(cad)固废课程设计

1、1 前言1.1 垃圾分选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用。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，以及有害垃圾被单独分类收集和处理，从而提高垃圾处理的有效性1。1.2 生活垃圾分选技术介绍

2、1.2.1 分选技术分类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、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2。以下为几种分选技术：(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

3、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、跳汰分选、风力分选和摇床分选等。废弃物进行重力分固体废物处理与处置课程设计选的条件：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

4、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

5、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”3。2 设计计算2.1 原始资料垃圾主要成分见表：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

6、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为主，废纸以卫生间的废纸为主。垃圾热值：1923kJ/分选系统工作量为130 吨 /天，日工作时间为10 小时。2.2 垃圾分选工艺流程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；废塑料和废纸主要以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圾焚烧原料。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5。分选工艺流程图如图2-2 所示。轻组分2-2 垃圾分选工艺流程2.3 各部分分

7、选设计计算2.3.1 分选系统的物料恒算1. 垃圾分选厂每小时的处理量为Q0=Q/T式中：Q每天的垃圾处理量，Q=130t/d；T每天的工作时间，T=10h。Q0=130/10=13(t/h)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%玻璃和大约0.5%其他无机物质被选出，即金属q1= Q0× 1%=13× 1%=0.13(t/h)玻璃q2= Q0×0.6%=13×0.6%=0.078(t/h)塑料q3= Q0×2.0%=13×2.0%=0.26

8、(t/h)其他q4= Q0×0.5%=13×0.5%=0.065(t/h)则经过人工手选可分出的垃圾有Q1=0.13+0.078+0.26+0.065=0.533(t/h)3 磁选 垃圾经过磁选滚轮理论上可以分选所有的金属。Q2=Q0× 1.58%=13× 1.58%=0.2054(t/h)4 选择性破碎机筛上物主要是纸、布、革、塑料、部分有机物等d > 50mm 的物质Q3=Q0× ( 20%+2.68%+3.13%) =13× 25.81%=3.3553(t/h)筛下物为d< 50mm 的被破碎的无机物、有机物、玻璃及

9、其它碎土等。5 风选轻组分主要为粉尘、塑料纸张等。Q4=Q0× ( 2.68%+3.13%) =13× 5.81%=0.7553(t/h) 重组分主要是有机物Q5=Q0× 20%=13× 20%=2.6 (t/h)6 滚筒筛分滚筒筛分主要对选择性破碎机筛下物进行下一步风选，筛下物中主要有无机物、部分有机物、破玻璃等。选择筛孔为10× 10mm。筛上为dp> 10mm 的有机物。Q6=Q0× 34.3%=13× 34.3%=4.459(t/h)筛下为碎土、石渣等无机物和碎玻璃。Q7=Q0×( 31.3%+0.6

10、%+2.31%) =13× 34.21%=4.4473 (t/h)7 废物全过程总的质量为Q总Q总 =Q1+ Q2 +Q4+Q5+Q6+Q7=0.533+ 0.2054+ 0.7553+ 2.6+ 4.459+ 4.4473=13(t/h)2.3.2 垃圾储料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。 出料仓的容量应根据计划收入分选长的垃圾量、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三到七天的最大处理量。(1) 仓体容积式中：储存时间，d；Q 最大日处理量，t/d；有效容积系数，在0.8 0.9之间； 垃圾有效密度(有效密度系数在1.11.3)

11、 ， t/m3。代入数值：Q 5 1303V1482 m0.85 0.43 1.2取 V=1500 m3(2) 仓体尺寸计算每个小仓的体积V0， m3；仓体长度a， m；宽度b， m；深度c， m；V0 abc取 a =25m，b =20m， c =3m；V0 abc=25×20×3=1500 m3可以满足要求。2.3.3 吊车与抓斗(1) 吊车垃圾吊车的数量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300 600t采用常用和备用各一台，规模在 600t以上的，要求常用吊车两台，备用一台。在吊车的参数确定后，还要确定吊车的卷起、放下

