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浅谈海上风电叶片回收方法(下)

日期:2021-09-22    来源:千尧科技

国际风力发电网

2021
09/22
09:04
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关键词: 海上风电 风电叶片 风电设备回收

4物理化学法

物理化学法集材料再循环与能量回收于一体,是处理复合材料废弃物最彻底、最有潜力的一种方法。通常分为热解法、化学回收法2类。其中,热解法处理原理是:将废弃物按处理要求进行切割,然后在无氧、缺氧或相对缺氧条件下,通过丙烷、热解燃气等高温(500~1000℃)加热作用,使其有机大分子物质分解为由烷烃烯烃及合成气混合组成的热解燃气和类似原油状的热解燃油,并残留纤维、填料、金属件、焦碳等固体物。分离后的回收物均可进一步再利用。目前,转窑、液化床热裂解法最为有效,其中液化床法是近年来开展研究最多的一种处理方法。

与物理粉碎法相比,本方法中增强纤维可较大长度、较小损伤地保存下来,用途更广;同时由于基体材料热分解成多种相对简单的化学物质,可同时处理几种不同基体的复合材料废弃物,尤其适于处理含油漆、胶粘剂等污染或含混杂纤维的热固性复合材料部件。处理时热解产物与热解温度有关,如在400~500℃时以产生燃油为主,在600~700℃时以燃气为主。此外,当处理温度超过490℃时,处理产生的燃气热能除能满足整个后续处理继续进行外,多余燃气还可通过管道供锅炉及内燃机混合使用,固体残余物中纤维、填料可用于BMC、SMC、ZMC和热塑性塑料等。

表4 物理化学法工序及简述

此方法最后得到的裂解残余物因纤维强度下降约15%,多用于强度要求不高的产品。

物理化学法可彻底处理废弃物,并具有减容、减量、充分资源化等优点;处理时环境效益具有一定优势,但直接替代经济效益同样为负,如加上热解燃油、金属部件等价值,则处理费用可降低。此外,如进一步改变替代用途、改进处理技术等,还可适当再降低处理费用。但在此基础上,即使加上相关补贴和优惠政策等,其经济效益仍可能为负。

5水泥制造法

本方法与物理化学法相似,其处理原理为:将切割成一定大小、不含金属件的废弃物,按一定比例与其它水泥原料混合后,送入窑炉燃烧,废弃物中有机成分燃烧释放出的热能供烧结水泥使用,同时无机成分发生化学变化等成为水泥原材料而再得到利用。处理过程中叶片材料有机成分燃烧分两个阶段:一是挥发析出和燃烧阶段,二是固定碳燃烧阶段。总体而言,整个燃烧过程可用一级反应方程式进行描述。处理时因废弃物及其燃烧产物在窑炉800~1500℃高温区域长时间停留(≥50s)而实现完全处理。叶片废弃物燃烧释放气体与煤燃烧情况基本相同(有毒气体较多)。此外,本方法可作为最终处理法,处理其它方法难以处理的复杂废弃物。

表5 水泥制造法工序及简述

用水泥制造法处理叶片废弃物时,在环境影响方面有一定优势,而经济效益较差。但对于风场大批量待处理废弃物来说,本方法减量、减容彻底、污染短期且规模较小,故不失为一种有效处理方法。

6焚烧热能法

本方法与常规直接焚烧法相比,主要区别是焚烧后热能得以再次利用,而不是直接散失在大气中,同时烟气经过一定措施得以适当净化处理。其处理原理为:将废弃物按焚烧技术要求切割、破碎,然后送入炉内进行焚烧,释放热能用于锅炉制蒸汽发电或供热取暖、洗澡、维持温室温度等,并适当处理残余物。

