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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。分選的同時應考慮技術性、實用性和經(jīng)濟性，生活垃圾中可資源化回收利用的物質雖然很多，但從技術和經(jīng)濟角度探究，并不是每種可資源化回收利用的物質都需要實現(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務之急。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、風選機等功能的研究，研制開發(fā)出集破袋、破碎、篩分、風選于一體的分選處理機，并通過試驗總結出合理的運行參數(shù)。
        1一體化分選處理機主要技術參數(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；風機電機功率0.75kW；風機風量3091m3/h；氣流速度12m/s；質量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工作原理和結構特點
        該設備為臥式結構，傾斜安裝，安裝傾角和篩筒轉速共同調整物料在篩筒內的停留時間。篩筒使用4個支撐輪，電機帶動篩筒一側的2個支撐輪進行摩擦傳動使篩筒旋轉，另外2個支撐輪起到支撐和從動的作用。篩筒的旋轉使袋裝垃圾在篩筒內發(fā)生翻滾、摩擦、碰撞、撕扯等運動。篩筒內設置的破袋刀、導料板、揚料板等機構使物料產(chǎn)生提升和拋散，物料在篩筒內前進過程中進行破袋、剪切、分散，使物料在篩筒內保持最大限度的篩分；同時風選氣流對輕質物料（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備內的破袋、破碎、篩分和風選。
        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，在導料螺旋板和安裝傾角的共同作用下向篩筒內部移動，破袋和篩分隨即進行，當破袋過程尚未完成、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。
        風選氣流管道從篩筒進料口處伸入，設置在篩筒內部上方。風速可以調整以適應不同季節(jié)垃圾組分的變化。氣流出口設置在第一、第二篩分段的結合處，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選物料的收集區(qū)。
        篩筒內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。破袋刀和揚料板結合篩筒自身旋轉帶動物料揚升，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清堵裝置。清堵裝置由調整機構和清堵輪組成，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，當篩筒轉動時，通過清堵刷帶動清堵輪轉動，從而達到對篩孔的清理效果。由于篩筒內沒有主軸，加上整個設備由外罩遮擋，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構見圖1。

圖1城市生活垃圾一體化分選處理機結構

        該設備主要由機座、篩筒、破袋裝置、電機、傳動裝置、支撐裝置、清堵裝置、止推機構、外罩、風機、風管、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，筒體內部設有導料螺旋板、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，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、篩上物出料口和風選出料口。
        3 試驗驗證
        為了驗證設備性能，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)垃圾轉運站，該轉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?shù)蜕踔翛]有，導致塑料含量提高，而且這一部分生活垃圾中紙類物質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果
4試驗結果及分析
從表1看，第一篩分段的物料占物料總質量的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，風選工序提前從篩上物中分離出部分輕質物料，減輕了人工分揀篩上物的勞動強度?？梢愿鶕?jù)垃圾中輕質物料的含量調整風機風量，提高物料的回收效率。
垃圾成分復雜，而且隨季節(jié)變化，因此，試驗只能是進行較粗的定量分析。進入設備的原生垃圾質量由電子地磅稱量，分選后的第一篩分段篩下物、第二篩分段篩下物、篩上物和風選物料的質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情況分析，該機在3r/min的運轉狀態(tài)下，處理量分別為24.5、22.0、21.5t/h；在9r/min的運轉狀態(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，符合設計處理量20～50t/h；試驗結果表明一體化機的處理量符合設計要求。
從一體化機試驗運轉情況來看，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，垃圾含水率對設備的運行影響不大，防止纏繞和篩孔清堵機構滿足設計要求。
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結論
1）一體化分選設備結構簡單，制造維修方便，調節(jié)能力強，適合不同的處理規(guī)模，利于推廣應用。
2）篩筒直徑大、轉速低、運轉平穩(wěn)、噪聲小。
3）集破袋、破碎、篩分、風選為一體，適應高含水率垃圾，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，簡化預處理工藝路線。
參考文獻略