城市生活垃圾分选系统设计

1、固体废物处理与处置课程设计计算说明书目录第一章 总论1第一节 城市生活垃圾分选1第二节 垃圾分选技术1第三节 设计任务及目的2第四节 设计原始资料2第二章 分选系统设计方案的分析确定3第三章 分选工艺设计计算4第一节 物料衡算4第二节 垃圾储仓5第三节 吊车与抓斗6第四节 磁选设备7第五节 滚筒破碎机（选择破碎机）7第六节 垃圾滚筒筛10第七节 风选设备11第八节 输送带14第四章 可行性分析18第五章 分选系统平面布置及高程布置19第一节 平面布置19第二节 高程布置19参考文献19第一章 总论第一节 城市生活垃圾分选垃圾的分选是指根据物质的密度、粒度、磁性、电性、光电性、摩擦性、弹性以及表

2、面润湿性的差异，采用相应的手段将其分离的过程。分选的方法有筛分、重力分选、磁力分选、电力分选、光电分选、摩擦分选、弹性分选和浮选等。垃圾分选的目的就是将混合垃圾进行有效的分类，对垃圾成分中的不同组分进行分离，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。分选系统拣出部分可回收物资，经简单处理后进行二次加工回用。垃圾分类是垃圾减量化、无害化、资源化、产业化的最终出路。垃圾分类回收最终创造的是一个无垃圾的社会，一个资源循环、永续利用的社会。第二节 垃圾分选技术垃圾分选技术方法可概括为人工分选和机械分选。人工分选是最早采用的分选方法，适用于废物原产地

3、、收集站、处理中心、转运站或处置场。机械分选是利用物料的某些性质方面的差异，将其分选开。例如利用废弃物中的磁性和非磁性差别进行分离，利用粒径尺寸差别进行分离利用比重差别进行分离。根据不同性质，可以设计制造各种机械对固体废弃物进行分选。1筛分：其原理是依据固体废物的粒径不同，利用筛子将物料中小于筛孔的细粒物料透过筛面，而大于筛孔的粗粒物料留在筛面上，完成粗细物料的分离过程。2重力分选：重力分选简称重选，是根据固体废物中不同物质颗粒间的密度差异，在运动介质中受到重力、介质动力和机械力的作用，使颗粒群产生松散分层和迁移分离，从而得到不同密度产品的分选过程。按介质不同，固体废物的重选可分为重介质分选、

4、跳汰分选、风力分选和摇床分选等。废弃物进行重力分选的条件：固体废物中颗粒间必须存在密度的差异； 分选过程都是在运动介质中进行的； 在重力、介质动力及机械力的综合作用下，使颗粒群松散并按密度分层； 分好层的物料在运动介质流的推动下互相迁移，彼此分离，并获得不同密度的最终产品。3风力分选：是重力分选的一种。是以空气为分选介质，在气流作用下使固体废物颗粒按密度和粒度进行分选的方法。其基本原理是气流能将较轻的物料向上带走或水平带向较远的地方，而重物料则由于上升气流不能支持它们而沉降，或由于惯性在水平方向抛出较近的距离。这就是我们通常所说的竖向气流分选和水平气流分选。4浮选：其原理是依据物料表面性质的差

5、异在浮选剂的作用下，借助于气泡的浮力，从物料的悬浮液中分选物料的过程。浮选法分离与物质的密度无关，而取决于物质的表面性质。能浮出液面的物质对空气的表面亲和力比对水的表面亲和力大。颗粒能否附着在气泡上，关键在于能否最大限度地提高颗粒的表面疏水性。因此，在浮选法中首先就是考虑加入合适的浮选剂，增加物质的可浮性能。5磁力分选：磁选是利用固体废物中各种物质的磁性差异在不均匀磁场中进行分选的一种处理方法。磁选有两种类型：其一是传统的磁选法，即利用磁力与机械力对不同磁性颗粒的不同作用而实现的；其二是磁流体分选（MHS），利用磁流体（某种能够在磁场或磁场和电场联合作用下磁化，呈现似加重现象，对颗粒产生磁浮力

6、作用的稳定分散液）作为分选介质，在磁场或磁场和电场的联合作用下产生“加重”作用，按固体废物各组分的磁性差异或磁性、导电性的差异，使不同组分分离，这也是一种“磁化水方法”。第三节 设计任务及目的完成某城市生活垃圾综合分选处理系统设计，通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，并使所学的知识系统化，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。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养学生确定固废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。第四节 设计原始资料设计规模为100 t/d的某城市生活垃圾分选系统。垃圾主要成分见表1