表6 焚烧热能法工序及简述

焚烧热能法处理该类废弃物,用以替代煤的环境效益、经济效益优于替代建筑废弃物,但经济效益仍为负。此外,鉴于我国北方冬天较冷、地广人稀以及风场较为集中,该处理法具一定优势和发展潜力。但在设计时,应确保处理设备安全可靠、热效率高、不产生公害,且能较大幅度地减轻劳动强度。

7各方法对比分析

对比分析上述6种风电叶片回收方法及其效果,我们可以得到结论如下:

1、深埋处理法是最早期被应用于叶片回收的方法之一。虽然成本较低且工艺简单,但其对环境很不友好,故而欧美地区大多已经取缔了这种方法。在国内,此方法依旧保有市场。考虑到国家未来发展原则,应尽快改进这一方法或是用其它方法取而代之。

2、重复利用法在早期并没有大量投入使用,但随着制造海上风电叶片的复合材料在各个领域应用的日益扩大(如汽车行业),其使用量增长速度日益增加,可预见在不久的将来,如果能够有更为完善的产业链和技术,风电废弃物重复使用处理可能会占有更为重要的位置。而随着海上风电叶片尺寸的愈加巨大,如能剪切出大的板状、管状件,则可在小容器、保护性房屋等处重复使用。

3、物理粉碎法处理时虽然环境、经济效益为负,但技术难度小、实用且易商业化,目前乃至今后很长一段时间内仍具有较大市场。从替代使用要求来看,本法适于处理无污染、不含夹芯材料、富含增强材料类风力发电复合材料废弃物。

4、物理化学法处理时环境效益有一定优势,但经济效益较差。这不仅针对风电叶片的材料,即使是处理富树脂或纯树脂类生产废弃物,虽经济效益改善较为明显,但仍亏损。本法虽然基建投资少、回收利用效果好,但因处理费用高、技术难度大、对回收设备要求高等特点,致使其在类似海上风电这类低价值复合材料废弃物处理方面依旧难以推广和商业化。

5、水泥制造法在现阶段处理海上风电叶片废弃物具有较强的现实性、可操作性。同时燃烧释放气体因在高温窑炉内长时间分解,故最终释放出极微量有毒气体,及时处理基本无二次污染。在我国当前情况下,应大力发展本法,以促进废弃物资源化回收再利用,其后期技术研究重点在废弃物粉碎、成分确定、燃烧配方设计三方面。

6、焚烧热能法在环境效益方面有一定优势,但经济效益为负,同时以掩埋等方式处理残余物还需占用土地、发生费用等。与水泥制造法相比,不仅燃烧残余物没得到充分利用,而且燃烧释放的大量有毒气体还将造成二次污染。整体而言,本法在处理不断增多的固体废弃物方面具有较强的适用性、现实性和灵活性,并逐渐成为处理城镇废弃物和能源再生的一种新趋势。目前日本应用较广,但因投资较大、处理设备和技术含量高、设备锈蚀严重、焚烧易产生二次污染等原因,进而在一定程度上限制其快速发展和推广应用。

综上,在前述6种海上风电叶片回收处理方法中,深埋处理法由于对自然环境的破坏,在各个国家都相继被淘汰;物理化学法虽然处理最彻底,但处理费用最高、技术难度最大、经济效益最差;其余4种方法处理成本相对较低,如加上金属件回收价值、各种处理补贴和优惠政策等,其经济效益或可平衡或盈余,同时易实现产业化。并且,这4种处理方法均具有处理种类多、要求低、减容、减量、资源化和保护环境、提供能源等特点,均能把大量有害废弃物分解变成无害物质,尤其适于处理富树脂类等富有机废弃物。

结语

海上风电叶片回收技术依旧有很长的路要走,而最终需攻克的难关在于平衡经济效益与可持续发展。这条道路需要海上风电技术和相关材料科学技术共同探索。风电规模愈加庞大,复合材料应用日益广泛,只有在技术上有所革新、有所突破,才能真正适应资源困乏的处境、推行循环经济的理念,并且为变废为宝指明方向,为最后的资源循环利用创造条件。


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