一种退役风电叶片热解回收的装置和方法

本发明涉及叶片热解回收，具体涉及一种退役风电叶片热解回收的装置和方法。

背景技术：

1、风电叶片主要采用玻璃纤维、碳纤维增强环氧树脂复合材料制备，设计服役周期通常为20–25年。随着国内风电产业规模化发展，早期投运的大批量风电机组已陆续进入退役周期，产生海量退役风电叶片固废。该类复合材料化学稳定性强、自然降解难度大，传统填埋、焚烧处理方式不仅存在土地资源占用、有毒烟气排放、二次污染严重等环保问题，还会造成高品质玻纤、碳纤维及有机树脂资源的严重浪费，无法实现固废无害化、高值化资源化利用。

2、热解技术是目前退役风电叶片资源化回收的主流技术手段，相较于传统处理方式，可同步实现纤维基体回收与有机组分能源化利用。但现有商用热解回收装置普遍采用一体式单炉体结构，将环氧树脂无氧热解产气、纤维残炭有氧脱碳纯化两类工况属性完全不同的反应集成于同一炉膛内完成，存在根本性结构缺陷。一方面，环氧树脂热解需要低氧、密闭、温和恒温的无氧气氛，而纤维残炭脱碳需要适宜的有氧高温环境，一体式炉体无法实现两类工况的精准隔离与独立调控，极易出现氧气逆向串扰、炉膛气氛紊乱的问题，进而导致热解油气被氧化变质、热值降低，同时再生纤维表面残炭脱除不彻底，产品纯度与力学性能偏低。

3、另一方面，现有设备配套常规有轴螺旋输送结构，针对风电叶片特有的长玻纤、长碳纤维片状、块状物料，极易出现纤维缠绕、挂壁、堆积、卡堵停机等故障，设备连续运行稳定性差，难以满足规模化连续生产需求。同时，传统热解设备多采用炉内直燃式明火供热，存在炉温波动大、局部超温严重的问题，不仅易造成环氧树脂快速焦化、管路结焦堵塞，还会损伤再生纤维基体力学性能。此外，现有油气回收系统结构简单，缺乏针对性的防沉积、自清、调质结构，高温重质热解油气极易在管道、缓冲设备内固化堆积，设备长期运行故障率高、资源回收率低。

4、除此之外，传统工艺多依赖外部热源供热，无产物自产自用节能体系，整体能耗与生产成本偏高。目前，叶片预处理设备、常规成品出料设备、尾气处理设备、plc中控系统等配套设备均为行业成熟的通用设备，但仅依靠现有通用设备与传统一体式热解工艺，无法解决工况混杂、气氛串扰、长纤维卡堵、结焦堵管、能耗高、产品品质差等核心行业痛点。基于上述现有技术存在的缺陷，本发明提出一种退役风电叶片热解回收的装置及方法。

5、风电叶片多采用玻璃纤维、碳纤维增强环氧树脂复合材料制成，设计服役周期通常为20–25年，近年来大批量风电机组陆续退役，产生巨量叶片固体废弃物。叶片复合材料结构稳定、难以自然降解，传统填埋、焚烧处理方式不仅占用土地、产生有毒烟气，还会造成高品质玻纤、碳纤维资源严重浪费，无法实现固废资源化高值利用。

6、热解技术是当前退役风电叶片无害化、资源化回收的主流技术路径，现有热解回收装置普遍采用一体式单炉体结构，将环氧树脂热解、残炭脱碳等多道不同属性反应工序集成在同一炉膛内完成，存在根本性技术缺陷。首先，无氧热解需要低氧、密闭、温和恒温工况，而纤维残炭纯化需要适宜有氧高温工况，一体式炉体无法实现两种工况的精准隔离，极易发生氧气串扰、气氛紊乱，导致热解油气被氧化变质、热值下降，同时再生纤维残炭脱除不彻底、纯度偏低。其次，现有设备配套常规有轴螺旋输送结构，针对风电叶片长纤维复合材料，极易出现纤维缠绕、挂壁、堆积、卡堵停机问题，设备连续运行稳定性差，无法满足规模化量产需求。

