第五章环境污染防治技术探讨研究与开发 低能耗等离子体医疗垃圾焚烧炉的结构 及处理原理和工艺的研究 董俊郭春霞 (开封德意环保设备实业有限公司 河南省环境保护科学研究院) 摘要非典后，对医疗垃圾的集中无害化处理，已受到政府和全社会的关注，被提到环境保护建设 的议事日程。医疗垃圾处理技术和设备国产化，特别是被联合国认可为“零排放”的等离子技术， 如何应用到医疗垃圾的处理中去，引起了行业内有关人士的高度关注。开封德意环保设备实业有限公 司组织科学家、工程技术人员，经过两年的研制，在我国首家研制出了低能耗等离子体医疗垃圾焚烧 设备。该设备利用医疗垃圾自身的热值，减少了等离子体焚烧炉的能耗，利用等离子体对燃烧气体和 尾渣及飞灰实施处理，实现了无害化处理。 关键词医疗垃圾等离子体尾渣废气 随着我们国家经济的高速发展，医疗水准不断提高，医疗事业逐步扩大，医疗垃圾也在Et益增 多。据一项统计表明，截至2000年底，我国县级以上医院病床数约21．5万多张，按每床每日产 生的医疗垃圾包括输液管、一次性注射器、血袋、纱布、棉球、手术摘除的病体器官、实验用的 动物尸体和化验用品，制药的废渣废液，以及病人的血、痰、排泄物、分泌物等。这些医疗垃圾 含有大量的病菌、病毒和寄生虫等有害于人体健康的物质。在国外被视为顶级危险的致命杀手，我国也将其列 为危险废物。管理不严或处理不当，极易成为病菌传播的源头，造成病毒感染。更为可怕的是， 一些医疗垃圾如废弃注射器、卫生棉竟流人市场，使得不法分子重新合成注射器以及生产“黑 心棉”、“一次性口杯”等产品，对环境和人民生命健康带来严重危害。 我国大型医疗固体废弃物集中处理场正处于起步阶段，国家在“十五”发展计划中，明确 提出了在2005年以前，单独建立100所城市医疗垃圾集中处理中心的要求。国家规定，对医疗 垃圾一定要进行无害化焚烧处理，不容许与生活垃圾混合处置。 一、医疗垃圾处理方法简介 现在国际上正在应用的医疗垃圾处理方法有以下几种。 1．高温灭茵法 是利用高温度高压力蒸汽消灭细菌的最常使用的一种方法。蒸汽在高温度高压力下具有穿透力强的优 点，在103kPa、121。C条件下，维持20min，能杀灭一切微生物。高温灭菌法是一种简便、可靠、 经济、快速和容易被公众接受的灭菌方法。 2．电磁波灭茵法 电磁波具有可穿透玻璃、陶瓷、纸张和可被水、脂肪、蛋白质等极性分子吸收的特点。其消 灭细菌的原理是：利用微生物细胞选择性吸收能量比例高的特性，将其置于电磁波高频震荡的能 量场中，使微生物的液体分子以外加电场的频率震动，这种震动使细胞膜内的能量迅速增加，产 生高温，最后导致细胞的死亡。 3．化学消毒法 此法较早用于医疗器械的消毒，也用于对房间消毒和对液体废物(如尿液、血液)的消毒。 经化学消毒法处理后的废物可以同高温灭菌法和电磁波灭菌法一样，进行同样的后处理。即要么 填埋，要么送往能量回收处理厂。 中国环境科学学会学术年会优秀论文集(2006) 4．焚烧法 医疗垃圾主要由废纸、塑料、厨余、木竹、纤维、皮革、橡胶、手术切除物、玻璃器械等组 成。这些垃圾大部分是有机碳氢化合物，在一定温度和充足的氧气条件下，可以完全燃烧成灰 烬。医疗垃圾经过焚烧处理后，不但可以完全杀灭细菌，使绝大部分有机物转化成无机物，而且 还使废物体积减少85％～95％，使废物难以辨认。