固廢課程設(shè)計垃圾分選系統(tǒng)設(shè)計

1、1 緒論1.1 設(shè)計目的和意義垃圾分選的目的就是將混合垃圾進行有效的分類，對垃圾成分中的不同組分進行分離，得到較為單一的組分，或是從混合垃圾中分離出某種少含量垃圾組分，有利于垃圾的回收再利用和后續(xù)處理。分選系統(tǒng)揀出部分可回收物資，經(jīng)簡單處理后進行二次加工回收。垃圾分選的意義在于提高垃圾處理的有效性。垃圾中有機成分分選出后進行厭氧消化，剩余的無機礦化成分填埋，可以避免填埋處理過程中的種種弊端。同時推行垃圾分選，讓可焚燒的進行焚燒，可厭氧消化或堆肥的制作肥料，可可回收再生的進行回收再生，最終的殘渣進行填埋，以及有害垃圾唄單獨分類收集和處理，從而提高垃圾處理的有效性1。1.2 垃圾分選技術(shù)固體廢物分

2、選是實現(xiàn)固體資源化、減量化的重要手段，通過分選將有用的充分選出來加以利用，將有害的充分分離出來，另一中是將不同粒度級別的廢棄物加以分離。分選基本原理是利用物料的某些性質(zhì)方面的差異，將其分選開。固體廢物的分選技術(shù)方法可概括為人工分選和機械分選。人工分選是最早采用的分選方法，適用于廢物產(chǎn)源地、收集站、處理中心、轉(zhuǎn)運站或處置場。根據(jù)廢物組成中各種物質(zhì)的粒度、密度、磁性、電性、光電性、摩擦性及彈跳性的差異，將機械分選方法分為篩選、重力分選、光電分選、磁力分選、電力分選和摩擦與彈跳分選。1.3 垃圾分選設(shè)計內(nèi)容(1)垃圾分選系統(tǒng)設(shè)計方案的確定；(2)垃圾儲料倉設(shè)計計算；(3)分選系統(tǒng)各設(shè)備選型計算：確定

3、選擇性破碎機、滾筒篩、簡易風選機型號和規(guī)格，并確定其主要運行參數(shù)；(4)皮帶運輸機計算及布置，并計算各段的長度、電機功率。(5)編寫設(shè)計說明書：設(shè)計說明書按設(shè)計程序編寫，包括方案的確定，設(shè)計計算、設(shè)備選型計算和有關(guān)簡圖等內(nèi)容。(6)繪制有關(guān)圖紙。2 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計方案2.1 原始數(shù)據(jù)垃圾主要成分見下表2-1：表2-1 垃圾組分明細垃圾組分有機物無機物紙類金屬塑料玻璃其他含量/%54.331.32.682.585.131.22.81有機物組分包括：食品殘余、果皮、植物殘余等。無機物組分包括：磚瓦、爐灰、灰土、粉塵等。垃圾容重平均值為0.43噸/立方米，含水率為49.4%。垃圾中塑料以超薄型塑料袋

4、為主，廢紙以衛(wèi)生間的廢紙為主。垃圾熱值：1923kJ/kg分選系統(tǒng)工作量為290噸/天，日工作時間為20小時。2.2 設(shè)計方案分選工藝采用城市生活垃圾簡易處理方法，為填埋、堆肥和焚燒作預處理。分選工藝流程圖如圖2-1所示。 圖2-1 垃圾分選工藝流程簡圖3 分選原理及設(shè)備3.1 篩選（篩分）原理篩分是利用篩子將不同粒度范圍的固體廢物顆粒分離出來的過程，是適用于松散物料的干式分離方法。篩分過程由物料分層和細粒透過篩子兩個階段組成，物料分層是完成分離的條件，細粒透過篩子是分離的目的。 為了使不同粒度的廢物顆粒通過篩分產(chǎn)生分離，必須使顆粒與篩面間產(chǎn)生相對運動，這種相對運動可以使篩面上的固體廢物處于相

