CN106524172B - 一种微波等离子焚烧医疗废弃物的方法及装置 - Google Patents

一种微波等离子焚烧医疗废弃物的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种微波等离子焚烧医疗废弃物的方法及装置，先将医疗垃圾加入水，搅拌均匀后置于炉膛中；调节微波等离子发生器端头进行微波预处理；然后退出微波等离子发生器端头，调节微波功率为进行焚烧；焚烧后产物直接从炉膛排出，进入物料输送车中运走。本发明利用微波等离子和微波产生的电弧对医疗废弃物进行前期加热，有效克服了由于医疗废弃物不吸收微波而无法对其进行处理的问题。整个处理过程均在密闭环境中进行，使其在高温下裂解为气体和固态残余物，不会生成毒性强的二噁英等二次污染物，而且在焚烧过程中产生的固、液、气体可以收集起来进行综合利用，非常环保。

Description

一种微波等离子焚烧医疗废弃物的方法及装置
技术领域
本发明涉及医疗废弃物处理技术领域，特别涉及一种微波等离子焚烧医疗废弃物的方法及装置。
背景技术
医疗垃圾是一类特殊危险废弃物，对环境及人体健康产生极大的危害，医疗废弃物处理问题已成为全世界一个难题。由于医疗废弃物具有毒性，难以用常规方法进行处理，医疗废弃物含有大量的细菌、病毒及化学药剂，具有极强的传染性、生物毒性和腐蚀性，未经处理或处理不彻底的医疗废弃物极易对水体、土壤和空气造成污染，对人体产生直接或间接的危害。现有的医疗废弃物处理主要有焚烧法、化学消毒、压力蒸汽消毒、卫生填埋等。但是在焚烧过程中将会释放出多种金属“飞灰”和各种有害气体，生成毒性强的二噁英等二次污染物，严重影响人体健康。医疗废弃物填埋处理需占用大量土地资源，同时对环境的二次污染大。
发明内容
本发明要解决的技术问题：克服现有技术中医疗废弃物处理过程中存在的工艺复杂、设备昂贵、处理不彻底、造成二次污染等缺点，提供一种微波等离子焚烧医疗废弃物的方法及装置，具有处理彻底、效率高、防止二次污染、节能环保等优点。
本发明的技术方案：
一种微波等离子焚烧医疗废弃物的装置，包括微波加热炉、触摸屏、PLC、控制装置、升降装置和物料输送车，所述微波加热炉包括炉体、炉底、测温元件、等离子电弧***、过渡波导及磁控管；所述炉体为圆筒形，炉体的上端设有半球形的炉盖，炉体的内腔中设有上端开口的圆筒形的炉膛，炉盖的上端设有***炉膛内部的测温元件，炉膛的周围的炉体上包裹有保温材料，炉体的外侧沿圆周方向均布若干个磁控管和过渡波导，磁控管和过渡波导连接，过渡波导伸入炉体内；炉底和炉体的形状为上、下端匹配的球冠形；所述的等离子电弧***包括触头和与触头连接的进退机构，触头伸入炉体的炉膛；所述测温元件的检测信号传输至控制装置，所述控制装置分别向进退机构、磁控管和控制装置传输控制信号，物料输送车为电动液压升高车，升降装置与物料输送车连接在一起，用来驱动炉底的上下移动；控制装置和PLC建立双向通信连接，PLC和触摸屏建立双向通信连接。
优选的，所述触头包括陶瓷推杆、陶瓷基座和石墨圆杆，石墨圆杆的前端头部为圆锥型，石墨圆杆设在陶瓷基座的前端，陶瓷推杆设在陶瓷基座的后端，进退机构包括减速转向机构、电机和控制电路，陶瓷推杆与减速转向机构连接，控制电路向电机传输转动指令，电机的转动驱动减速转向机构，减速转向机构驱动陶瓷推杆的前后移动，控制电路与控制装置建立通信连接。
优选的，所述磁控管（6）和过渡波导（5）分别为至少六个，磁控管（6）通过过渡波导（5）与炉体（1）相连接；所述过渡波导的法兰（5-3）之间镶嵌密封隔板（5-2），密封隔板（5-2）周围设置有屏蔽圈（5-1），法兰（5-3）用螺栓连接固定；密封隔板（5-2）为聚四氟乙烯材质，屏蔽圈（5-1）为金丝网带。
优选的，控制装置采用PLC程序控制器，测温元件采用红外测温仪或热电偶，红外测温仪或热电偶输出信号接入PLC程序控制器。
优选的，所述炉体和炉底均为不锈钢材质；炉体上部的炉盖上设置有至少一组进气口和排气口；炉底上设有支撑装置和排水口，支撑装置的上端与炉膛的下端面连接，排水口设有控制阀门；炉体和炉底之间设置有铜网带微波屏蔽圈和橡胶密封圈。
一种基于微波等离子焚烧医疗废弃物的装置的焚烧方法，包括以下步骤：
S1.将医疗垃圾置于微波加热炉的炉膛（1-2）中，加入一定量水；
