固废设计(生活垃圾综合分选处理系统设计)

中北大学 课程设计任务书 2010/2011 学年第 二 学期 学 院： 化工与环境学院 专 业： 环境工程 学 生 姓 名： XXXXX 学 号： XXXXXXXXXXX 课程设计题目： 生活垃圾综合分选处理系统设计 （290 吨/天） 起 迄 日 期： 6 月 13 日6 月 26 日 课程设计地点： 环境工程专业实验室 指 导 教 师： XXXXXX 系 主 任： XXXXXX 下达任务书日期:2011 年 6 月 13 日 课 程 设 计 任 务 书 1设计目的： (1)通过设计进一步消化和巩固本门课程所学内容，并使所学知识系统化，培养运用 所学理论知识进行城市生活垃圾综合分选处理系统设计的初步能力； (2)了解工程设计的内容、方法及步骤，培养学生确定固体废物处理与处置系统的设 计方案，进行设计计算、绘制工程图，应用技术资料，编写设计说明书的能力。 2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： (1)原始资料 垃圾主要成分见表： 垃圾组 分 有机物 无机物 纸类 金属 塑料 玻璃 其他 含量/% 50.3 31.3 2.08 3.18 9.13 1.2 2.81 有机物组分包括：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 0.49 吨/立方米，含水率为 45.7%。 垃圾中塑料以超薄型塑料袋为主，废纸以卫生间的废纸为主。 垃圾热值：1923kJ/ 分选系统工作量为 290 吨/天，日工作时间为 20 小时。 垃圾分选系统设计方案的分析确定； (2)设计内容及要求 垃圾储料仓设计计算；分选系统各设备选型计算：确定选择性破碎机、滚筒筛、简 易风选机型号和规格，并确定其主要运行参数；皮带运输机计算及布置，并计算各段的 长度、电机功率。编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写，包括方案的确定，设 计计算、设备选型计算和有关简图等内容。 3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、 实物样品等： （1）撰写课程设计说明书； （2）垃圾分选系统工艺流程及高程图一张；分选系统平面、剖面布置图 1-2 张。 3 课 程 设 计 任 务 书 4主要参考文献： (1)芈振明等编.固体废物处理与处置.高等教育出版社，1993 年 (2)聂永丰主编.三废处理工程技术手册固体废物卷.化学工业出版社 (3)宁平等编.固体废物处理与处置实践教程. 化学工业出版社，2005 年 5设计成果形式及要求： (1)设计说明书一份； (2)相关设计图纸。 6工作计划及进度： 2011 年 6 月 13 日：布置题目，发放课程设计任务书，讲解设计方法； 6 月 14 日 6 月 20 日：查阅资料，设计计算； 6 月 21 日6 月 24 日：绘制设计图，撰写说明书； 6 月 25 日6 月 26 日：答辩或成绩考核。 系主任审查意见： 签字： 年 月 日 目录 1 绪论 5 2 垃圾分选系统设计方案的分析确定 6 2.1 设计依据 6 2.2 设计方案 6 3 分选工艺物料衡算 8 3.1 垃圾分选厂每小时的处理量 Q0 8 3.2 人工分选 8 3.3 磁选 8 3.4 选择性破碎机 9 3.5 风选 9 3.6 滚筒筛分 9 3.7 废物全过程总的质量 .10 4 垃圾储仓计算 .11 4.1 仓体容积 .11 4.2 仓体尺寸的计算 .11 5 分选设备选型 .12 5.1 吊车、抓斗的设计选择 .12 5.2 磁选设备的选择 .13 5.3 滚筒破碎机的选择 .13 5.3.1 选型 13 5.3.2 计算校核 14 5.4 垃圾滚筒筛 .16 5.4.1 滚筒筛的主要参数 16 5.4.2 料在筛体内的停留时间 16 5.4.3 筒筛有用功率 16 5.5 风选设备 .17 5.5.1 气流速度确定 17 5.5.2 立式风选几何参数的确定 17 5.5.3 旋风分离器选择 19 5.6 输送带 .19 5.6.1 输送带 19 5.6.2 输送带 21 5.6.3 输送带 .22 6 可行性分析 .24 结束语 .25 参考文献 .26 附图 .27 课程设计说明书 5 1 绪论 近十年来，我国城市垃圾产生量大幅度增加。自 1979 年以来，我国的城市 垃圾平均以每年 8.98%的速度增长，少数城市如北京的增长率达 1520% 。