報廢電冰箱的環保處理技術

胡 彪，熊英漢，楊三變

（天津理工大學循環經濟研究院，天津300191）

報廢電冰箱的環保處理技術

胡 彪，熊英漢，楊三變

（天津理工大學循環經濟研究院，天津300191）

介紹一種處理報廢電冰箱的技術。首先對報廢電冰箱進行分解，包括制冷劑回收、壓縮機拆卸、散熱系統和蒸發系統拆卸、箱體箱門鋼板拆卸、箱體內膽拆卸、門襯拆卸和絕熱泡沫剝離等。然后對于拆出的材料作進一步處理，鋼板、管材經平整或矯直裁剪之后作為舊板材或舊管材；內膽和門襯破碎后作為注塑材料使用；壓縮機組經專業檢測、修復再利用或作為冶金爐料使用。聚氨酯泡沫需經分離回收R11處理，處理工藝路線包括泡沫粉碎、發泡劑蒸發、混合氣收集、除塵、儲氣、壓縮、冷凝、節流以及發泡劑與空氣的分離；工藝參數涉及主要工藝環節的熱力學計算，包括破碎后的泡沫中的R11發泡劑的蒸發吸熱、混合氣壓縮功耗、冷凝過程的散熱。同時還介紹了應用發泡膠接法的聚氨酯硬泡沫碎屑再成型技術。采用該工藝處理報廢電冰箱，具有拆解物利用價值高、處理過程能耗低、便于分揀、設備造價低等優點，適合我國國情。

報廢電冰箱；廢家電；資源化；聚氨酯硬泡沫廢棄物

報廢電冰箱是對環境有害的固體廢棄物。電冰箱的制冷系統和絕熱材料中含有使地球臭氧層變薄的氟利昂，包括R12制冷劑和聚氨酯硬泡沫絕熱材料中的發泡劑R11。另外，電冰箱結構中所含的各類材料都是寶貴的原材料。有專家預測，從2006年之后，全國每年約有1 000多萬臺廢棄冰箱產生，每年至少要產生50萬t以上的廢物，數量十分可觀[1]。從社會可持續發展的角度看，報廢后的電冰箱要做環保處理，必須要將所含的氟利昂進行分離與回收，同時所含的資源也必須得到再利用。報廢電冰箱的處理必須兼顧環境保護和資源化利用。報廢電冰箱環保利用的關鍵之一是處理技術，國內在這方面正處于起步階段，結合國外的做法和作者的研究成果，提出一種報廢電冰箱環保處理利用技術。

1 國內外廢棄電冰箱處理技術現狀

發達國家家庭電器化實現時間較早，對于報廢電冰箱處理涉及很早，目前有較好的解決辦法。發達國家的處理方法主要受政府法律、技術經濟發展水平、資源供應等因素的影響。德國和日本的處理方法，在發達國家中具有代表性。

德國的基本做法是在抽取機油、制冷劑之后，在封閉空間內整機粉碎，收集發泡劑，將碎塊根據材料性質分類，作為原材料再使用[2，3]。粉碎處理工藝最主要的問題是粉碎能耗太高，粉碎后各種材料的混雜造成分選困難，材料利用價值低，設備購置費用高。

日本資源貧乏，2001年4月1日開始實行《廢舊家電回收法》，規定電器制造商和進口商對電冰箱、電視機、洗衣機、房間空調器4種電器有回收和實施再商品化的義務，即必須按一定比例從廢家電中回收有用的資源并再次制成產品出售[2，3]。日本的基本做法是以拆解為主，將可以直接使用或修復的零部件進行利用，可以利用的部件包括壓縮機、潤滑劑、制冷劑等，其他的進行無害化或資源化處理。

我國報廢電冰箱處理處于起步階段。除國家發改委確定的廢家電處理示范企業外，國家還以不同形式建立基金，資助多家高等院校、研究院所從事相關的研究。除此之外，國內有些機構已經開始研究處理工藝與技術開發，在探索適合國情的處理技術方面取得了一些階段性成果[4，5]。

2 基于國情的報廢電冰箱環保處理技術

我國的社會主義市場經濟仍處于探索發展階段，國情有別于發達國家。我國的基本情況是，各類資源的人均占有率位于全球平均水平以下，許多能源和原材料需要進口，各項事業的建設資金也不寬裕，但是我擁有豐富勞動力資源和較低勞動力成本。報廢電冰箱處理方法必須要結合中國國情。