S2.通过控制装置开启磁控管，调节微波至最大功率的20-30%，然后调节等离子电弧***的进退机构，使触头进入炉膛的深度为10-40mm，进行微波预处理；
S3.退出等离子电弧***的触头，调节微波增大功率，进行焚烧；
S4.调节等离子电弧***的触头，使其进入炉膛的深度为40-100mm，10-30分钟后退出；
S5.自然冷却至室温。
优选的，所述微波加热炉的功率为10～20KW，所述微波预处理为在粉碎后的医疗垃圾中加入其质量15-30%的水，升温至300-350℃；所述焚烧为调节微波增大功率至50-60%左右，继续升温至600-850℃，保温30-40分钟；剩余物由炉膛直接排出进入物料输送车中；产生的气体由上部的排气口排出，产生的水由下部的排水口排出。
本发明的有益效果：
1）本发明利用微波加压等离子加热处理医疗废弃物的装置，结构简单，设计合理，热效率高。炉膛为圆筒形，炉盖和炉底均为弧形，保证了微波场强度的均匀性、连续性，能够最大限度地降低被加热区域的温度梯度；不但可以处理医疗废弃物，也可以用来处理其它各种废弃物。
2）本发明利用微波将医疗废弃物加热，使其在高温下裂解为气体和固态残余物；并不会生成毒性强的二噁英等二次污染物。
3）本发明前期利用微波等离子和微波产生的电弧对医疗废弃物进行前期加热，有效克服了由于医疗废弃物不吸收微波而无法对其进行微波处理的问题。
4）待被加工的医疗废弃物初步裂解后，移除等离子和电弧装置，利用纯微波对医疗废弃物进行进一步的加热处理，保证了医疗废弃物裂解的稳定和均匀。5）通过采用PLC对磁控管进行控制，可以根据各种物料的工艺要求任意设置处理程序，针对不同的物料进行设置，可以保证最佳工艺的实现。
6）整个处理过程均在密闭环境中进行，而且在焚烧过程中产生的固、液、气体可以收集起来进行综合利用，非常环保。经试验表明该方法处理的医疗废弃物效果好，对其中的枯草杆菌、大肠杆菌等菌种杀灭率为100%。
附图说明
图1为本发明微波等离子焚烧医疗废弃物的装置的结构示意图；
图2为本发明微波等离子焚烧医疗废弃物的装置的进、出料示意图；
图3为本发明微波等离子焚烧医疗废弃物的等离子电弧***的结构示意图；
图4为本发明微波等离子焚烧医疗废弃物装置的过渡波导的结构示意图；
图5为本发明微波等离子焚烧医疗废弃物的装置整体电路的示意图。
图中，1为炉体，1-1为保温材料，1-2为炉膛，1-3为进气口，1-4为排气口，2为炉底，2-1为支撑装置，2-2为排水口，2-3为铜网带微波屏蔽圈，2-4为橡胶密封圈，3为测温元件，4为等离子电弧***，4-1为触头，4-2为进退机构，5为过渡波导，6为磁控管，7为触摸屏，8为PLC，9为控制装置，10为升降装置，11为物料，12为物料输送车；4-1-1为陶瓷推杆，4-1-2为陶瓷基座，4-1-3为石墨圆杆，4-2-1为减速转向机构，4-2-2为电机，4-2-3为控制电路；5-1为屏蔽圈，5-2为密封隔板，5-3为法兰。
具体实施方式
实施例一：一种微波等离子焚烧医疗废弃物的装置，参见图1-4，包括微波加热炉、触摸屏7、PLC 8、控制装置9、升降装置10和物料输送车12，微波加热炉包括炉体1、炉底2、测温元件3、等离子电弧***4、过渡波导5及磁控管6。
炉体1为圆筒形，炉体1的上端设有半球形的炉盖，炉体1的内腔中设有上端开口的圆筒形的炉膛1-2，炉膛1-2周围包裹保温材料1-1。数个磁控管6成圆周状均匀分布在炉体1的外侧。炉底2和炉体形状为上、下端匹配的球冠形。所述磁控管6和过渡波导5沿炉体1四周均匀布置，过渡波导5伸入炉体1内。过渡波导5包括屏蔽圈5-1、密封隔板5-2和法兰5-3。在炉体1顶端设有伸入炉膛内的测温元件3。等离子电弧***4包括触头4-1和进退机构4-2，触头4-1由陶瓷推杆4-1-1、陶瓷基座4-1-2和石墨圆杆4-1-3组成，其中石墨圆杆4-1-3的头部为圆锥型，石墨圆杆4-1-3与陶瓷基座4-1-2连接，陶瓷基座4-1-2与陶瓷推杆4-1-1连接。石墨圆杆4-1-3设在陶瓷基座4-1-2的前端，陶瓷推杆4-1-1设在陶瓷基座4-1-2的后端。进退机构4-2包括减速转向机构4-2-1、电机4-2-2和控制电路4-2-3，陶瓷推杆4-1-1与减速转向机构4-2-1连接，控制电路4-2-3向电机4-2-2传输转动指令，电机4-2-2的转动驱动减速转向机构4-2-1，减速转向机构4-2-1驱动陶瓷推杆4-1-1的前后移动，控制电路4-2-3与控制装置9建立通信连接。
