回转窑式医疗废弃物焚烧处置系统开发与应用
摘要：概述了当前医疗废物处理的重要性及其常用的处置方法，介绍一种适用于医疗废弃物处置的回转窑式焚烧工艺。从回转窑焚烧炉的设备结构特点、整个处置系统的工艺流程特点及其排放指标的测试等三个方面详细阐述了回转窑式焚烧处置系统尤其适合医疗废物的处置，并有着广阔的应用前景。
0概述
医疗废物是一种影响广泛、危害极大的特殊危险废弃物。这些比普通垃圾带菌量高出成百、上千倍的医疗废物，不仅含有大量的细菌病毒，还具有空间污染、急性传染和潜伏性传染的特征，如果不对其进行严格的处理，就会造成疾病传播，污染环境，严重危害人民的健康。目前各国政府越来越高度重视医疗废物的管理与处置，我国也相继出台和完善了一系列有关医废处置的法规标准，对全国医疗废物的处置进行了统筹规划，建立和完善了医疗废物全过程监管体系，并要求采用先进实用、成熟可靠技术，切实实现医疗废物的安全处置，以确保人民身体健康和环境安全。
目前国内外已有多种技术可用于医疗废物的最终处置，如高温焚烧（回转窑焚烧炉、热解焚烧炉、等离子体焚烧以及炉排炉等）、化学消毒、高温高压蒸汽灭菌、电磁波灭菌、卫生填埋等等。
这些处置技术除高温焚烧外都或多或少存在一些不足，如化学消毒不能处理挥发性有机化合物，化学药剂等，消毒效果难以保证，且产生的有毒废液容易造成二次污染；高温高压蒸汽消毒不能用于处理低放射性的、有机溶剂、化疗的、药理的和病理的废弃物，且处理规模小；电磁波灭菌不适于病理方面的废物处理；卫生填埋存在较大后患，有害物质容易泄漏造成环境二次污染等。而高温焚烧具有对医疗废物适用范围广、废物处理不需分拣和破碎、消毒杀菌彻底、使废物中的有机物转化为无机物、通过改善燃烧状态和严格的尾气净化，保证处理过程产生的二次污染物控制在标准范围内，处理后的废物减容减量比大、有关的标准规范齐全、技术成熟、安全可靠等多方面的优点。在目前所有可行的医废处置技术中,高温焚烧已成为当今医疗废物处理领域的主流技术，并且成为世界各国处理医疗废物所采用的主要方法。
高温焚烧技术中的回转窑式医废焚烧工艺属于垃圾热解—气体二次燃烧工艺的思路，即以较低的空气送至初燃室，使废物有机成分分解为可燃性气体，同时不致产生扬灰，降低颗粒物排放；可燃性气体再送至二燃室，在850℃以上高温氧化环境内焚烧，对有害有毒成分进行彻底破坏。这种焚烧工艺尤其适合医疗废物的处理，该技术利用筒体回转使得物料在窑内不断前进和输送的同时，还能够实现充分翻转、混合,从而组织焚烧炉的3T燃烧(温度、时间和湍流)，使得该技术的适应性大大优于其他焚烧炉型技术。该技术优势还在于采用了两段焚烧机理，除了回转窑初燃室外，还专门设置了适合气体燃烧的二燃室，并采用燃油将烟温补燃至 1100-1200℃，不仅可以实现废物99.9%的破坏率，还利于实现固体医疗废物、渗滤液等不同形态废物的综合处理，特别适用于病毒感染性医疗废物的高温破坏；同时降低了一次燃烧的温度，减少了排尘量，并有效防止熔渣现象的出现。
1.回转窑式焚烧炉的结构特点及其设计说明
1.1结构特点
回转窑式焚烧炉是由水泥回转窑演变而来，由窑体、支承、传动、密封等部件组成，其主体是一卧式并可旋转的圆柱型筒体，外壳用钢板卷制而成，内砌复合耐火保温材料，根据不同的工况和层面，采用硅酸盐、高铝及刚玉砖等不同材料，有较强的耐腐耐磨性能，耐温达1300℃。需处理的废弃物由高的一端(窑头部)进入窑内，随着筒体的转动缓慢的向窑尾部移动，窑体的转动使物料在燃烧的过程中与助燃空气充分接触，完成干燥、燃烧、燃烬的全过程，最后由尾部将燃烬的渣排出。窑内特有的扬料导料结构，使物料在窑内呈抛物状和不等速运动，加大了热交换，使工况更稳定。为保证窑体在微负压下运行和减小设备漏风对系统的影响，在窑体两端设计了鱼鳞片组合密封，实践证明该结构可使回转窑漏风率低于5%，强化了热解效果。窑体实现变频调速，可满足各种焚烧物在窑内需要不同停留时间的要求。