5、對松散狀態(tài)，顆粒較大的廢物位于篩面的上層，顆粒較小的廢物位于篩面的下層，小顆粒廢物通過篩孔達到與大顆粒廢物分離的目的；另外，這種相對運動還可以使堵在篩孔上的顆粒脫離篩孔，有利于細顆粒廢物通過篩孔。 固體廢物透篩的難易程度與廢物的粒度有關(guān)，如果粒度小于篩孔尺寸的四分之三，則很容易通過粗粒形成的間隙達到篩面而透篩，這樣的廢物顆粒稱為“易篩?！保蝗绻６却笥诤Y孔尺寸的四分之三，則很難通過粗粒形成的間隙到達篩面，且尺寸越接近篩孔尺寸就越難透篩，這種廢物顆粒稱為“難篩粒”2。3.2 常用篩分設(shè)備類型固體廢物處理中常用的篩分設(shè)備主要有固定篩、滾筒篩、振動篩、和搖動篩。(1) 固定篩 固定篩篩面由許多平行排

6、列的篩條組成，可以水平安裝或傾斜安裝。固定篩又可以分為格篩和棒條篩。格篩一般安裝在粗碎機之前，保證粗碎機入料的塊度適宜。棒條篩主要安裝在粗碎和中碎之前，安裝傾角應(yīng)大于廢物對篩面的摩擦角，一般為300500，篩孔尺寸一般不小于50mm，適用于篩分粒度大于50mm的大顆粒廢物。 (2)滾筒篩 滾筒篩是一個傾角的圓筒傾角(3050)，圓筒的側(cè)壁上開有許多篩孔。在傳動裝置的帶動下，篩筒繞軸轉(zhuǎn)動（1015rmin），固體廢物由篩筒的一端給入，隨著篩筒的轉(zhuǎn)動不斷翻滾，較小的顆粒由篩孔篩出，篩上產(chǎn)品由篩筒的另一端排出。滾筒篩的主要特點是不易堵塞。 (3)振動篩 振動篩是工業(yè)部門廣泛采用的一種篩分設(shè)備。振動篩

7、的振動方向與篩面垂直或近似垂直，振幅比較小、頻率高。振動篩的傾角一般控制在80400之間。振動篩主要有慣性振動篩和共振篩兩種。3.3 重力分選重力分選是根據(jù)固體廢物中不同物質(zhì)之間密度的差異，在運動介質(zhì)中利用重力、介質(zhì)動力或機械力的作用使固體廢物顆粒產(chǎn)生松散分層和遷移分離，從而得到不同密度產(chǎn)品的分選過程。重力分選的介質(zhì)有空氣、水、重夜（密度大于水的液體）和中懸浮液等。 固體廢物重力分選的方法較多，按作用介質(zhì)不同可分為風力分選、跳汰分選、重介質(zhì)分選、搖床分選等。3.4 磁力分選原理磁力分選是利用固體廢物中各種物質(zhì)的磁性差異在不均勻磁場中進行分選的一種處理方法。將固體廢物輸入磁選機后，磁性顆粒在不均

8、勻磁場的作用下被磁化，從而受到磁場吸引力的作用，使磁性顆粒吸附在圓筒上，并隨圓筒進入排料端排出。非磁性顆粒由于所受的磁場作用力很小，仍留在廢物中而被排出。 固體廢物顆粒通過磁選機磁場時，同時受到磁力和機械力（包括重力、離心力、摩擦力等）的作用。磁性強的顆粒所受的磁力大于其所受的機械力，而非磁性顆粒所受的磁力很小，機械力占優(yōu)勢。由于作用在各種顆粒上的磁力和機械力的合力不同，使它們的運動軌跡也不同。磁顆粒分離的必要條件是磁性顆粒所受的磁力必須大于與它方向相反的機械力的合力。 磁選機內(nèi)能使磁體產(chǎn)生磁力作用的空間，成為磁選機的磁場。磁場可分為均勻磁場與非均勻磁場兩種。均勻磁場中各點的磁場強度大小、方向

9、一致；非均勻磁場中各點的磁場強度大小和方向都是變化的，這種非均勻性可用磁場梯度來表示。磁性顆粒在均勻磁場中只受轉(zhuǎn)矩的作用，其長軸方向平行于磁場方向，在磁場中只發(fā)生轉(zhuǎn)動；非均勻磁場中磁性顆粒同時受轉(zhuǎn)矩與磁力的作用，因而它既發(fā)生轉(zhuǎn)動，也發(fā)生向磁場梯度增大方向的平移運動，最終被吸附在磁極的外表面上，實現(xiàn)磁性不同的固體廢物顆粒之間的分離。3.5 電選電選是利用固體廢物中各組分在高壓電場中電性的差異而實現(xiàn)分選的一種方法。物質(zhì)根據(jù)其電性，分為導體、半導體和非導體三種。大多數(shù)固體廢物屬于半導體和非導體，因此，電選實際是分離半導體與非導體的固體廢物的過程。電選過程是在電選設(shè)備中進行的，當廢物均勻進入電場后，導

