固体废物课程设计.docx
《固体废物课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固体废物课程设计.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
固体废物课程设计
摘要：
本设计从固体废物的定义入手，通过论述噪声的危害，从而阐述了设计的目的及意义。
在生活垃圾分选处理发展现状方面，发达国家城市固体废物的收集、运输、处理和管理等方面的技术成熟，经验丰富，而我国目前固体废物处理的主要方法是卫生填埋处理，对于城市垃圾卫生填埋技术和垃圾污染场地的恢复治理问题尚未开展系统的研究，远不能满足环境、水资源保护的要求。
此外，分析城市生活垃圾的特点，其分选方法应采用机械为主，辅以人工粗选的方法，并且以分选产物作为填埋、堆肥和焚烧的原料。
在设计垃圾分选系统及其中的各种设备和参数时，按照设计规模、每天工作时间、每个分选设备物料的走向逐步设计计算。
1绪论
固体废物（简称固废）是指由人类在生产建设、日常生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或放弃的固态、半固态物质，置于容器中的非固态物质，以及法律、法规规定纳入固体废物管理的物质。
1.1设计目的和意义
1.1.1设计目的
（1）通过设计进一步消化和巩固本门课程所学内容，并使所学知识系统化，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；
（2）了解工程设计的内容、方法及步骤，培养学生确定固体废物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。
1.1.2设计意义
（1）固体废物的危害
固体废物堆环境的危害具有潜伏性、长期性，其主要表现为：
①侵占土地形成垃圾包围城市的局面；粉煤灰、煤矸石等占据大量土地资源，特别是耕地。
②污染土壤固体废物及其淋洗和渗滤液中所含有的有害物质会改变土壤的性质和土壤结构，并对土壤中微生物的活动产生影响；有害成分抑制植物根系的生长，还可经过食物链危害人类；受污染的土壤，天然自净能力降低，且很难通过稀释扩散减轻其污染。
③污染水体固体废物随天然降水和地表径流进入江河湖海，或随风飘落入水中，使地面水受到污染；废物中的有害成分随渗滤液进入土壤污染地下水；将废物直接排入水体，不仅造成水体污染，还会於塞河道，减少湖泊面积，使水体黑臭；海洋正面临着固体废物的潜在污染，盛装于容器中的放射性废料及化学废物被投弃在海底，对海洋构成潜在威胁。
④污染大气一些有机固体废物，在适宜的温度和湿度下被微生物分解，释放出有害气体（硫化氢、甲烷等）；露天堆放的固体废物，受风吹日晒，逐步风化，其中的颗粒粉末会随风飘散，形成扬尘；固体废物在运输和处理过程中也能产生有害气体和粉尘；采用焚烧法处理固体废物所释放的有害气体，已成为有些国家大气污染的主要污染源之一；煤矸石含硫达1.5%会自燃，散发大量二氧化硫；露天焚烧垃圾及秸秆造成的大气污染屡见不鲜；垃圾填埋场逸出的沼气等[1]。
（2）设计的意义
分选是固体废物回收与利用过程中一道重要的操作工序。
生活垃圾综合分选处理，是实现固体废物资源化、减量化、无害化的重要手段。
通过分选可将固体废物中各种有用的资源分门别类地回用于不同的生产过程，或将其中不利于后续处理、处置工艺的物质分离出来[2]。
这样能够提高生活垃圾的处理效率，使生活垃圾利用更加合理。
1.2生活垃圾综合分选处理技术的发展现状
目前发达国家城市固体废物的收集、运输、处理和管理等方面的技术成熟，经验丰富。
他们广泛采用的城市生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、焚烧、堆肥和综合利用。
20世纪90年代，许多发达国家处置固体废物的战略目标是：
通过选择较高层次的管理模式达到固体废物处理可持续发展的目的。
首先，要尽量避免产生垃圾，如果必须产生，产生量要最小；其次，按实际情况最大可能进行回用或回收；最后，预处理的目的是回收和再利用部分垃圾，减少最终处理量。
我国目前固体废物处理的主要方法是卫生填埋处理，此外还有少量的焚烧、堆肥处理设施。
对于城市垃圾卫生填埋技术和垃圾污染场地的恢复治理问题尚未开展系统的研究，远不能满足环境、水资源保护的要求。
因此，探讨安全有效的垃圾处理策略和方法，减缓或避免对环境和水资源造成污染是环境工作者目前刻不容缓的任务[3]。
而随着生活垃圾越来越多，垃圾成分也越来越复杂，处理越来越困难。
上世纪90年代，我国就有人提出垃圾进行综合利用，但是由于当时技术不太成熟，而且没有得到足够的重视，资金严重不足，因此直到现在，生活垃圾的处理也是在焚烧和填埋上设备研究比较多，对垃圾分选设备研究比较少。
目前国内大部分使用的垃圾分选设备都是由国外进口。
虽然国内也有人对此进行过研究，但多数都停留在理论阶段，很少有实际应用。
随着大众对环境的重视，作为垃圾资源化的重要设备，生活垃圾分选设备的研究也会越来越受到人们的重视，在我国的应用也会越来越广。
目前国内外用的比较多的生活垃圾分选装置主要有滚筒筛垃圾分选机、圆盘筛垃圾分选机、固定风筛垃圾分选机和采用磁选的列式非铁金属垃圾分选机。
1.3设计内容及方案
1.3.1设计内容
（1）垃圾储料仓设计计算；
