家用垃圾分裝設(shè)備研制設(shè)計(jì)【垃圾分類(lèi)】
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1 緒論
隨著城市的發(fā)展,人口的集中,逐漸增加的生活垃圾不但占用著大量的土地使用面積,而且對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。目前國(guó)內(nèi)的生活垃圾處理設(shè)備已無(wú)法滿足需求,而國(guó)外的生活垃圾處理設(shè)備又投資巨大,結(jié)合我國(guó)國(guó)情,在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國(guó)城市生活垃圾的具體情況,設(shè)計(jì)出了適合我國(guó)城市生活垃圾處理的“家用生活垃圾分選設(shè)備”。
該設(shè)計(jì)攻克了生活垃圾機(jī)械分類(lèi)的難題,能將生活垃圾分為五類(lèi)產(chǎn)品,其產(chǎn)品分別達(dá)到無(wú)害化處理?xiàng)l件和資源化利用要求,能將生活垃圾中的有害物質(zhì)(廢舊電池等)全部分離,不造成二次污染,以較小的投入、較簡(jiǎn)單的程序完成對(duì)成分復(fù)雜、性狀各異的生活垃圾的分類(lèi),使生活垃圾轉(zhuǎn)化為人們生產(chǎn)、生活可循環(huán)利用的一種資源。
該產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品相比明顯具有投資省、占地少、能耗低、處理方式簡(jiǎn)捷、分選速度快、分選效果明顯、利用率高、適用范圍廣的特點(diǎn)。該產(chǎn)品經(jīng)過(guò)多次計(jì)算校核,性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、操作方便、維修容易,是用于生活垃圾“三化”處理的優(yōu)良設(shè)備,具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。是不久的將來(lái)我國(guó)需要推廣的一款垃圾分裝設(shè)備。
1.1 設(shè)計(jì)背景
隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展,城市生活垃圾產(chǎn)生量與日俱增,據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)人均每天丟棄生活垃圾1.2公斤,年人均丟棄400余公斤。2005年全國(guó)城市生活垃圾清運(yùn)量接近2億噸,大量產(chǎn)生的生活垃圾不但占用土地,還會(huì)對(duì)土壤、水體、大氣造成污染,給城市的環(huán)境保護(hù)帶來(lái)一系列問(wèn)題,從而制約了城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。如何妥善處理城市生活垃圾已成為各級(jí)政府急待解決的問(wèn)題。
目前,我國(guó)生活垃圾的處理普遍采用衛(wèi)生填埋、焚燒發(fā)電、堆肥三種方式。
衛(wèi)生填埋是一種前期簡(jiǎn)單、低成本的生活垃圾處理方式,其投資一般為幾千萬(wàn)元,它的不足之處在于占地面積大、使用周期短、后續(xù)處理工藝繁瑣、把有用和無(wú)用的資源一起填埋、容易造成二次污染。
焚燒發(fā)電是生活垃圾減量化、資源化的一種最佳處理方式,也是大中城市生活垃圾處理的簡(jiǎn)單方式,投資一般為幾億元。其不足之處在于運(yùn)行成本高;殘?jiān)w灰處理費(fèi)用高;把熱值高的有機(jī)質(zhì)和無(wú)熱值的無(wú)機(jī)物一起焚燒;一般的焚燒發(fā)電廠所獲取的電價(jià)不抵運(yùn)行成本,同時(shí)還容易造成二次污染。
堆肥技術(shù)適用于處理分類(lèi)收集的可降解垃圾,我國(guó)大部分城市還未達(dá)到分類(lèi)收集和生活垃圾機(jī)械分類(lèi)條件,一般都是將混合垃圾直接堆肥,堆肥產(chǎn)品有害物質(zhì)含量超標(biāo),致使應(yīng)用受限。
綜上所述,以上三種處理方式無(wú)論是從生活垃圾減量化、無(wú)害化處理程度看,還是從資源化效果看,都不是生活垃圾的最佳處理方式,其投資規(guī)模和運(yùn)行成本均超出我國(guó)中小城市的財(cái)政支付能力。經(jīng)過(guò)對(duì)生活垃圾處理的歷史、現(xiàn)狀的反復(fù)研究,我認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)生活垃圾減量化、無(wú)害化和資源化就必須攻克生活垃圾機(jī)械分選的難點(diǎn),研制出符合我國(guó)國(guó)情的生活垃圾分選設(shè)備,從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)生活垃圾處理的資源化。
因此,加快開(kāi)發(fā)生活垃圾分選分類(lèi)設(shè)備,提高城市垃圾處理處置技術(shù),滿足國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要已成當(dāng)務(wù)之急。
1.1.1 我國(guó)生活垃圾處理的現(xiàn)狀
我國(guó)生活垃圾處理方式除衛(wèi)生填埋、焚燒、焚燒發(fā)電外,還有堆肥、液化、風(fēng)選、水選、篩分等多種生活垃圾綜合處理工藝和技術(shù),這些技術(shù)有的處于探索階段,有的由于側(cè)重點(diǎn)不同,始終存在各式各樣的問(wèn)題及不足。目前具有代表性的綜合處理方式有以下兩例[8]。
1.1.2當(dāng)前生活垃圾分選處理設(shè)備
