王小玲，郭中文，李克天

（1.中山市凱德環(huán)保設(shè)備有限公司，廣東 中山 528447；

2.廣東省微納超精密加工技術(shù)和設(shè)備重點實驗室廣東工業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510006）

我國已成為家電的制造大國、消費大國、出口大國，也是廢棄家電擁有量大國。據(jù)統(tǒng)計，目前我國每年至少報廢1 000萬臺電視機、400萬臺冰箱、600萬臺洗衣機。每年家電報廢量年均增長20％，預(yù)計到“十二五”末期，年報廢量將達到1.6億多臺。報廢家電中含有鐵、銅、鋁、塑料、玻璃、貴重金屬等，是寶貴的“城市礦山”。以線路板為例：每噸線路板可平均回收黃金0.9 kg，錫29.6 kg，銅128.7 kg。同時，它含有玻璃纖維強化樹脂和多種金屬的復(fù)合物，含有鎘和溴化阻燃劑等大量致畸、致突變、致癌物質(zhì)，會對環(huán)境和人類健康產(chǎn)生嚴重的危害。安全處理這些數(shù)量龐大的廢舊電子垃圾，是一個亟待解決的問題。

目前的處理方法有：物理方法、焚燒法、火法熔煉法、等離子法、化學(xué)法、真空處理法等。其中物理方法是根據(jù)重力選礦的原理，將廢舊PCB板破碎，采用搖床，使銅與纖維分離，該方法金屬回收率低，二次污染嚴重；焚燒法是直接用明火焚燒，留下銅，去除其他材料，焚燒法對土地污染嚴重；一種火法熔煉是在鼓風爐中以焦炭為原料，加入石灰石等，其中鐵、鈣分別與二氧化硅直接造渣，銅則在還原氣氛中被回收，在燃燒過程中會產(chǎn)生二惡英，對環(huán)境造成影響嚴重；另一種火法熔煉是采用卡爾多爐熔煉并氧氣頂吹，以油或天然氣為燃料，該方法的投資大；等離子法是利用直流等離子體弧處理固體廢物，采用氮氣作為工作氣體，該方法回收金屬可以實現(xiàn)零污染排放，但設(shè)備成本高；化學(xué)法使電子廢棄物顆粒在酸性條件下浸出，經(jīng)過萃取、沉淀、置換、離子交換、過濾以及蒸餾等一系列過程最終得到高品位及高回收率的金屬，由于使用強酸和有劇毒的氰化物等，產(chǎn)生的廢液危害環(huán)境，無害化成本高；真空熱處理法是在高溫下先將有機部分氣化，然后根據(jù)金屬的揮發(fā)性不同依次蒸發(fā)、冷凝，可獲得比較純的金屬，留下的殘渣形成玻璃體，該方法技術(shù)復(fù)雜、投資巨大。與上述處理方法不同，文中提出高溫分解及煙氣凈化處理廢棄電子垃圾的技術(shù)和設(shè)備。采用高溫分解爐及煙氣凈化系統(tǒng)二者相結(jié)合，可以較好地實現(xiàn)PCB板和電機等電子垃圾的有機物和金屬的綠色分離，成本低、效率高、無污染。

1 工作原理

提出的廢棄家用電器金屬回收設(shè)備由保持熱分解爐和煙氣凈化兩大系統(tǒng)組成，如圖1所示。將盛載電子垃圾的裝載小車推入熱分解爐內(nèi)，關(guān)上爐門，按下啟動按鈕，加熱系統(tǒng)將爐腔溫度升至200～800℃，電子垃圾上的有機物開始分解或裂解成由簡單物質(zhì)組成的可燃氣體，當這些氣體進入到二次燃燒室，有機物會在800～1 800℃溫度下徹底分解成二氧化碳和水蒸氣。把這些高溫氣體導(dǎo)入熱交換器進行熱交換，既可降低煙氣排出溫度又可充分利用其余熱，達到節(jié)能的目的。熱交換后的氣體再進入急冷降溫裝置，經(jīng)過降溫以防止二惡英的形成。再進入噴淋系統(tǒng)進行中和洗滌，除去其中的S、Cl、N等有害成分。最后經(jīng)過吸附系統(tǒng)、風機和煙囪，排出符合排放標準的氣體。爐內(nèi)剩下無機灰燼及金屬部分，灰燼可外運填埋，金屬部分可進一步進行提煉回收。

