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等离子体火炬医疗废弃物处理

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方舱等离子火炬医疗废弃物焚烧处理

工程概述
等离子焚烧装置,适用固态、半固态、粘稠油状、液态废弃物处理。
等离子焚烧装置囊括:等离子火炬、等离子火炬电源、窑炉炉体、搅拌、保温耐火材料锚固技术等多项专利。
本项目按照《工业危废集中焚烧处置工程建设设计技术规范》设计、建造。
装置处理规模:日处理2吨医疗废弃物。

具体包括:
1、进料系统
2、焚烧系统 
3、焚烧烟气冷却净化系统
4、供排风系统
5、出渣系统
6、焚烧炉监测系统
7、碱喷淋脱酸除尘系统
8、控制系统
9、报警系统和应急处理安全防爆装置
10、电气仪表自控系统及配套设施
11、安装调试。
注:1、本装置适合处理固态、半固态、粘稠油状、液态废弃物,此类废弃物在本文中简称:物料
      2、医疗废弃物具有高含氯、高热值特性。
物料经提升机送入等离子火炬焚烧炉,焚烧排放的烟气由等离子火炬二燃室以900至1100℃高温在富氧条件下焚烧,彻底清除烟气中的有机成分。
烟气经碱喷淋急冷湿式除酸、滤桶式除尘器,由等离子电离装置脱除残余有机物后实现达标排放。
烟气排放符合《危险废物焚烧污染控制标准》、(GB18484-2001以及征求意见稿)的要求。


设计方案
工艺流程按顺序说明如下:
1、物料前处理及进料装置:
物料由提升机送入等离子火炬焚烧炉。
2、等离子火炬焚烧炉:
等离子火炬焚烧装置由等离子火炬、等离子火炬电源、进料、出渣装置、焚烧炉、搅拌系统、尾气处理系统组合而成。
等离子火炬焚烧装置,同样适用固态、半固态处理。等离子火炬焚烧装置各部件为标准化设计,自成体系。
焚烧炉单元由不锈钢炉体、耐火保温材料、不锈钢内衬、等离子火炬、等离子火炬电源、控制器、搅拌输送装置组合而成,窑炉单元自成体系,炉温、工作模式可单独设置,独立运行。
3、尾气处理:
等离子二燃室焚烧处理后的尾气中含有氯化物(氯化氢等)具有强烈的腐蚀性,本设计选用脱酸效率高的碱喷淋脱酸塔(30%氢氧化钠)脱除氯化物、二氧化硫等酸性物质。
活性炭喷射系统,吸附烟气中残留的重金属及其它有害物质。
滤桶式除尘器:选用体积小耐酸、碱、腐蚀,可以耐受瞬间260℃高温的滤桶式除尘器。
等离子电离装置,清除残存的有机物(包括二恶英等)、氮氧化合物,确保烟气排放符合国家排放标准。
4、风机:引风机配置变频调速器,确保系统始终处于微负压状态。
5、PLC控制系统:
PLC控制系统分为现场与控制室监控两个部分。
控制系统设有系统急停、风机延时关闭等功能,保证设备安全。
6、系统连锁:
焚烧装置与引风机连锁确保系统处于微负压状态。
二燃室等离子火炬与二燃室测温仪表连锁,自动调节温度。
滤桶式除尘器装置具超温连锁功能,确保滤桶式除尘器装置安全运行。



设计条件及参数
本项目主要焚烧物料为医疗废弃物。
设计技术参数:
序号 项目 数值 单位 备注

设计处理量 2 t/d

设计热值 5000 Kcalkg


年运行时间 6600 h/a

年处理量
t/a

系统设计余量 20

设计基准:
1、焚烧效率:≥99.9%;焚毁去除率:≥99.99%;
2、焚烧装置温度850~1000℃;二燃室≥1100℃;
3、烟气停留时间:≥2s;
4、运行时间:20小时/天

公用工程:

序号 公用工程 参数 要求

380V,三相五线制;220V.单相

自来水 压力:0.3MPa, 温度:常温


压缩空气 压力:0.6MPa, 温度:常温


碱液 温度:常温


系统设计工艺要求及流程
设计规范参照相关标准:
《中华人民共和国环境保护法》(2015年)
《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》(1996年)
《危险废物污染防治技术政策》(2001年)
《国家危险废物名录》(1998年)
《危险废物焚烧污染控制标准》(GB18484-2001及征求意见稿)
《危险废物贮存污染控制标准》(GB18597-2001)
《危险废物安全填埋污染控制标准》(GB18598-2001)
《危险废物鉴别标准》(GB5085.1-3-1996)
《污水综合排放标准》(GB8978-1996)
《环境保护图形标志-固体废物贮存(处置)场》(GB15562.2-1995)
《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)
《环境空气质量标准》(GB3095-1996)
《城市区域环境噪声标准》(GB3096-1993)
《工业企业厂界噪声标准》(GB12348-1990)
《工业企业噪声控制设计规范》(GBJ87-1985)
《汽车加油加气站设计与施工规范》(GB50156-2002)

设计工艺要求:
焚烧系统应满足所要求运行工况下能完全焚烧物料。
焚烧过程中需确保各工艺段温度平衡、热平衡和物料平衡,为工艺控制奠定基础。
焚烧炉运行过程中应保证系统处于负压状态,避免有害气体外逸。
焚烧系统设置多重安全设施,确保设备运转正常、安全、可靠。

控制系统:
PLC控制系统负责焚烧装置各关键环节、关键点的运行状况及温度、压力参数监测,保证焚烧系统正常运行。

运行指标:
1、焚烧能力: 2t/d   
2、投料方式:提升机进料
3、出渣方式:螺杆输送机
4、炉内压力:微负压
5、废弃物处理工艺:
物料进料流程:提升机上料
6、焚烧流程:
等离子火炬焚烧炉→等离子火炬二燃室→湿法除酸系统→旋风除尘器→滤桶式除尘器→等离子电离装置→引风机→烟囱。
7、设计焚烧温度: 焚烧炉850-1000℃ ;二燃室1100℃
8、烟气停留时间:≥2秒
9、氧传感器:通过检测烟气中的氧含量,调节二燃室进风量。


排放指标:
本方案以《危险废物焚烧污染控制标准》(GB18484-2001及征求意见稿)作环保验收标准

装置技术性能指标:



大气污染物排放限值:

装置排气筒高度:


安全指标:
1、等离子火炬设有安全保护装置。
2、焚烧炉停止运转前,(正常停和安全程序的停炉)设有燃烧室冷却程序,温度下降到设定值时,冷却程序结束,引风机停止工作。
3、本设备设置有漏电保护装置,在温度为40度、相对湿度为85%时,电器回路绝缘电阻大于2MΩ,能够承受1min工频(50Hz)、电压1500V的实验电压,各部件定位准确,连接可靠,控制柜与各设备之间的联接线装有金属软管。
4、水、气路经过密封试压实验,无泄漏现象。
5、报警系统:
  ⑴ 焚烧炉装置电源指示、开关
  ⑵ 过负荷保护装置,保护电机不致过载。
  ⑶ 高低温控制连锁

系统构成及工艺流程

等离子火炬焚烧装置组成:
等离子火炬焚烧炉               焚烧炉不锈钢主体、隔热保温材料、陶瓷耐热材料、等离子火炬、等离子火炬电源、搅拌及动力驱动部件等。
等离子火炬二燃室               等离子火炬、等离子火炬电源、助燃空气、紧急排放烟囱、出灰斗等
碱喷淋除酸急冷装置             碱喷淋急冷泵、管路、雾化器等
活性炭喷射装置                 含活性炭储仓、给料装置等  
旋风除尘器                     预先清理部分烟尘、颗粒物,延长滤桶式除尘器装置的使用期限。       
滤桶式除尘器                   含壳体、滤桶、出灰斗等
等离子电离装置                 含高压电源、等离子反应器等
引风机                         含变频调速器、风机
烟  囱                         烟囱

焚烧装置附属系统
物料进料系统:                 提升机进料
碱喷淋除酸急冷系统:           碱喷淋急冷泵、管路、雾化器等
压缩空气系统:                 含空压机、空压管路等
氧传感器 
送风系统:                     含一次风系统、二次风系统等
电气仪表系统:                 含控制柜,温度传感器、氧传感器等
PLC控制系统:

