CN114308988B - 一种撬装式医疗废弃物等温热解处置系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种撬装式医疗废弃物等温热解处置系统，整个系统集成设置于集装箱内，主要包括负压单元、原料输送单元和等温热解单元，负压单元包括引风机、集装箱；原料输送单元包括运输带、粉碎机、提升装置；等温热解单元包括料斗、星型进料器、无轴螺旋绞龙、热解筒体、第一多孔介质燃烧器、储气罐、第二多孔介质燃烧器、热解气催化装置、星型出料器。该系统可以实现对医疗废弃物的等温热解，能够有效地将医疗废弃物中有机成分回收利用，物料进入系统后逐渐完成粉碎、杀菌、干燥、热解过程，热解产生的热解气经过催化裂解后可作为多孔介质燃烧器的燃料，实现医疗废弃物就地减量化处置与资源化利用。
Description
技术领域
本发明属于有机废弃物处置和资源化利用领域，主要涉及一种撬装式医疗废弃物等温热解处置系统，具体可以用于处理医疗废弃物等有机固体废弃物，利用等温热解的方法，能够有效地将医疗废弃物回收处置并将有机成分资源化利用。
背景技术
我国医疗废弃物的产生量逐年增长，近5年大中城市产生的医疗废弃物产生量增长了20.9%。医疗废弃物中不仅含有有害有毒物质，还含有众多有机物，其有机成分为可达70~90%，如何将医疗废弃物安全、清洁处置，并实现资源化利用，是一项亟待解决的课题。
我国最主要的医疗废弃物处置方法是高温焚烧处理法，这就不可避免地产生大量二噁等二次污染物。热解是一种还原性热化学转化技术，热解气中二噁英等二次污染物会大大减少。因此，热解处置既可以节省尾部净化设施的建设和运行费用，又可以降低二次污染的排放，是一种比较理想的处置医疗废弃物的方式。
目前，我国处置医疗废弃物是将其运输至指定处理点进行集中处置，增加了运输成本，并且在医院存放和运输装卸过程中存在细菌、病毒泄露传播的风险；有部分装置采用电加热的加热方式，运行成本高，未能充分利用热解气能源；部分采用烟气及燃烧器加热等加热方式，但热解结构存在传质传热效率低，含焦油气未处理或造成成本高，管道、管件的污染和堵塞；传统的热解方式并不能实现等温热解，易造成能量的损耗。综上，本发明将针对以上问题，提出了一种及时、高效、清洁地对医疗废弃物进行无害化处置和资源化利用的集成系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种撬装式医疗废弃物等温热解处置系统，用于有效解决传统医疗废弃物处置系统难以运输、高耗能、热效率低、加热不均匀和存在二次污染等问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种撬装式医疗废弃物等温热解处置系统，其包括负压单元、原料输送单元、等温热解单元，所述的负压单元包括引风机、集装箱；原料输送单元包括运输带、粉碎机、提升装置；等温热解单元包括料斗、星型进料器、无轴螺旋绞龙、热解筒体、第一多孔介质燃烧器、储气罐、第二多孔介质燃烧器、热解气催化装置、星型出料器，所述粉碎机依次连接提升装置和料斗，料斗的出口连接星型进料器，星型进料器的出口连接所述热解筒体的前端进料口，热解筒体的内部设置无轴螺旋绞龙，外部安装第一多孔介质燃烧器，同时热解筒体的尾端设有出料口和出气口，且出料口连接星型出料器，出气口连接热解气排放管，排放管内设置有热解气催化装置，热解气催化装置所处管段的外围安装第二多孔介质燃烧器。
进一步的，所述第一多孔介质燃烧器和第二多孔介质燃烧器的燃料腔内安装有多孔介质，多孔介质与热解筒体的外壁之间预留有辐射腔。
进一步的，所述第一多孔介质燃烧器和第二多孔介质燃烧器整体呈圆筒状，由2~12个扇形燃烧单元组成，各个扇形燃烧单元均设有独立的燃气进口，内部均设有独立的温度传感器，同时与燃气进口相连的燃气通道上设有流量控制器，通过温度信号反馈控制进入各个扇形燃烧单元中的燃气流量，从而控制每个燃烧单元的温度，燃烧腔内的温差为1~5℃。