从而大幅度减少了最终填埋的费用，消除了人 们对医疗垃圾的厌恶感，且技术成熟。 5．卫生填埋法 这是医疗垃圾的最终处置方法。通常由城镇设置集中的卫生填埋场填埋。填埋场设有防水层 防止垃圾渗沥液污染地下水，渗沥液和废气有专设的处理设施。经过前五种医疗垃圾处理法处理 后的医疗垃圾或残余物送到卫生填埋场进行最终处置。 6．等离子体法 此法是处理医疗垃圾的一项创新技术，它消毒杀菌的原理是利用等离子体电弧窑产生的 10000。C高温杀死医疗垃圾中的所有微生物、摧毁残留的细胞毒性药物、药品和有毒的化学药剂， 并使之难以辨认。理论上，任何化合物在电弧窑中都可转化为玻璃体状的物质，经这种方法处理 后的医疗垃圾可以直接填埋，不会对环境能够造成危害，其缺点是能耗大，处置成本高。 等离子体技术与燃烧技术相比，对医疗垃圾处理得更加彻底，产生的尾渣呈结晶态，可用于 建筑材料，无需填埋。因此，等离子技术处理高危废物是危险废物处理的发展的新趋势。 二、等离子体技术处理危险废物的原理 在等离子体发生装置中，电极间的工作气体被电离形成正离子、自由电子和中性粒子的混合 物，即等离子体，具有强大的能量，其高速喷射出发生器口，形成等离子体喷焰，其焰芯温度可 冲击，进而使废物分解、还原，抵达安全处置的目的。由于是热解而不是燃烧，故不会产生诸如 二嗯英等不良产物。因此，等离子体增强热解有毒废物技术是一种革命性的技术，因此先进国家 在处置工业、核废料、电子垃圾、污水污泥、军事、生物工程等行业产生的危险废物时，已将其 作为首选技术进行研究和推广。我国也十分重视等离子技术在高危废物处置中的研究推广工作， 发改委在“国家重大产业技术开发专项”(发改办高技[2004]753号)中明确要求重点开发危 险废物高温等离子体技术。 等离子技术处理危险废物主要的技术难点是怎么来降低能耗和找到比较合适的高温耐火材料，据有 关资料介绍，普通的等离子体炉处理一公斤垃圾需要耗1度电，加上其它消耗费用和昂贵的设备 投资，运行成本大幅度提升(见2003年6月16日中国环境报)。 三、低能耗等离子体医疗垃圾焚烧炉的炉体结构和工艺流程及原理 低能耗等离子体医疗废物焚烧系统由进料系统、焚烧系统、烟气处理系统、余热利用系统、 出渣和出灰系统等组成。焚烧系统由等离子体发生器提供工作保障的系统、向焚烧炉分别提供等 离子体火焰和助燃空气的燃气系统及送风系统，以及与焚烧炉连接抽取其尾气进行无害化处理的 尾气处理系统所组成，其特征是：由包括炉外壳、壳体内侧的保温层、保温层内侧由高温耐火 材料构筑的燃烧室所组成的焚烧炉，其燃烧室通过中间耐火材料隔壁，被分隔成上下两个燃烧 室；在上燃烧室即副燃烧室内，自顶至底，装有上通壳体送料器、下通主燃烧室的输料箱，穿过 副燃烧室侧壁的低功率等离子体发生器置放在副燃烧窒腔内，在副燃烧室侧壁上还分别设置有与 炉外送风系统、尾气排放处理系统连接的进风口、尾气排放口以及燃烧室内温度的测量系统；在 主燃烧室内，其侧壁上分别装有与炉外燃气系统、送风系统连接的燃气喷嘴飞进风口以及室内温 第五章环境污染防治技术探讨研究与开发 ·2867· 度测量系统，在主、副燃烧室的中间隔壁上设置有燃气通道VI，在主燃烧室底端设置有对着顶壁 输料箱口、可由该室后壁移至前壁排渣口的载渣移动式炉排。 