专利名称：医疗废弃物热分解炉及其控制方法
技术领域：
本发明涉及医疗废弃物处理领域，特别涉及一种医疗废弃物热分解炉及其控制方法，用于对医疗废弃物进行热分解处理，使经过热分解炉后医疗废弃物实现无害化、资源化和减量化的要求。
背景技术：
医疗废弃物俗称医疗垃圾，是指在对人和动物诊断、化验、处置、疾病预防和医疗活动和研究过程中产生的固态和液态废物，主要包括传染性废物、病理废物、利器废物、制药废物、基因污染物、化学品废物、放射性废物等。其具有极强的传染性、生物病毒性和腐蚀性，排放管理不严或处理不当，会造成对水体、大气、土壤的污染及对人体的直接危害；因此，处理医疗废气物具有非常重要的意义。目前对于小型的热分解炉国际上也只有瑞士、日本和韩国的公司开发此产品，生产规模不大，其产品也仅能满足其国内市场及西方一些发达国家的需要，国内尚无此类产品厂家。本发明和国外产品相比具有技术创新点高，价格便宜等特点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种医疗废弃物热分解炉及其控制方法，其具有自动化程度高、操作简单、处理能力强、残渣少、就地处理、节能环保和可靠性高等特点。为解决上述问题，本发明是通过以下方案实现的一种医疗废弃物热分解炉，主要由热分解室、燃烧室、热交换器、空气预热塔、水池、布袋除尘器、脱盐塔、鼓风机、烟 、中和塔、吸收塔、及控制系统组成。其中热分解室套在燃烧室内；热分解室上设有分解进料口、分解进气口和分解出风口 ；分解进料口供医疗废弃物投入；分解出风口与燃烧室相连通；燃烧室上设有燃烧进气口和燃烧出风口 ；燃烧出风口与热交换器输入口连接；热交换器被环形的空气预热塔包围；空气预热塔包括预热进气口和预热排气口 ；预热进气口与大气相通，预热排气口分成两路，一路与热分解室的分解进气口相连，另一路与燃烧室的燃烧进气口相连；热交换器输出口分为两路，一路与中和塔相连，另一路与布袋除尘器输入口相连；中和塔输出口与吸收塔输入口相连；中和塔和吸收塔均与水池连接；布袋除尘器输出口与脱盐塔输入口相连，脱盐塔输出口连接鼓风机，鼓风机与烟 连接。控制系统包括电源、控制中心、温度检测电路、气压检测电路、重量检测电路、A/D转换模块、D/A转换模块和人机界面；温度检测电路和气压检测电路均设置在热分解室的内部，重量检测电路安装在热分解室的底部；温度检测电路、重量检测电路和气压检测电路经A/D转换模块与控制中心的输入端连接；控制中心的输出端经D/A转换模块与热分解室带有的加热器、鼓风机上的变频器、预热进气口上设的进气阀和电源相连；另外，控制中心还与人机界面连接。上述方案中，所述控制中心最好包括有温度信号处理模块、气压信号处理模块、重量信号处理模块、模糊控制模块、及比例积分控制模块；温度信号处理模块，先将温度检测电路所测温度信号处理后得到热分解室的温度t,并计算热分解室的温度t与设定值温度t’之差，获得温度误差et，即et=t’ -t ;再对温度误差et进行微分计算，获得温度误差变化率etc ;最后对温度误差et进行判断，当温度误差et大于温度阈值时，将温度t、温度误差et和温度误差变化etc送入模糊控制模块；当温度误差et小于温度阈值时，将温度误差et送入比例积分控制模块；此时，模糊控制模块，以温度误差et、温度误差变化率etc和温度t为输入变量，按模糊控制规则计算下一时刻的温度控制量，然后将该温度控制量信号输出到加热器；