10、體和非導體顆粒都獲得電荷，導體顆粒界面電阻接近于零，把電荷傳給輥筒，放電速度快；而非導體顆粒界面電阻大，放電速度慢。當固體廢物顆粒隨輥筒轉(zhuǎn)動離開電場區(qū)而進入靜電場區(qū)時，導體顆粒的剩余電荷少，非導體顆粒的剩余電荷多，而且導體顆粒繼續(xù)放電，直至放完全部電荷，并從輥筒上獲得正電荷而被輥筒排斥，在重力、電力和離心力的綜合作用下，其運動軌跡偏離輥筒，在輥筒前方落下；而非導體顆粒由于有較多的剩余電荷，將與輥筒相吸，被吸附在輥筒上，帶到輥筒后方，被毛刷強制刷下；半導體顆粒的運動軌跡介于導體與非導體顆粒之間，成為產(chǎn)品落下，從而完成電選分離過程。 分選方法還包括磁流體分選、摩擦分選和彈跳分選等3。4 設(shè)計計算4

11、.1 分選工藝物料衡算 垃圾分選廠每小時的處理量 (4-1) 式中垃圾分選廠每小時的處理量，t/h分選系統(tǒng)工作量，t/d日工作量，h 人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、0.6%玻璃、2%的塑料和約0.5%其他無機物質(zhì)被選出，即金屬 玻璃 塑料 其他 則經(jīng)過人工手選可分出的垃圾有 磁選垃圾經(jīng)過磁選理論上可以分選出全部的金屬，則 選擇性破碎機(1)篩上物主要是紙、布、塑料、部分有機物等的物質(zhì)，設(shè)定留在篩上的部分有機物的含量為20%，則(2)篩下物為的被破碎的無機物、有機物、玻璃及其他碎土等。 風選(1)輕組分只要

12、為粉塵、塑料、紙張等，則：(2)重組分主要是有機物，則： 滾筒篩分 滾筒篩分主要對選擇性破碎機篩下物進一步分選，篩下物中主要有無機物、部分有機物、碎玻璃等。選擇篩孔為10×10mm。(1)篩上為dp>10mm的有機物，則： (2)篩下物為碎土、石渣等無機物和碎玻璃，則 廢物分選全過程的總質(zhì)量 4.2 垃圾儲料倉計算垃圾儲放倉是用來暫時儲放進入處理系統(tǒng)的垃圾并用來調(diào)節(jié)處理設(shè)備的處理量。儲料倉的容量應(yīng)根據(jù)計劃收入分選廠的垃圾量、設(shè)備的操作計劃等因素來決定。通常儲料倉的容量可提供兩天的最大處理量來計算。 倉體容積 (4-2) 式中儲存時間，d；取d=2天最大日處理量，t/h有效容積系

13、數(shù)，在0.8 0.9之間，取垃圾有效密度，t/m3；在1.11.3之間，取 倉體尺寸計算 每個小倉體的體積為V0，m3；長度a，m；寬度b，m；深度c，m。則：取a=14m，b=10m，c=10m； 滿足設(shè)計要求。5 分選設(shè)備選型計算5.1 吊車與抓斗的設(shè)計選擇垃圾電車的臺數(shù)是根據(jù)垃圾最大日處理量來確定的。一般日處理量在300t以下的采用一臺吊車，日處理量在300t到600t的采用常用和備用個一臺，規(guī)模在600t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60min

14、/h，設(shè)計時一般取4555min/h。 吊車供給能力為 (5-1)式中吊車供給能力，t/h抓斗一次抓起量，t1h內(nèi)吊車實際工作時間，吊車運行周期，h則抓斗一次的抓起量為 (5-2)即抓斗一次抓起量為0.6912t即可滿足生產(chǎn)需求，選擇一次抓起量為1000kg的抓斗。根據(jù)垃圾最大日處理量選擇電車、抓斗，其工藝參數(shù)如表5-1所示。表5-1 吊車工藝參數(shù)項目參數(shù)設(shè)計依據(jù)數(shù)量2臺垃圾最大日處理量噸數(shù)1t抓斗容量跨度7m儲料坑跨度運行周期143s吊車運行各種動作的速度實際運行時間50min/h供給能力20.98t/h抓斗抓起量5.2 滾筒破碎機型號的選擇滾筒破碎機的機身是用篩板做成的圓筒，工作時既有破碎

