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城市生活垃圾一體化分選處理機的研發(fā)

        固體廢物的分選是把固體廢物中可回收利用的或不利于后續(xù)處理、處置工藝要求的物料分離出來，是固體廢物處理工程中的重要環(huán)節(jié)和重要操作之一。分選的同時應(yīng)考慮技術(shù)性、實用性和經(jīng)濟性，生活垃圾中可資源化回收利用的物質(zhì)雖然很多，但從技術(shù)和經(jīng)濟角度探究，并不是每種可資源化回收利用的物質(zhì)都需要實現(xiàn)資源化。前分選除了必須對垃圾中各類物料進行有效地分選，實現(xiàn)以資源化為目的的垃圾分類外，還應(yīng)對氣體、揚塵等收集處理，以改善工作環(huán)境，減少對環(huán)境的二次污染。所以，實現(xiàn)垃圾前分選處理工廠化和盡可能的自動化是亟待解決的課題。
        考慮到我國垃圾組成的復(fù)雜性，針對我國城市生活垃圾混合包裝、混合收集的現(xiàn)狀，從綜合處理的角度出發(fā)，提高城市生活垃圾分選工藝的效果和效率，簡化后續(xù)處理工藝路線，降低投資和運行成本是當(dāng)務(wù)之急。筆者通過對我國城市生活垃圾的組成特點、已有垃圾處理工程項目的分析及對現(xiàn)有垃圾處理破袋機、破碎機、篩分機、風(fēng)選機等功能的研究，研制開發(fā)出集破袋、破碎、篩分、風(fēng)選于一體的分選處理機，并通過試驗總結(jié)出合理的運行參數(shù)。
        1一體化分選處理機主要技術(shù)參數(shù)
        處理規(guī)模20～50t/h：外形尺寸10m×3.7m×3.7m；篩筒直徑Φ2800mm；篩筒轉(zhuǎn)速3～12r/min（變頻控制）；篩孔直徑Φ22mm（第一篩分段），Φ75mm（第二篩分段）；安裝傾角3°～8°；篩筒電機功率22kW；風(fēng)機電機功率0.75kW；風(fēng)機風(fēng)量3091m3/h；氣流速度12m/s；質(zhì)量25t；噪聲≤80dB（A）；篩分效率Φ75mm篩孔通過率≥90%（指可降解有機物），Φ22mm篩孔通過率≥85%（指無機物）；破袋效率≥85%。
        2工作原理和結(jié)構(gòu)特點
        該設(shè)備為臥式結(jié)構(gòu)，傾斜安裝，安裝傾角和篩筒轉(zhuǎn)速共同調(diào)整物料在篩筒內(nèi)的停留時間。篩筒使用4個支撐輪，電機帶動篩筒一側(cè)的2個支撐輪進行摩擦傳動使篩筒旋轉(zhuǎn)，另外2個支撐輪起到支撐和從動的作用。篩筒的旋轉(zhuǎn)使袋裝垃圾在篩筒內(nèi)發(fā)生翻滾、摩擦、碰撞、撕扯等運動。篩筒內(nèi)設(shè)置的破袋刀、導(dǎo)料板、揚料板等機構(gòu)使物料產(chǎn)生提升和拋散，物料在篩筒內(nèi)前進過程中進行破袋、剪切、分散，使物料在篩筒內(nèi)保持最大限度的篩分；同時風(fēng)選氣流對輕質(zhì)物料（塑料、紙張等）進行分離。篩分后的物料從篩筒的不同位置分離出來，輸送到后續(xù)處理單元，實現(xiàn)生活垃圾在同一臺設(shè)備內(nèi)的破袋、破碎、篩分和風(fēng)選。
        篩筒由第一篩分段和第二篩分段組成，第一篩分段為Φ22mm篩孔，用來篩分無機灰土；第二篩分段為Φ75mm篩孔，用來篩分可腐有機物。原生垃圾送入篩筒后，在導(dǎo)料螺旋板和安裝傾角的共同作用下向篩筒內(nèi)部移動，破袋和篩分隨即進行，當(dāng)破袋過程尚未完成、袋裝垃圾尚未全部拋散完畢時，散存在垃圾中的以灰土、砂石、玻璃和瓷物碎片等為主的無機物便由第一篩分段完成其篩分過程。隨著破袋過程的完成，物料便進入第二篩分段繼續(xù)進行篩分，其篩下物是以廚余物為主的可腐有機物。
