一种热转化回收废旧风机叶片玻璃纤维的装置及方法

1.本技术涉及有机固废热解技术领域，尤其涉及一种热转化回收废旧风机叶片玻璃纤维的装置及方法。


背景技术：

2.清洁可再生的风力发电技术经过十多年的高速发展已成为我国最成熟的发电技术之一。风电机组1mw的装机容量约需要消耗9.6吨的风机叶片材料，而风机叶片的寿命在20～25年左右，也就意味着我国在未来5～10年将会产生大量的废旧风机叶片，带来环境保护和资源利用的双重挑战。
3.废旧风机叶片主要是由有机树脂基体和无机玻璃纤维组成的热固性复合材料，树脂基体和玻璃纤维的特性存在较大差异。故现有的机械破碎、填埋、焚烧等复合材料处理回收方案都存在工艺复杂、资源浪费和二次污染等问题。热解法则将树脂基体转化为热解气、热解油和残炭与玻璃纤维分离以针对二者的特性分别加以利用，该方法还具备工程设施完备、技术成熟和可工业化的优势，是废旧风机叶片回收与资源化利用的有效途径，但在工艺优化、能耗降低、污染减少和产物资源化利用等方面还需要进一步探索和提升。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种热转化回收废旧风机叶片玻璃纤维的装置及方法，其技术目的是解决现有热回收方案中不能连续进料、能耗高和产物应用降级的技术问题。
5.本技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
6.一种热转化回收废旧风机叶片玻璃纤维的装置，包括热解单元、残炭氧化单元、集油洗气单元、无机固体收集单元、风力分选器；
7.所述热解单元包括进料斗、惰性气体入口、热解油气出口和热解固体出口；
8.所述残炭氧化单元包括氧化气体入口、烟气出口、无机固体出口和热解固体入口；
9.所述集油洗气单元包括集油冷肼、换热器和洗气室，集油冷肼和换热器均与洗气室连接；
10.所述无机固体收集单元包括进气口、出气口、无机固体入口、出料口和储料罐；
11.惰性气体入口与换热器连接，热解油气出口与集油冷肼连接，热解固体出口与残炭氧化单元的热解固体入口连接；
12.氧化气体入口与无机固体收集单元的出气口连接，烟气出口与换热器连接，无机固体出口与无机固体收集单元的无机固体入口连接，出料口与储料罐连接；
13.储料罐内收集的无机固体被送入风力分选器。
14.进一步地，所述集油冷肼包括热解油气入口和热解气出口，热解油气入口与热解单元的热解油气出口连接，热解气出口与洗气室连接，热解油在冷肼中冷凝；
15.所述换热器包括第一入口、烟气入口、惰性气体出口和第一出口，第一入口用于通入惰性气体，烟气入口与残炭氧化单元的烟气出口连接，惰性气体出口与热解单元的惰性
气体入口连接，第一出口与洗气室连接。
16.进一步地，所述热解单元、残炭氧化单元和无机固体收集单元中均设有由电机驱动的不间断顺时针旋转的螺旋绞龙。
17.进一步地，所述热解固体出口与残炭氧化单元的热解固体入口通过法兰连接；无机固体出口与无机固体收集单元的无机固体入口通过法兰连接；所述进料斗底部设有电动阀，废旧风机叶片热解过程中所述电动阀保持开启，以不间断向所述热解单元送料。
18.进一步地，所述集油冷肼包括至少两个串联的盛有有机溶剂的冷肼；所述洗气室包括至少三个串联的脱油、脱硝和除溴单元。
19.进一步地，所述无机固体收集单元包括内筒和套设在所述内筒外部的外筒，无机固体入口和出料口均设在所述内筒上，进气口和出气口均设在所述外筒上；
20.一种热转化回收废旧风机叶片玻璃纤维的方法，包括：
21.热解前将废旧风机叶片切割为风机叶片颗粒，用去离子水洗去风机叶片颗粒表面杂质并鼓风干燥后送入进料斗；
22.待热解单元温度升至目标温度开启电动阀，以不间断送料进入热解单元进行快速热解，得到热解固体和热解油气；热解油气被送入集油冷肼，热解油在集油冷肼被冷凝，热解气逸出至洗气室处理达标后排放；
