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配电变压器循环利用途径

2024-06-05 62 上传者：管理员

摘要：通过分析淘汰配电变压器的市场规模、回收拆解现状，提出将淘汰的配电变压器进行绿色拆解，分类回收的废旧物资通过绿色循环回收处理、再生等手段，变为变压器生产原材料，实现变压器全流程的绿色拆解及循环回收再利用。

关键词：
变压器
循环利用
碳中和
绿色拆解
配电变压器
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发展循环经济是我国经济社会发展的一项重大战略。“十四五”时期我国进入新发展阶段，开启全面建设社会主义现代化国家新征程。大力发展循环经济，推进资源节约集约利用，构建资源循环型产业体系和废旧物资循环利用体系，对保障国家资源安全，推动我国实现碳达峰、碳中和，促进生态文明建设具有重大意义。

根据节能与综合利用司发布的数据显示，我国在网运行的变压器约1700万台，总容量约110亿千伏安。自2015年起，工信部就已明确于2017年底基本完成S9及以下型号高耗能配电变压器的淘汰政策。2020年，三部委联合印发《变压器能效提升计划（2021-2023年）》（以下简称计划），要求到2023年，高效节能变压器在网运行比例提高10%，当年新增高效节能变压器占比达到75%以上[1]。标准实施后，原来3级能效及以下的变压器在未来几年都将逐步淘汰，市面上淘汰变压器的量会持续增加。按上述计划进行推算，2021～2023年淘汰变压器的比例为10%，则近三年电网侧淘汰的变压器数量至少为170万台，而我国变压器回收市场还处于行业发展初期，对淘汰变压器的回收拆解还未有相应的标准和规范[2]。

1、配电变压器回收利用现状

配电变压器的回收主要通过两种方式进行，一种是由电网公司在电子商务平台进行统一拍卖，一种是用户企业的小批次处理[3]。电网公司淘汰的废旧变压器由有资质的回收企业进行竞拍回收和拆解工作，不允许翻新、维修的变压器回流电网；用户企业出售的淘汰变压器，虽然原则上不允许翻新、维修后回流企业，但是依然会存在这种情况。

通过走访调研变压器回收企业发现，现阶段，我国淘汰的配电变压器拆解回收水平简单粗放，拆解技术还达不到绿色低碳、节能环保和精细化拆解水平要求，拆解物资的分区管理、分类存放存在混乱现象。拆解单位也未建立专业化、集中化和智能化的拆解流程，仅对变压器进行大部件的初步拆分、简单分类，拆解精度和深度不足，部分拆解物资进行打包销售，其作为废旧物资拍卖时回收价值不高，造成变压器拆解回收的绿色处置水平和产品附加值不高。同时，变压器拆解的各类物资存放区域漏油情况严重，环保问题突出。如图1所示。

图1 变压器拆解场地现状

从以上分析可以看出，虽然变压器的生产端和使用端都有详细的能效等级要求和淘汰政策，但是淘汰后变压器的处置，还未有相关标准，变压器拆解出的固体废弃物及危险废弃物对环境的影响很大，建立规范的变压器拆解、回收利用体系对于国内循环经济的发展有重要的意义。

2、配电变压器循环利用设计

针对淘汰的配电变压器，通过绿色拆解循环回收再利用的方式，对其进行绿色化、专业化、集中化的拆解，通过主材的再生技术重新变为变压器的生产原材料，实现变压器的绿色低碳循环回收利用。变压器绿色拆解循环利用流程如图2所示。

2.1 绿色拆解

淘汰变压器采用全过程的闭环管理，建立专门的拆解车间，将拆解后的箱体、线圈、硅钢片等物资按照“分类存放”的原则存储在暂存区，分别进行物资台账管理。对废变压器油等危废物资的回收利用，实施五联单转运移交并做好全过程监管。通过标准化拆解流程、专业化拆解装备、绿色低碳环保技术和信息化管理手段，实现废旧变压器的绿色拆解工作。绿色拆解场地布置示意图如图3所示。

图3 绿色拆解场地布置示意图

注：1.货车过磅后直接进入车间卸货，减少叉车使用次数，减少燃料使用；2.拆解区及静置滴油区设置辊道，方便场内运输；3.拆解区、静置滴油区及存放区底部设计安装吸油毡等装置，防止油污扩散；4.线圈、铁心、外壳的存放区均设置在车间厂房内，防止油污随雨水扩散，污染环境，确保环保达标；5.根据年拆解回收量大小，设置储油罐容量及存放区面积等，或者增加外壳挤压装置，减少存放区面积。

