回转窑式医院垃圾焚烧炉设计

回转窑式医院垃圾焚烧炉设计

马晓茜

摘 要：给出了一个回转窑式医院垃圾焚烧系统的结构简图，介绍了其工作原理；针对中小规模医院的自备焚烧炉，进行了初步设计和热力计算；讨论了回转窑式医院垃圾焚烧炉中值得研究的问题。 关键词：医院垃圾；焚烧；回转窑

中图分类号：TK229 文献标识码：A

Design on the Rotary Kiln Hospital-Waste-Fired Incinerator

MA Xiao-qian

(South China University of Technology, Guangzhou 510640,China) Abstract ：One schematic diagram of rotary kiln hospital-waste-fired incinerator and its working principle were presented.The preliminary design and thermal calculation of one typical rotary kiln incinerator were done, for medium or small hospital.Some problems in rotary kiln incinerator for researching were discussed.

Key words：Hospital waste; Incineration; Rotary kiln

1 前言

医院垃圾含大肠杆菌、沙门氏菌、绿脓杆菌、痢疾杆菌、乙肝表抗等有害细菌和病毒，细菌总数(860～1400)×104个/cm3［1］，是一种有害固体废弃物。要破坏和去除有害细菌和病毒，宜采用高温焚烧处理。沈阳、鞍山等地曾分别建成多室式医院垃圾焚烧炉［1，2］，都是以煤为辅助燃料，让煤在辅助燃烧室中气化，以煤气来保证主燃室中医院垃圾的稳定、完全燃烧。近年来，国外也开发出一些适合于有害固体废弃物处理的焚烧炉［3］，其中，回转窑(Rotary Kiln)式焚烧炉具有结构简单、造价低、运行可靠、易控制、可保证燃烧稳定、完全等优点，并可建成大、中、小型回转窑式焚烧炉，分别适合于城市医院垃圾集中焚烧、大医院自备焚烧炉、中小医院自备焚烧炉。集中焚烧可采用高自动化程度、高治污水平的设备，并可回收热能，但投资与运行费用均较贵，需政府出资建设和维持运行，适合于对环境质量要求高的经济发达的大都市；自备焚烧炉分散处理，可减轻运输的压力，投资与运行费用均较低，易被用户接受，但是否能达到焚烧的要求，则是人们关注的问题。本文对回转窑式焚烧炉进行介绍，并且对适合于中小规模的医院自备焚烧炉，进行了初步设计和热力计算。

2 回转窑式焚烧炉的结构和原理

图1给出了参考国外最先进的回转窑式焚烧技术［3］而设计的医院垃圾焚烧炉结构。其基本工艺流程是：整个焚烧系统分为2个燃烧室，实现了分级燃烧。①一燃室窑体可转动，起到输送废弃物和加强窑内热质混合的作用，转速约0.5～1.0rpm 。废弃物在其中的停留时间约0.5～

1.5h 。加料速度控制在使窑内废弃物体积占总体积的20%。一燃室中可用适量的油或煤气作为辅助燃料，也可掺烧废油和工业可燃废液。在一燃室中发生挥发份析出、裂解、可燃气部分燃烧、残炭燃烧并燃烬等反应。②从一燃室产生的可燃气进入二燃室，在二燃室中喷入少量的辅助燃料，以维持炉内高温，保证可燃气的迅速、完全反应。③烟气从二燃室排除后，经过烟囱直接排入空气。

图1 回转窑式医院垃圾焚烧炉结构

回转窑除了用于医院垃圾焚烧外，还可用于焚烧其它固体废弃物、泥浆、固液混合物等。一些现代的回转窑系统中，在2个燃烧室间设一个旋风室，使灰渣从出渣口排出，以防止高温二燃室中的结渣。二燃室可水平或垂直布置，其中还可喷入废油和工业可燃废液。目前回转窑的平均热负荷约17MW ，美国有的回转窑热负荷已达44MW 。

3 设计计算与说明

3.1 医院垃圾特点

(1)热值约7000kJ/kg。

(2)堆积密度约300～500kg/m3，设计计算中取堆积密度400kg/m3。

(3)含水份40%～50%，灰10%，PH 值8～9。

3.2 设计目的与要求

(1)本焚烧炉适合于中小型医院的垃圾焚烧。医院垃圾产量40～100kg/d，按日处理量100kg/d设计。

(2)焚烧后杀死全部病原及各种微生物。

(3)减重率90%，减容率85%～90%，固体废弃物灰化。

3.3 焚烧炉主要结构尺寸

(1)一燃室：内径d 1=0.4m 长度L 1=1.2m 体积V 1=0.151m3

(2)旋风室：内径d 2=0.24m 长度L 2=0.9m 体积V 2=0.041m3

(对小型炉可不设旋风室)

