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生活垃圾转运站设计 摘 要 生活垃圾转运站是进行城市垃圾收集处理的重要枢纽 设立城市生活垃圾转 运站可以大大提高垃圾的清运效率 在当今的城市固体废物处理体系中 垃圾转 运站是一个独立的部分 选择垃圾中转站地理位置的最主要的标准是保证运输运 输成本最小 因为把大量的固体废弃物以一个较大的负荷进行远距离运输要比使 用小负荷运输更经济 本次设计选取中国北方某城市作为设计背景 结合实际条件和国内已经运行 的垃圾转运站的实际数据 对城市生活垃圾转运站的主体工艺和部分核心设备和 设施进行了选择 设计 选型和规划 主要完成了压缩式生活垃圾转运站处理工 艺的设计 平面规划和总体布局 预处理工艺中破碎和筛分设备的选型和设计 压缩设备的设计及计算 垃圾渗滤液处理工艺和设备的选择和设计 关键词 转运站 压缩 破碎 生活垃圾转运站设计 abstract transfer station is a fundmental part of msw it will bring a great improvement on the efficiency of solid waste transporting that to built a transfer station transfer station is also a integral part of present day msw the main criteria use to decide the location of a transfer station is the minimization of transfer costs since it is cheaper to transport great amount of waste over a long distances in large loads than in small ones taking data from transfer stations which have already operated for many years and some environmental informations from a city located in northern china in this study i mainly design the way of solid waste transporting and choice some key instruments for this transfer sration there are four parts of my study including the way of solid waste transporting facilities assignment design of the compressor which are used in this transfer station and choice the instruments for the pre processing key word transfer station compression compact 生活垃圾转运站设计 目 录 第一章 绪论 1 1 1 研究背景 1 1 2 研究意义 1 1 3 城市生活垃圾转运站分类 1 1 4 城市生活垃圾转运站主要设备 3 1 5 设计内容 3 第二章 工艺设计 11 2 1 设计背景 11 2 2 转运站规模 11 2 3 转运车数量 12 2 4 转运站工艺选择 13 第三章 预处理设备设计及选用 15 3 1 破碎设备设计 15 3 2 筛分设备设计 19 第四章 压缩设备设计及选用 23 4 1 运动部分设计 23 4 2 最小传动角的验证 26 4 3 截面结构及许用应力校核 27 4 4 压头设计 28 4 5 收集箱设计 29 4 6 压缩频率设计 29 4 7 压缩设备数量计算 30 4 8 压缩机三维造型设计 30 第五章 渗滤液处理设施设计 32 5 1 设计背景 32 5 2 uasb 反应器设计 33 5 3 a o 反应器设计 40 5 4 二沉池设计 42 5 5 污泥浓缩池设计 44 第六章 总结与展望 47 生活垃圾转运站设计 6 1 总结 47 6 2 展望 47 参考文献 49 致 谢 51 生活垃圾转运站设计 第一章 绪 论 1 1 选题背景 随着城市发展 垃圾产生量不断增加 近 20 年来 我国的城市化进程加快 城 市数量和规模不断扩大 但城市的发展却不平衡 特别是环境保护基础设施严重滞 后 城市生活垃圾对市容景观的破坏和对生态环境的污染已相当严重 目前 全国 城市常住人口已超过 3 亿 还有相当多的流动人口 全国城市生活垃圾年产量约 1 l 亿 t 并以近 10 的速度递增 但是大部分城市普遍缺乏符合标准的处置设施 年 复一年地将生活垃圾裸露堆放在郊区 有的城市长期向河流 湖泊 坑塘倾倒垃圾 由于城市规模的扩张 近郊可提供填埋的适宜场地也越来越少 为此不得不在离城 市更远的地方建设垃圾处理场 厂 由此引起垃圾收运距离增加 导致垃圾收运车 数量及费用的增加 并加大城市交通拥挤程度 为解决这个问题 需在城市附近适 