該垃圾分類(lèi)處理設(shè)備是我國(guó)目前大多數(shù)廠家采用的生活垃圾綜合處理設(shè)備,其主要是對(duì)生活垃圾進(jìn)行篩選和磁選,篩下垃圾經(jīng)懸掛在輸送帶上的磁選機(jī)磁選,進(jìn)入發(fā)酵倉(cāng)發(fā)酵,篩上垃圾經(jīng)過(guò)輸送帶送入下一工序進(jìn)行焚燒。該分類(lèi)設(shè)備雖能將生活垃圾分為篩上、篩下垃圾、及鐵三類(lèi),卻不能分離塑料薄膜、玻璃石子,對(duì)磁性材料(廢舊電池)分選效率不高,致使經(jīng)該設(shè)備處理后的生活垃圾產(chǎn)品使用范圍窄小、價(jià)值低、利用率不高。該設(shè)備全部裝機(jī)容量250KW、重達(dá)100余噸、投資約1000萬(wàn)元、占地面積較大。
1.1.3 一種生活垃圾處理廠的生活垃圾處理設(shè)備
它是一種人工與機(jī)械相結(jié)合的生活垃圾分類(lèi)設(shè)備,其分選部分布置了生活垃圾上料行車(chē)、勻料裝置、輸送皮帶、三臺(tái)篩分裝置及輸送皮帶、一條能容納20人的人工撿拾平臺(tái)。全部裝機(jī)容量近1000KW、設(shè)備重約300噸、此方式?jīng)]有改善工人的工作環(huán)境,占地面積大,投資近1500萬(wàn)元人民幣。只能將生活垃圾分為垃圾渣粉、可燃物、鐵3類(lèi)產(chǎn)品。
1.1.4 國(guó)外生活垃圾的處理現(xiàn)狀
國(guó)外生活垃圾處理的方式主要采用焚燒、衛(wèi)生填埋和堆肥技術(shù),但投資巨大、處理成本過(guò)高(如德國(guó)、日本、美國(guó)),大大超出我國(guó)一般中小城市的承擔(dān)能力,顯然不符合我國(guó)國(guó)情。
綜上所述,目前國(guó)內(nèi)外生活垃圾處理的方式不能使生活垃圾的處理走出投資大、運(yùn)行成本高、占用大量土地、利用率低的狀況,更無(wú)法分離生活垃圾中的有害成分,使生活垃圾資源利用無(wú)法達(dá)到要求??傊?,按現(xiàn)有的生活垃圾處理方式基本達(dá)不到生活垃圾的減量化、資源化、無(wú)害化。
1.2 生活垃圾分選機(jī)研究的難點(diǎn)
我國(guó)生活垃圾分類(lèi)設(shè)備的研制開(kāi)發(fā)由來(lái)已久,目前國(guó)內(nèi)仍有數(shù)十家企業(yè)在進(jìn)行生活垃圾分選設(shè)備的研究、探索。但都不能從根本上實(shí)現(xiàn)生活垃圾機(jī)械分選技術(shù)。通過(guò)仔細(xì)分析,綜合研究這些企事業(yè)單位的經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn),發(fā)現(xiàn)生活垃圾分選設(shè)備研制必須克服以下技術(shù)難點(diǎn):
①生活垃圾的特性識(shí)別與分選技術(shù)的匹配。
②生活垃圾中的有害物質(zhì)(重金屬、玻璃渣等)的分離與達(dá)標(biāo)。
③生活垃圾分選設(shè)備的集成化技術(shù)。
④生活垃圾處理過(guò)程中二次污染的克服與控制。
1.3 生活垃圾分選設(shè)備研制的可行性
為攻克生活垃圾分選設(shè)備研制的難題,我對(duì)各種技術(shù)難點(diǎn)展開(kāi)深入研究,最后認(rèn)為要克服生活垃圾機(jī)械分選的技術(shù)難點(diǎn),首先要分析生活垃圾的特性、明確分選分類(lèi)的原則、掌握其組分的規(guī)律;其次要分析生活垃圾的非本質(zhì)特性因素,對(duì)分選生活垃圾的個(gè)別偶然現(xiàn)象和含水量進(jìn)行定位,掌握其變化規(guī)律(如攀枝花市區(qū)采用建垃圾房收集生活垃圾,就較好的解決了生活垃圾水分含量高、不利運(yùn)輸和處理的問(wèn)題);第三,運(yùn)用多種技術(shù)集成,將生活垃圾中有害物質(zhì)進(jìn)行分離,使所分選的產(chǎn)品達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并能得到廣泛應(yīng)用;第四,在選定對(duì)生活垃圾進(jìn)行組分或單一組分的技術(shù)條件下,重點(diǎn)考慮該設(shè)備的一體化集成技術(shù);最后是把生活垃圾分選過(guò)程中產(chǎn)生二次污染的因素作為研究的重點(diǎn)一起解決。因此,研制的設(shè)備既要實(shí)現(xiàn)生活垃圾資源化利用、其產(chǎn)品的投資、運(yùn)行成本又要符合我國(guó)國(guó)情。提出了實(shí)現(xiàn)生活垃圾的機(jī)械分選,對(duì)生活垃圾組分或單一組分的分解技術(shù)。應(yīng)用物料運(yùn)動(dòng)能量守恒原理,將生活垃圾分選機(jī)設(shè)計(jì)為集數(shù)個(gè)具有多種功能技術(shù)裝置為一體的分選設(shè)備,實(shí)現(xiàn)設(shè)備簡(jiǎn)便易行、機(jī)械化程度高、分類(lèi)效果好、能達(dá)到減量化、資源化和無(wú)害化應(yīng)用要求。設(shè)備是否能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化系統(tǒng)分選,還需多次反復(fù)測(cè)試,才能夠確保家用生活垃圾分類(lèi)是否可行。
2 生活垃圾分選機(jī)研制的主要技術(shù)路線
2.1 生活垃圾的特性分析
生活垃圾是一種由人類(lèi)生活丟棄的多種物質(zhì)組成的異質(zhì)混合體,它通常包括①?gòu)U品類(lèi):廢金屬、廢玻璃、廢塑料橡膠、廢纖維、廢紙和磚瓦;②廚余類(lèi):飲食廢物、蔬菜廢物、肉類(lèi)和肉骨,我國(guó)部分城市廚房燃料用煤、煤制品、木炭的燃余物;③灰土類(lèi)。
它具有種類(lèi)繁多、成分復(fù)雜、性狀各異、成分及水分含量不確定的特性,它的構(gòu)成受地理、氣候條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、消費(fèi)結(jié)構(gòu)以及城市燃?xì)饣占奥省⒗占绞降纫蛩氐挠绊憽?
