中频感应医疗废物焚烧炉的设计

余会娟　王文静　刘原　李小红　曹彦

摘要：该文介绍了医疗废弃物的危害以及国内医疗废弃物主要的处理技术及存在问题，重点介绍中频感应医疗废物焚烧炉的设计及创新之处。

关键词：医疗废弃物；中频感应医疗废物焚烧炉设计；创新性

中图分类号：Q819 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）08-0241-02

1医疗废弃物的危害

医院临床感染性废物、医院血透析产生的废物、临床、教学、研究等医学活动中产生的含有菌落及病源株培养液和保菌液的废弃物以及感染的动物尸体、传染病房产生的所有废物和医院产生的感染性医疗废弃物，带有很多病菌，若混入一般生活垃圾中简单的掩埋或堆积于垃圾处理场，会污染空气，土壤和水源，并可传播各种疾病，危害人体健康。这些造成的危害是显而易见的。

2现在的医疗废弃物的处理方法及问题

目前医疗废弃物的处理方法有焚烧、高温灭菌、化学处理、微波辐射、等离子体、电弧炉等方法。焚烧法因建厂占地少、投资省、效率高、成本低的优点被人们重视。在发达国家使用焚烧销毁这种医疗废弃物处理技术已经多年，已比较成熟。

医疗垃圾焚烧炉由垃圾前处理系统，焚烧系统，烟雾生化除尘系统及煤气发生炉（辅助点火焚烧）四大系统组成。目前从国外引进的医疗垃圾焚烧炉一般为机械式炉排炉，这种炉型对热值要求高，只有灰分较少的垃圾才能有较好的燃烧效果，当医疗垃圾的燃值低于4000kj/kg时，需要燃油助燃，增加了运行成本。而国内生产的医疗垃圾焚烧炉同样存在上述弊端。由于焚烧设备不过关，不仅焚烧费用高，主要焚烧处理不彻底，不能达到排放要求，有的还产生难闻的臭味，不仅工人操作环境差，也污染周边环境。由于医疗垃圾在医疗机构进行密封收集，在焚烧腔不能进行分拣，成分差别很大，在焚烧时，医疗垃圾的成分和热值波动比较大。有的时候没有热值的玻璃瓶、甚至还掺杂了输液用的药水，热值很低；而有的时候棉花、纸张塑料制品热值很高，这也导致燃烧不稳定。实际暴露出来的在回转窑的出口末端，大量的固体热解产物未经燃尽排出，二燃烧室温度波动大，在垃圾热值高的时候，二燃烧室温度很高，超过1200度，使得氮氧化物浓度很高；而在垃圾燃值低的时候，二燃烧室温度很低，需要投入油燃烧器助燃，使燃烧后的尾气净化处理困难，提高运行成本，容易造成二次污染。

另外，在回转窑和二燃室构成的医疗垃圾焚烧系统中，由于医疗垃圾中含有大量的消毒剂以及塑料包装袋，使得医疗垃圾气体中烟气的HCL含量高达1000ppm，而在烟囱前设置烟气净化系统脱除HCL只是解决了环保排放问题，而对烟道特别是余热利用系统的腐浊问题无保护措施，影响系统的正常运行。

3中频感应医疗废物焚烧炉的设计

医疗垃圾中频感应焚烧炉由中频感应加热系统、两级焚烧腔（主焚烧腔和前置焚烧腔）、传感器检测系统（氧气浓度和温度）、两级焚烧腔马达控制系统、人机界面交互系统、尾气处理系统组成。

3.1中频感应加热系统

中频感应加热系统为两级焚烧炉提供加热和保温的能量，主要是由中频电源和炉体组成。它的输入是380V，50hz三相交流电，经整流滤波成为恒定的直流电源，经过逆变成为750V、1000HZ的单相中频交流电，再经过淬火变压器输送到感应线圈，感应线圈包裹在焚烧腔的周围。由于感应线圈本身的圆环效应，焚烧腔与钢管间的邻近效应及钢管的集肤效用等几种效应，将中频电磁能转化为热能。两级焚烧腔表面和内部温度会迅速升高，从而达到焚烧腔升温的目的。采用逆变调功的方式，即通过调节输出电压的频率来调节负载功率因数，来达到调节温度的目的。只要通过人机交互界面分别设定两级焚烧炉的加热温度、升温时间、保温时间等参数后，中频感应加热装置自动调整电气参数，达到系统要求。

因此此中频感应加热焚烧炉的控制方式一方面减少了传统医疗垃圾焚烧炉燃油焚烧方式所产生的燃油自身污染，中频感应加热方式属于清洁能源，提高了环保能力，响应国家环保的号召。另一方面，由于医疗垃圾成分复杂，热值波动比较大，燃油焚烧方式不能动态调整炉内温度，导致燃烧效率低下，燃烧不充分，浪费了能源。此中频感应加热焚烧炉能满足国家节能减排的要求。

