一种利用尾水管能量处理回收废旧电缆的方法

技术领域

本发明涉及能量及资源回收技术领域，具体地讲，是涉及一种利用尾水管能量处理回收废旧电缆的方法。

背景技术

电缆是一种电能或信号传输装置，通常是由一根、几根或几组导线组成。多组导向的每组导线之间相互绝缘，并常围绕着一根中心扭成，整个外面包有高度绝缘的覆盖层。电缆具有内通电，外绝缘的特征。

水电站在检修维护中更换下的电缆通常无法满足电力传输需求，只能作报废处理。大量的废旧电缆的处置不易，堆放占用较大的空间，运输过程也存在安全隐患，因此水电站寻求可以较为方便并且成本相对较低的废旧电缆就地处置方案。

现有技术中较为成熟的废旧电缆回收技术主要有剥线机技术、机械破碎分离技术、热回收处理技术等。剥线机技术主要是通过刀具沿线缆轴向剖开外层，然后将外层和线芯剥离，实现外层塑料材料和金属线芯的分别回收，比较适合单芯线缆和大径线缆的处理，通常是在大型的电缆回收厂家中使用，而水电站废旧电缆的品类较杂，采用剥线机技术就地处置的适应性不佳。机械破碎分离技术主要是采用机械设备将线缆切断破碎成一定大小，然后经过分离分别回收外层塑料材料和金属线芯，其采用的设备一般借鉴矿业设备进行简单改造，工作运行能耗较高，而且分离得到的塑料材料中含有相对较多的线芯材料，以致于金属回收率较低。热回收处理技术主要是通过加热或结合物化技术熔化或分解外层塑料，再分别回收金属线芯和外层塑料处理后的物质，其中熔化或分解外层时可能用到专用试剂并且回收外层物质时需要使用专业物化设备，存在一定的技术门槛，不适于在水电站处置废旧电缆中应用。

发明内容

针对上述现有技术存在的上述问题，本发明提供一种利用尾水管能量处理回收废旧电缆的方法，将水电站的废弃能量回收应用于机械破碎分离技术中对自身产生的废旧电缆进行处理回收，实现水力资源的二次利用和电缆资源的回收，降低电缆回收能耗，提高电缆回收品质。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用尾水管能量处理回收废旧电缆的方法，包括以下步骤：

S10、采用切断设备将废旧电缆分切为待处理的线缆段，其中线径低于12mm的线缆段长度不超过4cm，线径高于12mm的线缆段长度不超过5cm；

S20、通过水电站尾水管内安置的水力回收装置将带有初始速度的水流导入一级预混装置，同时将待处理的线缆段输入一级预混装置中，由高速水流裹挟线缆段在一级预混装置中进行混合预处理，其中水流裹挟线缆段的量不超过20％；

S30、混合预处理后的线缆段随同水流从一级预混装置出口进入二级搅拌装置进行搅拌预分离，其中，间歇性切换搅拌方向，并控制正向搅拌时间与逆向搅拌时间的比例为(3～5)：1；

S40、将搅拌预分离后的混合物输入三级离心分选装置内进行物料分离，分别获得包含线芯在内的金属物料和包含线缆外层在内的非金属物料；

S50、将分离获得的金属物料和非金属物料分类运输至资源回收站进行回收。

具体地，所述步骤S40中物料分离后的余水用于废旧电缆分切前的表面清洗。

具体地，所述步骤S30中水流沿二级搅拌装置内壁的周向方向进入，正向搅拌为与水流方向一致，并且正向搅拌速度与水流速度构成差速，逆向搅拌为与水流方向相反。

具体地，所述步骤S20中还向一级预混装置内加入指定量的表面活性剂。

具体地，所述一级预混装置出口外侧配置有与该出口方向一致的空气喷射器，用于在该出口处产生负压。

具体地，所述一级预混装置内部配置有供水流通过的螺旋线，带有初始速度的水流以该螺旋线切线方向进入一级预混装置，待处理的线缆段输入一级预混装置的方向与水流进入方向不同。

具体地，所述水力回收装置包括用于将尾水管内水流导出的水力引导机构，安置于水力引导机构内中后段位置的驱动叶轮，以及安置于水力引导机构前段位置并与驱动叶轮联动的回收叶轮。

具体地，所述三级离心分选装置的离心转速不超过2000r/min，一般来说可以实现1000r/min以内的低速离心分选。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明结合水电站实际情况进行综合设计，巧妙地利用了尾水中蕴含的水力资源能量来对分切后的待处理线缆段进行冲击混合和搅拌预分离处理，既减轻了线缆分切前的预处理负担，又节省了对分切后线缆段进行分离的本体能量消耗，还增强了对线缆段处理分离的效果，提高了电缆回收品质。并且本发明设计简单巧妙，成本较低，实现方便，节能环保，适于在水电站就地处置废旧电缆中应用。

