垃圾转运站风选装置设计与仿真研究.docx

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垃圾转运站风选装置设计与仿真研究

北京机械工业学院

毕业设计（论文）

题目：

垃圾转运站风选装置的设计与仿真研究

系别：

机械工程系

专业、班级：

机械设计制造及自动化、机0004班

姓名：

石友华

指导教师：

王科社

2004年6月12日

垃圾转运站风选装置设计与仿真研究

第一章前言………………………………………………………………………………1

第二章风选技术的现状

2.1前人成果……………………………………………………………………………3

2.2现状分析………………………………………………………………………………3

2.3个人看法…………………………………………………………………………………5

第三章风选装置及相关原理

3.1风选装置………………………………………………………………………………7

3.2风选原理………………………………………………………………………………7

第四章风选装置的功能设计

4.1卧式风选机的功能设计……………………………………………………………10

4.2立式风选机的功能设计…………………………………………………………11

第五章风选机的设计计算

5.1垃圾成份分析及原始计算数据………………………………………………14

5.2卧式风选机的设计计算…………………………………………………………16

5.3立式风选机的设计计算……………………………………………………………22

第六章运输装置的设计计算

6.1传送带I的计算…………………………………………………………………………25

6.2传送带II的计算………………………………………………………………………28

第七章风选机结构设计

7.1外围尺寸的设计…………………………………………………………………………31

7.2传送带的相对尺寸设计…………………………………………………………31

7.3其他部分零件的设计…………………………………………………………………31

第八章主要零件的计算及校核

8.1传动零件的设计…………………………………………………………………………33

第九章技术经济分析

9.1固体废弃物处理的技术经济分析………………………………………………41

9.2风选装置的技术经济分析………………………………………………………42

第一十章动画与仿真

10.1动画与仿真………………………………………………………………………………43

第十一章结束语

1全文总结……………………………………………………………………………………46

2设计感悟……………………………………………………………………………………46

3风选技术的未来……………………………………………………………………46

参考文献……………………………………………………………………………………48

谢辞………………………………………………………………………………………………50

附录1毕业设计（论文）说明书

附录2小论文——垃圾法律道德

附录3调研报告

附录4文献综述

附录5开题报告

附录6翻译原文

附录7翻译

附录8毕业设计速度记录表

附录9每周工作报告表

附录10使用说明书

附录11毕业设计资料清单表

摘要

本设计论述了垃圾中转站中风选装置的设计过程。

其中应用了除必要的机械类工程力学、机械设计理论及工程制图理论外，还引用了气力输送理论、鼓风机的选择计算理论、带式运输机的设计理论及环保理论。

本设计为了改善垃圾中转中的分选以提高垃圾回收利用率从而更好地保护环境及创造更高的经济效益而设计出将垃圾中占大部分的纸和塑料分别分离出来。

该装置巧妙地使用卧式风选机将垃圾中的纸和塑料分离出来，从而使纸和塑料都可以被回收而解决了以前纸和塑料无法分离的巨大难题。

另外，本设计还谈论了城市生活垃圾处理的前景、必要性及社会要采取的必须行动如制定相关法律法规。

综合来看，该设计不但有较为精确的工科设计计算还包括某些相对较为妥善的环保措施及部分垃圾处理过程中的独到想法，尤其是提出了将水平风选机放在垃圾处理初级阶段并接上传送带而使它有后继处理措施从而为其进一步分离提供机会.

关键词：

固体废弃物处理环保分选

垃圾风选

THEDESIGNANDIMITATIONOFTHEBREEZECHOOSINGDEVICEINTHEGARBAGETRANSPORTSTANDS

Summary

Thisdesigndiscussesthedesignprocessofthebreeze-choosingdeviceinthegarbagetransportstands.Atthisprocessinadditiontonecessarymachineengineeringmechanics,machinedesigntheoriesandengineeringgraphicstheoriesarecited,therearestillmanythephysicalstrengthtransportdesigntheoriesandenvironmentalprotectiontheoriesthatthechoicecalculationtheories,thetheoriesofthetransportmachinesbybelt,drumbreezemachinearequoted.Toimprovetherecoveryofgarbage,thisdesignhasfoundagoodideathatcanseparatethepaperandtheplasticforbetterenvironmentprotectionandcreatinghighereconomicperformance.Thisdesignusesskillfullythelevelbreezechoosingmachinetoseparatetheplasticsandthepaperinthegarbage,whichmakesitthattakingthepaperfromtheplasticbecomespossibilityandsolvesthepastdifficultthatcan’tdisjunctivethepaperandtheplastic.

