城市垃圾綜合分選處理系統(tǒng)設(shè)計書

1 城市垃圾綜合分選處理系統(tǒng)設(shè)計書 1 城市垃圾簡介 言 目前，我國城市生活垃圾處理的最主要方式是填埋，約占全部處理量的 70%以上，其次是堆肥，約占 20%以上，焚燒量甚微。而垃圾的熱解、制取衍生燃料、垃圾產(chǎn)沼氣等措施使用甚少。與填埋相比，采用堆肥處理對設(shè)備要求不高，投資較少，運行費用較低，隨著垃圾中有機(jī)物比重的提高，應(yīng)用前景正逐步擴(kuò)大。但在其推廣過程中，有許多制約因素： 占地較多，對周圍環(huán)境有一定污染； 堆肥質(zhì)量不易控制，肥效差，市場銷路不暢； 堆肥產(chǎn)品中混有塑料、玻璃、橡膠等不易分解的物質(zhì) ，降低了產(chǎn)品的使用價值。對城市生活垃圾分選處理是在克服單一處理方法缺點的基礎(chǔ)上采用多種方法進(jìn)行綜合處理，從而避免了因處理不當(dāng)對環(huán)境造成的二次污染和資源的浪費。并且，隨著人民生活水平的提高，垃圾中的有用成分逐漸增多，不加以回收也是對資源的一種浪費。因此，需要對城市的生活垃圾進(jìn)行回收、分類和處理，提高垃圾作為資源循環(huán)利用或再利用的價值 2。 圾的組成 城市生活垃圾組成如表 1 所示： 表 1 垃圾組成 有機(jī)物 無機(jī)物 紙類 金屬 塑料 玻璃 其他 含量 /% 機(jī)物組分包括：食品殘余、果皮、植物殘余等。 無機(jī)物組分包括：磚瓦、爐灰、灰土、粉塵等。 垃圾容重平均值為 /立方米，含水率為 垃圾中塑料以超薄型塑料袋為主，廢紙以衛(wèi)生間廢紙為主。 垃圾熱值： 1923 kJ/選系統(tǒng)工作量為 100 噸 /天，日工作時間為 10 小時。 活垃圾的危害 染土壤。 垃圾滲出液改變土壤成分和結(jié)構(gòu)，有毒垃圾會通過食物鏈影響人體健康。垃圾破壞了土壤的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，使土壤保肥、保水能力大大下降。 染水體 。 垃圾中含有病原微生物、有機(jī)污染物和有毒的重金屬等，在雨水的作用下，它們被帶入水體，會造成地表水或地下水的嚴(yán)重污染，影響水生生物的生存和水 2 資源的利用。 染大氣。 細(xì)小固體廢物會隨風(fēng)飛揚，加重大氣污染。在大量垃圾露天堆放的場區(qū)臭氣熏天，老鼠成災(zāi)，蚊蠅滋生，有大量氨硫化物等有害氣體向大氣釋放，僅有機(jī)揮發(fā)性氣體就多達(dá) 100 多種，其中含有許多致癌致畸物。 播疾病 生活垃圾中含有大量微生物，是病菌、病毒、害蟲等的滋生地和繁殖地，嚴(yán)重地危害人身健康 。 源與廢物的相對性 固體廢物包括所有經(jīng)過使用而被棄置的固態(tài)或半固態(tài)物質(zhì)，甚至還包括具有一定毒害性的液態(tài)或氣態(tài)物質(zhì)。固體廢物的 “廢 ”具有時間和空間的相對性。在一個生產(chǎn)過程可能是暫時無使用價值的，但并不代表在其他生產(chǎn)過程或其他方面也無使用價值。在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下暫時無使用價值的廢物，在發(fā)展了循環(huán)利用技術(shù)后可能就是資源。故固體廢物常被看作是 “放錯地點的原料 ”2因此，雖然生活垃圾有以上幾方面危害，但如果能對生活垃圾進(jìn)行有效系統(tǒng)地處理，回收垃圾中有用成分，將會變廢為寶。其中，生活垃圾的綜 合分選技術(shù)尤顯重要 3。 2 生活垃圾分選 針對我國城市生活垃圾混合包裝、混合收集的現(xiàn)狀，從綜合處理的角度出發(fā)，選擇合理的城市生活垃圾分選工藝路線，以提高其效果和效率，簡化后續(xù)處理工藝路線，以降低投資和運行成本最為關(guān)鍵。 