李朋臣，盧 旭，鄭小倩

(貴州師范大學(xué) 機(jī)械與電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽 550014)

當(dāng)代，制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的兩個(gè)重要因素是資源和環(huán)境，增加資源的回收利用有利于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。電子廢棄物作為現(xiàn)代社會(huì)最容易損耗的資源之一，具有數(shù)量多、環(huán)境危害大、利用價(jià)值高的特點(diǎn)，因此電子廢棄物的回收再利用問題受到國內(nèi)外學(xué)者越來越多的關(guān)注。我國對(duì)電子廢棄物再制造剛剛起步，還有很多問題需要研究解決。本文通過對(duì)電子廢棄物的特點(diǎn)和回收利用的情況，根據(jù)我國電子廢棄物再制造面臨的問題，提出了相應(yīng)的新解決辦法。

1 電子廢棄物的定義

當(dāng)前，電子廢棄物的定義，可以歸納為狹義和廣義兩種。狹義的理解認(rèn)為，電子廢棄物是在消費(fèi)過程中產(chǎn)生的廢舊電子電氣產(chǎn)品，主要指被報(bào)廢的家電和其他電子儀器儀表等。廣義上的理解認(rèn)為電子廢棄物是指所有回收的廢棄的電子電器產(chǎn)品及其零部件，即使經(jīng)過一定工藝后可以達(dá)到再次使用的標(biāo)準(zhǔn)，依然屬于電子廢棄物。

1.1 電子廢棄物的特點(diǎn)

電子廢棄物種類繁多，可以分為電子廢物和電器廢物。電子廢物主要指廢棄的手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品。電器廢物主要指廢棄的電視、空調(diào)等家電。其次，指目前更具生產(chǎn)和生活的需求，需要大量使用的電子產(chǎn)品。因此，可以想象電子廢棄物的增長速度也是非?？斓?。同時(shí)，一方面電子廢物作為資源的綜合體，蘊(yùn)藏著眾多珍貴的資源，電子廢棄物中所蘊(yùn)含的金屬，尤其是貴金屬，其品位是天然礦藏的幾十倍甚至幾百倍，回收成本一般低于開采自然礦床。有研究分析結(jié)果顯示，1t 隨意搜集的電子板卡中，可以分離出286lb 銅、11b 黃金、441b 錫，其中僅llb 黃金的價(jià)值就是6 000 美元(1lb=0.453 59 kg)。在印刷電路板中，最多的金屬是銅，此外還有金、鋁、鎳、鉛、硅金屬等，其中不乏稀有金屬。另一方面電子廢棄物材料成分復(fù)雜，其對(duì)環(huán)境的污染也是多方面的，以電腦為例，一臺(tái)廢舊電腦含有鎘、汞、六價(jià)鉻、聚氯徽料、澳化阻燃劑、砷、汞和其它多種有害物質(zhì)［2］。電子廢棄物如果不能妥善地處理，隨意丟棄，其有害物質(zhì)就會(huì)慢慢侵入整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)人類的生存和物種的保護(hù)帶來毀滅性的影響。因此電子廢棄物處理不好會(huì)帶來各種危害，但是電子廢棄物也并非沒有其可利用的價(jià)值。所以，電子廢棄物兼有資源和廢物的雙重特性。

1.2 我國目前的處理情況

我國目前電子電器廢物處理處置技術(shù)與設(shè)施，電子廢棄物回收利用技術(shù)開發(fā)投入不足。近年來雖然引進(jìn)了一些國外先進(jìn)企業(yè)的電子廢棄物處理設(shè)施，但由于電子廢棄物的回收體系尚未完善，大部分處于閑置狀態(tài)。目前我國廢舊家電的處理方式基本有3 種。

1)電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)建立自己的回收處理系統(tǒng)，公司自己經(jīng)營管理廢棄電子產(chǎn)品回收處理的相關(guān)業(yè)務(wù)。電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)獨(dú)立完成廢棄電子產(chǎn)品從回收、分類、分選、分解再到無害化處理的所有流程。但是這樣對(duì)企業(yè)的要求很高，在當(dāng)前中國的電子產(chǎn)品生產(chǎn)商和市場情況來看很難長久運(yùn)轉(zhuǎn)。

