收藏本站   |   联系我们   |   在线留言
刘先生:13973182966

新闻中心

联系我们

湖南鹞翔环保能源科技有限公司

地址:湖南省长沙市韶山中路489号万博汇3栋1805
联系人:刘先生
手机:13973182966
电话/传真:0731-85772226
QQ号:41086237
网址:www.hunanyx.com

您现在的位置:主页 > 技术方案 > 公司新闻

垃圾气化炉之医疗垃圾焚烧VS气化处理-二噁英

作者:admin 发布于:2015-08-11 23:25 点击量:
垃圾气化炉】焚烧成为目前处置医疗垃圾的主要方法,焚烧处置能实现医疗垃圾减量化,但不是无害化、资源化处理的最佳方法。不容忽视的是医疗垃圾在焚烧过程中必将产生二次污染,尤其是令人关注的二噁英。
1 、医疗垃圾及其特性
医疗垃圾是指医疗卫生机构在医疗、预防、保健及其它活动中产生的具有直接或间接的感染性、毒性及其它危害性的废物。医疗垃圾比生活垃圾热值高,一般可达12600kJ/kg。随着一次性医疗用品的普及,医疗废物中一次性塑料制品占有量不断增大,其比例明显高于生活垃圾,几 种主要医用塑料为:聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯。医疗垃圾中的塑料成份约占30%,比城市生活垃圾高出2倍以上,焚烧医疗垃圾产生的二噁英类物质是生活垃圾的数十倍。因此,焚烧医疗垃圾时必须严格控制二噁英的产生和排放,这势必又带来处理的难度和提高处理成本。
2 、医疗垃圾焚烧过程中二噁英产生的机理分析
2.1二噁英简介
二噁英是具有类似结构和性质的一类物质的统称,缩写成PCDDs,由一个氧原子连接的称为多氯二苯并呋喃(PCDFs),由两个氧原子连接的称为多氯二苯并二噁英(PCDDs)。由于每个苯环上可以取代1~4个氯原子,所以总共有135种PCDFs和75种PCDDs异构体。二噁英熔融点在303℃~306℃,沸点在421.2℃~446.5℃,热分解温度在700℃。在固体废弃物焚烧过程中容易产生二噁英类物质,其在自然环境中的化学稳定性很好和很难分解,半衰期7~11年,在环境运动中对大气、土壤、河流等会造成严重污染。因此,在垃圾焚烧过程中,应尽量避免二噁英的生成,并破坏原有的二噁英。实验表明,二噁英与氧气充分混合燃烧时,在780℃以上温度和停留时间超过2秒情况下可以完全分解。因此,利用热分解烟气中二噁英的有效方法是采用“3T”技术:①热解温度(Temperater)保持在800℃以上;②保持足够的高温停留时间(Time);③焚烧过程中使烟气与氧气充分混合并形成涡流(Turbulence)。
2.2医疗垃圾焚烧过程中二噁英生成机理
⑴垃圾中自身含有的二噁英类物质在焚烧过程中释放出来;
⑵垃圾在燃烧过程中形成的前驱体(氯苯、氯酚、聚氯酚类物质(PCBs))转化;
⑶小分子碳氢化合物通过聚合和环化形成多环烃化合物(PAH),这些化合物和氯反应形成二噁英;
⑷在较低温度下(247℃~597℃)二噁英前驱体在飞灰催化作用下形成二噁英;
⑸焚烧炉尾气净化温度在200℃~300℃下,HCl和单质氯在飞灰催化作用下与碳氢化合物反应生成二噁英。
2.3医疗垃圾焚烧过程中影响二噁英生成的要因
    研究表明二噁英的生成与下列因素有关:
