城市垃圾综合分选处理系统设计书

1 城市垃圾综合分选处理系统设计书 1 城市垃圾简介 言 目前，我国城市生活垃圾处理的最主要方式是填埋，约占全部处理量的 70%以上，其次是堆肥，约占 20%以上，焚烧量甚微。而垃圾的热解、制取衍生燃料、垃圾产沼气等措施使用甚少。与填埋相比，采用堆肥处理对设备要求不高，投资较少，运行费用较低，随着垃圾中有机物比重的提高，应用前景正逐步扩大。但在其推广过程中，有许多制约因素： 占地较多，对周围环境有一定污染； 堆肥质量不易控制，肥效差，市场销路不畅； 堆肥产品中混有塑料、玻璃、橡胶等不易分解的物质 ，降低了产品的使用价值。对城市生活垃圾分选处理是在克服单一处理方法缺点的基础上采用多种方法进行综合处理，从而避免了因处理不当对环境造成的二次污染和资源的浪费。并且，随着人民生活水平的提高，垃圾中的有用成分逐渐增多，不加以回收也是对资源的一种浪费。因此，需要对城市的生活垃圾进行回收、分类和处理，提高垃圾作为资源循环利用或再利用的价值 2。 圾的组成 城市生活垃圾组成如表 1 所示： 表 1 垃圾组成 有机物 无机物 纸类 金属 塑料 玻璃 其他 含量 /% 机物组分包括：食品残余、果皮、植物残余等。 无机物组分包括：砖瓦、炉灰、灰土、粉尘等。 垃圾容重平均值为 /立方米，含水率为 垃圾中塑料以超薄型塑料袋为主，废纸以卫生间废纸为主。 垃圾热值： 1923 kJ/选系统工作量为 100 吨 /天，日工作时间为 10 小时。 活垃圾的危害 染土壤。 垃圾渗出液改变土壤成分和结构，有毒垃圾会通过食物链影响人体健康。垃圾破坏了土壤的结构和理化性质，使土壤保肥、保水能力大大下降。 染水体 。 垃圾中含有病原微生物、有机污染物和有毒的重金属等，在雨水的作用下，它们被带入水体，会造成地表水或地下水的严重污染，影响水生生物的生存和水 2 资源的利用。 染大气。 细小固体废物会随风飞扬，加重大气污染。在大量垃圾露天堆放的场区臭气熏天，老鼠成灾，蚊蝇滋生，有大量氨硫化物等有害气体向大气释放，仅有机挥发性气体就多达 100 多种，其中含有许多致癌致畸物。 播疾病 生活垃圾中含有大量微生物，是病菌、病毒、害虫等的滋生地和繁殖地，严重地危害人身健康 。 源与废物的相对性 固体废物包括所有经过使用而被弃置的固态或半固态物质，甚至还包括具有一定毒害性的液态或气态物质。固体废物的 “废 ”具有时间和空间的相对性。在一个生产过程可能是暂时无使用价值的，但并不代表在其他生产过程或其他方面也无使用价值。在当前经济技术条件下暂时无使用价值的废物，在发展了循环利用技术后可能就是资源。故固体废物常被看作是 “放错地点的原料 ”2因此，虽然生活垃圾有以上几方面危害，但如果能对生活垃圾进行有效系统地处理，回收垃圾中有用成分，将会变废为宝。其中，生活垃圾的综 合分选技术尤显重要 3。 2 生活垃圾分选 针对我国城市生活垃圾混合包装、混合收集的现状，从综合处理的角度出发，选择合理的城市生活垃圾分选工艺路线，以提高其效果和效率，简化后续处理工艺路线，以降低投资和运行成本最为关键。 生活垃圾分选主要是根据不同物相组分的粒度、密度、磁性、电性、光电性、摩擦性及表面润湿性的差异而进行的。相应的，常用分选方法有筛分、重力分选、磁力分选、电力分选、光电分选、摩擦分选、弹性分选和浮选等 4。 由于城市生活水平不同决定了生活垃圾组分也不同，不同经济发展水平也决定了生活垃圾最 终处置方式也不相同，在确定分选工艺和设备时应因地制宜，灵活应用。 选依据 依据城市生活垃圾的组分特点进行分选，将主要组分与其他组分分离，分选工艺的选择分析如下。 机物 主要通过筛分的手段完成，对于以灰土为主的无机物成分可以采用圆盘筛或滚筒筛进行筛分，灰土大部分进人筛下物，其它组分进入筛上物流。对于砖瓦、 3 陶瓷、煤渣等无机物组分，可通过弹跳分选工艺从其他物料中分离。 机物 主要通过筛分的手段完成，可以通过两种筛分手段来实现：一种是用圆盘筛进行预筛分去除灰土，然后再 用一级滚筒筛筛分，有机物大部分进入滚筒筛筛下物，其他物料进入滚筒筛筛上物；另一种是利用双级滚筒筛，筛下物为灰土成分，筛上物为可回收物和可燃物的混合物，筛中物为有机物和砖瓦陶瓷等的混合物，筛中物可通过弹跳分选进一步提高有机物纯度。 