固体废物处理与处置课程设计生活垃圾综合分选处理工艺设计.docx
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固体废物处理与处置课程设计生活垃圾综合分选处理工艺设计
江汉大学
《固体废物处理与处置》课程设计
设计题目：
生活垃圾综合分选处理工艺设计
学院：
化学与环境工程学院
专业：
环境工程
1前言
1.1城市生活垃圾的分选--------------------------------------------------------------------1
1.2垃圾分选技术-----------------------------------------------------------------------------1
1.3本课题研究目的与任务-----------------------------------------------------------------1
1.4设计的具体任务--------------------------------------------------------------------------1
1.5设计依据-----------------------------------------------------------------------------------2
1.6设计要求-----------------------------------------------------------------------------------2
2生活垃圾综合分选处理工艺设计-------------------------------------------------3
3计算书
3.1分选工艺物料衡算----------------------------------------------------------------------4
3.2破包机-------------------------------------------------------------------------------------4
3.3磁选设备的选择-------------------------------------------------------------------------4
3.4垃圾滚筒筛-------------------------------------------------------------------------------5
3.5风选设备----------------------------------------------------------------------------------7
3.6破碎机的选择----------------------------------------------------------------------------8
4垃圾储料仓
4.1仓体体积----------------------------------------------------------------------------------8
4.2仓体尺寸计算----------------------------------------------------------------------------8
4.3排水坡度---------------------------------------------------------------------------------8
5吊车与抓斗--------------------------------------------------------------------------------9
6输送带--------------------------------------------------------------------------------------11
小结---------------------------------------------------------------------------------------------12
参考文献--------------------------------------------------------------------------------------12
1前言
1.1城市生活垃圾的分选
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。
1.2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、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。
1.3本课题研究目的与任务
目的：
固体废物处理与处置课程设计是污染控制工程的重要组成部分，是实践性必修课，加深理解所学知识，培养工程设计能力的一个重要环节。
任务：
在老师的指导下，学生独立完成一项固体废物处理与处置工程或设备的设计任务，在完成后应该编写出符合要求的设计说明书、计算书及绘制设计图纸。
1.4设计的具体任务
设计规模为520t/d的生活垃圾综合分选处理系统
1.5设计依据