大量生活垃圾的產(chǎn)生對(duì)人類(lèi)生存環(huán)境構(gòu)成了影響,但生活垃圾中確實(shí)有許多成分是可再生利用的,如何將這些有用的成分分離出來(lái)加以利用,已成為當(dāng)今生活垃圾處理行業(yè)及相關(guān)科研部門(mén)研究的主題。
城市中每天收集的成百上千噸生活垃圾要進(jìn)行人工分類(lèi)是不可能的,在未實(shí)行生活垃圾分類(lèi)收集的今天,生活垃圾的機(jī)械化分選分類(lèi)是實(shí)現(xiàn)生活垃圾資源再生利用的必經(jīng)之路。因此研究對(duì)生活垃圾的成分進(jìn)行組分或單一組分的分選設(shè)備是必要的和有益的。
2.2 生活垃圾分選機(jī)研制的技術(shù)路線
根據(jù)對(duì)生活垃圾特性的分析,對(duì)各種生活垃圾分選技術(shù)進(jìn)行篩選和對(duì)比后發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的生活垃圾處理技術(shù)是建立在生活垃圾分類(lèi)收集的先決條件上完成實(shí)施的。目前我國(guó)的環(huán)衛(wèi)管理體制和人民生活習(xí)慣無(wú)法實(shí)現(xiàn)生活垃圾分類(lèi)收集,因此各種處理方式都難以達(dá)到生活垃圾減量化、無(wú)害化和資源化要求。將簡(jiǎn)單的破碎、篩分、風(fēng)選技術(shù)設(shè)計(jì)為集多種功能技術(shù)為一體的分選設(shè)備。它的技術(shù)路線是:①人工配合機(jī)械上料②磁性材料及電池分離③生活垃圾打散裝置④生活垃圾圓筒篩分裝置⑤生活垃圾渣粉風(fēng)選裝置⑥篩下垃圾風(fēng)選裝置⑦篩上垃圾風(fēng)選裝置⑧玻璃石子、骨頭果皮果仁磁選⑨除塵裝置⑩PLC系統(tǒng)
通過(guò)研究和技術(shù)攻關(guān),徹底的解決各類(lèi)分選技術(shù)不徹底、資源回收利用受限的問(wèn)題,為生活垃圾分選機(jī)的研制奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2.3 生活垃圾分選機(jī)的設(shè)計(jì)方案
生活垃圾分選的目的不是簡(jiǎn)單的將一堆垃圾分為數(shù)堆垃圾,因此解決生活垃圾分類(lèi)的難點(diǎn)是將多種處理技術(shù)應(yīng)用到生活垃圾分選機(jī)上,完全實(shí)現(xiàn)生活垃圾的合理分選。在研制方向、技術(shù)路線確定后,我制定了兩套生活垃圾分選機(jī)的研制方案。
方案一:(見(jiàn)圖2-1)將生活垃圾分選機(jī)設(shè)計(jì)為集破碎機(jī)、大平篩、篩上和篩下風(fēng)選以及磁選裝置為一體,安裝在一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的箱體內(nèi),各裝置通過(guò)電機(jī)分別傳動(dòng)。它的原理為:人工配合機(jī)械上料將生活垃圾通過(guò)輸送帶送入破碎機(jī)將成包成袋的生活垃圾破碎,破碎后的生活垃圾通過(guò)破碎機(jī)出口的磁選裝置磁選后進(jìn)入平篩進(jìn)行篩分,篩上垃圾通過(guò)安裝在平篩出口端的風(fēng)機(jī)將塑料薄膜與可燃物分離;篩下垃圾渣粉通過(guò)安裝在篩下料斗口的高速風(fēng)機(jī)將玻璃石子和垃圾渣粉分離。
方案二:(見(jiàn)圖2-2)將生活垃圾分選機(jī)設(shè)計(jì)為集生活垃圾打散裝置,生活垃圾圓筒篩分裝置、篩上垃圾風(fēng)選裝置、篩下垃圾風(fēng)選裝置、垃圾渣粉風(fēng)選裝置、除塵等功能裝置為一體安裝在一鋼結(jié)構(gòu)箱體內(nèi),各裝置通過(guò)電機(jī)分別傳動(dòng)。它的原理為: 人工配合機(jī)械上料通過(guò)磁選裝置首先將磁性材料及電池分離,然后進(jìn)入打散裝置將成包成袋的垃圾打散后進(jìn)入生活垃圾篩分裝置,打散后的生活垃圾被篩分裝置粗分為垃圾渣粉、篩下垃圾渣和篩上生活垃圾三類(lèi);垃圾渣粉通過(guò)安裝在生活垃圾篩分裝置下的漏斗經(jīng)生活垃圾渣粉風(fēng)選裝置被分離為玻璃石子、垃圾渣粉,分別從玻璃石子出料槽和垃圾渣粉出料槽排出;篩下垃圾渣經(jīng)圓筒篩分裝置后段下的料斗排出,經(jīng)篩下垃圾風(fēng)選裝置將其分為小可燃物和骨頭果皮果仁,分別從小可燃物出料口和骨頭果皮果仁出料口排出;篩上垃圾經(jīng)篩分裝置尾部排出,經(jīng)篩上垃圾風(fēng)選裝置將其分為可燃物和塑料薄膜,分別從可燃物出料口和塑料薄膜出料口排出;玻璃石子、骨頭果皮果仁分別經(jīng)磁選將其中的磁性材料(廢舊電池)分離干凈。