生活垃圾分選主要是根據(jù)不同物相組分的粒度、密度、磁性、電性、光電性、摩擦性及表面潤濕性的差異而進(jìn)行的。相應(yīng)的，常用分選方法有篩分、重力分選、磁力分選、電力分選、光電分選、摩擦分選、彈性分選和浮選等 4。 由于城市生活水平不同決定了生活垃圾組分也不同，不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平也決定了生活垃圾最 終處置方式也不相同，在確定分選工藝和設(shè)備時應(yīng)因地制宜，靈活應(yīng)用。 選依據(jù) 依據(jù)城市生活垃圾的組分特點進(jìn)行分選，將主要組分與其他組分分離，分選工藝的選擇分析如下。 機(jī)物 主要通過篩分的手段完成，對于以灰土為主的無機(jī)物成分可以采用圓盤篩或滾筒篩進(jìn)行篩分，灰土大部分進(jìn)人篩下物，其它組分進(jìn)入篩上物流。對于磚瓦、 3 陶瓷、煤渣等無機(jī)物組分，可通過彈跳分選工藝從其他物料中分離。 機(jī)物 主要通過篩分的手段完成，可以通過兩種篩分手段來實現(xiàn)：一種是用圓盤篩進(jìn)行預(yù)篩分去除灰土，然后再 用一級滾筒篩篩分，有機(jī)物大部分進(jìn)入滾筒篩篩下物，其他物料進(jìn)入滾筒篩篩上物；另一種是利用雙級滾筒篩，篩下物為灰土成分，篩上物為可回收物和可燃物的混合物，篩中物為有機(jī)物和磚瓦陶瓷等的混合物，篩中物可通過彈跳分選進(jìn)一步提高有機(jī)物純度。 回收物 可通過人工分選和機(jī)械分選相結(jié)合實現(xiàn)，黑色金屬回收物可采用磁選丁藝回收，有色金屬可采用渦電流分選工藝實現(xiàn)，紙張、塑料可通過風(fēng)力分選實現(xiàn)，不同類別的塑料可通過光電分選進(jìn)一步分離。 燃物 生活垃圾中可燃物料以木竹、織物、塑料、紙張為主，可通過 部分人工分選，部分篩分方式選出，根據(jù)組分特征選擇合適的篩孔，篩上物料以可燃物為主，篩下物則為其他物料 5。 方案 本次設(shè)計從我國的城市生活垃圾的現(xiàn)狀出發(fā)，考慮到城市垃圾的特點，和我國勞動力資源豐富的特點，采用機(jī)械分選為主、人工粗選的方法。對于回收利用經(jīng)濟(jì)效率不高的固體廢物直接作為垃圾焚燒的原料，分選工藝采用城市生活垃圾簡易的處理方法，以分選產(chǎn)物作為填埋、堆肥和焚燒為目的，以達(dá)到城市生活垃圾的減量化、穩(wěn)定化、無害化。分選工藝流程圖如圖 1 所示： 4 圖 1 分選工藝流程圖 圾分選工藝物料 衡算 圾分選廠每小時處理量 式中： Q每天的垃圾處理量， Q=100 t/d T每天的工作時間， T=10 h。 50/10=15 t/h 工分選 人工手選去除垃圾中的大塊金屬、塑料、玻璃瓶、建筑材料等，以利于后續(xù)處理。 據(jù)經(jīng)驗，經(jīng)人工手選后大約 1%的大塊金屬、 璃和約 其他無機(jī)物質(zhì)被選出，即 金屬： 015t/h 玻璃： 00 15t/h 塑料： 015t/h 其他： 015t/h 經(jīng)過人工手選可分出的垃圾有 t/h 5 選 垃圾經(jīng)過磁選滾筒理論上可以分選所有的金屬。 015t/h 擇性破碎機(jī)器 上物 主要是紙、布、革、塑料、部分有機(jī)物等。 d 50u物質(zhì) 0(20%+=15 t/h 下物 為 6=15 t/h 篩下物為碎土、石渣等無機(jī)物和破玻璃。 