        風(fēng)選氣流管道從篩筒進料口處伸入，設(shè)置在篩筒內(nèi)部上方。風(fēng)速可以調(diào)整以適應(yīng)不同季節(jié)垃圾組分的變化。氣流出口設(shè)置在第一、第二篩分段的結(jié)合處，氣流的覆蓋區(qū)域只在第二篩分段，避免了大量無機灰土進入風(fēng)選物料的收集區(qū)。
        篩筒內(nèi)表面在軸向和圓周方向交錯地安裝特制的指狀破袋刀和揚料板。破袋刀和揚料板都是用強度和硬度較高的板材制成，且均為向心輻射式安裝。破袋刀和揚料板結(jié)合篩筒自身旋轉(zhuǎn)帶動物料揚升，進而在下落過程中進行破袋和篩分。
        由于第一篩分段的篩孔直徑較小，為防止篩筒第一篩分段在工作過程中發(fā)生堵塞而影響篩分效果，所以在該篩分段裝有被動旋轉(zhuǎn)清堵裝置。清堵裝置由調(diào)整機構(gòu)和清堵輪組成，清堵輪上裝有抗彎強度和韌性極高的有機高分子材料制成的清堵刷。工作前調(diào)整好清堵輪與篩筒的相對位置，使清堵刷一定長度的刷毛插入篩孔內(nèi)，當(dāng)篩筒轉(zhuǎn)動時，通過清堵刷帶動清堵輪轉(zhuǎn)動，從而達到對篩孔的清理效果。由于篩筒內(nèi)沒有主軸，加上整個設(shè)備由外罩遮擋，因此具有防堵塞、防纏繞和抑制揚塵的作用。城市生活垃圾一體化分選處理機結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1城市生活垃圾一體化分選處理機結(jié)構(gòu)

        該設(shè)備主要由機座、篩筒、破袋裝置、電機、傳動裝置、支撐裝置、清堵裝置、止推機構(gòu)、外罩、風(fēng)機、風(fēng)管、電控裝置等部分組成。機座采用槽鋼焊接，篩筒用板材組焊，筒體上有2種不同直徑的篩孔，筒體內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)料螺旋板、破袋和破碎刀、揚料板，筒體外壁焊有軸向力口強箍和徑向加強箍；篩筒后下部安置有止推機構(gòu)，以阻止篩筒軸向移動；篩筒兩端均連接支撐輪軌道，軌道采用鑄鋼材料，由2個主動支撐輪和2個從動支撐輪共同支撐；支撐輪采用鑄鋼材料，表面澆鑄尼龍，用來減小噪音和軌道的磨損；軌道和支撐輪組成摩擦傳動副。設(shè)備動力由電機提供，整個傳動系統(tǒng)由聯(lián)軸器、傳動軸、支撐座、主動支撐輪座組成；減速機、支撐輪座、支撐座及止推機構(gòu)均連接在機座上；在第一篩分段裝有清堵裝置，篩筒整體由外罩遮擋保護；出料系統(tǒng)包括第一篩分段無機物出料口、第二篩分段可降解物出料口、篩上物出料口和風(fēng)選出料口。
        3 試驗驗證
        為了驗證設(shè)備性能，對不同季節(jié)生活垃圾進行了分選試驗，試驗數(shù)據(jù)見表1。試驗所用的城市生活垃圾均來自西安市高新區(qū)垃圾轉(zhuǎn)運站，該轉(zhuǎn)運站大部分是居民生活區(qū)的垃圾，也包含了部分商業(yè)區(qū)的垃圾。由于春冬兩季的降水量較少，垃圾相對干燥，果皮的含量相當(dāng)?shù)蜕踔翛]有，導(dǎo)致塑料含量提高，而且這一部分生活垃圾中紙類物質(zhì)相對較干凈且面積較大，資源化利用價值較高，可通過篩分和氣流分選實現(xiàn)基本分離。試驗的進行是在夏秋兩季，主要集中在8～10月，該時間段降水量大，加上瓜果大量上市，垃圾含水率較高，屬于極端情況，測試垃圾含水率對設(shè)備的影響比較準確。第1、2、3次試驗垃圾的含水率為46.8%，第4、5、6次試驗垃圾的含水率為54.2%，第7、8、9次試驗垃圾的含水率為63.5%。