更进一步的，所述燃烧单元的温度温度为800~1200℃；所述多孔介质为10~100ppi的泡沫金属或泡沫陶瓷，厚度15~60mm。
进一步的，所述热解气催化装置的催化剂为镍基、铁基、钼基金属或包含多种活性金属基的复合催化剂中的任一种，载体为天然矿石、硅石、分子筛、泡沫陶瓷、泡沫金属中任一种。
进一步的，所述集装箱一侧侧壁设置有可开启结构，且运输带安装于可开启处，物料通过运输带输送至集装箱内部；同时集装箱上方安装有引风机，通过引风机工作使整个集装箱呈负压状态，所述引风机排出的气体与储气罐中燃气预混，再进入第一多孔介质燃烧器和第二多孔介质燃烧器燃烧。
进一步的，所述无轴螺旋绞龙两端设有用于固定和传动的转动轴，同时在无轴螺旋绞龙的叶轮外表面焊接有刮料刀，并且出料口上方的转动轴上焊接一片反向的螺旋叶片，同时无轴螺旋绞龙为偏心放置，上部预留空间大于底部预留空间。
更进一步的，所述刮料刀的外形呈圆弧状，刮料刀与无轴螺旋绞龙的轴线呈15~45°，所述无轴螺旋绞龙叶片的螺距在0.5~2倍螺旋绞龙叶片外径之间，且螺旋绞龙转速为1~10rpm。
进一步的，所述无轴螺旋绞龙的两端转动轴伸出外筒体，并通过左右两个端盖进行密封，其中一端连接被动端轴承座，另一端连接主动端轴承座和带保护罩的链轮套管，所述主动端轴承座和被动端轴承座安装在轴支座上，通过主动端轴承座和被动端轴承座对转动轴进行固定和支撑，同时所述带保护罩的链轮套管通过链轮与减速电机相连，并带动转动轴转动。
进一步的，所述系统处置的原料可以为有机固体废弃物，包括医疗废弃物、生活垃圾、农林废弃物。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明为撬装式等温热解处置系统，系统置于集装箱内，可撬装移动，可将该系统运输至医院等地点就地进行医疗废弃物处置，降低了医疗废弃物的运输成本，并避免了因运输医疗废弃物而导致的细菌、病毒等传染源泄露的风险。热解产生的热解气经过催化裂解后，可作为多孔介质燃烧器的燃气，提高了能源的利用率。本系统将医疗废弃物粉碎、杀菌、干燥、热解，实现粉碎、杀菌、干燥、热解一体化，具有处置风险低、运行成本低、热效率高、减量化程度高、资源回收率高等优点。
（2）将多孔介质燃烧技术与热解技术集成，多孔介质燃烧器具有加热均匀、热效率高、热惯性小、能有效防止回火等优点；同时通过对可燃气流量进行调控，可有效控制辐射燃烧温度，实现热解过程的等温加热。
（3）无轴螺旋蛟龙运输能力强，运输过程平稳，且其具有一定柔性，可防止物料堵塞在两叶片之间。无轴螺旋绞龙设置的刮料机构可充分搅拌物料，强化传热传质效果，并有效防止结焦。
（4）系统为负压操作，能有效防止在进出料时集装箱内的有害气体泄漏；同时将系统内气体与储气罐中的热解气预混，进入多孔介质燃烧器燃烧，实现气体中有毒有害物质热阻断。
（5）本发明所述的系统除医疗废弃物外，同样适用于生活垃圾、填埋场生活垃圾、农林废弃物等非均质有机固体废弃物。
附图说明
图1为本发明的医疗废弃物等温热解处置系统结构图。
图2为本发明的第一多孔介质燃烧器的剖面结构图。
图3为本发明的第一多孔介质燃烧器温度控制示意图。
图4为本发明的热解气出口的催化裂解段结构图。
图5为本发明的无轴螺旋绞龙及刮料刀的结构图。
图中标记为：1-运输带、2-粉碎机、3-提升装置、4-轴支座、5-被动端轴承座、6-端盖、7-料斗、8-星型进料器、9-热解筒体、10-第一多孔介质燃烧器、101-燃烧器外壁、102-燃料腔、103-多孔介质、104-辐射腔、11-储气罐、12-第二多孔介质燃烧器、13-热解气催化装置、131-热解气催化单元、14-星型出料器、15-无轴螺旋绞龙、151-刮料刀、16-主动端轴承座、17-带保护罩的链轮套管、18-活动支座、19-引风机、20-集装箱；A-进料口、B-出料口、C-热解气出口、D-燃气进口、E-烟气出口、F-天然气进口。
