選自2009全國袋式除塵技術研討會論文集
吳善淦
（合肥水泥研究設計院）
摘 要 對醫療廢物焚燒和尾氣凈化處理技術進行了論述，對典型醫療廢物焚燒工藝技術進行了比較，著重對幾種醫療廢物焚燒煙氣凈化工藝進行了比較，并給出了醫療廢物焚燒爐尾氣凈化技術措施。
關鍵詞 醫療廢物焚燒 尾氣凈化 污染物控制
1 緒言
根據《全國危險廢物和醫療廢物處置設施建設規劃》的要求，到2008年底，全國要完成列入國家規劃的317家醫療廢物集中處理廠，其中絕大部分是采用焚燒處置的方式；在這些醫療廢物焚燒廠中，除了幾家合建的危險廢物集中處置中心采用回轉爐外，大部分醫療廢物焚燒廠都采用熱解焚燒爐焚燒，按照《醫療廢物集中焚燒處置工程建設技術規范》要求，焚燒醫療廢物煙氣排放必須執行《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB18484-2001）。
2 醫療廢物焚燒技術簡述
2.1 醫療廢物焚燒工藝和基本條件
影響醫療廢物焚燒的因素主要有停留時間、燃燒溫度、湍流度和過量空氣系數。其中停留時間、燃燒溫度、湍流度，通常被稱為“三T”（即Time、Temperature、Turbulence）要素。
停留時間有兩個含義：一是醫療廢物在焚燒爐內的停留時間，它是指醫療廢物從進焚燒爐開始到焚燒結束，爐渣從爐中排出所需的時間，它影響到焚燒殘渣的熱灼減率和焚燒去除率；二是醫療廢物焚燒產生的煙氣在爐中的停留時間，它影響到燃燒效率、焚燒去除率和二惡英分解率。醫療廢物在焚燒爐內停留時間越長，它與空氣接觸越充分，垃圾燃燒越完全，二惡英分解越徹底；《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB18484-2001）中對煙氣的停留時間、焚燒殘渣的熱灼減率、焚燒去除率、焚燒效率和二惡英排放標準等都給出了明確的定義和具體的指標。
醫療廢物在焚燒過程中要求控制適宜的燃燒溫度；燃燒溫度過低，會使垃圾燃燒不完全，二惡英分解溫度要求不低于850℃；對醫療廢物而言，因二惡英含量較高，燃燒溫度要求900℃以上2s以上。
燃燒溫度愈高，反應速度愈快，醫療廢物在焚燒爐內的停留時間則愈短，但燃燒溫度過高會加快焚燒爐的內壁和爐內機械結構的腐蝕速度，會使灰渣熔結，影響內壁的使用壽命及爐內機械的運行。此外，又會促成氮氧化物的生成,所以燃燒溫度不宜過高。通常，固定床爐型燃燒的燃燒溫度不高于950℃，回轉式焚燒爐的燃燒溫度不高于1200℃。
醫療廢物在燃燒過程中還要求控制適宜的過量空氣量；理論和實踐都說明只有當燃燒室處于少量過量空氣條件下，才能獲得較高的焚燒熱效率。為了使醫療廢物更好的燃燒，燃燒層內必須有足夠的空氣湍流，垃圾與空氣的湍流混合度愈高，則燃燒層愈容易保持足夠的氧氣量，燃燒速度愈快。而燃燒室的高湍流環境是靠燃燒空氣的攪動來達到的；一定限度的過量空氣將有利于保持這種湍流并使燃燒室內有較高的氧氣量；但是，過量的空氣鼓入會加劇燃燒的熱損失，降低燃燒溫度，延緩反應速度；因此控制適當的過剩空氣量是非常重要的；在具體醫療廢物焚燒過程中，需要根據垃圾性質和焚燒爐的爐型等因素來確定過剩空氣量。醫療廢物焚燒系統如圖1 所示。
