L型組合式電子垃圾高溫焚燒爐

摘要：為了克服傳統(tǒng)轉(zhuǎn)窯、鼓風(fēng)爐、反射爐或沖天爐處置廢料時(shí)爐膛上部溫度低，存在有機(jī)廢料低溫裂解與不完全燃燒而污染環(huán)境等缺點(diǎn)，研發(fā)了一種使粉末狀電子垃圾完全燃燒和有毒害性尾氣完全氧化的L形組合式電子垃圾高溫焚燒爐。該焚燒爐包括一個(gè)臥式焚燒爐和一個(gè)圓筒狀立式焚燒爐，具有“組合式爐，焚燒爐內(nèi)腔獨(dú)立設(shè)置和L字形爐形” 三個(gè)結(jié)構(gòu)特征，集成“旋流燃燒、低壓引射補(bǔ)風(fēng)、湍流擴(kuò)散燃燒和高溫均勻燃燒”等四個(gè)技術(shù)優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：L形焚燒爐；電子垃圾；熱解；高溫焚燒；旋流燃燒器

中圖分類號： TK863

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 16749944（2015）06018703

1 引言

隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電子垃圾的數(shù)量正以每年10%～15%的速度增長，成為世界上數(shù)量增長最快的垃圾。我國是世界上電子產(chǎn)品消費(fèi)大國，每年因更新?lián)Q代而廢棄數(shù)量不少于700萬t，此外國外約70%的電子垃圾通過各種渠道流入中國，我國正成為世界上最大的電子垃 圾聚集地。在電子垃圾PCB 中含有約 40%的金屬、30%的塑料及 30%的惰性氧化物[1]，如果不回收，不僅浪費(fèi)寶貴資源，而且污染環(huán)境。由于廢線路板同時(shí)含有多氯聯(lián)苯、含溴阻燃劑等，對人體和環(huán)境的危害較大，很難資源化回收利用[2]。當(dāng)前，我國對廢線路板的資源化利用方法主要有濕法冶金法、熱處理法和機(jī)械物理法[3]，在傳統(tǒng)電子垃圾熱處置裝置中，回轉(zhuǎn)窯、鼓風(fēng)爐、反射爐或沖天爐處置較為常見?；剞D(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)具有較強(qiáng)的物料適應(yīng)性，物料預(yù)處理過程簡單等優(yōu)點(diǎn)， 是目前處理廢線路板的主要方法[4，5]。這些裝置處置電子垃圾時(shí)，以處理塊狀廢料為主，爐內(nèi)溫度分布明顯不均勻，有機(jī)廢料在爐膛上部進(jìn)行低溫裂解與不完全燃燒，產(chǎn)生大量黑煙和灰塵，尾氣含有大量二噁英、呋喃等惡臭毒害成分。另外，這些裝置大多沒有考慮供尾氣氧化使用的二次燃燒室，或二次燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)欠科學(xué)。王威平[6]公開了一種廢線路板處置裝置，能處理粉末和塊料，但需要復(fù)雜的電力驅(qū)動(dòng)裝置，此外，粉狀廢料以直流方式噴吹流過轉(zhuǎn)爐，焚燒時(shí)間短；塊料堆積焚燒，焚燒點(diǎn)離轉(zhuǎn)窯排煙口位置近，中間產(chǎn)物焚燒時(shí)間短，存在焚燒不完全和冒黑煙現(xiàn)象。艾元方等[7]公開了一種能處理廢線路板粉末的U形熔煉裝置，將高溫焚燒、保溫熔煉和高溫氧化等三區(qū)分開設(shè)置，內(nèi)腔聯(lián)結(jié)成一體。本文研發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡單、使有機(jī)廢料完全燃燒且無有機(jī)尾氣危害的L型組合式電子垃圾高溫焚燒爐，以適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)節(jié)能減排形勢需要。

2 電子垃圾高溫焚燒原理

廢線路板加工成粉狀料，爐內(nèi)組織粉料高溫空氣燃燒和旋流燃燒，實(shí)現(xiàn)毒害性成分在高溫條件下徹底氧化，以CO2、H2O、HCl和SO2等最終無機(jī)物形態(tài)排出。