比例积分控制模块，以温度误差et为输入量，按比例积分算法计算下一时刻的温度控制量，然后将该温度控制量信号输出到加热器；气压信号处理模块，先将气压检测电路所测气压信号处理后得到热分解室内压强P，并计算热分解室的压强P与设定值压强P’之差，获得压强误差ep，即ep=p’ -P ;再对压强误差ep进行微分计算，获得压强误差变化率epc ;最后对压强误差ep进行判断，当压强误差ep大于压强阈值时，将压强P、压强误差ep和压强误差变化epc送入模糊控制模块；当压强误差ep小于压强阈值时，将压强误差ep送入比例积分控制模块；此时，模糊控制模块，以压强误差ep、压强误差变化率epc和压强P为输入变量，按模糊控制规则计算下一时刻的气压控制量，然后将该气压控制量信号输出到变频器；比例积分控制模块，以压强误差ep为输入量，按比例积分算法计算下一时刻的气压控制量，然后将该气压控制量信号输出到变频器；重量信号处理模块，将重量检测电路所测重量信号处理后得到热分解室内医疗废弃物的重量m，然后将该重量m送至控制中心，控制中心通过查表确定进气阀的开度和电源接通时间。上述方案中，所述模糊控制模块最好包括模糊化接口、数据库、规则库、模糊推理机和解模糊接口；模糊化接口，连接温度信号处理模块和气压信号处理模块，对输入精确量进行模糊化处理,形成模糊量；模糊推理机，连接所述模糊化接口、数据库和规则库，用于根据模糊接口输入的数据、从所述数据库中查找相关数据并依据所述规则库里的模糊逻辑推理演算；解模糊接口，用于将模糊推理机获得的模糊控制量解模糊后经输出至加热器和变频器。上述方案中，所述热交换器最好为列管式(又称管壳式)换热器。一种医疗废弃物热分解炉的控制方法，包括如下步骤①温度检测电路实时检测热分解室内的温度，并将该温度信号送至控制中心；②控制中心的温度信号处理模块，先将温度检测电路所测温度信号处理后得到热分解室的温度t，并计算热分解室的温度t与设定值温度t’之差，获得温度误差％，即et=f -t ;再对温度误差et进行微分计算，获得温度误差变化率etc ;最后对温度误差et进行判断，当温度误差et大于温度阈值时，将温度t、温度误差et和温度误差变化etc送入模糊控制模块；当温度误差et小于温度阈值时，将温度误差et送入比例积分控制模块；③控制中心的模糊控制模块，以温度误差et、温度误差变化率etc和温度t为输入变量，按模糊控制规则计算下一时刻的温度控制量，然后将该温度控制量信号输出到加热器；④控制中心的比例积分控制模块，以温度误差et为输入量，按比例积分算法计算下一时刻的温度控制量，然后将该温度控制量信号输出到加热器；⑤气压检测电路实时检测热分解室内的压强，并将该压强信号送至控制中心；
⑥控制中心的气压信号处理模块，先将气压检测电路所测气压信号处理后得到热分解室内压强P，并计算热分解室的压强P与设定值压强P’之差，获得压强误差ep，即ep=p’-p ;再对压强误差ep进行微分计算，获得压强误差变化率epc ;最后对压强误差^进行判断，当压强误差ep大于压强阈值时，将压强P、压强误差ep和压强误差变化epc送入模糊控制模块；当压强误差ep小于压强阈值时，将压强误差ep送入比例积分控制模块；⑦控制中心的模糊控制模块，以压强误差ep、压强误差变化率epc和压强P为输入变量，按模糊控制规则计算下一时刻的气压控制量，然后将该气压控制量信号输出到变频器；⑧控制中心的比例积分控制模块，以压强误差ep为输入量，按比例积分算法计算下一时刻的气压控制量，然后将该气压控制量信号输出到变频器；⑨重量信号处理模块，将重量检测电路所测重量信号处理后得到热分解室内医疗废弃物的重量m，然后将该重量m送至控制中心，控制中心通过查表确定进气阀的开度和电源接通时间。与现有技术相比，本发明具有如下特点I、废弃物先经热分解室高温分解后，产生的气体流入燃烧室燃烧，燃烧后再经过热交换后，分成两路；一路是废水经过中和塔和吸收塔后排出；另一路废气和粉尘经过除尘器、脱盐塔、鼓风机后从烟 