城市生活垃圾综合分选处理系统设计

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国家环境保护总局制

第0章绪论

0.1课题设计背景

随着经济的持续发展和城市化进程的加快,我国城市数量和规模在不断提高和扩大,城市生活垃圾大量产生,越来越多的垃圾包围了城市。据有关资料统计,全国663个城市,年产生活垃圾已达14500万吨,平均每天产垃圾40万吨,而且还在以每年8%～10%的幅度增长。生活垃圾已成为一个污染环境、影响人们生活和妨碍城市发展的社会问题。［1］目前,我国城市生活垃圾的处理方式大多以卫生填埋为主。由于部分垃圾不能自然分解,占用了大量土地,不但影响城市景观,而且给附近的地表水、地下水、土壤、大气造成了严重的污染, 危害人们健康、影响城市化进程和城市的可持续性发展。［5］

0.1.1生活垃圾的危害

（1）污染土壤

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。

（2）污染水体

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资源的利用。

（3）污染大气

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。

（4）传播疾病

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。［6］

0.1.2资源与废物的相对性

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”。［2-5］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。

0.1.3城市生活垃圾综合分选处理的技术认识

随着消费者生活水平的提高，生活垃圾中的有用物质（如废纸、塑料、玻璃、金属等）所占的比例不断增加，鉴于目前环境资源不断萎缩，除了节约资源本身外，从人类生活的废弃物中回收有用资源也非常重要。目前城市垃圾处理的方法主要3种，即填埋、焚烧和堆肥。从节约资源的角度出发，在进行这3种垃圾处理之前，均需对垃圾中的有用物质进行分选，从中提取有用的再生原料重新加以综合利用，以减少垃圾的最终处理量。［8］

垃圾分选的目的就是，要把无机物和有机物分离，从而更好地回收能源与物质。目前城市生活垃圾分选技术主要有筛选、重力分选、磁力分选、电力分选、光电分选、摩擦及弹跳分选、浮选、溶剂分选等。［11］

0.2生活垃圾分选技术及发展现状

0.2.1生活垃圾分选技术

生活垃圾分选技术就是将生活垃圾中的各种可回收利用的成分或不利于后续处理工艺要求的成分采用适当技术分离出来的过程。城市生活垃圾的组分复杂而不稳定，根据其粒度、密度、磁性、电性、光电性、摩擦性、弹性的物理、化学性质的不同，可分别选用筛选、重力分选、磁力分选、电力分选、光电分选、摩擦及弹

性分选的分选技术进行分选。大体上说，适用于城市垃圾的分选技术是以粒度、密度差等颗粒物理性质差别为基础的分选为主，而以磁力、电力等性质差异为基础的分选为辅。［6］

0.2.2生活垃圾分选的发展现状

生活垃圾的综合利用已经成为垃圾处理的发展方向。对垃圾进行分选是垃圾综合利用的前提。垃圾分选设备的研究已列为国家重点项目之一。

目前，生活垃圾越来越多，处理越来越困难。垃圾处理方式中，传统的直接填埋方式对土地占用大，垃圾填埋场通常设置在农村，占用大量农田。采用传统的直接填埋方式，不但浪费了垃圾中含有的大量可回收物质，而且容易对环境造成影响。现在推广实行的卫生填埋由于环境影响控制的需要，其投资成本为传统堆埋的5 倍，运行成本则为3 倍。随着社会的发展，生活垃圾的综合处理就得到越来越多的关注。生活垃圾中含有多种成分，很大一部分可以回收再利用。由于处理困难，这部分有用的物质一般都没有得到有效利用。

随着我国改革开放的进一步深入，经济发展越来越快，生活节奏加快，人们产生的生活垃圾也越来越多。改革开放30余年，我国的城市垃圾的产生量年增长一直在10%左右。［7-12］

垃圾成分也越来越复杂，也越来越难处理。上世纪九十年代我国就有人提出垃圾进行综合利用，但是由于当时技术不太成熟，而且没有得到的足够重视，资金严重不足，因此直到现在，生活垃圾的处理也是在焚烧和填埋上设备研究比较多，对垃圾分选研设备究比较少。