12、、行走、横移及抓斗开关动作所用时间以确定吊车运行时间。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,设计时一般取45PNT55min/h.吊车共给能力由下式计算。Q式中； Q 吊车供给能力，t/h；P 抓斗一次抓起量，t；h/h；N 1 小时内吊车实际运行时间，T 吊车运行周期，h。(2) 抓斗可在移动空间的任意点装卸物料。根桥式抓斗起重机具有机动灵活的特点，据设计规模要求选择适当的起重设备。具体计算：根据垃圾最大日处理量选择吊车、抓斗，其工艺参数如表2-3-3 所示。抓斗一次抓起量为：P Q0T13 143/60 0.6197tN50即抓斗一次抓起量0.6197t即可满足生

13、产需求。选择一次抓起量为1250kg的抓斗。表 2-3-3 吊车工艺参数项目参数设计依据数量1台垃圾最大日处理力量吨位1.25t抓斗容量跨度7m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13t/h抓斗抓起量2.3.4 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文带式和鼓式两种。鼓式磁选机又分为皮带机磁滚筒式和独立鼓式。对城市生活垃圾简易分选系统，在经过人工手选之后，大件的磁性物质已被选出，可将磁选机设置在选择破碎机之前， 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。下图即为磁选工艺图：磁体皮带输送机2-3-4 皮带机磁滚

14、筒式根据生产能力Q0 =13t/h 及处理组分含量，选择永磁筒式磁选机其工艺参数如表 2-3-4 所示：表 2-3-4 磁选机工艺参数型号规格(mm× mm)槽体行式电动机圆筒转速 (r/min)处理能力 (t/h)型号功率(KW)重量 (kg)CTB-612 600× 1200半逆流4010 20JTC-5612.2502.3.5 滚筒破碎机(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，还与滚筒转速的大小，物料在滚筒内的摩擦系数有关。目前，滚筒直径和长度主要是按经验公式估计。滚筒长度为滚筒直径的

15、1.5 2.5倍。(2) 滚筒破碎机的生产能力计算滚筒破碎机实际生产能力为：Q 3600Sv K式中； S 滚筒横断面装料面积，m2；v 物料沿滚筒轴向的前进速度，m/s； 物料散密度，t/m3， 对城市生活垃圾散密度可取垃圾容重的1/2；K 装满稀疏，虽滚筒内提升板个数的增加而变大；当提升板为6对时，垃圾K 取0.41。图 2-3-5 滚筒内断面图如图 2-3-5 所示，横断装料面积可由下式计算2222(R2 r2)(2) R rS22物料沿滚筒轴向的前进速度v为：lvT式中： T 物料自 A 提升 B 再跌落到底所需时间，s；l 物料在滚筒内每跌落一次向前所走距离，m。物料跌落所需时间仅为

16、：Tt1t2180 2 t13n式中：n滚筒转速，r/min。4Rt2 sin 90 cos 90具体计算：1、选型根据垃圾破碎分选工艺要求选择国产滚筒破碎机，由于本次设计的处理量是130t/d，故可以选择两台日处理量为80t/d 的滚筒破碎机并联处理。具体技术特征如表2-3-5 所示：表 2-3-5 滚筒破碎机技术特证规格3000× 6000生产能力/(t h· -1)滚筒80120直径m3长度m6倾角/度3转数/(r m-1in)12筛孔尺寸/mm提升板高度/mm电动机50300型号BJQ2-72-4功率 /kw30转数 /(r m-1in)14602、计算校核经验取值

17、=60° ,222Rr2=10°， 代入式S得横断面装料的面积为：2221.52 1.22S3 18 21.13m22物料跌落所需时间仅为：Tt1t2t1180 23n180 2 601.67 s124 Rsin90cos 9041.53.14sin9060 cos 9060=0.726s则：T=1.67+0.726=2.40s料跌落一次向前所走的距离，即l 4Rsin2 90cos 90tan24 1.5 sin 2 9060cos 9060 tan3=0.0681m物料沿滚筒轴向的前进速度v为：0 06810.0680.0284 m/s2.40lvT故一个滚筒破碎机实际

