固废课程设计垃圾分选系统设计

1、1 绪论1.1 设计目的和意义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收。垃圾分选的意义在于提高垃圾处理的有效性。垃圾中有机成分分选出后进行厌氧消化，剩余的无机矿化成分填埋，可以避免填埋处理过程中的种种弊端。同时推行垃圾分选，让可焚烧的进行焚烧，可厌氧消化或堆肥的制作肥料，可可回收再生的进行回收再生，最终的残渣进行填埋，以及有害垃圾呗单独分类收集和处理，从而提高垃圾处理的有效性1。1.2 垃圾分选技术固体废物分

2、选是实现固体资源化、减量化的重要手段，通过分选将有用的充分选出来加以利用，将有害的充分分离出来，另一中是将不同粒度级别的废弃物加以分离。分选基本原理是利用物料的某些性质方面的差异，将其分选开。固体废物的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，适用于废物产源地、收集站、处理中心、转运站或处置场。根据废物组成中各种物质的粒度、密度、磁性、电性、光电性、摩擦性及弹跳性的差异，将机械分选方法分为筛选、重力分选、光电分选、磁力分选、电力分选和摩擦与弹跳分选。1.3 垃圾分选设计内容(1)垃圾分选系统设计方案的确定；(2)垃圾储料仓设计计算；(3)分选系统各设备选型计算：确定

3、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。(6)绘制有关图纸。2 原始数据及设计方案2.1 原始数据垃圾主要成分见下表2-1：表2-1 垃圾组分明细垃圾组分有机物无机物纸类金属塑料玻璃其他含量/%54.331.32.682.585.131.22.81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。垃圾容重平均值为0.43吨/立方米，含水率为49.4%。垃圾中塑料以超薄型塑料袋

4、为主，废纸以卫生间的废纸为主。垃圾热值：1923kJ/kg分选系统工作量为290吨/天，日工作时间为20小时。2.2 设计方案分选工艺采用城市生活垃圾简易处理方法，为填埋、堆肥和焚烧作预处理。分选工艺流程图如图2-1所示。 图2-1 垃圾分选工艺流程简图3 分选原理及设备3.1 筛选（筛分）原理筛分是利用筛子将不同粒度范围的固体废物颗粒分离出来的过程，是适用于松散物料的干式分离方法。筛分过程由物料分层和细粒透过筛子两个阶段组成，物料分层是完成分离的条件，细粒透过筛子是分离的目的。 为了使不同粒度的废物颗粒通过筛分产生分离，必须使颗粒与筛面间产生相对运动，这种相对运动可以使筛面上的固体废物处于相

5、对松散状态，颗粒较大的废物位于筛面的上层，颗粒较小的废物位于筛面的下层，小颗粒废物通过筛孔达到与大颗粒废物分离的目的；另外，这种相对运动还可以使堵在筛孔上的颗粒脱离筛孔，有利于细颗粒废物通过筛孔。 固体废物透筛的难易程度与废物的粒度有关，如果粒度小于筛孔尺寸的四分之三，则很容易通过粗粒形成的间隙达到筛面而透筛，这样的废物颗粒称为“易筛粒”；如果粒度大于筛孔尺寸的四分之三，则很难通过粗粒形成的间隙到达筛面，且尺寸越接近筛孔尺寸就越难透筛，这种废物颗粒称为“难筛粒”2。3.2 常用筛分设备类型固体废物处理中常用的筛分设备主要有固定筛、滚筒筛、振动筛、和摇动筛。(1) 固定筛 固定筛筛面由许多平行排

6、列的筛条组成，可以水平安装或倾斜安装。固定筛又可以分为格筛和棒条筛。格筛一般安装在粗碎机之前，保证粗碎机入料的块度适宜。棒条筛主要安装在粗碎和中碎之前，安装倾角应大于废物对筛面的摩擦角，一般为300500，筛孔尺寸一般不小于50mm，适用于筛分粒度大于50mm的大颗粒废物。 (2)滚筒筛 滚筒筛是一个倾角的圆筒倾角(3050)，圆筒的侧壁上开有许多筛孔。在传动装置的带动下，筛筒绕轴转动（1015rmin），固体废物由筛筒的一端给入，随着筛筒的转动不断翻滚，较小的颗粒由筛孔筛出，筛上产品由筛筒的另一端排出。滚筒筛的主要特点是不易堵塞。 (3)振动筛 振动筛是工业部门广泛采用的一种筛分设备。振动筛