廢線路板完全焚燒反應(yīng)方程式：

3 L形組合式電子垃圾高溫焚燒爐結(jié)構(gòu)及原理

如圖1所示，L形組合式電子垃圾高溫焚燒爐包括臥式焚燒爐和圓筒狀立式焚燒爐，焚燒爐之上布置焚燒爐。焚燒爐1臥式布置，本體不轉(zhuǎn)動(dòng)，焚燒爐2立式布置，內(nèi)腔呈圓筒狀，本體不轉(zhuǎn)動(dòng)。焚燒爐包括粉料旋流燃燒器、排煙口和內(nèi)腔爐膛。沿氣流流動(dòng)方向上游焚燒爐的端墻上安裝有旋流燃燒器，下游焚燒爐的頂墻中心設(shè)有圓形排煙口。排煙口正上方布置焚燒爐，排煙口中垂線和焚燒爐中心軸線重合。垂直于氣流流動(dòng)方向的焚燒爐內(nèi)腔橫截面可以呈圓孔狀，也可以呈“上底拱墻+下底反拱墻”的倒梯形狀，下底反拱墻可以防止因高溫熔體浮力拔出耐火磚。焚燒爐排煙口兩側(cè)墻分別設(shè)置放銅口和排渣口，底墻面沿氣流流動(dòng)方向向下游傾斜1°～2°。焚燒爐底面中心設(shè)有圓形進(jìn)煙口。焚燒爐底面和焚燒爐頂墻之間留有50～100mm間隙，此間隙不填充磚、棉或墊以便二次空氣自由穿過。焚燒爐進(jìn)煙口內(nèi)徑大于焚燒爐排煙口內(nèi)徑，焚燒爐排煙口內(nèi)徑與焚燒爐內(nèi)腔直徑之比為0.4～0.6，焚燒爐內(nèi)腔高度與焚燒爐內(nèi)腔長度之比<1.5。焚燒爐具有“組合式窯爐，焚燒爐內(nèi)腔獨(dú)立設(shè)置和L型爐型”三個(gè)結(jié)構(gòu)特征。

電子垃圾粉末或顆粒在小量壓縮空氣作用下被吹進(jìn)焚燒爐旋流燃燒器，摻入由旋流燃燒器送入的一次空氣氣流（旋流氣流）中，然后氣粒兩相流邊螺旋前行邊干餾熱解燃燒，到排煙口位置時(shí)完成了幾乎全部燃燒反應(yīng)。因排煙口面積小，煙氣以>60m/s速度噴出并進(jìn)入焚燒爐內(nèi)腔。在燃燒放熱作用下，銅金屬被迅速加熱到熔融狀態(tài)，并落下沉積于焚燒爐底部，且緩慢地向排渣

1-臥式焚燒爐、11-粉料旋流燃燒器、12-圓形排煙口、2-圓筒狀立式焚燒爐、21-圓形進(jìn)煙口、22-排煙口、23-緊急排煙口圖1 L形組合式電子垃圾高溫焚燒爐

口和放銅口流動(dòng)，最后從排渣口排出熔渣，從放銅口放出高純度銅液。高溫熔渣密度小于銅液密度，熔渣和銅液自然分層。沿氣流流動(dòng)方向焚燒爐長度保證了足夠的熔體流動(dòng)和分離時(shí)間，熔體流到焚燒爐內(nèi)腔末端時(shí)熔渣和銅液能較理想地分層分離。電子垃圾被制成粉末狀，擴(kuò)展了顆粒和空氣接觸表面積，強(qiáng)化了燃燒氧化反應(yīng)。焚燒爐組織旋流燃燒，延長了未燃燼氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間。

煙氣以>60m/s速度噴入焚燒爐內(nèi)腔，在煙氣氣流根部形成較大的負(fù)壓，能抽引卷吸外界空氣（充當(dāng)二次空氣）進(jìn)入煙氣中。二次空氣從焚燒爐與焚燒爐之間50～100mm間隙進(jìn)入焚燒爐內(nèi)腔，補(bǔ)充混入排煙孔排出的煙氣中。在排煙口負(fù)壓和焚燒爐高度形成的抽吸力作用下，煙氣在焚燒爐內(nèi)腔發(fā)生湍流擴(kuò)散燃燒氧化反應(yīng)。擴(kuò)散燃燒火焰長度長，焚燒爐內(nèi)腔高度大于火焰長度，焚燒爐內(nèi)腔高度設(shè)計(jì)能保證足夠的煙氣氧化時(shí)間，煙氣流到排煙口時(shí)完成了全部氧化反應(yīng)。50～100mm間隙設(shè)計(jì)使得二次空氣從煙氣流根部混入，強(qiáng)化了煙氣和二次空氣的混合燃燒，強(qiáng)化了焚燒爐內(nèi)腔的高溫湍流氧化作用。焚燒爐進(jìn)煙口內(nèi)徑大于焚燒爐排煙口內(nèi)徑，從排煙口噴出火焰能全部置于焚燒爐內(nèi)腔中，防止煙氣外泄而污染車間現(xiàn)象出現(xiàn)。

臥式焚燒爐正常溫度維持在1300～1400℃范圍，立式焚燒爐溫度維持在1100～1200℃范圍，兩焚燒爐內(nèi)腔溫度分布均勻，焚燒爐排煙口的尾氣含氧體積濃度>6%，煙氣流過兩焚燒爐時(shí)間>2s。