圖2-1 方案一
圖2-2 方案二
2.4 生活垃圾分選機(jī)研制的最終方案
方案一:該方案的優(yōu)點(diǎn)在于能將生活垃圾進(jìn)行分類(lèi)、能分離生活垃圾中的有害成分,克服了該類(lèi)設(shè)備投資大、占地多、運(yùn)行成本高、粉塵污染大的弊病,但該方案中平篩篩選不徹底,分類(lèi)效果一般。
方案二: 該方案采用一體化技術(shù)路線,各裝置合理布置于箱體內(nèi),物料運(yùn)行流暢;將破碎機(jī)設(shè)計(jì)為電機(jī)傳動(dòng),能劃破垃圾包,又不會(huì)打爛廢舊電池,且打散過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵不到流的生活垃圾打散裝置;將生活垃圾篩分設(shè)計(jì)為電機(jī)及齒輪傳動(dòng)、能分段篩分、有特殊網(wǎng)孔、導(dǎo)料系統(tǒng)、篩分能力大的圓筒篩分裝置;將生活垃圾細(xì)分設(shè)計(jì)為篩上垃圾風(fēng)選裝置、篩下垃圾風(fēng)選裝置和垃圾渣粉風(fēng)選裝置;在產(chǎn)品的進(jìn)料口設(shè)計(jì)了磁選裝置;箱體和支架設(shè)計(jì)為全封閉式;為簡(jiǎn)便操作,整個(gè)系統(tǒng)實(shí)行PLC系統(tǒng)控制。
經(jīng)過(guò)比較,我認(rèn)為“方案二”更加適合課題項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求和方向,技術(shù)路線和設(shè)計(jì)方案更為完善。
3 生活垃圾分選機(jī)的研制
3.1 生活垃圾分選機(jī)的工作原理
生活垃圾通過(guò)下料裝置和下料溜槽,通過(guò)打散裝置將成包成袋的垃圾打散后進(jìn)入磁選裝置,通過(guò)電磁鐵首先將磁性材料(廢舊電池)分離,將打散后的生活垃圾分選為垃圾渣粉、粗垃圾渣和篩上生活垃圾三類(lèi);垃圾渣粉通過(guò)安裝在生活垃圾篩分裝置下的漏斗經(jīng)皮帶輸入生活垃圾渣粉風(fēng)選裝置;垃圾渣粉通過(guò)生活垃圾渣粉風(fēng)選裝置將其分離為玻璃石子、垃圾渣粉,分別從玻璃石子出料槽和垃圾渣粉出料槽排出。粗垃圾渣通過(guò)安裝在生活垃圾篩分裝置粗篩網(wǎng)下的生活垃圾風(fēng)選裝置將其分為小可燃物、石頭,骨頭果皮果仁,分別從小可燃物出料槽和石頭、骨頭、果皮果仁類(lèi)出料槽排出;篩上粗垃圾通過(guò)篩分裝置尾部排出,經(jīng)風(fēng)選裝置將其分為大可燃物和塑料薄膜,分別從大可燃物出料槽和塑料薄膜出料槽排出。
生活垃圾分選機(jī)的各裝置依靠配置的電機(jī)和齒輪傳動(dòng),處理能力由物料運(yùn)行的空間尺寸和配置電機(jī)的功率決定。
垃 圾 堆 埋 場(chǎng)
人 工 初 選
上 料 裝 置
下 料 裝 置
磁選輸送裝置
生活垃圾打散裝置
磁性材料
生活垃圾篩分裝置
篩下垃圾渣
垃圾渣粉
篩 上 垃 圾
篩上垃圾風(fēng)選裝置
置
大可燃物
塑料
薄膜
篩下垃圾渣風(fēng)選裝置
置
骨頭果皮果仁
小可
燃物
垃圾渣粉風(fēng)選裝置
磁選裝置
玻璃
石子
置
磁選裝置
玻璃石子
骨頭果仁果皮
磁性材料
細(xì)垃圾渣粉
人工
分撿
廢舊
電池
人工分撿
廢舊電池
3-1 生活垃圾分選機(jī)工藝流程圖
3.2 生活垃圾分選機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
