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淺談海上風電葉片回收方法(下)
2021-09-23
 4物理化學法
 
物理化學法集材料再循環與能量回收于一體,是處理復合材料廢棄物最徹底、最有潛力的一種方法。通常分為熱解法、化學回收法2類。其中,熱解法處理原理是:將廢棄物按處理要求進行切割,然后在無氧、缺氧或相對缺氧條件下,通過丙烷、熱解燃氣等高溫(500~1000℃)加熱作用,使其有機大分子物質分解為由烷烴烯烴及合成氣混合組成的熱解燃氣和類似原油狀的熱解燃油,并殘留纖維、填料、金屬件、焦碳等固體物。分離后的回收物均可進一步再利用。目前,轉窯、液化床熱裂解法最為有效,其中液化床法是近年來開展研究最多的一種處理方法。
 
與物理粉碎法相比,本方法中增強纖維可較大長度、較小損傷地保存下來,用途更廣;同時由于基體材料熱分解成多種相對簡單的化學物質,可同時處理幾種不同基體的復合材料廢棄物,尤其適于處理含油漆、膠粘劑等污染或含混雜纖維的熱固性復合材料部件。處理時熱解產物與熱解溫度有關,如在400~500℃時以產生燃油為主,在600~700℃時以燃氣為主。此外,當處理溫度超過490℃時,處理產生的燃氣熱能除能滿足整個后續處理繼續進行外,多余燃氣還可通過管道供鍋爐及內燃機混合使用,固體殘余物中纖維、填料可用于BMC、SMC、ZMC和熱塑性塑料等。
 
表4 物理化學法工序及簡述
 
 
此方法最后得到的裂解殘余物因纖維強度下降約15%,多用于強度要求不高的產品。
 
物理化學法可徹底處理廢棄物,并具有減容、減量、充分資源化等優點;處理時環境效益具有一定優勢,但直接替代經濟效益同樣為負,如加上熱解燃油、金屬部件等價值,則處理費用可降低。此外,如進一步改變替代用途、改進處理技術等,還可適當再降低處理費用。但在此基礎上,即使加上相關補貼和優惠政策等,其經濟效益仍可能為負。
 
5水泥制造法
 
本方法與物理化學法相似,其處理原理為:將切割成一定大小、不含金屬件的廢棄物,按一定比例與其它水泥原料混合后,送入窯爐燃燒,廢棄物中有機成分燃燒釋放出的熱能供燒結水泥使用,同時無機成分發生化學變化等成為水泥原材料而再得到利用。處理過程中葉片材料有機成分燃燒分兩個階段:一是揮發析出和燃燒階段,二是固定碳燃燒階段。總體而言,整個燃燒過程可用一級反應方程式進行描述。處理時因廢棄物及其燃燒產物在窯爐800~1500℃高溫區域長時間停留(≥50s)而實現完全處理。葉片廢棄物燃燒釋放氣體與煤燃燒情況基本相同(有毒氣體較多)。此外,本方法可作為最終處理法,處理其它方法難以處理的復雜廢棄物。
 
表5 水泥制造法工序及簡述
 
 
用水泥制造法處理葉片廢棄物時,在環境影響方面有一定優勢,而經濟效益較差。但對于風場大批量待處理廢棄物來說,本方法減量、減容徹底、污染短期且規模較小,故不失為一種有效處理方法。
 
6焚燒熱能法
 
本方法與常規直接焚燒法相比,主要區別是焚燒后熱能得以再次利用,而不是直接散失在大氣中,同時煙氣經過一定措施得以適當凈化處理。其處理原理為:將廢棄物按焚燒技術要求切割、破碎,然后送入爐內進行焚燒,釋放熱能用于鍋爐制蒸汽發電或供熱取暖、洗澡、維持溫室溫度等,并適當處理殘余物。
 
表6 焚燒熱能法工序及簡述
 
 
焚燒熱能法處理該類廢棄物,用以替代煤的環境效益、經濟效益優于替代建筑廢棄物,但經濟效益仍為負。此外,鑒于我國北方冬天較冷、地廣人稀以及風場較為集中,該處理法具一定優勢和發展潛力。但在設計時,應確保處理設備安全可靠、熱效率高、不產生公害,且能較大幅度地減輕勞動強度。
 
