医疗废物热解气化炉结构设计

摘要：首先对国内外常用的医疗废物处置技术进行了比较，随后分析了立式热解气化炉的炉体结构、排渣和供风机构的设计要点，最后通过实验对热解气化炉的性能进行了验证，验证了该设计方案的可行性。

关键词：医疗废物;立式热解气化炉;炉体结构;排渣;供风机构

0 引言

我国现代医疗水平虽然得到了很大提升，但在医疗废物的处置方面还存在一些不足。医疗废物是指医疗卫生机构在医疗、预防、保健以及其他相关活动中产生的具有直接或间接感染性、毒性以及其他危害性的废物。医疗废物属于传染性废物，其中的污染物质是附着其上的病原微生物。医疗废物若处置不当，很可能对人或动物、环境等造成严重威胁，因此，加强对医疗废物的稳定化、安全化（有毒、有害物质的分解去除，细菌、病毒的杀灭消毒）和减量化处置显得尤为必要。

1 医疗废物的处置技术

目前国内外常用的医疗废物处置技术包括高温焚烧、等离子体灭菌、高温灭菌、化学消毒、微波灭菌和卫生填埋等，医疗废物的不同处置技术比较如表1所示。

由表1可知，高温焚烧具有杀菌彻底、减量效果突出、适应性广等优点，在其他处置技术尚未成规模的条件下，高温焚烧仍是目前医疗废物处置的首要选择方式。

医疗废物焚烧的关键设备是焚烧炉，主要炉型包括机械炉排炉、回转窑和热解气化炉。机械炉排炉单炉处理量大，技术成熟，运行可靠，但对医疗废物的适应性较弱。回转窑和热解气化炉对医疗废物有较强的适应性，可以处理所有医疗废物（除化学性废物以外）。其中，热解气化炉具有运行稳定、尾气处理负荷较小、投资运营费用适中、占地面积较小等优点。目前国内外热解气化炉型主要有两种：AB炉和立式热解气化炉。其中，立式热解气化炉具有投资较低、操作简单、焚烧彻底、污染物排放低等优点。

2 立式热解气化炉设计

立式热解气化炉设计内容包括进料装置、炉体结构、排渣和供风、炉衬、管口等。本文重点介绍立式热解气化炉的炉体结构、排渣和供风方面的设计要点。

2.1    炉体结构設计

灰渣层高度可根据医疗废物的灰分导热系数和旋转炉排的耐受温度计算;灰层的高度和医疗废物的含灰量决定旋转炉排的排灰速率。气相空间的高度根据合成气每小时体积流量和气体停留时间设计，同时相关文献中提到一般气化炉的高径比H/D在3：1左右[2-3]。

2.2    排渣和供风机构设计

排渣和供风机构设计采用旋转炉芯供风及简易刮板式除灰一体化结构，包括旋转炉芯、上部刮灰刀、落灰盘、下部刮灰刀、驱动电机等部件。炉芯上布置一定数量的供风管道，底部布置有上下两层刮灰刀。炉芯旋转可使空气在炉内布置更均匀。炉内产生的灰渣，通过上下部刮灰刀排出气化炉外。为延长供风管道使用寿命，炉芯外层采用耐火浇注料浇筑而成。与传统气化炉相比，旋转炉芯可以在很大程度上降低物料流动不均匀和局部过热导致的烧结问题。排渣和供风机构如图1所示。

3 实验验证

某3 t/d立式热解气化炉结构如图2所示，设计处理量为125 kg/h。炉体内径根据式（1）设计为1 380 mm，炉体高度根据式（2）（3）（4）（5）设计为4 500 mm。炉内敷设两层耐火材料，外层为150 mm耐火层，内层为50 mm绝热层。炉顶部设置进料装置和导流墙，侧壁布置有检修人孔和合成气出口气化炉，底部采用旋转炉芯供风及简易刮板式除灰一体化结构。炉体设置有多组热电偶和压力变送器，监测炉内温度梯度和负压情况。

炉内生成的合成气进入燃烧室充分燃烧，合成气中的有机污染物完全分解;燃烧产生的热量提供给后端余热回用系统产生蒸汽，燃烧的尾气经过除尘和净化工艺再排放至大气，整体的工艺流程如图3所示。

测试物料的元素分析和工业分析如表2所示，通过热解气化炉每小时处理量、灰渣热灼减率、锅炉出口氧含量等参数评估气化炉的性能。气化炉经过连续运行72 h的测试，处理量为123 kg/h，满足设计处理负荷要求。稳定运行后，对锅炉出口烟气和炉底部排出的灰渣进行6次取样检测，灰渣热灼减率和出口氧含量满足国家相关标准，检测结果如表3所示。

4 结语

本文对立式热解气化炉的炉体结构、排渣和供风机构等进行了设计，并通过实验验证，从每小时处理量、灰渣热灼减率、锅炉出口氧含量等方面评估了气化炉的性能，验证了该设计方案的可行性，可为医疗废物热解气化炉的工程放大设计提供参考。

[参考文献]

[1] HIDEHARU S，KEN T，YASUSUKE H，et al.Development of High-performance Direct Melting Process for Municipal Solid Waste[J].Nippon Steel Technical Report，2005（92）：22-29.

[2] CHAKRAVERTY A，MUJUMDAR A S，RAGHAVAN G S V，et al.Handbook of Pressure and Char Structure[J].Combustion Science and Technology，2003，177（4）：765-791.

[3] 王鹏飞.村镇生活垃圾热解气化炉参数设计与优化产气研究[D].北京：北京建筑大学，2016.

收稿日期：2020-05-07

作者简介：黄强（1989—），男，安徽安庆人，助理工程师，研究方向：固废气化及工程转化。