排出；这不仅能够将医疗废弃物进行有效分解，而且使得热分解后废气和废水均达到排放标准；2、热分解室套在燃烧室的内部，热分解室中分解得到的可燃性气体在燃烧室里燃烧可以给热分解室提供热量，从而达到能量的重复利用的效果，节约能源；另外，热交换器被环形的空气预热塔包围，从燃烧室排出的废气和废物携带的热量通过热交换将待送入热分解室和燃烧室的空气进行预热，实现了能量的回收利用；3、热分解室的温度由电加热器提供，减少了使用煤或燃油带来的二次污染问题，并且在炉体制作方面选用了特殊的耐火保温材料和整体铣鋳工艺，不仅有很好的保温和节能效果，还防止了危险气体和臭味的外溢；热交换器使用管壳式(又称列管式)换热器，最大限度的增加湍流效果，加大换热效率，达到急冷却的作用，抑制了二噁英的合成；除尘器使用的是布袋除尘器，其具有耐高温耐高速烟气冲刷、耐酸碱腐蚀和耐水解性能，阻燃性好等优点；4、医用废弃物处理实现全程电脑控制，自动启动或停止运行；炉内温度在电脑的控制下可保持温度基本不变、自动杀菌；变频器在电脑控制下实时的调节鼓风机转速的大小，以达到控制排气和节能的目的；电脑可还通过测定炉内垃圾重量和炉内温度，从而直接控制燃烧时间，提高设备的运转效率；
5、根据热分解室的气压，通过模糊控制方式自动调节鼓风机的电动机的转速，以控制其出气量，防止因气压过大爆炸的发生；根据燃烧室中温度的高低、通过模糊控制的方式自动调节加热器的加热功率，合理的节约能源；本发明具有就地处理、体积小、价格便宜、二次污染小、处理医疗废弃物能力强、易操作和可靠性高等特点。6、该设备由于体积小、操作简单和污染小，可以放在医院或乡村的卫生所就地使用，减少了医疗废弃物运输到大型处理场所带来的运输费用和二次污染。
图I是本发明的结构图。图2为本发明的工艺流程图。图3为本发明的控制系统电路图。 图4为本发明的模糊控制流程图。
具体实施例方式参见图1，一种医疗废弃物热分解炉，主要由热分解室(I)、燃烧室(2)、热交换器(3)、空气预热塔(4)、水池(5)、布袋除尘器(6)、脱盐塔(7)、鼓风机(8)、烟囱(9)、中和塔
(10)、吸收塔(11)、及控制系统组成。其中热分解室(I)套在燃烧室(2)内。热分解室(I)上设有分解进料口(12)、分解进气口(13)和分解出风口(14)。分解进料口(12)供医疗废弃物投入。分解出风口(14)与燃烧室(2)相连通。燃烧室(2)上设有燃烧进气口(15)和燃烧出风口(16)。燃烧出风口(16)与热交换器(3)输入口连接。热交换器(3)被环形的空气预热塔(4)包围。在本发明优选实施例中，所述热交换器(3)采用列管式换热器。空气预热塔(4)包括预热进气口( 17)和预热排气口( 18)。预热进气口( 17)与大气相通，预热排气口( 18)分成两路，一路与热分解室(I)的分解进气口( 13)相连，另一路与燃烧室(2)的燃烧进气口(15)相连。热交换器(3)输出口分为两路，一路与中和塔(10)相连，另一路与布袋除尘器(6)输入口相连。中和塔(10)输出口与吸收塔(11)输入口相连。中和塔(10)和吸收塔(11)均与水池(5)连接。布袋除尘器(6)输出口与脱盐塔(7)输入口相连，脱盐塔
(7)输出口连接鼓风机(8)，鼓风机(8)与烟 (9)连接。医疗废弃物经过热分解室(I)厌氧或缺氧分解(保证温度在600°C _850°C左右)后产生的气体输出到燃烧室(2)，气体在足够氧的燃烧室(2)里燃烧。燃烧室(2)的燃烧出风口与热交换器(3)输入口连接；热交换器(3)输出口分为两个部分一部分与布袋除尘器
(6)连接，布袋除尘器(6)输出口与脱盐塔(7)输入口连接，脱盐后经过鼓风机(8)排入烟囱(9)，以使其能够充分保证热分解后的废气能够达标排出；另一部分连接中和塔(10)和吸收塔(11)，以使其能够充分保证热分解后的废水能够达标排放。参见图2。为实现对医疗废弃物热分解的自动控制，本发明的控制系统包括电源、控制中心、温度检测电路、气压检测电路、重量检测电路、A/D转换模块、D/A转换模块和人机界面。温度检测电路和气压检测电路均设置在热分解室(I)的内部，重量检测电路安装在热分解室
