垃圾转运站风选装置设计与仿真研究

1、目录北 京 机 械 工 业 学 院毕 业 设 计 ( 论 文 ) 题目：垃圾转运站风选装置的设计与仿真研究 系别：机械工程系专业、班级：机械设计制造及自动化、机0004班姓名：石友华指导教师：王 科 社2004年6月12日垃圾转运站风选装置设计与仿真研究目 录第一章 前 言 1第二章 风选技术的现状2.1 前人成果 32.2 现状分析 32.3 个人看法 5第三章 风选装置及相关原理3.1 风选装置 73.2 风选原理 7第四章 风选装置的功能设计4.1 卧式风选机的功能设计 104.2 立式风选机的功能设计 11第五章 风选机的设计计算5.1 垃圾成份分析及原始计算数据 145.2 卧式风选

2、机的设计计算 165.3 立式风选机的设计计算 22第六章 运输装置的设计计算6.1 传送带I的计算 256.2 传送带II的计算 28第七章 风选机结构设计7.1 外围尺寸的设计317.2 传送带的相对尺寸设计 317.3 其他部分零件的设计31第八章 主要零件的计算及校核8.1 传动零件的设计33第九章 技术经济分析9.1 固体废弃物处理的技术经济分析419.2 风选装置的技术经济分析 42第十章 动画与仿真10.1 动画与仿真 43第十一章 结束语1 全文总结 462 设计感悟 463 风选技术的未来 46参考文献 48谢辞 50附录1 毕业设计（论文）说明书附录2 小论文 垃圾 法律

3、道德附录3 调研报告附录4 文献综述附录5 开题报告附录6 翻译原文附录7 翻译附录8 毕业设计速度记录表附录9 每周工作报告表附录10 使用说明书附录11 毕业设计资料清单表摘要本设计论述了垃圾中转站中风选装置的设计过程。其中应用了除必要的机械类工程力学、机械设计理论及工程制图理论外，还引用了气力输送理论、鼓风机的选择计算理论、带式运输机的设计理论及环保理论。本设计为了改善垃圾中转中的分选以提高垃圾回收利用率从而更好地保护环境及创造更高的经济效益而设计出将垃圾中占大部分的纸和塑料分别分离出来。该装置巧妙地使用卧式风选机将垃圾中的纸和塑料分离出来，从而使纸和塑料都可以被回收而解决了以前纸和塑料

4、无法分离的巨大难题。另外，本设计还谈论了城市生活垃圾处理的前景、必要性及社会要采取的必须行动如制定相关法律法规。综合来看，该设计不但有较为精确的工科设计计算还包括某些相对较为妥善的环保措施及部分垃圾处理过程中的独到想法，尤其是提出了将水平风选机放在垃圾处理初级阶段并接上传送带而使它有后继处理措施从而为其进一步分离提供机会.关键词：固体废弃物处理 环保 分选 垃圾 风选THE DESIGN AND IMITATION OF THE BREEZE CHOOSING DEVICE IN THE GARBAGE TRANSPORT STANDSSummaryThis design discusses

5、the design process of the breeze-choosing device in the garbage transport stands. At this process in addition to necessary machine engineering mechanics, machine design theories and engineering graphics theories are cited, there are still many the physical strength transport design theories and envi

6、ronmental protection theories that the choice calculation theories, the theories of the transport machines by belt, drum breeze machine are quoted. To improve the recovery of garbage, this design has found a good idea that can separate the paper and the plastic for better environment protection and

7、creating higher economic performance. This design uses skillfully the level breeze choosing machine to separate the plastics and the paper in the garbage, which makes it that taking the paper from the plastic becomes possibility and solves the past difficult that cant disjunctive the paper and the p

8、lastic. Moreover, this design still discussed the foreground, necessity of the handles of the city life garbage and the way that the societies must be taken such as the related law be established.Generally speaking , this design do not only have the accurate engineering design calculation but also i

9、nclude some original viewpoint that some appropriate environmental protection measure and parts of garbage handles process. Especially there is a good idea that the level breeze choosing machine is put the early class so that its has latter handle to succeed to be possibility to disject the paper an

10、d the plastic.KEYWORD: Garbage , select, environmental protection第一章 前 言1.1 相关背景随着世界人口的增多，城市生活垃圾越来越多，据统计：北京市人均日产生活垃圾 0.82 公斤，全市日产垃圾 1.15 万t，年产垃圾 421 万t；日产医疗废物 40 多t；日产餐厨垃圾约1050t。本处所指生活垃圾即是指家庭垃圾：食物残渣、煤灰、破布、皮纸、塑料、皮革、金属、玻璃、废家具、包装材料等。据有关专家估计，我国城镇周围已积累了垃圾十几亿吨，并且以每年一亿多吨的速度增长，使绝大多数城镇被垃圾所包围。城市垃圾侵占了大量的土地、农田，

