變壓器的二次回收利用

張凌峰，吳姍姍，陸洪杰

（安徽新華學院，安徽合肥，230088）

1 系統(tǒng)設計方案

■1.1 系統(tǒng)工作原理

變壓器的二次回收系統(tǒng)主要包含重組和回收兩個部分。重組部分主要針對損毀程度不大的變壓器及其元部件，通過拋光和回爐處理后重組出全新的變壓器及其元部件；回收部分主要針對無法直接加工的變壓器及其元部件，通過粉碎、吸附和提純等工藝后，回收出新的變壓器元部件。

■1.2 重組回收部分

本回收利用體系采用的自動拋光化處理技術(shù)需要克服不同大小種類的變壓器形態(tài)各異的問題。如圖1所示，采用PLC控制系統(tǒng)，將變壓器不同面微分化處理，通過不同方向的小面積多次拋光，使得變壓器被全方位自動拋光化回收，3.7到9成新的變壓器經(jīng)拋光化處理后表面金屬層易發(fā)生內(nèi)部形變和氧化，對拋光化處理后的變壓器進行高溫回爐化的重塑技術(shù)，以對其表面金屬層進行硬度強化，最后做防氧化膜處理就可以解決各種類型的變壓器拋光后的直接回收問題。金屬提純分離過程需要高效無污染無排放的新型技術(shù)支撐，可采用基于自動化控制技術(shù)的電磁吸附、濕法提純等技術(shù)，通過PLC自動化控制電流的流向大小，進而利用電磁原理，對鐵鈷鎳等金屬成分進行高效性吸附，再與已有的濕法提純技術(shù)相結(jié)合，對不同金屬進行高效性的單質(zhì)化提純，最終可回收變壓器分解出的各類原材料。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

2 主程序設計

回收系統(tǒng)的設計如圖2所示，在變壓器進入設備后通過紅外傳感器檢測，利用機械臂將變壓器零部件破拆，通過粉碎機粉碎化處理后進入電磁吸附裝置，當電磁吸附裝置中檢測到高電位信號，傳出高電平給電磁吸附裝置，從而完成鐵鈷鎳的分離，注入溶解劑，到達80%液位后，再進行濕法煉銅，將廢液進行殘液處理，當PH達到6.5–8.5區(qū)間內(nèi)，對殘液進行排放，系統(tǒng)停止。

圖2 系統(tǒng)設計圖

3 核心技術(shù)

■3.1 拋光化處理

如圖3所示，利用PLC自動控制微分化處理，對變壓器各個方面做拋光化處理，對其表面材料做去氧化銹化處理，并運用壓力傳感器對其拋光進行可控處理，防止元器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷。PLC以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計算等操作的指令，通過數(shù)字輸入和輸出操作來控制拋光過程的各方面工藝要求，能夠準確的完成拋光工作并解決了原始技術(shù)拋光不干凈、拋光力度把控不準確等問題的出現(xiàn)。PLC控制器以掃描方式依次讀出所有輸入狀態(tài)和輸入數(shù)據(jù)，并將它們存儲在I/O映像區(qū)中的相應單元內(nèi)，隨后進入程序執(zhí)行階段，PLC控制器由上而下依次掃描用戶程序，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ|點構(gòu)成的線路進行邏輯運算，根據(jù)運算結(jié)果刷新該邏輯線圈在RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)。作為工業(yè)控制計算器，PLC控制器能編制各種各樣的控制算法程序，完成以PID調(diào)節(jié)法為主的閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠有效抑制干擾并能改善系統(tǒng)的響應特性，為進一步提高PLC控制器，還可采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)獲三CPU的表決式系統(tǒng)。利用PLC自動控制微分化處理進行拋光化處理不僅設備操作靈活方便，還能夠事先在線監(jiān)控運行過程，解放人工且生產(chǎn)節(jié)拍快、定位精度高。

圖3 控制原理圖

■3.2 電解電磁吸附

利用PLC對通電磁件做電流大小以及方向控制，對粉末中鐵鈷鎳做吸附性處理，從而實現(xiàn)鐵鈷鎳的分離。工業(yè)中通常采用電解法處理電路板，將含銅廢液中的銅離子濃度從1679 ppm處理至0.29 ppm以下，這樣COD去除率達到20 %左右。采用膜電解法則是通過離子交換膜、陶瓷膜等將電解槽隔成陽極和陰極兩室，使得電化學反應得到的產(chǎn)物不用混合的技術(shù)。離子交換膜附有選擇性離子基團，通過施加外來電場，使得含銅廢液中的各種離子能選擇性的通過，也就是陽離子交換薄膜只能讓含銅廢液中的陽離子選擇性的通過，陰離子交換膜則只能讓廢液中陰離子選擇性通過，這樣就實現(xiàn)了讓廢液中不同的金屬離子得到有效的區(qū)分。而陽極回收液更加可以再次利用，返回到工業(yè)蝕刻的程序中去，這樣就實現(xiàn)了廢液的循環(huán)使用；陰極液中的銅離子仍然可以加入Na2SO3，還原后用于制備CuCl，這樣不僅減少了對環(huán)境的污染，也使得工業(yè)生產(chǎn)的成本得以下降。