23.所述热解固体被电机驱动的螺旋绞龙送入残炭氧化单元并在氧化气氛下发生氧化反应，所述热解固体中的残炭完全氧化生成烟气并与无机固体分离；所述烟气经换热器与惰性气体换热后被送入洗气室处理达标后排放；
24.所述无机固体被电机驱动的螺旋绞龙送入无机固体收集单元并与氧化气体换热后被储料罐收集，热解结束后被送入所述风力分选器分选以回收干净的再生玻璃纤维；其中，所述无机固体包括玻璃纤维和无机灰渣。
25.进一步地，所述风机叶片颗粒为边长0.5～1.5cm的正方形颗粒，所述鼓风干燥的温度为25～50℃，干燥时间为5～6h。
26.进一步地，所述快速热解的气氛为惰性气氛，目标温度为400～600℃，停留时间为15～30min。
27.进一步地，所述氧化反应目标温度为300～500℃，停留时间为60～120min。
28.本技术的有益效果在于：
29.(1)本技术采用螺旋绞龙推料并调控快速热解氧化过程的反应参数(气氛、温度、时间)，实现连续进料条件下废旧风机叶片树脂基体和玻璃纤维的彻底分离，并回收干净的玻璃纤维，设定的反应参数可结合现有工业设施作为废旧风机叶片热回收工艺优化的基础数据。
30.(2)本技术通过低温热解和氧化使风机叶片树脂基完全分解，快速热解温度为400～600℃，氧化反应温度为300℃～500℃，较传统高温热解(≥850℃)的能耗降低，并减少高温对玻璃纤维的损伤，提升回收玻璃纤维的价值。
31.(3)本技术利用无机固体预热氧化气体，烟气预热惰性气体，实现余热回收以降低装置能耗；设置洗气室将气体处理达标后再排放以减少二次污染。
32.(4)本技术装置尺寸较小，结构简单，可作为移动装置进行使用，以应对废旧风机叶片尺寸大难以运输的困难，降低原料运输成本。
附图说明
33.图1为本技术所述装置的示意图；
34.图2为本技术实施例快速热解400℃下的热解固体示意图；
35.图3为本技术实施例氧化反应400℃下的无机固体示意图；
36.图中：1-热解单元；2-残炭氧化单元；3-集油洗气单元；4-无机固体收集单元；5-风力分选器；6-进料斗；7-惰性气体入口；8-热解油气出口；9-热解固体出口；10-氧化气体入口；11-烟气出口；12-无机固体出口；13-集油冷肼；14-换热器；15-洗气室；16-电机；17-电动阀；18-储料罐；19-进气口；20-出气口；21-热解固体入口；22-无机固体入口；23-出料口；24-热解油气入口；25-烟气入口；26-惰性气体出口；27-内筒；28-外筒；29-螺旋绞龙。
具体实施方式
37.下面将结合附图对本技术技术方案进行详细说明。
38.如图1所示，本技术所述的热转化回收废旧风机叶片玻璃纤维的装置包括热解单元1、残炭氧化单元2、集油洗气单元3、无机固体收集单元4和风力分选器5。
39.热解单元1使废旧风机叶片在惰性气氛下热分解，其结构包括进料斗6、惰性气体入口7、热解油气出口8和热解固体出口9，其中热解固体出口9通过法兰和残炭氧化单元2的热解固体入口21相连，热解油气出口8与集油冷肼13的热解油气入口24连接，惰性气体入口7与换热器14的惰性气体出口26连接。其中，进料斗6底部设有电动阀17，废旧风机叶片热解过程中电动阀17保持开启，不间断向热解单元1送料。惰性气氛包括但不限于氮气、氩气、氦气中一种或几种的组合，本实施例中选用氮气。
40.残炭氧化单元2在氧化气氛下将热解固体中的残炭完全氧化生成烟气以获得干净的玻璃纤维，其结构包括氧化气体入口10、烟气出口11、无机固体出口12和热解固体入口21。氧化气氛包括但不限于空气或氧气，本实施例中选用空气。氧化气体入口10与无机固体收集单元4的出气口20连接；烟气出口11和换热器14的烟气入口25连接；无机固体出口12与无机固体收集单元4的无机固体入口22连接。