11、污染了周围的土壤、地下水和大气，威胁着居民的健康，影响了城市的观瞻，为此，必须采用各种有效的技术和方法，对城市垃圾进行综合治理, 否则地球末日可能真的将要来临.更因近些年来纸类垃圾及塑料类垃圾逐年增加，迫使那些研究垃圾处理的工作者更注重对风选的研究。1.2 选题目的正是由于城市生活垃圾的增多，导致了环境的恶化，于是乎垃圾处理也成了迫不及待的事情。因此，人类除了保护资源、珍惜资源、寻找新能源外，还得利用好可再生资源以更好地节约能源，而对垃圾综合处理则是寻找可再生资源的最佳方法。垃圾转运站即是将各处城市生活垃圾聚拢来，然后将它们作各种各样的处理，以方便减少它们对环境的影响。如： 可回收垃

12、圾包括纸类、金属、塑料、玻璃等，通过综合处理回收利用，可以减少污染，节省资源。如每回收1吨废纸可造好纸850 kg，节省木材300 kg，比等量生产减少污染74%；每回收1 t塑料饮料瓶可获得0.7 t二级原料；每回收1吨废钢铁可炼好钢0.9 t，比用矿石冶炼节约成本47%，减少空气污染75%，减少97%的水污染和固体废物。厨余垃圾包括剩菜剩饭、骨头、菜根菜叶等食品类废物，经生物技术就地处理堆肥，每吨可生产0.3 t有机肥料。正是由于有这些好处以及潜在的危险，垃圾处理成为人们的热门话题。各类垃圾急剧增多以及人类对可回收资源的迫切要求都决定了人们要对垃圾处理技术进行研究和开发。如此, 本次毕设的

13、选题就不难说明原因了。1.3 意义据国家环境保护总局副局长王玉庆介绍，首届环境保护科学技术奖30个获奖项目代表了我国环保科技研究的最高水平，有的已达到或接近国际上同类研究的先进水平。部分获奖项目还是国家环保重大攻关项目，如为确保2008年北京成功举办“绿色奥运”的“北京市大气污染控制对策研究项目”、“国家重点工程西气东输、南水北调的环境管理项目”等。为了达到绿色环保的目的，垃圾处理成为必不可少的措施。这样一来，城市生活垃圾中的各种废弃物诸如金属、食物残渣、皮纸、塑料等都可以通过磁选、筛选、风选等方法把它们分离开来。而分离得到的金属诸如铁可以再次被利用，食物残渣则可以用来堆肥等等。这样不但解决了

14、原先垃圾随便堆放以至于占地、污染环境的缺点，而且还解决了填埋、焚烧的许多缺点，将资源回收以达到重复使用的目的，为资源的循环使用提供了保证。第二章 风选技术的现状2.1 前人成果由于城市生活垃圾中纸及塑料的比重越来越大，因此，人们对它们进行分选的要求越来越迫切，于是近些年来研究风选的人也越来越多，如在美国、德国、日本等国家已经将风选用于垃圾的处理上，并且已取得较好的经济效益。但在中国，由于环保技术相对落后，风选还处于研究阶段。国内唯一的一套风选设备还是刚从德国引进且还没正式投入使用（注：国内只有小武基垃圾中转站拥有该设备）。有鉴于此，只得将一些该项专利列举如下：表2-1 国内风选专利表专利号专利

15、名称86102345叶轮除尘风选机 89106758.2砂金风选的风流边界层法及风选机 85202318叶轮风选机 86202110叶轮除尘风选机 92224798.6家用风选机 93240423.5谷物风选机 94207220.0稳流可调速的风选机 97229266.7新型带风选防尘袋手摇电动两用风选机 98250457.8箱式粮食风选机 99248035.3一种变频立式风选机 99248028.0一种变频卧式风选机 98235765.6一种油料脱壳与分选设备 99216317.X扬场风选机 00235355.5一种处理城市生活垃圾的风选机 00262570.9垃圾风选机 01201812.

