醫(yī)療廢物在《國家危險廢物名錄》所列47類危險廢物中名列首位。我國長期以來對醫(yī)療廢物的處置一直重視不夠,管理、法規(guī)不健全,資金投入少,技術(shù)落后,無成熟工藝,致使到目前為止,大部分醫(yī)療廢物只能做一般消毒填埋或簡單焚燒處理,甚至直接混入生活垃圾,造成嚴重的潛在危險。
2002年,非典疫情發(fā)生后,醫(yī)療廢物的處置問題引起了各級政府高度重視,國家環(huán)??偩窒群蟪雠_多項法律法規(guī)文件。這在很大程度上推進了醫(yī)療廢物焚燒處理處置技術(shù)的研究、開發(fā)和工程建設(shè)。少數(shù)大中型城市已建成或正在建設(shè)一批醫(yī)療廢物集中焚燒處理處置裝置,有的已投入使用。但無論從已投入使用裝置的運行情況還是在建裝置情況看,在技術(shù)上都很不成熟,裝置運行可靠性和處理效果與國家相關(guān)技術(shù)標準要求還有很大差距。為了促進我國醫(yī)療廢物集中焚燒處理技術(shù)的發(fā)展,本文結(jié)合豎式爐貧氧熱解焚燒工藝的開發(fā),就目前該技術(shù)的研究進展及存在的問題做一探討,希望對醫(yī)療廢物焚燒處理技術(shù)的發(fā)展起到有益的作用。
1技術(shù)原理
貧氧熱解焚燒技術(shù)是一種利用垃圾中的可燃成分與空氣作用,部分燃燒、部分熱解氣化,使垃圾轉(zhuǎn)變成低熱值可燃氣體混合物和惰性灰渣的方法。可燃氣體混合物在二燃室實現(xiàn)完全燃燒,其中的二惡英等有害物質(zhì)得到分解。與無氧熱解處理技術(shù)不同,該技術(shù)不對外提供氣體燃料。
該技術(shù)適宜爐型是豎式爐,由一燃室和二燃室組成。一燃室空氣系數(shù)在0.6~0.8之間。由頂部進入爐內(nèi)的物料受爐內(nèi)自下而上的高溫煙氣對流及輻射熱的作用,自上而下經(jīng)過升溫干燥、熱解、氣化與燃燒、殘?zhí)咳急M及灰渣冷卻過程,產(chǎn)生的灰渣從底部排出爐外。產(chǎn)生的混合氣體在專門設(shè)計的燒嘴內(nèi)與二次空氣部分混合后,噴入溫度為900±50℃的二燃室內(nèi)完成二次燃燒。常溫空氣由爐子底部鼓入,對旋轉(zhuǎn)爐排和灰渣起到冷卻作用,同時本身受到預(yù)熱后,在向上流動過程中先后與燃盡層、燃燒層中的殘?zhí)恳约澳﹣淼眉盁峤鈿饣挠袡C物質(zhì)作用,使其燃盡,產(chǎn)生幾乎不含氧氣的高溫煙氣為上部物料的熱解氣化、干燥提供必要條件。
2技術(shù)特點
與生活垃圾相比,醫(yī)療廢物的產(chǎn)生量要小得多,絕大多數(shù)城市日產(chǎn)生量在15t以下。但是醫(yī)療廢物的毒性大,傳染性強,危害極大,因此,醫(yī)療廢物的焚燒應(yīng)重點從減容程度、無害化程度、安全、衛(wèi)生、運行可靠等方面考慮,而不宜以熱能回收、廢物資源化利用為目標。貧氧熱解焚燒技術(shù)更符合這些要求,該技術(shù)主要有如下特點。
2.1煙氣中二惡英等有害物質(zhì)濃度低
在一燃室內(nèi),上升氣流與爐內(nèi)物料平穩(wěn)接觸,燃燒層以上沒有物料攪動,上部干燥層物料對上升氣流起到濾塵作用,產(chǎn)生的可燃氣體混合物塵含量下降,對二惡英的合成起催化作用的Cu2+、Fe3+等金屬離子濃度降低,這使一燃室產(chǎn)生的混合氣體中二惡英等有害物質(zhì)含量大為降低。由于二次燃燒質(zhì)量的提高,使混合氣體中少量二惡英等有害物質(zhì)得到進一步分解,同時也降低了后續(xù)煙氣降溫過程中二惡英的再合成能力。焚燒效率及焚毀去除率>99.99%,使得尾氣處理更容易、環(huán)保效果更好。
2.2減容效率高,灰渣熱灼減率低,焚燒徹底
一燃室入爐空氣依次通過灰渣層、燃盡層和燃燒層,雖然空氣系數(shù)低,但氧氣得到充分利用,仍能使熱解氣化殘余物中固體炭得到充分燃燒,減容效率高達95%,灰渣熱灼減率低于3%,焚燒徹底。
2.3煙氣產(chǎn)量少,燃料用量省