Moreover,thisdesignstilldiscussedtheforeground,necessityofthehandlesofthecitylifegarbageandthewaythatthesocietiesmustbetakensuchastherelatedlawbeestablished.

Generallyspeaking,thisdesigndonotonlyhavetheaccurateengineeringdesigncalculationbutalsoincludesomeoriginalviewpointthatsomeappropriateenvironmentalprotectionmeasureandpartsofgarbagehandlesprocess.Especiallythereisagoodideathatthelevelbreezechoosingmachineisputtheearlyclasssothatitshaslatterhandletosucceedtobepossibilitytodisjectthepaperandtheplastic.

KEYWORD:

Garbage,select,environmentalprotection

第一章前言

1.1相关背景

随着世界人口的增多，城市生活垃圾越来越多，据统计：

北京市人均日产生活垃圾0.82公斤，全市日产垃圾1.15万t，年产垃圾421万t；日产医疗废物40多t；日产餐厨垃圾约1050t。

本处所指生活垃圾即是指家庭垃圾：

食物残渣、煤灰、破布、皮纸、塑料、皮革、金属、玻璃、废家具、包装材料等。

据有关专家估计，我国城镇周围已积累了垃圾十几亿吨，并且以每年一亿多吨的速度增长，使绝大多数城镇被垃圾所包围。

城市垃圾侵占了大量的土地、农田，污染了周围的土壤、地下水和大气，威胁着居民的健康，影响了城市的观瞻，为此，必须采用各种有效的技术和方法，对城市垃圾进行综合治理,否则地球末日可能真的将要来临.更因近些年来纸类垃圾及塑料类垃圾逐年增加，迫使那些研究垃圾处理的工作者更注重对风选的研究。

1.2选题目的

正是由于城市生活垃圾的增多，导致了环境的恶化，于是乎垃圾处理也成了迫不及待的事情。

因此，人类除了保护资源、珍惜资源、寻找新能源外，还得利用好可再生资源以更好地节约能源，而对垃圾综合处理则是寻找可再生资源的最佳方法。

垃圾转运站即是将各处城市生活垃圾聚拢来，然后将它们作各种各样的处理，以方便减少它们对环境的影响。

如：

 可回收垃圾包括纸类、金属、塑料、玻璃等，通过综合处理回收利用，可以减少污染，节省资源。

如每回收1吨废纸可造好纸850kg，节省木材300kg，比等量生产减少污染74%；每回收1t塑料饮料瓶可获得0.7t二级原料；每回收1吨废钢铁可炼好钢0.9t，比用矿石冶炼节约成本47%，减少空气污染75%，减少97%的水污染和固体废物。

厨余垃圾包括剩菜剩饭、骨头、菜根菜叶等食品类废物，经生物技术就地处理堆肥，每吨可生产0.3t有机肥料。

正是由于有这些好处以及潜在的危险，垃圾处理成为人们的热门话题。

各类垃圾急剧增多以及人类对可回收资源的迫切要求都决定了人们要对垃圾处理技术进行研究和开发。

如此,本次毕设的选题就不难说明原因了。

1.3意义

据国家环境保护总局副局长王玉庆介绍，首届环境保护科学技术奖30个获奖项目代表了我国环保科技研究的最高水平，有的已达到或接近国际上同类研究的先进水平。

部分获奖项目还是国家环保重大攻关项目，如为确保2008年北京成功举办“绿色奥运”的“北京市大气污染控制对策研究项目”、“国家重点工程西气东输、南水北调的环境管理项目”等。

为了达到绿色环保的目的，垃圾处理成为必不可少的措施。

这样一来，城市生活垃圾中的各种废弃物诸如金属、食物残渣、皮纸、塑料等都可以通过磁选、筛选、风选等方法把它们分离开来。

而分离得到的金属诸如铁可以再次被利用，食物残渣则可以用来堆肥等等。

这样不但解决了原先垃圾随便堆放以至于占地、污染环境的缺点，而且还解决了填埋、焚烧的许多缺点，将资源回收以达到重复使用的目的，为资源的循环使用提供了保证。

第二章风选技术的现状

2.1前人成果

由于城市生活垃圾中纸及塑料的比重越来越大，因此，人们对它们进行分选的要求越来越迫切，于是近些年来研究风选的人也越来越多，如在美国、德国、日本等国家已经将风选用于垃圾的处理上，并且已取得较好的经济效益。