宜的位置建设垃圾转运站 垃圾中转站是进行城市垃圾收集处理的重要枢纽 主要 由称重系统 垃圾收集清运系统 除尘除臭系统 垃圾压缩系统 密闭式垃圾转运 车 污水处理系统 自动控制和测试系统 美化绿化的站区环境系统等 8 个部分组 成 其功能就是对垃圾进行中转运输 即将小吨位车辆倒换为大型集装箱密封运输 车 并增加垃圾的装载密度 从而提高运输效率 减少交通堵塞 降低环境污染 1 2 研究意义 从国内外垃圾运输方式的发展来看 随着城市规模的扩大 人口的增加 垃圾 数量的增多 垃圾处理场的远离市区 通过设立城市生活垃圾转运站可以大大提高 垃圾的清运效率 随着社会的发展 垃圾量急剧增加 而垃圾比重大幅下降 采用 高效 迅捷的垃圾处理工艺是必然的选择 为提高垃圾转运的净载率 现代化的垃 圾中转站节省了垃圾转运的运行费用 缓解了城市的交通拥挤状况 提高了垃圾的 清运效率 从而节省了垃圾处理的成本并降低了二次污染的可能性 有着很好的社 会效益和经济效益 1 1 3 垃圾转运站的分类 垃圾转运方式如下 1 生活垃圾转运站设计 1 集装箱压缩式垃圾转运方式 即各种不同类型的垃圾收集车辆到达转运站内 将垃圾卸倒垃圾地坑里 地坑 内装有推板均匀将垃圾推到垃圾压缩机内 通过压缩机边压边进入垃圾集装箱内 装满后 此垃圾与专用集装箱及半挂车 由牵引车拉到垃圾处理场去 本身集装箱 半挂车带有液压推板装置 由牵引车提供动力源 将垃圾自行卸于处理场 2 预压块装箱式转运方式 即各种不同类型垃圾收集车辆到达转运站内 将垃圾卸到垃圾地坑里 地坑内 装有推板或钢板带式输送机 将垃圾均匀地推到或输送到垃圾压缩机内 被压成一 大整块后 再被整块推进集装箱内 最后由牵引车将集装箱拉到垃圾处理场去 3 预压打包式转运方式 垃圾在转运站被压实打包 以铁丝捆扎码垛 最后由转运车运往处理场 这种 形式转运站要求垃圾含水量低 只能处理袋装垃圾 4 传送带式转运方式 即各种不同类型的垃圾车进站后 在坑道型地坑边将垃圾卸于坑底传送带上 垃圾被传送带送至垃圾转运车集装箱内 最后运至处理场 这种形式的最大不足是 运行费用高 故障率高 而且垃圾露天存放 环境污染和蚊蝇 臭气问题较严重 5 开顶直接装载式转运方式 该种形式是直接在集装箱上开顶 垃圾收集车直接在顶上卸料 在一些中 小 型中转站有时应用 其主要缺点是垃圾几乎没有压实 运输效益低 不能容许数辆 收集车同时卸料 而且装载过程不密封 环境污染和蚊蝇 臭气问题较为严重 6 抓斗直装式转运方式 收集车从三层向二层倾倒下垃圾 由推土机推至转向抓斗附近 再由转向抓斗 抓起装入转运车集装箱内 该种形式的最大不足在于二层空间环境极为恶劣 效率 也较低 7 机碎式垃圾转运方式 垃圾送到转运站内 经过机械将垃圾搅碎 后运去处理场 这样的转运站投资 昂贵 处理垃圾较慢 除特殊的要求外 目前较少地方采用 从上面介绍的七种垃圾转运方式来看 前两种为压缩转运 后五种为不压缩转 运 目前国内普遍采用的是四 五 六形式 但其运输效率 工作条件 环境保护 等问题均没有得到根本的解决 随着社会的发展 垃圾量急剧增加 而垃圾比重大 2 生活垃圾转运站设计 幅下降 采用高效 迅捷的垃圾处理设备是必然的选择 为提高垃圾转运的净载率 现代化的垃圾中转站均采用将垃圾压缩后转运的方式 同时也节省了垃圾转运的运 行费用 压缩垃圾封闭式大容量转运方式也是国外应用较多的一种形式 代表着垃 圾转运的方向 采用大容量集装箱转运是最为适宜的 目前 国内也正越来越多地 采用这种形式 例如 厦门后坑 北京五路居 北京大屯 青岛太原路 天津潘楼 沈阳老虎冲 长沙等地的转运站均采用压缩转运的形式 2 1 4 城市生活垃圾转运站主要设备 1 4 1 进料系统 目前 国内的垃圾中转站系统处于自我研制与仿制并进的阶段 规模较小 情 况混乱 没有统一的标准 而且 已经投入使用的机械基本上都是照搬其它行业的 机械 不能完全适应垃圾转运站的要求 普遍存在着工作效率低下 可靠性低 多 个功能之间接口不匹配 二次污染严重等问题 国外的垃圾转运设备 由于起步较早 则已经有了长足的发展 如德 美等国 依靠其强大的机械设计制造能力 已经能研制并生产成套的专业垃圾转运站设备 形成了一整套的设计模式及行业标准 但是 我们也应看到国内引进的各种垃圾转 运站设备 有的取得了较好的效果 同时有些在使用中也暴露了各种各样的问题 这证明 垃圾转运站设备在国外发展的也不是很成熟 正处于发展阶段 而且 不 一定能适应我国的实际国情 所以 我们既要学习外国的各种先进技术 也不能对 其盲目的信任 特别是外国为了自己的利益 不会无偿的提供技术 更不可能对我 们毫无保留 最终还是要靠我们自己的力量 3 4 5 6 在垃圾中转站对垃圾进行处理 首先必须考虑的就是进料 所谓进料 就是将 垃圾运输车从各个居民区所收集来的垃圾 接纳进中转站的处理系统 并对垃圾进 行最初级的处理 使其能以较平稳的物流向下供给 满足整个系统对于处理物流量 的稳定性的要求 所以垃圾进料系统在工作中就要符合如下功能要求 1 计量功能 由于垃圾中转站设备有一定的设计处理能力 为了对整个系统的工作情况有较 好的掌握 必须对垃圾的供给量及供给的进行时时测控 这就要求进料系统具备计 量功能 较为准确的对垃圾量进行称重 以便进行调节 2 容纳功能 3 生活垃圾转运站设计 垃圾车向进料系统进行进给 