16、0风选机 01233704.8家用风选机 02277036.4一种粮食风选机02278824.7花生剥壳机上的风选装置 02261763.9立式变频调速风选机 2.2 现状分析由于风选设备投资较大，且在初期运行阶段收益甚少，因此虽然在国内早就有了该项专利，但一直以来没有厂家投资将它投入使用，虽然这里面也有技术问题，但主要原因还是因为国内投资商及广大市民没有重视垃圾处理这一既可看成是公益事业同时也可看为是产业。在国外由于政府和每位市民都受到过恶劣环境的侵害而意识到了环境的重要性从而在价值取向与我们有所不同。美国在三年前已经对风选技术掌握，现在对其使用已经纯熟；德国、日本也早已掌握该项技术。因此在

17、这些国家虽然工业非常发达、固体垃圾生产量也较多，但其环境较国要好得多。究其原因，对风选技术的运用决不失是一种理由之一。所以，中国要发展环保技术必不能不发展分选。现就固体废弃物对环境的影响做出以下说明。（1）污染大气 废物对大气的污染表现为三个方面：1. 废物的细粒被风吹起，增加了大气中的粉尘含量，加重了大气的尘污染；2. 生产过程中由于除尘效率低，使大量粉尘直接从排气筒排放到大气环境中，污染大气；3. 堆放的固体废物中的有害成分由于挥发及化学反应等, 产生有毒气体，导致大气的污染。 （2）污染水体 大量固体废物排放到江河湖海会造成淤积，从而阻塞河道、侵蚀农田、危害水利工程。有毒有害固体废物进入

18、水体，会使一定的水域成为生物死区。2. 与水（雨水、地表水）接触，废物中的有毒有害成分必然被浸滤出来。从而使水体发生酸性、碱性、富营养化、矿物化、悬浮物增加化，甚至毒化等变化，危害生物和人体健康。在我国，固体废物污染水的事件已屡见不鲜。如锦州某铁合金厂堆存的铬渣，使近20平方公里范围内的水质遭受六价铬污染，致使七个自然村屯1800眼水井的水不能饮用。湖南某矿务局的含砷废渣由于长期露天堆存，其浸出液污染了民用水井，造成308人急性中毒、6人死亡的严重事故。 （3）污染土壤 废物露天堆存，不但占用大量土地，而且其含有的有毒有害成分也会渗入到土壤之中，使土壤碱化、酸化、毒化，破坏土壤中微生物的生存条

19、件，影响动植物生长发育。许多有毒有害成分还会经过动植物进入人的食物链，危害人体健康。一般来说，堆存一万吨废物就要占地一亩，而受污染的土壤面积往往比堆存面积大12倍。 （4）影响环境卫生，广泛传染疾病 垃圾长期弃于郊外，不作无害化处理，简单地作为堆肥使用，可以使土壤碱度提高，使土质受到破坏；还可以使重金属在土壤中富集。被植物吸收进入食物链，还能传播大量的病原体，引起疾病。就目前我国环境的严峻形势，我国政府采取了下列垃圾处理政策：（1） “无害化”技术政策 固体废物“无害化”处理的基本任务是将固体废物通过工程处理，达到不损害人体健康，不污染周围的环境（包括原生环境与次生环境）。垃圾的焚烧、卫生填埋

20、、堆肥、粪便的厌氧发酵、有害废物的热处理和解毒处理等都是“ 无害化”处理工程。在对废物进行“无害化”处理时，必须看到，各种“无害化”处理工程技术的通用性是有限的，它们的优劣程度，往往不是由技术、设备条件本身所决定。以生活垃圾处理为例，焚烧处理确实不失为一种先进的“无害化”处理方法，但它必须以垃圾含有高热值和可能的经济投入为条件，否则，便没有引用的意义。根据我国大多数城市生活垃圾平均可燃成分偏低的特点，在近期内，着重发展卫生填埋和高温堆肥处理技术是适宜的，特别是卫生填埋，处理量大，投资小，见效快，可以迅速提高生活垃圾处理率，以解决当前带有“爆炸性”的垃圾出路问题。至于焚烧处理方法，只能有条件的采

21、用。（2） “减量化”技术政策 固体废物“减量化”的基本任务是通过适宜的手段减少和减小固体废物的数量和容积。这一任务的实现，需从两方面着手：一是对固体废物进行处理利用；二是减少固体废物的产生。对固体废物进行处理利用，属于物质生产过程的末端。固体废物采用压实、破碎等处理手段，可以减少固体废物的体积，达到减量并便于运输、处置等目的。 减少固体废物的产生，属于物质生产过程的前端，需从资源的综合开发和生产过程中物质资源的综合利用着手。当今，从国际上资源开发利用和环境保护的发展趋势看，世界各国为解决人类面临的资源、人口、环境三大问题，越来越注意资源的合理利用。实现固体“减量化”，必须从“固体废物资源化”

22、延伸到“资源综合利用”上来。其重点包括采用经济合理的综合利用工艺和技术，制定科学的资源消耗定额等。 （3） “资源化”技术政策 固体废物“资源化”的基本任务是采用工艺措施从固体废物中回收有用的物质和能源。固体废物的“资源化”是固体废物的主要归宿。 所谓“资源化”就其广义来说，表示资源的再循环，指的是从原料制成成品，经过市场直到最后消费变成废物又引入新的生产消费的循环系统。从资源开发过程看，利用固体废物作原料，可以省去开矿、采掘、选矿、富集等一系列复杂工作，保护和延长自然资源寿命，弥补资源不足，保证资源永续，且可以节省大量的投资，降低成本，减少环境污染，保持生态平衡，具有显著的社会效益。许多固体