15、又有篩分的作用，并能達到分選的作用。滾筒破碎機的直徑和長度是最主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，它取決于無聊的多少，物料密度及粒度等，此外還與滾筒轉(zhuǎn)數(shù)的大小，物料在滾筒內(nèi)的摩擦系數(shù)也有密切的關(guān)系。(1) 選型根據(jù)垃圾破碎比分選工藝要求選擇滾筒破碎機，具體技術(shù)特征如表5-2 表5-2 滾筒破碎機技術(shù)參數(shù)規(guī)格參數(shù)規(guī)格參數(shù)生產(chǎn)能力/(t/h)80-120篩孔尺寸/mm50滾筒直徑/m3提升板高度/mm300滾筒長度/m6電動機型號BJO2-74-2滾筒傾角/度4電動機功率/kw30滾筒轉(zhuǎn)數(shù)/(r/min)12轉(zhuǎn)數(shù)/(r/min)1460(2)計算校核：根據(jù)式 (5-3)取經(jīng)驗值，橫斷面裝料面積為： (3)物料跌落所需

16、時間 (5-4) 式中n滾筒轉(zhuǎn)數(shù)，r/min則 當篩提傾斜安裝時，實際物料軌跡為不規(guī)則的螺旋線，該螺旋線即為物料跌落一次向前所走的距離，即 物料沿滾筒軸向的前進速度為： (5-5) 式中物料沿滾筒軸向的前進速度，m/s物料在滾筒內(nèi)每跌落一次向前所走距離，m物料自A提升到B再跌落到底所需時間，s滾筒破碎機實際生產(chǎn)能力為 (5-6) 式中垃圾生產(chǎn)能力，t/h；滾筒橫斷面裝垃圾面積，m2物料在滾筒軸向前進速度，m/s物料散密度，t/m3；對城市垃圾散密度可取垃圾容重的1/2；裝滿系數(shù)，隨滾筒內(nèi)提升板個數(shù)的增加而變大；當提升板為6個時，對垃圾的裝滿系數(shù)K=0.41則所選擇的破碎機能滿足處理量的要求。5

17、.3 垃圾滾筒篩垃圾滾筒篩利用做回轉(zhuǎn)運動的筒形篩體將垃圾按粒度進行分級，工作時筒形篩體傾斜，傾角一般在4°8°。垃圾滾筒篩分處理量為： 滾筒主要參數(shù)(1)設(shè)計篩體的長度為4m,篩體直徑為1.6m，篩孔取10mm×10mm，安裝傾角為4°。(2)根據(jù)“垃圾分選機-垃圾滾筒篩”行業(yè)標準(CJ/T5013.1-95)，篩下物粒徑12mm，篩分效率80%。選篩分效率為90%。(3)滾筒篩轉(zhuǎn)數(shù)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)數(shù)nc為 (5-7) 式中滾筒篩臨界轉(zhuǎn)數(shù)，r/min 篩體的半徑，m根據(jù)實驗表明，垃圾滾筒篩回轉(zhuǎn)速度一般

18、取臨界轉(zhuǎn)數(shù)的30%60%較為理想，則取滾筒篩轉(zhuǎn)數(shù)為12r/min。物料在篩體內(nèi)的停留時間 根據(jù)研究表明，當篩分垃圾時，要得到75%以上的篩分效率，停留時間應(yīng)達到2530s，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 筒篩有用功率 據(jù)資料推導，篩分機有用功率為 實際使用時的驅(qū)動電機功率還應(yīng)考慮機械轉(zhuǎn)動損失。5.4 風機設(shè)備的選擇對本分選工藝，選用簡易立式分選設(shè)備。風力分選主要是將低密度、空氣阻力大的塑料、廢紙盒具有高密度的、空氣阻力小的重質(zhì)有機物分開。部分物料密度如表5-3所示。表5-3 部分物料密度物質(zhì)塑料玻璃磚干砂有機物密度(kg/ m3)920250