表1生活垃圾一體化分選處理機試驗結(jié)果
4試驗結(jié)果及分析
從表1看，第一篩分段的物料占物料總質(zhì)量的6.3%～9.6％，第二篩分段的物料占24.76％～37.58%，篩上物的物料占45.65%～65.38%，風(fēng)選的物料占2.1%～6.3%，總體與垃圾組分接
近。西安高新區(qū)的生活水平高于城區(qū)其它地方，氣化率較高，垃圾中可腐有機物和可燃物的含量較高，無機灰土的含量較少。從垃圾實際組分含量與試驗數(shù)據(jù)的比較來看，試驗中的第一篩分段數(shù)據(jù)偏高，這是由于垃圾中可腐有機物和水分含量的影響造成的。另外，風(fēng)選工序提前從篩上物中分離出部分輕質(zhì)物料，減輕了人工分揀篩上物的勞動強度。可以根據(jù)垃圾中輕質(zhì)物料的含量調(diào)整風(fēng)機風(fēng)量，提高物料的回收效率。
垃圾成分復(fù)雜，而且隨季節(jié)變化，因此，試驗只能是進行較粗的定量分析。進入設(shè)備的原生垃圾質(zhì)量由電子地磅稱量，分選后的第一篩分段篩下物、第二篩分段篩下物、篩上物和風(fēng)選物料的質(zhì)量測定是通過分別取樣檢測其密度再換算得出，加上水分的蒸發(fā)和傳送帶的散漏，數(shù)據(jù)存在一定的誤差。
通過對一體化機試驗運轉(zhuǎn)情況分析，該機在3r/min的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，處理量分別為24.5、22.0、21.5t/h；在9r/min的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，處理量分別為40.6、44.0、41.8t/h，換算為滿負荷時的處理量約為54.1、58.7、55.7t/h，符合設(shè)計處理量20～50t/h；試驗結(jié)果表明一體化機的處理量符合設(shè)計要求。
從一體化機試驗運轉(zhuǎn)情況來看，該機篩筒中的垃圾沒有發(fā)生纏繞現(xiàn)象，分選完成后篩孔基本保持通暢，垃圾含水率對設(shè)備的運行影響不大，防止纏繞和篩孔清堵機構(gòu)滿足設(shè)計要求。
目前大部分城市生活垃圾是混裝，在檢測中發(fā)現(xiàn)，可腐有機物中含有一定量的無機垃圾，無機垃圾中也含有一定量的可腐有機物，但是含量都在5%以下，說明一體化機的篩分效果較好，篩分效率較高，滿足設(shè)計要求。
5存在問題
在試驗過程中，存在部分垃圾的小包裝塑料袋沒有破開的現(xiàn)象，這主要是由于體積和質(zhì)量較大的垃圾袋在破袋刀的作用下破袋效果比較明顯，但一部分袋中袋由于體積和質(zhì)量相對較小，夾雜在已經(jīng)破袋分選后的可燃物垃圾中，破袋刀不容易接觸到垃圾包裝袋，因此影響破袋效果。
6結(jié)論
1）一體化分選設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，調(diào)節(jié)能力強，適合不同的處理規(guī)模，利于推廣應(yīng)用。
2）篩筒直徑大、轉(zhuǎn)速低、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小。
3）集破袋、破碎、篩分、風(fēng)選為一體，適應(yīng)高含水率垃圾，有效地解決了纏繞、堵塞和揚塵等難點。
4）篩分效率高、篩分效果明顯，簡化預(yù)處理工藝路線。
參考文獻略