炉体1和炉底2为不锈钢材质。炉体1上部设置有至少一组进气口1-3和排气口1-4。炉底2上设有支撑装置2-1和排水口2-2。炉体1和炉底2之间设置有铜网带微波屏蔽圈2-3和橡胶密封圈2-4。
磁控管6和过渡波导5分别为至少六个，磁控管6通过过渡波导5与炉体1相连接。过渡波导的法兰5-3之间镶嵌密封隔板5-2，密封隔板5-2周围设置有屏蔽圈5-1，法兰5-3用螺栓连接固定。密封隔板5-2为聚四氟乙烯材质，屏蔽圈5-1为金丝网带。磁控管6和过渡波导5对应相连，均匀布置于炉膛四周，磁控管6功率为0.8~5kw。控制装置采用PLC程序控制器，测温元件3采用红外测温仪或热电偶，红外测温仪或热电偶检测信号接入PLC程序控制器。测温元件3输出信号连接控制装置9，控制装置9输出信号与PLC8和磁控管6连接。控制装置9和升降装置10的控制信号与PLC 8相连接。
测温元件3的检测信号传输至控制装置9，控制装置9分别向进退机构4-2、磁控管6和升降装置10传输控制信号，物料输送车12为电动液压升高车，升降装置10与物料输送车12连接在一起，升降装置10用来驱动炉底2的上下移动；控制装置9和PLC 8建立双向通信连接，PLC 8和触摸屏7建立双向通信连接。
焚烧完成后，产物由内腔1-2直接排出进入物料输送车12中；产生的气体由上部的排气管2-1排出，产生的水由下部的排水管3-3排出。
微波等离子技术是利用微波激励气体放电，气体分子被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体，等离子体的形态和性质受外加电磁场的强烈影响，并存在极其丰富的集体运动（如各种静电波、漂移波、电磁波以及非线性的相干结构和扰动），因而能量极为集中，并且具有极高的电热效率和极高的温度，产生的高温可以还原难以还原和难溶的物质。
微波辐射可以造成有机物质内部分子振动加剧，引起分子键连能量增加，直至分子键破裂，从而导致复杂的有机化合物转化为低分子量的简单化合物。同时，利用微波等离子体对医疗废弃物进行焚烧，可对尾气中的二噁英等有害气体进行有效电离，消除废气中有害气体成分，降低医疗废弃物焚烧对大气的二次污染。由于微波加热机理与常规加热也完全不同，其热量来源于介质材料中的有极分子电介质和无极分子电介质所形成的偶极子随着高频交变电磁场的高速摆动而不断重新排列的“摩擦”生热。只要存在具有偶极性的介质，就可以利用微波进行加热。可见，将微波应用于含有湿气或水分的医疗废弃物进行加热、焚烧处理，是非常合适的。
实施例二：一种基于微波等离子焚烧医疗废弃物的装置的焚烧方法，参见图1-5，包括以下步骤：
（1）10公斤将医疗垃圾加入2公斤的水，置于炉膛1-2中。
（2）将炉膛1-2放在炉底2上的有支撑装置2-1上。
（3）启动升降机构10，将炉底2连同其上的炉膛1-2上升进入炉体1，固定好后，开启磁控管6输出微波（本实施例微波加热炉的功率为10KW），调节功率为3KW，然后调节等离子电弧***4的触头4-1，使其进入为80mm，升温至300℃。
（4）退出等离子电弧***4的触头4-1，调节微波功率为6KW，升温至600℃。
（5）调节等离子电弧***4的触头4-1，使其进入为40mm，10分钟后退出。
（6）关闭微波，自然冷却至室温后打开炉底2，启动升降机构10，降下炉底2，使得炉膛1-2离开炉体1。产物直接从炉膛1-2排出，进入物料输送车12中运走。焚烧产生的气体由上部的排气口1-4排出，产生的水由下部的排水口2-2排出；通过收集器收集后进行综合利用。
实施例三：一种基于微波等离子焚烧医疗废弃物的装置的焚烧方法，参见图1-5，包括以下步骤：
（1）20公斤将医疗垃圾加入5公斤的水，置于炉膛1-2中。
（2）将炉膛1-2放在炉底2上的有支撑装置2-1上。
（3）启动升降机构10，将炉底2连同其上的炉膛1-2上升进入炉体1，固定好后，开启微波（本实施例微波加热炉的功率为20KW），调节功率为5KW，然后调节等离子电弧***4的触头4-1，使其进入为100mm，升温至350℃。