实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种撬装式医疗废弃物等温热解处置系统，包括运输带1、粉碎机2、提升装置3、轴支座4、被动端轴承座5、端盖6、料斗7、星型进料器8、热解筒体9、第一多孔介质燃烧器10、储气罐11、第二多孔介质燃烧器12、热解气催化装置13、星型出料器14、无轴螺旋绞龙15、主动端轴承座16、带保护罩的链轮套管17、活动支座18、引风机19、集装箱20、进料口A、出料口B、热解气出口C、燃气进口D、烟气出口E、天然气进口F。其中：
所述粉碎机2出口依次连接提升装置3和料斗7，料斗7的出口连接星型进料器8，星型进料器8的出口连接所述热解筒体9的前端进料口，热解筒体9的内部安装有无轴螺旋绞龙，外部安装第一多孔介质燃烧器10，同时热解筒体9的尾端设有出料口和出气口，且出料口连接星型出料器14，出气口连接热解气排放管，所述热解气排放管内设置有热解气催化单元131，该热解气催化单元131所处管段的外围安装第二多孔介质燃烧器12。
所述第一多孔介质燃烧器10和第二多孔介质燃烧器12的燃料腔内安装有多孔介质103。多孔介质103为10ppi的泡沫金属，厚度为15mm。第一多孔介质燃烧器10整体呈圆筒状，由2个扇形燃烧单元组成。各个扇形燃烧单元均设有独立的燃气进口D，内部均设有独立的温度传感器，同时与燃气进口相连的燃气通道上设有流量控制器，通过温度信号反馈控制进入各个扇形燃烧单元中的燃气流量，从而控制每个燃烧单元的温度，其燃烧温度为1000℃（热解温度可达到800℃）。
所述的催化剂热解单元131处布置钼基催化剂，载体为硅石。
所述无轴螺旋绞龙15两端设有用于固定和传动的转动轴，中间不布置转动轴，同时在无轴螺旋绞龙15的叶轮外表面焊接有刮料刀151，出料口上方的转动轴上焊接一片反向的螺旋叶片。此外，无轴螺旋绞龙15偏心放置，其底部和上部与热解筒体9留有一定空间，且上部预留空间大于底部预留空间，上部的预留空间用于为产生的热解气提供流动空间，底部的预留空间，用于防止螺旋叶片因自身挠度和热膨胀导致叶片与热解筒体9发生机械碰撞。
所述刮料刀151的外形呈圆弧状，刮料刀与无轴螺旋绞龙15的轴线呈15°，所述无轴螺旋绞龙叶片的螺距在0.5倍螺旋绞龙叶片外径之间，且螺旋绞龙转速为5~10rpm。
所述带保护罩的链轮套管17通过链轮与减速电机相连，并带动转动轴转动，通过主动端轴承座16和被动端轴承座5对转动轴进行固定和支撑；左右两端盖6对热解筒体9进行密封；无轴螺旋绞龙15焊接在转动轴上，由转动轴带动转动；刮料刀151焊接在无轴螺旋绞龙15的叶轮外表面，随无轴螺旋绞龙15转动。
所述引风机19使整个集装箱呈负压，形成一个气体的封闭空间，防止医疗废弃物处置过程中产生的有害气体溢出，排出的空气与储气罐11中的热解气预混后进入第一多孔介质燃烧器10和第二多孔介质燃烧器12燃烧。
实施例
本发明最佳实施例的使用过程：农林废弃物的干燥、热解等过程均发生在热解筒体中9。转动轴通过右端驱动装置获得动力，带动无轴螺旋绞龙转动。粉碎后的农林废弃物由提升装置3提升至料斗7后，下落经过星型进料器8进入热解筒体9。农林废弃物在无轴螺旋绞龙的推动下向出料口B移动，逐渐经过预热区和热解区，在此过程中不断吸收热量，完成干燥、热解的过程。通过无轴螺旋绞龙和刮料刀的翻动搅拌，热解反应更加剧烈。刮料刀与无轴螺旋绞龙15的轴线呈45°移动到尾端时，热解过程已经完成，固体产物通过星型出料器14出料，气态产物通过热解气出口C排出，经过催化裂解去除焦油后，作为多孔介质燃烧器燃料。催化裂解过程中使用的催化剂为铁基催化剂，载体为分子筛。
