L型組合式電子垃圾高溫焚燒爐

摘要：為了克服傳統轉窯、鼓風爐、反射爐或沖天爐處置廢料時爐膛上部溫度低，存在有機廢料低溫裂解與不完全燃燒而污染環境等缺點，研發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。該焚燒爐包括一個臥式焚燒爐和一個圓筒狀立式焚燒爐，具有“組合式爐，焚燒爐內腔獨立設置和L字形爐形” 三個結構特征，集成“旋流燃燒、低壓引射補風、湍流擴散燃燒和高溫均勻燃燒”等四個技術優勢。

關鍵詞：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

文獻標識碼： A 文章編號： 16749944（2015）06018703

1 引言

隨著電子信息產業的快速發展，電子垃圾的數量正以每年10%～15%的速度增長，成為世界上數量增長最快的垃圾。我國是世界上電子產品消費大國，每年因更新換代而廢棄數量不少于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，不僅浪費寶貴資源，而且污染環境。由于廢線路板同時含有多氯聯苯、含溴阻燃劑等，對人體和環境的危害較大，很難資源化回收利用[2]。當前，我國對廢線路板的資源化利用方法主要有濕法冶金法、熱處理法和機械物理法[3]，在傳統電子垃圾熱處置裝置中，回轉窯、鼓風爐、反射爐或沖天爐處置較為常見。回轉窯焚燒技術具有較強的物料適應性，物料預處理過程簡單等優點， 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，以處理塊狀廢料為主，爐內溫度分布明顯不均勻，有機廢料在爐膛上部進行低溫裂解與不完全燃燒，產生大量黑煙和灰塵，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，或二次燃燒室結構設計欠科學。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，但需要復雜的電力驅動裝置，此外，粉狀廢料以直流方式噴吹流過轉爐，焚燒時間短；塊料堆積焚燒，焚燒點離轉窯排煙口位置近，中間產物焚燒時間短，存在焚燒不完全和冒黑煙現象。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分開設置，內腔聯結成一體。本文研發一種結構簡單、使有機廢料完全燃燒且無有機尾氣危害的L型組合式電子垃圾高溫焚燒爐，以適應當今社會節能減排形勢需要。

2 電子垃圾高溫焚燒原理

廢線路板加工成粉狀料，爐內組織粉料高溫空氣燃燒和旋流燃燒，實現毒害性成分在高溫條件下徹底氧化，以CO2、H2O、HCl和SO2等最終無機物形態排出。

廢線路板完全焚燒反應方程式：

3 L形組合式電子垃圾高溫焚燒爐結構及原理

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，本體不轉動，焚燒爐2立式布置，內腔呈圓筒狀，本體不轉動。焚燒爐包括粉料旋流燃燒器、排煙口和內腔爐膛。沿氣流流動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。垂直于氣流流動方向的焚燒爐內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。焚燒爐排煙口兩側墻分別設置放銅口和排渣口，底墻面沿氣流流動方向向下游傾斜1°～2°。焚燒爐底面中心設有圓形進煙口。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。焚燒爐進煙口內徑大于焚燒爐排煙口內徑，焚燒爐排煙口內徑與焚燒爐內腔直徑之比為0.4～0.6，焚燒爐內腔高度與焚燒爐內腔長度之比<1.5。焚燒爐具有“組合式窯爐，焚燒爐內腔獨立設置和L型爐型”三個結構特征。

電子垃圾粉末或顆粒在小量壓縮空氣作用下被吹進焚燒爐旋流燃燒器，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，到排煙口位置時完成了幾乎全部燃燒反應。因排煙口面積小，煙氣以>60m/s速度噴出并進入焚燒爐內腔。在燃燒放熱作用下，銅金屬被迅速加熱到熔融狀態，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，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。沿氣流流動方向焚燒爐長度保證了足夠的熔體流動和分離時間，熔體流到焚燒爐內腔末端時熔渣和銅液能較理想地分層分離。電子垃圾被制成粉末狀，擴展了顆粒和空氣接觸表面積，強化了燃燒氧化反應。焚燒爐組織旋流燃燒，延長了未燃燼氣在高溫區的停留時間。

