醫(yī)療廢物中典型組分的熱解焚燒特性及回轉(zhuǎn)式流化冷渣三段焚燒系統(tǒng)的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，醫(yī)療廢物的產(chǎn)生量逐年增加。因醫(yī)療廢物含有大量的細(xì)菌和病毒，具有傳染性，以焚燒法為代表的熱化學(xué)處理技術(shù)已成為我國(guó)處理醫(yī)療廢物的首選方法，而回轉(zhuǎn)窯所具有的廣泛物料適應(yīng)性，使其成為我國(guó)醫(yī)療廢物處理規(guī)劃中的主要焚燒爐型。依托國(guó)家863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2007AA061302)和浙江省重大科技專項(xiàng)(2007C13084)，本文開(kāi)展了醫(yī)療廢物熱解焚燒特性和回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)內(nèi)的的運(yùn)動(dòng)和焚燒爐內(nèi)流場(chǎng)的基礎(chǔ)研究。本文主要內(nèi)容包括三部分：對(duì)醫(yī)療

2、廢物的熱解焚燒開(kāi)展基礎(chǔ)特性研究；對(duì)醫(yī)療廢物在回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)和流場(chǎng)進(jìn)行分析；并在處理醫(yī)療廢物的回轉(zhuǎn)式流化冷渣三段焚燒系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究，為現(xiàn)有的醫(yī)療廢物熱處置研究提供有益的補(bǔ)充，并為優(yōu)化回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)提供幫助。
　　 ⑴醫(yī)療廢物的熱解焚燒特性：采用化學(xué)熱力學(xué)平衡模擬和熱重-紅外聯(lián)用實(shí)驗(yàn)分析手段對(duì)醫(yī)療廢物中的三大類型七種組分進(jìn)行熱解焚燒特性的研究。采用化學(xué)熱力學(xué)平衡模擬得到不同醫(yī)療廢物組分在熱解、氣化和焚燒工況下的產(chǎn)物及變化趨

3、勢(shì)。對(duì)醫(yī)療廢物中的Cl、N和S可能產(chǎn)生的污染性氣體進(jìn)行分析，得到當(dāng)醫(yī)療廢物中氯的質(zhì)量比小于0.1％時(shí)，即使不使用脫氯方法亦可使HCl的排放達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而高氯質(zhì)量比的醫(yī)療廢物在低溫焚燒時(shí)，還有Cl2單質(zhì)產(chǎn)生。與此同時(shí)，N和S所產(chǎn)生的污染性氣體的問(wèn)題遠(yuǎn)不如Cl產(chǎn)生的HCl問(wèn)題顯著。通過(guò)熱重-紅外聯(lián)用實(shí)驗(yàn)分析手段，得到醫(yī)療廢物各組分在熱解和焚燒工況下，各析出產(chǎn)物隨溫度的變化趨勢(shì)。其中纖維類組分的熱解氣體在520℃前全部析出，熱解氣組成復(fù)雜，

4、主要有CO2、CO、H2O、酸類如乙酸，醛類，酮類和烴類物質(zhì)。高分子類組分的熱解氣在約570℃的前全部析出，其熱解氣的組成種類較為單一，除了PVC的熱解中析出HCl，其它主要為烴類，包括不飽和烯烴和飽和烷烴。易腐有機(jī)質(zhì)的熱解氣全部析出所需要的溫度為614℃，熱解氣主要由NH3、HCN、酸類、CO2、CH4和飽和烴類組成。在混合組分的熱解中，PVC的加入對(duì)纖維類各組分和易腐有機(jī)質(zhì)組分的熱解產(chǎn)生較大影響。一方面通過(guò)熱力學(xué)平衡分析可知，當(dāng)醫(yī)療

5、廢物中氯質(zhì)量比大于0.1％時(shí)，HCl的排放就可能超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，另一方面，在醫(yī)療廢物的焚燒過(guò)程中，HCl造成的酸性氣體腐蝕和不能達(dá)標(biāo)問(wèn)題較為嚴(yán)重。在醫(yī)療廢物熱解焚燒基礎(chǔ)特性部分，亦對(duì)高含氯量的PVC和模擬醫(yī)療廢物的HCl排放及脫氯效果進(jìn)行了隨溫度的連續(xù)分布研究。通過(guò)對(duì)各組分的熱重結(jié)果進(jìn)行分析，得到各組分整體反應(yīng)表觀動(dòng)力學(xué)模型中的機(jī)理函數(shù)，而對(duì)各組分的熱解氣的析出進(jìn)行分析，得到各組分析出產(chǎn)物的分布式活化能模型。
　　 ⑵闡述了料床在

6、回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的運(yùn)動(dòng)模式和以壁面摩擦系數(shù)、填充料和Froude數(shù)表達(dá)的模式變化判斷標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)擬流體模型，研究了回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速和顆粒摩擦角對(duì)料床的活動(dòng)層的傾角、活動(dòng)層高度和顆粒運(yùn)動(dòng)速度的影響。隨著轉(zhuǎn)速的提高和顆粒摩擦角的增加，料床活動(dòng)層高度呈增加的趨勢(shì)，料床活動(dòng)層的傾斜角和活動(dòng)層的面積增加，隨著轉(zhuǎn)速的提高，活動(dòng)層內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)速度增加，且在料床活動(dòng)層的表面，顆粒有最大的運(yùn)動(dòng)速度。通過(guò)商用軟件Fluent，綜合考慮了k-ε雙方程模型，P1輻射模型，氣相

7、的漩渦破碎模型/有限化學(xué)反應(yīng)模型，并通過(guò)UDF增加對(duì)固定碳燃燒的考慮，對(duì)回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的焚燒流場(chǎng)進(jìn)行分析，得到整個(gè)系統(tǒng)中溫度最高的區(qū)域可能出現(xiàn)在窯和二燃室的接口位置，而窯頭的漏風(fēng)對(duì)窯內(nèi)的溫度和組分場(chǎng)有較大影響，對(duì)于二燃室內(nèi)的燃燒，二次風(fēng)的影響遠(yuǎn)大于三次風(fēng)的影響，通過(guò)額定工況的計(jì)算和變工況的對(duì)比，得到窯內(nèi)配風(fēng)和二燃室配風(fēng)的最佳結(jié)合，以及變工況對(duì)系統(tǒng)出口溫度和煙氣組成的影響。
　　 ⑶介紹了由浙江大學(xué)熱能所開(kāi)發(fā)的危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)式流化冷渣三