18、生产能力为：Q 3600SvK36001.23 0.0284 0.450.4111.592故可以两台滚筒破碎机同时工作，每天工作6 个小时 ,一天内两台破碎机的实际生产能力为：Q总 =11.59× 2× 6=139.08t/d> 130t/d则所选择的破碎机能满足处理量的要求。2.3.6垃圾滚筒筛垃圾滚筒筛如图2-3-6 利用作回转运动的筒形筛体将垃圾按颗粒进行分选。倾角一般在4°8°。 其结构及设计原理同选择性破碎2-3-6 垃圾滚筒筛示意(1) 筛分效率和生产率根据研究表明，垃圾滚筒筛的筛分效率根据筛分图85% 95%之间。(2) 滚筒筛转速根

19、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。滚筒筛临界转速nc为：(3) 物料在筛体内停留时间：LvL 筛体长度，m ；v 物料在筛体内沿轴向运动的平均速度，m/s。具体计算：(1) 垃圾滚筒筛筛分处理量为Q6 Q7 =4.459+ 4.4473=8.91t/h(2) 垃圾滚筒参数确定如下： 设计筛体长度4m， 筛体直径1.6m， 筛孔取10mm× 10mm， 安装倾角4°。 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%。 滚筒筛转速

20、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。滚筒筛临界转速nc为：30 Rg309.813.140.833.46 34 r/min(3) 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，则取滚筒转速为12 r/min。 料在筛体内停留的时间根据研究表明，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速度为：L4v0.08 m/s50据资料推导，筛分机有用功率为： 筒筛有用功率R g 9 8cos2 (908sin2(90tan454 4 0.8 9.81 (

21、9 8 cos 30 ) 59.86KW8 sin 2 30 tan4 45实际使用时的驱动电机功率还应考虑机械传动损失。2.3.7风选设备(1) 设计参数风力分选主要将低密度、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) 速度资料的情况下，可有下面公式估算沉降末速。在缺乏物料悬浮式中：s 物料重度， 经验系数，按表v0s0 100 sN/m ；2-3-7 选取。表 2-3-7 风速的经验系数物料品种颗粒大小mm值灰状0 110 16均匀颗粒1 1016 20细块状10

22、 2020 22中块状40 8022 25(2) 风选设备给料风机轻质组分重质组分风选设备分成水平气流风力分选机（卧式风力分选机）上升气流风力分选机（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。立式风力分选比机卧式风力分选机分选精度要高。本课程设计采用立式风力分选机其结构如图2-3-7。风选机附带的的旋风分离器根据分选物料性质，分选料率等选择适当的型号、种类及规格，确定相应的运行参数。具体计算：1.气流速度确定风力分选主要将低浓度，空气阻力大的塑料，废纸等和具有高密度的，空气阻力小的重质有机物分开。部分物料浓度如表2-3-7-1 所示：表 2-3-7-1 部分物料密度物

23、质塑料玻璃砖干砂有机物密度 /（ kg· m-3）9202500184025001200估算固气比：垃圾风选主要去除塑料及纸类，设其堆积密度为b =560kg/m p 2m H 2 186.7 2.355 7 6155.5kg/m33旋风分离器选择根据气体流量3.156 m3/min 和人口风速6.7m/s，选取XLP/A-3.0 旋风分离器，其允许进口风速12m/s，处理量为750m3/h。2.3.8输送带(1) 输送带 输送带的宽度的确定由于垃圾的密度较小和较松散，所以一般用储槽式胶带输送带。胶带输 送机的输送能力由下式计算：。固-气比为：b 0.380.755600.75m 2