这是一个间断的过程 且目前垃圾转运车辆的多 样性 造成每次进料的随机性非常大 而垃圾中转站的处理设备一般为电机带动 电机只能工作在一定的速度上 这就要求进料系统有足够的空间来容纳垃圾 对后 续的处理设备实现平稳的供给 3 匀速布料功能 为了满足平稳供给 垃圾进料系统必须有一个匀速布料装置 将进料系统内容 纳的垃圾进行均匀布料 使大量的垃圾能匀速的 小量的 持续的向下供给 4 抗冲击功能 一般的垃圾运输车辆为了能够提高工作效率 采用侧斜或后斜式 将垃圾直接 由车内倾斜进进料系统 垃圾运输车的承载能力由零点几吨到几吨不等 故在倾斜 时可能有较强烈的冲击 为了保证垃圾转运站的可靠性 进料系统必须设计的及为 坚固 能够在整个寿命周期内经受得住每次倾斜垃圾时所带来的冲击 5 密封功能 垃圾是污染物 为了防止其在中转站系统中造成二次污染 必须对进料端进行 密封 使倾斜布料过程中产生的有毒气体 尘埃及噪音不会扩散到系统之外对大气 水造成的污染 影响周围居民的生产及身体健康 6 除尘功能 在系统内的尘埃有污染性 为了保障工人和各种设备的工作环境 除尘时必须 具备的一项功能 7 降噪功能 噪音污染是较难控制的 即使在密封的条件下 如果分贝过高 仍然会污染外 界环境 为了从根源上入手 必须在进料系统设计时考虑降噪问题 使噪音能降到 一个满意的范围 8 排水功能 为了适应各种地区 各种环境所产生的垃圾 必须考虑垃圾含水量对垃圾处理 的影响 垃圾的成分决定了垃圾内所含水分有腐蚀性 在雨季 如果不考虑水分 当水过多时 可能会流入处理机械 对机械的正常工作和使用寿命都是严重的威胁 9 吸附废气功能 垃圾内含有多种有机物 会释放出多种含氮 含硫废气 如果对其不进行处理 直接排放到大气中 将会造成严重的大气污染 4 生活垃圾转运站设计 10 微调功能 各种地区的垃圾成分 将会有很大的差异 即使是在同一地区 不同季节的垃 圾产量及垃圾成分也会有明显的变化 为了适应这种变化 提高垃圾系统的工作效 率 垃圾进料系统应具备一定的微调功能 以适应各种不同情况 11 自动剔除异物功能 垃圾成分的复杂多样性决定了垃圾中转设备不可能处理所有的垃圾 当遇到不能处 理的 体积较大 较长或其它情况时 进料系统必须能及时停止 并迅速的剔除异 物以最快的速度恢复工作 7 1 4 2 预处理设备 1 破碎设备分类 1 颚式破碎机 广泛应用选矿 建材和化工行业 适用于坚硬和中硬物料的破碎 按照动颚摆 动特性分为 简单摆动型 复杂摆动型和综合摆动型三类 动颚上面装有高锰钢破 碎齿板 2 锤式破碎机 按转轴方向的不同 分为水平和垂直式锤式破碎机 按转子数目的不同 可分 为单转子和双转子锤式破碎机 目前使用较多的是可逆单转子锤式破碎机 3 冲击式破碎机 利用冲击作用力进行破碎 这与锤式破碎机很相似 但其锤的数量要少很多 一般为 2 4 个 工作原理是 进入破碎机的物料 被绕中心轴以 25 40m s 的线速 度高速旋转的转子猛烈冲撞后 受到第一次破碎 然后物料从转子的撞击过程中 获得能量高速飞向坚硬的机壁 受到第二次破碎 在冲击过程中弹回的物料再次被 转子击碎 难于破碎的物料 被转子和固定板剪断 破碎产品由下部排出 4 辊式破碎机 辊式破碎机主要依靠剪切 挤压作用 根据辊子的特点 可将辊式破碎机分为 光辊破碎机和齿辊破碎机 光辊破碎机的辊子表面光滑 主要作用为挤压与研磨 可用于硬度较大的废物的中碎与细碎 而齿辊破碎机辊子表面有破碎齿 其破碎作 用为劈裂 可用于脆性或粘性较大的废物 也可用于堆肥物料的破碎 5 剪切破碎机 剪切破碎机是依靠剪切作用力为主的破碎机 经过固定在机架上的刀和移动刀 5 生活垃圾转运站设计 之间的啮合作用 破碎固体废弃物成为合适的大小 剪切式破碎机特别适合松散固 体废弃物的破碎 2 筛分设备的分类 1 固定筛 筛面由许多平行排列的筛条组成 可以水平安装或倾斜安装 固定筛分由于构 造简单 不耗用动力 设备费用不高和维修简单等优点 在固体废弃物处理中使用 较多 固定筛又可分为格筛和棒条筛两种 格筛一般安装在粗碎机之前 其目的是 保证进入粗碎机的固体废弃物粒度小于一定尺寸 棒条筛一般安装角度为 30 35 以保证固体废弃物沿筛面下滑 棒条筛的筛孔尺寸为筛下粒度的 1 1 1 2 倍 筛孔 尺寸一般不小于 50 毫米 一般位于粗碎机与中碎机之间 2 滚筒筛 滚筒筛分是固体废弃物处理中重要的运行设备 该设备为一缓慢旋转的圆柱形 筛分面 一般为 10 15r min 的旋转速度 以筛筒轴线倾角为 3 5 度安装 筛面可 用各种材料制作 最常见的是用钢板冲孔卷制而成 筛分时 固体废弃物由较高的 一端进料 随着转筒在筛内不断滚动 细颗粒通过筛孔而透筛 3 振动筛 该设备的振动方向与筛面垂直或近似垂直 振动次数 600 3600r min 振幅 0 5 1 5mm 密度大而颗粒小的物料颗粒透过粒度大的颗粒的孔隙 进入下层到达 筛面 振动筛的倾角在 8 40 之间 倾角较小时 使物料移动缓慢 单位时间内的 筛分效率降低 但倾角过大时使物料移动过快 物料还未充分筛分就排除筛外 从 而使筛分效率降低 振动筛由于筛面振动强烈 消除了筛孔堵塞的现象 有利于湿 物料的筛分 还可用于固体废弃物的脱水振动和脱泥筛分 4 弛张筛 该设备的筛面是由特制橡塑材料模压而成 筛孔一般为斜长形 筛面按波浪均 