包括上料磁選裝置、磁性材料出料槽、生活垃圾打散裝置、生活垃圾圓筒篩分裝置、機(jī)架、篩上生活垃圾風(fēng)選裝置、骨頭果皮果仁類(lèi)出料槽、小可燃物出料槽、垃圾渣粉出料磁選裝置、磁性材料出料槽、生活垃圾渣粉風(fēng)選裝置、垃圾渣粉出料槽、玻璃石子出料槽、篩上生活垃圾風(fēng)選裝置、大可燃物出料槽、塑料薄膜出料槽、下料溜槽。下料裝置、入料磁選皮帶、磁性材料電池出料槽、下料溜槽與出料磁選皮帶、磁性材料出料槽、生活垃圾渣粉風(fēng)選裝置、垃圾渣粉出料槽、玻璃石子出料槽均通過(guò)緊固件安裝在機(jī)架的外面;生活垃圾打散裝置、生活垃圾篩分裝置、篩上垃圾風(fēng)選裝置、石頭和骨頭及果皮果仁類(lèi)出料槽、小可燃物出料槽、篩下垃圾風(fēng)選裝置、大可燃物出料槽、塑料薄膜出料槽固定在機(jī)架上。生活垃圾分選機(jī)參數(shù)表如下。
表3.1 生活垃圾分選機(jī)參數(shù)表
型 號(hào)
項(xiàng) 目
1
2
主機(jī)尺寸,mm
長(zhǎng)
12800
14700
寬
2300
3000
高
5940
6890
入料口,mm
長(zhǎng)
1000
1200
寬
500
600
垃圾渣粉類(lèi)出料口,mm
長(zhǎng)
600
650
寬
450
500
果仁、果皮、骨頭、
類(lèi)出料口,mm
長(zhǎng)
600
650
寬
450
500
大可燃物類(lèi)出料口,mm
長(zhǎng)
600
650
寬
450
500
小可燃物類(lèi)出料口,mm
長(zhǎng)
1000
1000
寬
600
600
塑料薄膜類(lèi)出料口,mm
長(zhǎng)
1000
1000
寬
600
600
上料磁選裝置
磁輥公稱直徑,mm
φ630
Φ800
磁性,高斯
2000
皮帶公稱寬度,mm
800
1000
打散裝置
刀片回轉(zhuǎn)直徑,mm
φ980
φ1080
刀片數(shù)量,組
21
29
機(jī)殼內(nèi)壁與刀片外緣間隙,mm
15
20
篩分裝置
滾筒內(nèi)徑,mm
φ1600
Φ2300
細(xì)分段篩孔尺寸,mm
長(zhǎng)
17
寬
35
粗分段篩孔尺寸,mm
長(zhǎng)
87
寬
97
4 關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)
4.1 打散裝置的設(shè)計(jì)
生活垃圾要實(shí)現(xiàn)分選就必須先將將成包成袋的生活垃圾打散開(kāi),首先要求不將生活垃圾中的廢舊電池打爛,而且要使打散過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵不倒流。其特點(diǎn)在于裝在軸承座上的軸上設(shè)有刀架機(jī)構(gòu),軸承座固定于下機(jī)殼上,大皮帶輪設(shè)在軸的一端,通過(guò)三角膠帶與電機(jī)軸上的小皮帶輪相連接。
本方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便,由于打散裝置通過(guò)電動(dòng)帶動(dòng)刀架機(jī)構(gòu),使進(jìn)入機(jī)內(nèi)的成包成袋的的生活垃圾全部打散,便于篩選和風(fēng)選,不會(huì)將廢舊電池打爛,呈蝸牛殼型的機(jī)殼使打散過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵不倒流。刀頭設(shè)置角度,入料口安裝風(fēng)機(jī),這樣避免破帶殘膜纏繞,影響效果。被破塑料袋隨風(fēng)機(jī)風(fēng)力從出料口出去,參加下一步驟的篩選。
圖4.1 打散裝置
4.2 圓筒篩分裝置的設(shè)計(jì)
4.2.1 圓筒篩分裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
要將種類(lèi)繁多、成分復(fù)雜的生活垃圾轉(zhuǎn)化為資源,就要根據(jù)物料運(yùn)動(dòng)能量守恒原理提供一種能將打散后的生活垃圾進(jìn)行初分的圓筒篩分裝置。圓筒機(jī)構(gòu)包括大齒圈、進(jìn)料檔圈、 筒體、螺旋導(dǎo)料條、連接條、細(xì)篩網(wǎng)、筒體、粗篩網(wǎng)、壓條。
粗篩網(wǎng)通過(guò)法蘭盤(pán)及螺栓與筒體的法蘭盤(pán)連接,筒體與筒體通過(guò)連接條焊接,細(xì)篩網(wǎng)通過(guò)壓條壓在連接條之間。大齒圈套在筒體上通過(guò)螺栓固定,進(jìn)料檔圈焊在筒體端部,螺旋導(dǎo)條焊在整個(gè)筒體內(nèi)徑上。