0(=15 t/h Q 總 =2+4+6+ 2 3 4 5 6 7Q Q Q Q Q Q Q Q 圾儲存料倉 體容積 式中 ： 儲存時間， d； Q最大日處理量， t/h； 有效容積系數(shù)，在 間； 6 垃圾有效密度， 在 間， t/ 在本設(shè)計中倉體容積為： 2 1 5 1 8 . 8 6 8 1 3 4 5 . 3 10 . 8 5 0 . 4 5 1 . 1 容積 V=1400 倉體尺寸計算 每個小倉的體積 度 a， m；寬度 b， m；深度 c， m。則 V0=abc 取 a=20 m， b=15 m， c=5 m 則每個倉體的容積為 0155=1500 400 足設(shè)計要求。 3 分選設(shè)備選型 車、抓斗的設(shè)計選擇 垃圾吊車的臺數(shù)是根據(jù)垃圾最大日處理量來確定的 。一般日處理量在 150 處理量在 200 t 到 300 t 的采用常用和備用各一臺，規(guī)模在 300 t 以上的要求常用 2 臺，備用一臺。在吊車的臺數(shù)確定以后還要確定吊車卷起、放下、行走、橫移及抓斗開關(guān)動作所需時間，以確定吊車運行周期。如果分選設(shè)備有足夠的處理能力，吊車的運行時間為 60 h,設(shè)計時一般取 45 55 h。吊車供給能力： 式中： Q吊車供給能力， t/h； P抓斗一次抓起量， t； T吊車運 行周期， h； 根據(jù)垃圾最大日處理量選擇吊車、抓斗，其工藝參數(shù)如表 2 所示。 表 2 項目 數(shù)量 噸數(shù) 跨度 運行周期 實習(xí)運行 時間 供給能力 參數(shù) 2 臺 t 7 m 143 s 50 h 21.2 t/h 設(shè)計依據(jù) 垃圾最大日處理量 抓斗容量 儲料坑跨 度 吊車運行各種動作的速度 抓斗抓起 量 抓斗一次抓起量為： 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 即可滿足生產(chǎn)需求，選擇一次抓起量為 1250 選設(shè)備選擇 經(jīng)過人工分選后進(jìn)入磁選機(jī)進(jìn)行分選的垃圾量為： 01 1 5 0 . 6 1 1 4 . 3 9Q Q Q t/h 已知垃圾的含水率為 根據(jù)以上數(shù)據(jù)選擇 磁筒式磁選機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如表 3 所示 : 表 3 磁選機(jī)的規(guī)格型號 筒轉(zhuǎn)速（ r/ 40 規(guī)格 600900 電動機(jī)規(guī)格型號 體形式 半逆流 電機(jī)功率（ 場強度 1450 給料粒度（ 0 產(chǎn)能力 8 15 機(jī)重（ 910 筒破 碎機(jī)的選擇 型 根據(jù)垃圾破碎分選工藝要求選擇國產(chǎn)滾筒破碎機(jī)，具體技術(shù)特征如表 4。 表 4 滾筒破碎機(jī)特征 規(guī)格 生產(chǎn)能力 /(t/h) 滾筒 篩孔尺寸/升板高度 /m 電動機(jī) 直徑/m 長度/m 傾角 /度 轉(zhuǎn)速/(r/型號 功率/速/(r/30006000 80 6 3 12 50 300 4 30 算校正 橫斷面裝料面積為 22()22 取經(jīng)驗值 =60， =10，代入數(shù)據(jù)得： 221 . 5 1 . 2 3 1 8 21 . 1 32S 料跌落所需時間為： 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 代入數(shù)據(jù)得 T=s 當(dāng)篩體傾斜安裝時，實際物料軌跡為不規(guī)則的螺旋線，該螺旋線的螺距即 物料跌落一次向前所走的距離，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 物料沿滾筒軸向前的前進(jìn)速度 v 為 0 . 