1998 年我国城市垃圾清运量已达 1.15 亿吨，预测 2000 年将达 1.21.4 亿吨。 我国城市垃圾在产量迅速增加的同时，垃圾构成及其理化问题也相应地发 生了很大变化。我国城市生活垃圾构成拥有以下变化趋势： （1）有机物增加； （2）可燃物增多； （3）可回收利用物增多； （4）可利用价值增大。 由于垃圾的量的剧增，不仅占用土地，还是一种能源的浪费。垃圾中的绝 大部分都是可以用来作为能源的物质，所以垃圾应该在处理前进行分类，以达 到能量利用的最大化。由于我国的经济发展和市民环保意思薄弱的局限，导致 垃圾在源头不能达到很好的分类，就需要在垃圾的处理前加一个前处理垃圾的 分选。 2 垃圾分选系统设计方案的分析确定 2.1 设计依据 设计规模为 290t/d 的某城市生活垃圾分选系统，垃圾主要成分见表 2-1。 表 2-1 垃圾成分设计参数取值 垃圾组分 有机物 无机物 纸类 金属 塑料 玻璃 其他 含量/% 50.3 31.3 2.08 3.18 9.13 1.28 2.81 有机物组分包括：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 0.49 吨/立方米，含水率为 45.7%。 垃圾中塑料以超薄型塑料袋为主，废纸以卫生间的废纸为主。 垃圾热值：1923kJ/ 分选系统工作量为 290 吨/天，日工作时间为 20 小时。 2.2 设计方案 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 2-2 所示： 7 2-2 分选工艺流程图 3 分选工艺物料衡算 3.1 垃圾分选厂每小时的处理量 Q0 T 0 式中 Q每天垃圾的处理量，Q=290t/d； T每天的工作时间，T=20h 。 代入数据得 0 2914.5t/h（ ） 3.2 人工分选 人工手选去除垃圾中的 1%的大块金属、0.6%玻璃、2%的塑料和约 0.5%其 他无机物质，即 金属 10q%4.51=0.(/)Qth 玻璃 20.6.6.87/t 塑料 3014.520.9(/)qth 其他 40.%725/Qt 通过以上计算可知通过人工手选的垃圾共有: 1=0.45.870.2950.9(/)th 3.3 磁选 垃圾通过磁选滚筒理论上可以分选所有的金属。 20(3.18%-)=4.5218=0.36t/hQ（ ） 9 3.4 选择性破碎机 a 筛上物主要是纸、布、革、塑料、部分有机物等 mud50的物质，所以： 30(2%+.87.13)=4.291%=4.t/hQ（ ） b 筛下物主要是 mud5的被破碎的无机物、无机物、玻璃及其他碎土等。 3.5 风选 a 轻组分主要为粉尘、塑料纸张等。 40(2.8%+7.13)=4.5921%.34t/hQ（ ） b 重组分主要是有机物。 50214.502.9t/h（ ） 3.6 滚筒筛分 滚筒筛分主要对选择性破碎机筛下物进行进一步分选，筛下物中主要有无 机物、部分有机物、碎玻璃等。选择筛孔为 1010mm. 筛上物为 mpd10的为有机物： 605.3%-2)=14.530.9t/hQ（ （ ） 筛下物为碎土、石渣等无机物和碎玻璃“ 7031.%+.8-.5+.2-06)=14.530%=4.9t/hQ （ （ 2） （ 1（ ） 3.7 废物全过程总的质量 1234567=+QQ总 0.59.6.12.93+4.=18.7t/h 11 4 垃圾储仓计算 4.1 仓体容积 QV (2 2)式中 储存时间，d； 最大日处理量，t/h； 有效容积系数，在 0.80.9 之间； 垃圾有效密度，在 1.11.3 之间，t/m 3； 则在本设计中仓体容积为： QV32018.7=.m.54 取容积 V=1800 3m。 4.2 仓体尺寸的计算 0abcV 式中 0每个小仓体的体积, 3m； a长度，m； b宽度，m； c深度，m； 取 a=25m，b=10m，c=9m， 则每个仓体的容积为 0V3=25190m 1800 3， 满足设计要求。 5 分选设备选型 5.1 吊车、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 300t 以下的采用一台吊车，日处理量在 300t 到 600t 的采用常用和备用各一台，规模 在 600t 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 60min/h,设计时一般取 4555min/h。