高溫分解及煙氣凈化處理電子垃圾的技術(shù)和設(shè)備

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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣東工業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510006）

我國(guó)已成為家電的制造大國(guó)、消費(fèi)大國(guó)、出口大國(guó)，也是廢棄家電擁有量大國(guó)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)每年至少報(bào)廢1 000萬(wàn)臺(tái)電視機(jī)、400萬(wàn)臺(tái)冰箱、600萬(wàn)臺(tái)洗衣機(jī)。每年家電報(bào)廢量年均增長(zhǎng)20％，預(yù)計(jì)到“十二五”末期，年報(bào)廢量將達(dá)到1.6億多臺(tái)。報(bào)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(shí)，它含有玻璃纖維強(qiáng)化樹(shù)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(huì)對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康產(chǎn)生嚴(yán)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(gè)亟待解決的問(wèn)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(yán)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(duì)土地污染嚴(yán)重；一種火法熔煉是在鼓風(fēng)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二惡英，對(duì)環(huán)境造成影響嚴(yán)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?dú)庾鳛楣ぷ鳉怏w，該方法回收金屬可以實(shí)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(guò)萃取、沉淀、置換、離子交換、過(guò)濾以及蒸餾等一系列過(guò)程最終得到高品位及高回收率的金屬，由于使用強(qiáng)酸和有劇毒的氰化物等，產(chǎn)生的廢液危害環(huán)境，無(wú)害化成本高；真空熱處理法是在高溫下先將有機(jī)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?jiān)纬刹Ａw，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(shí)現(xiàn)PCB板和電機(jī)等電子垃圾的有機(jī)物和金屬的綠色分離，成本低、效率高、無(wú)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(chē)推入熱分解爐內(nèi)，關(guān)上爐門(mén)，按下啟動(dòng)按鈕，加熱系統(tǒng)將爐腔溫度升至200～800℃，電子垃圾上的有機(jī)物開(kāi)始分解或裂解成由簡(jiǎn)單物質(zhì)組成的可燃?xì)怏w，當(dāng)這些氣體進(jìn)入到二次燃燒室，有機(jī)物會(huì)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(jìn)行熱交換，既可降低煙氣排出溫度又可充分利用其余熱，達(dá)到節(jié)能的目的。熱交換后的氣體再進(jìn)入急冷降溫裝置，經(jīng)過(guò)降溫以防止二惡英的形成。再進(jìn)入噴淋系統(tǒng)進(jìn)行中和洗滌，除去其中的S、Cl、N等有害成分。最后經(jīng)過(guò)吸附系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)和煙囪，排出符合排放標(biāo)準(zhǔn)的氣體。爐內(nèi)剩下無(wú)機(jī)灰燼及金屬部分，灰燼可外運(yùn)填埋，金屬部分可進(jìn)一步進(jìn)行提煉回收。

2 熱分解爐

熱分解爐由爐體、裝載小車(chē)、燃燒機(jī)、燃燒室、水控系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)、熱交換器等組成，見(jiàn)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(chē)靈活進(jìn)出。

裝載小車(chē)：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(jìn)熱分解爐，并將處理后的產(chǎn)物運(yùn)出。在整個(gè)處理過(guò)程中，裝載小車(chē)都承載著電子垃圾，所以小車(chē)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(jī)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(shí)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(jī)組成，分解生成的有機(jī)氣體進(jìn)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(kāi)關(guān)、水電磁閥、水泵、備用水箱等組成，通過(guò)噴水調(diào)節(jié)爐內(nèi)氣氛，控制有機(jī)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(guò)感應(yīng)爐內(nèi)腔及燃燒系統(tǒng)的設(shè)定溫度值而啟動(dòng)或關(guān)閉主燃燒機(jī)，從而控制爐內(nèi)腔溫度，并通過(guò)PLC發(fā)指令給噴水系統(tǒng)，控制有機(jī)物分解速度。

電控系統(tǒng)：包括電源開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)、溫度控制器、PLC、溫度擴(kuò)展模塊、時(shí)間繼電器、溫度傳感器、繼電器、接觸器、按鈕、急停開(kāi)關(guān)、報(bào)警裝置等。電路有短路、過(guò)載、接地保護(hù)、故障報(bào)警等設(shè)置，保證設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)、安全。