24、27( b ) L 227 () 7 0.75 186.7G20.1 所需空气量的计算Q33.3553 1000Gt17.97 kg/ht m 186.7取空气重度为f1.2kg/m3，空气体积流量为：QkGt 17.97 14.376 m3/h=0.2396m3/minf 1.25按所选管径100mm 和气速，所需空气体积流量为：3.1433Qk v Dt2 6.7.(0.1 0.1) 0.0526 (m3/s)=3.156m3/min44故可选用3.2 m3/min 空压机一台能够满足要求。 压降计算则气体平均重度：垂直管压降：MP q RT设管径平均绝对压力为2 kg/m2 (1kg/m

25、2=9.8Pa)， 室温为300K，29 22.355 kg/m30.0821 300Q 3600 Fb v c式中： Q 输送能力；Fb 物料在胶带的截面积，m3；v 输送带运行速度，取0.3m/s； 物料的堆密度，对垃圾取0.43t/m3；c 倾角系数，对有人工手选输送带应水平放置，故c =12-3-8 物料在胶带上堆积的断面积如图2-3-8，对于槽形输送带上物料堆积的断面积可以近似地认为是由面积F1 及等腰梯形F 2所组成。面积F1、 F2分别为：F10.08sin2 d2 sin2 d B2F2 0.12B 2 tan则总面积：0.0822FbF1F222 sin 2 45 B20.1

26、2 B2 tan 20sin 454其中：胶带的槽角选取 TD72 型为20°。则：13 3600 Fb 0.3 0.43 1由上两式求得带宽为B=1.21m，取带宽为1.2m。式中： B 皮带宽度，m；d 物料的堆积角，对垃圾可取45°； 胶带的槽角。对倾斜的输送机，物料堆积面积随皮带的安装倾角的增加而减少，这种情况可以用倾角系数c来考虑。输送带功率计算在确定胶带输送机的电功率以前，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：N0 k3k4 N0N0 N0k5v k8式中：k3尾部改向滚筒功率系数；k4 中部改向滚筒功率系数；N 0 传动滚筒的功率，KW ；N

27、 0 胶带空转的功率，KW；N 0 物料水平运输的功率，KW；N 0 物料垂直提升功率，KW ；k5v 梨式卸料器，胶带清料器和料板所需的功率，KW；k8 物料加速率所需功率，KW。代入数据N0 k1Lhv 0.0318 20 0.3 0.1908KW5N0 k2 Q Lh 5.45 10 5 13 20 0.01417KWN00N0 1.5 1 .05 (0.1908 0.01417) (1.4 1.5 0.23 2.25) 0.3 0.1 0.43=1.9798KW胶面传动滚筒0.9，因此，电动机功率为：kN01.97980.92.20 KW故选用 Y100L-2 型三相异步电动机，额定功

28、率为3.0KW式中： N 0 传动滚筒的功率，KW；k 功率安全系数，满载启动稀疏，一般k =1.0； 总传动效率，对光面传动滚筒取0.08，对胶面传动滚筒，取0.90。(2) 输送带 带宽的确定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，输送带简图见图2-6。其计算方法如，由物料衡算 Q =3.3553t/h。 输送带的布置如图2-3-8-1 示， 倾角15°， 倾角系数c =0.885。带速取 1.0m/s则输送带宽为：3.3553 3600 Fb 1.0 0.43 0.885B =1.275m 取带宽为B =1.2m图 2-3-8-1 输送带

29、简图电动机功率计算已知Lh =40m/s， v =1.0m/s， Q =3.3553t/h， H =10m，采用滚动轴承，查得=0.030， k1=0.0318， k2=8.17 ×10-5， k3 =1.03， k4=1.005，导料挡板k5 =2.55，空段清扫器k6=0.23，弹环清扫器k7 =1.5，k8 =0.18。将以上数据带入计算式，转动滚筒轴功率为：N050.0318 40 1.0 8.17 10 5 3.3553 40 0.00273 4.3877 10 1.03 1.005(2.25 0.231.5) 1.0 0.18 0.43 5.484 KWkN054841.0.6.09 KW0.9故选用 Y132M-4 型电动机，额定功率为7.5KW(3) 输送带 带宽的确定输送带主要用于输送由滚筒破碎机筛下物(主要为无机物、碎石、玻璃及