醫療廢物熱解氣化爐結構設計

摘要：首先對國內外常用的醫療廢物處置技術進行了比較，隨后分析了立式熱解氣化爐的爐體結構、排渣和供風機構的設計要點，最后通過實驗對熱解氣化爐的性能進行了驗證，驗證了該設計方案的可行性。

關鍵詞：醫療廢物;立式熱解氣化爐;爐體結構;排渣;供風機構

0 引言

我國現代醫療水平雖然得到了很大提升，但在醫療廢物的處置方面還存在一些不足。醫療廢物是指醫療衛生機構在醫療、預防、保健以及其他相關活動中產生的具有直接或間接感染性、毒性以及其他危害性的廢物。醫療廢物屬于傳染性廢物，其中的污染物質是附著其上的病原微生物。醫療廢物若處置不當，很可能對人或動物、環境等造成嚴重威脅，因此，加強對醫療廢物的穩定化、安全化（有毒、有害物質的分解去除，細菌、病毒的殺滅消毒）和減量化處置顯得尤為必要。

1 醫療廢物的處置技術

目前國內外常用的醫療廢物處置技術包括高溫焚燒、等離子體滅菌、高溫滅菌、化學消毒、微波滅菌和衛生填埋等，醫療廢物的不同處置技術比較如表1所示。

由表1可知，高溫焚燒具有殺菌徹底、減量效果突出、適應性廣等優點，在其他處置技術尚未成規模的條件下，高溫焚燒仍是目前醫療廢物處置的首要選擇方式。

醫療廢物焚燒的關鍵設備是焚燒爐，主要爐型包括機械爐排爐、回轉窯和熱解氣化爐。機械爐排爐單爐處理量大，技術成熟，運行可靠，但對醫療廢物的適應性較弱。回轉窯和熱解氣化爐對醫療廢物有較強的適應性，可以處理所有醫療廢物（除化學性廢物以外）。其中，熱解氣化爐具有運行穩定、尾氣處理負荷較小、投資運營費用適中、占地面積較小等優點。目前國內外熱解氣化爐型主要有兩種：AB爐和立式熱解氣化爐。其中，立式熱解氣化爐具有投資較低、操作簡單、焚燒徹底、污染物排放低等優點。

2 立式熱解氣化爐設計

立式熱解氣化爐設計內容包括進料裝置、爐體結構、排渣和供風、爐襯、管口等。本文重點介紹立式熱解氣化爐的爐體結構、排渣和供風方面的設計要點。

2.1 ? ?爐體結構設計

灰渣層高度可根據醫療廢物的灰分導熱系數和旋轉爐排的耐受溫度計算;灰層的高度和醫療廢物的含灰量決定旋轉爐排的排灰速率。氣相空間的高度根據合成氣每小時體積流量和氣體停留時間設計，同時相關文獻中提到一般氣化爐的高徑比H/D在3：1左右[2-3]。

2.2 ? ?排渣和供風機構設計

排渣和供風機構設計采用旋轉爐芯供風及簡易刮板式除灰一體化結構，包括旋轉爐芯、上部刮灰刀、落灰盤、下部刮灰刀、驅動電機等部件。爐芯上布置一定數量的供風管道，底部布置有上下兩層刮灰刀。爐芯旋轉可使空氣在爐內布置更均勻。爐內產生的灰渣，通過上下部刮灰刀排出氣化爐外。為延長供風管道使用壽命，爐芯外層采用耐火澆注料澆筑而成。與傳統氣化爐相比，旋轉爐芯可以在很大程度上降低物料流動不均勻和局部過熱導致的燒結問題。排渣和供風機構如圖1所示。

3 實驗驗證

某3 t/d立式熱解氣化爐結構如圖2所示，設計處理量為125 kg/h。爐體內徑根據式（1）設計為1 380 mm，爐體高度根據式（2）（3）（4）（5）設計為4 500 mm。爐內敷設兩層耐火材料，外層為150 mm耐火層，內層為50 mm絕熱層。爐頂部設置進料裝置和導流墻，側壁布置有檢修人孔和合成氣出口氣化爐，底部采用旋轉爐芯供風及簡易刮板式除灰一體化結構。爐體設置有多組熱電偶和壓力變送器，監測爐內溫度梯度和負壓情況。

爐內生成的合成氣進入燃燒室充分燃燒，合成氣中的有機污染物完全分解;燃燒產生的熱量提供給后端余熱回用系統產生蒸汽，燃燒的尾氣經過除塵和凈化工藝再排放至大氣，整體的工藝流程如圖3所示。

測試物料的元素分析和工業分析如表2所示，通過熱解氣化爐每小時處理量、灰渣熱灼減率、鍋爐出口氧含量等參數評估氣化爐的性能。氣化爐經過連續運行72 h的測試，處理量為123 kg/h，滿足設計處理負荷要求。穩定運行后，對鍋爐出口煙氣和爐底部排出的灰渣進行6次取樣檢測，灰渣熱灼減率和出口氧含量滿足國家相關標準，檢測結果如表3所示。

4 結語

本文對立式熱解氣化爐的爐體結構、排渣和供風機構等進行了設計，并通過實驗驗證，從每小時處理量、灰渣熱灼減率、鍋爐出口氧含量等方面評估了氣化爐的性能，驗證了該設計方案的可行性，可為醫療廢物熱解氣化爐的工程放大設計提供參考。

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[3] 王鵬飛.村鎮生活垃圾熱解氣化爐參數設計與優化產氣研究[D].北京：北京建筑大學，2016.

收稿日期：2020-05-07

作者簡介：黃強（1989—），男，安徽安慶人，助理工程師，研究方向：固廢氣化及工程轉化。