4 L形組合式電子垃圾高溫焚燒爐關(guān)鍵技術(shù)

L形組合式電子垃圾高溫焚燒爐關(guān)鍵技術(shù)有：旋流燃燒、低壓引射補(bǔ)風(fēng)、湍流擴(kuò)散燃燒和高溫均勻燃燒。

首先，通過在焚燒爐端墻設(shè)置旋流燃燒器，用來組織廢料旋流燃燒。“旋流燃燒”技術(shù)特征帶來的直接技術(shù)效果是：延長可燃物在高溫區(qū)的停留時(shí)間到>2s，從而保證有機(jī)廢料顆粒和中間燃燒產(chǎn)物能夠完全燃燒，增加爐料供熱量，回流區(qū)流動(dòng)能變?yōu)橥膭?dòng)能，擾動(dòng)增強(qiáng)，強(qiáng)化熱質(zhì)交換；而且旋流燃燒器對周圍介質(zhì)具有較高的卷吸率，在出口處能夠快速地進(jìn)行混合，使氣流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)烈，從而形成高溫回流區(qū)，提高了火焰的穩(wěn)定性，同時(shí)也增大了爐膛空間的有效利用率，增強(qiáng)了裝置的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

其次，小量的二次空氣通過50～100mm間隙，借助于煙氣根部負(fù)壓抽吸力混入煙氣中。“低壓引射補(bǔ)風(fēng)”技術(shù)特征帶來的直接技術(shù)效果是：從高速煙氣氣流根部補(bǔ)充二次空氣，二次空氣和煙氣混合均勻，利于降低焚燒爐內(nèi)腔火焰高度、利于煙氣完全氧化。補(bǔ)充的二次空氣流量大小與煙氣根部負(fù)壓有關(guān)，煙氣流速越高，二次空氣量就越多，實(shí)現(xiàn)二次空氣流量自適應(yīng)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)，且密封性好。兩焚燒爐內(nèi)腔分開，廢料焚燒和煙氣氧化兩過程可獨(dú)立調(diào)控，節(jié)省了占地面積，空間利用率高；而且，焚燒爐內(nèi)腔和高溫熔體接觸的耐火磚層磚縫按Ⅰ類要求砌置，和高溫氣體接觸的耐火磚層磚縫按Ⅱ類要求砌置，焚燒爐耐火磚層磚縫按Ⅱ類砌體要求砌置。焚燒爐可以是多節(jié)串聯(lián)而成，節(jié)與節(jié)之間布置耐火墊圈后用法蘭連接。這使焚燒爐不承擔(dān)焚燒爐的重量，增強(qiáng)了高溫條件下裝置運(yùn)行安全性。

同時(shí)，煙氣通過排煙口時(shí)，由于截面縮小，流速增大，形成湍流，并從50～100mm縫隙抽吸額外空氣，使得焚燒爐內(nèi)腔發(fā)生煙氣湍流擴(kuò)散燃燒氧化反應(yīng)?！巴牧鲾U(kuò)散燃燒”技術(shù)能在焚燒爐進(jìn)煙口附近形成高溫燃燒區(qū)，并延長煙氣停留時(shí)間，為煙氣完全氧化創(chuàng)造有利條件，從源頭上抑制二噁英生成所需的中間反應(yīng)物質(zhì)（如苯、甲苯和乙苯類化合物），改善了燃燒區(qū)域的結(jié)渣與化學(xué)反應(yīng)的腐蝕問題。開口少，密封性好，加上爐內(nèi)微負(fù)壓操作，減少有毒害性氣體外泄。

此外，焚燒爐內(nèi)腔溫度維持在1300～1400℃范圍內(nèi)，焚燒爐在1100～1200℃范圍，兩焚燒爐溫度分布均勻?！案邷鼐鶆蛉紵奔夹g(shù)能夠增大燃燒反應(yīng)速度，最大限度地回收高溫?zé)煔獾奈锢頍?，從而大幅度?jié)約能源，并提高熱工設(shè)備熱效率，同時(shí)減少了對大氣的溫室氣體排放；通過組織貧氧燃燒，擴(kuò)展了火焰燃燒區(qū)域，火焰邊界幾乎擴(kuò)展到爐膛的邊界，使得爐內(nèi)溫度分布均勻，加強(qiáng)爐內(nèi)的傳熱，避免了傳統(tǒng)焚燒裝置內(nèi)腔溫度分布不均勻帶來的低溫裂解與不完全燃燒問題。尾氣成分中無二噁英低溫合成所需的苯類化合物成分，煙氣凈化系統(tǒng)無需考慮尾氣急速冷卻設(shè)計(jì)問題，可選用無廢液二次污染的干法尾氣凈化工藝。

高溫焚燒爐適用于低品位發(fā)熱量>3300kJ/kg、揮發(fā)份含量<60%的各種電子垃圾資源化處置使用。

5 L形組合式電子垃圾高溫焚燒爐性能指標(biāo)

試驗(yàn)結(jié)果表明：焚燒爐銅鉛金銀等金屬回收率達(dá)到98%；無廢氣廢渣污染；能徹底無害化處理尾氣，尾氣無炭黑排放、林格曼黑度為1，尾氣有毒害污染物排放達(dá)到GB18484-2001危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)要求，苯類化合物<0.1mg/m3、二噁英含量<0.02 ngI-TEQ/Nm3；熔渣流動(dòng)性好，固渣浸出毒性鑒別達(dá)到GB5085.3-1996危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)要求。

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