垃圾分选机研究的目的，就是将混合垃圾进行有效的分类，对某垃圾成分中的少量杂质进行分离，得到较为单一的组分，或是从混合垃圾中分离出某种少含量垃圾组分，有利于垃圾的回收再利用和后续处理。

目前国内大部分使用的垃圾分选设备都是由国外进口。虽然国内也有人对此进行过研究，但多数都停留在理论阶段，很少有实际应用。随着大众对环境的重视，作为垃圾资源化的重要设备，生活垃圾分选设备的研究会越来越受到人们重视，在我国的应用也会越来越广。［4］

目前国外（特别是德国和日本）的垃圾分选机技术已经相当成熟。目前垃圾分选机械主要是筛分机和磁选机，分别是按物料尺寸和磁特性进行工作的，将垃圾物料进行分类回收利用。

滚筒筛的效率较高，适合不同尺寸物料的分离，但需要拆换筛面。而圆盘筛就可避免拆换的麻烦，可以通过调节圆盘轴之间的距离适应不同尺寸物料的分离，且具有自净能力，无须另外的清理装置，所以可能是今后的一个发展方向，圆盘筛在垃圾分选中的应用会越来越广泛。［16］再就是风选设备，也是一种很重要的分选器，可通过风速调节，实现不同密度垃圾物料的分离，对某些轻质物料的分离非常适用。［13］

磁选机械工作原理比较简单，利用金属的磁特性工作，但是在分选过程中的布置却非常关键，合理的布置分选设备，可以使分选达到事半功倍的效果。

除了筛分机和磁选机外，其他一些设备也开始在垃圾分选中使用。如红外线技术和近红外技术分选玻璃瓶和塑料瓶。［18］

总之，随着社会进步和经济的发展，垃圾资源化会越来越受到人们重视，垃圾分选设备的研究也会越来越深入，垃圾分类也会越细化，以便更好的回收利用。比如对塑料按类型分类，玻璃可以按颜色分类等等。实现这种超细化分类的机械可能就涉及到光选设备和电选设备了。随着人类社会的进步和可持续发展观念的深入人心，超细化分类必将成为未来生活垃圾处理的发展方向，我们也迫切需要在垃圾机械化处理方面实现新的突破。

0.3本次课程设计的目的和意义

(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)通过设计了解工程设计的内容、方法及步骤，培养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。

0.4设计的主要内容

0.4.1设计任务

设计规模200t/d的某城市生活垃圾分选系统

0.4.2设计依据

该城市生活垃圾主要成分见表1-1.

表1-1 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% 54.3 31.3 2.68 2.58 5.13 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。

垃圾容量平均值为0.43t/m3,换水率为49.4%。

垃圾热值：1923kJ/kg。

分选系统工作量为200t/d；日工作时间为10h。

0.4.3设计内容及要求

（1）垃圾分选系统设计方案的分析确定。

（2）垃圾储料仓设计计算。

（3）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。

（4）皮带运输机计算及布置，并计算各段的长度、电机功率。

（5）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。课程设计说明书应有封面、摘要（中英文）、目录、正文、小结及参考文献等部分，文字应简明、通顺，内容正确、完整，装订成册。

（6）图纸要求

垃圾分选系统流程图及高程图1张。流程图应按比例绘制，标出设备、管件编

号及标高，并附明细表。

分选系统总平面图1张,分选系统剖面布置图1张

设备安装定位图2张

图中设备、管件应标注编号，图纸应按比例绘制，应能表明建筑外形和主要结构形式。在平面布置图中应有方位标志（指北针）

第1章生活垃圾分选处理工艺设计

1.1 厂址选择

根据相关标准规定，厂址的选择具体要求如下：

（1）当地城市总体规划、区域环境及城市环境卫生等专业规划要求；

（2）与当地的大气防护、水土资源保护、大自然保护及生态平衡要求一致；（3）库容应保证填埋场使用年限在10 年以上，特殊情况下不应低于8 年；（4）交通方便、运距合理；