41.集油洗气单元3用于收集热解油、回收余热并洗气处理达标排放，其结构包括与热解油气出口8相连的集油冷肼13，与烟气出口11相连的换热器14，以及洗气室15。
42.集油冷肼13包括热解油气入口24和热解气出口，热解油气入口24与热解单元1的热解油气出口8连接，热解气出口与洗气室15连接，热解油在冷肼中冷凝。
43.换热器14包括第一入口、烟气入口25、惰性气体出口26和第一出口，第一入口用于通入惰性气体，烟气入口25与残炭氧化单元2的烟气出口11连接，惰性气体出口26与热解单元1的惰性气体入口7连接，第一出口与洗气室15连接。
44.其中，集油冷肼13用冷却水使热解油冷凝并用有机溶剂吸收热解油，其结构包括至少两个串联的盛有有机溶剂的冷肼；换热器14利用烟气预热惰性气体，预热后的惰性气体被送入热解单元1保持稳定惰性气氛；洗气室15用于将热解气与烟气处理达标排放，其结构包括至少三个串联的脱油、脱硝和除溴单元。有机溶剂包括但不限于无水乙醇或甲醇，本实施例选用无水乙醇；脱油剂包括但不限于无水乙醇，脱硝剂包括但不限于氨水或尿素溶液，除溴剂包括但不限于氢氧化钠溶液，本实施例依次选用无水乙醇、5wt.％的氨水、5wt.％的氢氧化钠溶液。
45.无机固体收集单元4，用于收集无机固体并预热氧化气体，将预热后的氧化气体送入残炭氧化单元2保持稳定氧化气氛。其中，无机固体收集单元4包括内筒27以及和套设在内筒27外部的外筒28，无机固体入口22和出料口23均设在所述内筒27上；进气口19和出气口20均设在所述外筒28上，内筒27流通废旧风机叶片经热解氧化剩余的无机固体，内筒27与外筒28之间形成氧化气体的流动通道，氧化气体从进气口19被通入，经无机固体预热后由出气口20送出至氧化气体入口10，无机固体与氧化气体逆流流动；无机固体被储料罐18收集，热解结束后被送入风力分选器5分选得到干净的再生玻璃纤维。
46.无机固体收集单元4包括进气口19、出气口20、无机固体入口22和固体出口23；出料口23与储料罐18的入口连接，储料罐18的出口与风力分选器5的入口连接。
47.热解单元1、残炭氧化单元2和无机固体收集单元4中均设有由电机16驱动的不间断顺时针旋转的螺旋绞龙29，通过调节电机16的转速控制物料在单元内的停留时间。
48.本实施例的一种热转化回收废旧风机叶片玻璃纤维的方法，包括以下步骤，热解前将废旧风机叶片切割为边长0.5～1.5cm正方形风机叶片颗粒，用去离子水洗去颗粒表面杂质并鼓风干燥，干燥温度为30℃，干燥时间为6h，而后将风机叶片颗粒送入进料斗6。待热解单元1温度升至目标温度开启电动阀17，不间断送料进入热解单元1进行快速热解，得到热解固体和热解油和热解气。热解油和热解被送入集油冷肼13，热解油在集油冷肼13中被冷凝，热解气逸出至洗气室15依次经过无水乙醇、5wt.％的氨水、5wt.％的氢氧化钠溶液洗气达标后排放。本实施例中快速热解目标温度为400℃，停留时间30min，获得如图2所示的热解固体。
49.热解固体被电机16驱动的螺旋绞龙29送入残炭氧化单元2在空气气氛下发生氧化反应，热解固体中的残炭完全氧化生成烟气并与无机固体分离；烟气经换热器14与惰性气体换热后，被送入洗气室15处理达标后排放。本实施例中氧化目标温度为400℃，停留时间30min，获得如图3所示的无机固体。
50.无机固体被电机16驱动的螺旋绞龙29送入无机固体收集单元4与氧化气体换热后被储料罐18收集，收集的无机固体主要包括玻璃纤维和无机灰渣，热解结束后无机固体被送入风力分选器5分选回收干净的再生玻璃纤维。
51.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。