圖1 醫療廢物焚燒系統圖
2.2 醫療廢物焚燒工藝技術的比較
2.2.1遵循的原則
采用焚燒法處理醫療廢物，焚燒工藝與煙氣凈化工藝是醫療廢物無害化處理工藝的核心。選擇合適的焚燒工藝與煙氣凈化工藝應遵循以下原則：
（1）焚燒爐應符合《醫療廢物焚燒爐技術要求》（GB19128-2003）；
（2）焚燒爐及煙氣凈化系統裝置性能優良、運行可靠；
（3）醫療廢物焚燒廠的建設必須執行《危險廢物焚燒污染控制標準》；
（4）焚燒工藝必須滿足醫療廢物成分變化大、還具有感染性的特點；
（5）控制項目投資、降低運行成本。
2.2.2焚燒爐型的比較
目前用于醫療廢物焚燒的爐型有回轉式和固定式兩類。
（1）回轉式焚燒爐
回轉窯焚燒爐是來源于水泥工業回轉窯的設計，用于醫療廢物焚燒的回轉窯由進料裝置、燃燒裝置（回轉窯窯體、二次爐、一次風機、二次風機、一次燃燒器和二次燃燒器）和灰渣輸送裝置等組成；此外還有回轉窯窯體的旋轉驅動裝置和支撐軸承。
回轉窯窯體為一水平放置、輕度傾斜、內襯耐火材料的鋼制筒狀設備，它靠筒體自身的回轉來混合攪拌爐筒內廢物，以便將其完全焚燒。回轉爐以每分鐘0.75～2.5轉之轉速緩緩地攪拌混合著爐內的廢物，該運動確保了干燥區內廢物的干燥效果，并確保廢物在回轉爐焚燒區內完全被焚燒。
回轉窯焚燒醫療廢物的工藝是將醫療廢物用升料機送入進料器，進料器不斷地將廢物推入焚燒爐；隨著爐體的轉動，醫療廢物在爐內沿著回轉爐內壁向下移動，廢物不斷地暴露在焚燒區的高溫煙氣中，從而完成干燥、焚燒、燃盡和冷卻過程；冷卻后的灰渣由爐窯末端排出，經水封密閉連續除渣裝置后，灰渣被運到渣倉，和煙氣凈化系統排出的飛灰一道固化填埋處理。
醫療廢物的回轉窯燃燒是采用富氧燃燒方式；一次風機送來的燃燒空氣在窯體的前端進入爐內，并在附近部位設有一次燃燒器，以確保回轉窯的燃燒溫度在900℃～1000℃；當回轉爐出口溫度低于900℃時，一次燃燒器將被啟動（此時被焚燒廢物的熱值低于設計熱值），二次爐直接安裝在回轉窯的后部，未燃盡的煙氣離開回轉窯后進入二次燃燒室。二次燃燒室是襯有耐火材料的垂直圓形鋼制筒體，底部設有二次燃燒器和二次風接口，以滿足它的設計溫度900℃～1200℃的要求。二次燃燒室有足夠的空間，保證煙氣在二次爐內的停留時間為2s以上，以確保廢氣中的一氧化碳成份徹底焚燒和二惡英高度分解。為了減少煙氣中的氮氧化物的含量，二次燃燒室的正常燃燒溫度維持在1100℃以下（氮氧化物的生成一般需1200℃以上高溫）。同時在二次燃燒室中，尾氣中的灰塵顆料下落，這樣有助于減少焚燒爐出口的飛塵濃度。
燃燒過程的控制方法：
①回轉爐也是利用一次爐和二次爐的溫度、一氧化碳及氧含量作為燃燒控制的參數，調節風機、閥門和燃燒器的運行狀態，確保焚燒的最佳效果。
②通過調整進料系統的動作頻率，控制醫療廢物的進料量。
③通過調整回轉窯的轉速，控制廢物在一次爐內的停留時間，使焚燒的殘渣熱灼減率降低。
④通過調節引風機的轉速，保持爐內負壓，確保燃燒的穩定和環境的清潔。
⑤通過除塵器出口煙氣溫度來控制緊急排放閥的啟閉。
