CN113278438A - 一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理系统及方法 - Google Patents

一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理系统及方法，该方法首先将废弃的风电叶片切割成块后，采用先隔绝氧气裂解再通氧除碳的工艺，将蒸汽作为隔离保护气，防止裂解过程中破坏增强纤维的内部结构，提升回收增强纤维的强度，进而可保持增强纤维在裂解过程中较好的强度性能，裂解产物再加入微波烧结炉中，在含氧气氛下烧结除去增强纤维表面的残碳，本发明的方法将废弃风电叶片的分解过程与燃煤电厂耦合处理，提高增强纤维的回收纯净度，分离增强纤维实现废弃风电叶片回收利用。

Description

一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理系统及方法
技术领域
本发明属于工业固废无害化处理技术领域，具体涉及一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理系统及方法。
背景技术
风电作为清洁能源一直得到快速发展。风电叶片的主体材料是热固性复合材料，具备轻质高强度、耐温耐腐蚀、设计性能好等特点，一直是大型风电机组的叶片材料。到2019年年底，我国风电装机规模达到2.09亿千瓦，1KW装机容量耗用复合材料平均约为13kg，风机数量至少13万台，早期批量风电机组将面临大规模退役问题，大量报废的风电叶片作为工业固废污染环境同时造成资源浪费。
目前废弃风电叶片的处理方法有多种，包括粉碎作建筑材料、高温裂解回收纤维、溶解(超临界流体和溶剂)回收树脂和纤维、水泥制造法等，这些国内外技术都面临能耗大、处理量小、易产生二次污染等问题。
微波裂解技术是利用微波选择性对物体进行加热，无需热传导就使得物料内外部同时加热同时升温，加热均匀且速度较快，与传统加热方式相比，其能耗大大减少，约为传统加热的几分之一甚至几十分之一，节能效果显著。
废弃风电叶片回收处理一直是研究热点。例如，中国专利CN110181714A公开了一种聚合物复合材料废弃物的回收再利用方法，该专利的裂解过程是通入惰性气体或者真空度实现无氧环境，而且氧化过程中通入混合气氧含量大于21％，同时氧化时间超20min，氧含量过高和过长氧化时间导致回收率不高，回收纤维的拉伸强度下降较多；中国专利CN112024583A公开了一种废旧风电叶片回收方法，该方法抽取汽轮机中压缸蒸汽是用来加热反应釜，而非保护气，同时尾气送入火电厂SCR脱硝反应器入口，但是尾气中污染性气体难以分解，造成尾气二次污染；中国专利CN111396889A公开一种基于燃煤电厂的废弃风机叶片热解补燃系统及方法，该方法是抽取高温烟气传热实现裂解过程温度控制，同时产生的裂解气和热解油用于燃煤机组调峰控制。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理系统及方法，以解决现有技术中的回收后纤维拉伸强度不高，整个回收过程污染严重的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理方法，包括以下步骤：
步骤1，将废弃风电叶片非金属复合材料切割成块，然后加入微波气氛裂解炉中，在水蒸气环境下进行裂解，获得裂解产物；
步骤2，将裂解产物放置于微波烧结炉中，在含氧气氛下烧结，烧结后获得含有增强纤维的灰渣。
本发明的进一步改进在于：
优选的，步骤1中，裂解温度为350℃～900℃，裂解时间为5min～20min。
优选的，步骤1中，裂解过程同时会获得裂解尾气和裂解液，所述裂解尾气通向至锅炉二次风管，所述裂解液通向至锅炉的炉膛。
优选的，步骤1中，所述微波气氛裂解炉的水蒸气进汽管连通至低压缸的排气管。
优选的，步骤1中，所述烧结温度为400℃～500℃，烧结时间为1min～3min。
优选的，步骤1中，所述含氧气氛中氧含量为5％～21％。
优选的，步骤1中，所述增强纤维为玻璃纤维或者是玻璃纤维与碳纤维的混合物。
一种用于实现上述微波裂解处理方法的系统，包括微波气氛裂解炉和微波烧结炉，由微波气氛裂解炉得到的裂解产物进入至微波烧结炉。
优选的，所述微波气氛裂解炉的进气口连通至低压缸，微波气氛裂解炉的出气口连通至锅炉二次风管，微波气氛裂解炉的液体出口连通至锅炉的炉膛。