2.1 報廢電冰箱處理技術的原則與工藝路線

2.1.1 報廢電冰箱處理技術的原則

在調研和拆解實驗的基礎上，提出符合我國國情的4條基本原則。

（1）整機處理工藝要結合冰箱的結構特點，拆解與粉碎相結合，整個處理過程必須滿足環保要求。

（2）為了提高材料的利用價值，保證易于分揀，盡可能采用拆解方式，只對必須采用粉碎的部分采用粉碎處理。

（3）拆解處理系統必須適應批量和品種變化的柔性要求。

（4）規劃的拆解生產線，既能滿足生產的效率和環保要求，又要追求較低的設備投入，同時能耗要盡可能低。

2.1.2 拆解與破碎處理相結合的工藝路線

整機分步拆解工藝路線如圖1所示，主要部件——箱體的拆解工藝路線如圖2所示。

圖1 整機拆解工藝路線

圖2 箱體拆解工藝路線

針對不同的拆解部分，采取相應的處理方法。鋼板經平板、裁切、表面處理后變為板材以供他用；壓縮機組可以拆解成冶金爐料，也可以經處理后再利用；箱體內襯粉碎造粒作為注塑原材料；拆出的聚氨酯絕熱泡沫再做進一步的環保處理；其他金屬材料作為冶金原料使用；無用可燃物焚燒處理；不可燃物作無害化填埋。

2.2 聚氨酯硬泡沫的環保處理技術

電冰箱絕熱泡沫中的發泡劑對環境有嚴重污染，處理難度大，需進行專門處理。在研究的基礎上，提出一種兼顧環境保護和資源利用的處理技術[5，6]。應用該技術，在分離發泡劑之后，泡沫粉末可用作其他用途的保溫材料。

2.2.1 環保處理工藝

該技術的環保處理工藝如圖3所示。R11發泡劑以高度彌散的形式分布在硬泡沫的孔穴內，應采取破碎的方式擊碎孔穴，使發泡劑釋放。粉碎的粒度越細越有利于發泡劑的排除，粉碎粒度可以結合后續的利用方式予以確定，泡沫的粉碎可以使用刷式粉碎機[7]。泡沫粉末中的發泡劑通過蒸餾方法分離，最后再經過壓縮液化的方法分離回收發泡劑R11。

圖3 R11發泡的聚氨酯硬泡沫廢棄物環保處理工藝

2.2.2 發泡劑分離的熱力學分析與計算

回收過程中收集到的空氣和發泡劑混合氣體一同參與壓縮。壓縮與分離過程中的主要工藝參數可以應用熱力學理論計算[5，8]。熱力學分析計算是分離系統設計的理論基礎，應用這一理論對10萬臺/年報廢電冰箱絕熱泡沫的處理生產線進行了規劃設計[5]。

2.2.2.1 發泡劑蒸發與集氣過程分析

R11的沸點23.7℃，發泡劑的蒸發過程處于集氣抽氣機的作用下，只要充分吸熱，發泡劑可以完全蒸發。若用r表示汽化潛熱，蒸發質量為m的R11發泡劑吸收的熱量：

收集到的氣體是空氣與發泡劑的混合氣體。設發泡劑R11占混合氣體總體積的比例為rR11,混合氣體的總壓力為P1，那么混合氣體中R11的分壓為：

2.2.2.2 壓縮過程分析與計算

由壓縮機將混合氣體由儲氣壓力P1，加壓至壓縮輸出壓力P2。選擇輸出壓力P2時，應考慮保證發泡劑組分在加壓后能達到適當溫度下的飽和壓力。若經絕熱壓縮后組分R11的分壓為：P2-R11=rR11P2，則混合氣體的總壓應該達到：

（1）參與壓縮的空氣，設壓縮前的空氣溫度T1、壓力為 P1-空氣，壓縮終了空氣理論溫度 T2-空氣、壓力為 P2-空氣，ra為空氣的比熱比，壓縮過程視為絕熱壓縮，則壓縮終了空氣溫度：

設空氣的定壓比熱為cP-空氣，壓縮過程中消耗的軸功為w空氣壓縮，則有：

（2）參與壓縮的R11發泡劑

設壓縮前的發泡劑組分溫度T1、壓力為P1-R11，壓縮終了發泡劑理論溫度T2-R11、壓力為P2-R11，rR11為比熱比，壓縮過程視為絕熱壓縮，則壓縮終了R11溫度：

設R11的定壓比熱為cP-R11，壓縮過程中消耗的軸功為 wR11壓縮，則有：

2.2.2.3 冷凝過程分析與計算

（1）發泡劑冷凝

第一階段由壓縮終了溫度降至壓焓圖上設定的冷凝等壓線溫度，此時放熱：

這一熱值可以從R11的壓焓圖上直接讀出[5，9]。

（2）發泡劑冷凝過程中的空氣冷卻

隨著發泡劑與冷卻介質交換熱量，被壓縮的空氣也同時被冷卻，冷卻放熱：

2.2.3 聚氨酯硬泡沫粉末的再成型利用

已有研究探索將片或塊狀的廢棄聚氨酯硬泡沫膠結成更大的塊狀材料，但其方法實際應用困難較大。筆者經過探索，借鑒聚氨酯軟泡沫的成型工藝，將分離發泡劑之后的聚氨酯碎屑重新發泡粘接形成新的聚氨酯泡沫材料，并取得初步成功，為利用聚氨酯硬泡沫碎屑生產絕熱泡沫型材提供了重要技術支持。