托輥機(jī)構(gòu)包括托輥、心軸、軸承座。托輥通過(guò)心軸支撐在軸承座上。托輥支撐在細(xì)篩兩端的筒體上,粗篩網(wǎng)懸接在細(xì)篩圓筒后部。
圓筒機(jī)構(gòu)的螺旋導(dǎo)料條為3-8根,圓筒機(jī)構(gòu)的連接條為8-12根。托輥機(jī)構(gòu)至少為四個(gè)或四個(gè)以上。
本方案能將打散后的生活垃圾連續(xù)的分為垃圾渣粉、篩下垃圾渣和篩上生活垃圾三大類(lèi),圓筒篩內(nèi)壁平整,其內(nèi)壁上面焊有螺旋導(dǎo)料條,垃圾運(yùn)行過(guò)程均勻流暢;粗細(xì)篩網(wǎng)為橫矩形網(wǎng)孔。
4.2.2 圓筒篩分裝置參數(shù)確定
(一) 被輸送物料:生活垃圾;特性:成分復(fù)雜,性狀各異。
(1)生活垃圾松散密度(實(shí)測(cè))
(2)生活垃圾的粒度:。
(3)含水率:;腐蝕性:一般;溫度:常溫。
(4)輸送能力:;
(二) 篩筒直徑的確定
按照“運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)”中(m)
其中:—篩分能力(),研制時(shí)取
—物料特性系數(shù),
—填充系數(shù), 取
—傾角系數(shù),
由于垃圾成分復(fù)雜,有破衣物、雜草、舊鞋等。
因此取。
(三) 篩分裝置轉(zhuǎn)速確定
按 確定篩筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度,
式中: —表示物料綜合系數(shù);設(shè)計(jì)時(shí)取
取
(四) 功率確定
—布置高度 (水平布置)
—篩筒長(zhǎng)度
—物料阻力系數(shù)=4
所需功率
(五)電動(dòng)機(jī)功率確定
—功率備用系數(shù),對(duì)系列電動(dòng)機(jī)
—驅(qū)動(dòng)裝置總效率,一般取0.9-0.94
取=0.91
考慮連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)需要,設(shè)計(jì)時(shí)選用電機(jī)功率為:
4.2.3 圓筒篩分裝置的結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖5.2)
包括圓筒機(jī)構(gòu)、細(xì)和粗篩網(wǎng)、螺旋導(dǎo)料條、托輥機(jī)構(gòu)、電機(jī)、小齒輪,圓筒機(jī)構(gòu)用托輥支撐,圓筒機(jī)構(gòu)中的大齒圈與小齒輪嚙合傳動(dòng),小齒輪裝在電機(jī)的軸上。
圖5.2 圓筒篩分裝置
4.3 篩上垃圾風(fēng)選裝置的設(shè)計(jì)
4.3.1 篩上垃圾風(fēng)選機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
在生活垃圾處理過(guò)程中,篩上垃圾成分近百種,塑料薄膜面積大、比重輕,用經(jīng)控制的風(fēng)流將其和其它篩上垃圾分開(kāi),篩上垃圾風(fēng)選是最簡(jiǎn)便的一種的方式。
其特征在于包括三角膠帶輪、三角膠帶、轉(zhuǎn)子體、平矩形口、電機(jī)組成,其平矩形口風(fēng)機(jī)的出口為平矩形。下料圓盤(pán)機(jī)構(gòu)由調(diào)速電機(jī)及其上的下料圓盤(pán)組成。
平矩形口風(fēng)機(jī)安裝在下料口下方,下料圓盤(pán)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)殼內(nèi)溜槽塑料薄膜與可燃物的間隔板上,進(jìn)料口、塑料薄膜出料槽、可燃物出料槽設(shè)在機(jī)殼上,風(fēng)道設(shè)在機(jī)殼內(nèi)。
本方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、實(shí)用方便、耗能低。采用平矩形口風(fēng)機(jī)將垃圾均勻吹成拋物線,篩上的生活垃圾按比重分別下落在溜槽前后不同點(diǎn)上,采用下料圓盤(pán)是解決可燃物和塑料薄膜之間的間隔板不積料。