二燃室为一垂直于地面的圆柱型筒体，其主要作用是对回转窑内未燃烬的有害物质作进一步销毁。二燃室设有辅助燃烧器和独特的二次切向供风装置，以保证烟气在高温下同氧气充分接触和烟气在二燃室的滞留时间不低于2s，二燃室供风量的大小可根据其出口烟气的含氧量进行调整，真正意义上做到“3T”燃烧，有效去除二恶英。二燃室上部为烟气燃烧区，装有辅助燃烧器、看火孔和检修门。顶部设热电偶控制燃烧器工作，另配有紧急防爆烟囱，以备发生意外时确保人员和设备的安全。二燃室下部为灰渣燃烬区，采用水冷密封，燃烬的灰渣被水冷却后经埋刮板出渣机排出炉外。
1.2设计计算与说明
1.2.1医疗废物的特性计算
(1).医疗废物的收到基成份及热值（以南方某城市为例）：
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(1).回转窑设计指标
处理垃圾种类：医疗废物
医废低位热值：13067.38kJ/kg
设计处理量：6t/d（250kg/h）
最大处理量：8.4t/d(350kg/h)
二燃室烟气温度：≥1000℃
二燃室烟气停留时间：≥2s
出口干烟气含氧量：6％～10％
灰渣量：～37.5kg/h
排渣温度：～500℃
垃圾热灼减率：<5%
焚烧炉燃烧效率：≥99.9％
燃烧室效率：～80％
一燃室最大辅助燃油量：～30kg/h
二燃室最大辅助燃油量：～55kg/h
(2).回转窑主要结构尺寸
回转窑初燃室尺寸：φ1.65×7.5m
二燃室尺寸：φ2×11.5m
回转窑初燃室倾斜度：2%
紧急排放烟囱尺寸：φ0.6m
(3).回转窑主要运行参数
回转窑转速：0.2～2rpm
回转窑驱动电机：5.5kw
医废桶容积：20kg/桶
回转窑进料速度：20kg/5min
医废在初燃室停留时间：0.75～2.5h
运行时间：连续24h运转，年运行时间300d
2.回转窑式医疗废弃物焚烧处置系统工艺流程
2.1工艺流程概述
系统采用“回转窑初燃＋二燃室高温＋严格的尾气净化”的工艺，其工艺流程详见图1，焚烧处置系统控制总貌图参见图3。
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图1 工艺流程
医疗废物装在专用的周转箱内，由医废专用运输车运入处置中心厂区，叉车将周转箱送到自动进料系统前，由自动提升机将桶内废物倒入炉前料斗内，然后由液压推杆将医废推入回转窑内。进入回转窑的医疗废物随着窑体的旋转向前推进，在窑内温度（800℃～900℃）的作用下，医疗废物在前移中依次完成干燥、热解、焚烧、燃烬的过程。燃烬后的炉渣排出窑体，而产生的烟气进入二燃室，在高温下（1000℃～1100℃）充分燃烬，其中的有毒有害物质得到充分的破坏，完成医疗废物的无害化处理过程。
分别由一次风机和二次风机向回转窑初燃室和二燃室内送入一次风和二次风，一次风量和二次风量合理分配，使得医疗废物可以保持良好的燃烧效果，同时减少了飞灰等污染物的产生量。为了保持回转窑初燃室和二燃室内的温度，需添加辅助燃料助燃。初燃室和二燃室分别设有燃烧器，辅助完成医疗废物从干燥到高温燃烧的整个处理过程。
为了扼制二恶英在尾部烟道中的再合成，从二燃室出来的高温烟气（～1000℃）进入急冷塔，通过喷水雾化降温，在极短的时间内使温度下降至200℃，从而跃过二恶英易形成的温度区，有效地防止二恶英的再合成。急冷塔内采用进口喷嘴，喷水全部雾化，并在高温下蒸发，没有污水排出。
急冷后的烟气进入干式脱酸吸收塔。消石灰粉经过喷射器喷入吸收塔，和烟气中的二氧化硫、氯化氢等酸性气体在吸收塔中发生化学反应，脱除掉二氧化硫、氯化氢等酸性气体；活性炭粉在吸收塔之后进入布袋除尘器前的烟道中喷入，它均匀地弥散在烟气中，对二恶英和细颗粒有很好的吸附作用，降低烟气中有害物质的排放。
然后烟气进入袋式除尘器除去绝大部分飞灰，使排出烟气达到国家排放标准，处理后的干净烟气由引风机经烟囱排入大气。
二燃室燃烬后排出的炉渣，直接送往垃圾填埋场填埋，而急冷塔、吸收塔和除尘器排出来的底渣和飞灰，用密闭小车送至飞灰暂存库暂存，待当地省危废中心建成后统一进行稳定化处理填埋。
2.2工艺流程特点
1).焚烧系统
●进料系统采用自动上料，双道密封门，液压推料入炉方式，程序控制，具有良好的密封作用；
●采用两级焚烧模式，初燃室温度800-900℃，废物停留时间大于1.5h，灰渣灼减率小于5%；二次燃烧室辅油燃烧至1000℃以上，有效容积大，烟气停留时间>2s，可对初燃室产生废气进行高温破坏和达到完全燃烧，并降低粉尘排放；