主要工藝過程包括將攪拌均勻的混合物料定量注入金屬模中，在一定溫度下發泡，經過一定時間的預熟化后脫模，再經后熟化即可得到新的泡沫塑料。這樣，混合物經過了乳化、起發、膠化、固化等幾個階段，舊的泡沫塑料粉料固結在新泡沫塑料之中，形成新的泡沫塑料。箱內發泡法的特點是可制造尺寸標準、形狀復雜的產品，物料損失少，添加泡沫塑料粉料也較為方便。

3 社會效益和經濟效益分析

該處理技術對制冷劑的回收和絕熱泡沫中的分離回收都是工藝重點。應用該技術不僅可以很好地解決報廢電冰箱所含氟利昂對于環境的危害，而且也有可觀的經濟與社會效益。根據現行廢舊原材料的市場價格，保守計算，拆解10萬臺容積為160L的廢電冰箱，制冷劑循環管路為紫銅管時，獲得的材料價值約為2065.84萬元，制冷劑循環管路為鋼管時，獲得的材料價值約為1504.84萬元[4]。如果設計拆解工廠的定員為50～60人，處理量為10萬臺/年，而10萬臺基本上相當于百萬人口城市每年報廢的電冰箱數量。因此，推廣應用該技術具有良好的經濟與社會效益。

4 結論

綜上所述，結合中國國情，出于社會可持續發展的要求，無害化處理和資源化利用是報廢電冰箱進行處理的最佳選擇。處理工藝在滿足環境保護要求的基礎上，應盡可能提高拆解材料的利用價值，降低設備造價和處理能耗，同時要保證拆解材料易于分選，這樣才能保證整個處理系統具有較低的運行成本，所研究的處理技術完全滿足這樣的要求。報廢電冰箱處理項目的實際實施，應按照供應鏈管理的模式進行，上游要建立合理、有效和經濟的回收渠道，中游要實現規模化處理，下游要發展利用回收材料的產業，只有這樣才能將廢舊冰箱回收處理事業納入健康發展的軌道。

[1] 劉小麗.中國主要電子廢物產生量估算[J].中國人口資源與環境，2005，15(5)：113-117.

[2] 張友良，田 暉.國外廢家電回收利用現狀及進展[J].家用電器科技，1999(6)：27-28.

[3] 瑞典德國廢舊家電回收利用體系考察報(新華網)[EB/OL].[EB/OL].http：//www.sx.xinhuanet.com/qyzx/2004-03/31/content_1883501.htm.

[4] 胡 彪，李 健.基于國情的廢電冰箱資源化利用和無害化處理方法[J].中國資源綜合利用，2007，25(1)：18-22.

[5]胡 彪，李 健.R11發泡的聚氨酯硬泡沫廢棄物環保處理工藝[J].中國資源綜合利用，2007，25(6)：17-21.

[6] 胡 彪，李 健.聚氨酯硬泡沫廢棄物無害化處理方法：中國，200710056468.2[P].2007-01-16.

[7] 胡 彪，李 健.聚氨酯泡沫刷式粉碎機：中國，200710056467.8[P].2007-01-16.

[8] 廉樂明.工程熱力學[M].北京：中國建筑工業出版社，1999：4，196-199.

[9] M J Skovrup，H J H Knudsen，H V Holrn.Refrigeration utilities Version 1.21[CP].Dep.Of Energy Engineering，DTU，1998.

An environment friendly treating process on waste refrigerators

HU Biao，XIONG Yinghan，YANG Sanbian
（Institute of Circular Economy，Tianjin University of Technology,Tianjin 300191,China）

A treating process on waste refrigerators is introduced.Firstly,waste refrigerators are disassembled.This procedure includes refrigerants recycling;dismantling the compressor,radiator and evaporator;dismantling the steel shell,inner pot and bushing of the tank and door;peeling off the foam insulation.Then the disassembled materials are further treated:steel plates and tubes are recycled after being planished or slittered;bushing of the tank and door are crumbled and recycled as injection moulding material;compressor is tested and repaired or utilized as smelting material for metallurgical industry.PU foam could be recycled after removing R-11,and the process includes comminuting the foam,vaporizing the R-11 vesicant,dealing with the mixed gas which consists of gathering,removing dust,storing,compressing,condensing,throttling,as well as separating air from R-11 vesicant.The parameters of this process involve thermodynamic calculation,such as heat absorption in R-11evaporation,power consumption in gas compression,heat dissipation in condensation,etc..It also demonstrated the re-molding technology of PU rigid foam debris with foam cementing method.This process is a proper way to treat waste refrigerators under the current situation for efficient utilization,easy sorting,low power consumption and facility cost.

waste refrigerator;waste home appliance;recycling;waste polyurethane rigid foam

X705

A

1674-0912（2010）01-0035-04

2009-11-18）