2)個(gè)體民營回收，主要是指一些回收廢舊品個(gè)體戶和家電維修商從事的回收。他們對(duì)廢棄電子產(chǎn)品回收、維修、拆解、重裝后再轉(zhuǎn)手賣出。但是通常個(gè)體戶只保留電子廢品附加值較高部分，對(duì)于不能產(chǎn)生價(jià)值部分一般就隨意丟棄、填埋或焚燒，對(duì)環(huán)境造成了巨大的破壞。

3)專業(yè)回收處理，這種處理方式和設(shè)施基本上是引進(jìn)國外技術(shù)或直接由國外企業(yè)投資建設(shè)。最近兩年已陸續(xù)有多家電子廢棄物處理企業(yè)投資興建。比如:新加坡偉成工業(yè)有限公司在無錫投資建設(shè)的電子電器廢物處理廠;湖南同力電子廢棄物處理廠及北京新建的電子廢棄物處理廠等等。這些項(xiàng)目的建設(shè)將有利于改變我國電子垃圾處理技術(shù)落后、環(huán)境污染嚴(yán)重的現(xiàn)象，刺激我國電子廢棄物處理技術(shù)的發(fā)展。

2 電子廢棄物回收利用的思路

電子廢棄物的回收機(jī)制和提高處理效率是解決電子廢棄物不能合理利用的關(guān)鍵，所以解決這兩個(gè)問題就能有效解決電子廢棄物的回收難題?；厥諜C(jī)制需要長期去完善，而提高效率可以在最短時(shí)間有效解決目前的問題，根據(jù)目前最流行的物理回收方法，提高效率可以通過提高電機(jī)效率達(dá)到，本設(shè)計(jì)就從提高電機(jī)效率為著力點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)電子廢棄物回收的優(yōu)化。下面給出了關(guān)于回收機(jī)制的新流程圖和通過提高電機(jī)效率達(dá)到節(jié)能的具體方案。

2.1 回收結(jié)構(gòu)(如圖1)

圖1 新型回收機(jī)制流程

3 提高效率的具體方案

能耗和電機(jī)的效率息息相關(guān)，所以本設(shè)計(jì)從節(jié)能方面來考慮，節(jié)能是提高電機(jī)效率的有效方法，降低能耗是提高電機(jī)效率的一種有效方式。

3.1 算法及分析

以下是提高電機(jī)效率的方案。

首先對(duì)電動(dòng)機(jī)效率確定的損耗分析法進(jìn)行分析。

三相異步電動(dòng)機(jī)的輸入有功功率P1為:

其輸出功率P2為軸輸出功率，表示為:

式中Pcu1為定子銅損耗，PFe為鐵損耗，Pcu2為轉(zhuǎn)子銅損耗，Pfw為機(jī)械損耗，Ps為雜散損耗。由式(2)得電動(dòng)機(jī)的效率為:

通過上面的分析可以看出，各種損耗是影響效率的主要原因［1］。同時(shí)我們知道在交流電機(jī)中，有5 個(gè)導(dǎo)致電能損耗的因素:摩擦損耗，空氣阻力，噪音損耗，鐵損和銅損［4］。摩擦損耗、空氣阻力和噪音損耗通常不作為主要損耗因素，仿真時(shí)可以不做考慮。鐵損是電機(jī)運(yùn)行中最主要的能量損耗原因，由于鐵的導(dǎo)磁性能很強(qiáng)，電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生渦流和磁滯從而導(dǎo)致能量損失。因此，如果在小負(fù)載時(shí)通過調(diào)壓或調(diào)頻等方式就可以達(dá)到減少能量的損耗這一目的。同時(shí)，通過減小鐵損使之與銅損相近可以相對(duì)提高電機(jī)的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)電能的合理利用。其次銅損是次要能量損耗的原因，主要體現(xiàn)在繞組中產(chǎn)生的電熱現(xiàn)象，是不可避免的。當(dāng)然，電子廢棄物在實(shí)際的回收處理中，電機(jī)適當(dāng)?shù)淖冾l不會(huì)對(duì)風(fēng)選產(chǎn)生較大的影響，不影響處理的效果。由此，如果實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)合理的變頻就可以達(dá)到提高電機(jī)的效率。