其垃圾成分见下表
分选系统工作量为520t/d，日工作时间为20小时。
部分物料密度
物质
塑料
玻璃
砖
干砂
有机物
密度/（kg/m3）
920
2500
1840
2500
1200
1.6设计要求
（1）设计内容
垃圾储料仓设计计算；分选系统各设备选型计算：
确定破碎机、滚筒筛、磁选和风选机等的型号和规格，并确定其主要运行参数；皮带运输机计算及布置，并计算各段的长度及电机功率等。
编写设计说明书，设计说明书包括方案的确定，设计计算、设备选型计算和有关简图介绍等内容
（2）总体要求
按照设计任务合理选择垃圾分选系统，确定工艺流程要有一定的灵活性；设计概念清楚、参数选择恰当、计算正确，说明书简明扼要、文字流畅、论点明确；图纸表达正确、符合制图规范；图面整洁、布局合理、图中线型和尺寸标注符合要求；整个设计过程严格遵照相关标准。
（3）设计计算说明书
内容包括目录、前言、正文、计算书、设计计算框图、小结及参考文献等。
设计计算说明书中设计的依据及指导思想；设计方案的确定及具体技术指标的选用原则和技术要求的说明
（4）设计图纸
垃圾综合分选流程图一张；手绘和计算机绘图均可。
2生活垃圾综合分选处理工艺设计
用破包机将袋装化垃圾破包。
垃圾松散后，通过皮带运输机送入人工分选工序。
人工分选负责把纸张、塑料、玻璃等成分挑选出来。
在输送皮带是上方安装磁选设备以分离回收垃圾中的金属。
剩余的垃圾经过滚筒筛，筛下的部分有机物、无机物、碎玻璃等直接进行填埋；筛上物（纸张、塑料、有机物等）进行风选处理，风选出来的废纸、塑料等轻质成分可进行强力破碎，作为垃圾焚烧原料。
3计算书
3.1分选工艺物料衡算
垃圾分选每小时处理量为：
Q0=Q/T
式中：
Q--每天的垃圾处理量，Q=520t/d；
T--每天的工作时间，T=20h
Q0=Q/T=520/20=26t/h
（1）人工分选去除垃圾中的大块金属、塑料、玻璃瓶、建筑材料等，以减轻后续工序的压力。
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：
q1=1%×Q0=1%×26=0.26t/h
玻璃：
q2=0.6%×Q0=0.6%×26=0.156t/h
塑料：
q3=2%×Q0=2%×26=0.52t/h
其他：
q4=0.5%×Q0=0.5%×26=0.13t/h
则经过人工手选可分出的垃圾有Q1=q1+q2+q3+q4=1.066t/h
（2）磁选磁选理论上可以分选出所有的金属。
Q2=（2.98-1）%×Q0=1.98%×26=0.5148t/h
（3）滚筒筛分
滚筒筛分中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。
筛上为dp>10mmd的部分有机物、塑料、纸张等
Q3=（31.3+1.2-0.6+0.5）%×Q0=32.4%×26=8.424t/h
筛下物为碎土、石渣等无机物和碎玻璃。
Q4=（20+1.18+4）%×Q0=32.4%×26=6.5468t/h
（5）风选
风选后重组分主要是有机物，轻质部分主要为粉尘、塑料纸张等进行下一步破碎。
Q5=20%×Q0=20%×26=5.2t/h
（6）强力破碎
将风选出来的废纸、塑料有机物等进行强力破碎，作为垃圾焚烧原料
Q6=（52.3-20×2+7.13-2-4+2.28-1.18+2.81-0.5×2）%=16.34%×Q0=%×26=4.2484t/h
（7）垃圾全过程总的质量为总Q
Q总=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
=1.066+0.5148+8.424+6.5468+5.2+4.2484=26t/h
3.2破包机
破包机是两个装有尖刀的辊筒，通过辊筒之间的相对转动，利用尖刀将垃圾包勾住并且撕破。
垃圾松散后，通过皮带输送机输送进入人工分选工序。
3.3磁选设备的选择
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。
磁选是将固体废物均匀地给在皮带运输机上，当废物经过磁力滚筒时，非磁性或磁性很弱的物质在离心力和重力作用下脱离皮带面，而磁性很强的物质受磁力作用被吸在皮带上，并由皮带带到磁力滚筒的下部，当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。
已知生产能力Q0=26t/h及垃圾的含水率47.8%，根据以上数据查表得选择永磁筒式磁选机CTS（NB）-924，其主要技术参数如表3-3所示。
表3-3 永磁筒式磁选机主要技术参数
型号
圆筒尺寸（mm×mm）
表面磁感应强度mT
处理能力T/h
电机功率kw
筒体转速r/min
重量kg
CTS（NB）-924
900×2400
220
35.70
4
28
3000
3.4垃圾滚筒筛
滚筒筛是一种筛面为带孔的圆柱形筒体，在传动装置带动下，筛筒绕轴缓缓旋转。
工作时固体废物由筛筒一端给入，被旋转的筒体带起，当达到一定高度后因重力作用自行落下，如此不断地做起落运动，使小于筛孔直径的细粒透筛，而大于筛孔直径的产品逐渐从另一端排出。
滚筒筛示意图见图3-4
图3-4滚筒筛示意图
滚筒筛主要参数确定如下：
（1）设计筛体长度4m，筛体直径1.6m，筛孔取10mm×10mm，安装倾角4°。
（2）筛分效率和生产率垃圾滚筒筛的筛分效率选在85%-95%之间
（3）滚筒筛转速滚筒筛临界转速nc