0 6 8 1v = 0 . 0 2 9 02 . 3 5/滾筒破碎機(jī)實際生產(chǎn)能力為： Q=3600Sv k=3600t/h14.5 t/h 則所選擇的破碎機(jī)能滿足處理量的要求。 筒篩 筒篩的主要參數(shù) 垃圾滾筒篩篩分處理量為 67 5 . 1 4 5 5 . 1 3 2 1 0 . 2 8 t/ (1)設(shè)計篩體長度 4 m，篩體直徑 1.6 孔取 10 0 裝傾角4。 (2)篩分效率和生產(chǎn)率。根據(jù) “垃圾分選機(jī) 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ 篩下物粒徑 12 分效率 80%。選取篩分效率為 90%。 (3)滾筒篩轉(zhuǎn)速通常為了獲得較好的篩分效率，應(yīng)使物料在篩體內(nèi)做較大的翻動。滾筒篩臨界轉(zhuǎn)速 3 0 3 0 9 . 8 1n 3 3 . 4 6 3 43 . 1 4 0 . 8 r/ 料在篩體內(nèi)的停留時間 根據(jù)研究表明，當(dāng)篩分垃圾時，要得到 75%以上的篩分效率，停留時間應(yīng)達(dá)到 25 30s,甚至更長。所以取垃圾在滾筒內(nèi)停留時間為 50s，則物料在篩體內(nèi)沿軸向運動的平均速度為 4 0 . 0 850 m/s 篩有用功率 據(jù)資料推導(dǎo)， 取 600，篩分機(jī)有用功率為 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 際使用的驅(qū)動電動功率還應(yīng)考慮機(jī)械傳動損失。 選設(shè)備 對本風(fēng)選工藝，選用簡易立式風(fēng)選設(shè)備 流速度確定 風(fēng)力分選主要將低密度、空氣阻力大的塑料、廢紙等和具有高密度、空氣阻力小的重質(zhì)有機(jī)物分開。部分物 料密度如表 5。 表 5 部分物料密度 物質(zhì) 塑料 玻璃 磚 干砂 有機(jī)物 密度 /(kg/ 920 2500 1840 2500 1200 輕質(zhì)物料以塑料為參考，其懸浮 氣速為 0 22 9 2 0 6 . 6 71 0 0 1 0 0 m/s 重質(zhì)物料以有機(jī)物為參考，其懸浮氣速為 0 22 1 2 0 0 7 . 6 21 0 0 1 0 0 m/s 則選取氣流速度為 6.7 m/s。 式風(fēng)選幾何參數(shù)的確定 關(guān)于風(fēng)力分選設(shè)備的計算設(shè)計計算目前尚無成熟的方法可借鑒，對于立式分選垂直段主要目的是將紙類、塑料等輕質(zhì)組分通過氣流輸送出來，可借鑒流化床氣力輸送設(shè)計進(jìn)行經(jīng)驗設(shè)計，精確的計算還需要實驗及有關(guān)的理論進(jìn)行研究。 (1)選擇氣體速度 根據(jù)氣力輸送設(shè)計原則確定垂直段管長 7 m，考慮 所分選物料為不規(guī)則紙類、塑料等，選擇管徑 100 設(shè)高壓端氣體密度為 3 kg/所選氣速相當(dāng)于氣體質(zhì)量速度 G=20.1 kg/m2s 。 (2) 估算氣 - 固比垃圾分選主要去除塑料及紙類，設(shè)其堆積密度為560b kg/m2s 氣 0 . 3 8 0 . 3 80 . 7 5 0 . 7 55602 2 7 2 2 7 7 1 8 6 . 72 0 . 1 (3)所需空氣量3t QG m 3 . 8 7 2 1 0 0 0 2 0 . 7 41 8 6 . 7kg/h 10 取空氣重度為 空氣體積流量為 1 3 . 8 2 1 1 . 0 61 . 