4.3.2 篩上垃圾風(fēng)選機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定
(一) 被輸送物料:可燃物,特性:成分復(fù)雜,性狀各異。
(1)篩上垃圾的松散密度
(2)篩上垃圾粒度:。
(3)含水率:;腐蝕性:一般;溫度:常溫。
(4)風(fēng)選能力;
(二) 風(fēng)選機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算理論依據(jù)是能量守恒定律。
計(jì)算公式:,
在分選時(shí)篩上垃圾和空氣的體積是相等的,所以:
因此:
式中:—空氣的質(zhì)量 —篩上垃圾的質(zhì)量
—空氣的速度 —篩上垃圾的速度
—空氣的比重 —篩上垃圾的比重
—空氣的體積 —篩上垃圾的體重
(三)篩上垃圾在分選下落的過(guò)程中所需時(shí)間()
,
(四)篩上垃圾在從出口到落點(diǎn)的距離()
上式中只有和需要確定,其余的為已知條件,我們假定為(垃圾分選出口距落點(diǎn)的高度),為代入上式計(jì)算得出篩上垃圾的落點(diǎn)距離()
塑料薄膜、紙等為:
廚余、果皮等為:
(五) 根據(jù)風(fēng)速和出口尺寸即可計(jì)算出風(fēng)機(jī)的風(fēng)量()
,由于風(fēng)機(jī)出口到垃圾分選出口風(fēng)速有一個(gè)衰減,所以考慮出口風(fēng)速時(shí)加大10%,也就是選擇風(fēng)機(jī)風(fēng)量時(shí)加大10%~15%(取12%)即可。
(注:篩下垃圾渣風(fēng)選裝置的參數(shù)由上述公式確定)
4.3.3 篩上垃圾風(fēng)選裝置的結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖4.3)
由風(fēng)機(jī)、擋板、風(fēng)道、下料板和塑料薄膜、可燃物出料槽、出口構(gòu)成。
圖 4.3 篩上垃圾分選裝置
4.4 垃圾渣粉風(fēng)選裝置的設(shè)計(jì)
4.4.1 垃圾渣粉風(fēng)選機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
經(jīng)篩分后的篩下垃圾中含有玻璃石子、磁性材料(含廢舊電池)、垃圾渣粉,為了使垃圾渣粉能廣泛使用,必須通過(guò)垃圾渣粉風(fēng)選裝置將其中的玻璃石子、磁性材料(含廢舊電池)完全分離。
其特點(diǎn)是斜矩形口風(fēng)機(jī)包括三角膠帶輪、三角膠帶、三角膠帶輪、轉(zhuǎn)子體、斜矩形口、電機(jī)組成,其特征是斜矩形口風(fēng)機(jī)的出口為斜矩形。
本方案設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、耗能低,采用斜矩形口風(fēng)機(jī)可將垃圾中的玻璃石子、磁性材料(廢舊電池)、垃圾渣粉分離出來(lái),便于回收利用。通過(guò)閘閥控制料流可調(diào)整玻璃、石子等的分選率;通過(guò)鋼絲網(wǎng)可防止垃圾土塵的揚(yáng)散。
4.4.2 垃圾渣粉風(fēng)選裝置的參數(shù)確定
(一) 被輸送物料:垃圾渣粉,特性:成分復(fù)雜。
(1)垃圾渣粉松散密度(實(shí)測(cè))
(2)垃圾渣粉的粒度:。
(3)含水率:;腐蝕性:一般;溫度:常溫。
(4)風(fēng)選能力;
(二) 按照能量守恒定律
,
認(rèn)為分選時(shí)垃圾渣粉、玻璃石子和空氣的體積是相等的,
則有:
因此:
—空氣的速度 —垃圾渣粉和玻璃石子的速度
—空氣的比重 —垃圾渣粉和玻璃石子的比重
—空氣的體積 —垃圾渣粉和玻璃石子的體積
(三)垃圾渣粉和玻璃石子在分選下落的過(guò)程中所需時(shí)間()
(四) 垃圾渣粉和玻璃石子從出口到落點(diǎn)的距離()
研制中,將取為(垃圾分選出口距落點(diǎn)的高度),為,垃圾渣粉和玻璃石子的落點(diǎn)距離為。
玻璃石子為:
垃圾渣粉為:
(五) 風(fēng)機(jī)的風(fēng)量()的確定
,式中
研制中取
則
由于風(fēng)機(jī)出口到垃圾分選出口風(fēng)速有一個(gè)衰減,所以考慮出口風(fēng)速時(shí)加大,也就是選擇風(fēng)機(jī)風(fēng)量時(shí)加大(?。┘纯?