3.2两级焚烧腔

中频感应医疗废物焚烧炉由主焚烧腔和前置焚烧腔组成。医疗垃圾由主焚烧腔上的门进入主焚烧腔内，系统关闭主焚烧腔和前置焚燒腔内的吸气和排气系统，中频感应电加热装置开始对该两级焚烧腔升温，当温度传感器检测到两级焚烧炉内温度达到指定温度如主焚烧腔内温度达到摄氏800度，前置焚烧腔内温度达到摄氏850度时，系统进入保温状态，此时主焚烧腔内的吸气电机速度缓慢升高，进气阀门打开，使得腔内氧气浓度升高，主焚烧腔内垃圾自燃。同时前置焚烧腔内的氧气浓度传感器检测腔内氧气浓度，通过调节前置焚烧腔内的排气马达速度和进气阀门的关启控制腔内氧气浓度低于百分之七和保持尾气在腔内最小的驻留时间，达到国际焚烧物能源效率和尾气排放标准。两级焚烧腔通过气体烟囱连接。

在国际上排出焚烧腔的气体有严格的要求，所以在主焚烧腔内的垃圾上方，一个旋转装置安装在主焚烧腔壁上，启动旋转装置使得排进焚烧腔内的气体产生喘流。此旋转装置有一个空气输入排泄管，空气输入排泄管上有一个隔离阀，排入空气的容量通过此阀来开启调整。根据这种设计，旋转装置一方面产生空气压缩，把氧气吸进焚烧腔，一方面搅动气流，形成涡流和喘流。在升温阶段时，主焚烧腔内的旋转装置以25HZ的低速旋转，进气阀关闭。在垃圾自燃阶段，主焚烧腔内的旋转装置以40HZ高速旋转，打开进气阀。这样在升温阶段关闭进气阀所产生的空气紊流将会使得腔体内温度均匀。前置焚烧腔内的进气阀的开启是用来调整排出腔体外空气中氧气的比例达到最小。比如%6-%7。同时还可以用来控制尾气在腔内保留时间小于门限时间，这就满足了国际焚烧物尾气排放标准。

3.3传感器检测系统

传感器检测系统和马达控制系统由氧气浓度传感器、温度传感器、电机驱动装置和进排气阀门组成。

3.4两级焚烧腔马达控制系统

两级焚烧炉都是圆柱体形状，在主焚烧腔的圆柱体横截面方向有一个门，旋转装置安装在们对面腔体壁上。圆柱体的腔体形状形成的空气涡流使得腔體内温度均匀。焚烧腔底部有一块用来放垃圾的底板，这就形成了焚烧腔内一块连续的开放内部腔。在气体涡流期间，热空气在底部开放腔体上连续环绕，使得腔体内的温度保持恒定。

两级焚烧腔内的旋转装置包含安装在旋转轴上的一个平面和径向叶片，以及形成的一个圆柱形空间。一个圆形的保护屏封闭了朝着内部腔体的圆形空间表面。另外旋转装置还包含各种驱动轴以不同速度旋转的设备。这种圆形保护罩有两种用途，一方面它保护了径向叶片不受高温损害，另一方面在环形区域形成涡流。

前后级焚烧腔之间通过排气烟囱上的金属环连接，每—个腔体都有一个可以调节不同速度的旋转装置。在前置焚烧腔内向外排气口有一个氧气浓度检测传感器，用来测量排放出去的气体中氧气的含量。在两腔体连接处的温度传感器用来测量腔体内的温度。两个腔体上面的旋转装置在驱动电路的控制下产生不同的速度产生空气涡流和排气管上的隔离阀关闭和开启等。

3.5人机界面交互系统

人机界面交互系统采用液晶显示和触摸屏输入的方式，液晶屏可以实时显示系统的工作状态如温度、燃烧进度、工作时间，氧气浓度等。触摸屏可以设置中频感应加热装置参数如升温时间，保温时间、前后级焚烧腔加热温度、保温温度等。

3.6尾气处理系统

尾气处理系统由两条弯曲的冷却管、水路过滤、油路过滤组成。由于前置焚烧腔内排出的尾气温度很高，达到几百摄氏度，因此通过两条弯曲的冷却管降低气体温度。经过冷却的气体温度再进入水路和油路后，可以过滤出各种有毒物质如水路可以吸收固定颗粒，油路可以吸收二氧化芑等有毒气体等。

4中频感应医疗废物焚烧炉的创新之处

1）低成本：传统的医疗垃圾焚烧炉燃烧系统需要占地面积比较大，需要专门的工程安装设计，医疗垃圾中频感应焚烧炉体积小，空间上只有主焚烧腔和前置焚烧腔大小；安装方便，无需额外的工程施工。

2）节约能源：主焚烧腔和前置焚烧腔都采用中频电信号加热的方式，加热均匀，温度动态调整。

3）环保：采用的干净环保的中频电信号加热方式，通过排入空气使得医疗垃圾自燃。尾气处理采用双层过滤方式，一是在前置焚烧炉中，控制尾气的排放量，二是在过滤系统中，采用油路和水路循环过滤方式，尾气先进入水路循环系统冷却过滤固定残留物，再经过油路过滤有毒气体如二氧化芑等。使得气体的排放标准满足《危险废物焚烧污染控制标准》（GB18484-2001），具有良好的应用前景。

4）操作简单：操作界面采用触摸屏图文显示方式、用户点击触摸屏上的相应按钮，就可以方便设置燃烧温度、燃烧时间、排放尾气量等参数。同时、炉内的加热温度。燃烧进度、空气压力、氧气浓度等信息以动画的形式实时显示在屏幕上。整个工作过程无需用户参与，简单实用。

5结语

设计出的医疗垃圾中频感应焚烧炉体积小、安装方便、成本低、节能环保。因此本项目可以广泛推广应用于医院、医学高校、科研院所、企业以垃圾回收站等。