⑴粒子状物质。医疗垃圾焚烧炉排放的气体中,无机物以飞灰等粒子颗粒状物质存在,这些粒子状物质是二噁英生成的必要条件。粒状物质中的金属和碳元素对二噁英生成反应起着非常重要的催化作用,生成的二噁英在排放的气体中吸附粒子状物质而凝缩成为微小粒子。
⑵催化剂。飞灰中的金属或金属氧化物作为催化剂参与二噁英的生成反应,其中:铜的氯化物(CuCl2)起着非常重要的作用,其它金属如铁、镍、锌等亦具有催化剂作用。
⑶氯。无机氯和聚氯乙烯是二噁英生成所需氯的重要来源。
⑷碳。医疗垃圾焚烧产生的灰烟是二噁英生成途径的起点物质,灰烟是多种环状结构物质的集合体,与二噁英结构非常相近,极易变为二噁英结构。
⑸焚烧炉中温度。焚烧炉中的温度直接影响二噁英的生成量,如前所述250~700℃易生成二噁英。
3、医疗垃圾焚烧过程中二噁英的控制途径
以上、炉分析可以看出:医疗垃圾焚烧过程中,二噁英的形成取决于医疗垃圾的组成成分、焚烧炉型、工作状态和焚烧条件(温度、过量空气、混合条件等)。因此,根据其生成机理可以从下述两方面加以控制。
3.1二噁英的生成抑制
3.1.1改善炉内燃烧条件
垃圾在焚烧温度低于700℃情况下,会生成二噁英前驱物,这些前驱物与垃圾中氯化物、O2氧离子进行复杂热反应而生成二噁英物质。因此,必须改善炉内条件以保证炉内整体温度不低于700℃,事实上焚烧炉内温度在1100℃以上,问题是垃圾是固体物质,体积较大,垃圾焚烧过程中表面温度达到1000℃以上,但内部的局部温度会低于700℃,这正符合二噁英的生成条件。因此,对垃圾采用一次燃烧方法,不管如何提高和控制温度,也很难完全抑制二噁英的生成。改进垃圾焚烧技术最好的方法是在一次燃烧的基础上,再加一次燃烧,称为二次燃烧,使垃圾焚烧产生的二噁英类物质通过二次燃烧室,在高温下(900℃以上)分解并燃烧。
3.1.2医疗垃圾与硫含量较高的煤掺烧抑制二噁英生成
硫的抑制作用在于其能与氯原子发生反应。S的两种抑制功能为:①降低Cu的催化活性;②硫分通过与Cl2反应生成HCl消耗了氯源。
3.1.3焚烧炉内添加碱性氧化物以控制二噁英生成
在焚烧炉内添加多种碱性化合物,可以抑制PCDD/Fs的形成和排放。
3.2二噁英的排放抑制
由于焚烧过程必然会产生易生成二噁英的灰烟等物质,而且必然通过易生成二噁英的危险温度(300℃~500℃)区域,因此,焚烧炉内要将二噁英的生成控制为零是非常困难的。焚烧炉内生成的PCDD主要以固态形式附着在飞灰表面,设置高效除尘器可以除去大部分的PCDD。研究表明袋式除尘器去除PCDD效果最好,运行温度最好控制在150℃以下,使得气相中的PCDD冷凝附着于烟气中飞灰颗粒上,再用袋式除尘器捕捉飞灰,可获得更佳的效果,二噁英可被多孔物质(活性炭、焦炭等)吸附。
4、医疗垃圾焚烧处理存在的问题
综上所述,焚烧医疗垃圾过程中控制二噁英的关键点可归纳为以下几点:①氯源(一次性塑料医疗器械、HCl等)、二噁英前体物和反应催化剂(CuCl2、FeCl3等)的存在;②焚烧过程中的燃烧条件;③烟气段净化措施。采用焚烧法处理医疗垃圾达到二噁英排放可控是完全可行的,但医疗垃圾焚烧最大的问题是处理成本太高。医疗垃圾焚烧处理分为两个阶段:一是焚烧,二是尾气处理,尾气处理成本占整个医疗垃圾处理成本的90%以上。据分析,完全达标的医疗垃圾焚烧处理所需要的社会成本超过5000元/吨(包括:选址、征地、补偿、拆迁、建厂、设备、助烧燃料、人工、尾气处理、运输、管理等)。