7各方法對比分析
 
對比分析上述6種風電葉片回收方法及其效果,我們可以得到結論如下:
 
1、深埋處理法是最早期被應用于葉片回收的方法之一。雖然成本較低且工藝簡單,但其對環境很不友好,故而歐美地區大多已經取締了這種方法。在國內,此方法依舊保有市場。考慮到國家未來發展原則,應盡快改進這一方法或是用其它方法取而代之。
 
2、重復利用法在早期并沒有大量投入使用,但隨著制造海上風電葉片的復合材料在各個領域應用的日益擴大(如汽車行業),其使用量增長速度日益增加,可預見在不久的將來,如果能夠有更為完善的產業鏈和技術,風電廢棄物重復使用處理可能會占有更為重要的位置。而隨著海上風電葉片尺寸的愈加巨大,如能剪切出大的板狀、管狀件,則可在小容器、保護性房屋等處重復使用。
 
3、物理粉碎法處理時雖然環境、經濟效益為負,但技術難度小、實用且易商業化,目前乃至今后很長一段時間內仍具有較大市場。從替代使用要求來看,本法適于處理無污染、不含夾芯材料、富含增強材料類風力發電復合材料廢棄物。
 
4、物理化學法處理時環境效益有一定優勢,但經濟效益較差。這不僅針對風電葉片的材料,即使是處理富樹脂或純樹脂類生產廢棄物,雖經濟效益改善較為明顯,但仍虧損。本法雖然基建投資少、回收利用效果好,但因處理費用高、技術難度大、對回收設備要求高等特點,致使其在類似海上風電這類低價值復合材料廢棄物處理方面依舊難以推廣和商業化。
 
5、水泥制造法在現階段處理海上風電葉片廢棄物具有較強的現實性、可操作性。同時燃燒釋放氣體因在高溫窯爐內長時間分解,故最終釋放出極微量有毒氣體,及時處理基本無二次污染。在我國當前情況下,應大力發展本法,以促進廢棄物資源化回收再利用,其后期技術研究重點在廢棄物粉碎、成分確定、燃燒配方設計三方面。
 
6、焚燒熱能法在環境效益方面有一定優勢,但經濟效益為負,同時以掩埋等方式處理殘余物還需占用土地、發生費用等。與水泥制造法相比,不僅燃燒殘余物沒得到充分利用,而且燃燒釋放的大量有毒氣體還將造成二次污染。整體而言,本法在處理不斷增多的固體廢棄物方面具有較強的適用性、現實性和靈活性,并逐漸成為處理城鎮廢棄物和能源再生的一種新趨勢。目前日本應用較廣,但因投資較大、處理設備和技術含量高、設備銹蝕嚴重、焚燒易產生二次污染等原因,進而在一定程度上限制其快速發展和推廣應用。
 
綜上,在前述6種海上風電葉片回收處理方法中,深埋處理法由于對自然環境的破壞,在各個國家都相繼被淘汰;物理化學法雖然處理最徹底,但處理費用最高、技術難度最大、經濟效益最差;其余4種方法處理成本相對較低,如加上金屬件回收價值、各種處理補貼和優惠政策等,其經濟效益或可平衡或盈余,同時易實現產業化。并且,這4種處理方法均具有處理種類多、要求低、減容、減量、資源化和保護環境、提供能源等特點,均能把大量有害廢棄物分解變成無害物質,尤其適于處理富樹脂類等富有機廢棄物。
 
結語
 
海上風電葉片回收技術依舊有很長的路要走,而最終需攻克的難關在于平衡經濟效益與可持續發展。這條道路需要海上風電技術和相關材料科學技術共同探索。風電規模愈加龐大,復合材料應用日益廣泛,只有在技術上有所革新、有所突破,才能真正適應資源困乏的處境、推行循環經濟的理念,并且為變廢為寶指明方向,為最后的資源循環利用創造條件。
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