(I)的底部。温度检测电路、重量检测电路和气压检测电路经A/D转换模块与控制中心的输入端连接。控制中心的输出端经D/A转换模块与热分解室(I)带有的加热器、鼓风机(8)上的变频器、预热进气口(17)上设的进气阀和电源相连。另外，控制中心还与人机界面连接。参见图3。上述控制中心包括有温度信号处理模块、气压信号处理模块、重量信号处理模块、模糊控制模块、及比例积分控制模块。温度信号处理模块先将温度检测电路所测温度信号处理后得到热分解室(I)的温度t，并计算热分解室(I)的温度t与设定值温度t’之差，获得温度误差et，即et=t’ -t ;再对温度误差et进行微分计算，获得温度误差变化率etc ;最后对温度误差et进行判断，当温度误差et大于温度阈值时，将温度t、温度误差et和温度误差变化etc送入模糊控制模块；当温度误差et小于温度阈值时，将温度误差et送入比例积分控制模块。此时，模糊控制模块以温度误差et、温度误差变化率etc和温度t为输入变量，按模糊控制规则计算下一时刻的温度控制量，然后将该温度控制量信号输出到加热器。比例积分控 制模块以温度误差et为输入量，按比例积分算法计算下一时刻的温度控制量，然后将该温度控制量信号输出到加热器。气压信号处理模块，先将气压检测电路所测气压信号处理后得到热分解室(I)内压强P，并计算热分解室(I)的压强P与设定值压强P’之差，获得压强误差％，即ep=p’-p ；再对压强误差ep进行微分计算，获得压强误差变化率epc ;最后对压强误差ep进行判断，当压强误差ep大于压强阈值时，将压强P、压强误差ep和压强误差变化epc送入模糊控制模块；当压强误差ep小于压强阈值时，将压强误差ep送入比例积分控制模块。此时，模糊控制模块以压强误差ep、压强误差变化率epc和压强P为输入变量，按模糊控制规则计算下一时刻的气压控制量，然后将该气压控制量信号输出到变频器。比例积分控制模块以压强误差ep为输入量，按比例积分算法计算下一时刻的气压控制量，然后将该气压控制量信号输出到变频器。 重量信号处理模块将重量检测电路所测重量信号处理后得到热分解室内医疗废弃物的重量m，然后将该重量m送至控制中心，控制中心通过查表确定进气阀的开度和电源接通时间。上述模糊控制模块包括模糊化接口、数据库、规则库、模糊推理机和解模糊接口。模糊化接口，连接温度信号处理模块和气压信号处理模块，对输入精确量进行模糊化处理，形成模糊量。模糊推理机，连接所述模糊化接口、数据库和规则库，用于根据模糊接口输入的数据、从所述数据库中查找相关数据并依据所述规则库里的模糊逻辑推理演算。解模糊接口，用于将模糊推理机获得的模糊控制量解模糊后经输出至加热器和变频器。在本发明优选实施例中，模糊化接口采用三角型模糊器来构造隶属度函数，得出温度t、误差et和温度误差变化率etc为输入变量的模糊子集Et、Etc、T，以及压强P、压强误差ep和压强误差变化epc为输入变量的模糊子集Ep、Epc、P。模糊化接口将温度和气压模糊化的过程相近似，下面以温度模糊化过程为例，对本发明优选实施例的模糊化的具体过程进行举例说明，参见图4 温度t的基本论域为[650，850]，温度所取的语言变量T的论域为
语言变量T选取3个语言值{L, M, B}。误差et的基本论域为[-10，+10]，误差所取的语言变量Et的论域为[_6，-5，…，-O, +0，· ·，+5，+6]，语言变量 Et 选取 6 个语言值{PB, PS, PO, NS, NO,，NB}。误差变化率etc的基本论域为[-24，+24]，ec所取的语言变量EtC的论域为[-6，-5，...，-O, +0，· ·，+5，+6]，语言变量 EtC 选取 5 个语言值{PB, PS, O, NS, NB}。输出控制量Ut的论域为
