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回轉(zhuǎn)窯式醫(yī)院垃圾焚燒爐設(shè)計回轉(zhuǎn)窯式醫(yī)院垃圾焚燒爐設(shè)計摘 要：給出了一個回轉(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；針對中小規(guī)模醫(yī)院的自備焚燒爐，進行了初步設(shè)計和熱力計算；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/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、造價低、運行可靠、易控制、可保證燃燒穩(wěn)定、完全等優(yōu)點，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化程度、高治污水平的設(shè)備，并可回收熱能，但投資與運行費用均較貴，需政府出資建設(shè)和維持運行，適合于對環(huán)境質(zhì)量要求高的經(jīng)濟發(fā)達的大都市；自備焚燒爐分散處理，可減輕運輸?shù)膲毫�，投資與運行費用均較低，易被用戶接受，但是否能達到焚燒的要求，則是人們關(guān)注的問題。本文對回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐進行介紹，并且對適合于中小規(guī)模的醫(yī)院自備焚燒爐，進行了初步設(shè)計和熱力計算。 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的回轉(zhuǎn)窯式焚燒技術(shù)［3］而設(shè)計的醫(yī)院垃圾焚燒爐結(jié)構(gòu)。其基本工藝流程是：整個焚燒系統(tǒng)分為2個燃燒室，實現(xiàn)了分級燃燒。①一燃室窯體可轉(zhuǎn)動，起到輸送廢棄物和加強窯內(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⑷紶a等反應(yīng)。②從一燃室產(chǎn)生的可燃?xì)膺M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�、完全反�?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個燃燒室間設(shè)一個旋風(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44MW。
3 設(shè)計計算與說明 3.1 醫(yī)院垃圾特點 (1)熱值約7000kJ/kg。 (2)堆積密度約300～500kg/m3，設(shè)計計算中取堆積密度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。 (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 焚燒爐主要運行參數(shù) (1)回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速：0.5～5rpm(可調(diào))。 (2)回轉(zhuǎn)窯進料速度：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間為0.5～1.5h。 (4)可燃?xì)庠诙际抑型Ａ魰r間為1～3s。 (5)處理速度：12kg/h，日運行約8h。 3.5 焚燒爐主要熱力參數(shù) (1)一燃室設(shè)計爐溫：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)機送風(fēng)。風(fēng)機型號：No.2.8，轉(zhuǎn)速2900rpm，全壓951Pa，流量1330m3/s。 (2)風(fēng)機電機：型號Y90S—2，功率1.5kW。 (3)為簡化系統(tǒng)，節(jié)省造價，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，抽力大于110Pa。 3.7 爐窯轉(zhuǎn)動裝置 (1)只有一燃室轉(zhuǎn)動，旋風(fēng)室、二燃室不動。 (2)一燃室端蓋不動，爐體轉(zhuǎn)動。 (3)一燃室爐體由膠輥帶動，轉(zhuǎn)速可調(diào)。 (4)驅(qū)動電機功率3kW。 3.8 總體設(shè)計 (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，在機械制造方面已取得了許多成功的經(jīng)驗。但是，對于醫(yī)院垃圾這種特殊的燃料，在回轉(zhuǎn)窯中的傳熱與燃燒機理尚有待深入的研究。可研究的問題有： (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)計中可考慮這方面的問題。 (2)回轉(zhuǎn)窯中的傳熱機理。包括：氣固間輻射與對流傳熱；氣體與窯內(nèi)壁之間的輻射與對流傳熱；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］。氣固間對流傳熱可用湍流經(jīng)驗公式計算；氣固間輻射可根據(jù)對氣體空間的有效輻射率與吸收率來計算；窯壁與固體間的傳熱是一個周期性的過程，較難計算。只有在對這類問題定量研究的基礎(chǔ)上，才能使設(shè)計精確、優(yōu)化。 (3)煙氣中污染物的含量。是否因為焚燒產(chǎn)生較多的SO2、NOx、H2S、HCl、二口 惡咽、呋喃等污染物，這有待實踐的驗證。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，要有耐高溫、耐腐蝕、可傳動的爐排，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，與CAO相比，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)垃圾可以翻動，有利于熱質(zhì)傳遞，增強燃燒。 (3)文中設(shè)計的回轉(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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