7、。表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含量/%56.427.13.64.88.1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、灰尘、粉尘等。废纸以卫生间的废纸为主。垃圾容重平均值为0.45 t/m3，含水率为49.4%。垃圾热值：1923 kJ/kg。分选系统工作量为100 t/d；日工作时间为10h。第二章 分选系统设计方案的分析确定本次课程设计确定工艺从我国目前城市生活垃圾处理现状出发，考虑到原生垃圾成分复杂，劳动力资源又丰富，采用机械为主，辅以人工粗选的方法；废塑料和废纸主要为塑料袋和卫生间废纸，回收利用经济效益不高，故可直接将这部分作为垃

8、圾焚烧原料。分选工艺采用城市生活垃圾简易处理方法，以分选产物作为填埋、堆肥和焚烧为目的，确定分选工艺流程。工艺流程图如下：生活垃圾人工分选磁选选择破碎机风选滚筒筛分筛上物筛下物物人工分选物金属塑料废纸部分有机物碎土渣、玻璃有机物堆肥焚烧填埋回收筛上物筛下物物图1 城市垃圾分选工艺流程图第三章 分选工艺设计计算第一节 物料衡算垃圾分选系统按设计规模、每天工作时间，每个分选设备物料走向逐步计算。以100t/d处理能力进行计算1垃圾分选厂每小时的处理量 每天的垃圾处理量，=100t/d; 每天的工作时间，=10h/d。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

9、。据经验，经人工手选后大约1%大块金属、0.6%玻璃、2.0%塑料和约0.5%其他无机物质被选出，即：金属：玻璃：塑料：其他：则经过人工手选可分出的垃圾有=q1+q2+q3+q4=0.1+0.06+0.2+0.05=0.41t/h3磁选 垃圾经过磁选滚筒理论上可以分选所有的金属：4选择性破碎机 筛上物主要是纸、布、革、塑料、部分有机物等的物质 筛下物为的被破碎的有机物、无机物、玻璃及其他碎土等。5风选 轻组分主要为粉尘、塑料纸张等 重组分主要是有机物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，筛下物中主要有无物、部分有机物、碎玻璃等。选择筛孔为10mm。筛上为的有机物 筛下物为

10、碎土、石渣等无机物和碎玻璃7废物的全过程总的质量为 第二节 垃圾储仓垃圾储仓是用来暂时储放进入处理系统的垃圾并用来调节处理设备的处理量。储料仓的容量应根据计划收入分选厂的垃圾量、设备的操作计划等因素来决定。通常储料仓的容量应可提供两天的最大处理量。1仓体容积V=q=2×1000.85×0.45=522.9m3，取V=550m3式中 储存时间，d；q最大日处理量，t/d; q=400t/d 垃圾有效密度（有效密度系数在1.11.3），t/m3。有效容积系数，在0.80.9之间；2仓体尺寸计算垃圾储仓体积V，m3；长度14.0m；宽度10.0m；深度4.0m。V=14.0

11、15;10.0×4.0=560m3>550 m3（满足要求）3排水坡度垃圾在储料坑内时间过长（一般超过2d）便会有渗滤液产出，所以坑底部必须铺设有排水坡度流向垃圾渗出水坑收集滤液，排水坡度取1%。第三节 吊车与抓斗1. 吊车垃圾吊车的台数是根据垃圾最大日处理量来确定的。一般日处理量在300t以下的采用一台吊车，日处理量在300600t的要求采用常用和备用各一台，规模在600t/d以上的，要求常用吊车2台，备用一台。在吊车的台数确定后，还要确定吊车卷起、放下、行走、横移及抓斗开关动作所需时间，以确定吊车运行周期。如果各分选设备有足够的处理能力，吊车的运行时间为60min/h,设计

12、时一般取4555min/h。吊车供给能力由下式计算。Q=PNT=1.0×0.80.040=20t/h式中 Q吊车供给能力，t/h; P 抓斗一次抓起量，t； N 1h内吊车实际工作时间，h/h； T吊车运行周期，h。本设计选用1台吊车，详细参数如表2所示。表2吊车工艺参数项目参数设计依据项目参数设计依据数量1台垃圾最大日处理量运行周期143s吊车运行各种动作的速度吨位1.25t抓斗容量实际运行时间50min/h跨度7m储料坑跨度供给能力20t/h抓斗抓起量2. 抓斗桥式抓斗起重机具有机动灵活的特点，可在移动空间的任意点装卸物料。根据设计规划要求选择适当的起重设备。其主要规格如表3所示