2 5tk m3/h=m3/所選管徑 100 氣速，所需空氣體積流量為： 2 0 . 7 4 1 6 . 5 91 . 2 5tk m3/s=m3/可選用 3.2 m3/壓機(jī)一臺能夠滿足要求。 (4)壓降計算 管內(nèi)平均絕對壓力為 2 kg/ kg/a)，室溫為 300 K，則氣體平均重度為： 2 9 2 2 . 3 5 50 . 0 8 2 1 3 0 0 kg/直管壓降： 2 2 1 8 6 . 7 2 . 3 5 5 7 6 1 5 5 . 5gp m H kg/ 旋風(fēng)分離器選擇 根據(jù)氣體流量 入口風(fēng)速 s,選取 旋風(fēng)分離器，其允許進(jìn)口風(fēng)速 12m/s,處理量 750m3/h5。 送帶 在垃圾分選工藝中，帶式輸送機(jī)是主要的運輸機(jī)械，它連接各個分選設(shè)備。因此，各分選設(shè)備段之間的輸 送帶帶寬、帶長、帶速及輸送帶的安裝位置需根據(jù)具體情況分別估算。 送帶 帶寬確定 輸送帶 主要輸送從垃圾儲坑經(jīng)過初級篦子送入的及由輸送帶送至滾筒破碎機(jī)的垃圾，在這一段輸送帶上同時進(jìn)行人工分選。故帶速不宜選擇過快，選取帶速為 s。 由于垃圾的密度較小和較松散，所以一般用槽式膠帶輸送帶。膠帶輸送機(jī)的輸送能力由下式計算。 3600 v c 式中： Q 輸送能力，由物料衡算知 Q 近似取 14.5 t/h； 物料在膠帶的截面積， v 輸送帶運行速度，取 0.3 m/s； 物料的堆密度，對垃圾取 t/c 傾角系數(shù)。對有人工手選輸送帶應(yīng)水平放置，故 c=1。 如下圖 3 所示為物料在膠帶上堆積的斷面積 11 圖 3 物料在膠帶上堆積的斷面積 對于槽型輸送帶上物料堆積的斷面積為 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，膠帶的槽角 選取 72為 20。 600(2) 則帶寬為： B=m (2)電動機(jī)功率計算 在確定膠 帶輸送機(jī)的電功率以前，首先要計算傳動滾筒的軸功率。轉(zhuǎn)動滾筒軸功率的計算公式（式中參數(shù)數(shù)據(jù)取自文獻(xiàn)）為 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?zhèn)鲃訚L筒 =此，電動機(jī)功率為 0 1 . 9 7 6 6 2 . 1 9 60 . 9 100三相異步電動機(jī)，額定功率為 送帶 帶寬的確定 輸送帶 主要用于輸送有滾筒破碎機(jī)篩上物（只要為廢紙、塑料及部分有機(jī)物）至風(fēng)選設(shè)備。其計算方法如 (1)，由物料衡算，此時輸送量Q=h。傾角 15 ，傾角系數(shù) c 取 速取 s，則輸送帶帶寬為 600(2) 得 B=m 取帶寬為 1.3 m 如下圖 4 為輸送帶簡圖 12 圖 4 輸送帶簡圖 電動機(jī)功率計算 已知 0 m， v=1.0 m/s， Q=t/h， H=10 m。采用滾東軸承，查的 =0 ， 料擋板 段清掃器 換清掃器以上各數(shù)據(jù)帶入計算式，轉(zhuǎn)動滾筒軸功率為： 000+0) 動機(jī)功率為 0 5 . 5 11 . 0 6 . 1 20 . 9 132電動機(jī)，額定功率為 送帶 度確定 輸送帶 主要用于輸送自滾筒破碎機(jī)篩下物（主要為無機(jī)物、碎石渣、玻璃及部分有機(jī)物）送至滾筒篩。取帶速為 1.5 m/s，輸送傾角 10，傾角系數(shù)為 物料衡算此時輸送量為 t/h， 600(2)10以 B=m 取帶寬為 1.3 m 動機(jī)功率計算 取 0m， v=s， Q=h， H=5m。 采用滾動軸承，查得 =0 ， 料擋板 空段清掃器 換清掃器