7、的振动方向与筛面垂直或近似垂直，振幅比较小、频率高。振动筛的倾角一般控制在80400之间。振动筛主要有惯性振动筛和共振筛两种。3.3 重力分选重力分选是根据固体废物中不同物质之间密度的差异，在运动介质中利用重力、介质动力或机械力的作用使固体废物颗粒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。重力分选的介质有空气、水、重夜（密度大于水的液体）和中悬浮液等。 固体废物重力分选的方法较多，按作用介质不同可分为风力分选、跳汰分选、重介质分选、摇床分选等。3.4 磁力分选原理磁力分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。将固体废物输入磁选机后，磁性颗粒在不均

8、匀磁场的作用下被磁化，从而受到磁场吸引力的作用，使磁性颗粒吸附在圆筒上，并随圆筒进入排料端排出。非磁性颗粒由于所受的磁场作用力很小，仍留在废物中而被排出。 固体废物颗粒通过磁选机磁场时，同时受到磁力和机械力（包括重力、离心力、摩擦力等）的作用。磁性强的颗粒所受的磁力大于其所受的机械力，而非磁性颗粒所受的磁力很小，机械力占优势。由于作用在各种颗粒上的磁力和机械力的合力不同，使它们的运动轨迹也不同。磁颗粒分离的必要条件是磁性颗粒所受的磁力必须大于与它方向相反的机械力的合力。 磁选机内能使磁体产生磁力作用的空间，成为磁选机的磁场。磁场可分为均匀磁场与非均匀磁场两种。均匀磁场中各点的磁场强度大小、方向

9、一致；非均匀磁场中各点的磁场强度大小和方向都是变化的，这种非均匀性可用磁场梯度来表示。磁性颗粒在均匀磁场中只受转矩的作用，其长轴方向平行于磁场方向，在磁场中只发生转动；非均匀磁场中磁性颗粒同时受转矩与磁力的作用，因而它既发生转动，也发生向磁场梯度增大方向的平移运动，最终被吸附在磁极的外表面上，实现磁性不同的固体废物颗粒之间的分离。3.5 电选电选是利用固体废物中各组分在高压电场中电性的差异而实现分选的一种方法。物质根据其电性，分为导体、半导体和非导体三种。大多数固体废物属于半导体和非导体，因此，电选实际是分离半导体与非导体的固体废物的过程。电选过程是在电选设备中进行的，当废物均匀进入电场后，导

10、体和非导体颗粒都获得电荷，导体颗粒界面电阻接近于零，把电荷传给辊筒，放电速度快；而非导体颗粒界面电阻大，放电速度慢。当固体废物颗粒随辊筒转动离开电场区而进入静电场区时，导体颗粒的剩余电荷少，非导体颗粒的剩余电荷多，而且导体颗粒继续放电，直至放完全部电荷，并从辊筒上获得正电荷而被辊筒排斥，在重力、电力和离心力的综合作用下，其运动轨迹偏离辊筒，在辊筒前方落下；而非导体颗粒由于有较多的剩余电荷，将与辊筒相吸，被吸附在辊筒上，带到辊筒后方，被毛刷强制刷下；半导体颗粒的运动轨迹介于导体与非导体颗粒之间，成为产品落下，从而完成电选分离过程。 分选方法还包括磁流体分选、摩擦分选和弹跳分选等3。4 设计计算4

11、.1 分选工艺物料衡算 垃圾分选厂每小时的处理量 (4-1) 式中垃圾分选厂每小时的处理量，t/h分选系统工作量，t/d日工作量，h 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、2%的塑料和约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 磁选垃圾经过磁选理论上可以分选出全部的金属，则 选择性破碎机(1)筛上物主要是纸、布、塑料、部分有机物等的物质，设定留在筛上的部分有机物的含量为20%，则(2)筛下物为的被破碎的无机物、有机物、玻璃及其他碎土等。 风选(1)轻组分只要

