实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种医疗废物联合处置系统,使其减容减重效果好,资源化效果好,且成本较低,绿色环保,既能有效回收医疗垃圾中的能量,又不产生二噁英等有毒有害物质,从而克服现有的传统方式能量损失大,难以去除有毒有害物质,而“3T”改造模式又成本高昂的不足。
为实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
一种医疗废物联合处置系统,包括依次连接的一级气化炉系统、二级反应器、余热利用系统、合成气净化系统及合成气利用系统,还包括用于处置炉渣和飞灰的三级反应器,其中,所述二级反应器和三级反应器配备有等离子体发生系统。
作为进一步地改进,所述一级气化炉系统采用炉排炉形式,包括干燥段、气化段、燃烧段三段,其中,所述干燥段用于蒸发水分,所述气化段用于析出挥发分,所述燃烧段用于缺氧燃烧,并为以上两段提供热量。
所述余热利用系统包括:空气预热器,用于加热进入所述一级气化炉系统的入炉空气;干燥气加热模块,用于加热来自所述一级气化炉系统干燥段的气体;以及省煤器。
所述余热利用系统呈U型结构,所述U型结构由位于左上侧的所述省煤器和左下侧的所述空气预热器,位于右侧的所述干燥气加热模块,以及位于下部两侧的两个卸灰口组成。
所述一级气化炉系统通过炉渣输送系统与所述三级反应器连接;所述二级反应器、余热利用系统及合成气净化系统通过飞灰成型固化系统与所述三级反应器连接。
所述飞灰成型固化系统包括飞灰贮仓、螺旋输送机、飞灰成型机,所述飞灰贮仓用于接收所述二级反应器、余热利用系统及合成气净化系统排出的飞灰,所述螺旋输送机连接飞灰贮仓与飞灰成型机,所述飞灰成型机连接所述三级反应器。
所述合成气净化系统包括依次连接的调温塔、袋式除尘器及湿式洗涤塔,所述调温塔连接所述余热利用系统,所述湿式洗涤塔连接所述合成气利用系统。
所述湿式洗涤塔采用湿法脱酸工艺,且配有碱液制备系统。
所述合成气利用系统包括依次连接的冷冻干燥机、引风机、贮气囊,所述贮气囊的输出端分别连接有内燃发电机和火炬。
所述三级反应器的输出端还连接有旋风分离器,所述旋风分离器的出气端连接至所述余热利用系统。
由于采用上述技术方案,本实用新型至少具有以下优点:
(1)由于设置了配备等离子体发生系统的二级反应器和三级反应器,本实用新型实现了利用等离子热解气化方法处理医疗垃圾,同时利用等离子气化熔融方法处理气化产生的炉渣及飞灰。由于医疗垃圾中含有大量的PVC类一次性医疗用品,利用等离子热解气化工艺处理医疗垃圾解决了常规焚烧、热解工艺产生的焦油、二噁英等有害物质,且污染物排放少,环保效果好。同时,由于医疗垃圾中含有大量手术刀、手术钳、针头等贵重金属制品,医疗垃圾通过热解气化过程产生的炉渣中混有上述物品,且很难从炉渣中分解出。本系统设置三级反应器,将医疗垃圾热解气化过程中产生的炉渣、飞灰等有害物质进行等离子气化熔融,产生无害化的玻璃体熔渣。
(2)在采用等离子热解气化方式处理医疗垃圾的过程中可以回收合成气中产生的热量(显热),同时,合成气中含有一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体,可通过内燃机发电利用其中的化学能,能更大程度的实现医疗垃圾的资源化,缓减我国能源短缺的局面。
(3)采用等离子热解气化方式处理医疗垃圾,产生的合成气量相当于焚烧同等质量垃圾产生烟气量的1/3,同时产生的污染物量相对较少,这就意味着对于上述合成气净化系统极大的简化。
(4)一级气化炉系统采用机械炉排式,能够保证入炉物料顺利的进出系统,实现气化的连续性,保证气化炉能够产生热值较高的合成气。
综上,本系统真正实现了医疗垃圾处理的减量化、无害化、资源化,更适于推广使用。
具体实施方式