回收物 可通过人工分选和机械分选相结合实现，黑色金属回收物可采用磁选丁艺回收，有色金属可采用涡电流分选工艺实现，纸张、塑料可通过风力分选实现，不同类别的塑料可通过光电分选进一步分离。 燃物 生活垃圾中可燃物料以木竹、织物、塑料、纸张为主，可通过 部分人工分选，部分筛分方式选出，根据组分特征选择合适的筛孔，筛上物料以可燃物为主，筛下物则为其他物料 5。 方案 本次设计从我国的城市生活垃圾的现状出发，考虑到城市垃圾的特点，和我国劳动力资源丰富的特点，采用机械分选为主、人工粗选的方法。对于回收利用经济效率不高的固体废物直接作为垃圾焚烧的原料，分选工艺采用城市生活垃圾简易的处理方法，以分选产物作为填埋、堆肥和焚烧为目的，以达到城市生活垃圾的减量化、稳定化、无害化。分选工艺流程图如图 1 所示： 4 图 1 分选工艺流程图 圾分选工艺物料 衡算 圾分选厂每小时处理量 式中： Q每天的垃圾处理量， Q=100 t/d T每天的工作时间， T=10 h。 50/10=15 t/h 工分选 人工手选去除垃圾中的大块金属、塑料、玻璃瓶、建筑材料等，以利于后续处理。 据经验，经人工手选后大约 1%的大块金属、 璃和约 其他无机物质被选出，即 金属： 015t/h 玻璃： 00 15t/h 塑料： 015t/h 其他： 015t/h 经过人工手选可分出的垃圾有 t/h 5 选 垃圾经过磁选滚筒理论上可以分选所有的金属。 015t/h 择性破碎机器 上物 主要是纸、布、革、塑料、部分有机物等。 d 50u物质 0(20%+=15 t/h 下物 为 6=15 t/h 筛下物为碎土、石渣等无机物和破玻璃。 0(=15 t/h Q 总 =2+4+6+ 2 3 4 5 6 7Q Q Q Q Q Q Q Q 圾储存料仓 体容积 式中 ： 储存时间， d； Q最大日处理量， t/h； 有效容积系数，在 间； 6 垃圾有效密度， 在 间， t/ 在本设计中仓体容积为： 2 1 5 1 8 . 8 6 8 1 3 4 5 . 3 10 . 8 5 0 . 4 5 1 . 1 容积 V=1400 仓体尺寸计算 每个小仓的体积 度 a， m；宽度 b， m；深度 c， m。则 V0=abc 取 a=20 m， b=15 m， c=5 m 则每个仓体的容积为 0155=1500 400 足设计要求。 3 分选设备选型 车、抓斗的设计选择 垃圾吊车的台数是根据垃圾最大日处理量来确定的 。一般日处理量在 150 处理量在 200 t 到 300 t 的采用常用和备用各一台，规模在 300 t 以上的要求常用 2 台，备用一台。在吊车的台数确定以后还要确定吊车卷起、放下、行走、横移及抓斗开关动作所需时间，以确定吊车运行周期。如果分选设备有足够的处理能力，吊车的运行时间为 60 h,设计时一般取 45 55 h。吊车供给能力： 式中： Q吊车供给能力， t/h； P抓斗一次抓起量， t； T吊车运 行周期， h； 根据垃圾最大日处理量选择吊车、抓斗，其工艺参数如表 2 所示。 表 2 项目 数量 吨数 跨度 运行周期 实习运行 时间 供给能力 参数 2 台 t 7 m 143 s 50 h 21.2 t/h 设计依据 垃圾最大日处理量 抓斗容量 储料坑跨 度 吊车运行各种动作的速度 抓斗抓起 量 抓斗一次抓起量为： 0 1 5 1 4 3 0 . 7 1 55 0 6 0 t 7 可知抓斗一次抓起量 t 即可满足生产需求，选择一次抓起量为 1250 选设备选择 经过人工分选后进入磁选机进行分选的垃圾量为： 01 1 5 0 . 6 1 1 4 . 3 9Q Q Q t/h 已知垃圾的含水率为 根据以上数据选择 磁筒式磁选机，其主要技术参数如表 3 所示 : 表 3 磁选机的规格型号 筒转速（ r/ 40 规格 600900 电动机规格型号 体形式 半逆流 电机功率（ 场强度 1450 给料粒度（ 0 产能力 8 15 机重（ 910 筒破 碎机的选择 型 根据垃圾破碎分选工艺要求选择国产滚筒破碎机，具体技术特征如表 4。 