2 熱分解爐

熱分解爐由爐體、裝載小車、燃燒機、燃燒室、水控系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)、熱交換器等組成，見圖2。

爐體：由型材、冷板焊接構(gòu)成爐體外殼，內(nèi)部采用耐高溫輕質(zhì)陶瓷纖維保溫棉做成的模塊結(jié)構(gòu)，鋪設(shè)在爐體內(nèi)壁構(gòu)成爐體保溫層。爐底部地板上設(shè)有導(dǎo)軌，引導(dǎo)和支撐裝載小車靈活進出。

裝載小車：由框架和輪系組成，用于裝載待處理的電子垃圾。將電子垃圾送進熱分解爐，并將處理后的產(chǎn)物運出。在整個處理過程中，裝載小車都承載著電子垃圾，所以小車上的零部件要能承受高溫。

加熱系統(tǒng)：采用直接加熱方式，由設(shè)置于爐體中部的第一燃燒室和設(shè)置于爐體外部的主燃燒機組成加熱系統(tǒng)，為爐腔加熱。燃燒室采用輕質(zhì)耐高溫材料做保溫層，可減少升溫時間，節(jié)省能源。

二次燃燒系統(tǒng)：主要用于廢氣焚燒，由設(shè)置于爐體底部的第二燃燒室和燃燒機組成，分解生成的有機氣體進入此處，燃燒裂解成二氧化碳和水。

水控系統(tǒng)：由裝于爐內(nèi)的噴水嘴、噴水支架，以及爐外壁的供水管路、壓力開關(guān)、水電磁閥、水泵、備用水箱等組成，通過噴水調(diào)節(jié)爐內(nèi)氣氛，控制有機物分解速度。

溫控系統(tǒng)：由裝于爐內(nèi)上部、下部和燃燒系統(tǒng)上部的溫度傳感器及溫度控制器組成，通過感應(yīng)爐內(nèi)腔及燃燒系統(tǒng)的設(shè)定溫度值而啟動或關(guān)閉主燃燒機，從而控制爐內(nèi)腔溫度，并通過PLC發(fā)指令給噴水系統(tǒng)，控制有機物分解速度。

電控系統(tǒng)：包括電源開關(guān)、保險、溫度控制器、PLC、溫度擴展模塊、時間繼電器、溫度傳感器、繼電器、接觸器、按鈕、急停開關(guān)、報警裝置等。電路有短路、過載、接地保護、故障報警等設(shè)置，保證設(shè)備運行平穩(wěn)、安全。

安全保護系統(tǒng)：重力防爆蓋設(shè)置于爐體頂部，當出現(xiàn)極端意外情況時此蓋自動打開，泄壓后自動關(guān)閉；加熱系統(tǒng)和二次燃燒系統(tǒng)還設(shè)有燃氣低壓保護、火焰保護、低風壓保護等；二次燃燒機故障、水壓過低及二次溫控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，加熱系統(tǒng)均會自動停機保護；爐內(nèi)煙霧濃度過高時，噴水系統(tǒng)大口徑噴水可快速降溫保護。

熱交換系統(tǒng)：由耐高溫不銹鋼筒體、散熱翅片等組成。從二次燃燒室出來的高溫煙氣與爐內(nèi)氣體熱交換后再通入爐外的急冷降溫系統(tǒng)，主要用途為節(jié)能。

熱分解爐處理電子垃圾的關(guān)鍵在于實現(xiàn)了有機物分解速度的控制，使有機物在一種均衡的速度下分解，以提高處理效率，縮短工作時間，節(jié)省燃料。