匀布置在筛架上 每一次振动时 波形筛面会被拉直 从而产生对筛分物料的弹力 并使筛面上的附者物料松动 减少筛孔的堵塞 适用于湿度较大 粘性强的物料筛 分 具有较高的筛分效率 但筛面的寿命较短 价格高更换不方便 8 1 4 3 举升装置 城市地坑式生活垃圾中转站主要包括举升装置 动力系统 起重平台 垃圾集 装箱 汽车托板 控制箱等6个功能模块组成 举升装置是地平式垃圾中转站的关键 6 生活垃圾转运站设计 部分 不仅决定着整台中转站的可靠性 平稳性 而且决定着整台中转站的成本 9 地平式垃圾中转站主要实现将垃圾集装箱提升一定高度的功能 一般地 汽车 车厢平面距地平面约1 2m 垃圾集装箱的高度为1 5m 再考虑到汽车托板等部分所 占的高度空间 垃圾集装箱提升的高度一般在3 3m左右 一箱垃圾及其集装箱的重 量约4t 举升装置要承受至少4t的重量 实现3 3m的铅垂位移 地平式垃圾中转站 在大中城市中安装数量较多 属于应用量大 面广的产品 因此中转站的成本不能 太高 另外 垃圾中转站工作时应无噪声污染 否则会影响附近居民休息 综上所述 举升装置的设计目标为 在承受约4t重量的载荷下 能够实现3 3m 的铅直位移 而且要求运行可靠 操作简单 成本低 噪声小 易维护 11 1 4 4 压缩设备 ly63s 130型垃圾压缩机主机由压缩装置 推出装置等组成 12 如图1 1所示 其工作原理如下 图1 1 ly63s 130型垃圾压缩机 压缩装置由主液压缸1 压头2 收集箱1 钢板焊接而成的u形箱体 两侧无钢 板 等组成 用于对垃圾进行压缩 主液压缸固定在型钢焊接成的机架上 其活塞杆 1的端部连接压头2 压头由主液压缸驱动升降 散装垃圾倒入收集箱5 此时收集箱 处于地坑内 以后 液压缸即驱动压头伸入其中压缩垃圾 待压缩完毕 需移动垃圾 块时 将收集箱5上的铁链条挂于压头的钩块上 液压缸驱动压头升起时即将收集箱 5提起至运输车车厢的高度位置 推出装置4由推出液压缸 推板和推出架等组成 7 生活垃圾转运站设计 用于将压缩成块的垃圾推上垃圾运输车 推出液压缸固定于混凝土台上 其活塞杆 前部装有推板 活塞杆 推板和推出架3件固接 活塞杆前行时 推板 推出架同步 向前运动 直至把收集箱中的垃圾块推上运输车 为防止推卸过程中收集箱 不与运 输车车厢板贴住 随动 应把收集箱铁链挂于导柱上的孔内 压缩装置工作中挤出的 污水通过地坑流入下水道 垃圾压缩需经2 3次的 边倾倒边间断挤压 的轮番过程 每次挤压至一定程度 必须进行保压 以促进块状垃圾的压实 当已压实的垃圾由 地坑内提出时 应先将设置于收集箱两侧的挂链勾于压头上 以便使收集箱与压头 同步提升 13 1 4 5 储存设备 新型封闭式垃圾压缩储存设备由箱体 支柱 垃圾投入及提升系统 自动开门 系统 垃圾压缩系统 垃圾排出系统等组成 如图1 2所示 其中1 7为压缩缸 2 为斗式提升系统 3为箱体 4为排出门系统 5为投入门系统 6为桶式提升系统 图1 2 新型封闭式垃圾压缩储存设备 1 箱体 封闭式垃圾压缩储存设备的箱体采用钢板焊接而成 为了满足在现有垃圾楼中 存放 长 宽 高定为 5 000 mm 1 500 mm 1 500 mm 为了保证垃圾压缩时箱体 的抗挤压强度 采用5 mm的钢板 并在箱体四周用槽钢焊接加强筋 为了保证箱体 内垃圾液的自动排放 在箱体底部开有孔 装上过滤网和孔接头后 垃圾液可直接 排放至下水道 2 支柱 8 生活垃圾转运站设计 封闭式垃圾压缩储存设备的箱体靠6个支柱支撑 保证箱体上的垃圾排出口的高 度能与后装式垃圾压缩车直接接轨 支柱采用空心方钢 通过计算其抗压强度来确 定方钢的截面积 在方钢两端焊接钢板 与箱体底部用螺栓连接 3 垃圾投入及提升系统 根据各小区垃圾收集的情况不同 垃圾投入及提升系统分为桶式和斗式两种 桶式提升系统是针对小区中采用标准垃圾桶收集垃圾的方式而设计的 系统中设有 放置垃圾桶的框架 当装满垃圾的垃圾筒被放上时 将自动被卡紧 此时启动电机 电机驱动链轮链条传动 带动垃圾桶提升 到达一定高度后 通过导向轨道方向的 改变实现自动倾翻 将垃圾筒中的垃圾倒进箱体顶部的垃圾口 然后电机反转 带 动垃圾桶下降 斗式提升系统是针对小区中采用人工小车收集垃圾的方式而设计的 工人将垃 圾投入到垃圾斗中 斗的容积约为0 75 m 斗中装满垃圾后 按下启动按钮 提升 斗系统的液压缸驱动链条系统将垃圾斗举升至一定高度 通过一个特殊机构使垃圾 斗倾翻 将垃圾倒入箱体顶端的投入口 然后液压缸收缩 垃圾斗下降 4 自动开门系统 箱体顶端设置两个自动开门系统 当垃圾斗或垃圾桶提升到指定高度后 箱体 顶端的垃圾投入门自动开启 垃圾斗或垃圾桶中的垃圾倾倒干净后 门自动关闭 保证密封储存 自动开门系统通过电机带动钢丝绳绳轮传动 通过电机的正反转实 现垃圾投入门的自动开启和关闭 门底下装有滑轮 箱体上端装有导轨 以减小门 开启和关闭时的摩擦阻力 5 垃圾压缩系统 垃圾通过箱体顶端的垃圾投入口投进箱体后 位于两端的液压缸使垃圾压缩铲 伸出压缩垃圾 液压缸头部的压力达到一定值后 液压缸自动缩回垃圾压缩系统的 工作原理见图1 2 其中1 7为压缩缸 2 5为压缩铲 3为排出铲 4为排出缸 6为箱体 垃圾压缩液压控制回路如图1 3所示 其中1为液压泵 2为溢流阀 3 4为电磁 换向阀 5 6为单向节流阀 7 