王小玲，郭中文，李克天

（1.中山市凯德环保设备有限公司，广东 中山 528447；

2.广东省微纳超精密加工技术和设备重点实验室广东工业大学，广东 广州 510006）

我国已成为家电的制造大国、消费大国、出口大国，也是废弃家电拥有量大国。据统计，目前我国每年至少报废1 000万台电视机、400万台冰箱、600万台洗衣机。每年家电报废量年均增长20％，预计到“十二五”末期，年报废量将达到1.6亿多台。报废家电中含有铁、铜、铝、塑料、玻璃、贵重金属等，是宝贵的“城市矿山”。以线路板为例：每吨线路板可平均回收黄金0.9 kg，锡29.6 kg，铜128.7 kg。同时，它含有玻璃纤维强化树脂和多种金属的复合物，含有镉和溴化阻燃剂等大量致畸、致突变、致癌物质，会对环境和人类健康产生严重的危害。安全处理这些数量庞大的废旧电子垃圾，是一个亟待解决的问题。

目前的处理方法有：物理方法、焚烧法、火法熔炼法、等离子法、化学法、真空处理法等。其中物理方法是根据重力选矿的原理，将废旧PCB板破碎，采用摇床，使铜与纤维分离，该方法金属回收率低，二次污染严重；焚烧法是直接用明火焚烧，留下铜，去除其他材料，焚烧法对土地污染严重；一种火法熔炼是在鼓风炉中以焦炭为原料，加入石灰石等，其中铁、钙分别与二氧化硅直接造渣，铜则在还原气氛中被回收，在燃烧过程中会产生二恶英，对环境造成影响严重；另一种火法熔炼是采用卡尔多炉熔炼并氧气顶吹，以油或天然气为燃料，该方法的投资大；等离子法是利用直流等离子体弧处理固体废物，采用氮气作为工作气体，该方法回收金属可以实现零污染排放，但设备成本高；化学法使电子废弃物颗粒在酸性条件下浸出，经过萃取、沉淀、置换、离子交换、过滤以及蒸馏等一系列过程最终得到高品位及高回收率的金属，由于使用强酸和有剧毒的氰化物等，产生的废液危害环境，无害化成本高；真空热处理法是在高温下先将有机部分气化，然后根据金属的挥发性不同依次蒸发、冷凝，可获得比较纯的金属，留下的残渣形成玻璃体，该方法技术复杂、投资巨大。与上述处理方法不同，文中提出高温分解及烟气净化处理废弃电子垃圾的技术和设备。采用高温分解炉及烟气净化系统二者相结合，可以较好地实现PCB板和电机等电子垃圾的有机物和金属的绿色分离，成本低、效率高、无污染。

1 工作原理

提出的废弃家用电器金属回收设备由保持热分解炉和烟气净化两大系统组成，如图1所示。将盛载电子垃圾的装载小车推入热分解炉内，关上炉门，按下启动按钮，加热系统将炉腔温度升至200～800℃，电子垃圾上的有机物开始分解或裂解成由简单物质组成的可燃气体，当这些气体进入到二次燃烧室，有机物会在800～1 800℃温度下彻底分解成二氧化碳和水蒸气。把这些高温气体导入热交换器进行热交换，既可降低烟气排出温度又可充分利用其余热，达到节能的目的。热交换后的气体再进入急冷降温装置，经过降温以防止二恶英的形成。再进入喷淋系统进行中和洗涤，除去其中的S、Cl、N等有害成分。最后经过吸附系统、风机和烟囱，排出符合排放标准的气体。炉内剩下无机灰烬及金属部分，灰烬可外运填埋，金属部分可进一步进行提炼回收。

2 热分解炉

热分解炉由炉体、装载小车、燃烧机、燃烧室、水控系统、温控系统、电控系统、安全保护系统、热交换器等组成，见图2。

炉体：由型材、冷板焊接构成炉体外壳，内部采用耐高温轻质陶瓷纤维保温棉做成的模块结构，铺设在炉体内壁构成炉体保温层。炉底部地板上设有导轨，引导和支撑装载小车灵活进出。

装载小车：由框架和轮系组成，用于装载待处理的电子垃圾。将电子垃圾送进热分解炉，并将处理后的产物运出。在整个处理过程中，装载小车都承载着电子垃圾，所以小车上的零部件要能承受高温。

加热系统：采用直接加热方式，由设置于炉体中部的第一燃烧室和设置于炉体外部的主燃烧机组成加热系统，为炉腔加热。燃烧室采用轻质耐高温材料做保温层，可减少升温时间，节省能源。