工艺流程概述:
1、进料和焚烧
物料提升机送入等离子火炬焚烧炉焚烧。减少劳动强度。
等离子火炬焚烧炉可焚烧各种形态的废弃物。工作时首先开启等离子火炬,物料由输送装置送至焚烧炉。
物料在等离子火炬焚烧炉内翻转移动。根据燃烧3T(温度、时间、涡流)原理在燃烧室内充分氧化、燃烧。
尾气由等离子二燃室进一步焚烧处理。
2、等离子二燃室
等离子火炬焚烧炉焚烧后的烟气由二燃室进一步焚烧处理。
二燃室的运行依据 3T+1E 原则,即保证足够的温度(>1100℃)、足够的停留时间(1100℃时>2s)、足够的扰动(二燃室使用二次风让气流形成旋流)、足够的过剩空气,其中前三个作用是由二燃室来完成。     
二燃室内烟气温度始终≥1100℃。二燃室设置有二次风供风系统,通过沿炉壁的二次风管向炉内切向供风,使烟气形成旋流,保证烟气的燃烧效率及效果。
为了避免停电、引风机停转等突发情况造成设备安全,二燃室顶部设置紧急排放装置,当出现停电或引风机停转等设施故障时,紧急排放阀会自动开启,将设备内的高温气体排放到大气中。

等离子火炬二燃室技术特性如下:
不锈钢结构的等离子火炬二燃室具有空间利用率高、占地面积小、利于及烟气切向进入,增加烟气湍流度。
二燃室的结构设计上严格执行“3T”标准,即烟气在二燃室的停留时间>2 秒,二燃室燃烧温度>1100℃,经二燃室的处理烟气中的二噁英等有机物质完全分解。
二燃室内安装有温度传感器、氧传感器,通过检测烟气中的氧含量,调节二燃室进风量,保证有机物充分氧化焚烧。
安全保护装置:二次燃烧室设置事故紧急排放装置,紧急排放装置在设备正常运行时处于关闭状态,一旦主电源出现故障,紧急排放装置打开,将设备内的高温气体迅速排放到大气中。
3、急冷降温装置 
烟气在急冷塔内迅速降温至200℃以下(1s内),有效抑制二噁英的再生成。
烟气中的酸性物质与碱液充分反应中和的同时,吸收、分解烟气中的有机物(PCDD、PCDF等)和重金属。
急冷泵为急冷降温装置供给碱液。
碱液池包括滤清、碱液添加装置。
4、活性炭喷射系统 
烟气经急冷降温后由活性炭吸附装置吸附清理包括二噁英在内的有机物、重金属和二氧化硫等酸性物质。
5、旋风除尘器
旋风除尘器,预先清理部分烟尘、颗粒物以延长滤桶式除尘器装置的使用期限。
6、滤桶式除尘器
    滤桶式除尘器装置,滤除拦截烟气中的颗粒物。
7、等离子电离有机物处理及脱硝装置
等离子电离装置原理:以10万伏高频交流电场,电离分解有机物、氮氧化合物,脱硝率可达80%以上。


焚烧系统工艺流程


主要设备说明
等离子火炬焚烧炉概述:
等离子火炬焚烧炉性能稳定,由PLC系统控制运行自动化程度高。

等离子火炬焚烧装置特点: 
依据三T原则,废弃物内有机物充分氧化分解,有机物去除率达99.99%以上,有效控制臭气及氮氧化合物产生,烟气无异味、无恶臭、无烟完全燃烧。                    
焚烧装置负荷能力强,足以应付各种热值废弃物的混烧,适用范围广。          
焚烧装置设计成一定顷斜度,保证物料均匀推进。