安全保護(hù)系統(tǒng)：重力防爆蓋設(shè)置于爐體頂部，當(dāng)出現(xiàn)極端意外情況時(shí)此蓋自動(dòng)打開(kāi)，泄壓后自動(dòng)關(guān)閉；加熱系統(tǒng)和二次燃燒系統(tǒng)還設(shè)有燃?xì)獾蛪罕Ｗo(hù)、火焰保護(hù)、低風(fēng)壓保護(hù)等；二次燃燒機(jī)故障、水壓過(guò)低及二次溫控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，加熱系統(tǒng)均會(huì)自動(dòng)停機(jī)保護(hù)；爐內(nèi)煙霧濃度過(guò)高時(shí)，噴水系統(tǒng)大口徑噴水可快速降溫保護(hù)。

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(lái)的高溫?zé)煔馀c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(shí)現(xiàn)了有機(jī)物分解速度的控制，使有機(jī)物在一種均衡的速度下分解，以提高處理效率，縮短工作時(shí)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(fēng)系統(tǒng)等組成，見(jiàn)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(guò)排出熱水，輸入冷卻水，以控制從熱分解爐排出的高溫?zé)煔獾臏囟龋瑥亩乐苟河⒌漠a(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?chē)姵鰣A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(guò)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(guò)濾器組成，對(duì)洗滌中和后的煙氣再次進(jìn)行吸附凈化。

引風(fēng)系統(tǒng)：由風(fēng)機(jī)及排氣煙囪組成。

4 有機(jī)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(lái)的有機(jī)物煙霧濃度也隨之增高，即：有機(jī)物分解的速度加快，此時(shí)進(jìn)入二次燃燒室的可燃?xì)怏w量（廢氣）就會(huì)增多，如果不能及時(shí)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。因此如何有效地控制有機(jī)物分解的速度是解決該問(wèn)題的關(guān)鍵。熱分解爐用噴水系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)爐內(nèi)氣氛，通過(guò)控制爐腔和二次燃燒系統(tǒng)的溫度來(lái)達(dá)到控制有機(jī)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(hào)控制噴水系統(tǒng)。當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉主燃燒機(jī)并啟動(dòng)噴水系統(tǒng)向爐腔內(nèi)噴水，爐腔內(nèi)溫度逐漸下降，有機(jī)物分解速度也會(huì)降下來(lái)，進(jìn)入二次燃燒系統(tǒng)的可燃?xì)怏w量（廢氣）就會(huì)減少，其出口溫度隨之降低。當(dāng)爐腔溫度低于設(shè)定值時(shí)，加熱系統(tǒng)的主燃燒機(jī)又再次啟動(dòng)，熱分解爐腔加熱。在設(shè)定的處理時(shí)間內(nèi)，通過(guò)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(gè)恒定的范圍內(nèi)，從而有效地控制有機(jī)物分解的速度。控制流程如圖4所示。二次燃燒系統(tǒng)也有一個(gè)燃燒機(jī)，用于焚燒裂解進(jìn)入的廢氣，該燃燒機(jī)一直開(kāi)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(guò)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(jī)物分解。在微負(fù)壓下，使廢棄家電中的有毒有害成分實(shí)現(xiàn)綠色分離，再通過(guò)煙氣凈化系統(tǒng)再次對(duì)高溫分解爐排放的煙氣進(jìn)行降溫、洗滌、過(guò)濾、吸附凈化處理，使排放的氣體符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，該方法處理徹底，無(wú)環(huán)境污染，成本低，效率高，多級(jí)安全保護(hù)，設(shè)備穩(wěn)定。

[1] 楊紅斌.電子廢棄物的處理回收技術(shù)[C].中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文集，2006：2906-2910.

[2] 王卓雅，溫雪峰，趙躍民.電子廢棄物資源化現(xiàn)狀及處理技術(shù)[J].能源環(huán)境保護(hù)，2004，18(5):19-21，43.

[3] 彭紹洪，陳烈強(qiáng)，甘舸.電子電器廢棄物的熱處理回收技術(shù)[J].工業(yè)加熱，2004，33(6)：27-30.

[4] 劉俊場(chǎng)，陳雯，王智友.廢棄PCB的回收處理技術(shù)[J].有色金屬加工，2008，37，(6)：1-3，21.

[5] 孫云麗，段晨龍，左蔚然，等.電子廢棄物的資源循環(huán)研究[J].中國(guó)資源綜合利用，2007，25(3)：35.