19、0184025001200輕質(zhì)物料以塑料為參考，其懸浮氣體速度為： 重質(zhì)物料以有機物為參考，其懸浮氣速為： 則選取氣流速度為6.72m/s。 立式風選設(shè)備幾何參數(shù)的確定 關(guān)于風力分選設(shè)備的設(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)計進行經(jīng)驗設(shè)計，精確的計算還需要實驗以及有關(guān)的理論進行研究。(1)氣體速度選擇根據(jù)氣力輸送設(shè)計原則確定垂直管段長7m，考慮到所分選的物料為不規(guī)則紙類和塑料，選擇管徑為100mm。設(shè)高壓端氣體密度為3kg/m3，故所選氣速相當于氣體質(zhì)量速度G=6.7×3=20.1kg/m3.s。

20、(2)估算氣-固比垃圾分選主要是去除塑料及紙類，設(shè)其堆積密度為。氣-固比為： (3)所選空氣量計算 取空氣密度為，則空氣體積流量為 按所選管徑直徑100mm和氣速，則所需空氣體積流量為 故可選用一臺3.2m3/min的空壓機能夠滿足要求。(4)壓降計算設(shè)管內(nèi)平均絕對壓力為2kg/m2(1kg/m2=9.8Pa)，室溫為300K，則氣體平均密度為：垂直管壓降為： 旋風分離器選擇根據(jù)氣體流量3.156m3/min和入口風速6.7m/s，選取XLP/A-3.0型旋風分離器，器允許進口風速12m/s，處理量750m3/h。5.5 輸送帶在垃圾分選工藝中帶式輸送機是主要的運輸機械，它連接各個分選設(shè)備。因

21、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。 輸送帶(1)帶寬的確定輸送帶主要輸送垃圾從垃圾坑送來經(jīng)過初級篩子送人的有輸送帶值滾筒破碎機的垃圾，在這一段輸送帶上同時進行人工分選。故帶速不宜過快，選取帶速為0.3m/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機。槽式膠帶輸送機的輸送能力為 (5-8)式中輸送能力，t/h物料在膠帶上的截面積，m2輸送帶運行速度，m/s物料的堆積密度，t/m3傾角系數(shù)，對有人工手選輸送帶水平放置，故c=1。對于槽形輸送帶上物料的截面積可以近似地認為是由面積F1和等腰梯形F2組成，如圖5-1所示。 圖5-1 物料在

22、膠帶上堆積的斷面積面積F1、F2分別為： (5-9)式中皮帶寬度，m物料的堆積角，對垃圾可取45°膠帶的槽角，槽角選取TD72型為20° 則槽形輸送機上物料堆積的斷面積為 (5-10) 由式(5-8)和(5-10)可得， 得帶寬B為：B=1.199m，取帶寬為1.2m。(2)電動機功率的計算在確定膠帶輸送機的電動功率之前，首先要計算傳動滾筒的軸功率。傳動滾筒軸功率為： (5-11)式中尾部改向滾筒功率系數(shù)，取k3=1.5中部改向滾筒功率系數(shù)，取k4=1.05傳動滾筒的功率，kw膠帶空轉(zhuǎn)的功率，kw物料水平運輸?shù)墓β剩琸w物料垂直提升功率，kw梨式卸料器，膠帶清料器和料板所需

23、的功率，kw物料加速率所需功率，kw，k8=0.1 膠帶空轉(zhuǎn)的功率 (5-12) 式中 取決于膠帶寬度和托輥阻力的系數(shù)，對輸送垃圾槽形膠帶可取k1=0.0318膠帶輸送機水平投影長度，Lh=20m膠帶運行速度，m/s 物料水平運輸功率 (5-13) 式中物料水平運行功率系數(shù) 膠帶輸送機的輸送量，t/h 物料垂直運輸功率 (5-14)式中提升高度，m由(5-11)可知 因此，電動機功率為 (5-15) 式中傳動滾筒的功率，kw功率安全系數(shù)，滿載啟動系數(shù)，一般k=1.0總傳動效率，膠面?zhèn)鲃訚L筒選用Y100L-2型三相異步電動機，額定功率為3.0kw。 輸送帶(1)帶寬的確定輸送帶主要用于輸送有滾筒破碎機篩上物(主要為廢紙、塑料及部分有機物)至分選設(shè)備。其計算方法如輸送帶計算方法相同。此時輸送量。傾角為15°，傾角系數(shù)c取0.885。帶速取1.0m/s，則可知B=1.274m，取帶寬為1.28m。(2)電動機功率的計算已知Lh=40m，v=1.0m/s，Q=4.585t/h，