优选的，所述微波烧结炉的出气口连接至除尘器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理方法，该方法首先将废弃的风电叶片切割成块后，采用先隔绝氧气裂解再通氧除碳的工艺，将蒸汽作为隔离保护气，防止裂解过程中破坏增强纤维的内部结构，提升回收增强纤维的强度，进而可保持增强纤维在裂解过程中较好的强度性能，裂解产物再加入微波烧结炉中，在含氧气氛下烧结除去增强纤维表面的残碳，本发明的方法将废弃风电叶片的分解过程与燃煤电厂耦合处理，提高增强纤维的回收纯净度，分离增强纤维实现废弃风电叶片回收利用。与传统的热传导或自热裂解法相比，本发明采用微波加热，废弃风电叶片热源来自内部，加热裂解过程均匀、快速、温控精准、热惯性小、便于自动化和连续化生产。
进一步的，裂解尾气和裂解液进行冷却后分别收集，裂解尾气通入燃煤锅炉二次风管道进行燃烧，裂解液喷入燃煤锅炉炉膛燃烧处理，利用燃煤锅炉高温炉膛完全燃烧裂解产物。
进一步的，借助燃煤电厂低品位的蒸汽作为隔离保护气，提高蒸汽利用率。
进一步的，烧结的尾气通入锅炉尾部除尘器入口烟道，利用燃煤电厂现有的污染物处理系统保证清洁排放；最终的固体产物简单分离后即可回收增强纤维。
本发明还公开了一种微波裂解处理方法的系统，该系统包括微波气氛裂解炉和微波烧结炉，由微波气氛裂解炉得到的裂解产物进入至微波烧结炉烧结，将两个微波炉结合起来，获得裂解后的增强纤维。本发明的系统采用先隔绝氧气充分裂解，再通入氧气清除增强纤维表面的残碳，处理工艺简单、成本低，最终回收的增强纤维表面清洁、光滑、品质高。
附图说明
图1为风电叶片微波裂解处理工艺示意图。
其中，1-微波气氛裂解炉；2-微波烧结炉；3-低压缸；4-锅炉二次风管；5-锅炉；6-除尘器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明公开了一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理系统，该系统包括微波气氛裂解炉1、微波烧结炉2、低压缸3、锅炉二次风管4、锅炉5、除尘器6。微波气氛裂解炉1的进气口连通至低压缸3，微波气氛裂解炉1的出气口连接至锅炉二次风管4、微波气氛裂解炉1的液体出口连接至锅炉5的炉膛。微波烧结炉2的进气口连接至含氧混合气，所述微波烧结炉2的出气口连接至电厂除尘器6的入口烟道。所述含氧混合气由氧气和其他气体组成，以质量分数计，其中氧气的含量为5％～21％，余量为其他气体，所述其他气体为N2、CO2、或者是N2、CO2和H2O的混合气体。
基于上述系统的裂解方法为，利用高效低成本的微波加热技术处理废弃风电叶片，首先将废弃的风电叶片去除金属骨架，把复合材料切割成块，然后加入微波气氛裂解炉1中，采用先隔绝氧气裂解再通氧除碳的工艺，借助燃煤电厂低品位的蒸汽作为隔离保护气，水蒸气可保持增强纤维在裂解过程中较好的强度性能，裂解产物再加入微波烧结炉2中，在含氧气氛下烧结除去增强纤维表面的残碳，提高增强纤维的回收纯净度；裂解尾气和裂解液进行冷却后分别收集，裂解尾气通入燃煤锅炉二次风管4道进行燃烧，裂解液喷入燃煤锅炉5炉膛燃烧处理，利用燃煤锅炉5高温炉膛完全燃烧裂解产物，烧结的尾气通入锅炉5尾部除尘器入口烟道，利用燃煤电厂现有的污染物处理系统保证清洁排放；最终的固体产物简单分离后即可回收增强纤维，将废弃风电叶片的分解过程与燃煤电厂耦合处理，不仅可以实现风电叶片热量回收，洁净处理，还可以回收高品质纤维，处理成本低处理量大。本发明涉及的微波裂解电耗来自于燃煤电厂，需要的水蒸气是低品位热能，该方法极大降低了废弃风电叶片的处理成本。本发明涉及的可燃裂解液和裂解气体最终进入燃煤电厂燃烧系统，烧结尾气直接进入电厂污染物处理系统，不仅实现处理风电叶片过程中能量回收，同时实现处理过程绿色无污染。
更为具体的，本发明公开了一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理方法，包括如下步骤：
将废弃风电叶片非金属复合材料切割成块，然后加入微波气氛裂解炉1中，从燃煤电厂汽轮机低压缸3排气抽出一部分水蒸气充入裂解炉中，经350℃～900℃微波升温裂解处理5min～20min；
裂解尾气和裂解液进行冷却后分别收集，裂解尾气收集后通入燃煤锅炉二次风管4道进行燃烧处理，裂解液收集后喷入燃煤锅炉5炉膛燃烧处理；