8为双作用液压缸 按下启动按钮 y1 y2同时得 电 液压缸7 8压缩垃圾 定时压缩后 松开按钮 液压缸7 8退回 为了保证液 压缸工作平稳性 采用进口节流调速回路 9 生活垃圾转运站设计 图1 3 垃圾压缩液压控制回路 图1 4 垃圾排出系统的工作原理 6 垃圾排出系统 垃圾装满箱体后 启动垃圾排出按钮 则箱体顶端的液压缸驱动 通过连杠机 构带动箱体前端的排出门打开 箱体后端的排出液压缸伸出 带动排出铲斗将垃圾 排出到后装式垃圾压缩车中 同时 左右两端的压缩铲也工作 后边铲斗排出 两 边铲斗压缩 将箱体中的垃圾排净 14 垃圾排出系统的工作原理见图1 4 1 5 设计内容设计内容 本次设计主要完成如下内容 完成对压缩式垃圾转运站总体处理量计算以及选址 整体规划和地面构筑物 的总体布局设计 设计压缩式垃圾转运站的预处理设备 对破碎和筛分设备进行选型和基本设 计 设计压缩式垃圾转运站的压缩设备 完成转运站污水处理的工艺设计和地面构筑物的设计 10 生活垃圾转运站设计 第二章 工艺设计 2 1 设计背景 c市位于环渤海地区的中心地带 北依巍巍燕山 南临滔滔渤海 是一座具有百年 历史的重工业城市 c市现辖六个行政区 六个县 市 和两个国有农场 总面积 13472平方公里 总人口704万 其中市区面积3874平方公里 人口293万 随着城 市发展 垃圾产生量不断增加 由于城市规模的扩张 近郊可提供填埋的适宜场地 也越赖越少 c市决定在远离城市中心的地方建设垃圾处理场 厂 对市区产生固 体废物进行处理 由于c市地处华北平原 并靠近渤海 所以该市气候类型属于温带季风情气候 夏季以东南季风为主 冬季以西北季风为主 垃圾处理场为污染性较大的市政设施 因此应设置在与季风风向平行的位置上 以避免在垃圾处理过程中所产生的有害气 体对市区居民造成影响 因此c市的垃圾处理场应位于该市的东北方向 主要交通 沿线的附近 由此引起垃圾收运距离增加 导致垃圾收运车数量及费用的增加 并 加大城市交通拥挤程度 为解决这个问题 该市决定在城市近郊不同方向的交通沿 线上建设6座垃圾转运站 现已知位于c城西北方向的a地距离垃圾处理场20km 区 域服务人口55万 根据有中华人民共和国建设部批准的由中国市政工程西南设计院 于1992年颁布的 城市垃圾转运站设计规范 和 城市环境卫生设施设置标准 对 位于a地的垃圾转运站进行总体设计和部分设备的选型及设计 2 2 转运站规模 转运站的规模 应根据垃圾转运量确定 1 垃圾日转运量 由 城市垃圾转运站设计规范 15 第2 2 2条 垃圾转运量 应根据服务区域内垃圾高产月份平均日产量的实际数据确定 无实际数据时 可按 下式计算 1 0 0 0 n q q 2 1 式中 q 转运站的日转运量 t d n 服务区域的实际人数 11 生活垃圾转运站设计 q 服务区域居民垃圾人均日产量 kg 人 d 按当地实际资料采用 无 当地资料时 垃圾人均日产量可采用1 0 1 2kg 人 d 气化率低的地方取高值 气 化率高的地方取低值 垃圾产量变化系数 按当地实际资料采用 如无资料时 值可采用1 3 1 4 在本次设计中 由于该转运站服务的是c市城区a区域的居民 因此服务区域的 实际人数n为55万人 服务区域居民垃圾人均日产量q取1 1 kg 人 d 垃圾产量变化 系数 取1 3 带入上式得 1 35500001 1 786 5 10001000 nq qt 2 2 2 垃圾转运站规模 由 城市垃圾转运站设计规范 第2 2 3条 转运站规模 可分为小型 中型和大型 转运量小于150t d 为小型 转运量为150 450t d 为 中型 转运量大于450t d 由于位于c市a区域的这座垃圾转运站日处理量达到786 5t 因此该转运站属于超大型垃圾转运站 3 转运站用地面积 由 城市环境卫生设施设置标准 第4 1 1条垃圾转运站 用地标准可知 c市a区域的这座垃圾转运站占地面积应大于4500m2 附属建筑面 积应大于300m2 表2 1 垃圾转运站用地标准 转运量 t d 用地面积 m2 附属建筑面积 m2 450 4500 300 注 表中 转运量 按每日工作一班制计算 2 3 转运车数量 12 生活垃圾转运站设计 车辆的用途是将城镇所产生的生活垃圾运输倒转运站 经压缩后再运输到垃圾 填埋场 大 中型转运站应配备一定数量的运输车辆 由 城市垃圾转运站设计规范 第 4 1 12 条 运输车辆的配置数量可采用下列 公式计算 q m wu 2 3 式中 m 运输车辆数量 q 日转运量 t d w 运输车载重量 t u 每部车日转运次数 备用车系数 取 1 2 t u t 2 4 式中 t 额定日运输时间 t 一次作业时间 在本次设计中 使用载重量为 8 吨的垃圾转运车对垃圾进行运送 额定日工作 时间为 8 小时 一次作业时间为 1 小时 由公式得 每部车日转运次数 8 8 1 t u t 次 运输车辆数量 786 5 1 2 16 85 8 7 q m wu 取 17 辆 13 生活垃圾转运站设计 2 4 转运站工艺设计 垃圾转运方式如下 集装箱压缩式垃圾转运方式 预压块装箱式转运方式 预 压打包式转运方式 传送带式转运方式 开顶直接装载式转运方式 抓斗直装式转 运方式 机碎式垃圾转运方式 本次设计使用预压块式转运方式 具体工艺如图 2 1 所示 城市生活垃圾首先 