医疗垃圾典型组分热解和气化的实验研究

　　摘 要：分别用热重法和气相色谱法对医疗垃圾典型组分的热解和气化进行了研究。通过做出各组分的 DTG 曲线分析出不同的组分 在 N2 和空气气氛下的失重温度区间。空气气氛下的失重峰多于 N2 气氛下的失重峰，失重区间也发生前移;同时发现 N2 气氛下产生的 气体中烃类和一氧化碳的体积百分比明显高于空气气氛下的百分比，气化工况对有机物的处理比较充分。

　　关键词：医疗垃圾;特性;热解;焚烧

　　医疗垃圾(Medical Waste，简称 MW)因其含有大量 的细菌、病毒和化学药剂，具有极大的危害性，处理不当将 对环境造成严重污染，因此被《国家危险废物名录》列为头 号危险废弃物。目前我国年产医疗垃圾约 65 万 t，并以每年 3%～6%的速度递增，对环境和社会都造成很大的安全隐患。 医疗垃圾的物性与热解-焚烧特性是医疗垃圾无害化处 理的重要组成部分，也是保证全系统整体功能正常发挥的重 要基础。一般说来，准确掌握医疗垃圾物性、热解特性和焚 烧特性，对医疗垃圾无害化处置方案的规划、决定适宜的处 理方式、配备设施和系统具有决定性的作用。因此，医疗垃 圾的物性及热解、焚烧特性研究具有重要的意义。

　　1 医疗垃圾特性初步分析

　　1.1 医疗垃圾的物理化学特性

　　医疗垃圾来源广泛，组成复杂。我国医疗垃圾可分为十 大类：一次性塑料用品，一次性纸用品，一次性橡胶用品， 一次性检查器，化验室废物，各种手术污物，动物试验标本， 废水处理污泥，敷料，过期废药品。这十大类主要可分为两大类，即无机物和有机物。表 1 是对全国不同城市和不同医 院医疗垃圾调查汇总。不同的城市、不同的医院医疗垃圾的 组分相差很大，热值也变化很大。而热值和有机物的含量紧 密联系着。塑料和纤维含量高的垃圾其热值也相对较高;而 玻璃和水分高的垃圾热值就相对低。

　　1.2 医疗垃圾的工业分析和元素分析

　　医疗垃圾中的可燃物主要是其中热值较高的有机物，为 了研究其中主要可燃物的热解气化机理，有必要对其中的典 型组分进行元素分析，以下是对医疗垃圾 8 种组分进行的工 业和元素分析。

　　1.3 医疗垃圾的焚烧特性

　　医疗垃圾中含有大量的无机成分——水和玻璃。这两种 组分由于本身无热值，其存在可以降低热值，引起医疗垃圾 热值的波动，导致燃烧的复杂性。其中水分的存在使灰熔融 温度大幅度降低，导致严重的尾部烟道积灰;而玻璃的存在 会导致焚烧炉结渣。表 3 是各种玻璃随温度变化的参数。

　　2 医疗垃圾典型组分的热解气化特性

　　2.1 实验设备和实验方法

　　本实验采用 Thermo Nicolet TGA/SDTA 851 热重分析 仪，该仪器的分辨率为 0.0001 mg，可进行热重-差热 (TG-DTA)分析。对医疗垃圾中典型的可燃组分注射器、 医用橡胶手套、纱布、竹棒、模拟手术切割物(猪肝)等 5 种典型组分进行热分析实验。 选取的医疗垃圾组分在 N2 和标准空气气氛下进行了 TG 分析[13]，反应容器为 Al2O3 坩埚;载气为 99.999%的 N2 和标准空气，气体流量为 50 mL/min;升温速率为 10 ℃/min; 试样主要为粉末状，其中猪肉和乳胶手套为块状(最大直径 不超过 1 mm);实验终温为 700 ℃。

　　2.2 实验结果与分析

　　医疗垃圾的典型组分的失重峰值有所不同，纯热解和气 化两种气氛下的失重峰也有所不同。在 600 ℃时 5 种物料的 重量基本趋于稳定，不再发生失重。而失重最剧烈的温度区 域是 300～600 ℃之间。纯热解(N2)工况下，除了竹棒以 外，其他物料都有一个失重峰，竹棒有两个失重峰，这可能 是由于竹子热解产生的焦油又发生裂解。而在气化(air)工况下，各种物料的失重峰值则发生了前移，并且产生了两个 失重峰，原因可能是空气中的氧气和分解的气体发生反应使 得失重加速，失重温度区间前移。

　　3 医疗垃圾典型物料热解和气化的气体实验研究

　　为了更深一步了解医疗垃圾在热解和气化后所产生的 尾气的特性，特选取医疗垃圾两种典型物料——棉花(纱布) 和竹棒作为研究对象，对一定温度下热解和气化所产生的气 体进行抽样检测。检测仪器采用气相色谱仪。 实验根据对棉花和竹棒的热重分析数据，将温度设定在 600 ℃，抽样间隔时间为 1 min，抽样次数为 8 次，最后取 10 次抽样的平均值。检测的气体主要 H2，CnHm (包括甲烷)， CO，CO2，最终通过含碳气体的体积百分比来计算出物料中 碳向可燃气(CnHm 和 CO)以及不可燃气(CO2)的转化率， 最后把热解和气化工况进行比较，来选择处理某种物料的最 佳工况。 在热解过程中，物料进行无氧分解，所产生的有机大分 子随着温度的增加继续无氧分解，分解生成大量 CO、H2 和 烃类。竹棒在热解中产生的烃类气体比较多，而棉花产生的 CO 比较多，气化过程中氧气的参与促使了大分子有机分子 发生氧化反应，气体中的 CO2 明显增多，具体结果见图 6 和图 7。这两幅图也解释了热重分析中空气气氛下物料有多 个失重峰。

　　3 结 论

　　(1) 一次风速对 NOx 的排放量有影响，综合考虑 NOx 的排放和锅炉运行效率，其有一个最佳一次风速。二次风的 配风方式推荐使用缩腰送风为佳，开大上部燃尽风门，对 NOx 的排放影响不是很明显;增加送风量，NOx 的排放量单 调增加，负荷降低，炉内过量空气系数增加，NOx 增加，但 过量空气系数过低，会影响锅炉的运行效率;煤层分配采用 上少下多的方式，并且提高煤粉细度也对降低 NOx 和提高 效率有明显的好处;磨煤机投运，采用相邻运行比隔层运行 对 NOx 生成的影响较明显。

　　(2) 推荐运行方式：维持最佳送风量、最佳一次风速， 二次风为缩腰配风;煤层分配采用上少下多的方式;适当提 高煤粉细度;磨煤机运行采用邻磨运行。利用此运行方式， NOx 的排放量降低到 490 mg/m3 ，比原来降低了约 30%。

　　参 考 文 献

　　[1] 岑可法, 姚强, 骆仲泱, 等. 燃烧理论与污染控制[M]. 北京: 机械 工业出版社, 2004.

　　[2] 程俊峰, 曾汉才, 熊蔚立, 等. 降低 300 MW 贫煤锅炉 NOx排放的 试验研究[J]. 中国电机工程学报, 2002, 22(5).

　　[3] 赵惠富. 污染气体 NOx的形成与控制[M]. 北京:科学出版社, 1993.

　　[4] 黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整[M]. 北京:中国电力出版社, 2003.

　　孙振鹏 李晓东 沈逍江 严建华