但在中国，由于环保技术相对落后，风选还处于研究阶段。

国内唯一的一套风选设备还是刚从德国引进且还没正式投入使用（注：

国内只有小武基垃圾中转站拥有该设备）。

有鉴于此，只得将一些该项专利列举如下：

表2-1国内风选专利表

专利号

专利名称

86102345

叶轮除尘风选机

89106758.2

砂金风选的风流边界层法及风选机

85202318

叶轮风选机

86202110

叶轮除尘风选机

92224798.6

家用风选机

93240423.5

谷物风选机

94207220.0

稳流可调速的风选机

97229266.7

新型带风选防尘袋手摇电动两用风选机

98250457.8

箱式粮食风选机

99248035.3

一种变频立式风选机

99248028.0

一种变频卧式风选机

98235765.6

一种油料脱壳与分选设备

99216317.X

扬场风选机

00235355.5

一种处理城市生活垃圾的风选机

00262570.9

垃圾风选机

01201812.0

风选机

01233704.8

家用风选机

02277036.4

一种粮食风选机

02278824.7

花生剥壳机上的风选装置

02261763.9

立式变频调速风选机

2.2现状分析

由于风选设备投资较大，且在初期运行阶段收益甚少，因此虽然在国内早就有了该项专利，但一直以来没有厂家投资将它投入使用，虽然这里面也有技术问题，但主要原因还是因为国内投资商及广大市民没有重视垃圾处理这一既可看成是公益事业同时也可看为是产业。

在国外由于政府和每位市民都受到过恶劣环境的侵害而意识到了环境的重要性从而在价值取向与我们有所不同。

美国在三年前已经对风选技术掌握，现在对其使用已经纯熟；德国、日本也早已掌握该项技术。

因此在这些国家虽然工业非常发达、固体垃圾生产量也较多，但其环境较国要好得多。

究其原因，对风选技术的运用决不失是一种理由之一。

所以，中国要发展环保技术必不能不发展分选。

现就固体废弃物对环境的影响做出以下说明。

（1）污染大气废物对大气的污染表现为三个方面：

1.废物的细粒被风吹起，增加了大气中的粉尘含量，加重了大气的尘污染；2.生产过程中由于除尘效率低，使大量粉尘直接从排气筒排放到大气环境中，污染大气；3.堆放的固体废物中的有害成分由于挥发及化学反应等,产生有毒气体，导致大气的污染。

（2）污染水体大量固体废物排放到江河湖海会造成淤积，从而阻塞河道、侵蚀农田、危害水利工程。

有毒有害固体废物进入水体，会使一定的水域成为生物死区。

2.与水（雨水、地表水）接触，废物中的有毒有害成分必然被浸滤出来。

从而使水体发生酸性、碱性、富营养化、矿物化、悬浮物增加化，甚至毒化等变化，危害生物和人体健康。

在我国，固体废物污染水的事件已屡见不鲜。

如锦州某铁合金厂堆存的铬渣，使近20平方公里范围内的水质遭受六价铬污染，致使七个自然村屯1800眼水井的水不能饮用。

湖南某矿务局的含砷废渣由于长期露天堆存，其浸出液污染了民用水井，造成308人急性中毒、6人死亡的严重事故。

　（3）污染土壤废物露天堆存，不但占用大量土地，而且其含有的有毒有害成分也会渗入到土壤之中，使土壤碱化、酸化、毒化，破坏土壤中微生物的生存条件，影响动植物生长发育。