等离子火炬焚烧炉焚烧炉设计原则:
1、焚烧温度
焚烧温度是指物料中的有机物质在高温下氧化、分解,直至破坏需达到的温度。一般来说提高焚烧温度有利于废物中有毒物质的破坏,并可抑制黑烟的产生。
在保证销毁率的前提下采用适当的焚烧温度,是系统经济高效运行的重要措施。
2、 空气过剩率及炉温控制
焚烧过程中所需空气量及过剩空气量在烟气中的含氧量中体现。
炉膛中的氧气浓度、烟气同氧气的混合程度影响废物的燃烧速度和烧净率。通过控制空气注入量过大的空气过剩率可以提高燃烧速度和烧净率。
空气过剩率过小使燃烧不完全产生黑烟,有害物质分解不彻底,处理一般废弃物取空气过剩量为30%,系统空气过剩系数取1.5(根据燃烧状况调整)。
排放口烟气氧含量6%至10%。
3、停留时间
停留时间是指废物中有害组分在焚烧条件下发生氧化、分解,最后变成无害化物质所需的时间。停留时间的长短直接影响焚烧的效果。
影响停留时间的因素很多,当炉内过量空气系数为30%时,焚烧炉温度维持在900℃,停留时间大于2秒钟,有害物质可以彻底分解。



等离子火炬焚烧炉技术参数

序号 项目 数值 单位

设计处理量 2 t/d

燃烧室温度 1000

电消耗量(正常运行)
30 kw

送风量 1000 Nm3/h

烟气量 1000 Nm3/h

焚烧炉尺寸 2 立方米

陶瓷纤维耐火材料厚度
200 mm

304不锈钢内衬厚
5 mm

驱动功率
3 kw


等离子火炬二燃室概述: 
等离子焚烧炉焚烧产生的烟气,由等离子火炬二燃室补充足量空气继续焚烧。
二燃室温度T≥1100℃。停留时间t≥2s。
二燃室的燃烧效率≥99.9%,焚毁去除率≥99.99%,有毒成分(有毒气体和二恶英等)在二燃室得到充分的分解清除。
壳体采用不锈钢材料制造,内衬厚5mm,保温材料采用可耐受1500℃高温的陶瓷纤维。
工作时,不锈钢壳体温度低于80度。
二燃室设有紧急排放烟囱;紧急排放烟囱全自动系统跳脱装置的开关阀采用气、电互锁,响应速度快,即便短时间停电也能正常工作。


二燃室技术参数:

序号 项目 数值 单位

进口烟气量 1000 Nm3/h

出口烟气温度 1000

电消耗量 20 kW

设计烟气量 1000 Nm3/h

烟气停留时间 >2
s

陶瓷纤维耐火材料厚度
200 mm

304不锈钢内衬厚度
5 mm

除酸急冷塔:
急冷塔使用浓度为35%的NaOH溶液,碱性溶液与酸性气体反应后生成盐类,烟气中水分被蒸发,温度急剧下降。
急冷塔HCL去除率高于85%,SO2去除率达80%以上,急冷塔较活性炭吸附装置对各种有机污染物(如PCDD、PCDF等)及重金属去除效率高。
急冷塔具有降温、除酸、除尘多种功能,烟气中的酸性气体经碱液吸收后达标排放。
喷水量由设备自动控制,水量均匀连续,不产生废水排放;
高温烟气在吸收塔内被瞬间冷却,出口烟气温度低于200℃,有效抑制二噁英的产生。

急冷塔技术参数:

序号 项目 数值 单位

进口烟气温度 1000

出口烟气温度 200

进口烟气量 1000 Nm3/h

消耗水量 ℃0
kg/h

出口烟气量 1500
Nm3/h

吸收塔内径 2.20 m

吸收塔净高度 15.00 m


活性炭喷射系统概述:
在急冷塔和滤桶式除尘器之间串联干式反应装置,活性炭吸附烟气中二噁英以及其他有害气体。
干式反应装置主要设备包括:活性炭料仓、给料装置、气送管路和干式反应器。
料仓中的活性炭粉经给料装置,由高压空气输送至文丘里喷射器喉部,当气固两相相遇时,由于文丘里喷射器喉部截面缩小,烟气速度增加,产生高度紊流使气、固混合。
活性炭与烟气中的二噁英及其它碳氢化合物充分接触吸收。

烟气先由旋风除尘器滤出部分颗粒物后,进入滤桶式除尘器。

喷射系统技术参数:

序号 项目 数值 单位

进口烟气量 1000 Nm3/h

进口烟气温度 200

气送风量 0.2 m3/min

出口烟气温度 180

出口烟气量 1000 Nm3/h

活性碳粉消耗量 0.1 kg/h

旋风除尘器概述:
旋风除尘器结构简单,滤除尾气中部分颗粒物,减轻滤桶式除尘器负荷。

滤桶式除尘器概述:
滤桶式除尘器是一种高效除尘装置。去除粉尘粒径在0.05μm以上,除尘效率达99%以上。
采用耐高温、耐酸碱性、耐水解性、抗氧化性都很好的特殊的过滤材料,由于表面光滑、疏水,高粘性粉尘无法黏附于过滤材料表面,在保证除尘效果的前提下使清灰压力大大降低,同时使过滤材料的使用寿命大大延长。除尘效率在99%以上。

等离子电离装置概述:
    烟气由滤桶式除尘器滤除颗粒物后,经等离子电离装置清除烟气中残余的有机物,实现达标排放。
等离子电离装置达到理想驱除二噁英和氮氧化合物的效果,保证烟气达标排放

等离子电离装置工作原理及优点:
等离子电离处理技术是高频(30KHz)高压(100KV)大功率电源在特定条件下的聚能放电,产生3千℃等离子态高温气流。
有机废气在反应器中经高压聚能放电成为高温等离子体。处理过程中气体由常温急剧上升至近3千度高温,在极短的时间里完成有机物质的裂解过程。
等离子电离技术的实质是焚烧,有机物在反应器中经高温焚烧生成二氧化碳、水等单质物质,不具可燃性。
优点:效率高,运行可靠,维护简便。


等离子电离装置技术参数:

序号 项目 单位 数值

进口烟气量 Nm3/h
1000

进口烟气温度
120

出口烟气温度
130

设计效率 %
99

引风机:
流    量:2000m3/h
电机功率:2kw(变频)
转    速: 1450rpm

电气控制
控制方式:
采用PLC控制系统,对物料处理全过程进行监控。
保护方式:
系统安装停电保护、过载保护、线路故障保护和误操作等安全保护装置,所有电气设备均可靠接地,保证系统在特殊状态下的安全性(在相对湿度80%,电器回路绝缘电阻不小于24兆欧,电气连线外有金属软管保护。作业线设备大功率电机变频控制,启动时不会对供电系统造成冲击。
     控制系统的接地分为两部分:保护地(交流地)和屏蔽地(直流地)。控制系统接地的目的就是为了当进入控制系统的信号、供电电源或设备本身出现问题时,有效地接地系统可承受过载电流,并迅速将其导入大地,为系统提供屏蔽层,消除电子噪声干扰,为整个控制系统提供公共信号参考点。有效地接地系统的保护有两方面:人员保护和设备保护。当接地系统发生问题时,可造成人员的触电伤害。
 PLC控制系统:
PLC控制系统可以满足焚烧危废,保证生产的稳定和高效,实现现代化生产管理。
自动联锁和安全保护功能:
PLC控制系统实现如下的自动联锁和安全保护及辅助设备和阀门的自动启停和开关功能。

进料与焚烧炉二燃室系统:
等离子焚烧炉温度与等离子火炬连锁,当温度低于设定值时,等离子焚烧炉温度自动控制;
等离子焚烧炉温度与送风机出口阀门联锁,当温度高于设定值时,通过调节阀门开度,等离子焚烧炉温度自动控制;
二燃室紧急排放与引风机连锁,当引风机故障或发生停电故障时,紧急排放自动打开;
送风机与之间的连锁,当送风机跳闸时,切断的供给;
炉内负压:为保证炉内负压燃烧稳定,避免有害气体外泄,炉内负压变送器和引风机变频相联锁,采用PID调节转速来实现炉内负压值为-50~-100Pa;

烟气急冷系统:
急冷塔出口烟气温度与急冷水喷枪连锁,出口烟气温度低于200℃。
急冷水流量与压缩空气连锁,压缩空气流量自动调节。

滤桶式除尘器:
滤桶式除尘器进口烟气温度与进口阀门与旁路阀门连锁,当温度超过设定温度时,旁路阀门打开,进口阀门关闭。
滤桶式除尘器差压计与脉冲时间连锁,清灰时间自动控制

引风机系统:
引风机与二燃室紧急排放之间的连锁,当引风机故障或跳闸时,紧急排放打开。







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