报废电冰箱的环保处理技术

胡 彪，熊英汉，杨三变

（天津理工大学循环经济研究院，天津300191）

报废电冰箱的环保处理技术

胡 彪，熊英汉，杨三变

（天津理工大学循环经济研究院，天津300191）

介绍一种处理报废电冰箱的技术。首先对报废电冰箱进行分解，包括制冷剂回收、压缩机拆卸、散热系统和蒸发系统拆卸、箱体箱门钢板拆卸、箱体内胆拆卸、门衬拆卸和绝热泡沫剥离等。然后对于拆出的材料作进一步处理，钢板、管材经平整或矫直裁剪之后作为旧板材或旧管材；内胆和门衬破碎后作为注塑材料使用；压缩机组经专业检测、修复再利用或作为冶金炉料使用。聚氨酯泡沫需经分离回收R11处理，处理工艺路线包括泡沫粉碎、发泡剂蒸发、混合气收集、除尘、储气、压缩、冷凝、节流以及发泡剂与空气的分离；工艺参数涉及主要工艺环节的热力学计算，包括破碎后的泡沫中的R11发泡剂的蒸发吸热、混合气压缩功耗、冷凝过程的散热。同时还介绍了应用发泡胶接法的聚氨酯硬泡沫碎屑再成型技术。采用该工艺处理报废电冰箱，具有拆解物利用价值高、处理过程能耗低、便于分拣、设备造价低等优点，适合我国国情。

报废电冰箱；废家电；资源化；聚氨酯硬泡沫废弃物

报废电冰箱是对环境有害的固体废弃物。电冰箱的制冷系统和绝热材料中含有使地球臭氧层变薄的氟利昂，包括R12制冷剂和聚氨酯硬泡沫绝热材料中的发泡剂R11。另外，电冰箱结构中所含的各类材料都是宝贵的原材料。有专家预测，从2006年之后，全国每年约有1 000多万台废弃冰箱产生，每年至少要产生50万t以上的废物，数量十分可观[1]。从社会可持续发展的角度看，报废后的电冰箱要做环保处理，必须要将所含的氟利昂进行分离与回收，同时所含的资源也必须得到再利用。报废电冰箱的处理必须兼顾环境保护和资源化利用。报废电冰箱环保利用的关键之一是处理技术，国内在这方面正处于起步阶段，结合国外的做法和作者的研究成果，提出一种报废电冰箱环保处理利用技术。

1 国内外废弃电冰箱处理技术现状

发达国家家庭电器化实现时间较早，对于报废电冰箱处理涉及很早，目前有较好的解决办法。发达国家的处理方法主要受政府法律、技术经济发展水平、资源供应等因素的影响。德国和日本的处理方法，在发达国家中具有代表性。

德国的基本做法是在抽取机油、制冷剂之后，在封闭空间内整机粉碎，收集发泡剂，将碎块根据材料性质分类，作为原材料再使用[2，3]。粉碎处理工艺最主要的问题是粉碎能耗太高，粉碎后各种材料的混杂造成分选困难，材料利用价值低，设备购置费用高。

日本资源贫乏，2001年4月1日开始实行《废旧家电回收法》，规定电器制造商和进口商对电冰箱、电视机、洗衣机、房间空调器4种电器有回收和实施再商品化的义务，即必须按一定比例从废家电中回收有用的资源并再次制成产品出售[2，3]。日本的基本做法是以拆解为主，将可以直接使用或修复的零部件进行利用，可以利用的部件包括压缩机、润滑剂、制冷剂等，其他的进行无害化或资源化处理。

我国报废电冰箱处理处于起步阶段。除国家发改委确定的废家电处理示范企业外，国家还以不同形式建立基金，资助多家高等院校、研究院所从事相关的研究。除此之外，国内有些机构已经开始研究处理工艺与技术开发，在探索适合国情的处理技术方面取得了一些阶段性成果[4，5]。

2 基于国情的报废电冰箱环保处理技术

我国的社会主义市场经济仍处于探索发展阶段，国情有别于发达国家。我国的基本情况是，各类资源的人均占有率位于全球平均水平以下，许多能源和原材料需要进口，各项事业的建设资金也不宽裕，但是我拥有丰富劳动力资源和较低劳动力成本。报废电冰箱处理方法必须要结合中国国情。