许多有毒有害成分还会经过动植物进入人的食物链，危害人体健康。

一般来说，堆存一万吨废物就要占地一亩，而受污染的土壤面积往往比堆存面积大1～2倍。

　（4）影响环境卫生，广泛传染疾病垃圾长期弃于郊外，不作无害化处理，简单地作为堆肥使用，可以使土壤碱度提高，使土质受到破坏；还可以使重金属在土壤中富集。

被植物吸收进入食物链，还能传播大量的病原体，引起疾病。

就目前我国环境的严峻形势，我国政府采取了下列垃圾处理政策：

（1）“无害化”技术政策固体废物“无害化”处理的基本任务是将固体废物通过工程处理，达到不损害人体健康，不污染周围的环境（包括原生环境与次生环境）。

垃圾的焚烧、卫生填埋、堆肥、粪便的厌氧发酵、有害废物的热处理和解毒处理等都是“无害化”处理工程。

在对废物进行“无害化”处理时，必须看到，各种“无害化”处理工程技术的通用性是有限的，它们的优劣程度，往往不是由技术、设备条件本身所决定。

以生活垃圾处理为例，焚烧处理确实不失为一种先进的“无害化”处理方法，但它必须以垃圾含有高热值和可能的经济投入为条件，否则，便没有引用的意义。

根据我国大多数城市生活垃圾平均可燃成分偏低的特点，在近期内，着重发展卫生填埋和高温堆肥处理技术是适宜的，特别是卫生填埋，处理量大，投资小，见效快，可以迅速提高生活垃圾处理率，以解决当前带有“爆炸性”的垃圾出路问题。

至于焚烧处理方法，只能有条件的采用。

（2）“减量化”技术政策固体废物“减量化”的基本任务是通过适宜的手段减少和减小固体废物的数量和容积。

这一任务的实现，需从两方面着手：

一是对固体废物进行处理利用；二是减少固体废物的产生。

对固体废物进行处理利用，属于物质生产过程的末端。

固体废物采用压实、破碎等处理手段，可以减少固体废物的体积，达到减量并便于运输、处置等目的。

减少固体废物的产生，属于物质生产过程的前端，需从资源的综合开发和生产过程中物质资源的综合利用着手。

当今，从国际上资源开发利用和环境保护的发展趋势看，世界各国为解决人类面临的资源、人口、环境三大问题，越来越注意资源的合理利用。

实现固体“减量化”，必须从“固体废物资源化”延伸到“资源综合利用”上来。

其重点包括采用经济合理的综合利用工艺和技术，制定科学的资源消耗定额等。

（3）“资源化”技术政策固体废物“资源化”的基本任务是采用工艺措施从固体废物中回收有用的物质和能源。

固体废物的“资源化”是固体废物的主要归宿。

所谓“资源化”就其广义来说，表示资源的再循环，指的是从原料制成成品，经过市场直到最后消费变成废物又引入新的生产——消费的循环系统。

从资源开发过程看，利用固体废物作原料，可以省去开矿、采掘、选矿、富集等一系列复杂工作，保护和延长自然资源寿命，弥补资源不足，保证资源永续，且可以节省大量的投资，降低成本，减少环境污染，保持生态平衡，具有显著的社会效益。

许多固体废物含有可燃成分，且大多具有能量转换利用价值。

例如：

具有高发热量的煤矸石，可以通过燃烧回收热能或转换为电能，也可用以代替土节煤生产内燃砖。

“资源化”应遵循的原则是：

“资源化”技术可行；经济效益比较好，有较强的生命力；废物应尽可能在产生地就近利用，以节省废物在贮放、运输等过程的投资；“资源化”产品应当符合国家相应产品的质量标准。

由此可见，固体废物的“资源化”具有可观的环境效益、经济效益和社会效益。

2.3个人看法

作为发展中国家的中国由于各项技术水平较低，原料利用率较低，相对垃圾产生量较高，这样如果我们不注意发展垃圾处理技术，长期如此下去势必会受到“环境”的报复而影响我们经济前进的步伐，几十年前在其他发达国家上演的悲剧必然会在中国重演，但此时的影响不会只是几十年前的那么容易对付。