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12r/min。
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：
V=L/τ=4/50=0.08m/s
筒筛有用功率 据资料推导，筛分机有用功率为
=46.96KW
实际应用时的驱动电功功率还应考虑机械传动损失。
3.5风选设备
风选是最常用的一种固体废物分离法，是利用物料与杂质之间悬浮速度的差别，借助风力除杂的方法.由粗碎、细碎，风力输送等装置组成，利用高速撞击的形式达到粉碎机的目的。
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。
对本风选工艺，选用简易立式风选设备。
立式风选机工作原理图见图3-7
图3-5-1立式风选机工作原理图
（1）设计参数风力分选中气流的流动速度是重要的设计参数，在缺乏物料悬浮速度资料的情况下，通过下面经验公式进行估算。
V0=α
/100
式中
s为物料重度α为经验系数
经验系数见表3-7-2
表3-5-2 风速经验系数α
物料品种
颗粒大小/mm
α值
物料品种
α值
灰状
0-1
10-16
细块状
20-22
均质粒状
1-10
16-20
中块状
22-25
轻质物料以塑料为参考，其悬浮气速为
V0=α
/100=22/100×
=6.67m/s
重质物料以有机物为参考，其悬浮气速为
V0=α
/100=22/100×
=7.62m/s
则选取气流速度为6.7m/s。
（2）立式风选几何参数的确定 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。
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。
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=20.1（kg/m2·s）
② 估算气-固比 垃圾分选主要去除塑料及纸类，设其堆积密度为ϒb=560kg/m3
气-固比为
=186.7
③ 所需空气量计算
Gt=Q4/m=5.85×1000/186.7=31.3kg/h
3.6破碎机的选择
根据垃圾破碎分选工艺要求选择滚筒破碎机，具体技术特征如下
表3-6滚筒破碎机技术特征
规格
3400×6700
生产能力/t/h
170
滚筒
直径/m
4
长度/m
6
倾角/°
4
转速r/min
12
筛孔尺寸/mm
50
提升板高度/mm
300
电动机
型号
BJQ2-72-4
功率kw
30
转速r/min
1460
计算校核
根据式
取经验值α=60°，β=10°，
横断面装料面积为
=3.57m2
物料跌落所需时间为 T=t1+t2
t1=（180-2α）/3n=（180-2×60）/3/12=1.67s
t2=
=0.84
T=t1+t2=1.67+0.84=2051s
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°-α）·cos（90°-α）·tanθ=4×2×sin2（90°-60°）·cos（90°-60°）·tan3°=0.0908m
物料沿滚筒轴向前的前进速度v为
V=l/T=0.0908/2.051=0.0362m/s
滚筒破碎机实际生产能力为 Q=3600S·V·γ·K=3600×3.57×0.0362×0.45×0.41/2=42.92t/h>26t/h
则所选择的破碎机能满足生产要求。
4.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。
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。
4.1仓体体积
m3
β—储存时间，d
σ-垃圾有效密度（1.1-1.3）t/m3
ξ有效容积系数（0.8-0.9）
4.2仓体尺寸计算
垃圾储仓体积V，m3；长度25.0m；宽度10.0m；深度5.0m
V=25.0×10.0×5.0=1250m3>1235.89m3（满足要求）
4.3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%。
5吊车与抓斗
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300~600t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,设计时一般取45~55min/h。
吊车供给能力由下式计算。
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，
T————吊车运行周期，h。
本设计选用2台吊车,详细参数如表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
吨位
2吨
抓斗容量
跨度
15m
储料坑跨度
运行周期
143s
吊车进行各种运动的速度
实际运行时间
50min/h
供给能力
20t/h
抓斗抓斗量
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。
抓斗一次抓起量为
t
即抓斗一次抓起量1.239t即可满足生产需求。
选择一次抓起量为2000kg的抓斗。