收集由转运车运动到垃圾转运站 经过称重后进行人工分选 首先将金属和容易对 设备造成损坏的固体废物除去 然后进行破碎和筛分 筛分后部分垃圾被运走堆肥 而不能的被用作的肥的垃圾则被压缩后运往填埋场进行填埋 垃圾压缩过程中所产 生的渗滤液经过 uasb 和 a o 工艺处理后达标排放 图 2 1 生活垃圾转运站工艺流程 14 生活垃圾转运站设计 第三章第三章 预处理设备设计及选用预处理设备设计及选用 3 1 破碎设备的设计 1 破碎设备的作用 生活垃圾破碎处理后 减容性好 减少垃圾存放空间 垃圾比重变大 增加垃 圾车厢装载量 提高运输效率 节约运输的资金和能源 垃圾破碎后粒度均匀 有 利于垃圾的分选及综合处理 如果垃圾密度较均匀 还能提高垃圾的可燃烧性能 有利于做成垃圾压块 可作为大田温室 暖房等的焚烧燃料 2 破碎机主要结构简述 破碎机主要由机架 转子 锤子 带传动等零部件组合而成 电动机通过三角 皮带带动转子 由转子旋转并驱动锤头与垃圾撞击以及垃圾与破碎腔内壁的相互作 用 而将脆性垃圾破碎 机架支撑转子轴承 轴承设计为带座调心轴承 箱体分为 上机体和下机体两部分 在上机体上设计有垃圾进料口 并在进料口处设计有安全 门 在下机体上设有方孔 用以排出己破碎的垃圾 在下机体出料方孔处不设计筛 条 是因为筛条上易挂满垃圾缠绕物 严重阻碍已破碎垃圾的排出 影响机器的正 常工作 所以 不设计筛条是为了保证机器安全工作 3 转子的直径与长度 可逆锤式破碎机的转子 由于要铰接悬挂锤头 而采用组合式转子 由圆盘 和间隔套等零件组成 转子的直径一般是根据给料块的尺寸来决定 本次设计中 转子的工作直径确 定为 550mm 转子的工作长度确定为 800mm 4 锤头重量的确定 由于锤式破碎机的锤头是铰接地悬挂在转子上 所以正确地选择锤头的重量对 破碎效果和能量消耗有很大作用 如果锤头的质量选得过小 则可能锤击一次脆性 垃圾 而不能达到将垃圾破碎的要求 若是选得过大的锤头重量 则无用的功率消 耗过大这也是不经济的 因此 锤头重量一定要满足锤击一次使脆性垃圾破碎 并 使无用功率消耗达到最小值 同时 还必须不使锤头过度向后偏倒 根据碰撞理论动量相等的原理计算锤头重量时 锤头打击垃圾后 必然会产生 速度损失 如果锤头撞击垃圾后 其速度损失过大 就会使锤头绕本身的悬挂轴向 15 生活垃圾转运站设计 后偏倒 这时 锤头由于速度减小而使动能减小 因而会降低破碎机的生产率 为 了使锤头打击垃圾后产生的偏倒 能够由于离心力的作用而在一次转动过程中 很 快恢复正常工作位置 所以锤头打击垃圾后速度损失不宜过大 一般地 1 0 4 0 6 v 2 v 3 1 式中 锤头打击垃圾后的线速度 1 v 2 v 锤头打击垃圾前的线速度 原则上转子直径越大 允许的速度损失越大 反之则偏小取值 若锤头与垃圾为非弹性碰撞 且设垃圾碰撞前的速度为零 则根据碰撞理论 动量相等的原理可得下列方程 1 g v gq 2 v q 3 2 可以得出 1 5 0 7 g 3 3 式中 q 最大进料垃圾块的质量 kg g 锤头的质量 kg 实际锤头质量设计为 1 2 kg 5 破碎机工作参数的计算 破碎机转子的转速 60 v n d 3 4 式中 v 转子的圆周速度 m s d 转子工作直径 m 16 生活垃圾转运站设计 虽然转子圆周速度越高 破碎力越大 但锤头磨损也快 功率消耗也大 因此 在满足下道工艺对物料粒度要求的情况下 转子的圆周速度应偏低选取 转子圆周 速度 v 可以根据破碎物料的性质按下式计算 5 6 0 1 3 0 01 g v e 3 5 式中 物料的比重 kg cm3 0 物料的抗压强度 e 物料的弹性模量 以玻璃为选择破碎的对象 玻璃的有关参数查机械设计手册 具体计算如下 5 6 1 3 5 6 0 13 6 3 9 814000 0 010 017 63 2 5 10 0 56 10 g v e m s 转子工作转速 60 7 63 265 0 55 n r min 破碎机的生产率 目前 还没有一个考虑了各种因素的理论计算公式 基本上都是利用经验公式 来计算 锤式破碎机的生产率按下式计算 30 45 qdl 3 6 式中 转子的直径 单位 m d l 转子的长度 单位 m 垃圾的密度 单位 t m3 17 生活垃圾转运站设计 表 3 1 垃圾组分百分含量 及垃圾密度 kg m3 垃圾组分 灰土 砖瓦 纸类 塑料 织物玻璃金属木竹食品 其他 密 度 3 8 3 38 3 16 11 080 53 2 32 0 63 7 17 65 82 2 1 277 8 5 03 35 05 3 52 7 85 1 82 2 04 1 01 4 17 38 97 0 457 4 参考国内已经运行的垃圾转运站数据 取垃圾的平均密度计算生产率为 30 45 42 0 55 0 8 0 36766 793qdl t h 6 破碎机电动机功率 破碎机功率消耗与很多因素有关 但主要取决于垃圾的性质 转子的圆周速度 生产能力等 目前 破碎机电机功率尚无一个完整的理论计算公式 一般是采用经 验公式选择破碎机的电机功率 计算公式为 nkq 3 7 式中 电机功率 kw n q 机器的生产能力 t h k 比功耗 kw t 比功耗要根据破碎物料的性质 机器的结构特点和破 碎比而定 对锤式破碎机取 k 1 4 2 