吊车供给能力： PNQT 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 5-1 所示： 表 5-1 吊车工艺参数 项目 参数 设计依据 数量 2 台 垃圾最大日处理量 吨位 1.25t 抓斗容量 跨度 7m 储料坑跨度 运行周期 143s 吊车运行各种动作的速度 13 实际运行时间 50min/h 供给能力 21.5t/h 抓斗抓起量 抓斗一次抓起量为： )(598.06143.20 tNTQP 可知抓斗一次抓起量 0.5958t 即可满足生产需求，选择一次抓起量为 1250kg 的抓斗。 5.2 磁选设备的选择 经过人工分选后进入磁选机进行分选的垃圾量为： 014.5-9=13.t/hQ（ ） 已知垃圾的含水率为 49.4%，根据以上数据选择 CTB-69 永磁筒式磁选机， 其主要技术参数如表所示： 表 5-2 CTB-69 永磁筒式磁选机主要技术参数 磁选机的规格型 号 CTB-69 圆筒转速(r/min) 40 规格 600900 电动机规格型号 Y90L-4 槽体行式 半逆流 电机功率（kw） 1.5 磁场强度（oe ） 1450 给料粒度(mm) 00.2 生产能力(t/h) 815 机重(kg) 910 5.3 滚筒破碎机的选择 5.3.1 选型 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 5- 2。 表 5-3 滚筒破碎机技术特征 规格 30006000 规格 30006000 生产能力/(t/h) 滚筒 直径/m 长度/m 倾角/ 度 转数 /(r/min) 80120 3 6 3 12 筛孔尺寸/min 提升板高度/min 电动机 型号 功率/kw 转数 /(r/min) 50 300 BJO2- 72-4 30 1460 15 图 5-4 滚筒内断面示意图 5.3.2 计算校核 横断面装料面积为 2)/)( 2rRS 取经验值 0016， ，代入数据得： )(13.2)2/8/3)(.15( 22 mS 物料跌落所需时间为： 12t+T 式中 )(67.1230810snt； 00002441.5si(9)cos(9)sin(96)cos(96).8s3Rt （ ） 代入数据得 .268.71sT 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： )(0681.3tan)609cos()609(sin5.14t2 0 mRl 物料沿滚筒轴向前的前进速度 v 为 029.35.81Tl m/s 滚筒破碎机实际生产能力为： 3603601.290.43120.8(/)14.5/QSvKtht 则所选择的破碎机能满足处理量的要求。 5.4 垃圾滚筒筛 5.4.1 滚筒筛的主要参数 垃圾滚筒筛筛分处理量为 674.39.2t/hQ 滚筒筛主要参数确定如下： (1)设计筛体长度 4m，筛体直径 1.6m，筛孔取 10mm10mm，安装倾 角 40。 (2)筛分效率和生产率。根据“垃圾分选机-垃圾滚筒筛”行业标准 （CJ/T5013.1-95), 筛下物粒径 12mm，筛分效率 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 nc 为 min)/(346.8.0194.30rRgc 根据实验表明，垃圾滚筒筛回转速度一般取临界转速的 30%60%较为理 想，则取滚筒筛转速为 12r/min。 5.4.2 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 2530s,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 17 )/(08.54smLv 5.4.3 筒筛有用功率 据资料推导， 取 600，筛分机有用功率为 )(96.445tan30si8)30cos89(1t)(ins022002kWgRLN 实际使用的驱动电动功率还应考虑机械传动损失。 5.5 风选设备 对本风选工艺，选用简易立式风选设备 5.5.1 气流速度确定 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 5-4。 表 5-5 部分物料密度 物质 塑料 玻璃 砖 干砂 有机物 密度/(kg/m 3） 920 2500 1840 2500 1200 轻质物料以塑料为参考，其悬浮气速为 )/(67.92010smvs 重质物料以有机物为参考，其悬浮气速为 )/(62.7010svs 则选取气流速度为 6.7m/s。 