13、。表3 桥式抓斗起重机的主要规格起重量/t跨度/m起重总量/t速度/(m·min-1)容重/(t·m-3)抓斗特性起重机运行小车运行提升运行物料容重/(t·m-3)抓取量/kg抓斗质量/kg510.517.387.544.638.82.50.51.012502500249313.519.016.521.0第四节 磁选设备用于固体废物分选的磁选设备就结构形式而言主要分为带式和鼓式两种。鼓式磁选机又可分为皮带机磁滚筒式和独立鼓式。磁力滚筒又称磁滑轮，磁系与圆筒固定在同一个轴上，安装在皮带运输机头部。将固体废物均匀给在皮带运输机上，当废物经过磁力滚筒时，非磁性或磁性很弱

14、的物质在离心力和重力作用下脱落皮带面，而皮带离开磁力滚筒伸直时，由于磁场强度减弱而落入磁性物质收集槽中。磁力分选机在分选工艺中可一点或多点布置，一般可设置在破碎机的前后、筛分机之后或风选机的前后等处。对城市生活垃圾简易分选系统，在经过人工手选之后，大件的磁性物质已经被选出，可将磁选机设置在选择性破碎机之前，基本上可将磁性物质选择出来，同时避免后续分选设备被磁铁性物质破坏。本设计选用CTB6012永磁筒式磁选机，其主要技术参数如表4所示。表4 CTB6012永磁筒式磁选机技术参数磁选机规格型号CTB6012圆筒转速（r/min）<35规格（mm）600×1200生产能力（t/h）

15、1020槽体行式半逆流（CTB）电机功率（kw）1.5磁场强度（oe）1450给料密度（mm）20第五节 滚筒破碎机（选择破碎机）滚筒破碎机其机身主体的形状是用筛板做成的圆筒，工作过程中既有破碎又有筛分的作用，并能达到选分的作用。其技术特征如表5所示：表5 滚筒破碎机技术特征1滚筒破碎机主要结构参数的确定滚筒破碎机的直径和长度是最主要的结构参数，它取决于入料量的多少，物料密度及粒度等，此外，还与滚筒转数的大小，物料在滚筒内的摩擦系数也有密切的关系。目前，滚筒直径和长度主要是按经验公式估算。滚筒长度为滚筒直径的1.52.5倍。2滚筒破碎机生产能力计算图2 滚筒内断面示意如图2所示，横断面装料面积

16、可由下式计算。S=R2-r2（+2)2=1.42-1.02（3+18+2)2=1.34m2取经验系数=60°，=10°跌落时间T：T = t1 + t2=1.67+0.73=2.40st1 =180-23n=180-2×603×12=1.67s式中 n滚筒转速，r/min。t2=4Rsin(90°-)cos(90°-)=41.5sin30°cos30°=0.73s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向前所走的距离，即：L=4Rsin2(90°-)·cos(

17、90°-)·tan =4×1.5×sin230°×cos30°×tan3°=0.068m物料沿滚筒轴向的前进速度v为：v=LT=0.0682.4=0.0283m/s式中 L物料在滚筒内每跌落一次向前所走距离，m； T物料自A提升到B再落到底所需时间，s。计算滚筒破碎机生产能力可用如下式：Q=3600SvK=3600×1.34×0.0283×0.452×0.41=12.6t/h>10t/h满足要求式中 Q垃圾生产能力，t/h; S滚筒横断面装垃圾面积，m2； v

18、物料在滚筒轴向前进速度，m/s； 物料散密度，t/m3，对城市垃圾散密度可取垃圾容重的1/2； K装满系数，随滚筒内提升板个数的增大而变大；当提升板为6个时，对垃圾K取0.41。第六节 垃圾滚筒筛垃圾滚筒筛利用作回转运动的筒形筛体将垃圾按粒度进行分级。工作时筒形筛体倾斜安装，倾角一般在4°8°。其结构及设计原理同选择性破碎机类似，只是没有提升板。垃圾滚筒筛设计参数主要有几何参数、运动参数和动力参数。几何参数包括筛体长度、筛体直径、安装倾角和筛孔尺寸；运动参数指筛体转速；动力参数为筛体的驱动功率。滚筒筛的筛孔尺寸的确定根据被筛分的垃圾的组成及对筛上、筛下物的要求和它的具体用途

