回轉(zhuǎn)窯式醫(yī)院垃圾焚燒爐設(shè)計(jì)

摘　要：給出了一個(gè)回轉(zhuǎn)窯式醫(yī)院垃圾焚燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖，介紹了其工作原理；針對(duì)中小規(guī)模醫(yī)院的自備焚燒爐，進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)和熱力計(jì)算；討論了回轉(zhuǎn)窯式醫(yī)院垃圾焚燒爐中值得研究的問題。

關(guān)鍵詞：醫(yī)院垃圾；焚燒；回轉(zhuǎn)窯

1　前言

醫(yī)院垃圾含大腸桿菌、沙門氏菌、綠膿桿菌、痢疾桿菌、乙肝表抗等有害細(xì)菌和病毒，細(xì)菌總數(shù)(860～1400)×104個(gè)/cm3［1］，是一種有害固體廢棄物。要破壞和去除有害細(xì)菌和病毒，宜采用高溫焚燒處理。沈陽、鞍山等地曾分別建成多室式醫(yī)院垃圾焚燒爐［1，2］，都是以煤為輔助燃料，讓煤在輔助燃燒室中氣化，以煤氣來保證主燃室中醫(yī)院垃圾的穩(wěn)定、完全燃燒。近年來，國外也開發(fā)出一些適合于有害固體廢棄物處理的焚燒爐［3］，其中，回轉(zhuǎn)窯(Rotary Kiln)式焚燒爐具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、運(yùn)行可靠、易控制、可保證燃燒穩(wěn)定、完全等優(yōu)點(diǎn)，并可建成大、中、小型回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐，分別適合于城市醫(yī)院垃圾集中焚燒、大醫(yī)院自備焚燒爐、中小醫(yī)院自備焚燒爐。集中焚燒可采用高自動(dòng)化程度、高治污水平的設(shè)備，并可回收熱能，但投資與運(yùn)行費(fèi)用均較貴，需政府出資建設(shè)和維持運(yùn)行，適合于對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求高的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大都市；自備焚燒爐分散處理，可減輕運(yùn)輸?shù)膲毫�，投資與運(yùn)行費(fèi)用均較低，易被用戶接受，但是否能達(dá)到焚燒的要求，則是人們關(guān)注的問題。本文對(duì)回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐進(jìn)行介紹，并且對(duì)適合于中小規(guī)模的醫(yī)院自備焚燒爐，進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)和熱力計(jì)算。

2　回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐的結(jié)構(gòu)和原理

圖1給出了參考國外最先進(jìn)的回轉(zhuǎn)窯式焚燒技術(shù)［3］而設(shè)計(jì)的醫(yī)院垃圾焚燒爐結(jié)構(gòu)。其基本工藝流程是：整個(gè)焚燒系統(tǒng)分為2個(gè)燃燒室，實(shí)現(xiàn)了分級(jí)燃燒。①一燃室窯體可轉(zhuǎn)動(dòng)，起到輸送廢棄物和加強(qiáng)窯內(nèi)熱質(zhì)混合的作用，轉(zhuǎn)速約0.5～1.0rpm。廢棄物在其中的停留時(shí)間約0.5～1.5h。加料速度控制在使窯內(nèi)廢棄物體積占總體積的20%。一燃室中可用適量的油或煤氣作為輔助燃料，也可摻燒廢油和工業(yè)可燃廢液。在一燃室中發(fā)生揮發(fā)份析出、裂解、可燃?xì)獠糠秩紵�、殘�(zhí)咳紵�并燃燼等反應(yīng)。②從一燃室產(chǎn)生的可燃?xì)膺M(jìn)入二燃室，在二燃室中噴入少量的輔助燃料，以維持爐內(nèi)高溫，保證可燃?xì)獾难杆佟⑼耆�反�?yīng)。③煙氣從二燃室排除后，經(jīng)過煙囪直接排入空氣。

圖1　回轉(zhuǎn)窯式醫(yī)院垃圾焚燒爐結(jié)構(gòu)

回轉(zhuǎn)窯除了用于醫(yī)院垃圾焚燒外，還可用于焚燒其它固體廢棄物、泥漿、固液混合物等。一些現(xiàn)代的回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)中，在2個(gè)燃燒室間設(shè)一個(gè)旋風(fēng)室，使灰渣從出渣口排出，以防止高溫二燃室中的結(jié)渣。二燃室可水平或垂直布置，其中還可噴入廢油和工業(yè)可燃廢液。目前回轉(zhuǎn)窯的平均熱負(fù)荷約17MW，美國有的回轉(zhuǎn)窯熱負(fù)荷已達(dá)44MW。

3　設(shè)計(jì)計(jì)算與說明

3.1　醫(yī)院垃圾特點(diǎn)

(1)熱值約7000kJ/kg。

(2)堆積密度約300～500kg/m3，設(shè)計(jì)計(jì)算中取堆積密度400kg/m3。

(3)含水份40%～50%，灰10%，PH值8～9。

3.2　設(shè)計(jì)目的與要求

(1)本焚燒爐適合于中小型醫(yī)院的垃圾焚燒。醫(yī)院垃圾產(chǎn)量40～100kg/d，按日處理量100kg/d設(shè)計(jì)。

(2)焚燒后殺死全部病原及各種微生物。

(3)減重率90%，減容率85%～90%，固體廢棄物灰化。

3.3　焚燒爐主要結(jié)構(gòu)尺寸

(1)一燃室：內(nèi)徑d1=0.4m　長度L1=1.2m　體積V1=0.151m3

(2)旋風(fēng)室：內(nèi)徑d2=0.24m　長度L2=0.9m　體積V2=0.041m3

(對(duì)小型爐可不設(shè)旋風(fēng)室)