2.1 报废电冰箱处理技术的原则与工艺路线

2.1.1 报废电冰箱处理技术的原则

在调研和拆解实验的基础上，提出符合我国国情的4条基本原则。

（1）整机处理工艺要结合冰箱的结构特点，拆解与粉碎相结合，整个处理过程必须满足环保要求。

（2）为了提高材料的利用价值，保证易于分拣，尽可能采用拆解方式，只对必须采用粉碎的部分采用粉碎处理。

（3）拆解处理系统必须适应批量和品种变化的柔性要求。

（4）规划的拆解生产线，既能满足生产的效率和环保要求，又要追求较低的设备投入，同时能耗要尽可能低。

2.1.2 拆解与破碎处理相结合的工艺路线

整机分步拆解工艺路线如图1所示，主要部件——箱体的拆解工艺路线如图2所示。

图1 整机拆解工艺路线

图2 箱体拆解工艺路线

针对不同的拆解部分，采取相应的处理方法。钢板经平板、裁切、表面处理后变为板材以供他用；压缩机组可以拆解成冶金炉料，也可以经处理后再利用；箱体内衬粉碎造粒作为注塑原材料；拆出的聚氨酯绝热泡沫再做进一步的环保处理；其他金属材料作为冶金原料使用；无用可燃物焚烧处理；不可燃物作无害化填埋。

2.2 聚氨酯硬泡沫的环保处理技术

电冰箱绝热泡沫中的发泡剂对环境有严重污染，处理难度大，需进行专门处理。在研究的基础上，提出一种兼顾环境保护和资源利用的处理技术[5，6]。应用该技术，在分离发泡剂之后，泡沫粉末可用作其他用途的保温材料。

2.2.1 环保处理工艺

该技术的环保处理工艺如图3所示。R11发泡剂以高度弥散的形式分布在硬泡沫的孔穴内，应采取破碎的方式击碎孔穴，使发泡剂释放。粉碎的粒度越细越有利于发泡剂的排除，粉碎粒度可以结合后续的利用方式予以确定，泡沫的粉碎可以使用刷式粉碎机[7]。泡沫粉末中的发泡剂通过蒸馏方法分离，最后再经过压缩液化的方法分离回收发泡剂R11。

图3 R11发泡的聚氨酯硬泡沫废弃物环保处理工艺

2.2.2 发泡剂分离的热力学分析与计算

回收过程中收集到的空气和发泡剂混合气体一同参与压缩。压缩与分离过程中的主要工艺参数可以应用热力学理论计算[5，8]。热力学分析计算是分离系统设计的理论基础，应用这一理论对10万台/年报废电冰箱绝热泡沫的处理生产线进行了规划设计[5]。

2.2.2.1 发泡剂蒸发与集气过程分析

R11的沸点23.7℃，发泡剂的蒸发过程处于集气抽气机的作用下，只要充分吸热，发泡剂可以完全蒸发。若用r表示汽化潜热，蒸发质量为m的R11发泡剂吸收的热量：

收集到的气体是空气与发泡剂的混合气体。设发泡剂R11占混合气体总体积的比例为rR11,混合气体的总压力为P1，那么混合气体中R11的分压为：

2.2.2.2 压缩过程分析与计算

由压缩机将混合气体由储气压力P1，加压至压缩输出压力P2。选择输出压力P2时，应考虑保证发泡剂组分在加压后能达到适当温度下的饱和压力。若经绝热压缩后组分R11的分压为：P2-R11=rR11P2，则混合气体的总压应该达到：

（1）参与压缩的空气，设压缩前的空气温度T1、压力为 P1-空气，压缩终了空气理论温度 T2-空气、压力为 P2-空气，ra为空气的比热比，压缩过程视为绝热压缩，则压缩终了空气温度：

设空气的定压比热为cP-空气，压缩过程中消耗的轴功为w空气压缩，则有：

（2）参与压缩的R11发泡剂

设压缩前的发泡剂组分温度T1、压力为P1-R11，压缩终了发泡剂理论温度T2-R11、压力为P2-R11，rR11为比热比，压缩过程视为绝热压缩，则压缩终了R11温度：