粗碎时取偏小值 细碎时取偏大值 计算电动机功率为 1 5 6 79310 19nkq kw 3 8 通过查阅机械设计手册 选定点击型号为 y180l 8 额定功率为 11kw 满载转速 730r min 7 破碎机的数量 18 生活垃圾转运站设计 本次设计中设破碎机的额定工作时间为 8h d 因此每台破碎机的日处理量为 t d 3 9 8 10 1981 52qqh 日 由于垃圾转运站的日处理量为 786 5 t 因此 需要破碎机数量为 786 5 9 6410 81 52 q n q 总 日 3 10 由于考虑到设备的故障 为保证垃圾转运站的正常运行 本次设计选用 11 台可 逆锤式破碎机 3 2 筛分设备的设计 1 筛分设备的作用 分选是综合处理的关键技术 目前国内城市生活垃圾处置 采用单一处理方法 者居多 垃圾没有分选 就不能将这种复杂的混合物 分成若干组分 分而治之 垃圾的综合处理是合理经济的方法 要实现综合处理 首先分选垃圾 因此分选技 术是综合处理工艺的关键技术 而分选设备又是关键的关键 在城市生活垃圾堆肥的预处理或中间处理中 垃圾滚筒筛除去粒度大于 100 毫 米的无机物 为下道工序做准备 即筛上物再分选或焚烧和筛下物的发酵 均是一 种较理想的分选设备 2 主要结构简述 筛分机主要由机架 筛筒体 调整机构 带传动等零部件组合而成 电动机通 过三角皮带驱动主轴 由主轴旋转并驱动筛筒体转动 而使垃圾按粒度大小进行分 选 机架支撑筛筒体轴承 筛网通过扎箍固定在筛架上 每种筛网可以很方便的进 行撤换 筛筒体的不同角度依靠螺纹调整机构实现 筛筒依靠调速电极实现无级调 速 3 筛筒体的直径与长度 滚筒筛的筒体直径与长度搭配要合适 长度短了 容易使筛分效率降低 直径 过小 不宜使筛分物料充分散开 也会影响筛分效率 所以 选择合适的筒体直径 19 生活垃圾转运站设计 与长度的比例是重要的 滚筒筛的筒体直径与长度的关系 滚简筛筒体的长度确定为 900mm 筛筒体 的直径可参照下列关系式 l 0 7 2 d 3 11 计算为 900 600 1 5 d 3 12 筛筒体的直径确定为 600mm 滚筒筛的筒体长度确定为 900mm 4 垃圾滚筒筛的倾斜角 垃圾滚筒筛的倾斜角会影响垃圾物料在筛筒体内的滞留时间 在城市生活垃圾 处理系统中 垃圾滚筒筛的倾斜角通常在2 范围内选择 5 oo q 5 垃圾滚筒筛的生产能力 按平均法计算 m qs 3 13 式中 s 筛面工作面积 m2 q 单位筛面面积生产率 t m2 表 3 2 单位筛面面积生产率 作业名称 分 级 筛孔尺寸 mm 100 80 50 25 13 q t m2 h 110 90 60 30 12 17 计算为 20 生活垃圾转运站设计 0 6 0 9 1210 18 2 m qsq t h 6 垃圾进入量 进人垃圾滚筒筛的垃圾多少 直接影响滚筒筛的效率 进入量少 筛分效率低 进人量过多 筛筒体内层垃圾容易产生干涉 破坏了垃圾的有效循环 筛分效率反 而降低 所以 合理的垃圾进入量必须按垃圾物流量的实际要求进行确定 由下面式子计算 2 4 b dfld g 3 14 式中 g 垃圾的 重力 进入量 kg d 滚筒筛筒体内径 m f 充填系数 常用值 f 0 25 0 33 b d 垃圾的容重 通常生活垃圾的容重 0 3t m b d 3 0 45t m3 l 滚筒筛筒体长度 m 本次设计中取 0 3 0 4t mf b d 3 计算为 22 0 4 0 3 0 90 6 30 44 b dfld g kg 7 滚筒筛的功率 垃圾滚筒筛功率ne按下列经验公式计算 3 746 10 e nfg d 3 15 计算为 33 746 10746 100 3 300 65 2 e nfgd kw 21 生活垃圾转运站设计 通过查阅机械设计手册 选定点击型号为 y180l 8 额定功率为 11kw 满载转速 730r min 8 滚筒筛的数量 本次设计中设滚筒筛的额定工作时间为 8h d 因此每台滚筒筛的日处理量为 t d 3 16 8 10 1881 44qqh 日 由于垃圾转运站的日处理量为 786 5 t 因此 需要滚筒筛数量为 786 5 9 6510 81 44 q n q 总 日 3 17 由于考虑到设备的故障 为保证垃圾转运站的正常运行 本次设计选用 11 台滚 筒筛 22 生活垃圾转运站设计 第四章 压缩设备的设计及选用 4 1 运动部分设计 压缩活塞的功能性要求要求压缩机构能够提供足够的压缩力 使压缩产品达到 所需的密度 由分析可知 在压缩机构结构条件允许的条件下压缩力越大越好 但 是压缩力增大对结构的强度与稳定性要求也要提高 如图4 1所示 图4 1 活塞比压与物料容积密度的关系 压缩的工作压力一般为5bar以下 此时压缩产品的最终密度理论上能够达到 300 400kg m3 此时压缩活塞至少能够保证为压缩物料提供最大5bar的压缩力也即 单位面积约n的压力 5 5 0 10 本设计中垃圾压缩截面尺寸为1 21 3mm 设定压缩机构需要提供最大压力不 小于n的压力 当物料所受压缩力最大时 对双曲柄活塞机构中活塞受力最 大为n 5 7 8 10 5 7 8 100 53 9 由于压缩机构受到整个机架及压缩室结构的限制 并参考相关资料对本次设计 中一些参数进行设定 16 1 