●采用变频风机平衡通风，确保焚烧炉运行过程中炉膛处于负压状态（-15～-50pa），避免有害气体逸出；
●窑体动静接合部分采用鱼鳞片密封机构，结构紧凑、便于维修且维修费用较低；
●回转窑进口端的耐火层采用了2-3道纵向异形凸起，这种特殊结构可以保证筒体回转过程中将物料充分翻滚和搅动，并防止打滑和团块，从而使得燃烧反应充分彻底，避免炉内高温局部结焦；
●回转窑采用齿轮传动，变频调速，便于控制废弃物在窑内的停留时间；
●窑内采用耐腐蚀、耐高温、高强度的耐火材料，该材料经过多次焚烧多种医疗废弃物的考验，具有较高技术性能，可以延长转窑的使用寿命减少耐火材料的维修次数，降低运行成本；
●二燃室采用切向布风的特殊设计，实现湍流燃烧，保证了二恶英前驱物(氯苯和氯酚)等有毒物质的破坏；
●二燃室顶部出口烟道装有紧急排放烟囱，定温排放，有效保护系统设备；
●点火及辅助燃烧器处于常供风状态，同时采用滑动导轨，遇到停电等紧急停炉状况时，可随时抽出燃烧器，避免损害燃烧头及其零部件。
2).尾气处理系统
●急冷塔采用进口双流体喷嘴，雾化效果好，不产生生产污水；
●消石灰和活性炭加入系统采用螺旋给料，罗茨风机输送，喷射效果好，经检测各项排放指标远低于GB18484的标准（详见附表）；
●采用布袋除尘器，滤袋材料选用聚苯硫醚纤维（PPS），耐温可达190～200℃，尤其适合医疗废物焚烧后烟道气中含酸碱性及湿气的场合；
●根据用户要求及医废处置系统的生产饱和情况，我们可以增加余热锅炉以提高热利用。但针对医废焚烧后烟气酸性较强的特殊情况，建议采用辐射式烟道余热锅炉。
3）.DCS控制系统及其连锁保护
●进料系统顺序联锁，上料机启动条件：压料阀必须开到位，信号灯亮；火门打开条件：压料阀必须压到位，信号灯亮；推料阀推料条件：火门必须开到位，信号灯亮；火门关闭条件：推料阀必须回到位，信号灯亮；
●引风机转速变频调节实现回转窑窑头负压-15～-50pa左右；
●急冷塔出口烟气温度与给水调节阀实现联锁；
●二燃室烟气含氧量与二次风机联锁；
●除尘器进口烟温与紧急排放烟囱联锁；
2.3系统主要设备
1).焚烧系统
进料装置（液压站、油箱、油缸、链式上料机）、回转窑初燃室、二燃室、助燃系统（燃烧器、油泵、油罐、日用油箱等）、一二次鼓风机、埋刮板出渣机等；
2).尾气处理系统
急冷塔（雾化喷嘴、出灰搅拌机）、吸收塔、布袋除尘器、消石灰喷射系统、活性炭喷射系统、引风机、烟囱等；
3).自动控制系统（DCS）
4).电气、仪表
5).辅助配套系统
压缩空气系统（空压机、储气罐、干燥器、过滤器）、水系统（水箱、水泵）。
3.回转窑式医疗废弃物焚烧处置系统排放指标
2005年7月初，我公司邀请清华大学有关院系人员到项目现场对整个医疗废物焚烧系统的排放指标进行了测试。下面是某个时间段的温度曲线图，具体测试数据表见附表1。
从温度曲线图上我们可以看出：燃烧稳定后，回转窑初燃室和二燃室的温度曲线基本保持平稳。测试数据表中的各个数据也表明焚烧系统的排放指标达到了国家环保局《危险废物焚烧污染控制标准》（GB18484-2001）的要求：
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图2回转窑燃烧温度曲线图
颗粒物浓度：<80mg/m3
烟气黑度：林格曼Ⅰ级
一氧化碳浓度：<80mg/m3
二氧化硫浓度：<300mg/m3
氮氧化物浓度：<200mg/m3
氯化氢浓度：<70mg/m3
二恶英类浓度：<0.4TEQng/m3
注：以上均以11％的O2作为换算基
4.结论
从上述各方面的论证来看，回转窑式医疗废弃物焚烧处置系统无论在设备结构、系统工艺流程还是环保达标上都尤其适合医疗废物的处理，符合医疗废物处置安全无害、废物减量的原则，也符合国家关于危险废物和医疗废物处置设施建设的规划，并已逐渐成为国际上通用的危废和医废处置技术，有着广阔的应用前景。
参考文献：略
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