生物质与医疗废弃物的焚烧联产处理设备

2021-03-09

节能与环保 2021年1期

1 技术背景

生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素)、农产品加工业下脚料、农林废弃物等物质。生物质以可再生性，广泛分布性等特点得到人们认可。全国农作物秸秆年产生量约6 亿t，大约3 亿t 可作为燃料使用，林业废弃物年可获得量约9 亿t，大约3 亿t 可作为能源利用，而现有技术中生物质直接被焚烧，这样不仅浪费资源，而且还污染空气。

医疗废弃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，还包括外包装、一次性输液瓶（袋）等可再生资源利用的废弃物，其危害性要比一般生活垃圾更加严重。

焚烧法是将医疗废弃物作为固体燃料送入焚烧炉中，在高温条件下，医疗废弃物与空气中氧气进行剧烈的化学反应，放出热量，转化成高温的燃烧气和少量固体残渣。医疗废弃物和生物质的热值较高，在焚烧过程不需要消耗煤、油等助燃能源，节省了大量能源，并通过蒸汽发电等回收能源，做到资源节约和循环利用，大力提升能源使用效率。

文中介绍的生物质与医疗废弃物焚烧联产处理设备，可提高生物质与医疗废弃物的能源利用效率。该设备由气化炉、焚烧炉、燃烧室、磨粉机、气动式旋转机构和蒸汽锅炉等部分组成。气化炉所产生的高温可燃气体进入焚烧炉内，可助燃医疗废弃物进行焚烧；焚烧炉所产生的烟气与炭粉和高压蒸汽进入燃烧室内，经过二次配比混合燃烧，可产生大量的热能，有效提升了热能产率。总之，该装置将生物质与医疗废弃物进行联合处理，提高其产能效率，减少额外能耗。

2 生物质与医疗废弃物焚烧联产处理设备介绍

本设备通过磨粉和气动式旋转机构将生物质与医疗废弃物进行联合处理，以克服现有技术的不足。

2.1 主要组件及其工作流程

设备包括气化炉、焚烧炉、燃烧室、磨粉机、气动式旋转机构和蒸汽锅炉等主要结构，其连接方式为气化炉的烟气出口与焚烧炉燃烧腔连通，焚烧炉的烟气出口与燃烧室烟气进口连通；燃烧室的烟气出口与蒸汽锅炉的烟气进口连通；磨粉机的出粉口与燃烧室的烟气通道连通；气动式旋转机构与磨粉机的旋转轴相连，以驱动旋转轴进行转动；蒸汽锅炉的蒸汽出口与气动式旋转机构进气口连通，气动式旋转机构上的排气口中的气体流向与磨粉机上的出粉口中的粉料流向的夹角为钝角，优选为角度100～150°。其结构图如图1 所示。

图1 生物质与医疗废弃物焚烧联产处理设备结构图

2.2 气动式旋转机构

气动式旋转机构包括气缸、主轴、叶轮和喷嘴，叶轮设置在气缸的内腔中，主轴穿设在所述叶轮上，且其两端分别贯穿至气缸外，气缸的壁上在正对叶轮的叶片处设有进气口，喷嘴设置在进气口中，气缸的壁上设有排气口；蒸汽锅炉的蒸汽出口与所述喷嘴相连，气缸上的排气口与磨粉机上的出粉口连通。其作用是当蒸汽锅炉内的高压蒸汽进入喷嘴内，并经喷嘴喷出，喷向叶轮的叶片，以推动叶轮转动，而叶轮转动后将驱使主轴转动，主轴转动的同时带动磨粉机中的旋转轴转动，结构简单，运行稳定，需要维护的部件少。

2.3 磨粉机

磨粉机包括外壳、定磨盘、动磨盘、旋转轴和料仓，定磨盘固定设置在所述外壳内的其中一个侧壁上，动磨盘布置在外壳内，且靠近定磨盘；旋转轴的一端与所述动磨盘相连，另一端穿出至外壳外并与主轴的一端相连；定磨盘侧壁上设置进料口，与之对应位置外壳处设置进料口，料仓的出料口与外壳的进料口连通，外壳上另设置出粉口，该出粉口与气缸的排气口连通。其作用是有效地将生物质炭磨制成炭粉，结构简单，运行稳定，需要维护的部件少。磨粉机与气动式旋转机构的装配如图2 所示。

图2 磨粉机与气动式旋转机构的装配图

2.4 储料仓

储料仓外壳上的出粉口与储料仓连通，储料仓的出粉口分别与燃烧室的烟气通道和气化炉的烟气出口连通，气缸上的排气口与储料仓的出粉口连通，储料仓的出粉口上设有流量阀。其作用是收集磨粉机磨制的炭粉，以便后续使用，避免出现实时产粉不足的情况。

2.5 变径管

变径管的大径端与气缸上的排气口相连，小径端与储料仓的出粉口相连，且变径管的小径端的出口与储料仓的出粉口中的粉料流向的夹角为钝角，优选角度为100°～150°。其作用是提升从气动式旋转机构内流出的高压蒸汽的流速，以便更好地将炭粉鼓入或喷入燃烧室内。

2.6 其他部件

其他部件包括清渣机和提升机，清渣机用于将气化炉所述产生的生物质炭转移至提升机内，提升机的出料口伸至料仓处。其作用是可以自动将气化炉产生的生物质炭转至磨粉机内，以确保整个系统的连续运转。

2.7 工作流程

将生物质加入气化炉内，进行气化产炭及可燃气体，可燃气体流向焚烧炉，将医疗废弃物加入焚烧炉内进行焚烧，产生烟气；气化炉气化所产生的生物质炭输送至磨粉机内，蒸汽锅炉所产生的高压蒸汽部分输送至气动式旋转机构，以驱动气动式旋转机构运转，促使磨粉机工作进行磨粉处理；经气动式旋转机构流出的高压蒸汽将磨粉机所磨得炭粉喷入燃烧室内，同时烟气流向燃烧室进行爆燃，产生高温气体，高温气体进入蒸汽锅炉内进行热交换另外，气化炉内得可燃气体还可进入燃烧室内。进入燃烧室内得可燃气体、烟气、高压蒸汽和炭粉得体积配比为（3～8）：（2～6）：（1～3），具体可以为3：2：2：1，6：4：3：2，8：6：4：3，等，其中优选为6：4：3：2，该配比下，能够有效降低烟气中的有害物质的含量，从而降低后续净化系统的负荷率，延长工作周期。而炭粉的目数为30～120 目，具体可为30 目、80目、120 目等。

3 设备优越性

气化炉所产生的高温可燃气体进入焚烧炉内，可助燃医疗废弃物进行焚烧，减少煤、油等助燃能源的消耗；焚烧炉所产生的烟气与炭粉和高压蒸汽进入燃烧室内，经过二次配比混合燃烧，可产生大量的热能，有效的提升了热能产率，同时也有效的升高了蒸汽锅炉的温度，以利于后续发电、供暖等；利用高压蒸汽将炭粉鼓/喷入至燃烧室内，可以省去安装鼓/喷入系统。另外，也免去后期维修，可以形成粉雾，提升燃烧效率；利用高压蒸汽、气动式旋转机构驱动磨粉机运转，可以省去安装电机，从而可以延长系统的工作周期，以及可以降低维护成本。