（2）分选系统各设备选型计算：
确定选择性破碎机、滚筒筛、简易风选机型号和规格，并确定其主要运行参数；
（3）皮带运输机计算及布置，并计算各段的长度、电机功率；
（4）垃圾分选系统工艺流程及高程图一张，分选系统平面、剖面布置图1-2张。
1.3.2设计方案
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、堆肥和焚烧的原料。
2设计基础数据
原始资料
（1）垃圾主要成分见表：
表2-1垃圾各组分含量
垃圾组分
有机物
无机物
纸类
金属
塑料
玻璃
其他
含量/%
54.3
31.3
2.68
2.58
5.13
1.2
2.81
（2）有机物组分包括：
食品残余、果皮、植物残余等；
（3）无机物组分包括：
砖瓦、炉灰、灰土、粉尘等；
（4）垃圾容重平均值为0.43吨/立方米，含水率为49.4%；
（5）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；
（6）垃圾热值：
1923kJ/kg；
（7）分选系统工作量为230吨/天，日工作时间为20小时。
3设计说明
3.1工艺流程
按照设计方案的阐述，可制定本设计的工艺流程图如下。
图3-1垃圾分选工艺流程
3.2物料衡算
（1）垃圾分选时的处理量
垃圾分选时每小时的处理量为
（3-1）
式中，Q—分选系统日处理量，t/d；
T—日工作时间，h。
（2）人工分选
人工分选可以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。
根据经验，经人工分选后大约1%的大块金属、0.6%的玻璃、2.0%的塑料和0.5%的其他无机物质被选出[4]，即
金属
玻璃
塑料
其他
则经过人工分选可分离出的垃圾量为
（3-2）
（3）磁选
垃圾经过磁选理论上可以分选出全部的金属，则磁选分选的处理量为
（3-3）
（4）选择性破碎机
筛上物主要是纸、布、革、塑料、部分有机物等du>50mm的物质，其处理量为
（3-4）
筛下物为du<50mm的被破碎的无机物、有机物、玻璃及其他碎土等。
（5）风选
①轻组分主要为粉尘、塑料、纸张等，其处理量为
（3-5）
②重组分主要为有机物，其量为
（3-6）
（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，其量为
（3-7）
②筛下物为碎土、石渣等无机物和碎玻璃，其量为
（3-8）
（7）废物全过程的总质量
（3-9）
满足物料平衡。
3.3垃圾储料仓设计计算
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
（3-10）
式中，
—储存时间，d；
q—最大日处理量，t/d，本设计q=230t/d；
—有效容积系数，在0.8~0.9之间，本设计取0.82；
—垃圾有效密度，t/m3，有效密度系数在1.1~1.3，此处取1.2。
取容积V=1100m3。
（2）仓体尺寸计算
设垃圾储仓的体积为V，m3；长度为a，m；宽度为b，m；深度为c，m。
则每个仓体的容积为
（3-11）
取a=11m，b=10m，c=10m，则V=11×10×10=1100m3，满足设计要求。
（3）排水坡度设计
垃圾在储料坑内时间过长（一般超过两天）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渗滤液，排水坡度取1%。
3.4吊车与抓斗的设计计算
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一下的采用一台吊车，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。
（3-12）
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，此处取50min/h；
T—吊车运行周期，h，此处取143s。
由式（3-12）可得抓斗一次抓起量为
（3-13）
即抓斗一次抓起量为0.5482t即可满足生产要求。
选择一次抓起量为800kg的抓斗。
根据垃圾最大日处理量选择吊车、抓斗，其工艺参数选择如表3-1所示。
表3-1吊车工艺参数
项目
参数
设计依据
数量
1台
垃圾最大日处理量
吨位
0.8t
抓斗容量
跨度
10m
储料坑跨度
运行周期
143s
吊车运行各种动作速度
实际运行时间
50min/h
取值范围为45~55min/h
供给能力
11.5t/h
抓斗抓起量
3.5磁选设备的设计计算
由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，非磁性或磁性很弱的物质在离心力和重力作用下脱离皮带面，而磁性较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。
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分选出来，同时避免后续分选设备被铁磁性物质破坏。
经过人工分选后进入磁选机进行分选的垃圾量为
（3-14）
已知垃圾的含水率为49.4%，根据以上数据选择CTB-69永磁筒式磁选机，其主要技术参数如表3-2所示。
表3-2CTB-69永磁筒式磁选机主要技术参数