二次燃烧系统：主要用于废气焚烧，由设置于炉体底部的第二燃烧室和燃烧机组成，分解生成的有机气体进入此处，燃烧裂解成二氧化碳和水。

水控系统：由装于炉内的喷水嘴、喷水支架，以及炉外壁的供水管路、压力开关、水电磁阀、水泵、备用水箱等组成，通过喷水调节炉内气氛，控制有机物分解速度。

温控系统：由装于炉内上部、下部和燃烧系统上部的温度传感器及温度控制器组成，通过感应炉内腔及燃烧系统的设定温度值而启动或关闭主燃烧机，从而控制炉内腔温度，并通过PLC发指令给喷水系统，控制有机物分解速度。

电控系统：包括电源开关、保险、温度控制器、PLC、温度扩展模块、时间继电器、温度传感器、继电器、接触器、按钮、急停开关、报警装置等。电路有短路、过载、接地保护、故障报警等设置，保证设备运行平稳、安全。

安全保护系统：重力防爆盖设置于炉体顶部，当出现极端意外情况时此盖自动打开，泄压后自动关闭；加热系统和二次燃烧系统还设有燃气低压保护、火焰保护、低风压保护等；二次燃烧机故障、水压过低及二次温控系统出现故障时，加热系统均会自动停机保护；炉内烟雾浓度过高时，喷水系统大口径喷水可快速降温保护。

热交换系统：由耐高温不锈钢筒体、散热翅片等组成。从二次燃烧室出来的高温烟气与炉内气体热交换后再通入炉外的急冷降温系统，主要用途为节能。

热分解炉处理电子垃圾的关键在于实现了有机物分解速度的控制，使有机物在一种均衡的速度下分解，以提高处理效率，缩短工作时间，节省燃料。

3 烟气净化系统

烟气净化系统由急冷降温装置、喷淋系统、吸附系统、引风系统等组成，见图3。

急冷降温装置：由急冷降温外壳、不锈钢散热列管、水泵及冷却塔等组成。通过排出热水，输入冷却水，以控制从热分解炉排出的高温烟气的温度，从而防止二恶英的产生。

喷淋系统：由喷淋塔、陶瓷拉西环、喷水嘴、管路及水泵等组成。用两层不锈钢网将塔体分成三部分，每层不锈钢网上铺有陶瓷拉西环。拉西环上部装有能喷出圆锥形水雾的喷水嘴并与外部管路、水泵连接。烟气经降温后在此处通过拉西环充分与溶剂接触被洗涤中和，除去其中的S、Cl、N等有害成分。

吸附系统：由活性炭及活性炭过滤器组成，对洗涤中和后的烟气再次进行吸附净化。

引风系统：由风机及排气烟囱组成。

4 有机物分解速度的控制

用热分解炉处理电子垃圾，随着炉腔温度的升高，电子垃圾中分解出来的有机物烟雾浓度也随之增高，即：有机物分解的速度加快，此时进入二次燃烧室的可燃气体量（废气）就会增多，如果不能及时并完全在二次燃烧系统中焚烧裂解这些废气，就不能保障烟气排放符合国家标准。因此如何有效地控制有机物分解的速度是解决该问题的关键。热分解炉用喷水系统来调节炉内气氛，通过控制炉腔和二次燃烧系统的温度来达到控制有机物分解速度的目的。炉腔内上、中、下多处设置了温度传感器，PLC根据温度信号控制喷水系统。当温度高于设定值时，关闭主燃烧机并启动喷水系统向炉腔内喷水，炉腔内温度逐渐下降，有机物分解速度也会降下来，进入二次燃烧系统的可燃气体量（废气）就会减少，其出口温度随之降低。当炉腔温度低于设定值时，加热系统的主燃烧机又再次启动，热分解炉腔加热。在设定的处理时间内，通过这样反复的加热—喷水，使得热分解炉腔的温度保持在一个恒定的范围内，从而有效地控制有机物分解的速度。控制流程如图4所示。二次燃烧系统也有一个燃烧机，用于焚烧裂解进入的废气，该燃烧机一直开启不关闭。

5 结论

提出高温分解炉受控高温分解的方法及烟气净化技术，将高温分解炉和烟气净化系统结合，控制炉内烟雾浓度和炉内温度，既避免炉内温度过高使回收的铜、铝等金属烧熔，又保证炉内温度可以完全将有机物分解。在微负压下，使废弃家电中的有毒有害成分实现绿色分离，再通过烟气净化系统再次对高温分解炉排放的烟气进行降温、洗涤、过滤、吸附净化处理，使排放的气体符合国家标准，该方法处理彻底，无环境污染，成本低，效率高，多级安全保护，设备稳定。

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