12、为粉尘、塑料、纸张等，则：(2)重组分主要是有机物，则： 滚筒筛分 滚筒筛分主要对选择性破碎机筛下物进一步分选，筛下物中主要有无机物、部分有机物、碎玻璃等。选择筛孔为10×10mm。(1)筛上为dp>10mm的有机物，则： (2)筛下物为碎土、石渣等无机物和碎玻璃，则 废物分选全过程的总质量 4.2 垃圾储料仓计算垃圾储放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。通常储料仓的容量可提供两天的最大处理量来计算。 仓体容积 (4-2) 式中储存时间，d；取d=2天最大日处理量，t/h有效容积系

13、数，在0.8 0.9之间，取垃圾有效密度，t/m3；在1.11.3之间，取 仓体尺寸计算 每个小仓体的体积为V0，m3；长度a，m；宽度b，m；深度c，m。则：取a=14m，b=10m，c=10m； 满足设计要求。5 分选设备选型计算5.1 吊车与抓斗的设计选择垃圾电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300t到600t的采用常用和备用个一台，规模在600t以上的要求常用2台，备用一台。在吊车的台数确定以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。如果分选设备有足够的处理能力，吊车的运行时间为60min

14、/h，设计时一般取4555min/h。 吊车供给能力为 (5-1)式中吊车供给能力，t/h抓斗一次抓起量，t1h内吊车实际工作时间，吊车运行周期，h则抓斗一次的抓起量为 (5-2)即抓斗一次抓起量为0.6912t即可满足生产需求，选择一次抓起量为1000kg的抓斗。根据垃圾最大日处理量选择电车、抓斗，其工艺参数如表5-1所示。表5-1 吊车工艺参数项目参数设计依据数量2台垃圾最大日处理量吨数1t抓斗容量跨度7m储料坑跨度运行周期143s吊车运行各种动作的速度实际运行时间50min/h供给能力20.98t/h抓斗抓起量5.2 滚筒破碎机型号的选择滚筒破碎机的机身是用筛板做成的圆筒，工作时既有破碎

15、又有筛分的作用，并能达到分选的作用。滚筒破碎机的直径和长度是最主要的结构参数，它取决于无聊的多少，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。(1) 选型根据垃圾破碎比分选工艺要求选择滚筒破碎机，具体技术特征如表5-2 表5-2 滚筒破碎机技术参数规格参数规格参数生产能力/(t/h)80-120筛孔尺寸/mm50滚筒直径/m3提升板高度/mm300滚筒长度/m6电动机型号BJO2-74-2滚筒倾角/度4电动机功率/kw30滚筒转数/(r/min)12转数/(r/min)1460(2)计算校核：根据式 (5-3)取经验值，横断面装料面积为： (3)物料跌落所需

16、时间 (5-4) 式中n滚筒转数，r/min则 当筛提倾斜安装时，实际物料轨迹为不规则的螺旋线，该螺旋线即为物料跌落一次向前所走的距离，即 物料沿滚筒轴向的前进速度为： (5-5) 式中物料沿滚筒轴向的前进速度，m/s物料在滚筒内每跌落一次向前所走距离，m物料自A提升到B再跌落到底所需时间，s滚筒破碎机实际生产能力为 (5-6) 式中垃圾生产能力，t/h；滚筒横断面装垃圾面积，m2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；装满系数，随滚筒内提升板个数的增加而变大；当提升板为6个时，对垃圾的装满系数K=0.41则所选择的破碎机能满足处理量的要求。5

17、.3 垃圾滚筒筛垃圾滚筒筛利用做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，倾角一般在4°8°。垃圾滚筒筛分处理量为： 滚筒主要参数(1)设计筛体的长度为4m,筛体直径为1.6m，筛孔取10mm×10mm，安装倾角为4°。(2)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%。选筛分效率为90%。(3)滚筒筛转数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。滚筒筛临界转数nc为 (5-7) 式中滚筒筛临界转数，r/min 筛体的半径，m根据实验表明，垃圾滚筒筛回转速度一般

