醫療廢物熱解焚燒過程中NOX的控制
焚燒法作為一種常見的固體廢物處理方法,在醫療廢物的處理過程中被廣泛應用。焚燒過程中會產生的污染物,如不采取有效控制,會對環境造成毀滅性的破壞。我們根據焚燒過程中各污染物的生成機理及影響因素,結合國內的實際情況研制了一套新型的醫療廢物熱解系統。該系統可以有效的控制各污染物的生成,并根據污染物的特性進行針對性處理,排出的煙氣完全達到《危險廢物焚燒污染控制標準》(GB18484-2001)的要求。
本文就該系統NOx的濃度控制方法及效果進行簡單介紹。
1 醫療廢物熱解工藝流程
醫療廢物集中收集運輸進場,經自動進料系統投入一燃室并在一燃室迅速裂解產生大量的可燃氣體(碳氫化合物、氫氣等);可燃氣體與過量的助燃空氣混合后進入二燃室,在930±30℃充分燃燒,氣體中的有毒、有害物質被燃燒分解。產生的高溫煙氣進入急冷脫酸塔進行急冷脫酸處理。通過噴霧系統將制備的堿液霧化噴入急冷脫酸塔內,水霧在高溫煙氣中迅速蒸發,吸收煙氣的熱量,使煙氣迅速冷卻至200℃以下,同時煙氣中酸性氣體與霧化后的堿性漿液充分反應,去除煙氣中酸性成分,反應產物在塔內迅速干燥為固體顆粒,隨煙氣一同進入了布袋除塵器。為了降低二噁英類物質及重金屬類污染物的排放量,在急冷脫酸塔與布袋除塵器之間的煙道中,設置了活性炭噴射裝置。經布袋除塵器過濾后的潔凈煙氣通過煙囪達標排放。
2 NOX在醫療廢物熱解焚燒中形成的類型
醫療廢物處理過程中所產生的 NOx,按其生成機理可分為熱力型、快速型和燃料型。熱力型NOx是燃燒時空氣中的N2在高溫下氧化而生成的氮氧化物。快速型NOx是燃料揮發分中的碳氫化合物高溫分解形成的CH自由基撞擊N2分子,生成CN類化合物,再進一步以極快的速度與氧反應而生成氮氧化物。而燃料型NOx是燃料中的有機氮化合物在燃燒過程中氧化生成的氮氧化物。
熱力型 NOx的生成速度主要受燃燒溫度和燃燒過程過量空氣系數影響。在溫度低于1800K時.生成的熱力型NOX的量可忽略不計;而溫度高于1800K時,隨溫度的增大,生成NOx的量與T成指數關系增長【1】。燃燒過程過量空氣系數主要是通過改變燃燒溫度來控制NOX生成【1】。所以,在醫療廢物的熱解焚燒過程中,控制燃燒溫度在1800K以下,減少熱力型NOX的生成。
快速型NOX只有在碳氫燃料燃燒時,碳氫化合物CH較多,氧濃度相對較低時才發生。其生成量與溫度關系不大。【2】快速型NOX的生成量在醫療廢物的熱解焚燒過程中一般很小,不作為重點考慮對象。
燃料型NOx的生成量主要取決于燃料成分和過量空氣系數.控制燃料型NOX的生成量和轉化率的主要措施,就是減少過量空氣系數,在NOX的生成階段采用富燃料(α<1)燃燒,以抑制NOX的生成和促使NOX的還原。【3】
3 醫療廢物熱解焚燒過程中NOX排放的技術措施
3.1 分段燃燒技術
醫療廢物熱解焚燒系統采用兩段焚燒法處理醫療廢物,先在一燃室進行低溫熱解,熱解產生的可燃性氣體在二燃室再次進行燃燒,破壞其中的有害組分。
一燃室是醫療廢物的熱解焚燒區。在一燃室內通入理論需氧量30%的空氣,保證一燃室處于缺氧燃燒狀態,降低了燃料型NOX的形成。同時,由于供氧不足,其只能部分燃燒,延長了燃燒時間,降低了燃燒區的溫度,從而達到了降低NOX的目的。再次,在一燃室增加了噴水裝置,當醫療廢物的含水量驟變下降時,采用水煤化工藝 ,在降低煙氣中炭黑含量的同時,抑制了火焰溫度局部高溫的形成,有利于抑制NOX的產生。
二燃室是可燃氣體的二次處理區。在二燃室內通入過量的空氣(過氧系數α=1.9),此時可燃氣體中的N含量已經很低,空氣與燃料的比例遠偏離理論當量比,可以有效地抑制燃料型NOX在二燃室的生成。
3.2 低溫焚燒技術
醫療廢物的焚燒過程中,通過控制一燃室的熱解速度和二燃室的補熱量,控制二燃室溫度在滿足國家相關標準的前提下,保持在一個較低的水平(930~1100度)。既保證了二噁英等有害物質在二燃室可以充分的裂解,降低其毒性,又保證了在燃燒過程中,熱力型NOX不會大量的生成。
3.3 非催化選擇性還原技術
在二燃室配置了液氨霧化噴嘴。二燃室焚燒過程中,通過霧化噴嘴注入適量的液氨,利用二燃室的高溫環境(930~1100度),以氨為還原劑選擇性地還原煙氣中的NO(即SNCR工藝:4 NH3 + 4NO +O2 →4N2 + 6H2O),使之變成N2和水等無害物質,最終排入大氣。
4 醫療廢物焚燒過程中NOX排放控制效果
該系統目前已經成功在國內多家醫療廢物集中處置中心投入使用,我們對湖南某地該醫療廢物處理系統進行了跟蹤調查,并由湖南省環境監測中心對排放的煙氣進行了監測,結果見表1。
表1 湖南某地醫療廢物處理系統NOX排放檢測結果
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上述結果表明:該醫療廢物熱解焚燒系統實際運行數據與NOx排放控制研究結果是一致的,焚燒過程中的NOx控制措施是有效的。
參考文獻:
[1]馬曉茜,梁淑華.燃起火焰中熱力型NOX的生成與控制.環境導報,1997,2:17~20。
[2]百度百科。
[3]金維平,燃料型NOX的生成機理及控制措施.中國科技信息,2005,22:17,26。
收稿日期:2011-05-08
作者簡介:陳宏(1982-),男,工程師,研究方向:醫療廢物處理。

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