(3)二燃室：内径d 3=0.6m 长度L 3=1.2m 体积V 3=0.339m3

(4)一燃室倾角6.5°。

3.4 焚烧炉主要运行参数

(1)回转窑转速：0.5～5rpm(可调) 。

(2)回转窑进料速度：使炉内垃圾体积控制在20%V1左右。

(3)固体废弃物在一燃室中停留时间为0.5～1.5h 。

(4)可燃气在二燃室中停留时间为1～3s 。

(5)处理速度：12kg/h，日运行约8h 。

3.5 焚烧炉主要热力参数

(1)一燃室设计炉温：950℃。

(2)炉温系数：0.75。

(3)一燃室过量空气系数为0.5～2.5(可调) 。

(4)设一燃室辅助燃料为油，取油的热值35000kJ/kg，燃油量0.07～0.08kg/kg。

(5)一燃室热负荷17kW ，容积热负荷113kW/m3。

(6)二燃室设计炉温≥1000℃。

(7)二燃室空气系数为1.2～2.0(可调) 。

(8)二燃室辅助燃料为油，燃油量0.03～0.05kg/kg。

(9)二燃室热负荷22kW ，容积热负荷65kW/m3。

(10)总耗油量为0.10～0.13kg/kg，日耗油量10～13kg 。

3.6 烟风系统

(1)由离心式鼓风机送风。风机型号：No.2.8，转速2900rpm ，全压951Pa ，流量1330m 3/s。

(2)风机电机：型号Y90S —2，功率1.5kW 。

(3)为简化系统，节省造价，空气不预热。

(4)采用烟囱自然排烟，烟囱内径150～200mm ，高15～20m 。由于余热未被利用，排烟温度大于300℃，当烟囱为20m 高时，抽力大于110Pa 。

3.7 炉窑转动装置

(1)只有一燃室转动，旋风室、二燃室不动。

(2)一燃室端盖不动，炉体转动。

(3)一燃室炉体由胶辊带动，转速可调。

(4)驱动电机功率3kW 。

3.8 总体设计

(1)一燃室、旋风室、二燃室金属重分别约为60、30、80kg 。

(2)占地约2.5×2=5m2(二燃室、鼓风机均侧面布置) 。

(3)炉体高度约2m(不包括烟囱高度) 。

4 值得研究的问题

回转窑在建材工业中已有较多的应用，在机械制造方面已取得了许多成功的经验。但是，对于医院垃圾这种特殊的燃料，在回转窑中的传热与燃烧机理尚有待深入的研究。可研究的问题有：

(1)如何利用燃烧后的高温烟气加热入炉垃圾。这涉及到二燃室的位置或烟气再循环等问题，在以后的改型设计中可考虑这方面的问题。

(2)回转窑中的传热机理。包括：气固间辐射与对流传热；气体与窑内壁之间的辐射与对流传热；窑壁与固体间的辐射与导热。由于固体在水平断面上混合得较好，可假设固体的流型趋近于柱塞流［4］。气固间对流传热可用湍流经验公式计算；气固间辐射可根据对气体空间的有效辐射率与吸收率来计算；窑壁与固体间的传热是一个周期性的过程，较难计算。只有在对这类问题定量研究的基础上，才能使设计精确、优化。

(3)烟气中污染物的含量。是否因为焚烧产生较多的SO 2、NOx 、H 2S 、HCl 、二口 恶咽、呋喃等污染物，这有待实践的验证。在二燃室中采用辅助燃料，正是为了保证高温，避免二口 恶咽、呋喃等污染物的排放。 5 结束语

(1)最常见的垃圾焚烧炉——马丁炉的关键技术是，为了使垃圾在炉内翻动，要有耐高温、耐腐蚀、可传动的炉排，回转窑炉与之相比，没有炉排，可节省投资。

(2)另一种常见的垃圾焚烧炉——固定床(Fixed Hearth) ，又称控制氧量燃烧(Controlled Air Oxidation，简称CAO) ，尽管省略了炉排，但垃圾在炉内不能翻动，与CAO 相比，回转窑内垃圾可以翻动，有利于热质传递，增强燃烧。

(3)文中设计的回转窑焚烧系统，可适合于中、小规模医院的自备垃圾焚烧炉。

作者单位：(华南理工大学，广州 510640)

参考文献

［1］沈阳市固体废弃物排放管理处，沈阳市环境卫生科学研究所. 沈阳医院垃圾焚烧技术(国家科委社会发展科技司，建设部科技发展司. 城市垃圾处理技术推广项目). 北京：中国建筑工业出版社，1992：290～300. ［2］鞍山市环境卫生管理处. 鞍山医院垃圾焚烧技术(国家科委社会发展科技司，建设部科技发展司. 城市垃圾处理技术推广项目). 北京：中国建筑工业出版社，1992：151～160.

［3］R.Clyde,E.Dempsey,Timothy Oppelt.Incineration of Hazardous Waste.A Critical Review Update, Air and Waste. 1994,43∶25～73. ［4］J. 塞克利，J.W. 埃文斯，H.Y. 索恩. 胡道和译. 气——固反应. 北京：中国建筑工业出版社，1986.