，Ut所取的语言变量Ut的论域为[O, I, 2，3，4，5，6，7，8，9，10]，语言变量 Ut 选取 5 个语言值；{Cl，C2，C3，C4，C5}。当误差所取的语言变量Et的语言值不为“零”时，用模糊控制；当误差所取的语言变量Et的语言值减小为“零”时切换到比例积分控制。数据库中存储的各语言变量的赋值表。在本发明优选实施例中，有关温度的各语言变量的赋值表如下表I.温度T语言变量的赋值表
权利要求
1.医疗废弃物热分解炉，其特征在于它主要由热分解室(I)、燃烧室(2)、热交换器(3)、空气预热塔(4)、水池(5)、布袋除尘器(6)、脱盐塔(7)、鼓风机(8)、烟囱(9)、中和塔(10)、吸收塔(11)、及控制系统组成； 热分解室(I)套在燃烧室(2)内；热分解室(I)上设有分解进料口(12)、分解进气口(13)和分解出风口(14);分解进料口(12)供医疗废弃物投入；分解出风口(14)与燃烧室(2)相连通；燃烧室(2)上设有燃烧进气口(15)和燃烧出风口(16);燃烧出风口(16)与热交换器(3)输入口连接；热交换器(3)被环形的空气预热塔(4)包围；空气预热塔(4)包括预热进气口( 17)和预热排气口( 18);预热进气口( 17)与大气相通，预热排气口( 18)分成两路，一路与热分解室(I)的分解进气口( 13)相连，另一路与燃烧室(2)的燃烧进气口( 15)相连；热交换器(3)输出口分为两路，一路与中和塔(10)相连，另一路与布袋除尘器(6)输入口相连；中和塔(10)输出口与吸收塔(11)输入口相连；中和塔(10)和吸收塔(11)均与水池(5)连接；布袋除尘器(6)输出口与脱盐塔(7)输入口相连，脱盐塔(7)输出口连接鼓风机(8)，鼓风机(8)与烟 (9)连接； 控制系统包括电源、控制中心、温度检测电路、气压检测电路、重量检测电路、A/D转换模块、D/A转换模块和人机界面；温度检测电路和气压检测电路均设置在热分解室(I)的内部，重量检测电路安装在热分解室(I)的底部；温度检测电路、重量检测电路和气压检测电路经A/D转换模块与控制中心的输入端连接；控制中心的输出端经D/A转换模块与热分解室(I)带有的加热器、鼓风机(8)上的变频器、预热进气口(17)上设的进气阀和电源相连；另外，控制中心还与人机界面连接。
2.根据权利要求I所述医疗废弃物热分解炉，其特征在于所述控制中心包括有温度信号处理模块、气压信号处理模块、重量信号处理模块、模糊控制模块、及比例积分控制模块； 温度信号处理模块，先将温度检测电路所测温度信号处理后得到热分解室(I)的温度t,并计算热分解室(I)的温度t与设定值温度t’之差，获得温度误差％，即et=t’_t;再对温度误差et进行微分计算，获得温度误差变化率etc ;最后对温度误差et进行判断，当温度误差et大于温度阈值时，将温度t、温度误差et和温度误差变化etc送入模糊控制模块；当温度误差et小于温度阈值时，将温度误差et送入比例积分控制模块； 此时， 模糊控制模块，以温度误差et、温度误差变化率etc和温度t为输入变量，按模糊控制规则计算下一时刻的温度控制量，然后将该温度控制量信号输出到加热器； 比例积分控制模块，以温度误差et为输入量，按比例积分算法计算下一时刻的温度控制量，然后将该温度控制量信号输出到加热器； 气压信号处理模块，先将气压检测电路所测气压信号处理后得到热分解室(I)内压强P，并计算热分解室(I)的压强P与设定值压强P’之差，获得压强误差％，即ep=p’-p ;再对压强误差ep进行微分计算，获得压强误差变化率epc ;最后对压强误差ep进行判断，当压强误差ep大于压强阈值时，将压强P、压强误差ep和压强误差变化epc送入模糊控制模块；当压强误差ep小于压强阈值时，将压强误差ep送入比例积分控制模块； 此时， 模糊控制模块，以压强误差ep、压强误差变化率epc和压强P为输入变量，按模糊控制规则计算下一时刻的气压控制量，然后将该气压控制量信号输出到变频器； 比例积分控制模块，以压强误差ep为输入量，按比例积分算法计算下一时刻的气压控制量，然后将该气压控制量信号输出到变频器； 重量信号处理模块，将重量检测电路所测重量信号处理后得到热分解室内医疗废弃物的重量m，然后将该重量m送至控制中心，控制中心通过查表确定进气阀的开度和电源接通时间。