23、废物含有可燃成分，且大多具有能量转换利用价值。例如：具有高发热量的煤矸石，可以通过燃烧回收热能或转换为电能，也可用以代替土节煤生产内燃砖。 “资源化”应遵循的原则是：“资源化”技术可行；经济效益比较好，有较强的生命力；废物应尽可能在产生地就近利用，以节省废物在贮放、运输等过程的投资；“资源化”产品应当符合国家相应产品的质量标准。由此可见，固体废物的“资源化”具有可观的环境效益、经济效益和社会效益。 2.3 个人看法作为发展中国家的中国由于各项技术水平较低，原料利用率较低，相对垃圾产生量较高，这样如果我们不注意发展垃圾处理技术，长期如此下去势必会受到“环境”的报复而影响我们经济前进的步伐，几十年

24、前在其他发达国家上演的悲剧必然会在中国重演，但此时的影响不会只是几十年前的那么容易对付。比如说我们可以积极采取下列方法对固体废弃物进行处理：（1）物理处理 物理处理是通过浓缩或相变化改变固体废弃物的结构，使之成为便于运输、贮存、利用或处置的形态，物理处置方法包括压实、破碎、分选、增稠、脱水等。物理处置也往往作为回收固体废弃物中有用物质的重要手段加以采用。 （2）化学处理 化学处理是采用化学方法破坏固体废弃物中的有害成分从而达到无害化，或将其转化成为适于进一步处理、处置的形态。由于化学反应条件复杂，影响因素较多，故化学处理方法通常只用在所含成分单一或所含几种化学成分特性相似的废物处理。对于混合废

25、物，化学处理可能达不到预期的目的。化学处理方法包括氧化、还原、中和、化学沉淀和化学溶出等。有些危险固体废物，经过化学处理，还可能产生富含有毒性成分的残渣，还必须对残渣进行解毒处理或安全处置。 （3）生物处理 生物处理是利用微生物分解固体废物中可降解的有机物，从而达到无害化或综合利用。固体废物经过生物处理，在容积、形态和组成等方面均发生重大变化，因而便于运输、贮存、利用和处置。生物处理方法包括好氧处理、厌氧处理和兼性厌氧处理。 （4）热处理 热处理是通过高温破坏和改变固体废物组成和结构，同时达到减容、无害化或资源化的目的。热处理方法包括焚化、热解、湿式氧化及焙烧、烧结等。 （5）固化处理 固化处

26、理是通过固化基材将废物固定或包覆起来以降低对环境的危害，因而能较安全的运输和处置的一种处理过程。固化处理的对象主要是危险废物和放射性废物。根据固化基材及固化过程可把固化分为水泥固化、石灰固化、热塑性材料固化、有机聚合物固化、自胶结固化和玻璃固化等方法4。就风选技术而言，我国仅小武基垃圾中转站有该项技术，但既不成熟且还是从国外引进的技术，至于其他垃圾中转站根本就没有该项技术，在这些垃圾中转站里对纸类和塑料类垃圾根本就不加处理就直接运往垃圾填埋场填埋，这样不但浪费了大量垃圾资源且形成了二次污染，提高了垃圾处理的成本费用。因此，我们发展风选技术势在必行，决不能拖延，以实现我国垃圾处理的“无害化”。第

27、三章 风选装置及相关原理3.1 风选装置目前国内现有的风选装置为小武基垃圾中转站的立式风选机，其由吸料口、输送管道、沉降室、鼓风机等组成，外部尺寸比较庞大，约长5 m、宽2 m、高5m。其原理为通过鼓风机产生负压而将轻密度垃圾如纸类和塑料类垃圾吸起来从而使之与其他重垃圾分离。其他比如说某些专利中述及的水平风选机主要结构包括鼓风机、机箱、传送带及其他密封与挡料装置，经设计其外部尺寸大约为长5 m、宽3 m、高3 m。相比之间，两者外部尺寸都较大，但就功率而言立式风选机所需功率较大，一般为100 kW左右，而同样风选工作任务量情况下，水平风选机所需鼓风机功率大概为20 kW左右。如此一来，在同等处

28、理量情况下，采用水平风选机可以节约能量。在造价方面，二者都比较高，只是水平风选机相对较便宜，而就原理来讲，水平风选机相对比较简单，且其通用性较强以至于应用面较广。综合来看，水平风选机的优点较多。3.2 风选原理风力分选是目前在固体废弃物分类处理中比较前沿的一种方法，它的原理是利用不同密度的物体在流动的空气中所受的浮力和阻力不同而将塑料和纸片同其他密度的物体分开，以达到将垃圾分类处理的目的。风选是最常用的一种固体废物分选方法。从物理学知，在真空中，性质不同的物质，它们的运动状态完全相同，因此在真空中不可能依它们的运动状态差异将它们彼此分离。但在介质中则完全不一样，由于介质具有质量和粘性，对性质不