多孔介质燃烧器内安装的多孔介质为50ppi的泡沫陶瓷，厚度为40mm。燃气（热解气或天然气）经过预混后通过燃气进口D进入多孔介质燃烧器的燃料腔102，由于是完全预混，热效率高。经过点火后，由第一多孔介质燃烧器10燃烧产生的热量对热解筒体9进行加热，其燃烧温度为1200℃（热解温度可达到900℃）。热量一部分来源于第一多孔介质燃烧器10燃烧产生的热辐射，另一部分来源于其燃烧产生的烟气。烟气出口E布置在近入口端，可防止将未燃烧充分的可燃气排出，减少二次污染，必要时可在热解筒体9外布置折流板，加强烟气的传热。第一多孔介质燃烧器10具有热辐射效率高、燃烧均匀稳定、升温和冷却速度快的优点，比传统燃烧器更加适合作为有机固体废弃物热解的加热装置。
实施例
本实例所提供的撬装式医疗废弃物等温热解处置系统的主要参数如下：螺旋绞龙外径为150mm，螺距为120mm，转速为1rpm；第一多孔介质燃烧器长度为1200mm，额定功率30kW。多孔介质材料为30ppi的泡沫金属，厚度为20mm。
选取混合医疗废弃物作为原料，混合医疗废弃物经过粉碎后通过进料口A进入料斗、星型进料器，再进入热解筒体，在无轴螺旋绞龙的推动下，逐渐完成杀菌、干燥、热解的过程，最终达到出料口B处，通过星型出料器后，被连续排出。从物料进入热解筒体到被绞龙推送到出料口B，整个过程用时10分钟。通过调节第一多孔介质燃烧器功率，改变热解过程的温度，分别在650℃、750℃、850℃进行热解。第一多孔介质燃烧器由4个扇形燃烧单元组成，通过温度传感器可以调控进入多孔介质燃烧单元中的燃气流量，从而控制燃烧单元的温度，实现等温热解。经过镍基催化剂（载体为天然矿石）催化裂解后的热解气从热解气出口C排出后收集，分别取样品用于分析。
表一给出了本实施例中实验取得的气体产物组分及热值。从表一中可以看出，随着温度的升高，热解气中可燃的组分逐渐升高，热值也随着温度的升高而升高。在850℃时，CH4、CO、H2的总量达到85%以上，具有良好的利用前景。
表一热解气体组分及热值
| 热解温度 | 650℃ | 750℃ | 850℃ |
| 热解气成分 | 含量/Vol% | 含量/Vol% | 含量/Vol% |
| <![CDATA[H<sub>2</sub>]]> | 8.92% | 17.59% | 29.83% |
| <![CDATA[CO<sub>2</sub>]]> | 23.95% | 11.23% | 4.71% |
| <![CDATA[CH<sub>4</sub>]]> | 12.97% | 44.40% | 46.19% |
| CO | 44.26% | 13.87% | 11.51% |
| <![CDATA[C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>]]> | 2.20% | 2.32% | 0.68% |
| <![CDATA[C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>]]> | 7.69% | 10.59% | 7.08% |
| 热值(kJ/kg) | 4108 | 6540 | 6187 |
实施例
本实例所提供的撬装式医疗废弃物等温热解处置系统的主要参数如下：螺旋绞龙外径为120mm，螺距为80mm，转速为5rpm；多孔介质燃烧器长度为12000mm，总功率300kW。多孔介质材料为100ppi的泡沫金属，厚度为60mm。
