，有效容積大，煙氣停留時(shí)間>2s，可對初燃室產(chǎn)生廢氣進(jìn)行高溫破壞和達(dá)到完全燃燒，并降低粉塵排放；
●采用變頻風(fēng)機(jī)平衡通風(fēng)，確保焚燒爐運(yùn)行過程中爐膛處于負(fù)壓狀態(tài)（-15～-50pa），避免有害氣體逸出；
●窯體動靜接合部分采用魚鱗片密封機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、便于維修且維修費(fèi)用較低；
●回轉(zhuǎn)窯進(jìn)口端的耐火層采用了2-3道縱向異形凸起，這種特殊結(jié)構(gòu)可以保證筒體回轉(zhuǎn)過程中將物料充分翻滾和攪動，并防止打滑和團(tuán)塊，從而使得燃燒反應(yīng)充分徹底，避免爐內(nèi)高溫局部結(jié)焦；
●回轉(zhuǎn)窯采用齒輪傳動，變頻調(diào)速，便于控制廢棄物在窯內(nèi)的停留時(shí)間；
●窯內(nèi)采用耐腐蝕、耐高溫、高強(qiáng)度的耐火材料，該材料經(jīng)過多次焚燒多種醫(yī)療廢棄物的考驗(yàn)，具有較高技術(shù)性能，可以延長轉(zhuǎn)窯的使用壽命減少耐火材料的維修次數(shù)，降低運(yùn)行成本；
●二燃室采用切向布風(fēng)的特殊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)湍流燃燒，保證了二惡英前驅(qū)物(氯苯和氯酚)等有毒物質(zhì)的破壞；
●二燃室頂部出口煙道裝有緊急排放煙囪，定溫排放，有效保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備；
●點(diǎn)火及輔助燃燒器處于常供風(fēng)狀態(tài)，同時(shí)采用滑動導(dǎo)軌，遇到停電等緊急停爐狀況時(shí)，可隨時(shí)抽出燃燒器，避免損害燃燒頭及其零部件。
2).尾氣處理系統(tǒng)
●急冷塔采用進(jìn)口雙流體噴嘴，霧化效果好，不產(chǎn)生生產(chǎn)污水；
●消石灰和活性炭加入系統(tǒng)采用螺旋給料，羅茨風(fēng)機(jī)輸送，噴射效果好，經(jīng)檢測各項(xiàng)排放指標(biāo)遠(yuǎn)低于GB18484的標(biāo)準(zhǔn)（詳見附表）；
●采用布袋除塵器，濾袋材料選用聚苯硫醚纖維（PPS），耐溫可達(dá)190～200℃，尤其適合醫(yī)療廢物焚燒后煙道氣中含酸堿性及濕氣的場合；
●根據(jù)用戶要求及醫(yī)廢處置系統(tǒng)的生產(chǎn)飽和情況，我們可以增加余熱鍋爐以提高熱利用。但針對醫(yī)廢焚燒后煙氣酸性較強(qiáng)的特殊情況，建議采用輻射式煙道余熱鍋爐。
3）.DCS控制系統(tǒng)及其連鎖保護(hù)
●進(jìn)料系統(tǒng)順序聯(lián)鎖，上料機(jī)啟動條件：壓料閥必須開到位，信號燈亮；火門打開條件：壓料閥必須壓到位，信號燈亮；推料閥推料條件：火門必須開到位，信號燈亮；火門關(guān)閉條件：推料閥必須回到位，信號燈亮；
●引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變頻調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯窯頭負(fù)壓-15～-50pa左右；
●急冷塔出口煙氣溫度與給水調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖；
●二燃室煙氣含氧量與二次風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖；
●除塵器進(jìn)口煙溫與緊急排放煙囪聯(lián)鎖；
2.3系統(tǒng)主要設(shè)備
1).焚燒系統(tǒng)
進(jìn)料裝置（液壓站、油箱、油缸、鏈?zhǔn)缴狭蠙C(jī)）、回轉(zhuǎn)窯初燃室、二燃室、助燃系統(tǒng)（燃燒器、油泵、油罐、日用油箱等）、一二次鼓風(fēng)機(jī)、埋刮板出渣機(jī)等；
2).尾氣處理系統(tǒng)
急冷塔（霧化噴嘴、出灰攪拌機(jī)）、吸收塔、布袋除塵器、消石灰噴射系統(tǒng)、活性炭噴射系統(tǒng)、引風(fēng)機(jī)、煙囪等；
3).自動控制系統(tǒng)（DCS）
4).電氣、儀表
5).輔助配套系統(tǒng)
壓縮空氣系統(tǒng)（空壓機(jī)、儲氣罐、干燥器、過濾器）、水系統(tǒng)（水箱、水泵）。
3.回轉(zhuǎn)窯式醫(yī)療廢棄物焚燒處置系統(tǒng)排放指標(biāo)
2005年7月初，我公司邀請清華大學(xué)有關(guān)院系人員到項(xiàng)目現(xiàn)場對整個(gè)醫(yī)療廢物焚燒系統(tǒng)的排放指標(biāo)進(jìn)行了測試。下面是某個(gè)時(shí)間段的溫度曲線圖，具體測試數(shù)據(jù)表見附表1。
從溫度曲線圖上我們可以看出：燃燒穩(wěn)定后，回轉(zhuǎn)窯初燃室和二燃室的溫度曲線基本保持平穩(wěn)。測試數(shù)據(jù)表中的各個(gè)數(shù)據(jù)也表明焚燒系統(tǒng)的排放指標(biāo)達(dá)到了國家環(huán)保局《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18484-2001）的要求：
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圖2回轉(zhuǎn)窯燃燒溫度曲線圖
顆粒物濃度：<80mg/m3
煙氣黑度：林格曼Ⅰ級
一氧化碳濃度：<80mg/m3
二氧化硫濃度：<300mg/m3
氮氧化物濃度：<200mg/m3
氯化氫濃度：<70mg/m3
二惡英類濃度：<0.4TEQng/m3
注：以上均以11％的O2作為換算基
4.結(jié)論
從上述各方面的論證來看，回轉(zhuǎn)窯式醫(yī)療廢棄物焚燒處置系統(tǒng)無論在設(shè)備結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)工藝流程還是環(huán)保達(dá)標(biāo)上都尤其適合醫(yī)療廢物的處理，符合醫(yī)療廢物處置安全無害、廢物減量的原則，也符合國家關(guān)于危險(xiǎn)廢物和醫(yī)療廢物處置設(shè)施建設(shè)的規(guī)劃，并已逐漸成為國際上通用的危廢和醫(yī)廢處置技術(shù)，有著廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)：略
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