退役叶片等热固性纤维复合材料处理装备研究

退役叶片等热固性纤维复合材料处理装备研究

徐照新

（中车山东风电有限公司  研究院，济南  250000）

摘  要：针对退役叶片等热固性复合材料，提出一套切实可行的移动式处理装备设计方案，可以解决当前退役叶片分布区域广、存放位置分散、单一区域退役量不足以支撑处置中心建设等难题，使用移动式叶片处理装备还具有投入少、产出高、盈利快，不受地域限制，实现快速部署等特点。

关键词：退役叶片；热固性纤维复合材料；固废；移动式处理装备

0 引言

实现“碳达峰、碳中和”是贯彻新能源发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展的内在要求，是党中央统筹国内、国际两个大局作出的重大战略部署[1]。在“碳达峰、碳中和”的战略目标下，国家高度重视废弃物污染环境防治工作。复合材料因其不可自然降解的特性，被业内认为是“千年不腐、万年不化”的特殊材料，在过去几十年工业化进程中，已积累大量固体废物急需解决。

根据行业协会统计数据显示，我国复合材料产量已经稳居全球第一，热固性复合材料年产量在600万吨左右，占全球30%~40%，保守估计累计产量超过8000万吨。生产企业年产废量约25~30万吨，2020年累计已有约400万吨废弃物。在风力发电行业中，风电叶片和机舱罩的回收和处理已经成为行业即将面临的一个重大难题。据估算，2020年~2025年预计每年新增1.9 万吨风电叶片固废，2025年是大批量叶片退役的起点，之后每年需处理退役叶片数量快速增长，预计2030年后平均每年退役约30万吨左右。

自2020 年9月1日起施行的新《固废法》对固体废物污染环境防治进行了更为严格的规定，要求可追溯、否则将依法担责，像露天堆放、填埋等传统的处理方法被禁止，焚烧方式也存在较大的环境污染问题。

1 退役叶片等热固性纤维复合材料处理工艺路线研究

叶片是由树脂、玻璃纤维、巴沙木、结构胶等组成的热固性纤维复合材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀、不可降解等特点。叶片材料组成占比详见表1所示。

表1 叶片材料组成

目前国内外存在三种较为主流的废旧纤维复合材料回收处理工艺路线：

第一种，再利用。将叶片或其他结构复杂的大型复合材料制品进行简单分割或加工，对分割部件未丧失的性能、功能，进行再次利用[1]。例如将叶片裁切后做景观、叶根部分作为输水排污管道等。目前，通过该方法实现部分复合材料的处理，通过再加工转化成其他产品，产生新的价值，但是该方法仅能处理较小的一部分，无法大面积推广使用。

第二种，机械粉碎法。经过多级撕碎、粉碎将复合材料制成再生纤维、再生粉末等材料，通过综合利用技术和应用方向的开发，应用于抗裂砂浆、混凝土、木塑板材、塑料改性等领域[1]。该方法是目前运行成本低，最易实现产业化的回收技术。

第三种则是进行热解或化学回收，分解后再进行重新利用。其回收物价值高，但处理成本高，回收处理装备要求高，基本上采用集中式自动化生产线处理模式。

综上所述，行业内比较认可的具备产业化的回收技术是机械粉碎法。该技术路线处理成本最低、回收物价值相对较高、可实现100%回收处理，是实现循环经济的最有效、最可行的方法。

2、退役叶片回收处理所面临的难题

机械粉碎法需要将废旧叶片等复合材料就地分解、分类收集后通过专用车辆运输至处理工厂统一处理，处理工厂设有撕碎、粉碎、除尘等一系列装备组成的固定式生产线。这种模式通常会受到地域、分布等因素的限制，面临一系列难题。

第一，处理工厂（处置中心）都会有覆盖范围限制，一般来说覆盖范围为周边500公里，超出后运输成本将急剧上升。

第二，退役叶片等纤维复合材料有分布区域广、存放位置分散等特点，单一区域的退役量不足以支撑处置中心的建设和投资。

3、退役叶片等纤维复合材料移动式处理装备

移动式纤维复合材料处理装备包括移动式切割装备、移动式破碎装备等，解决了退役叶片分布区域广、存放位置分散的难题，可以在现场对叶片进行切割、粉碎，制成再生纤维，没有辐射范围的限制。

（1）移动式切割装备

针对风场的路面状况和1.5MW风机叶片的材质和结构形式，提出履带式底盘+切割锯组合的移动式高效切割装备技术方案。其切割头具有旋转功能，与切割臂配合能实现纵切和横切两种切割方式，将风电叶片切割成段或板。装备实物照片如图1所示。

图1 移动式叶片高效切割装备

底盘选用成熟的轮式挖掘机底盘，轻量化设计，整车高度和自重均满足公路运输要求，可以方便的在不同地区转运。切割锯直径1600mm，额定转速为400r/min，锯片为金刚石镶嵌结构，适合切割叶片等玻璃钢材料，耐磨性好，使用寿命长。整车的技术参数如表2所示。

表2 整车技术参数

整机作业范围图详见图2所示。

图2 作业范围图

（2）移动式破碎装备

废旧叶片经现场切割后，进入移动式叶片破碎装备进行破碎，生成再生纤维，作为添加剂添加进建筑材料或复合板材中。移动式破碎装备如图3所示。

图3 移动式叶片破碎装备

移动式叶片破碎装备集成在20英尺集装箱内，设有除尘防爆系统、火花检测系统、应急照明系统、智能控制系统等，实现对叶片的自动粉碎。装备的主要技术参数如表3所示。

表3 移动式叶片破碎装备主要技术参数

4、结论

（1）使用移动式叶片处理装备可以解决分布区域广、存放位置分散的难题，因为装备可以移动，不受地域限制，实现现场处置，所以可以根据需要快速部署到任意地点。

（2）使用移动式叶片处理装备，无需厂房投入，固定资产投入较固定式生产线低，没有辐射范围限制，可以解决单一区域退役量不足以支撑处置中心的建设投资难题。

（3）使用移动式叶片处理设备，处置成本低，投入产出比大，免去了叶片运输的费用，更容易实现盈利。

[参考文献]

1、中国物资再生协会纤维复合材料再生分会.风电叶片等复合材料固废资源化利用产业发展报告(2022)[R].中国建材工业出版社.