6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①带宽确定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烘干设备的垃圾，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。
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=3600Fbvρc
式中Q——输送能力，由物料衡算知Q近似取35t/h
Fb——物料在胶带的截面积，m2 ；
v—— 输送带运行速度，取0.3m/s；
ρ--物料的堆密度，对垃圾取0.45t/m3 ;
c——倾角系数。
对有人工手选输送带应水平放置，故c=1
对于槽型输送带上物料堆积的断面积为：
Fb=F1+F2=
其中，胶带的槽角α选取TD72型为20°则：
26=3600×（0.2514-0.1531×B2）×0.3×0.45×1
则宽带为：
B=1.137m,取宽带为1.2m
② 电动机功率计算 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
胶面传动滚筒η=0.90，因此，电动机功率为N=kN0/η=1.9854/0.9=2.206kw故选用Y100L-2型三相异步电动机，额定功率为3.0kW。
（2） 输送带Ⅱ
① 带宽的确定
输送带Ⅱ主要用于输送自滚筒筛的筛上物（主要为废纸，塑料及部分有机物）送至风选设备。
取带速为1.0m/s，输送倾角15°，倾角系数为0.885，由物料衡算此时输送量为8.424，则输送带带宽为：
8.424=3600×（0.2514-0.1531×B2 ）×1.0×0.45×0.885 得B=1.26m，取带宽B=1.2m
② 电动机功率计算取Lh=40m,v=1.0m/s,Q=6.786t/h,H=10m.采用滚动轴承，查得ω=0.030，k1=0.0318k2=8.17×10-5,k3=1.03,k4=1.005,导料挡板k5=2.25,空段清扫器k6=0.23,弹换清扫器k7=1.5,k8=0.18。
将以上各数据带入计算式，转动滚筒轴功率为
N0=（0.0318×40×1.0+8.17×10-5×6.786×40+0.00273×6.786×10）×1.03×1.005+（2.25+0.23+1.5）×1.0+0.18×0.45=5.592kw
电动机功率为N=kN0/η=1.0×5.592÷0.9=6.213kw
故选用4-32M1Y型电动机，额定功率为7.5kW。
（3）输送带Ⅲ
① 带宽的确定 输送带Ⅲ主要用于输送有风选出来的废纸、塑料等进行强烈破碎。
由物料衡算，此时输送量为Q=4.2484t/h，倾角为10°，
倾角系数c取0.957，带速取1.5m/s则输送带带宽为：
4.2484=3600×（0.2514-0.1531×B2 ）×1.0×0.45×0.957得B=1.26m，取带宽B=1.2m
② 电动机功率计算
取Lh=20m,v=1.5m/s,Q=9.0246t/h,H=5m.采用滚动轴承，查得ω=0.030，k1=0.0318k2=8.17×10-5,k3=1.08,k4=1.005,导料挡板k5=2.25,空段清扫器k6=0.23,弹换清扫器k7=1.5,k8=0.36。
将以上各数据带入计算式，转动滚筒轴功率为
N0=（0.0318×20×1.5+8.17×10-5×9.0246×20+0.00273×9.0246×5）×1.08×1.005+（2.25+0.23+1.5）×1.0+0.36×0.45=5.328kw
电动机功率为N=kN0/η=1.0×5.328÷0.9=5.92kw
故选用4-32M1Y型电动机，额定功率为7.5kW。
小结
这次为期一周课程设计是：
生活垃圾综合分选处理工艺设计。
在设计中我查阅了大量的资料，与同学们也多次探讨设计中的问题。
通过这次设计，我认识到了自己对固体废物处置这门课程课程知识面的短板，只是对一些理论知识有浅薄的了解，并没有深入研究理论也无法将理论与实际很好地结合起来，导致设计之初更是一头雾水。
但是经过一个星期的恶补固体废物分选知识，我对分选的流程及各个环节的细节也有了一定的了解。
垃圾最开始的人工手选可以达到初步处理的作用，利于后续处理，然后再根据当地的垃圾排放情况设计出相应的设备、仓体尺寸，滚筒筛简型筛体的倾斜安装的倾斜角，设计参数，以及各个分选设备段之间的输送带带宽，带长，带速及输送带的安全位置。
这是我第一次完成一项课程设计，设计时也将所学的计算机、CAD绘图知识结合起来。
这让我充分体会到提高综合能力的重要性，实践能力的必要性。
这次课程设计也为我之后的学业和工作打下了坚实的基础。
在以后的学习和生活中，我将会努力完善自己，学好专业知识，提高实践能力；广泛涉猎各种书籍，打开自己的眼界。
参考文献
《城市生活垃圾卫生填埋场设计指南》李颖主编.北京：
中国环境科学出版社，2005年
《固体废物处理技术及工程应用》杨慧芬编机械工业出版社2003
《环保设备设计手册—固体废物处理设备》龚佰勋主编，化学工业出版社，2004年
④《实用环境工程手册》赵由才等主编.北京化学工业出版社2002年
⑤《城市垃圾处理工程》李国建等编，北京科学出版社,2003年
⑥《固体废物处理与资源化》李国学主编中国环境科学出版社2005
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