3 煙氣凈化系統(tǒng)

煙氣凈化系統(tǒng)由急冷降溫裝置、噴淋系統(tǒng)、吸附系統(tǒng)、引風系統(tǒng)等組成，見圖3。

急冷降溫裝置：由急冷降溫外殼、不銹鋼散熱列管、水泵及冷卻塔等組成。通過排出熱水，輸入冷卻水，以控制從熱分解爐排出的高溫煙氣的溫度，從而防止二惡英的產(chǎn)生。

噴淋系統(tǒng)：由噴淋塔、陶瓷拉西環(huán)、噴水嘴、管路及水泵等組成。用兩層不銹鋼網(wǎng)將塔體分成三部分，每層不銹鋼網(wǎng)上鋪有陶瓷拉西環(huán)。拉西環(huán)上部裝有能噴出圓錐形水霧的噴水嘴并與外部管路、水泵連接。煙氣經(jīng)降溫后在此處通過拉西環(huán)充分與溶劑接觸被洗滌中和，除去其中的S、Cl、N等有害成分。

吸附系統(tǒng)：由活性炭及活性炭過濾器組成，對洗滌中和后的煙氣再次進行吸附凈化。

引風系統(tǒng)：由風機及排氣煙囪組成。

4 有機物分解速度的控制

用熱分解爐處理電子垃圾，隨著爐腔溫度的升高，電子垃圾中分解出來的有機物煙霧濃度也隨之增高，即：有機物分解的速度加快，此時進入二次燃燒室的可燃氣體量（廢氣）就會增多，如果不能及時并完全在二次燃燒系統(tǒng)中焚燒裂解這些廢氣，就不能保障煙氣排放符合國家標準。因此如何有效地控制有機物分解的速度是解決該問題的關(guān)鍵。熱分解爐用噴水系統(tǒng)來調(diào)節(jié)爐內(nèi)氣氛，通過控制爐腔和二次燃燒系統(tǒng)的溫度來達到控制有機物分解速度的目的。爐腔內(nèi)上、中、下多處設(shè)置了溫度傳感器，PLC根據(jù)溫度信號控制噴水系統(tǒng)。當溫度高于設(shè)定值時，關(guān)閉主燃燒機并啟動噴水系統(tǒng)向爐腔內(nèi)噴水，爐腔內(nèi)溫度逐漸下降，有機物分解速度也會降下來，進入二次燃燒系統(tǒng)的可燃氣體量（廢氣）就會減少，其出口溫度隨之降低。當爐腔溫度低于設(shè)定值時，加熱系統(tǒng)的主燃燒機又再次啟動，熱分解爐腔加熱。在設(shè)定的處理時間內(nèi)，通過這樣反復(fù)的加熱—噴水，使得熱分解爐腔的溫度保持在一個恒定的范圍內(nèi)，從而有效地控制有機物分解的速度?？刂屏鞒倘鐖D4所示。二次燃燒系統(tǒng)也有一個燃燒機，用于焚燒裂解進入的廢氣，該燃燒機一直開啟不關(guān)閉。

5 結(jié)論

提出高溫分解爐受控高溫分解的方法及煙氣凈化技術(shù)，將高溫分解爐和煙氣凈化系統(tǒng)結(jié)合，控制爐內(nèi)煙霧濃度和爐內(nèi)溫度，既避免爐內(nèi)溫度過高使回收的銅、鋁等金屬燒熔，又保證爐內(nèi)溫度可以完全將有機物分解。在微負壓下，使廢棄家電中的有毒有害成分實現(xiàn)綠色分離，再通過煙氣凈化系統(tǒng)再次對高溫分解爐排放的煙氣進行降溫、洗滌、過濾、吸附凈化處理，使排放的氣體符合國家標準，該方法處理徹底，無環(huán)境污染，成本低，效率高，多級安全保護，設(shè)備穩(wěn)定。

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