29、同的运动物质产生不同的浮力和阻力，因此，性质不同的物质将出现运动状态的差异，可借此将它们分离，同时在一定的范围内，介质的密度越大，这种差异越明显，分选效果越好。风选是重选的一种，它所用介质为空气。任何物质，在静止介质中，都同时受到两个力的作用：浮力和重力，分别用P和G表示。根据阿基米德定律，浮力P的大小等于物体排开的同体积的介质的质量，即： P=v1g式中: v为国体颗粒的体积，cm³ 1为介质密度，g/cm³ g 为重力加速度，9.81m/s². 而固体颗粒所受重力G为：G=2vg,式中：2为固体颗粒密度，cm³. 因此，固体颗粒在介质中的有效重力（合

30、力），用Go表示，可表达如下： Go=G-P= v2g- v1g=v(2-p1)g 若 2>1 ，则Go>0，固体颗粒作向下沉降运动；若2 =1 ，则Go=0，固体颗粒在介质中呈悬浮状态；若2 <1 ，则Go<0，固体颗粒作向上漂浮运动。可见，在静止介质中固体废物颗粒的运动状态主要受介质的密度影响。 任何颗粒，一旦与介质作相对运动，就会同时受到介质阻力的作用。由于在空气介质中，任何固体颗粒的密度都大于空气的密度，即 > ，因此，任何固体颗粒在静止空气中都作向下的沉降运动，受到的空气阻力与它的运动方向相反。 空气阻力 R=d²v式中: - 为阻力系数；d

31、- 为颗粒粒度；v - 为沉降速度。根据牛顿定律: Go-R=mdv/dt则有： dv/dt= Go-R/m= V(2-1)g-d²v1/v2s刚开始沉降时，v=0，此时颗粒加速度最大，其值为重力加速度，为球形颗粒的初加速度，也是最大加速度。随着沉降时间的增大，速度也随着增大，此时由于空气阻力也增大，因此加速度减小。而当速度增到一定程度时，空气阻力与重力刚好相等，速度就不再增加，物体达到匀速运动，将此时速度记为v0，称为悬浮速度。上述运动过程为固体颗粒在静止空气中运行的规律，如果将固体颗粒置于流动如上升的空气中，则其速度v = v0 - va 。可见，固体颗粒下降的悬浮速度还是取决于

32、密度，而其在流动空气中则取决于上升气流的速度与固体密度。故可将其关系表示如下：当v0 va时，v 0，则固体向上运动；当v0 = va时，v = 0，则固体作悬浮运动；当v0 >va时，v > 0，则固体向下运动。卧选时，物料是在空气中的压力及本身的重力作用下按粒度或密度进行分选的，如图3-1中示，其中R为空气动压力，G为颗粒自身重力，其值分别为：图3-1空气中固体颗粒受力示意图R =1d2v2 G =mg-1d2v2 = 2d3g-1d2v2 式中：空气阻力系数, 取 1空气密度，取1.2 kg/m3 d颗粒粒度 m v空气相对于颗粒的速度 m/s 据此，在空气中运动或悬浮的颗粒

33、受到两个互相垂直的力的作用，而且在各自的方向上彼此互不影响，在水平方向上空气动压力是由空气的流动速度决定的；在竖直方向上，颗粒受到重力和竖直方向上空气的阻力。如果物体下降高度一定，则其在空中运动的时间也一定，那么其水平运动距离也一定。同时，随着密度的不同其运动距离也各不相同，据此可以将密度不同的垃圾分离开来。如此便可将纸和塑料从其他垃圾中分选出来。第四章 风选装置功能设计4.1 卧式风选机功能设计水平主流方向风力分选机（卧式风力分选机）简图如下： (a) (b) (c)图4-1 水平气流分选机的构造和工作原理1给料；2给料机；3空气；4重质颗粒；5中等颗粒；6轻质颗粒该机从侧面送风，固体垃圾经

34、破碎机破碎随空气一起由2送入气流工作室内。送入的垃圾量应根据鼓风机的功率、风速及给料机的运输装置共同确定。具体设计此处从略。物料进入工作室后，被水平方向的气流吹散，固体废物中的各种组分沿着不同的运动轨迹分别落入重质组分、中质组分和轻质组分收集槽中。有经验表明，水平气流分选机的最佳风速为20m/s。各种组分不同的运动轨迹是在空气动压力及本身的重力作用下形成的。颗粒的运动方向与二力的合力方向一致，与水平方向成一夹角。水平气流速度一定，颗粒粒度相同时，密度大的颗粒沿与水平夹角较大的方向运动，落入重颗粒槽中；密度较小的颗粒则与水平夹角较小的方向运动，落入中颗粒槽中；轻颗粒则落入距送料口较远的轻颗粒槽中