5.5.2 立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 7m，考虑所分选 物料为不规则纸类、塑料等，选择管径 m10。设高压端气体密度为 3kg/m3, 故所选气速相当于气体质量速度 G=6.73=20.1（kg/m 2s)。 (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3/560mkgb 。 气-固比为 186.71.2056(7)(270.75-.385.038. ）LGb (3)所需空气量 t计算 3t=mQ 4.210.7g/h86（ K） 取空气重度为 1.25kg/m3,则空气体积流量为 332.718.(/)0./min5tkfGQh 按所选管径 100mm 和气速，所需空气体积流量为： in/156.3)/(0526.14.376422 sDvtk 故可选用 3.2m3/min 空压机一台能够满足要求。 (4)压降计算 19 管内平均绝对压力为 2kg/m2(1kg/m2=9.8Pa)，室温为 300K，则气体平均重 度为： )/(35.0821.93mkgRTMpq 垂直管压降： )/(5.6735.18622kgHmpg 5.5.3 旋风分离器选择 根据气体流量 3.156m3/min 和入口风速 6.7m/s,选取 XLP/A-3.0 型旋风分离 器，其允许进口风速 12m/s,处理量 750m3/h。 5.6 输送带 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。 5.6.1 输送带 （1）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 0.3m/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。 c360bFQ 式中 Q 输送能力，由物料衡算知 近似取 14.5t/h；bF 物料在胶带的截面积， 2m； 输送带运行速度，取 0.3m/s； 物料的堆密度，对垃圾取 0.45t/ 3m; c 倾角系数。对有人工手选输送带应水平放置，故 c=1。 图 5-6 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 201.0452sin1.3245sin08. 221 tgBFb 其中，胶带的槽角 选取 7TD型为 0。 则 214.5360.2514-.30.451B 则带宽为： B=1.20（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 8500430 kvNkNWvLh 19.3218.10 21 kWLQkNh 019.21045.20 0N1.976045.32.51.4.90.18.510 胶面传动滚筒 =0.90，因此，电动机功率为 kWNk196.2.07 故选用 2-10LY型三相异步电动机，额定功率为 0.3 。 5.6.2 输送带 （1） 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=4.24t/h。倾角 15，倾角系数 c 取 0.885。带速取 1.0m/s，则输送带带宽 为 24.2360.24-.31.045.8B 解得 B=1.27（m） ， 取带宽为 1.3m。 图 5-7 输送带简图 （2） 电动机功率计算 已知 401./4.2/10hLmvsQthHm， ， ， 。 采用滚动轴承，查得 =0.030， 5.3.0783. 4521kkk ， ，导料挡板25.k ，空段清扫器 .6，弹换清扫器 7， 8.。将以上各数 据带入计算式，转动滚筒轴功率为： 50.31840.1704.20.2734.10.352581NkW 电动机功率为 0.56.129Nk 所以选用 4132MY型电动机，额定功率为 7.5 。 5.6.3 输送带 （1）宽度确定 23 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 1.5m/s，输送倾角 10，倾角系数为 0.957，由物料衡算此时输送量为 8.02t/h， 28.02=36.-.1.04.8（ 543B） 5 所以 B=1.27(m) 取带宽为 1.3m。 （2）电动机功率计算 取 01.5/8.02/5hLmvsQthHm， ， ， 。 采用滚动轴承，查得 =0.030， 0.18.