回轉窯焚燒爐的主要優缺點：
①進料量由自動安全監測系統連鎖控制，以避免人為的失誤；必要時，給料設備和進料設備也可采用手動控制操作。
②排渣系統用水封密閉連續自動排渣設計。
③醫療廢物的干燥、燃燒、燃盡是在旋轉的爐筒內進行，回轉窯以及二次爐有足夠的空間使醫療廢物充分燃燒，且回轉窯故障率低，可以長時間連續運行，維修的費用較低。
④與固定床式焚燒爐相比，最突出的優點是醫療廢物焚燒完全。
⑤此種爐型機械零件少，優點是焚燒過程中廢物在爐內能得到充分的攪拌、翻滾，與空氣混合效果好，湍流度好，爐內不存在因廢物分布不均勻或料層太厚而產生廢物未燒到的死角。
⑥回轉窯對燃料的適應性廣，可焚燒不同性質的廢棄物。
⑦因窯身較長，所以單臺爐子和爐子間所占面積都比較大，相應的一次性建設費用較同樣處理能力的固定床式焚燒爐要高的多。
⑧與固定床爐相比，回轉窯爐的保溫效果不十分理想，熱損失高，所需補充的燃料較多，運行費用就會高；較適合大規模的（20t/d以上）的焚燒廠。
（2）熱解焚燒爐
這是在發達國家用的最多的一種爐型，熱解焚燒爐有分體的，也有豎式爐；豎式爐的爐體主要燃燒部分是上部直徑為2.8m，爐底直徑為1.2m，高度12m（視爐型大小而不同），部分爐體為鑄鋼中空結構，中空有兩種用途，一是用戶可利用爐子余熱產生熱水，也可以用來預熱冷空氣，一般可使冷空氣預熱到200℃以上，再通過風管吹入爐中，爐子外面采用礦棉等保溫材料層保溫，爐體的表面溫度在60℃以下。
熱解焚燒爐的特點是，被焚燒的醫療廢物無需進行預處理，即剪切破碎處理，直接將一次性收集箱的醫療廢物通過計量、密閉鏈式輸送機或小型吊機投入設立在焚燒爐上半部的投料口；醫療廢物進入了焚燒爐中溫度在900℃以上的燃燒段，醫療廢物中的外包裝和易燃物先行在此段燃燒；當然在燃燒段是不可能完全燃燒的，大部份醫療廢物在此段爐內升溫并相互混合，也起到了均化作用；并立即在爐內堆積形成60～80cm厚的主燃燒層，溫度為800℃～900℃，設計中在此處設立了進風口，吹入燃燒用的空氣，加快焚燒速度，于是在此燃燒段大部分醫療廢物被焚燒了；小部分沒有完全焚燒的醫療廢物往下落入形成40～50cm厚的、溫度為600～400℃的燃燒層繼續燃燒。
醫療廢物焚燒后的灰渣，往下運動并形成了60～80cm的灰渣層，堆積在“水平運動的支撐板”上，由于在爐的底部設立了從爐頂接過來的熱風管，所以灰渣層的溫度始終保持在200～300℃左右。通過控制室的溫度控制和時間控制，焚燒爐的“水平運動的支撐板”緩慢打開，完全燃燒的灰渣向下落在“反轉運動的卸灰排出板”上。此時“水平運動的支撐板”關閉，“反轉運動的卸灰排出板”打開，進入廢渣坑。由于灰渣是通過“水平運動的支撐板”和“反轉運動的卸灰排出板”的動作，垃圾從上部順次落下的燃燒方式，完全是自重落下，不會由上層產生壓縮，盡管垃圾層厚，但仍能保持良好的透氣性。二次燃燒室是指在垃圾進料口的上端，受二次燃燒的輻射熱，成為900℃～950℃以上的高溫帶，燃燒的尾氣在此停留2s以上；惡臭、產生黑煙根源的殘存未燃尾氣中的浮游炭粒被完全燃燒；同時，二惡英類被完全熱分解；此段的溫度是由自動控制系統嚴格監控的，如果遇到在大批低熱值垃圾同時進入爐中，燃燒溫度達不到900℃以上停留2s時，噴油系統會自動啟動，向爐內噴油，使燃燒溫度立即達到“900℃以上停留2s”的設計要求。