35、。（a）中物料由送料机送入，气流由3从物料底部鼓入。在空气动压力及重力的作用下，重颗粒落入4中，中等颗粒落入5中，轻颗粒落入6中。（b）中物料由送料机从顶部送入，下落一段距离后到达气流工作区。重颗粒落入4中，中等颗粒落入5中，轻颗粒落入6中。如图(c)中为改进后的原理图。4.1.1 主要功能4.1.1.1纸片、塑料制品同重颗粒与中等颗粒的分离要将刚经过磁选处理的待处理垃圾进行风选处理就必须需要动力，根据卧室风力分选机工作原理知道，该过程需要水平方向高速流动空气流。由惯性与质量成正比知，质量大的物体惯性大、质量小的物体惯性小，对于惯性小的物体来说要改变其运动趋势比改变惯性大的物体容易。在该分选中

36、，由于空气的运动使其有动量。当纸片与塑料制品在流动的空气中，会受到其影响使动量发生改变：惯性小的物体速度改变大，惯性大的物体速度改变小。只有当水平方向上高速流动的空气流给垃圾一个水平方向的动量才会使这些垃圾有一个沿着水平方向初速度。根据惯性的大小直接决定改变物体速度大小的理论知道，惯性大的物体如重颗粒和中等颗粒物体速度改变小，惯性小的物体如纸片或塑料速度改变大。再由物体平抛运动原理知道，水平速度越大的物体在同一时间内在水平方向上运动的距离越大。于是惯性小的纸片和塑料在水平方向上运动的距离就远，而其它惯性不同的物体在水平方向上运动的距离也依次不同。根据水平距离的不同，这些垃圾的落地也就不同，由此

37、也就对这些垃圾进行了分离，实现了卧式风选的主要功能。4.1.1.2 分送功能由于该风选过后纸片和塑料制品混合物需要进一步分离，因此需要将这些风选处理物进一步送到各处理过程的进料口。由于本次毕业设计只涉及到风选，故只讨论纸片和塑料制品混合物的分送。在沉降室6下端接一个传送带即可。而在重颗粒分选区也可加一根传送带对这些已经处理过一次的垃圾进行二次处理。 4.1.2 辅助功能4.1.2.1 烘干功能由于在进料口处布料时为了除尘而对垃圾进行洒水，因此这些待处理的垃圾都或多或少的含有水分，尤其是一些诸如纸类产品等易吸水的垃圾就更容易吸足水分而使本身的密度增大。这样在风选过程中纸片就难于与其它密度大的垃圾

38、分离，故此在此处加一个烘干装置已去掉纸类产品内的水分以减小纸制品的密度从而有利于在风选过程中被处理掉。此时借助吹风机原理在鼓风机出口处加一个电阻加热器来完成这一功能，如图4-1中示。4.2 立式风选机的功能设计垂直主流方向风力分选机（立式风力分选机）简图如下： (a) (b) (c)图4- 2 经破碎后的城市垃圾从中部的进料口1送入风选机内。进料口的容积应根据风机的功率、风选装置的大小、及垃圾处理厂垃圾处理量，具体情况应具体分析，设计合理的尺寸。设计过程此处从略。 垃圾进入风机的风道里，物质由上向下降落，而空气则由底部向上运动，物料中的高密度、空气阻力小的重质组分降落到底部从2处流出。同时物料

39、中的低密度、空气阻力小的轻质组分被气流带出风道，由3流出风道。3的主要功能是将重质组分与轻质组分分离。（a）中轻质物料经3进入4，在4中轻质组分和空气及部分杂质被分离：轻物质（密度大于空气）从旋流器底部排出，空气及部分杂质则从旋流器上部开口通道流出。经开口通道空气及部分杂质被吸入5中。4的主要功能是将分离轻物质与空气分离，即气固分离。5的功能为排风。（b）中轻质组分先被吸入5中使轻质组分加速送入4中，在进行气固分离。（c）轻质直接进入4进行气固分离。5从下部鼓入空气，产生上升气流，使重质组分和轻质部分分离，最终使重质组分落入收集装置。其中图(a)、(b)是原始图，图(c)是经过改进后的原理图。