3.2 電機(jī)變頻器及晶閘管選用

由流體力學(xué)可知，風(fēng)機(jī)流量Q 與轉(zhuǎn)速n 成正比，風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速n 的平方成正比，功率P 與轉(zhuǎn)速n 的立方成正比。根據(jù)實(shí)際情況，在風(fēng)機(jī)中主要存在的問題是功率損耗很高。

圖2 功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系

目前最好的解決方法采用變頻來改變電流達(dá)到節(jié)能的作用。具體變頻器的選擇如下:

同時(shí)，電機(jī)的變頻采用可斷晶閘管。可斷晶閘管具有門極控制的自關(guān)斷功能，可省去強(qiáng)迫換流電路，在變換器運(yùn)用中已替代了過去常用的普通晶閘管;當(dāng)它用于整流電路時(shí)較易實(shí)現(xiàn)能量回饋交流電網(wǎng)，特別適用于頻繁起動(dòng)、制動(dòng)、加減速等工況，轉(zhuǎn)換效率較高有利節(jié)約能源。其元件自身的能耗也較低，如日本東芝電氣公司所產(chǎn)印600 V 級(jí)400A 的GTO元件通態(tài)電壓只有2 V 左右。通過這些方法，有望達(dá)到節(jié)能的目的從而提高處理的效率。

3.3 仿真模擬實(shí)列

以200 kW 風(fēng)機(jī)電機(jī)為例，用富士變頻器FRN500G11－4CX 改造，改造后根據(jù)工藝需要進(jìn)行調(diào)速。無級(jí)調(diào)速可通過手動(dòng)調(diào)節(jié)，也可自動(dòng)調(diào)節(jié)。由流體力學(xué)可知，風(fēng)機(jī)流量Q 與轉(zhuǎn)速n 成正比，風(fēng)壓H 與轉(zhuǎn)速n 的平方成正比，功率P 與轉(zhuǎn)速n 的立方成正比。變頻器應(yīng)用原理圖和仿真數(shù)據(jù)表如下:

圖3 變頻原理圖

表1 仿真數(shù)據(jù)表

為滿足風(fēng)選要求，運(yùn)行頻率一般設(shè)定在40 Hz。如表1所示可見轉(zhuǎn)速降為80%，而功率低約50%，節(jié)約了近一半電能。

4 小結(jié)

電子廢棄物的回收和再利用是一個(gè)龐大的工程，整個(gè)回收系統(tǒng)還需要大量的實(shí)驗(yàn)、積累才能完善，必須要把理論與實(shí)際相結(jié)合、相應(yīng)正才能出成果?？偟膩碚f，回收的結(jié)構(gòu)是要隨環(huán)境的情況和社會(huì)的發(fā)展而不斷優(yōu)化的，同時(shí)也需要相關(guān)法律和人們共同的執(zhí)行。從形成經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)上來說，節(jié)能和開發(fā)新技術(shù)是核心問題。本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要在電機(jī)節(jié)能方面，同時(shí)經(jīng)過實(shí)踐調(diào)查，提出了一個(gè)更為完善的回收機(jī)制，通過兩者的結(jié)合，有望使電子廢棄物的回收成為可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)。

［1］白連平，張順增，邵保林，等.抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率現(xiàn)場測(cè)試方法研究［J］.石油機(jī)械，2007(4) ：64.

［2］黃菊文，賀文智.電子廢棄物處理與資源化實(shí)驗(yàn)的研究與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2012(5) ：85.

［3］李耕宇，何曉曉.淺談我國電子廢棄物資源化回收利用的問題和對(duì)策［J］.西安文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012(2) ：145.

［4］呼朝.影響電機(jī)效率的因素及現(xiàn)實(shí)中提高電機(jī)效率的方法淺析［J］.機(jī)械與電子，2008(28) ：430.