19、来确定。若用于除去垃圾中的渣土等小粒级物料时，筛孔尺寸可取较小值。当除去粗大物料时，筛孔尺寸可取较大值。滚筒筛主要参数确定如下： 1设计筛体长度4-5m，筛体直径1.5-2m，筛孔取10mm×10mm，安装倾角40。本设计采用筛体长度：L=4m 筛体直径：D=1.6m2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/T5013.1-95)，筛下物粒径12mm，筛分效率80%。选取筛分效率为90%。3滚筒筛转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。临界转速nc由下式计算：nc=30gR=309.810.8=33.5r/min根据实验表明，垃圾滚筒筛回转

20、速度一般取临界转速的30%60%较为理想。 则取转速为12r/min4物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2530s,甚至更长。所以取垃圾在滚筒内停留时间为5060s。筛上物在筛体内的停留时间为：t=Lv=40.07=57s式中 L筛体长度，4m； V物料在筛体内沿轴向运动的平均速度，可由式v=lT 计算，安装倾角一般取4°8°，本设计取4°。v=4Rsin2（90°-）cos（90°-）tan2c13n+4Rsin(90°-)cos(90°-) =4×0.8

21、×sin230°cos30°tan4°120°0.053×12+40.8sin30°cos30°=0.07m/s式中 c1考虑加速段滑动因素的修正系数。 取60°5筒筛有用功率 据资料推导，筛分机有用功率为： 第七节 风选设备本设计选用简易立式风选设备。1设计参数风力分选（气流分选）主要将低密度、空气阻力大的轻质部分（塑料、废纸等）和具有高密度、空气阻力小的重质部分分开。风力分选中气流的流动速度是重要的设计参数，确定气流流速的依据是被选物料的悬浮速度（沉降速度）。颗粒在空气中的沉降末速为v0 =dsg6式

22、中 d颗粒的直径；s颗粒的密度；空气的密度； 助力系数；g重力加速度。当气流速度小于颗粒沉降末速时，颗粒向下作沉降运动；当气流速度大于颗粒沉降末速时，颗粒向上作漂浮运动；当气流速度等于沉降末速时，颗粒作漂浮运动。几种物料的实测悬浮速度参考数据见表6。表6几种物料的实测悬浮速度参考数据名称密度/(kg·m-3)堆积密度/(kg·m-3)粒度/mm悬浮速度(150测管)/(m·s-1)稻谷10906726.49.38.49沙260014106.8聚丙烯粒900460236.57.3碎木材56021×19×98.4刨花34矿石3.810.215.5铸

23、铁丸70002.53.327.4在缺乏物料悬浮速度资料的情况下，也可以由下面经验公式测算。v0=100s式中 经验系数，按下表7选取； s物料重度，kg/m3，根据表8选取。表7 风速的经验系数 物料品种颗粒大小/mm值物料品种颗粒大小/mm值灰状011016细块状10202022均质粒状1101620中块状40802225表8 部分物料密度 s物质塑料玻璃砖干砂有机物密度/(kg/m3）9202500184025001200轻组分物料以塑料为参考，其悬浮气速为：v轻=22100920=6.67m/s重组分物料以塑料为参考，其悬浮气速为：v重=221001200=7.62m/s故气流速度设计为

24、6.7m/s。2风选设备风选设备分为水平气流风力分选机（卧式风力分选机）和上升气流分离分选机（立式风力分选机）。风机形式根据所要分选垃圾原料组成及分选目的来确定。卧式风力分选机构造简单，维修方便，但分选精度不高，通常与破碎、筛分、立式风选机联合使用。立式分选机与卧式相比较分选精度较高。分选机附带的旋风分离器根据分选物料性质、分选效率等选择适当的型号、种类及规格，确定相应的运行参数，如气流速度、压力损失等。立式风选几何参数的确定：关于风力分选设备的计算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

25、计算还需要实验及有关的理论进行研究。本设计采用立式风力分选，其工作原理如图3所示。图3 立式风力分选机工作原理图(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，考虑所分选物料为不规则纸类、塑料等，选择管径。设高压端气体密度为3kg/m3,故所选气速相当于气体质量速度G=6.7×3=20.1（kg/m2·s)。(2)估算气-固比垃圾分选主要去除塑料及纸类，设其堆积密度气-固比为 (3)所需空气量计算 取空气重度为1.25kg/m3,则空气体积流量为 按所选管径100mm和气速，所需空气体积流量为 故可选用3.2m3/min空压机一台能够满足要求。(4)压降计算设管内