7、同时，现有热解设备普遍采用炉内直燃式供热，炉温波动大、局部超温严重，易造成叶片环氧树脂快速结焦、管道堵塞，还会损伤纤维基体力学性能；油气回收系统结构简单，缺乏针对性的防沉积、防结焦、自清调质结构，高温重质油气极易在管道、缓冲设备内固化堆积，长期运行故障率极高。此外，传统工艺外源能耗占比高，无产物自产自用节能体系，整体能耗与生产成本偏高。

8、为此我们提供一种退役风电叶片热解回收的装置和方法解决上述问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题之一，本发明提供了一种退役风电叶片热解回收的装置和方法，解决现有一体式热解设备工况混杂、氧气串扰、长纤维缠绕卡堵、炉温波动大、能耗高、结焦堵管、再生纤维品质差的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的一种退役风电叶片热解回收的装置，包括现有成熟功能模块和改进功能模块，所述现有成熟功能模块包括叶片预处理单元、成品出料单元、尾气处理回用单元及中控调控单元，所述改进功能模块包括分体式双炉热解纯化系统、防缠绕密闭输送系统、间歇式气氛隔离密封转运系统、自产油气间接换热恒温供热系统、多级油气防堵回收调质系统；

3、所述叶片预处理单元的出料端对接防缠绕密闭输送系统的进料端，所述防缠绕密闭输送系统的出料端对接分体式双炉热解纯化系统中的无氧热解炉进料端；所述无氧热解炉的物料出料端对接间歇式气氛隔离密封转运系统进料端，所述间歇式气氛隔离密封转运系统出料端对接防缠绕密闭输送系统的中转进料端并连通有氧氧化炉；所述自产油气间接换热恒温供热系统分别闭环连通无氧热解炉、有氧氧化炉；所述多级油气防堵回收调质系统密闭对接无氧热解炉的油气出口；所述有氧氧化炉出料端对接成品出料单元；系统所有尾气排放端统一对接尾气处理回用单元，所述中控调控单元电性联动控制全系统模块。

4、作为上述方案的进一步优化，所述防缠绕密闭输送系统包括结构规格一致的前置无轴螺旋进料机和中转无轴螺旋进料机；所述无轴螺旋进料机采用全密闭卧式腔体结构。

5、作为上述方案的进一步优化，所述间歇式气氛隔离密封转运系统包括密闭中转仓、上游气动隔断阀、下游气动隔断阀、惰性气体置换管路及仓内氧含量监测探头；所述上游气动隔断阀、下游气动隔断阀采用电气互锁控制，执行一关一开的启闭逻辑，不同时开启；所述惰性气体置换管路用于置换密闭中转仓内部空气。

6、作为上述方案的进一步优化，所述分体式双炉热解纯化系统包括独立设置的无氧热解炉和有氧氧化炉，两炉体物理独立、工况互不干扰；所述无氧热解炉内部布设有多层间壁式换热盘管，炉体进料段配套旋转式物理除焦装置，无氧热解炉工作温度为350℃~400℃，炉内氧体积分数≤3vol.%；所述有氧氧化炉外壁设置全包式夹套换热腔，有氧氧化炉工作温度为450℃~530℃，炉内氧体积分数可控制在20%~35%。

7、作为上述方案的进一步优化，所述自产油气间接换热恒温供热系统包括独立燃烧炉膛、高温换热腔体、闭环导热介质换热管路及温度联动调控组件；所述独立燃烧炉膛与无氧热解炉、有氧氧化炉物理隔离，独立燃烧炉膛用于燃烧多级油气防堵回收调质系统输送的自产热解油、热解气，通过闭环导热介质换热管路以间接换热方式为双炉体恒温供热，炉内无明火、无烟气直接接触物料。

8、作为上述方案的进一步优化，所述多级油气防堵回收调质系统包括依次串联的一级冷凝装置、二级冷凝装置、热解油储罐、热解气缓冲罐及油气管道清刮装置；所述热解气缓冲罐集成外壁保温结构、震击清壁结构、物料调质喷射结构、双路输送结构及底部排污结构。

9、本发明还公开了一种退役风电叶片热解回收方法，采用一种退役风电叶片热解回收的装置，包括以下步骤：

10、s1、物料预处理：通过现有叶片预处理单元对退役风电叶片进行金属件无损拆解、定向切割、表面除尘净化，去除金属杂质与表面浮尘，规整为均匀洁净的叶片块状物料；

11、s2、密闭无氧热解：规整后的叶片物料通过防缠绕密闭输送系统匀速送入无氧热解炉，在350℃~400℃、微负压、氧体积分数≤3vol.%的低氧气氛条件下恒温热解60min~120min，使叶片环氧树脂充分热解气化为油气混合物，完整保留纤维骨架结构；