表 4 滚筒破碎机特征 规格 生产能力 /(t/h) 滚筒 筛孔尺寸/升板高度 /m 电动机 直径/m 长度/m 倾角 /度 转速/(r/型号 功率/速/(r/30006000 80 6 3 12 50 300 4 30 算校正 横断面装料面积为 22()22 取经验值 =60， =10，代入数据得： 221 . 5 1 . 2 3 1 8 21 . 1 32S 料跌落所需时间为： T=t1+中 1 1 8 0 2 1 8 0 2 6 0t 1 . 6 7 1 2 8 24 4 1 . 5t s i n ( 9 0 ) c o s ( 9 0 ) s i n ( 9 0 6 0 ) c o s ( 9 0 6 0 ) 0 . 6 8 1 4R 代入数据得 T=s 当筛体倾斜安装时，实际物料轨迹为不规则的螺旋线，该螺旋线的螺距即 物料跌落一次向前所走的距离，即： 24 s i n ( 9 0 ) c o s ( 9 0 ) t a 24 1 . 5 s i n ( 9 0 6 0 ) c o s ( 9 0 6 0 ) t a n 3 0 . 0 6 8 1 s 物料沿滚筒轴向前的前进速度 v 为 0 . 0 6 8 1v = 0 . 0 2 9 02 . 3 5/滚筒破碎机实际生产能力为： Q=3600Sv k=3600t/h14.5 t/h 则所选择的破碎机能满足处理量的要求。 筒筛 筒筛的主要参数 垃圾滚筒筛筛分处理量为 67 5 . 1 4 5 5 . 1 3 2 1 0 . 2 8 t/ (1)设计筛体长度 4 m，筛体直径 1.6 孔取 10 0 装倾角4。 (2)筛分效率和生产率。根据 “垃圾分选机 行业标准（ 筛下物粒径 12 分效率 80%。选取筛分效率为 90%。 (3)滚筒筛转速通常为了获得较好的筛分效率，应使物料在筛体内做较大的翻动。滚筒筛临界转速 3 0 3 0 9 . 8 1n 3 3 . 4 6 3 43 . 1 4 0 . 8 r/ 料在筛体内的停留时间 根据研究表明，当筛分垃圾时，要得到 75%以上的筛分效率，停留时间应达到 25 30s,甚至更长。所以取垃圾在滚筒内停留时间为 50s，则物料在筛体内沿轴向运动的平均速度为 4 0 . 0 850 m/s 筛有用功率 据资料推导， 取 600，筛分机有用功率为 22( 9 8 c o s ( 9 0 ) )8 s i n ( 9 0 ) t a n 4 5L R 9 224 3 . 1 4 0 . 8 9 . 8 1 ( 9 8 c o s 3 0 )8 s i n 3 0 t a n 4 4 5 际使用的驱动电动功率还应考虑机械传动损失。 选设备 对本风选工艺，选用简易立式风选设备 流速度确定 风力分选主要将低密度、空气阻力大的塑料、废纸等和具有高密度、空气阻力小的重质有机物分开。部分物 料密度如表 5。 表 5 部分物料密度 物质 塑料 玻璃 砖 干砂 有机物 密度 /(kg/ 920 2500 1840 2500 1200 轻质物料以塑料为参考，其悬浮 气速为 0 22 9 2 0 6 . 6 71 0 0 1 0 0 m/s 重质物料以有机物为参考，其悬浮气速为 0 22 1 2 0 0 7 . 6 21 0 0 1 0 0 m/s 则选取气流速度为 6.7 m/s。 式风选几何参数的确定 关于风力分选设备的计算设计计算目前尚无成熟的方法可借鉴，对于立式分选垂直段主要目的是将纸类、塑料等轻质组分通过气流输送出来，可借鉴流化床气力输送设计进行经验设计，精确的计算还需要实验及有关的理论进行研究。 (1)选择气体速度 根据气力输送设计原则确定垂直段管长 7 m，考虑 所分选物料为不规则纸类、塑料等，选择管径 100 设高压端气体密度为 3 kg/所选气速相当于气体质量速度 G=20.1 kg/m2s 。 (2) 估算气 - 固比垃圾分选主要去除塑料及纸类，设其堆积密度为560b kg/m2s 气 0 . 3 8 0 . 3 80 . 7 5 0 . 7 55602 2 7 2 2 7 7 1 8 6 . 72 0 . 1 (3)所需空气量3t QG m 3 . 8 7 2 1 0 0 0 2 0 . 7 41 8 6 . 7kg/h 10 取空气重度为 空气体积流量为 1 3 . 8 2 1 1 . 0 61 . 2 5tk m3/h=m3/所选管径 100 气速，所需空气体积流量为： 2 0 . 7 4 1 6 . 5 91 . 2 5tk m3/s=m3/可选用 3.2 m3/压机一台能够满足要求。 (4)压降计算 管内平均绝对压力为 2 kg/ kg/a)，室温为 300 K，则气体平均重度为： 2 9 2 2 . 3 5 50 . 0 8 2 1 3 0 0 kg/直管压降： 2 2 1 8 6 . 7 2 . 3 5 5 7 6 1 5 5 . 5gp m H kg/ 旋风分离器选择 根据气体流量 入口风速 s,选取 旋风分离器，其允许进口风速 12m/s,处理量 750m3/h5。 送带 在垃圾分选工艺中，带式输送机是主要的运输机械，它连接各个分选设备。因此，各分选设备段之间的输 送带带宽、带长、带速及输送带的安装位置需根据具体情况分别估算。 送带 带宽确定 输送带 主要输送从垃圾储坑经过初级篦子送入的及由输送带送至滚筒破碎机的垃圾，在这一段输送带上同时进行人工分选。故带速不宜选择过快，选取带速为 s。 由于垃圾的密度较小和较松散，所以一般用槽式胶带输送带。胶带输送机的输送能力由下式计算。 3600 v c 式中： Q 输送能力，由物料衡算知 Q 近似取 14.5 t/h； 物料在胶带的截面积， v 输送带运行速度，取 0.3 m/s； 物料的堆密度，对垃圾取 t/c 倾角系数。对有人工手选输送带应水平放置，故 c=1。 如下图 3 所示为物料在胶带上堆积的断面积 11 图 3 物料在胶带上堆积的断面积 对于槽型输送带上物料堆积的断面积为 212 20 . 0 8 3 . 1 42 s i n 2 4 5 2 0s i n 4 5 4 F B t g 其中，胶带的槽角 选取 72为 20。 600(2) 则带宽为： B=m (2)电动机功率计算 在确定胶 带输送机的电功率以前，首先要计算传动滚筒的轴功率。转动滚筒轴功率的计算公式（式中参数数据取自文献）为 0 3 4 0 0 0 5 8()N k k N N N k v k 01 0 . 0 3 1 8 2 0 0 . 3 0 . 1 9 0 8hN k L v 502 5 . 4 5 1 0 1 0 2 0 0 . 0 1 0 9hN k Q L 0 0N (面传动滚筒 =此，电动机功率为 0 1 . 9 7 6 6 2 . 1 9 60 . 9 100三相异步电动机，额定功率为 送带 带宽的确定 输送带 主要用于输送有滚筒破碎机筛上物（只要为废纸、塑料及部分有机物）至风选设备。其计算方法如 (1)，由物料衡算，此时输送量Q=h。倾角 15 ，倾角系数 c 取 速取 s，则输送带带宽为 600(2) 得 B=m 取带宽为 1.3 m 如下图 4 为输送带简图 12 图 4 输送带简图 电动机功率计算 已知 0 m， v=1.0 m/s， Q=t/h， H=10 m。采用滚东轴承，查的 =0 ， 料挡板 段清扫器 换清扫器以上各数据带入计算式，转动滚筒轴功率为： 000+0) 动机功率为 0 5 . 5 11 . 0 6 . 1 20 . 9 132电动机，额定功率为 送带 度确定 输送带 主要用于输送自滚筒破碎机筛下物（主要为无机物、碎石渣、玻璃及部分有机物）送至滚筒筛。取带速为 1.5 m/s，输送倾角 10，倾角系数为 物料衡算此时输送量为 t/h， 600(2)10以 B=m 取带宽为 1.3 m 动机功率计算 取 0m， v=s， Q=h， H=5m。 采用滚动轴承，查得 =0 ， 料挡板 空段清扫器 换清扫器