本实用新型提供一种医疗废物等联合处置系统,主要包括依次连接的一级气化炉系统、二级反应器、余热利用系统、合成气净化系统及合成气利用系统,还包括用于处置炉渣和飞灰的三级反应器,其中,所述二级反应器和三级反应器配备有等离子体发生系统,从而实现所述二级反应器作为等离子气化热解反应器,三级反应器作为等离子气化熔融反应器的功能。
具体地,请参阅图1所示,本实用新型的医疗废物等联合处置系统包括顺次连接的一级气化炉系统1、二级反应器2、余热利用系统3、合成气净化系统、合成气利用系统,还包括用于处置炉渣和飞灰的三级反应器16,等离子体发生系统18分别与所述二级反应器2和三级反应器16连接。
其中,所述的一级气化炉系统1优选采用机械炉排炉形式,包括干燥段、气化段、燃烧段三段,其中,所述干燥段用于蒸发水分,所述气化段用于析出挥发分,所述燃烧段用于缺氧燃烧,并为以上两段提供热量。机械炉排式气化炉能够保证入炉物料顺利的进出系统,实现气化的连续性,保证气化炉能够产生热值较高的合成气。一级气化炉系统1还包括双层翻板阀、点火燃烧器、一次风机、液压站、湿式刮板输送机、湿式排渣机等。气化炉进料处设置重锤式双层翻板阀保证气化炉的密闭性;点火燃烧器点火启动时使用,正常运行后退出;采用湿式排渣机,炉排落灰斗下方设置湿式刮板输送机,能够实现医疗垃圾连续气化产气,同时能够实现其顺利排渣。
所述的二级反应器2与等离子体发生系统18连接,二级反应器2通过特殊的结构设计,保证了经等离子体作用后的合成气在其中混合均匀,停留时间大于2s,符合行业规范要求;其中等离子体发生系统18产生的等离子体具有高温活化性能,保证合成气通过等离子体的作用,其中的焦油、二噁英等大链分子被裂解为具有可燃性质的短链分子,增加了合成气的热值,同时减轻了焦油等污染物对后续设备的腐蚀作用。
所述的余热利用系统具有三方面作用。其一,设置空气预热器,将入炉空气进行加热后送入气化炉;其二,设置干燥气加热模块,将气化炉干燥段抽出的干燥气经其加热后送回气化炉;其三,设置余热锅炉,将给水加热成蒸汽使用。进一步地,可配有相应的软化水制备装置。
所述的合成气净化系统,包括调温塔4、袋式除尘器5及湿式洗涤塔6,其中湿式洗涤塔6采用湿法脱酸工艺,可配有碱液制备系统12等。合成气经过合成气净化系统后保证其温度低于40℃,其中的酸性分子(如HCl、H2S、HF、SO2等)和粉尘含量达到国家排放标准的要求。
所述的合成气利用系统,包括冷冻式干燥机7、引风机8、贮气囊9、火炬11、内燃发电机组10。合成气经过冷冻式干燥机7后可以脱除合成气中的水分,达到进内燃发电机10的要求,所述引风机8配备的电动机为防爆型电动机。所述贮气囊9用于合成气的储存并均压。所述火炬11用于处理在点火启动时产生的不达标合成气。合成气进内燃发电机组发出的电能可供整套系统自用,剩余电能可并网外供。
所述的三级反应器16主要用于处置炉渣和飞灰,其中,所述一级气化炉系统1产生的炉渣通过炉渣输送系统送至三级反应器16;所述二级反应器2、余热利用系统3及所述合成气净化系统排出的飞灰通过飞灰成型固化系统固化后输送至所述三级反应器16。
所述飞灰成型固化系统包括飞灰贮仓13、螺旋输送机14、飞灰成型机15,所述飞灰贮仓13用于接收所述二级反应器2、余热利用系统3及所述合成气净化系统排出的飞灰,飞灰加入螯合剂后通过螺旋输送机14进入飞灰成型机15进行固化处理。固化成型后的飞灰再通过输送机送入三级反应器16,三级反应器16通过等离子体发生系统18实现等离子气化熔融功能,将一级气化炉系统1产生的炉渣和固化后的飞灰通过等离子体的高温作用形成无害化的玻璃体排出炉外。
所述三级反应器16的后方还设有旋风除尘器17,旋风除尘器17主要用于处理三级反应器16产生的高温烟气,处理后的烟气进入余热利用系统3释放热量,随后进入合成气净化系统净化。
综上所述,本实用新型医疗废物联合处置系统实施使用时,医疗废物通过一级气化炉系统1侧上方的进料装置进入,在干燥段蒸发出水分,在气化段析出挥发分,在燃烧段缺氧燃烧,为以上两段提供热量。热解产生的合成气通过一级气化炉系统1顶部的出口经等离子体发生系统18进入二级反应器3,温度升高,进入余热利用系统3释放热量合理降温后通入合成气净化装置,净化后的合成气通过引风机8进入贮气囊9,最终进入内燃发电机10,发出的电除供自身设备如等离子体发生系统18等使用外,剩余的并入电网。