项目
参数
项目
参数
磁选机的规格型号
CTB-69
圆筒转速（r/min）
40
规格
600×900
电动机规格型号
Y90L-4
槽体形式
半逆流
电机功率（kW）
1.5
磁场强度（Oe）
1450
给料粒度（mm）
0~0.2
生产能力（t/h）
8~15
机重（kg）
910
3.6滚筒破碎机的设计计算
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，并能达到分选的作用。
3.6.1滚筒破碎机主要参数结构的确定
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1.5~2.5倍。
3.6.2滚筒破碎机型号的选择
根据垃圾破碎分选工艺要求选择国产滚筒破碎机，具体技术特征如表3-3。
表3-3滚筒破碎机技术特征
项目
参数
项目
参数
生产能力/（t/h）
80~120
筛孔尺寸/mm
50
滚筒直径/m
3
提升板高度/mm
300
滚筒长度/m
6
电动机型号
BJO2-74-2
滚筒倾角/度
5
电动机功率/kW
30
滚筒转速/（r/min）
12
电动机转速/（r/min）
1460
3.6.3滚筒破碎机计算校核
（1）滚筒横断装料面积
横断装料面积由下式计算：
图3-2滚筒内断面示意图
（3-15）
式中，取R=1.5，r=1.2，
，
。
（2）物料跌落所需时间
（3-16）
而
（3-17）
式中，n—滚筒转速，r/min。
（3-18）
则由式（3-16）得T=1.67+0.73=2.4s
（3）物料在滚筒轴向前进速度
当筛体倾斜安装时，实际物料轨迹为不规则的螺旋线，该螺旋线的螺距即为物料跌落一次向前所走的距离，即
（3-19）
式中，
—滚筒倾角，度。
物料沿滚筒轴向前的前进速度为
（3-20）
（4）滚筒破碎机实际生产能力
（3-21）
式中，Q—垃圾生产能力，t/h；
S—滚筒横断面装垃圾面积，m2；
v—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为垃圾容重的1/2；
K—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K取0.41。
则选择的破碎机能满足处理量的要求。
3.7垃圾滚筒筛的设计计算
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。
（1）垃圾滚筒筛的筛分处理量为
（3-22）
（2）筛体设计参数的确定
设计筛体长度为4m，筛体直径1.6m，筛孔取10mm×10mm，安装倾角为5°。
（3）筛分效率的确定
根据研究表明，垃圾滚筒筛的筛分效率根据筛分不同特性的垃圾选在85%~95%之间。
取筛分效率为90%。
（4）滚筒筛转速的确定
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。
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。
而临界转速由下式计算：
（3-23）
垃圾滚筒筛的转速取为临界转速的40%，则滚筒筛的转速n为14r/min。
（5）物料在筛体内停留时间的确定
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的停留时间为50s，则物料在筛体内沿轴向运动的平均速度为
（3-24）
式中，L—筛体长度，m；
—物料在筛体内的停留时间，s。
（6）筒筛有用功率的计算
根据资料推到，筛分机的有用功率为
（3-25）
式中，R—筛体半径，m；
—取60°；
—筛体安装倾角，为5°。
3.8风选设备的设计计算
3.8.1风选设备的确定
风选设备分成水平气流风力分选机（卧式风力分选机）和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。
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。
立式风选机与卧式相比较分选精度较高。
风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。
对本风选工艺，选用简易立式风选设备。
3.8.2参数的确定
（1）气流速度的确定
风力分选主要将低密度、空气阻力大的塑料、废纸等和具有高密度、空气阻力小的重质有机物分开。
部分物料密度如表3-4所示。
表3-4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
由以下经验公式计算颗粒沉降末速，即气流速度：
（3-26）
式中，a—经验系数，本设计取a=22；
—物料重度，N/m。
①轻质物料以塑料为参考，其悬浮气速为
②重质物料以有机物为参考，其悬浮气速为
因此，选取气流速度为7.0m/s。
（2）风选设备尺寸的确定
根据气力输送设计原则确定垂直管段长7m，考虑所分选物料为不规则的纸类、塑料等，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为G=7.0×3=21kg/（m2·s）。
（3）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