18、取临界转数的30%60%较为理想，则取滚筒筛转数为12r/min。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50s，则物料在筛体内沿轴向运动的平均速度为 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转动损失。5.4 风机设备的选择对本分选工艺，选用简易立式分选设备。风力分选主要是将低密度、空气阻力大的塑料、废纸盒具有高密度的、空气阻力小的重质有机物分开。部分物料密度如表5-3所示。表5-3 部分物料密度物质塑料玻璃砖干砂有机物密度(kg/ m3)920250

19、0184025001200轻质物料以塑料为参考，其悬浮气体速度为： 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6.72m/s。 立式风选设备几何参数的确定 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以及有关的理论进行研究。(1)气体速度选择根据气力输送设计原则确定垂直管段长7m，考虑到所分选的物料为不规则纸类和塑料，选择管径为100mm。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=20.1kg/m3.s。

20、(2)估算气-固比垃圾分选主要是去除塑料及纸类，设其堆积密度为。气-固比为： (3)所选空气量计算 取空气密度为，则空气体积流量为 按所选管径直径100mm和气速，则所需空气体积流量为 故可选用一台3.2m3/min的空压机能够满足要求。(4)压降计算设管内平均绝对压力为2kg/m2(1kg/m2=9.8Pa)，室温为300K，则气体平均密度为：垂直管压降为： 旋风分离器选择根据气体流量3.156m3/min和入口风速6.7m/s，选取XLP/A-3.0型旋风分离器，器允许进口风速12m/s，处理量750m3/h。5.5 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

21、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。 输送带(1)带宽的确定输送带主要输送垃圾从垃圾坑送来经过初级筛子送人的有输送带值滚筒破碎机的垃圾，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机。槽式胶带输送机的输送能力为 (5-8)式中输送能力，t/h物料在胶带上的截面积，m2输送带运行速度，m/s物料的堆积密度，t/m3倾角系数，对有人工手选输送带水平放置，故c=1。对于槽形输送带上物料的截面积可以近似地认为是由面积F1和等腰梯形F2组成，如图5-1所示。 图5-1 物料在

22、胶带上堆积的断面积面积F1、F2分别为： (5-9)式中皮带宽度，m物料的堆积角，对垃圾可取45°胶带的槽角，槽角选取TD72型为20° 则槽形输送机上物料堆积的断面积为 (5-10) 由式(5-8)和(5-10)可得， 得带宽B为：B=1.199m，取带宽为1.2m。(2)电动机功率的计算在确定胶带输送机的电动功率之前，首先要计算传动滚筒的轴功率。传动滚筒轴功率为： (5-11)式中尾部改向滚筒功率系数，取k3=1.5中部改向滚筒功率系数，取k4=1.05传动滚筒的功率，kw胶带空转的功率，kw物料水平运输的功率，kw物料垂直提升功率，kw梨式卸料器，胶带清料器和料板所需

23、的功率，kw物料加速率所需功率，kw，k8=0.1 胶带空转的功率 (5-12) 式中 取决于胶带宽度和托辊阻力的系数，对输送垃圾槽形胶带可取k1=0.0318胶带输送机水平投影长度，Lh=20m胶带运行速度，m/s 物料水平运输功率 (5-13) 式中物料水平运行功率系数 胶带输送机的输送量，t/h 物料垂直运输功率 (5-14)式中提升高度，m由(5-11)可知 因此，电动机功率为 (5-15) 式中传动滚筒的功率，kw功率安全系数，满载启动系数，一般k=1.0总传动效率，胶面传动滚筒选用Y100L-2型三相异步电动机，额定功率为3.0kw。 输送带(1)带宽的确定输送带主要用于输送有滚筒破碎机筛上物(主要为废纸、塑料及部分有机物)至分选设备。其计算方法如输送带计算方法相同。此时输送量。倾角为15°，倾角系数c取0.885。带速取1.0m/s，则可知B=1.274m，取带宽为1.28m。(2)电动机功率的计算已知Lh=40m，v=1.0m/s，Q=4.585t/h，