由于所述二级反应器3前设置有等离子体发生系统18,所有合成气均通过等离子体组成的超高温截面,其中所含的焦油重组为CO和H2,二噁英等大分子长链有害有机物也裂解成小分子短链无害物质,如CH4等,合成气热值升高,在导流板的作用下充分混合,温度均匀上升到1100℃以上,沉降下来的飞灰经卸灰阀排出。同时,由于三级反应器16也连接等离子体发生系统18,实现了等离子气化熔融功能,将一级气化炉系统1产生的炉渣和固化后的飞灰通过等离子体的高温作用形成无害化的玻璃体排出炉外。
以下对本实用新型提供的一种医疗废物联合处置系统的工艺流程进行详细描述。
请参阅图1所示,在具体实施方法中,采用本实用新型的医疗废物联合处置系统处理医疗垃圾主要经过以下处理步骤:
医疗垃圾送入厂区后首先被送入高温灭菌车间进行灭菌、破碎处理,之后被送入垃圾贮仓。然后通过垃圾抓斗送入一级气化炉系统1,在一级气化炉系统1入口设置双层翻板阀,保证了进料过程中炉膛的密闭性。一级气化炉系统1通过燃烧器燃烧柴油进行启炉,待炉温升高到一定程度后医疗垃圾开始着火燃烧。一级气化炉系统1的一次风管从垃圾贮仓引出,通过一次风机送入气化炉配风室,通过变频器及风管上的电动挡板门实现入炉风量的调节。一级气化炉系统1炉排分为三个区域即干燥段、气化段、燃烧段,并通过液压系统分别进行驱动,保证入炉物料反应完全后可以顺利排渣,可以实现气化的连续性。医疗垃圾在一级气化炉系统1内发生气化反应产生具有热值的合成气和炉渣,合成气通过烟气管道进入二级反应器2,炉渣通过湿式出渣机排出炉外,炉排产生的底渣通过落灰斗集中落入湿式刮板输送机送入一级气化炉系统1湿式排渣机。湿式刮板输送机、湿式排渣机能够保证一级气化炉系统1的密闭性,保证气化炉在运行中能够产生热值较高的合成气。
由一级气化炉系统1产生的合成气进入二级反应器2,在二级反应器2入口装有等离子体发生系统18,其中等离子体发生系统18产生等离子体的主要机理是利用接通该系统的阴、阳极把电能转化为高能电弧,高能电弧使通过该系统的压缩空气发生电离形成等离子体,“等离子体”被称为物质的第四态,具有高温、活化性能。合成气进入二级反应器2时与等离子体混合,二级反应器2通过特殊的结构设计,保证了经等离子体作用后的合成气在其中混合均匀,停留时间大于2s,符合行业规范要求;利用等离子体的高温、活性作用,合成气中的焦油、二噁英等大链有机、有害分子被裂解成短链分子(其中包括一些具有可燃性质的分子),既去除了合成气中的有害物质,又提升了合成气的品质,沉降下来的飞灰经卸灰阀排出。
随后高温合成气进入了余热利用系统3进行降温并实现余热利用。余热利用系统3从三个途径对合成气显热进行利用,其一,设置空气预热器,将入炉空气进行加热后送入一级气化炉系统1;其二,设置干燥气加热模块,将一级气化炉系统1干燥段抽出的干燥气经其加热后送回一级气化炉系统1;其三,设置余热锅炉,将给水加热成蒸汽供使用。作为优选的实施例,请配合参阅图2所示,所述余热利用系统整体呈U型结构,所述U型结构由位于左上侧的所述省煤器31(余热锅炉)和左下侧的所述空气预热器32,位于右侧的三段所述干燥气加热模块33,以及位于下部两侧的两个卸灰口34组成。高温合成气进入余热利用系统3后,首先要保证进入空气预热器32空气的温度能够被加热到230度,再次保证进入气化炉干燥气加热模块33的干燥气温度能够被加热到200度,剩余热量通过省煤器31将冷水加热成用于供热的热水。