26、平均绝对压力为2kg/m2(1kg/m2=9.8Pa)，室温为300K，则气体平均重度为垂直管压降为3旋风分离器 根据气体流量3.156m3/min和入口风速6.7m/s，选取XLP/A-3.0型旋风分离器，其允许进口风速为12m/s，处理量750m3/h。第八节 输送带 在垃圾分选工艺中，带式输送机是主要的运输机械，它连接各个分选设备。因此，各分选设备段之间的输送带带宽、带长、带速及输送带的安装位置需根据具体情况分别估算。1. 输送带输送带主要输送从垃圾储坑经过初级篦子送入的及由输送带送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。故带速不宜选择过快，选取带速为0.3m/s。(1)宽

27、度确定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。胶带输送机的输送能力由下式计算。Q=3600Fbvc式中 Q输送能力，10.0t/h； Fb物料在胶带的截面积，m2； v输送带运行速度，0.3m/s； 物料的堆密度，0.45t/m3; c倾角系数，人工分选时水平放置，取1。如图4，对于槽形输送带上物料堆积的断面积可以近似地认为是面积F1及等腰梯形F2所组成。（对倾斜的输送机，物料堆积面积随皮带机的安装倾角的增加而减少，这种影响可以用倾角系数c来考虑。）图4 物料在胶带上堆积的断面积 面积F1为：F1=0.08sin2d2d-sin2dB2=0.08sin245°2

28、5;4-sin(2×45°)B2面积F2为：F2=0.12B2tg=0.12B2tg20°式中 B皮带宽度，m； d物料堆积角，对垃圾可取45°； 胶带的槽角，选取20°。则槽型输送带上物料堆积断面积为Fb=F1+F2=0.2513-0.16B2+0.044B2=0.2513-0.116B2根据输送能力10.0=3600×(0.2513-0.116B2)×0.3×0.45×1可得：B=1.41m，取带宽为1.50m。(2)输送带功率计算在确定胶带输送机的电动机功率以前，首先需要计算传动滚筒的轴功率。N0=

29、k3k4N0'+N0''+N0'''+k5vb+k8b式中 k3尾部改向滚筒功率系数； k4中部改向滚筒功率系数； N0传动滚筒的功率，kW； N0'胶带空转的功率，kW； N0''物料水平运输的功率，kW； N0'''物料垂直提升的功率，kW； k5vb梨式卸料器，胶带清料器和料板所需的功率，kW； k8b物料加速率所需功率，kW。胶带空转的功率N0'=k1Lhv=0.0318×30×0.3=0.286kW式中 k1取决于胶带宽度和托辊阻力的系数，对输送垃圾槽性胶带可取

30、k1=0.0318； Lh胶带输送机水平投影长度，Lh=30m； v胶带运行速度，0.3m/s。物料水平运输功率N0''=k2QLh=5.45×10-5×10×30=0.0164kW式中 k2物料水平运行功率系数； Q胶带输送机的输送量，10t/h。物料垂直提升功率N0'''=0.00273×QbH0=0.00273×9.59×0=0kW式中 H0提升高度，0m。故传动滚筒的轴功率：N0=1.5×1.05×0.286+0.0164+0+ 1.4+1.5+0.23+2.35&#

31、215;0.3+0.1×0.45=2.165kW电动机功率为N=k×N0=1.0×2.1650.9=2.41kW式中 N电动机功率，kW； k功率安全系数，满载起动系数，一般k=1.0； 总传动效率，对光面传动滚筒取0.88，对胶面传动滚筒，取0.90。故选用2-100LY型三相异步电动机，额定功率为3.0kW。2输送带输送带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）至风选设备。由物料衡算，此时输送量 Q=2.97t/h。倾角15°，倾角系数c取0.885，带速取1.0m/s。 (1)宽度确定由输送带输送能力确定宽度：Q=3600Fbvc2.97=3600×(0.2513-0.116B2)×1.0×0.45×0.885可得B=1.46m，取宽度为1.50m。(2)电动机功率计算已知采用滚动轴承，查得=0.030，导料挡板，空段清扫器，弹换清扫器，。将以上各数据带入计算式，转动滚筒轴功率为 故电动机功率为选取Y132M-4型电动机，额定功率为7.5kW。3输送带输送带主要用于输送自滚筒破碎机筛下物（主要为无机物、碎石渣