选取生活垃圾作为原料，粉碎后的生活垃圾通过料斗、星型进料器，由进料口A连续进入热解筒体，在螺旋绞龙的推动下，逐渐完成杀菌、干燥、热解的过程，最终达到出料口B处，通过星型出料器后，被连续排出。从物料进入热解筒体到被绞龙推送到出料口B，整个过程用时30分钟。调节第一多孔介质燃烧器功率，改变热解过程的温度，分别在650℃、750℃、850℃进行热解。第一多孔介质燃烧器由12个扇形燃烧单元组成，通过温度传感器调控进入多孔介质燃烧单元的流量从而控制各个燃烧单元的温度，实现物料的等温热解。经过镍-铁基复合催化剂（载体为分子筛）催化裂解后的热解气从热解气出口C排出后收集，分别取样品用于分析。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种撬装式医疗废弃物等温热解处置系统，其特征在于，包括负压单元、原料输送单元、等温热解单元，所述的负压单元包括引风机、集装箱；原料输送单元包括运输带、粉碎机、提升装置；等温热解单元包括料斗、星型进料器、无轴螺旋绞龙、热解筒体、第一多孔介质燃烧器、储气罐、第二多孔介质燃烧器、热解气催化装置、星型出料器，所述粉碎机依次连接提升装置和料斗，料斗的出口连接星型进料器，星型进料器的出口连接所述热解筒体的前端进料口，热解筒体的内部设置无轴螺旋绞龙，外部安装第一多孔介质燃烧器，同时热解筒体的尾端设有出料口和出气口，且出料口连接星型出料器，出气口连接热解气排放管，排放管内设置有热解气催化装置，热解气催化装置所处管段的外围安装第二多孔介质燃烧器；
所述第一多孔介质燃烧器和第二多孔介质燃烧器的燃料腔内安装有多孔介质，多孔介质与热解筒体的外壁之间预留有辐射腔；所述第一多孔介质燃烧器和第二多孔介质燃烧器整体呈圆筒状，由2~12个扇形燃烧单元组成，各个扇形燃烧单元均设有独立的燃气进口，内部均设有独立的温度传感器，同时与燃气进口相连的燃气通道上设有流量控制器，通过温度信号反馈控制进入各个扇形燃烧单元中的燃气流量，从而控制每个燃烧单元的温度，燃烧腔内的温差为1~5℃。
2.根据权利要求1所述的一种撬装式医疗废弃物等温热解处置系统，其特征在于，所述燃烧单元的温度为800~1200℃；所述多孔介质为10~100ppi的泡沫金属或泡沫陶瓷，厚度15~60mm。
3.根据权利要求1所述的一种撬装式医疗废弃物等温热解处置系统，其特征在于，所述热解气催化装置的催化剂为镍基、铁基、钼基金属或包含多种活性金属基的复合催化剂中的任一种，载体为天然矿石、硅石、分子筛、泡沫陶瓷、泡沫金属中任一种。
4.根据权利要求1所述的一种撬装式医疗废弃物等温热解处置系统，其特征在于，所述集装箱一侧侧壁设置有可开启结构，且运输带安装于可开启处，物料通过运输带输送至集装箱内部；同时集装箱上方安装有引风机，通过引风机工作使整个集装箱呈负压状态，所述引风机排出的气体与储气罐中燃气预混，再进入第一多孔介质燃烧器和第二多孔介质燃烧器燃烧。
5.根据权利要求1所述的一种撬装式医疗废弃物等温热解处置系统，其特征在于，所述无轴螺旋绞龙两端设有用于固定和传动的转动轴，同时在无轴螺旋绞龙的叶轮外表面焊接有刮料刀，并且出料口上方的转动轴上焊接一片反向的螺旋叶片，同时无轴螺旋绞龙为偏心放置，上部预留空间大于底部预留空间。
6.根据权利要求5所述的一种撬装式医疗废弃物等温热解处置系统，其特征在于，所述刮料刀的外形呈圆弧状，刮料刀与无轴螺旋绞龙的轴线呈15~45°，所述无轴螺旋绞龙叶片的螺距在0.5~2倍螺旋绞龙叶片外径之间，且螺旋绞龙转速为1~10rpm。
7.根据权利要求1所述的一种撬装式医疗废弃物等温热解处置系统，其特征在于，所述无轴螺旋绞龙的两端转动轴伸出外筒体，并通过左右两个端盖进行密封，其中一端连接被动端轴承座，另一端连接主动端轴承座和带保护罩的链轮套管，所述主动端轴承座和被动端轴承座安装在轴支座上，通过主动端轴承座和被动端轴承座对转动轴进行固定和支撑，同时所述带保护罩的链轮套管通过链轮与减速电机相连，并带动转动轴转动。
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