（5）人口密度、土地利用价值及征地费用均较低；

（6）位于地下水贫乏地区、环境保护目标区域的地下水流向下游地区及夏季主导风向下风向。

1.2 垃圾分选工艺流程图

垃圾分选工艺流程图见图一

图一

1.3 垃圾分选工艺物料衡算

1.3.1垃圾分选厂每小时处理量为

式中 Q—每天的垃圾处理量，Q=200t/d；

T—每天的工作时间，T=10h。

1.3.2人工分选

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、0.6%玻璃和约0.5%的其他无机物质被选出，即

金属错误！未找到引用源。

玻璃错误！未找到引用源。

塑料错误！未找到引用源。

其他错误！未找到引用源。

经过人工手选可分出的垃圾有

1.3.3磁选

垃圾经过磁选滚筒理论上可以分选所有的金属。

1.3.4选择性破碎机器

1.2.4.1筛上物

主要是纸、布、革、塑料、部分有机物等错误！未找到引用源。的物质

1.2.4.2筛下物

为错误！未找到引用源。的被破碎的无机物、有机物、玻璃及其他碎土等。

1.3.5风选

1.3.5.1轻组分

主要为粉尘、塑料纸张等。

1.3.5.2重组分

主要是有机物

1.3.6 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、破碎玻璃等。选择筛孔为错误！未找到引用源。。

筛上为错误！未找到引用源。的有机物。

筛下物为碎土、石渣等无机物和破玻璃。

1.3.7 废物全过程质量为错误！未找到引用源。

=0.82+0.316+1.162+4.00+6.86+6.842

=20错误！未找到引用源。

1.4垃圾储料仓

1.4.1仓体容积

取V=1000错误！未找到引用源。

1.4.2仓体尺寸计算

每个小仓的体积错误！未找到引用源。,错误！未找到引用源。；长度a,m；宽度b,m；深度c,m。则

取a=27m,b=10m,c=4m

可以满足要求

1.5吊车、抓斗的选择

根据垃圾最大日处理量选择吊车、抓斗，其工艺参数如表1.1所示

表1.1

项目参数设计依据

数量一台垃圾最大日处理量

吨位 1.25t 抓斗容量

跨度10.5m 储料坑跨度运行周期143s 吊车进行各种动作的速度实际运行时间50min/h

供给能力20t/h 抓斗抓起量抓斗一次抓起量为

即抓斗一次抓起量0.9534t即可满足生产需求。选择一次抓起量为1.25t的抓斗。

1.6滚筒破碎机的选择

1.6.1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1.2所示。

表1.2

规格3000×6000

生产能力/（t错误！未找

到引用源。）滚筒直径/m

长度/m

倾角/度

转速/（错误！未找到引用

源。）80~120

3

6

3 12

筛孔尺寸/mm

提升板高度/mm

电动机型号

功率/kW

转速/（错误！未找到引用

源。）

60 300

30 1460

1.6.2计算校核

根据式S=错误！未找到引用源。,经验取值错误！未找到引用源。，横断面装料面积为

物料颠落时间为

则 T=1.67+1.45=3.12(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

一次所向前走的距离，即

错误！未找到引用源。=0.0681

物料沿滚筒轴向的前进速度v为

滚筒破碎机的实际生产能力为

则所选择两台滚筒破碎机能满足处理量的要求。

1.7垃圾滚筒筛

1.7.1垃圾滚筒筛筛分处理量为

错误！未找到引用源。=6.86+6.842=13.702(t/h)

1.7.2滚筒筛主要参数确定如下:

设计筛体长度4m,筛体直径1.6m,筛孔取10mm×10mm,安装倾角4错误！未找到引用源。。

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/T5013.1-9﹚,筛下物里粒径≤12㎜，筛分效率≥80℅，选取筛分效率为90℅。

滚筒晒筛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。滚筒筛转速临街转速

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，则取滚筒筛转速为错误！未找到引用源。。

①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

②筒筛有用功率据资料推导，筛分机有用功率为

实际使用时的驱动电机功率还应考虑机械传动损失。

1.8分选设备

对本工艺，选用简易立式分选设备。

1．8.1气流速度

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1.3所示

物质塑料玻璃砖干沙有机物

920 2500 1840 2500 1200

密度/(kg/

错误！未找

到引用源。)

轻质物料以塑料为参考，其悬浮气速为

重质物料以有机物为参考，其悬浮气速为

则选取气流速度为6.7m/s.