=560kg/m3。
气-固比为
（3-27）
式中，
—垃圾的堆积密度，kg/m3；
G—气体的质量速度，kg/（m2·s）；
L—风选机的垂直管段长度，m。
（4）所需空气量计算
（3-28）
取空气重度为
=1.25kg/m3，则空气体积流量为
（3-29）
按所选管径100mm和气速，所需空气体积流量为
（3-30）
故可选用3.5m3/min空气压缩机一台，能够满足要求。
（5）压降计算
设管内平均绝对压力为2kg/m2（1kg/m2=9.8Pa），室温为300K，则气体平均重度为
（3-31）
垂直管压降为
（3-32）
3.8.3旋风分离器选择
根据气体流量3.297m3/min和入口风速为7.0m/s，选择XLP/A-3.0旋风分离器，其允许进口风速为12m/s，处理量为750m3/h。
3.9输送带的设计计算[5]
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。
3.9.1供人工分选的输送带
供人工分选的输送带主要输送垃圾从垃圾坑送来经过初级筛子送人的由输送带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。
故带速不宜过快，选取带速为0.3m/s。
（1）带宽的确定
由于垃圾的密度较小和较松散，所以一般用槽式胶带输送机。
曹氏胶带输送机的输送能力由下式计算：
（3-33）
式中，Q—输送能力，t/h；
Fb—物料在胶带上的截面积，m2；
v—输送带的运行速度，m/s，取为0.3m/s；
—物料的堆密度，t/m3，对垃圾取0.45t/m3；
c—倾角系数，对有人工手选输送带水平放置，故取c=1。
图3-3物料在胶带上堆积的断面积
对于槽形输送机上物料堆积的断面积为
（3-34）
式中，B—皮带宽度，m；
—物料的堆积角，对垃圾可取45°；
—胶带的槽角，取为20°。
结合式（3-33）和（3-34），有
解得B=1.182m，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功率以前，首先要计算传动滚筒的轴功率。
传动滚筒轴功率的计算公式为：
（3-35）
式中，k3—尾部改向滚筒功率系数，取1.5；
k4—中部改向滚筒功率系数，取1.05；
N0—传动滚筒的功率，kW；
N01—胶带空转的功率，kW；
N02—物料水平运输的功率，kW；
N03—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，取vb=0.3m/s，k5=1.4+1.5+0.23+2.25=5.38；
—物料加速率所需功率，kW，取k8=0.1，
=0.45t/m3。
而
（3-36）
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0.0318；
Lh—胶带输送机水平投影长度，取30m；
v—胶带运行速度，m/s。
（3-37）
式中，k2—物料水平运行功率系数，取5.45×10-5；
Q—胶带输送机的输送量，t/h。
因为输送带水平，所以N03=0。
电动机功率为
（3-38）
式中，N—电动机功率，kW；
K—功率安全系数，满载起动系数，一般取1.0；
—总传动效率，对胶面传动滚筒，取0.90。
故选用Y100L-2型三相异步电动机，额定功率为3.0kW。
3.9.2输送滚筒破碎机筛上物的输送带
该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。
图3-4输送带简图
（1）带宽的确定
由物料衡算知，此时的输送量为Q3=2.9682t/h。
设输送带倾角为15°，倾角系数c取为0.885，带速取1.0m/s，Fb的求法同式（3-34），则由式（3-33）可得
可解得B=1.276m取带宽为1.28m。
（2）电动机功率的计算
已知Lh=40m，v=1.0m/s，Q=2.9682t/h，H=Lh×tan15°=10.72m。
采用滚动轴承，并且查得k1=0.0318，k2=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。
将以上各数据带入公式。
首先，由式（3-36）得
由式（3-37）得
而
（3-39）
式中，H—提升高度，m。
由式（3-35）得
由式（3-38）得电动机功率为
故选用Y132-M4型电动机，额定功率为7.5kW。
3.9.3输送滚筒破碎机筛下物的输送带
该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、玻璃及部分有机物）送至滚筒筛。
（1）带宽的确定
取带速为1.5m/s，输送倾角10°，倾角系数为0.957，由物料衡算此时输送量为Q′=Q0-Q1-Q2-Q3=11.5-0.4715-0.1817-2.9682=7.8786t/h。
同理，由式（3-33）可得
解得B=1.273m取带宽为1.27m。
（2）电动机功率计算
取Lh=20m，v=1.5m/s，H=Lh×tan10°=3.53m。
采用滚动轴承，并且查得k1=0.0318，k2=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。
将以上各数据带入公式。
升级会员 