裂解产物再加入微波烧结炉2中，通入含氧量为5％～21％气体，微波加热至400℃～500℃烧结除碳处理1min～3min，得到含有增强纤维的灰渣和烧结尾气，烧结尾气通入电厂尾部的除尘器6的入口烟道，实现洁净排放。
回收的纤维是玻璃纤维或者是玻璃纤维与碳纤维的混合物，对于回收的玻璃纤维，采用ASTM D-2343玻璃钢拉伸性能检测方法测试其强度；对于回收的碳纤维，采用GBT37794-2019碳纤维结节拉伸强度的测定检测其强度。回收强度保持率为回收纤维的拉伸强度与原始纤维的拉伸强度的比值。
下面为具体的实施例：
实施例1
将废弃的风电叶片复合材料切割成50mm*50mm小方块，加入微波气氛裂解炉1中，抽取汽轮机低压缸3出口蒸汽至裂解炉中，排出设备内部的空气，设定裂解炉加热温度500℃，加热时间控制在12min，在水蒸气保护下叶片复合材料发生裂解反应，在裂解炉出口对裂解尾气和裂解液进行冷却后分别收集，可燃裂解尾气收集后通入燃煤锅炉二次风管4道进行燃烧，裂解液喷入燃煤锅炉5炉膛燃烧处理，裂解产物冷却后进入微波烧结炉2中，通入含氧量8％混合气，设定加热温度400℃，加热时间3min，烧结尾气通入电厂中锅炉5尾部除尘器入口烟道，烧结产物增强纤维。
实施效果是废弃风电叶片的分解率为99％，回收的增强纤维是玻璃纤维，玻璃纤维的回收强度保持率为94％。
实施例2-10的处理过程与实施例1相同，处理参数与实施例1不同，回收的产物也不相同，具体的处理参数和回收效果详见表1。
表1实施例2-实施例10
Figure BDA0003093309940000071
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将废弃风电叶片非金属复合材料切割成块，然后加入微波气氛裂解炉(1)中，在水蒸气环境下进行裂解，获得裂解产物；
步骤2，将裂解产物放置于微波烧结炉(2)中，在含氧气氛下烧结，烧结后获得含有增强纤维的灰渣。
2.根据权利要求1所述的一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理方法，其特征在于，步骤1中，裂解温度为350℃～900℃，裂解时间为5min～20min。
3.根据权利要求1所述的一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理方法，其特征在于，步骤1中，裂解过程同时会获得裂解尾气和裂解液，所述裂解尾气通向至锅炉二次风管(4)，所述裂解液通向至锅炉(5)的炉膛。
4.根据权利要求1所述的一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理方法，其特征在于，步骤1中，所述微波气氛裂解炉(1)的水蒸气进汽管连通至低压缸(3)的排气管。
5.根据权利要求1所述的一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理方法，其特征在于，步骤1中，所述烧结温度为400℃～500℃，烧结时间为1min～3min。
6.根据权利要求1所述的一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理方法，其特征在于，步骤1中，所述含氧气氛中氧含量为5％～21％。
7.根据权利要求1所述的一种基于燃煤电厂的废弃风电叶片微波裂解处理方法，其特征在于，步骤1中，所述增强纤维为玻璃纤维或者是玻璃纤维与碳纤维的混合物。
8.一种用于实现权利要求1-7任意一项所述微波裂解处理方法的系统，其特征在于，包括微波气氛裂解炉(1)和微波烧结炉(2)，由微波气氛裂解炉(1)得到的裂解产物进入至微波烧结炉(2)。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述微波气氛裂解炉(1)的进气口连通至低压缸(3)，微波气氛裂解炉(1)的出气口连通至锅炉二次风管(4)，微波气氛裂解炉(1)的液体出口连通至锅炉(5)的炉膛。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述微波烧结炉(2)的出气口连接至除尘器(6)。
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