图2 变压器绿色拆解循环利用流程图

2.2 废铜回收利用

我国是一个严重缺铜的国家，铜资源自给率不足20%。使用再生铜原料，能够极大地缓解我国铜资源保有量低、长期依赖进口的问题[4]。《再生铜原料》标准中，再生铜原料99%左右分布在铜加工材、铜米、漆包线和铜线四类中，废漆包线的机体材料是优质的无氧铜或低氧铜，因此只要将废漆包铜线表面的漆膜进行脱除，其基体铜材可直接用于再生制杆。目前国内外针对漆包线脱膜技术方法主要有四种：热分解法、化学剥离法、低温冷冻法以及摩擦法[5]。本文选用热分解法，经过反射炉冶炼、通过连铸连轧法生产出合格的低氧铜杆[6]，再经过专业设备生产出可以用于变压器的漆包线，以此达到漆包线循环利用的目的，如图4所示。

图4 废铜回收利用工艺路线

2.3 废变压器油回收利用

废变压器油含有多种毒性物质，主要特性污染物为多环芳烃、苯系物及重金属，是列入《国家危险废物名录》（2021年版）的危险废物，废物代码900-220-08。由于国内目前并没有变压器油再生成熟技术和标准出台，任乔林[7]等研究通过XDK吸附剂、纳米载铜活性炭（AC-Cu(I））脱硫剂等成套设备对劣化变压器油进行循环吸附处理。本文参考废矿物油的再生工艺，先将废变压器油进入保温沉降釜蒸馏，在沉降釜内经导热油炉升温，进行保温蒸馏自然沉降；沉降后的废变压器油进入离心分离系统进行分离，分离后进入分层过滤系统，过滤后的油料即为基础油，作为润滑油原料进入油罐[8]。将废变压器油处置产生的润滑油原料按照变压器油的配方调整配比，重新加工生产成变压器油，从而实现废变压器油的绿色循环回收利用，如图5所示。

2.4 废铁心、箱体回收利用

图5 废变压器油回收利用工艺路线

非晶合金和取向硅钢是制作配电变压器铁心常用的两种软磁材料[9,10]。非晶合金材料具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、高耐蚀性、损耗密度小和高电阻率等优点，已被广泛应用于电力和电子行业。非晶合金变压器作为一种高效节能的产品，已引起了国家发展改革委和电力部门的高度重视，并正被大力推广。拆解后的废铁心和箱体，可以通过再生工艺变为非晶带材，通过初炼除油，精炼进一步去除非晶Fe-Si-B系钢水合金化过程夹杂物，继而进入非晶带材的工艺流程中，从狭小的嘴缝喷入喷嘴与冷却辊之间形成熔潭，熔潭中的熔体不断被高速旋转的冷却辊拉出形成薄膜[11]，并迅速冷却成非晶带材，喷嘴中的熔体又不断补充至熔潭中，进而实现非晶带材的连续制造，废铁心、箱体冶炼回收利用工艺流程如图6所示。

图6 废铁心、箱体冶炼回收利用工艺流程

3、碳减排效益

根据有色金属协会和再生金属分会的统计，相比于铜精矿，1t再生铜制品可节能约1054kg标煤、节水约395kg、减少固废排放约380t，减少SO2排放量0.137t。以生产一台S9/400k VA的变压器为例，其铜用量约为280t，若采用循环工艺进行漆包线的生产，与铜精矿冶炼相比每台变压器可节约能耗295.12t标煤、节水110t，减少固废排放10.64万t、减少SO2排放量38.36t，具备良好的碳减排效益。

4、结束语

通过对淘汰变压器精细化拆解，废旧物资集中回收、分类处置、循环利用，能有效提高资源的回收和再生利用率，有利于资源循环使用，减少环境污染和保护环境，是响应国家循环经济“减量化、再利用、资源化”原则的体现，对保障国家资源安全，推动实现碳达峰、碳中和，促进生态文明建设具有重大意义。

参考文献:

[1]工业和信息化部办公厅,市场监管总局办公厅,能源局综合司.关于印发《变压器能效提升计划(2021-2023年)》的通知[Z].北京,2020.

[2]郑珊珊,张凌宇.双碳目标下我国变压器回收利用市场运行管理浅析[J].电器工业,2023(2):81-88.

[3]陈代勋.浅谈废旧变压器回收模式与规范管理[J].有色设备,2021,35(5):104-107.

[4]韩知为.聚焦再生资源回收利用､探索废铜回收再生新出路[J].中国金属通报,2020(4):1-4.

[5]胡彪,冀保礼,回文龙,等.漆包线铜米介质摩擦脱膜精制的实验研究[J].有色金属工程,2018,8(6):32-35.

[6]黄崇祺.废铜､废铝在电缆工业中的优化再生制杆及利用[J].电线电缆,2011(4):5-7.

[7]任乔林,肖洒,汤迎春,等.废旧变压器油分类收集再利用技术研究[J].湖北电力,2017,41(4):20-24.

[8]陈金思,周基建,邓文展,等.废矿物油再生工程规划与设计[J].工程技术研究,2021,6(6):220-222.

[9]杨北超,范学鑫,王瑞田,等.考虑铁心非线性的三相立体卷铁心变压器建模及空载特性分析[J].电工技术学报,2022,37(9):2263-2274.