设R11的定压比热为cP-R11，压缩过程中消耗的轴功为 wR11压缩，则有：

2.2.2.3 冷凝过程分析与计算

（1）发泡剂冷凝

第一阶段由压缩终了温度降至压焓图上设定的冷凝等压线温度，此时放热：

这一热值可以从R11的压焓图上直接读出[5，9]。

（2）发泡剂冷凝过程中的空气冷却

随着发泡剂与冷却介质交换热量，被压缩的空气也同时被冷却，冷却放热：

2.2.3 聚氨酯硬泡沫粉末的再成型利用

已有研究探索将片或块状的废弃聚氨酯硬泡沫胶结成更大的块状材料，但其方法实际应用困难较大。笔者经过探索，借鉴聚氨酯软泡沫的成型工艺，将分离发泡剂之后的聚氨酯碎屑重新发泡粘接形成新的聚氨酯泡沫材料，并取得初步成功，为利用聚氨酯硬泡沫碎屑生产绝热泡沫型材提供了重要技术支持。

主要工艺过程包括将搅拌均匀的混合物料定量注入金属模中，在一定温度下发泡，经过一定时间的预熟化后脱模，再经后熟化即可得到新的泡沫塑料。这样，混合物经过了乳化、起发、胶化、固化等几个阶段，旧的泡沫塑料粉料固结在新泡沫塑料之中，形成新的泡沫塑料。箱内发泡法的特点是可制造尺寸标准、形状复杂的产品，物料损失少，添加泡沫塑料粉料也较为方便。

3 社会效益和经济效益分析

该处理技术对制冷剂的回收和绝热泡沫中的分离回收都是工艺重点。应用该技术不仅可以很好地解决报废电冰箱所含氟利昂对于环境的危害，而且也有可观的经济与社会效益。根据现行废旧原材料的市场价格，保守计算，拆解10万台容积为160L的废电冰箱，制冷剂循环管路为紫铜管时，获得的材料价值约为2065.84万元，制冷剂循环管路为钢管时，获得的材料价值约为1504.84万元[4]。如果设计拆解工厂的定员为50～60人，处理量为10万台/年，而10万台基本上相当于百万人口城市每年报废的电冰箱数量。因此，推广应用该技术具有良好的经济与社会效益。

4 结论

综上所述，结合中国国情，出于社会可持续发展的要求，无害化处理和资源化利用是报废电冰箱进行处理的最佳选择。处理工艺在满足环境保护要求的基础上，应尽可能提高拆解材料的利用价值，降低设备造价和处理能耗，同时要保证拆解材料易于分选，这样才能保证整个处理系统具有较低的运行成本，所研究的处理技术完全满足这样的要求。报废电冰箱处理项目的实际实施，应按照供应链管理的模式进行，上游要建立合理、有效和经济的回收渠道，中游要实现规模化处理，下游要发展利用回收材料的产业，只有这样才能将废旧冰箱回收处理事业纳入健康发展的轨道。

[1] 刘小丽.中国主要电子废物产生量估算[J].中国人口资源与环境，2005，15(5)：113-117.

[2] 张友良，田 晖.国外废家电回收利用现状及进展[J].家用电器科技，1999(6)：27-28.

[3] 瑞典德国废旧家电回收利用体系考察报(新华网)[EB/OL].[EB/OL].http：//www.sx.xinhuanet.com/qyzx/2004-03/31/content_1883501.htm.

[4] 胡 彪，李 健.基于国情的废电冰箱资源化利用和无害化处理方法[J].中国资源综合利用，2007，25(1)：18-22.

[5]胡 彪，李 健.R11发泡的聚氨酯硬泡沫废弃物环保处理工艺[J].中国资源综合利用，2007，25(6)：17-21.

[6] 胡 彪，李 健.聚氨酯硬泡沫废弃物无害化处理方法：中国，200710056468.2[P].2007-01-16.

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

[8] 廉乐明.工程热力学[M].北京：中国建筑工业出版社，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）