豎爐熱效率和氧氣利用率高,這使得一燃室內(nèi)熱解與氣化的有機物質(zhì)份額與燃燒掉的有機物質(zhì)份額之比增加,因而只需要較低的空氣系數(shù)。產(chǎn)生的混合氣體中可燃氣體組分含量高,二次燃燒效果好,可保證整個焚燒系統(tǒng)具有最小的空氣過剩系數(shù),煙氣產(chǎn)量少、補充燃料用量省。
2.4設(shè)備較小,工藝簡單,易于工業(yè)化
該技術(shù)使爐內(nèi)物料與高溫氣流直接接觸,熱解氣化殘余物中的可燃物質(zhì)在爐子底部直接與新入爐空氣作用燃盡,因此,與無氧熱解處理技術(shù)相比,傳熱速度快、單位爐容處理能力大,也避免了將熱解氣化殘余物導(dǎo)出爐外另行燃盡處置的麻煩。對于大中城市,用熱解法處理時,產(chǎn)生的燃氣量不足以形成對外供氣規(guī)模,即使勉強對外供應(yīng),也必須經(jīng)過復(fù)雜的凈化處理,其安全性受到質(zhì)疑,這是得不償失的。該技術(shù)克服了無氧熱解處理技術(shù)的上述缺點,減小了設(shè)備體積,工藝簡單,易于工業(yè)化。
2.5設(shè)備構(gòu)造簡單,投資與運行費用低
豎式爐的旋轉(zhuǎn)爐排密封于爐內(nèi),轉(zhuǎn)速很低,頂部進料裝置采用液壓驅(qū)動雙插板結(jié)構(gòu),這使得焚燒爐結(jié)構(gòu)簡單,密封性好,動力消耗低,運行可靠,從而降低了設(shè)備投資和運行費用。
豎式貧氧熱解焚燒爐的主要缺點是料層透氣性差,傳熱傳質(zhì)條件、單位爐容處理能力不及回轉(zhuǎn)窯焚燒爐;空氣系統(tǒng)阻力稍大,增加了鼓風系統(tǒng)動力消耗。
3技術(shù)現(xiàn)狀
由于貧氧熱解焚燒技術(shù)的顯著優(yōu)點,近幾年國內(nèi)對此加大了開發(fā)力度。出現(xiàn)了多種以貧氧熱解技術(shù)為基礎(chǔ)的爐型,如間歇豎式爐、多層爐篦豎式爐、臥式爐、連續(xù)豎式爐等,但是目前都還不夠成熟,存在不少問題。
間歇豎式爐存在的問題是,由于受到氣流分布和料層透氣性的影響,爐膛直徑和料層厚度受到限制。因此,每一爐的處理量很小,規(guī)模受到限制;間歇操作,工況周期性變化,使二燃室溫度波動很大,為維持二燃室溫度,必然消耗較多補充燃料;醫(yī)療廢物焚燒時,多數(shù)物料的熱解、氣化和焚燒速度較快,其控制環(huán)節(jié)是殘余物中殘?zhí)亢蜕倭繚穸却蟆⒘6却蟮奈锪?,間歇式焚燒爐必須拿出較長時間專門用于殘余物的燃盡,在這一點上是不能與連續(xù)式焚燒爐相比的。
多層爐篦豎式爐的特點是爐內(nèi)物料經(jīng)常翻動,各層料柱較薄,透氣性好,焚燒速度快。但是,也正是由于這一原因,使其失去了貧氧熱解焚燒技術(shù)的主要優(yōu)點。
原則上講,臥式爐型是不適用于貧氧熱解焚燒技術(shù)的。因為在臥式爐內(nèi)不能形成像豎式爐那樣的料柱和溫度分布,物料與爐內(nèi)氣流的相對運動關(guān)系也不同,使得熱能利用、氧的利用率都不能與豎式爐相比,無法達到貧氧熱解焚燒技術(shù)的目的。
目前,連續(xù)式豎式爐的主要問題在于排渣。按照目前醫(yī)療廢物的分類、收集方法,醫(yī)療機構(gòu)產(chǎn)生的玻璃物品全部進入醫(yī)療廢物,其所占的比例是很大的。在焚燒爐的燃燒層和燃盡層最高溫度可達到1300℃,玻璃在這里熔融,隨著向下運動逐漸結(jié)塊,影響透氣性和順利出渣。這也是目前困擾回轉(zhuǎn)窯等大多數(shù)其它焚燒處理技術(shù)的主要難題。
綜上所述,在貧氧熱解焚燒技術(shù)中,最理想的爐型是連續(xù)式豎式爐,投入的研究也最多,目前,已有一些小處理量的爐子投入運轉(zhuǎn),但由于出渣等問題,設(shè)備故障比較多,在技術(shù)上還有待于進一步完善。
4結(jié)語
醫(yī)療廢物貧氧熱解焚燒處置技術(shù)有許多優(yōu)點,尤其在控制二惡英方面有明顯的優(yōu)勢。但與過氧燃燒技術(shù)一樣,還存在因玻璃軟化而出渣不暢等不少問題,使這一技術(shù)尚未達到工業(yè)化水平。建議一方面在改進工藝與設(shè)備技術(shù)方面加大努力,另一方面還可以在醫(yī)療廢物的分類收集和分類處理做工作。