文档介绍：华中科技大学
博士学位论文
整体式医疗垃圾热解焚烧炉实验研究
姓名:谢荣
申请学位级别:博士
专业:热能工程
指导教师:陆继东
2011-01-04
华中科技大学博士学位论文
摘要
随着我的提高,医疗卫生事业迅速发展,越来越多的医疗
垃圾引发了一系列环境、社会和生态问题。焚烧法因其在无害化与减容化上具有突出
的优势,已成为公认的处理医疗垃圾的有效方法。热解焚烧技术是焚烧法中的热点技
术,本文以热解焚烧技术为基础,进行整体式热解焚烧炉设计与实验研究。
本文选取具有代表性的输液管、医用橡胶手套、竹签棒代表医疗垃圾中的塑料、
橡胶及生物质三类组分,采用热重分析仪进行热解特性研究,运用化学反应动力学模
型计算了热解表观动力学参数。研究表明:典型医疗垃圾颗粒粒径与样品用量的选取
对热重的实验结果有一定影响,但当粒径为 63~500μm,样品用量为 10~25mg 时,影
响不明显。不同升温速率实验研究发现:升温速率越高,样品挥发份析出越容易,挥
发份析出越强烈,总体热解反应过程越集中,各阶段分解量减小。混合热解实验结果
表明:低温阶段可以认为各组份间不发生相互反应或相互反应程度较小,中高温阶段
混合物内部相互反应影响趋于明显。
为进一步了解医疗垃圾热解产物的生成特性,在管式炉实验台架上进行了典型医
疗垃圾组份热解气体产物生成实验研究。采用红外气体分析仪测量析出组份随时间变
化的规律。热解气的成分复杂,主要有甲烷、一氧化碳、酸类、醛类物质。本文选取
产气中浓度高于 100ppm 的甲烷、一氧化碳等气体进行研究。结果表明:热解温度越
高,气体产物的析出峰值越高。医用橡胶手套热解主要气态产物为甲烷,输液管热解
主要气态产物为甲烷和氯化氢,竹签主要热解气态产物为甲烷与一氧化碳。在此基础
上,进行了典型医疗垃圾混合组份 HCl 排放特性实验。结果表明:含有氯的混合组份
热解过程中,掺混作用对氯化氢的转化具有抑制作用,均使氯转化为氯化氢的速率不
同程度的下降,随着掺混比例增加抑制作用增强,这也表明含氯有机物发生氯化氢脱
除反应前可能与其他物质结合形成含氯有机物。结合扫描电镜、比表面积及孔径分析
仪对典型医疗垃圾样品的热解焦特性进行了研究。结果表明:热解温度越高,焦孔隙
越发达,比表面积越大,有利于热解焦燃尽,降低燃烧污染物。
I
华中科技大学博士学位论文
在确保医疗垃圾无害化处理前提下,结合医疗垃圾热值较高的特性,开发了一燃
室与二燃室同轴结构的新型热解焚烧炉并进行系统的热力分析与热态实验。热力分析
的结果表明:当总过量空气系数不变,减少一燃室的过量空气系数,一燃室出口温度
降低,二燃室温度增加。在此基础上,进行整体式热解焚烧炉批次给料与连续给料热
态实验。批次投料实验结果表明:一燃室预热温度与给料量均对炉内温度变化有影响。
连续给料实验结果表明:热解焚烧工况的温度稳定性要高于直接燃烧工况,可实现直
接燃烧类似的稳定火焰及良好的燃烧效果,有效控制焚烧炉出口的一氧化碳浓度,同
时有效降低总烟气产生量。建议新型连续热解焚烧炉总过量空气系数为 ,一燃室
过量空气系数为 。
以整体式医疗垃圾热解焚烧炉为核心的焚烧系统为对象,进行实际医疗垃圾热解
焚烧处理过程中的清洁排放控制研究。对烟道处烟气中颗粒物、二氧化硫、一氧化碳
和氮氧化物的排放进行检测与分析,结果表明:整体式医疗垃圾热解焚烧系统能够控
制二次中污染物生成,从机理角度对该型焚烧系统抑制二次污染物进行解释。结合气
相色谱仪和扫描电镜仪对焚烧炉飞灰与炉渣进行了研究。结果表明:炉渣与飞灰中重
金属含量较高,属于危险废物,必须固化处理后方可填埋。在全面总结垃圾焚烧炉内
二噁英形成机理:高温气相生成、前驱物生成和从头合成的基础上,将本文研究对象
与不同焚烧炉结构相同尾气净化装置的医疗垃圾热解焚烧系统的二噁英检测结果进
行对比分析。结果表明:同轴结构的焚烧炉有效降低了焚烧炉的散热损失,利用了热
解产物二次燃烧释放的热量维持炉内温度稳定,对二噁英的生成产生良好的抑制作
用。
关键词:医疗垃圾,热解,焚烧,焚烧炉设计,二次污染,二噁英
II
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ABSTRACT
With the development of economy, the medical and health services developed rapidly
in China. The huge amounts of medical waste result in a series of environmental, social a