（4）退出等离子电弧***4的触头4-1，调节微波功率为10KW，升温至650℃。
（5）调节等离子电弧***4的触头4-1，使其进入为60mm，15分钟后退出。
（6）关闭微波，自然冷却至室温后打开炉底2，启动升降机构10，降下炉底2，使得炉膛1-2离开炉体1。产物直接从炉膛1-2排出，进入物料输送车12中运走。焚烧产生的气体由上部的排气口1-4排出，产生的水由下部的排水口2-2排出；通过收集器收集后进行综合利用。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种微波等离子焚烧医疗废弃物的装置，其特征在于，包括微波加热炉、触摸屏（7）、PLC（8）、控制装置（9）、升降装置（10）和物料输送车（12），所述微波加热炉包括炉体（1）、炉底（2）、测温元件（3）、等离子电弧***（4）、过渡波导（5）及磁控管（6）；所述炉体（1）为圆筒形，炉体（1）的上端设有半球形的炉盖，炉体（1）的内腔中设有上端开口的圆筒形的炉膛（1-2），炉盖的上端设有***炉膛（1-2）内部的测温元件（3），炉膛（1-2）的周围的炉体（1）上包裹有保温材料（1-1），炉体（1）的外侧沿圆周方向均布若干个磁控管（6）和过渡波导（5），磁控管（6）和过渡波导（5）连接，过渡波导（5）伸入炉体（1）内；炉底（2）和炉体（1）的形状为上、下端匹配的球冠形；所述的等离子电弧***（4）包括触头（4-1）和与触头（4-1）连接的进退机构（4-2），触头（4-1）伸入炉体（1）的炉膛（1-2）；所述测温元件（3）的检测信号传输至控制装置（9），所述控制装置（9）分别向进退机构（4-2）、磁控管（6）和升降装置（10）传输控制信号，物料输送车（12）为电动液压升高车，升降装置（10）与物料输送车（12）连接在一起，升降装置（10）用来驱动炉底（2）的上下移动；控制装置（9）和PLC（8）建立双向通信连接，PLC（8）和触摸屏（7）建立双向通信连接，所述磁控管（6）和过渡波导（5）分别为至少六个，磁控管（6）通过过渡波导（5）与炉体（1）相连接；所述过渡波导的法兰（5-3）之间镶嵌密封隔板（5-2），密封隔板（5-2）周围设置有屏蔽圈（5-1），法兰（5-3）用螺栓连接固定；密封隔板（5-2）为聚四氟乙烯材质，屏蔽圈（5-1）为金丝网带。
2.根据权利要求1所述的一种微波等离子焚烧医疗废弃物的装置，其特征在于，所述炉体（1）和炉底（2）均为不锈钢材质；炉体（1）上部的炉盖上设置有至少一组进气口（1-3）和排气口（1-4）；炉底（2）上设有支撑装置（2-1）和排水口（2-2），支撑装置（2-1）的上端与炉膛（1-2）的下端面连接，排水口（2-2）设有控制阀门；炉体（1）和炉底（2）之间设置有铜网带微波屏蔽圈（2-3）和橡胶密封圈（2-4）。
3.一种基于权利要求2所述的微波等离子焚烧医疗废弃物的装置的焚烧方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将医疗垃圾置于微波加热炉的炉膛（1-2）中，加入一定量的水；
S2.通过控制装置（9）开启磁控管（6），调节微波至最大功率的20-30%，然后调节等离子电弧***（4）的进退机构（4-2），使触头（4-1）进入炉膛（1-2）的深度为10-40mm，进行微波预处理；
S3.退出等离子电弧***（4）的触头（4-1），调节微波增大功率，进行焚烧；
S4.调节等离子电弧***（4）的触头（4-1），使其进入炉膛（1-2）的深度为40-100mm，10-30分钟后退出；
S5.自然冷却至室温。
4.根据权利要求3所述的一种基于微波等离子焚烧医疗废弃物的装置的焚烧方法，其特征在于，所述微波加热炉的功率为10～20KW，所述微波预处理为在粉碎后的医疗垃圾中加入其质量15-30%的水，升温至300-350℃；所述焚烧为调节微波增大功率至50-60%，继续升温至600-850℃，保温30-40分钟；剩余物由炉膛（1-2）直接排出进入物料输送车（12）中；产生的气体由上部的排气口（1-4）排出，产生的水由下部的排水口（2-2）排出。
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