附图说明

图1为本发明-实施例的工艺流程示意图。

图2为本发明-实施例的系统结构示意图。

图3为本发明-实施例中水力回收装置的结构示意图。

图4为本发明-实施例中一级预混装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1至图2所示，该利用尾水管能量处理回收废旧电缆的方法，包括以下步骤：

S10、采用切断设备将废旧电缆分切为待处理的线缆段，其中线径低于12mm的线缆段长度不超过4cm，线径高于12mm的线缆段长度不超过7cm；其中切断设备可以选择专用的电缆切断机，也可以选用常规的带旋转刀辊或液压切刀的加工设备，并将切刀更换为高硬度的电缆切刀。

S20、通过水电站尾水管内安置的水力回收装置将带有初始速度的水流导入一级预混装置，同时将待处理的线缆段连同指定量的表面活性剂都输入一级预混装置中，由高速水流裹挟线缆段在一级预混装置中进行混合预处理，其中水流裹挟线缆段的量不超过20％；具体来说是水流中的线缆段的体积均不超过当前水流量的20％，以便于高速水流能够充分对线缆段形成裹挟作用，而不会使线缆段直接在装置内沉积。

在具体实现上，如图3所示，所述水力回收装置主要包括用于将尾水管内水流导出的水力引导机构，安置于水力引导机构内中后段位置的驱动叶轮13，以及安置于水力引导机构前段位置并与驱动叶轮联动的回收叶轮14。水力引导机构主要包括引水喇叭口11和引导管路12，引水喇叭口通过架体安置于尾水管出口附近接引所需流量的尾水管出水，并通过横置、竖置或斜置方式使尾水管出水尽量保持原速进入引水喇叭口及引导管路，引导管路用于将水力引导输入处理废旧电缆的室内，利用水电站尾水管层预留的检修口道进行管路布置，无需额外在水电站尾水管层壁上开设孔道，引导管路上的转弯处采样圆弧弯管对接，减少水流传输换向时的流速损失，同时考虑到水流上升传输需要克服重力消耗蕴含的能量，该引导管路的布置应尽量避免使用上升通道，即引导管路保持水流水平传输或略微下降传输。驱动叶轮安置于引导管路上，尽量靠近管路出口，用于为水流辅助提供驱动力使其保持较高(尽量接近原速)的流速；回收叶轮通过架体安置于引水喇叭口内，在保持与尾水管出口水流接触的条件下与引水喇叭口的出口错位布置，减少对引水流速的影响，回收叶轮和驱动叶轮之间通过传动机构联动，当回收叶轮被尾水管的高速水流带动转动时，将转动传递到驱动叶轮同步转动，使驱动叶轮为引导管路的水流提供辅助驱动力加速，进一步实现对尾水管出水能量的回收，使尾水不会因为进入水力引导机构的管道而过多的降速，从而实现将尾水管内的水流能量传递到水力引导机构的管道内并形成具有初始流速的水流输入一级预混装置。需要注意的是，回收叶轮和驱动叶轮之间的传动机构亦需要根据水电站尾水管层预留的检修口道进行布置，由于不同水电站的检修口道预留位置可能不同，因此实际应用中可以根据实际环境条件调整装置的安装位置，或者调整驱动叶轮的安置位置，或者不设置回收叶轮而采用能源动力来驱动驱动叶轮，或者回收叶轮和驱动叶轮均不设置而直接利用引导管路进行尾水水力能量回收。

本发明涉及水电站就地处置废旧电缆，考虑了对尾水管的水力能量回收，为了减少引导出的水流在输送中的能量损失，本发明利用了水电站尾水管层所在高度位置的部分空置空间作为处理废旧电缆的场所，因此本发明采用的相关装置均安置在水电站尾水管层。