(3)二燃室：內(nèi)徑d3=0.6m　長度L3=1.2m　體積V3=0.339m3

(4)一燃室傾角6.5°。

3.4　焚燒爐主要運(yùn)行參數(shù)

(1)回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速：0.5～5rpm(可調(diào))。

(2)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)料速度：使?fàn)t內(nèi)垃圾體積控制在20%V1左右。

(3)固體廢棄物在一燃室中停留時(shí)間為0.5～1.5h。

(4)可燃?xì)庠诙�燃室中停留時(shí)間為1～3s。

(5)處理速度：12kg/h，日運(yùn)行約8h。

3.5　焚燒爐主要熱力參數(shù)

(1)一燃室設(shè)計(jì)爐溫：950℃。

(2)爐溫系數(shù)：0.75。

(3)一燃室過量空氣系數(shù)為0.5～2.5(可調(diào))。

(4)設(shè)一燃室輔助燃料為油，取油的熱值35000kJ/kg，燃油量0.07～0.08kg/kg。

(5)一燃室熱負(fù)荷17kW，容積熱負(fù)荷113kW/m3。

(6)二燃室設(shè)計(jì)爐溫≥1000℃。

(7)二燃室空氣系數(shù)為1.2～2.0(可調(diào))。

(8)二燃室輔助燃料為油，燃油量0.03～0.05kg/kg。

(9)二燃室熱負(fù)荷22kW，容積熱負(fù)荷65kW/m3。

(10)總耗油量為0.10～0.13kg/kg，日耗油量10～13kg。

3.6　煙風(fēng)系統(tǒng)

(1)由離心式鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)。風(fēng)機(jī)型號(hào)：No.2.8，轉(zhuǎn)速2900rpm，全壓951Pa，流量1330m3/s。

(2)風(fēng)機(jī)電機(jī)：型號(hào)Y90S—2，功率1.5kW。

(3)為簡化系統(tǒng)，節(jié)省造價(jià)，空氣不預(yù)熱。

(4)采用煙囪自然排煙，煙囪內(nèi)徑150～200mm，高15～20m。由于余熱未被利用，排煙溫度大于300℃，當(dāng)煙囪為20m高時(shí)，抽力大于110Pa。

3.7　爐窯轉(zhuǎn)動(dòng)裝置

(1)只有一燃室轉(zhuǎn)動(dòng)，旋風(fēng)室、二燃室不動(dòng)。

(2)一燃室端蓋不動(dòng)，爐體轉(zhuǎn)動(dòng)。

(3)一燃室爐體由膠輥帶動(dòng)，轉(zhuǎn)速可調(diào)。

(4)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率3kW。

3.8　總體設(shè)計(jì)

(1)一燃室、旋風(fēng)室、二燃室金屬重分別約為60、30、80kg。

(2)占地約2.5×2=5m2(二燃室、鼓風(fēng)機(jī)均側(cè)面布置)。

(3)爐體高度約2m(不包括煙囪高度)。

4　值得研究的問題

回轉(zhuǎn)窯在建材工業(yè)中已有較多的應(yīng)用，在機(jī)械制造方面已取得了許多成功的經(jīng)驗(yàn)。但是，對(duì)于醫(yī)院垃圾這種特殊的燃料，在回轉(zhuǎn)窯中的傳熱與燃燒機(jī)理尚有待深入的研究�？裳芯康膯栴}有：

(1)如何利用燃燒后的高溫?zé)煔饧訜崛霠t垃圾。這涉及到二燃室的位置或煙氣再循環(huán)等問題，在以后的改型設(shè)計(jì)中可考慮這方面的問題。

(2)回轉(zhuǎn)窯中的傳熱機(jī)理。包括：氣固間輻射與對(duì)流傳熱；氣體與窯內(nèi)壁之間的輻射與對(duì)流傳熱；窯壁與固體間的輻射與導(dǎo)熱。由于固體在水平斷面上混合得較好，可假設(shè)固體的流型趨近于柱塞流［4］。氣固間對(duì)流傳熱可用湍流經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算；氣固間輻射可根據(jù)對(duì)氣體空間的有效輻射率與吸收率來計(jì)算；窯壁與固體間的傳熱是一個(gè)周期性的過程，較難計(jì)算。只有在對(duì)這類問題定量研究的基礎(chǔ)上，才能使設(shè)計(jì)精確、優(yōu)化。

(3)煙氣中污染物的含量。是否因?yàn)榉贌�產(chǎn)生較多的SO2、NOx、H2S、HCl、二口　惡咽、呋喃等污染物，這有待實(shí)踐的驗(yàn)證。在二燃室中采用輔助燃料，正是為了保證高溫，避免二口　惡咽、呋喃等污染物的排放。

5　結(jié)束語

(1)最常見的垃圾焚燒爐——馬丁爐的關(guān)鍵技術(shù)是，為了使垃圾在爐內(nèi)翻動(dòng)，要有耐高溫、耐腐蝕、可傳動(dòng)的爐排，回轉(zhuǎn)窯爐與之相比，沒有爐排，可節(jié)省投資。

(2)另一種常見的垃圾焚燒爐——固定床(Fixed Hearth)，又稱控制氧量燃燒(Controlled Air Oxidation，簡稱CAO)，盡管省略了爐排，但垃圾在爐內(nèi)不能翻動(dòng)，與CAO相比，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)垃圾可以翻動(dòng)，有利于熱質(zhì)傳遞，增強(qiáng)燃燒。

(3)文中設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)，可適合于中、小規(guī)模醫(yī)院的自備垃圾焚燒爐。

作者單位：(華南理工大學(xué)，廣州　510640)

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