煙氣以>60m/s速度噴入焚燒爐內腔，在煙氣氣流根部形成較大的負壓，能抽引卷吸外界空氣（充當二次空氣）進入煙氣中。二次空氣從焚燒爐與焚燒爐之間50～100mm間隙進入焚燒爐內腔，補充混入排煙孔排出的煙氣中。在排煙口負壓和焚燒爐高度形成的抽吸力作用下，煙氣在焚燒爐內腔發生湍流擴散燃燒氧化反應。擴散燃燒火焰長度長，焚燒爐內腔高度大于火焰長度，焚燒爐內腔高度設計能保證足夠的煙氣氧化時間，煙氣流到排煙口時完成了全部氧化反應。50～100mm間隙設計使得二次空氣從煙氣流根部混入，強化了煙氣和二次空氣的混合燃燒，強化了焚燒爐內腔的高溫湍流氧化作用。焚燒爐進煙口內徑大于焚燒爐排煙口內徑，從排煙口噴出火焰能全部置于焚燒爐內腔中，防止煙氣外泄而污染車間現象出現。

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間>2s。

4 L形組合式電子垃圾高溫焚燒爐關鍵技術

L形組合式電子垃圾高溫焚燒爐關鍵技術有：旋流燃燒、低壓引射補風、湍流擴散燃燒和高溫均勻燃燒。

首先，通過在焚燒爐端墻設置旋流燃燒器，用來組織廢料旋流燃燒。“旋流燃燒”技術特征帶來的直接技術效果是：延長可燃物在高溫區的停留時間到>2s，從而保證有機廢料顆粒和中間燃燒產物能夠完全燃燒，增加爐料供熱量，回流區流動能變為湍動能，擾動增強，強化熱質交換；而且旋流燃燒器對周圍介質具有較高的卷吸率，在出口處能夠快速地進行混合，使氣流旋轉強烈，從而形成高溫回流區，提高了火焰的穩定性，同時也增大了爐膛空間的有效利用率，增強了裝置的運行經濟性。

其次，小量的二次空氣通過50～100mm間隙，借助于煙氣根部負壓抽吸力混入煙氣中。“低壓引射補風”技術特征帶來的直接技術效果是：從高速煙氣氣流根部補充二次空氣，二次空氣和煙氣混合均勻，利于降低焚燒爐內腔火焰高度、利于煙氣完全氧化。補充的二次空氣流量大小與煙氣根部負壓有關，煙氣流速越高，二次空氣量就越多，實現二次空氣流量自適應自動控制調節，且密封性好。兩焚燒爐內腔分開，廢料焚燒和煙氣氧化兩過程可獨立調控，節省了占地面積，空間利用率高；而且，焚燒爐內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。焚燒爐可以是多節串聯而成，節與節之間布置耐火墊圈后用法蘭連接。這使焚燒爐不承擔焚燒爐的重量，增強了高溫條件下裝置運行安全性。

同時，煙氣通過排煙口時，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，使得焚燒爐內腔發生煙氣湍流擴散燃燒氧化反應。“湍流擴散燃燒”技術能在焚燒爐進煙口附近形成高溫燃燒區，并延長煙氣停留時間，為煙氣完全氧化創造有利條件，從源頭上抑制二噁英生成所需的中間反應物質（如苯、甲苯和乙苯類化合物），改善了燃燒區域的結渣與化學反應的腐蝕問題。開口少，密封性好，加上爐內微負壓操作，減少有毒害性氣體外泄。

此外，焚燒爐內腔溫度維持在1300～1400℃范圍內，焚燒爐在1100～1200℃范圍，兩焚燒爐溫度分布均勻。“高溫均勻燃燒”技術能夠增大燃燒反應速度，最大限度地回收高溫煙氣的物理熱，從而大幅度節約能源，并提高熱工設備熱效率，同時減少了對大氣的溫室氣體排放；通過組織貧氧燃燒，擴展了火焰燃燒區域，火焰邊界幾乎擴展到爐膛的邊界，使得爐內溫度分布均勻，加強爐內的傳熱，避免了傳統焚燒裝置內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，煙氣凈化系統無需考慮尾氣急速冷卻設計問題，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熱量>3300kJ/kg、揮發份含量<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

試驗結果表明：焚燒爐銅鉛金銀等金屬回收率達到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到GB18484-2001危險廢物焚燒污染控制標準要求，苯類化合物<0.1mg/m3、二噁英含量<0.02 ngI-TEQ/Nm3；熔渣流動性好，固渣浸出毒性鑒別達到GB5085.3-1996危險廢物鑒別標準要求。

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