目前,中国医疗垃圾焚烧处理的主要问题归纳如下:
①处理设备昂贵;
②处理成本高昂(主要体现在尾气处理上);
③必须集中统一处置,运输成本很高;
④选址困难,易与焚烧厂附近居民发生冲突;
⑤无资源利用。
上述问题是焚烧技术固有的问题,是不可克服的。
5、生物质气化技术处理医疗垃圾
5.1 生物质气化原理
生物质气化是在一定的热力学条件下,将组成生物质的碳氢化合物转化为含COH2CH4等可燃气体的过程,此过程实质是生物质中的碳、氢、氧等元素的原子,在反应条件下按照化学键的成键原理,变成COH2CH4等可燃性气体的分子。生物质中的大部分能量就转移到这些气体中,气化过程的实现是通过气化反应装置来完成的。
为了提供反应的热力学条件,气化过程需要供给空气或氧气,使原料发生部分燃烧。气化过程和常见的燃烧过程的区别是燃烧过程中供给充足的氧气,使原料充分燃烧,目的是直接获取热量,燃烧后的产物是二氧化碳和水蒸气等不可再燃烧的气体;气化过程只供给热化学反应所需的部分氧气,而尽可能将能量保留在反应后得到的可燃气体中,气化后的产物是含COH2CH4和低分子烃类的可燃气体。
生物质气化包括干燥、热解、氧化和还原反应。以空气为气化介质意味着同时加入氧气和氮气。因为氮气不参加反应,反应后留在燃气中冲淡了可燃成分,所以以空气为介质的气化只能得到低发热值的燃气,发热值一般在4~6MJ/m3(约1100大卡左右),属于低热值燃气。
氧化反应实质上是放热反应,其作用是提供干燥过程、热解过程和还原过程所需要的足够热量。氧化层的反应主要是碳和空气的两相反应,在气化炉中,实际燃烧温度大于1500度。还原反应实质上是吸热反应,温度越高越剧烈,其反应过程是燃烧后的水蒸气和二氧化碳反应生成氢和CO,从而完成了有机物原料向气体燃料的转变。
在上述反应中,氧化反应和还原反应之间存在着自平衡机制,当燃烧反应强烈时,释放出较多的热量,提高了反应区温度,加快了吸热的气化反应速率。同时强烈的燃烧产生较多的CO2和水蒸气,还原时则需要吸取较多的热量,从而使离开还原区的气体成分及温度基本稳定。
热解是高分子有机物在高温下吸热而发生的不可逆裂解过程,大分子碳氢化合物的结构链被打碎,析出挥发分,剩余的焦炭构成进一步反应的床层。热解反应一般在温度高于250℃时开始进行,在温度较高时,有机物的热解产物是非常复杂的混合气体,它含有数百种碳氢化合物。这些碳氢化合物有的在常温下冷凝形成焦油,有的是不冷凝气体,可以直接作为气体燃料使用,其发热量可达到15MJ/m3。热解是个复杂的化学反应过程,在不同的反应路线下可得到不同的产物,有机物气化的目的是得到可燃性气体,无需过多考虑中间反应过程,但由于在热解反应中产生的焦油会影响燃气使用,所以需要抑制其产生并通过净化系统处理。
5.2医疗垃圾气化处理生成二噁英情况分析
由于气化过程中热解层的的缺氧性(气化炉只提供氧化反应所需要的一部分氧气),热解层基本上不会产生二噁英,而氧化层和还原层由于其极高的温度(超过700℃)也不可能产生二噁英,干燥层由于其低于250℃也不可能产生二噁英,因此,气化反应产生的燃气中只会有极少的二噁英产生,燃气中灰分少并经过充分红外线灶或燃烧机燃烧后,尾气中二噁英含量极微,中国环保部的检测结果也证明了这一结论(垃圾气化燃气燃烧后产生的尾气不加处理,其二噁英的含量为0.035纳克左右)。不断完善的生物质气化技术用于处理医疗垃圾,其对环境造成的污染远低于垃圾焚烧技术。