比如说我们可以积极采取下列方法对固体废弃物进行处理：

（1）物理处理物理处理是通过浓缩或相变化改变固体废弃物的结构，使之成为便于运输、贮存、利用或处置的形态，物理处置方法包括压实、破碎、分选、增稠、脱水等。

物理处置也往往作为回收固体废弃物中有用物质的重要手段加以采用。

（2）化学处理化学处理是采用化学方法破坏固体废弃物中的有害成分从而达到无害化，或将其转化成为适于进一步处理、处置的形态。

由于化学反应条件复杂，影响因素较多，故化学处理方法通常只用在所含成分单一或所含几种化学成分特性相似的废物处理。

对于混合废物，化学处理可能达不到预期的目的。

化学处理方法包括氧化、还原、中和、化学沉淀和化学溶出等。

有些危险固体废物，经过化学处理，还可能产生富含有毒性成分的残渣，还必须对残渣进行解毒处理或安全处置。

（3）生物处理生物处理是利用微生物分解固体废物中可降解的有机物，从而达到无害化或综合利用。

固体废物经过生物处理，在容积、形态和组成等方面均发生重大变化，因而便于运输、贮存、利用和处置。

生物处理方法包括好氧处理、厌氧处理和兼性厌氧处理。

（4）热处理热处理是通过高温破坏和改变固体废物组成和结构，同时达到减容、无害化或资源化的目的。

热处理方法包括焚化、热解、湿式氧化及焙烧、烧结等。

（5）固化处理固化处理是通过固化基材将废物固定或包覆起来以降低对环境的危害，因而能较安全的运输和处置的一种处理过程。

固化处理的对象主要是危险废物和放射性废物。

根据固化基材及固化过程可把固化分为水泥固化、石灰固化、热塑性材料固化、有机聚合物固化、自胶结固化和玻璃固化等方法[4]。

就风选技术而言，我国仅小武基垃圾中转站有该项技术，但既不成熟且还是从国外引进的技术，至于其他垃圾中转站根本就没有该项技术，在这些垃圾中转站里对纸类和塑料类垃圾根本就不加处理就直接运往垃圾填埋场填埋，这样不但浪费了大量垃圾资源且形成了二次污染，提高了垃圾处理的成本费用。

因此，我们发展风选技术势在必行，决不能拖延，以实现我国垃圾处理的“无害化”。

第三章风选装置及相关原理

3.1风选装置

目前国内现有的风选装置为小武基垃圾中转站的立式风选机，其由吸料口、输送管道、沉降室、鼓风机等组成，外部尺寸比较庞大，约长5m、宽2m、高5m。

其原理为通过鼓风机产生负压而将轻密度垃圾如纸类和塑料类垃圾吸起来从而使之与其他重垃圾分离。

其他比如说某些专利中述及的水平风选机主要结构包括鼓风机、机箱、传送带及其他密封与挡料装置，经设计其外部尺寸大约为长5m、宽3m、高3m。

相比之间，两者外部尺寸都较大，但就功率而言立式风选机所需功率较大，一般为100kW左右，而同样风选工作任务量情况下，水平风选机所需鼓风机功率大概为20kW左右。

如此一来，在同等处理量情况下，采用水平风选机可以节约能量。

在造价方面，二者都比较高，只是水平风选机相对较便宜，而就原理来讲，水平风选机相对比较简单，且其通用性较强以至于应用面较广。

综合来看，水平风选机的优点较多。

3.2风选原理

风力分选是目前在固体废弃物分类处理中比较前沿的一种方法，它的原理是利用不同密度的物体在流动的空气中所受的浮力和阻力不同而将塑料和纸片同其他密度的物体分开，以达到将垃圾分类处理的目的。

风选是最常用的一种固体废物分选方法。

从物理学知，在真空中，性质不同的物质，它们的运动状态完全相同，因此在真空中不可能依它们的运动状态差异将它们彼此分离。

但在介质中则完全不一样，由于介质具有质量和粘性，对性质不同的运动物质产生不同的浮力和阻力，因此，性质不同的物质将出现运动状态的差异，可借此将它们分离，同时在一定的范围内，介质的密度越大，这种差异越明显，分选效果越好。

风选是重选的一种，它所用介质为空气。

任何物质，在静止介质中，都同时受到两个力的作用：

浮力和重力，分别用P和G表示。

根据阿基米德定律，浮力P的大小等于物体排开的同体积的介质的质量，即：

P=vρ1g

式中:

v为国体颗粒的体积，cm³;ρ1为介质密度，g/cm³;g为重力加速度，9.81m/s².而固体颗粒所受重力G为：

G=ρ2vg,式中：

ρ2为固体颗粒密度，cm³.

因此，固体颗粒在介质中的有效重力（合力），用Go表示，可表达如下：

Go=G-P=vρ2g-vρ1g=v（ρ2-p1）g

若ρ2>ρ1，则Go>0，固体颗粒作向下沉降运动；若ρ2=ρ1，则Go=0，固体颗粒在介质中呈悬浮状态；若ρ2<ρ1，则Go<0，固体颗粒作向上漂浮运动。

可见，在静止介质中固体废物颗粒的运动状态主要受介质的密度影响。

任何颗粒，一旦与介质作相对运动，就会同时受到介质阻力的作用。

由于在空气介质中，任何固体颗粒的密度都大于空气的密度，即>，因此，任何固体颗粒在静止空气中都作向下的沉降运动，受到的空气阻力与它的运动方向相反。

空气阻力R=