4.4.3 垃圾渣粉風(fēng)選裝置的結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖4.4)
由斜矩形口風(fēng)機(jī)、閘閥、進(jìn)料槽、檔料板、垃圾渣粉和玻璃石子磁性材料(廢舊電池)出料槽、出口及鋼絲網(wǎng)、機(jī)殼構(gòu)成,其內(nèi)設(shè)有擋料板。
圖 4.4 垃圾渣粉風(fēng)選機(jī)
4.5 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
本裝置為城市生活垃圾分選機(jī)的電氣控制部分。在主電路方面,除了篩分裝置電動(dòng)機(jī)采用變頻器控制,其余裝置的各電動(dòng)機(jī)均采用交流接觸器、熱繼電器控制。在二次回路方面,本裝置在控制系統(tǒng)上采用了西門(mén)子的可編程序控制器(簡(jiǎn)稱PLC)作為主控元件,其他的主要器件也采用了國(guó)際國(guó)內(nèi)名牌產(chǎn)品,這就提高了系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性。采用PLC控制簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的操作,方便了維護(hù)檢修工作,在如“自動(dòng)控制”方式下基本上可實(shí)現(xiàn)“一鍵”操作,設(shè)備故障可以從PLC的LED上大致判斷出來(lái)。
該電控裝置是具有高可靠性、高穩(wěn)定性的控制系統(tǒng),同時(shí)又是性價(jià)比極高的控制系統(tǒng)。它綜合了傳統(tǒng)技術(shù)和高科技的特點(diǎn),兼顧了常規(guī)控制和高性能控制的特性,做到了“能上能下,兼顧多樣”的市場(chǎng)要求,同時(shí)他又是極具人性化設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng),能夠讓客戶在實(shí)際使用中真正感到順心順意,得心應(yīng)手。
5 生活垃圾分選機(jī)的特點(diǎn)
1、該機(jī)是集生活垃圾打散、圓筒篩分、垃圾渣粉風(fēng)選、篩上篩下垃圾分選裝置以及磁選、除塵、PLC等工藝技術(shù)為一體化的生活垃圾專用機(jī)械分選設(shè)備。
2、該機(jī)能一次性將生活垃圾分選為磁性材料(廢舊電池)、玻璃石子、塑料薄膜、可燃物、垃圾渣粉五類(lèi)可再生利用的產(chǎn)品。
3、該機(jī)能將生活垃圾中的有害物質(zhì)廢舊電池全部分離到磁性材料中(便于用HDPE容器密封集中深埋)、將玻璃渣分離80%以上、塑料薄膜分離60%以上(如配置少量人工輔助,其分離率可達(dá)到95%以上)。
4、經(jīng)該機(jī)分選出來(lái)的生活垃圾產(chǎn)品能分別達(dá)到無(wú)害化處理?xiàng)l件和資源化利用要求,其直接資源利用率可達(dá)到80%以上(附生活垃圾產(chǎn)品資源利用路線圖)。
圖5.1 生活垃圾產(chǎn)品資源利用路線圖
5、該機(jī)定價(jià)為200萬(wàn)元左右,運(yùn)行成本低于50元/噸,其總投入、運(yùn)行費(fèi)用不超出我國(guó)一般中小城鎮(zhèn)財(cái)政承擔(dān)能力;處理能力A型為12-20噸/小時(shí),B型為20-35噸/小時(shí),適合我國(guó)中小城鎮(zhèn)生活垃圾的處理和處置。
6、該機(jī)能作為生活垃圾衛(wèi)生填埋、焚燒發(fā)電及堆肥三種處理方式的前置處理設(shè)備使用。它必將為我國(guó)生活垃圾處理行業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
結(jié) 論
綜上所述,生活垃圾分選機(jī)是明顯優(yōu)于國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有生活垃圾分類(lèi)設(shè)備的產(chǎn)品。它與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品相比,具有投資省、占地少、能耗低、處理方式簡(jiǎn)捷、分選速度快、分類(lèi)效果明顯、適用范圍廣、不造成二次污染等特點(diǎn),它作為生活垃圾衛(wèi)生填埋、焚燒發(fā)電以及堆肥三種方式的前置設(shè)備是關(guān)鍵的。該產(chǎn)品符合國(guó)家“節(jié)能減排”政策,也適合我國(guó)中小城市生活垃圾處理。隨著該產(chǎn)品的推廣應(yīng)用,必將改變生活垃圾處理的現(xiàn)狀,為我國(guó)生活垃圾的處理、處置開(kāi)創(chuàng)出一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的新模式。
致 謝
行文至此,我的這篇論文已接近尾聲;歲月如梭,這幾個(gè)月的設(shè)計(jì)即將敲響結(jié)束的鐘聲。離別在即,站在人生的又一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)上,心中難免思緒萬(wàn)千,一種感恩之情油然而生。
生我者父母。感謝生我養(yǎng)我,含辛茹苦的父母。是你們,為我的學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件;是你們,一如既往的站在我的身后默默的支持著我。沒(méi)有你們就不會(huì)有我的今天。謝謝你們,我的父親母親!
育我成才者老師。感謝我的指導(dǎo)老師周嶺老師,這篇論文是在老師的的悉心指導(dǎo)與鼓勵(lì)下完成的。老師為我提供了不斷改良設(shè)備的建議,提供了很多專業(yè)性的指導(dǎo)。周老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、精益求精的工作作風(fēng)和誨人不倦的高尚師德,都深深地感染和激勵(lì)著我。老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以悉心指導(dǎo),同時(shí)還在思想、生活上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷,在此謹(jǐn)向老師致以誠(chéng)摯的感謝!
我還要感謝在一起度過(guò)幾個(gè)月時(shí)間的我們組的同學(xué),特別是李正濤同學(xué)。正是由于你們的幫助和支持,我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑,直至本文的順利完成。本次論文與設(shè)計(jì)的完成對(duì)我是一個(gè)極大的激勵(lì),使我在學(xué)術(shù)研究方面充滿了信心,更為我在今后的學(xué)習(xí)與工作中提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
參 考 文 獻(xiàn)
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[11] 楊海民.基于三分法的城市生活垃圾分類(lèi)收集流程研究[J].技術(shù)與方法,2009,(28)
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