5.3 医疗垃圾气化过程中裂解情况分析
医疗垃圾在气化炉内气化时分四个过程:氧化、还原、裂解、干燥。通过多点式气化装置试验表明,正常情况下氧化层温度为1100℃左右,还原层温度为700~900℃。因此,绝大部分入炉垃圾带入的二噁英在氧化层和还原层可以被分解,也不会有新的二噁英成生,这意味着入炉垃圾气化产生的灰渣中只会含有极少的二噁英。因此,通过气化处理后的灰渣,二噁英的再处理工作可以简化,只需简单卫生填埋即可。医疗垃圾气化过程中二噁英的形成主要有二种途径:①在对氯乙烯等含氯塑料的气化过程中,炉内温度低于800℃的区域,含氯垃圾极易生成二噁英,首先形成氯苯,后者成为二噁英合成的前体;②其他含氯、含碳物质如纸张、木制品、食物残渣等经过铜、钴等金属离子的催化作用不经氯苯生成二噁英。 医疗垃圾在高温加热的情况下,挥发出可燃气体的体积随着温度的升高而增加。在600℃~750℃这个温度区间内,挥发出的可燃气体体积增加显著,说明这个温度段是垃圾热解变化最为剧烈的阶段。750℃以上气体产量没有明显的增加。说明温度较高时,未断裂的大分子物质在高温的作用下分解挥发,同时挥发分中大分子会发生二次反应,裂解为小分子气体,最大瞬时产气量都产生在热解开始的15~30min ,这个时间段热解反应最激烈。气化过程中干燥层的温度低于250℃,在这一层面不会有新的二噁英产生。因此,气化过程中只有裂解层才可能产生二噁英。但由于气化过程的缺氧性(检测表明,生物质在上吸式气化炉内气化产生的燃气中只含不到1%的氧气),相对于垃圾焚烧而言,医疗垃圾气化产生二噁英非常少,并且还分解了原有垃圾中的二噁英,这给处理燃气中的二噁英减轻了很大负担。特别是医疗垃圾的成分比较简单,本身基本不含二噁英,根据上吸式气化处理装置的使用方法,在气化处理医疗垃圾的过程中只需要添加少量的生物秸杆和木质素。因此,气化医疗垃圾所得到的燃气,其二噁英的问题无需特别关注,燃气经充分燃烧后排放的尾气不会造成二噁英的污染,其灰分经过了氧化区,更不会有残留的二噁英。
5.4医疗垃圾气化燃气燃烧技术
    采用上吸式气化装置处理医疗垃圾,会得到两种物质,一种是灰渣,另一种是燃气。从原理上讲,灰渣中不含有二噁英类物质,燃气中只含有微量的二噁英类物质,原因是医疗垃圾置入气化炉内后,会有较多空隙,空隙中会有少量空气,这部分空气在医疗垃圾裂解过程中会导致有微量的二噁英产生。因此,医疗垃圾气化燃气的二噁英处理必须引起足够重视,处理技术遵循二噁英无害化处理“三T原则”,必须设计专门的燃烧装置以保证燃气在燃烧过程中与空气充分混合和停留更长的时间,并让混合气体在燃烧装置内部形成涡流。基于这一要求,我们发明了“一种多段配氧燃气涡流燃烧装置”,很好地解决了这个问题。
文章来源:http://www.hunanyx.com

生物质锅炉  |   生物质气化炉  |   生物质燃料锅炉  |   生物质颗粒机  |   生物质燃烧机  |   炭化炉  |   垃圾气化炉  |   垃圾处理设备  |