由余热利用系统3出来的合成气进入合成气净化系统,该系统主要包括调温塔4、袋式除尘器5、湿式洗涤塔6、碱液制备系统12。调温塔4内布置有雾化喷头,当进入调温塔4的合成气温度高于设定值,工艺水将通过雾化喷头喷入调温塔4直至温度符合设计要求,从而保证了进入袋式除尘器5的合成气温度不超温。合成气通过袋式除尘器5除掉约99%的粉尘,产生的飞灰通过飞灰输送系统送入飞灰贮仓13。合成气经袋式除尘器5作用后进入湿式洗涤塔6,塔内布置有填料层和碱液喷嘴。碱液由碱液制备系统12供应,本系统采用氢氧化钠片碱和软化水作为原料,通过搅拌器在碱液罐中制备一定浓度的碱液,最终通过碱液泵送入湿式洗涤塔6。合成气进入湿式洗涤塔6后,通过与填料层上的雾状碱液接触反应,脱除其中的酸性气体,同时再次脱除其中的粉尘。通过控制碱液浓度及喷淋量,将湿式洗涤塔出口合成气温度控制在50℃以下。
由合成气净化系统出来的合成气进入合成气利用系统,该系统主要包括冷冻式干燥机7、引风机8、贮气囊9、火炬11、内燃发电机组10。合成气净化系统出来的合成气首先进入冷冻式干燥机7脱除其中的多余水分,然后由引风机8送入贮气囊9,经缓冲后的合成气通过增压风机送入内燃发电机10发电,当合成气热值不符合进内燃发电机要求时,合成气将通过旁路系统进入火炬11进行安全排放。
整套系统产生的炉渣和飞灰被送入三级反应器16进行处理,所述一级气化炉系统1通过炉渣输送系统与所述三级反应器16连接;所述二级反应器2、余热利用系统3及所述合成气净化系统通过飞灰成型固化系统与所述三级反应器16连接。飞灰成型固化系统中,由飞灰贮仓13收集到的飞灰通过螺旋输送机14送入飞灰成型机15,通过添加螯合剂等固化成型。成型后的飞灰通过输送机送入三级反应器16。三级反应器16配有等离子体发生系统18,炉渣和飞灰通过等离子体的高温作用形成无害化的玻璃体排出炉外。
三级反应器16的后端还连接有旋风分离器17,旋风除尘器17主要用于处理三级反应器16产生的高温烟气,处理后的烟气进入余热利用系统3释放热量,随后进入合成气净化系统净化。
综上所述,由于采用了以上技术方案,本实用新型的医疗废物联合处置系统具有如下优点:
(1)本实用新型利用等离子热解气化方法处理医疗垃圾,同时利用等离子气化熔融方法处理气化产生的炉渣及飞灰。采用等离子热解气化方式处理医疗垃圾,可以回收处理过程中产生的热量,又可以获得具有较高热值、可燃性质的合成气用于发电。能更大程度的实现医疗垃圾的资源化,缓减我国能源短缺的局面。同时,利用等离子体处理合成气,解决了普通热解工艺产生的焦油、二噁英等有害物质,更适于推广使用。
(2)采用等离子热解气化方式处理医疗垃圾,产生的合成气量相当于焚烧同等质量垃圾产生烟气量的1/3,同时产生的污染物量相对较少,这就意味着对于上述合成气净化系统极大的简化。
(3)一级气化炉系统采用机械炉排炉,并采用湿式排渣机,炉排落灰斗下方设置湿式刮板输送机,能够实现医疗垃圾连续气化产气,同时能够实现其顺利排渣;气化炉进料处设置重锤式双层翻板阀保证气化炉的密闭性。
(4)由于医疗垃圾中含有大量手术刀、手术钳、针头等贵重金属制品,医疗垃圾通过热解气化过程产生的炉渣中混有上述物品,且很难从炉渣中分解出。本系统设置三级反应器系统,将医疗垃圾热解气化过程中产生的炉渣、飞灰等有害物质进行等离子气化熔融,产生无害化的玻璃体,真正实现了医疗垃圾的无害化。
(5)由于医疗垃圾中含有大量的PVC类一次性医疗用品,利用等离子热解气化工艺处理医疗垃圾解决了常规焚烧、热解工艺产生的焦油、二噁英等有害物质,且污染物排放少,环保效果好。
(6)在采用等离子热解气化方式处理医疗垃圾的过程中可以回收合成气中产生的热量(显热),同时,合成气中含有一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体,可通过内燃机发电利用其中的化学能,资源化效果更好。
(7)综上所述,本实用新型的医疗废物联合处置系统真正实现了医疗垃圾处理的减量化、无害化、资源化,更适于推广使用。
以上所述,仅是本实用新型的较佳实施例而已,并非对本实用新型作任何形式上的限制,本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰,均落在本实用新型的保护范围内。