3.根据权利要求2所述医疗废弃物热分解炉，其特征在于所述模糊控制模块包括模糊化接口、数据库、规则库、模糊推理机和解模糊接口 ； 模糊化接口，连接温度信号处理模块和气压信号处理模块，对输入精确量进行模糊化处理，形成模糊量； 模糊推理机，连接所述模糊化接口、数据库和规则库，用于根据模糊接口输入的数据、从所述数据库中查找相关数据并依据所述规则库里的模糊逻辑推理演算； 解模糊接口，用于将模糊推理机获得的模糊控制量解模糊后经输出至加热器和变频器。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的医疗废弃物热分解炉，其特征在于热交换器(3)为列管式换热器。
5.根据权利要求I所述医疗废弃物热分解炉的控制方法，其特征是包括如下步骤 ①温度检测电路实时检测热分解室(I)内的温度，并将该温度信号送至控制中心； ②控制中心的温度信号处理模块，先将温度检测电路所测温度信号处理后得到热分解室(I)的温度t，并计算热分解室(I)的温度t与设定值温度t’之差，获得温度误差et，即et=f -t ;再对温度误差et进行微分计算，获得温度误差变化率etc ;最后对温度误差et进行判断，当温度误差et大于温度阈值时，将温度t、温度误差et和温度误差变化etc送入模糊控制模块；当温度误差et小于温度阈值时，将温度误差et送入比例积分控制模块； ③控制中心的模糊控制模块，以温度误差et、温度误差变化率etc和温度t为输入变量，按模糊控制规则计算下一时刻的温度控制量，然后将该温度控制量信号输出到加热器； ④控制中心的比例积分控制模块，以温度误差et为输入量，按比例积分算法计算下一时刻的温度控制量，然后将该温度控制量信号输出到加热器； ⑤气压检测电路实时检测热分解室(I)内的压强，并将该压强信号送至控制中心； ⑥控制中心的气压信号处理模块，先将气压检测电路所测气压信号处理后得到热分解室(I)内压强P，并计算热分解室(I)的压强P与设定值压强P’之差，获得压强误差ep，即ep=t’_t ;再对压强误差ep进行微分计算，获得压强误差变化率epc ;最后对压强误差^进行判断，当压强误差ep大于压强阈值时，将压强P、压强误差ep和压强误差变化epc送入模糊控制模块；当压强误差ep小于压强阈值时，将压强误差ep送入比例积分控制模块； ⑦控制中心的模糊控制模块，以压强误差ep、压强误差变化率epc和压强ep为输入变量，按模糊控制规则计算下一时刻的气压控制量，然后将该气压控制量信号输出到变频器； ⑧控制中心的比例积分控制模块，以压强误差ep为输入量，按比例积分算法计算下一时刻的气压控制量，然后将该气压控制量信号输出到变频器； ⑨重量信号处理模块，将重量检测电路所测重量信号处理后得到热分解室内医疗废弃物 的重量m，然后将该重量m送至控制中心，控制中心通过查表确定进气阀的开度和电源接通时间。
全文摘要
本发明公开一种医疗废弃物热分解炉及其控制方法，主要由热分解室、燃烧室、热交换器、空气预热塔、水池、布袋除尘器、脱盐塔、鼓风机、烟囱、中和塔、吸收塔、及控制系统组成。控制系统包括电源、控制中心、温度检测电路、气压检测电路、重量检测电路、A/D转换模块、D/A转换模块和人机界面。本发明具有自动化程度高、操作简单、处理能力强、残渣少、就地处理、节能环保和可靠性高等特点。
文档编号F23G7/00GK102966960SQ20121051066
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者韦寿祺, 朱思思, 刘志杰, 苏振源, 黎明, 陈叙 申请人:桂林电子科技大学