該系統設計先進獨特，通過爐體中空結構預熱空氣、各燃燒層的合理布局、“水平運動的支撐板”和“反轉運動卸灰排出板”的結構，本系統充分利用了醫療廢物本身熱值自身燃燒；在醫療廢物焚燒過程中除點火時用少量油外，其焚燒處理過程中不用任何燃料，因此其它型式的焚燒爐無法與之相比。該系統不僅將醫療廢物完全高溫分解，而且在進料過程中不需對醫療廢物進行剪切預處理，解決了處理過程中的二次污染問題。
3 幾種醫療廢物焚燒煙氣凈化工藝及比較
醫療廢物焚燒煙氣中的污染物包括酸性氣體（HCL、HF、SO2、NOX等）、顆粒物（粉塵）、重金屬（Hg、Pb、Cr等）和有機毒性污染物（二惡英、呋喃等）四大類。為了防止醫療廢物焚燒處理過程對環境造成二次污染，必須采取嚴格的措施，利用煙氣凈化系統控制污染物的排放。
目前對于煙氣處理采取的工藝方案主要有干法、半干法和濕法。
3.1 干法工藝（即“綜合反應器+袋式除塵器”煙氣治理工藝）
這是國外醫療廢物焚燒處理采用最多的除有害氣體工藝；該工藝是用高壓空氣將消石灰、反應助劑直接噴入綜合反應器內，使藥劑與廢氣中的有害氣體充分接觸和反應，達到除去有害氣體的目的。為了提高干法對難以去除的一些污染物質的去除效率，反應助劑隨消石灰一起噴入，可以有效地吸收二惡英和重金屬。綜合反應器與布袋除塵組合工藝是各種垃圾焚燒廠尾氣處理中常用的方法。其優點是工藝設備簡單、管理維護容易、運行可靠性高、投資省、藥劑計量準確、輸送管線不易阻塞。
干法煙氣凈化工藝如圖2所示。
圖2 醫療廢物焚燒尾氣處理工藝流程
3.2 半干法工藝（即“反應塔+袋式除塵器”煙氣治理工藝）
其典型流程包含反應塔及除塵用的袋式除塵器。一定濃度的石灰漿噴入反應塔，在反應塔內，煙氣中的酸性氣體與石灰乳發生反應，水分被蒸發，吸附生成的較大顆粒沉降在反應塔底部，顆粒與粉塵一起被后面的除塵器捕捉下來。由于石灰乳有足夠水分可冷卻煙氣，如水分不夠降溫，可以引進一部分冷卻水，使反應器內的溫度在140～150℃之間，保證反應完全。凈化效率可達90～99%。半干法對重金屬和二惡英的吸附效果較好。半干法是介于濕法和干法之間的一種工藝，它具有凈化效率高、不產生廢水、吸附劑用量相對較少的優點；但它對操作水平（如煙氣在噴霧干燥反應塔中的停留時間、吸收漿液中吸收劑的粒度及濃度等）和噴嘴的要求高，管道容易堵塞。
3.3 濕法工藝（即“水洗+石灰水吸收＋袋式除塵器”煙氣治理工藝）
在該工藝中，粉塵和HCL、NOx、SO2等酸性氣體在水洗塔內與噴淋下來的水接觸，粉塵和酸性氣體被水洗，去除一部分，尾氣降溫至75℃左右；從水洗塔出來的尾氣進入堿洗滌塔進一步除酸、除塵，尾氣被進一步降溫至50℃左右，由煙囪排入大氣。濕法可使酸性氣體得以高度凈化，同時對重金屬和二惡英也有消除作用。但濕法產生的廢液需要進一步處理，工藝流程較復雜，投資和運行費用較高。