40、4.2.1 主要功能4.2.1.1 负压的产生功能 由于立式风力分选机是利用各被选物体密度的差异来保证分选功能实现的，为了达到将各种密度不同的物体分离，该过程中必须有一个将密度小的物质往上吸而使密度大的物质下沉以达到将它们分离的目的。因此，在分离室中应该存有负压以满足将密度小的诸如塑料、纸片等要求被分离物与密度较大的物质产生相对运动以使之分离。由气体流动理论知：当气体在流动速度变大时其压强变小，这样一来，如果在分离室里有两部分不同流动速度的气体就可以产生一个负压。于是，我们若借助鼓风机就可以产生负压。如上图4-2中所示，将鼓风机F1置于分离室的顶端并以一定的速度抽出分离室里的空气以使其内部空气

41、有一定的流速从而达到产生负压的目的。4.2.1.2 分离纸片与塑料制品经过卧式风力分选机分选后的待处理垃圾为纸片与塑料制品的混合物，但由于纸片与塑料制品不能一起回收使用，故应该对其作进一步的处理。同样依风选原理，可以对该混合物进行进一步处理。由惯性与质量成正比知，质量大的物体惯性大、质量小的物体惯性小，对于惯性小的物体来说要改变其运动趋势比改变惯性大的物体容易。在该分选中，由于空气的运动使其有动量。当纸片与塑料制品在流动的空气中，会受到其影响使动量发生改变：惯性小的物体速度改变大，惯性大的物体速度改变小。所以密度较大的纸片因其速度较大而下沉，而塑料制品会因鼓风机F2和F1的作用下上升，从而达到

42、了将它们分离的目的。4.2.1.3 分离室里被选物质的沉降功能 在风选过程中，轻质垃圾与密度较大的物质分离并同空气一起运动至分离室，在分离室里面如果轻颗粒不与空气分离而是随空气一起进入鼓风机1，这样垃圾就会损坏或堵住鼓风机叶轮，导致系统不能正常工作。因此，轻质垃圾必须与空气分离。由于空气流量一定的情况下，流速与截面积或者说是与容积有关，当截面积增大时，流速减小。如此一来空气压强就减小，于是轻质垃圾在重力的作用下向下运动，而此时空气则在鼓风机的作用下由顶部流出分离室。至此，轻质垃圾与高速流动的空气就分离了。4.2.2 辅助功能4.2.2.1 挡尘功能 未经风选的垃圾中混有大量的尘土颗粒，在下降过

43、程中这些固体小颗粒容易掉入鼓风机2中，从而影响到鼓风机F2的性能。为此在鼓风机F2管道的出口处加一个挡板，如图4-2所示。挡板过长会影响空气的流动速度，为此在风选工作室里该挡板处加一个圆形槽，这样既不影响空气的流速，同时也不会因出口太大而使固体颗粒物通过管道进入鼓风机而损坏鼓风机。4.2.2.2 进料功能在给料口处，为了使风选过程中有一个稳定的物料流动速度，从而在进料口处加一个布料装置，由于风选是在磁选之后其要被处理的垃圾已经有固定的流速即有均匀的流量。故在此无需再加一个专门用来布料的装置，而只须有一个可以提供初速度的抛撒待处理的垃圾的装置。为此在进料口处加一个传送带且该传送带与鼓风机F2有一

44、定的高度以便垃圾在下降是有一定的初速度，因为这样有利于垃圾的分离，如图2示。4.2.2.3 增大纸片与塑料制品的密度差距由于纸片与塑料制品密度相距很近，故通过风选（利用密度差异来将它们分开）很难，如果能通过一些方法来拉开它密度差异则将它们分开的可能性就大多了。因此在进料口处对待处理垃圾进行喷水处理，由于纸片有吸水性以致密度增大，这样一来密度本来就大的纸片密度就更大了，而塑料制品不具有这一特性因此其密度不会增加，显然，它们的密度经过处理后差距变大。但是如果水喷得太多则塑料制品上也会粘有水分，密度同样会增大，因此水不能喷得太多，最好是雾状喷水。 4.2.2.4 挡塑料功能塑料与空气一起进入分离室时

45、，可能有一部分塑料制品会同空气一起进入鼓风机1从而损坏鼓风机，为此，可在如图4-2位置加一个过滤网以挡住纸片及塑料制品，这样就可以避免轻质垃圾进入鼓风机F1中。第五章 风机的设计计算5.1 垃圾成份分析及原始计算数据5.1.1 垃圾产量北京市于2000年产量为545万吨, 到2005年可能达到588万吨, 其发展趋势如下图:横坐标为年份，纵坐标为产生量（单位：万吨）图5-1 北京市生活垃圾产生量发展趋势由于本设计是根据北京市一清集团小武基垃圾中转站的有关数据而进行的, 故就日产量可参照小武基垃圾中转站的日处理量-1000t来计算,即Gd=1000t, 该设计装置一昼夜工作时数为双班制即T=16

