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、隨著我國經(jīng)濟的發(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菌和病毒，具有傳染性，以焚燒法為代表的熱化學處理技術(shù)已成為我國處理醫(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，使其成為我國醫(yī)療廢物處理規(guī)劃中的主要焚燒爐型。依托國家863計劃重點項目(2007AA061302)和浙江省重大科技專項(2007C13084)，本文開展了醫(yī)療廢物熱解焚燒特性和回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)內(nèi)的的運動和焚燒爐內(nèi)流場的基礎(chǔ)研究。本文主要內(nèi)容包括三部分：對醫(yī)療

2、廢物的熱解焚燒開展基礎(chǔ)特性研究；對醫(yī)療廢物在回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)內(nèi)的運動和流場進行分析；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)進行試驗研究，為現(xiàn)有的醫(yī)療廢物熱處置研究提供有益的補充，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：采用化學熱力學平衡模擬和熱重-紅外聯(lián)用實驗分析手段對醫(yī)療廢物中的三大類型七種組分進行熱解焚燒特性的研究。采用化學熱力學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。對醫(yī)療廢物中的Cl、N和S可能產(chǎn)生的污染性氣體進行分析，得到當醫(yī)療廢物中氯的質(zhì)量比小于0.1％時，即使不使用脫氯方法亦可使HCl的排放達到國家標準，而高氯質(zhì)量比的醫(yī)療廢物在低溫焚燒時，還有Cl2單質(zhì)產(chǎn)生。與此同時，N和S所產(chǎn)生的污染性氣體的問題遠不如Cl產(chǎn)生的HCl問題顯著。通過熱重-紅外聯(lián)用實驗分析手段，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。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的加入對纖維類各組分和易腐有機質(zhì)組分的熱解產(chǎn)生較大影響。一方面通過熱力學平衡分析可知，當醫(yī)療

5、廢物中氯質(zhì)量比大于0.1％時，HCl的排放就可能超出國家標準，另一方面，在醫(yī)療廢物的焚燒過程中，HCl造成的酸性氣體腐蝕和不能達標問題較為嚴重。在醫(yī)療廢物熱解焚燒基礎(chǔ)特性部分，亦對高含氯量的PVC和模擬醫(yī)療廢物的HCl排放及脫氯效果進行了隨溫度的連續(xù)分布研究。通過對各組分的熱重結(jié)果進行分析，得到各組分整體反應(yīng)表觀動力學模型中的機理函數(shù)，而對各組分的熱解氣的析出進行分析，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)的運動模式和以壁面摩擦系數(shù)、填充料和Froude數(shù)表達的模式變化判斷標準，通過擬流體模型，研究了回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速和顆粒摩擦角對料床的活動層的傾角、活動層高度和顆粒運動速度的影響。隨著轉(zhuǎn)速的提高和顆粒摩擦角的增加，料床活動層高度呈增加的趨勢，料床活動層的傾斜角和活動層的面積增加，隨著轉(zhuǎn)速的提高，活動層內(nèi)顆粒的運動速度增加，且在料床活動層的表面，顆粒有最大的運動速度。通過商用軟件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/有限化學反應(yīng)模型，并通過UDF增加對固定碳燃燒的考慮，對回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的焚燒流場進行分析，得到整個系統(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，而窯頭的漏風對窯內(nèi)的溫度和組分場有較大影響，對于二燃室內(nèi)的燃燒，二次風的影響遠大于三次風的影響，通過額定工況的計算和變工況的對比，得到窯內(nèi)配風和二燃室配風的最佳結(jié)合，以及變工況對系統(tǒng)出口溫度和煙氣組成的影響。
　　 ⑶介紹了由浙江大學熱能所開發(fā)的危險廢物回轉(zhuǎn)式流化冷渣三