上述三種工藝對NOX的凈化效率都很低，所以在燃燒過程中要嚴格控制對生成NOX有影響的因素，如控制廢物的燃燒溫度在1100℃以下，控制過量空氣系數，從根本上減少N0X的生成率，實踐證明這是一種行之有效的辦法。
4 醫療廢物焚燒爐尾氣凈化技術措施
4.1 焚燒過程中的控制措施
由于二惡英和呋喃有機污染物越來越受到國家的重視，我國新頒布的《危險廢物焚燒污染控制標準》中對其排放濃度制定了嚴格的標準，因此工藝上必須采取以下幾方面控制措施。
（1）選用合適的爐型，使廢物在焚燒爐內得以充分燃燒，監測CO的濃度，并作為燃燒控制的參數，調節送風量和燃燒器的動作；
（2）控制爐膛和二次燃燒室的溫度不低于900℃，并且煙氣在爐內的停留時間不小于2s，使二惡英徹底分解；
（3）高溫煙氣采用急冷措施，使煙氣從850℃快速冷卻至170℃以下，縮短了煙氣在500℃～200℃這一重新合成溫度區間的停留時間，減少了二惡英重新合成的幾率。
4.2 高效袋式除塵器的技術措施
袋式除塵器本來是用來除去廢氣中的粉塵等浮游物質的裝置，但用于醫療廢物焚燒爐后的袋式除塵器，由于在氣體中加入反應藥劑和熟石灰，廢氣中的有害氣體被反應吸附，然后通過袋式除塵器過濾而除去，關于利用袋式除塵器除去有害物質的機理如下。
廢氣中的粉塵是通過濾袋的過濾而被除去的；首先是由粉塵在濾袋表面形成一次吸附層，隨著吸附層的形成，廢氣中的粉塵在通過濾袋和吸附層時被除去；考慮到運行的可靠性，一次吸附層的粉塵量大致為100g/m2。
一般醫療廢物焚燒爐用的袋式除塵器過濾風速為1.0m/min以下。醫療廢物焚燒爐廢氣中的重金屬種類如表1所示，表中所列重金屬基本上都可被袋式除塵器除去，汞（Hg）的去除率略低些，這是由于汞(Hg)的化合物作為蒸汽存在的原因。
表1 醫療廢物焚燒廢氣中重金屬含量及去除率
|
重金屬 |
除塵器入口 |
除塵器出口 |
去除率(%) |
|
汞(Hg)
銅(Cu)
鉛(Pb)
鉻(Cr)
鋅(Zn)
鐵(Fe)
鎘(Ge) |
0.04
22
44
0.95
44
18
0.55 |
0.008
0.064
0.064
0.064
0.032
0.23
0.032 |
80
99.7
99.8
93.2
99.9
98.7
94.1 |
近年來，由于在電除塵器中DIOXIN的重新聚合問題，醫療廢物焚燒尾氣凈化均采用袋式除塵器；袋式除塵器已不單單是用來解決除塵問題，而是作為氣體反應器，用以處理工業廢氣中的有害物質。最為典型的應用是袋式除塵器用以處理垃圾焚燒及干法脫硫的主機設備來用。我國2001年開始實施的《危險廢棄物焚燒污染控制標準》規定“焚燒爐的除塵裝置必須采用袋式除塵器”。
4.3 醫療廢物焚燒爐袋式除塵器濾料
袋式除塵器的“心臟”是濾袋，而國內專用于醫療廢物焚燒爐凈化的濾料還在摸索中，國外主要采用的是PTFE濾料和玻璃纖維與PTFE混紡濾料；從可靠性來說，醫療廢物焚燒用的袋式除塵器的濾袋采用PTFE耐高溫針刺氈濾料更為合適，在耐酸、耐堿和抗水解性能上更為可靠。 醫療廢物焚燒是一個特殊的行業，技術尚不成熟，還處在不斷摸索和改進階段；尾氣凈化是該系統中尤為重要的部分，還需要多方面共同努力，才能保證袋式除塵器在該領域中得到更為廣泛應用。 | 