46、h, 又由于待处理物在进行处理前布料, 则物料发送不均匀系数K1=1.15, 远景发展系数为K2=1.2, 日生产率Gs= =(t/h)1.2 垃圾成分 由于卧式风选机在垃圾中转站种处于垃圾初处理阶段，故其垃圾成分与垃圾原始成分相同。如下表： 北京市各取样点生活垃圾成分比重（1995年统计数据） 表5-1 北京市生活垃圾成分表 单位：%    基准：湿 依据上表，计算垃圾中塑料、纸类制品的比重如下： 塑料； 纸类：则其各自的日产量分别如下： 塑料；(t/d)纸类：(t/d) 5.1.3 垃圾组分密度计算时只涉及到塑料、纸类制品，因此在此只主要对它们进行统计，如下表

47、：表5-2 垃圾来源中各成分密度表垃圾成分泡沫塑料聚丙烯塑料聚乙烯塑料聚苯乙烯塑料天然橡胶丁苯橡胶密度kg/m³2009009209501000900950920940垃圾成分纸类制品(无水)吸水后纸类制品玻璃金属铝金属铁金属铜密度kg/m³7001700105027502700270078008900 5.2 卧式风选机的设计计算5.2.1 卧式风选机的原理分析卧选时，物料是在空气中的压力及本身的重力作用下按粒度或密度进行分选的，如图中示，其中R为空气动压力，G为颗粒自身重力，其值分别为：图5-2空气中固体颗粒受力示意图R =1d2v2 G =mg-1d2v2 = 2d3

48、g-1d2v2 式中：空气阻力系数, 取 1空气密度，取1.2 kg/m3 d颗粒粒度 m v空气相对于颗粒的速度 m/s 据此，在空气中运动或悬浮的颗粒受到两个互相垂直的力的作用，而且在各自的方向上彼此互不影响，在水平方向上空气动压力是由空气的流动速度决定图 5-3 水平风选机布局图的；在竖直方向上，颗粒受到重力和竖直方向上空气的阻力。如果物体下降高度一定，则其在空中运动的时间也一定，那么其水平运动距离也一定。 设下降高度为H，运动时间为t，水平距离为L，其运动示意图如下：图中H为鼓风机与传送带的距离，L1为鼓风机出风口与传送带左边缘的距离，L2为鼓风机出风口与传送带右边缘的距离，L3为鼓风

49、机出风口到传送带的距离。在竖直方向上，由于有空气阻力作用，而且其大小与下落方向面的形状有关，取此系数为0.8，则G = mg-1d2v2=2d3-1d22将某些已知数据代入得竖直方向上加速度a为：a = g-751v2/（128d2 ） 由此可以看出，下降加速度只与颗粒粒度和下降速度有关，据高等数学和物理知识对其进行计算如下： = a 令A = 751/（128d2 ） = g-Av² 即 令g/A = B² dv/（B²-v²） = Adt 对其积分得：dv/（B²-v²） = Adt = - v = B（1-）又 H =0tvdt

50、 将上式代入得：H =0t B（1-）dt 设 x = 则2Abt =lnx , dt= H =1B(1-) H =ln(x+1)²/x|1 2AH = ln(x+1)²/x 2ln2 ln(x+1)²/x = 2(AH + ln2) (x+1)²/x = 4 x²-(4-2)x+1 = 0 令r = 4-2 ，则x = （负号省去） t = 又令lnx = e ， = y ，x = t = 卧式风选机是根据各垃圾颗粒不同的水平运动距离来将它们进行分离的,至此,只要算出各不同密度垃圾颗粒的水平运动距离即可. 而本设计及风选只能将塑料和纸类品从其

51、他大密度垃圾中分离出来, 因此, 如果能计算出塑料和纸类制品同其他密度垃圾的运动距离之间的差距即可.就上图而言即为求出L1.L2.L3的距离. 通过上述计算可发现,当鼓风机喷出的气流速度一定时,水平运动距离L不但与颗粒密度有关,而且还与下落高度.颗粒粒度有关.由于这三者中都没有固定的值,故不能直接求出水平距离L. 为了准确求出水平距离L的准确值,先将其列表如下:表5- 3 水平距离L与d、h关系数据统计分析表d(m)p(kg/m3)h(m)t(s)a (m/s2)L (mm)0.01170010.56714610.588241702.8790.02170010.5659045.29411884

52、7.71320.03170010.565493.529412564.3160.04170010.5652832.647059422.92750.05170010.5651592.117647338.19350.06170010.5650771.764706281.74550.07170010.5650171.512605241.44560.08170010.5649731.323529211.23180.09170010.5649391.176471187.73870.1170010.5649111.058824168.94830.052001.50.699338184401.6690.057001.50.6937835.1428571237.7190.059001.50.6932914961.30390.059501.50.69323.789474910.47060.0510001.50.6931