1.8.2立式风选几何参数的确定

关于风力分选设备的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。

1.8.

2.1选择气体速度

根据气力输送设计原则确定垂直段管长7m，考虑到所分选物料为不规则纸类、塑料等，选择管径Φ100mm。设高压段气体密度为3 kg/错误！未

找到引用源。，故所选气速相当于气体质量速度G=6.7×3=20.1（kg/错误！

未找到引用源。）。

1.8.

2.2估算气固比

垃圾分选主要去除塑料及纸类，其堆积密度为错误！未找到引用源。

气固比为错误！未找到引用源。

1.8.

2.3所需空气量

取空气重度错误！未找到引用源。,则空气体积流量为

按所选管径10mm和气速，所需空气体积流量为

故可用3.2错误！未找到引用源。空压机一台能够满足需求。

1.8.

2.4压降计算

设管内平均绝对压力为2错误！未找到引用源。，室温300K，则气体平均重度为

垂直管降压

1.8.3旋风分离器选择

根据气体流量3.156错误！未找到引用源。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750错误！未找

到引用源。。

1.9输送带

在垃圾分选工艺中，带式输送机时主要的运输机械，它连接各个分选设备。因此，各分选设备之间的输送带带宽、带长、带速及输送带的安装位置需要根据具体的情况分别估算。

1.9.1 输送带I

1.9.1.1带宽确定

输送带I主要从垃圾储坑送来经过初级子送入的及由输送带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。故带速不易选择过快，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。胶带输送机得输送能力由下式计算。

式中： Q----输送能力，由物料衡算知Q近似取20t/h；

错误！未找到引用源。----物料在胶带的截面积，错误！未找到引用源。；

v----输送带运行速度，取0.3m/s；

----物料的堆密度，对垃圾取0.45t/错误！未找到引用源。；

c----倾角系数。对有人工手选输送带应水平放置，故c=1。

对于槽形输送带上物料堆积的断面积为

其中，胶带的槽角α选取TD72型为20o。

则

得带宽为：B=1.17（m），取带宽为1.2（m）。

1.9.1.2电动机功率的计算

在确定胶带输送机的电动功率以前，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为

胶面传动滚筒η=0.90，因此，电动机功率为

故选用Y100L-2型三相异步电动机，额定功率为3.0kW。

1.9.2输送带Ⅱ

1.9.

2.1带宽的确定

输送带Ⅱ主要用于输送由滚筒破碎机筛上物（主要为废纸、塑料及部分有机物）至分选设备。其计算方法如（1），由物料恒算，此时输送量Q=5.162t/h。输送带倾角150，倾角系数c取0.885，带速取1.0m/s，则输送带带宽为

5.162=3600×（0.2514-0.1531×B2）×1.0×0.45×0.885

B=1.28m

取带宽为1.2m

1.9.

2.2电动机功率计算

已知错误！未找到引用源。，v=1.0m/s，Q=5.162t/h,H=10m。采用滚动轴承，查得ω=0.030,错误！未找到引用源。=0.0318,错误！未找到引用源。=8.17 10-5, 错误！未找到引用源。=1.03, 错误！未找到引用源。=1.005，导料挡板=2.25，错误！未找到引用源。空段清扫器=0.23，弹环清扫器错误！未找到引用源。=1.5,错误！未找到引用源。=m^20.18。将以上各数据带入计算式，转动滚筒轴功率为

电动机功率为