等离子体医疗垃圾焚烧炉系统工艺流程图 低能耗等离子体医疗垃圾焚烧炉的工艺过程是：经专门分类收集和包装的医疗废物由专用运 输车运至医疗废物处置中心贮存间，然后卸入焚烧车间的密闭微负压过渡料仓中，焚烧处理时， 经由自动提升密闭上料系统进人焚烧炉。采取连续匀速投料进入焚烧炉上部的加料漏斗中，医疗 废物通过加料漏斗进入预热区，使医疗废物事先预热干燥处理，然后进入主燃室，在厌氧条件 下，垃圾与预热(3000C)助燃空气混合燃烧，充分热解，产生大量热解气体，热解温度保持在 解、离子化，破坏了大分子结构，形成小分子及各种活性离子，与充足的二次助燃空气(400。C 预热空气)强烈扰动混合，在1100—13000C完全燃烧分解。 焚烧炉完全燃烧分解排出的高温烟气(约1100—1300。C左右)，首先经过空气换热器和热交 换器进行冷却、部分余热回收后，烟气在800％左右再进入急冷酸洗塔，1s内迅速将烟气冷却至 200。C后，进人烟气净化系统。烟气净化系统由湿法洗涤及俄罗斯引进技术——涡流分离器除尘、 袋式除尘、活性炭纤维吸附相结合，即由烟气洗涤器、涡流分离器、袋式除尘器、除雾器、活性 炭吸附器等组成，经过上述过程净化后的烟气中夹带的各种污染物，均达到GBl8484—2001《危 险废物焚烧污染控制标准》的要求后，经引风机排入35m高的烟囱释放到环境中。 中国环境科学学会学术年会优秀论文集(2006) 热解产生的炉渣在上炉排的作用下落入主燃室下部的炉排上，灰渣通过活动炉排排入焚烧炉 下部的灰渣槽内，从烟囱收集的飞灰，也放倒灰渣槽内，当灰渣槽内有一定量的灰渣后，启动等 离子体枪进行高温熔融(3000—30000。c)处理，然后进入水中急冷，变成玻璃状水渣，实现了 灰渣和飞灰的无害化处理。可直接送至生活垃圾填埋场填埋或作为建筑材料使用。 医疗垃圾焚烧设夤工艺流程圈 该处理工艺核心技术是：由于采用废弃物在副燃室内先预热，而后进入主燃烧室内由燃气燃 烧热解，所生成的气体再进入副燃烧室内，通过等离子体发生器产生的1100。1400。C室温和输 入的空气，将其完全燃烧，产生的酸性高温尾气，经冷凝器冷却进入中和洗涤塔内除去酸性后， 中性的冷却尾气进入碳纤维吸附塔，尾气中的二嚼英及灰粉被碳纤维吸附后，尾气达标排放；在 此过程中，作为热源的等离子体发生器与大功率等离子体焚烧设备不一样，本焚烧炉所用等离子体 第五章环境污染防治技术探讨研究与开发 发生器是低功率的，一般为30kW左右，而大功率等离子体焚烧设备所用等离子体发生器功率在 100KW以上，同时，本炉的主燃烧室，由于所需炉温不高，完全靠垃圾自身燃烧温度在600～ 800。C即将废弃物热解，因而所用外界能源少，与大功率等离子体焚烧设备相比，本焚烧炉耗能 低，经营成本低；由通过管路与焚烧炉尾气排放口连接的冷凝器、与冷凝器输出管连接的中和洗 涤塔、分别与该洗涤塔底部出El管路连接的废水池及碳纤维吸附塔、通过管路与该吸附塔中部排 气VI连接的引风机、与引风机排气管路连接的排气烟囱、通过管路与降温除尘中和洗涤塔顶部入 口连接的碱性洗涤液供给箱、与碳纤维吸附塔顶部入口连接的冷凝器热水引出管以及一端连接碳 纤维吸附塔底部出口另一端接废水池的管路所组成。

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