12、s3、油气分级回收与防堵调质：无氧热解炉产出的高温油气送入多级油气防堵回收调质系统，经一级冷凝、二级冷凝完成重质、轻质油品分级液化收集，热解油储存在热解油储罐内，不可冷凝热解气稳压储存于热解气缓冲罐内，通过油气管道清刮装置、缓冲罐调质自清结构避免管路与设备结焦堵塞；

13、s4、隔氧密闭转运：热解完成后的带残碳纤维物料落入间歇式气氛隔离密封转运系统的密闭中转仓，关闭上游气动隔断阀后通入惰性气体置换仓内空气，待仓内氧体积分数降至2%以下后，开启下游气动隔断阀，将物料密闭输送至后端防缠绕密闭输送系统；

14、s5、有氧脱碳纯化：带残碳纤维物料送入有氧氧化炉，在450℃~530℃、氧体积分数20%~35%的可控有氧气氛下保温氧化45min~90min，脱除纤维表面残炭与焦化杂质，得到高洁净再生纤维；

15、s6、自产油气恒温供热：将多级油气防堵回收调质系统收集的热解油、热解气输送至独立燃烧炉膛充分燃烧，通过闭环导热介质换热管路为无氧热解炉、有氧氧化炉提供稳定恒温热源，实现系统能源自给；

16、s7、尾气回用与成品出料：设备运行产生的燃烧烟气、氧化尾气统一送入尾气处理回用单元深度净化，净化后的洁净尾气部分回用于系统惰性气氛补给，剩余尾气达标超低空排放；纯化后的再生纤维经成品出料单元密闭降温、负压输送、自动化打包后完成出料。

17、本发明的一种退役风电叶片热解回收的装置和方法，具备如下有益效果：

18、本发明为适配长纤维风电叶片物料输送的创新结构，包含两台规格一致的无轴螺旋进料机，分别布置在无氧热解炉前端、转运机构后端，设备整体为全密闭卧式腔体，无中心传动轴，核心输送部件为一体式耐高温合金无轴螺旋叶片，设备采用变频调速控制，可根据炉内热解速率精准调节进料速度，匹配60min~120min物料热解时长，保证进料连续、均匀、稳定。

19、本发明是实现双炉工况独立、杜绝气氛串扰的隔断结构，布置于无氧热解炉与有氧氧化炉之间，上游气动隔断阀对接无氧热解炉出料口，下游气动隔断阀对接后端输送设备，双阀采用电气联锁控制，执行“单阀开启、双阀互锁”逻辑，无法同时开启，从源头阻断空气逆向串入无氧炉体。

20、本发明中物料热解完成后，上游隔断阀短时开启，带残炭纤维物料落入密闭中转仓后立即关闭阀门，实现炉体与中转仓隔离；随后通过惰性气体置换管路向仓内持续通入氮气等惰性气体，实时监测仓内氧含量，待氧体积分数降至2%以下，完成气氛置换净化；最后开启下游隔断阀，将物料密闭输送至下一工序。通过机械隔断、气氛置换、电气联锁三重防护，解决双炉气氛混杂难题。

21、本发明采用双炉分体独立设计，拆分传统一体式炉体的复合工序，实现工况精准匹配。

22、本发明中无氧热解炉为卧式全密闭负压炉体，内部布设多层均匀排布的间壁式换热盘管，配套旋转式物理除焦装置，可实时刮除炉内壁结焦、胶着物料，减少炉体积碳堵塞。

23、本发明为节能恒温创新供热结构，独立于双炉体设置，区别于传统炉内直燃供热模式。系统独立燃烧炉膛专门用于燃烧本装置回收的热解油、热解气，无需外接燃料，实现能源自给。燃烧产生的高温烟气集中换热，加热闭环管路内部耐高温导热介质，导热介质密闭循环分别进入双炉体换热结构，以纯间接换热方式精准供热。

24、本发明采用两级梯度冷凝结构实现油气分级回收。高温油气先经一级冷凝沉降重质油组分，再经二级冷凝深度液化轻质油组分，液态热解油分类储存，不可冷凝高热值热解气稳压储存。

25、参照后文的说明与附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式，应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制，在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。