在具体实现上，如图4所示，所述一级预混装置整体呈倾斜的筒体结构20，利用支撑架体进行安装固定，筒体结构内部配置有供水流通过导向的螺旋线21，该螺旋线的实现可以利用金属螺旋波纹管作为筒体结构的内层，筒体结构的外层则采用大小匹配的金属套筒作为支撑固定，筒体结构的轴向两端采用锥形盖进行半封闭，上端的锥形盖上设置有沿轴向进料的电缆段入口22，下端的锥形盖上通过管口设置为预混出口23，筒体结构的侧壁上端设置有沿螺旋线切线方向的水流入口24，对接水力回收装置的出口。带有初始速度的水流以螺旋线切线方向进入筒体结构，并沿螺旋线在筒体结构内部旋转流向预混出口，由切断设备产生的待处理线缆段轴向进入筒体结构后，受到水流的冲击并在水流裹带下，不断地相互撞击或与壁撞击，对线缆段本身形成冲击，进而改变线芯与外层材料之间的状态关系，使其形成一些间隙而不再紧密，同时水也在该过程中更容易且初步进入这些被改变了的间隙中，使线缆段的线芯与外层材料在之后的处理中更容易被分离开。进一步地，在上端的锥形盖上还可设置试剂添加口25，用于在预混过程中向筒体结构内添加表面活性剂，在添加有表面活性剂时，其也可以和水一同进入被改变了的线芯与外层材料的间隙中，促进后续二者的分离。进一步地，在预混出口上还可以设置空气喷射器26，用于在该预混出口处产生负压，辅助预混后的物料(水、表面活性剂、电缆段，甚至有初步分离的线芯材料)流出，并可在一定程度上提高流出速度，为后续进入二级搅拌装置提供动力夹持，而且该空气喷射器还使部分空气因高压作用混入预混物料中形成小气泡，小气泡在水中移动的表面张力变化可以产生一定的剪切作用，配合后续的搅拌和离心可以更好地进行线芯与外层材料的分离。空气喷射器可以根据需求设置多个(一般为2-4个)，并沿预混出口外壁圆周均布；空气喷射器的射口方向一般与预混出口方向一致，亦可向轴心倾斜15°-30°。

S30、混合预处理后的线缆段随同水流从一级预混装置出口进入二级搅拌装置进行搅拌预分离。其中，间歇性切换搅拌方向，并控制正向搅拌时间与逆向搅拌时间的比例为(3～5)：1；正向搅拌为与水流方向一致，并且正向搅拌速度与水流速度构成差速，逆向搅拌为与水流方向相反。

在具体实现上，所述二级搅拌装置包括搅拌斗和环向进料器，搅拌斗通过支撑架体倾斜设置，内壁设有螺旋排布的搅拌叶片，该搅拌斗可以利用搅拌车上的料斗、支架及驱动部分实现，轴向上端的搅拌进料口处安置环向进料器，轴向下端开口作为搅拌出料口；环向进料器呈一弧形管状，前端接预混出口，后端伸入搅拌进料口使水流沿搅拌斗内壁的周向方向进入，从而使预混后的物料在进入搅拌斗时具有沿其内壁螺旋移动的初始速度，这样有助于物料受控地进行搅拌，并便于后续顺序出料。控制搅拌斗的正向搅拌速度与物料初始速度形成差速，物料在搅拌斗内与搅拌叶片和内壁以及相互之间进行碰撞，扩大线芯和外层材料之间的间隙，促进线芯和外层材料的逐渐分离，同时间歇性的逆向搅拌突变性地大幅度改变物料的碰撞程度，提高了线芯和外层材料的分离程度。

S40、将搅拌预分离后的混合物输入三级离心分选装置内进行物料分离，分别获得包含线芯在内的金属物料和包含线缆外层在内的非金属物料。所述三级离心分选装置可采用低速离心分选机实现，其离心转速不超过2000r/min，一般来说可以实现1000r/min以内的低速离心分选。物料分离后的余水可以导入切断设备前端对分切前的废旧电缆进行表面清洗。

S50、将分离获得的金属物料和非金属物料分类运输至资源回收站进行回收。

本发明采用的各装置的部件大部分都是水电站可以常规采购的原料器件，如各类管道、筒体、架体等，购置成本低，来源易得，仅部分设备需要额外购置，如切断设备、离心分选机等，但本发明对这些设备的使用参数要求低，能够轻易低成本购入满足要求的设备，因此整体上的设备成本较低，相比购买专业的废旧电缆处理设备更为经济，而且设备能耗也更低。经过试验发现，分离出的金属物料中没有非金属物料，非金属物料中基本没有金属物料，分离效果好。也就是说，本发明相比同类设备可以做到更低的能耗、实现相近甚至更优的分离回收效果。分析内在因素，主要在于以下方面：一、以往的机械破碎线缆需要大功率设备将线缆破碎得够小，并且破碎过程还会对线缆进行挤压、弯曲、冲击等辅助工艺以便于后续更易处理，而本发明中在线缆破碎过程中只需进行切断即可，而且所切线缆段的最大长度要求大大增加，亦降低了线缆切断机的使用功耗；二、以往需要高速离心设备对线缆进行分选，更高的转动意味着更大的功耗，而本发明中只需低速离心设备即可实现有效地分离分选。这些优势都是得益于本发明充分利用了水电站尾水管的尾水能量，这些尾水能量平时都是属于废弃能量而自然浪费掉的，通过本发明巧妙的设计，将这些能量利用起来与机械破碎回收废旧电缆方案深度融合实现水电站废旧电缆的就地处置，节约了能源，回收了资源，符合节能环保的要求。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。