减速箱输出轴与滑道偏置距离为85mm 即e 85mm 2 选择有效行程s 780mm 630mm 800mm 3 极位夹角设计值为 所以偏置式压缩机的参数为 e 85mm s 780mm 3 o 23 生活垃圾转运站设计 图 4 2 几何关系 如图 4 2 所示 a1a2为滑块的两极限位置 o为曲柄的回转中心 a1a2到o的距 离为偏心距e 过a1a2o三点做外接圆 圆心为 01 半径为r 做a2c垂直于a1a2 点c在该外接圆上 其几何关系如图所示 所以有 2 sinrs 4 1 1 2 sin oalrr 4 2 2 2 sinoalrr 4 3 1sin sineoalr 4 4 在本设计中已知 s e 0 求 r 和 l 由式 4 3 得 sin e lr 24 生活垃圾转运站设计 由式 4 1 4 2 得 2 sin sin sinsin se lrr 故 sin12 sin sinsin cos 2 cos cos 2 cos 2 ee ss 2 sin 2cos cos e ar s 令 2 sin cos cos e ar s 则 2 sin coscos e s 2 sin 1 cos 1 cos sin 222 e s 2 sin 1cos 1cos cos 222 e s 因为 22 所以sinsin sincoscossin 222222 2 sin2 sin 1 cos1cos cossin 222 ee ss 2 4 5 同理 2 sin2 sin 1cos1 cos coscossin 222 ee ss 2 4 6 sin sincoscossin 2 sin2 sin 1 cos1cos cossin 222 ee ss 2 由式 4 1 4 2 得 sin sin sin sin 2sin sin sin sin sin 2sin s rr s lr 25 生活垃圾转运站设计 将 4 5 4 6 代入上式得 2 1 22 se r s tg 4 7 2 1 22 se l s ctg 4 8 将 e 85mm s 780mm 3 o 代入得 7802 85 11 5388 9 2780 rtg o mm 7802 85 11 51190 8 2780 lctg o mm 圆整后取 r 388mm l 1190mm 4 2 机构最小传动角验证 曲柄滑块机构设计中 要满足最小传动角大于许用传动角的条件 曲柄滑块机 构最小传动角出现在曲柄与滑块移动副导路相垂直的位置 对于偏置式曲柄滑块机构 其传动角的最小值则出现在以下两个位置之一 当 曲柄的运动断电与滑块的移动副导路在曲柄回转中心同侧时 最小传动角为 min1 arccos re l 4 9 异侧时 最小传动角为 min2 arccos re l 4 10 整个机构的最小传动角为 minmin1min2 本次设计中 26 生活垃圾转运站设计 min1 min2 38885 arccos arccos 75 2 1190 38885 arccos arccos 66 6 1190 re l re l o o 所以满足要求 minmin1min2min2 66 640 o o 4 3 截面结构及许用应力校核 在压缩曲柄滑块中 其结构受到限制 曲柄截面采用常规矩形式而连杆为了降 低机构的质量采用方钢 两者截面形式如图 4 3 所示 图 4 3 截面图 这里取 1 210amm 90bmm 1 bm 2 130am m 2 60 m 8mm 材料选用优质碳素结构钢 45 由公式得 4 11 5 5 101 2 1 37 8 10fpsn 5 此时单杆受力为 5 1 3 9 10 2 nf n 4 12 对最小截面的机械压应力校核 27 生活垃圾转运站设计 5 2 3 9 10 140 1 0 13 0 060 114 0 044 n mpa a 4 13 当安全系数时 1 5 s n 353 235 3 1 5 s s mpa n 4 14 满足条件 4 4 压头的设计 压头是直接压缩垃圾的元件 连接在摇杆上 压头的主要受力面在其前端的合 金钢板上 侧面受力较小 压头的上表面焊接有2个挂钩 以便在摇杆上升时勾住收 集箱上壁 压头尺寸如图4 4所示 满足压缩要求 图4 4 压头尺寸 28 生活垃圾转运站设计 4 5 收集箱设计 收集箱是待压缩垃圾的贮存箱 由于垃圾中含有各种酸 碱类物质 因此要求 它有较强的耐蚀性 所以选择收集箱材料为不锈钢冷轧钢板 收集箱系由钢板焊接 而成的u形箱体 两侧无钢板 箱体上面焊有托板 托板上焊有4个钩孔 在压缩结 束时用链条连接这些孔 将收集箱提升 结构尺寸设计如下 长l 1 5m 宽b 1 4m 壁厚为100mm 深度为1 9m 结构如图4 5所示 图 4 5 收集箱结构 4 6 压缩频率 压缩频率不能过高也不能过低 需要依据实际物料及工况采用适宜值 对于垃 圾处理量较大的压缩机 由于其质量和机构较为庞大 惯性力也比较大 高压缩频 率会对机器设备的压缩质量和机构稳定性要求更高 所以压缩频率不宜过高 一般 约为10 30次 分为宜 16 参考国外经验 本设计中采用的活塞压缩频率为10次 分 29 生活垃圾转运站设计 4 7 压缩设备数量确定 压缩机每完成一次工作周期为15min 处理量为 qvn 4 15 为处理后垃圾块的密度 这里取