4 硬件設計

■4.1 控制回路硬件設計

如圖4所示，控制回路采用西門子s7–1200系列PLC對整套硬件進行控制，利用s7–1200系列的CPU將微處理器、集成電源、輸入和輸出電路、內(nèi)置PROFINET、高速運動控制 I/O 以及板載模擬量輸入組合到一個設計緊湊的外殼中來形成功能強大的控制器。在下載用戶程序后，CPU將包含監(jiān)控應用中的設備所需的邏輯。CPU 根據(jù)用戶程序邏輯監(jiān)視輸入并更改輸出，包含布爾邏輯、計數(shù)、定時、復雜數(shù)學運算以及與其它智能設備的通信。s7–1200系列的CPU會提供一個PROFINET端口,通過PROFINET網(wǎng)絡通信,與各硬件之間網(wǎng)絡通信通過附加模塊的PROFIBUS、GPRS、RS485或RS232網(wǎng)絡來實現(xiàn),進而實現(xiàn)通過PLC控制個硬件部分的功能。

圖4 硬件設計框架圖

■4.2 主回路硬件設計

紅外傳感器采用e3f–r2c1，有效測量兩米范圍內(nèi)的物體，當變壓器進入設備時，e3f–r2c1可瞬時感應，并發(fā)出高電平信號傳輸?shù)絇LC中，進而進行拋光環(huán)節(jié)，拋光采用無級變速型2000w拋光機，利用s7–1200PLC PID控制進行對元器件進行微分化處理，SIMATIC S7–1200 多可支持 16 個PID 控制回路，用于簡單的過程控制應用，借助 PID 控制器技術(shù)對象和工程組態(tài) SIMATIC STEP 7 Basic 中提供的支持編輯器，可輕松組態(tài)這些控制回路，另外，SIMATIC S7–1200 支持 PID 自動調(diào)整功能，可自動為節(jié)省時間、積分時間和微分時間計算佳調(diào)整值。破拆機采用雙軸800型破拆粉碎機，粉碎完成后注入溶解液，液位傳感器采用ty–902音叉液位傳感器，利用壓電組件做音叉棒的驅(qū)動以及信號反饋，使音叉棒產(chǎn)生共振，當有料位接觸音叉棒時，使音叉棒反饋回來的頻率訊號，當電路偵測到此一訊號的頻率降低時轉(zhuǎn)換成一個接點訊號的輸出到PLC中，判斷到達給定液位，進而進入濕法冶銅、酸堿中和模塊。

5 回收利用的重要性及創(chuàng)新性分析

中國是全球用電量最大的國家，也是發(fā)電量最大的國家，同時也是電網(wǎng)分布最龐大的國家，這些大環(huán)境因素決定了中國變壓器行業(yè)的繁榮，據(jù)統(tǒng)計，目前全國有一定規(guī)模的變壓器廠已有1200多家。其中能生產(chǎn)500kV變壓器的廠家已由原來的沈陽變壓器等3家發(fā)展到現(xiàn)在，新增了常州東芝變壓器等共7家企業(yè)。新的變壓器產(chǎn)生就代表有舊的變壓器要淘汰，變壓器等電子元器件如果不經(jīng)過合理的回收會造成很大的污染，變壓器等電力設備如果被填埋或者焚燒時,其中的重金屬會造成當?shù)赝寥篮偷叵滤奈廴荆袡C物經(jīng)過焚燒,釋放出的大量有害氣體會對自然環(huán)境和人體造成危害，其中的元器件中又含有重金屬鉛、鎘、溴化阻燃劑、多氯聯(lián)苯等有毒有害物質(zhì)，如果隨意丟棄或掩埋將會對周圍環(huán)境帶來嚴重污染。

目前全國范圍內(nèi)對于變壓器的處理僅僅只是簡單的將外殼與線圈拆開，回收其直接金屬成分，且金屬資源回收率不到50%，而且在回收過程中會造成很大的環(huán)境污染，與傳統(tǒng)簡單粗暴的回收方法不同，本回收利用體系利用拋光化回爐處理、基于自動化控制技術(shù)的電磁吸附、濕法提純等技術(shù)可將回收效率提高至90%以上。傳統(tǒng)的回收路徑是直接送至廢物回收場，做粉碎處理，壓縮送至其他金屬加工廠，而本回收利用體系可直接性的將廢品材料處理成完整性變壓器或處理成變壓器生產(chǎn)的各類原材料等，減少中間處理程序，加大回收利用的效率。

6 總結(jié)

本回收利用體系是一套自動化控制的變壓器重組回收系統(tǒng)。該系統(tǒng)可應用于各類電氣元件生產(chǎn)流水線，以PLC為控制核心，將變壓器微分化拋光處理，再經(jīng)過回爐、防氧化流程處理，重組成全新變壓器；變壓器回收以粉碎化處理后，利用自動控制電磁吸附、金屬過濾提純等流程，生產(chǎn)出變壓器制造所需原材料，變壓器制造投入生產(chǎn)線中利用。變壓器的二次回收利用項目最終可實現(xiàn)變壓器回收的系統(tǒng)化運行，大大提高了金屬材料回收的回收率，對節(jié)能減排創(chuàng)新有較好的契合性。