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城市生活垃圾一體化分選處理機(jī)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(shí)應(yīng)考慮技術(shù)性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)資源化。前分選除了必須對(duì)垃圾中各類物料進(jìn)行有效地分選，實(shí)現(xiàn)以資源化為目的的垃圾分類外，還應(yīng)對(duì)氣體、揚(yáng)塵等收集處理，以改善工作環(huán)境，減少對(duì)環(huán)境的二次污染。所以，實(shí)現(xiàn)垃圾前分選處理工廠化和盡可能的自動(dòng)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(duì)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(jiǎn)化后續(xù)處理工藝路線，降低投資和運(yùn)行成本是當(dāng)務(wù)之急。筆者通過對(duì)我國城市生活垃圾的組成特點(diǎn)、已有垃圾處理工程項(xiàng)目的分析及對(duì)現(xiàn)有垃圾處理破袋機(jī)、破碎機(jī)、篩分機(jī)、風(fēng)選機(jī)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(jī)，并通過試驗(yàn)總結(jié)出合理的運(yùn)行參數(shù)。
        1一體化分選處理機(jī)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(jī)功率22kW；風(fēng)機(jī)電機(jī)功率0.75kW；風(fēng)機(jī)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(jī)物），Φ22mm篩孔通過率≥85%（指無機(jī)物）；破袋效率≥85%。
        2工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
        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(shí)間。篩筒使用4個(gè)支撐輪，電機(jī)帶動(dòng)篩筒一側(cè)的2個(gè)支撐輪進(jìn)行摩擦傳動(dòng)使篩筒旋轉(zhuǎn)，另外2個(gè)支撐輪起到支撐和從動(dòng)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(yùn)動(dòng)。篩筒內(nèi)設(shè)置的破袋刀、導(dǎo)料板、揚(yáng)料板等機(jī)構(gòu)使物料產(chǎn)生提升和拋散，物料在篩筒內(nèi)前進(jìn)過程中進(jìn)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(shí)風(fēng)選氣流對(duì)輕質(zhì)物料（塑料、紙張等）進(jìn)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(shí)現(xiàn)生活垃圾在同一臺(tái)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(jī)灰土；第二篩分段為Φ75mm篩孔，用來篩分可腐有機(jī)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(dòng)，破袋和篩分隨即進(jìn)行，當(dāng)破袋過程尚未完成、袋裝垃圾尚未全部拋散完畢時(shí)，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(jī)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(jìn)入第二篩分段繼續(xù)進(jìn)行篩分，其篩下物是以廚余物為主的可腐有機(jī)物。
        風(fēng)選氣流管道從篩筒進(jìn)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(jī)灰土進(jìn)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(cuò)地安裝特制的指狀破袋刀和揚(yáng)料板。破袋刀和揚(yáng)料板都是用強(qiáng)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(yáng)料板結(jié)合篩筒自身旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)物料揚(yáng)升，進(jìn)而在下落過程中進(jìn)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(dòng)旋轉(zhuǎn)清堵裝置。清堵裝置由調(diào)整機(jī)構(gòu)和清堵輪組成，清堵輪上裝有抗彎強(qiáng)度和韌性極高的有機(jī)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(duì)位置，使清堵刷一定長(zhǎng)度的刷毛插入篩孔內(nèi)，當(dāng)篩筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過清堵刷帶動(dòng)清堵輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到對(duì)篩孔的清理效果。由于篩筒內(nèi)沒有主軸，加上整個(gè)設(shè)備由外罩遮擋，因此具有防堵塞、防纏繞和抑制揚(yáng)塵的作用。城市生活垃圾一體化分選處理機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1城市生活垃圾一體化分選處理機(jī)結(jié)構(gòu)

        該設(shè)備主要由機(jī)座、篩筒、破袋裝置、電機(jī)、傳動(dòng)裝置、支撐裝置、清堵裝置、止推機(jī)構(gòu)、外罩、風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、電控裝置等部分組成。機(jī)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(yáng)料板，筒體外壁焊有軸向力口強(qiáng)箍和徑向加強(qiáng)箍；篩筒后下部安置有止推機(jī)構(gòu)，以阻止篩筒軸向移動(dòng)；篩筒兩端均連接支撐輪軌道，軌道采用鑄鋼材料，由2個(gè)主動(dòng)支撐輪和2個(gè)從動(dòng)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(dòng)副。設(shè)備動(dòng)力由電機(jī)提供，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)由聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、支撐座、主動(dòng)支撐輪座組成；減速機(jī)、支撐輪座、支撐座及止推機(jī)構(gòu)均連接在機(jī)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(hù)；出料系統(tǒng)包括第一篩分段無機(jī)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(yàn)驗(yàn)證
        為了驗(yàn)證設(shè)備性能，對(duì)不同季節(jié)生活垃圾進(jìn)行了分選試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。試驗(yàn)所用的城市生活垃圾均來自西安市高新區(qū)垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站，該轉(zhuǎn)運(yùn)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(duì)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(duì)較干凈且面積較大，資源化利用價(jià)值較高，可通過篩分和氣流分選實(shí)現(xiàn)基本分離。試驗(yàn)的進(jìn)行是在夏秋兩季，主要集中在8～10月，該時(shí)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(cè)試?yán)蕦?duì)設(shè)備的影響比較準(zhǔn)確。第1、2、3次試驗(yàn)垃圾的含水率為46.8%，第4、5、6次試驗(yàn)垃圾的含水率為54.2%，第7、8、9次試驗(yàn)垃圾的含水率為63.5%。
表1生活垃圾一體化分選處理機(jī)試驗(yàn)結(jié)果
4試驗(yàn)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(jī)物和可燃物的含量較高，無機(jī)灰土的含量較少。從垃圾實(shí)際組分含量與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較來看，試驗(yàn)中的第一篩分段數(shù)據(jù)偏高，這是由于垃圾中可腐有機(jī)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(dòng)強(qiáng)度?？梢愿鶕?jù)垃圾中輕質(zhì)物料的含量調(diào)整風(fēng)機(jī)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(yàn)只能是進(jìn)行較粗的定量分析。進(jìn)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(cè)定是通過分別取樣檢測(cè)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(duì)一體化機(jī)試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)情況分析，該機(jī)在3r/min的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，處理量分別為24.5、22.0、21.5t/h；在9r/min的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，處理量分別為40.6、44.0、41.8t/h，換算為滿負(fù)荷時(shí)的處理量約為54.1、58.7、55.7t/h，符合設(shè)計(jì)處理量20～50t/h；試驗(yàn)結(jié)果表明一體化機(jī)的處理量符合設(shè)計(jì)要求。
從一體化機(jī)試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)情況來看，該機(jī)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(duì)設(shè)備的運(yùn)行影響不大，防止纏繞和篩孔清堵機(jī)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求。
目前大部分城市生活垃圾是混裝，在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，可腐有機(jī)物中含有一定量的無機(jī)垃圾，無機(jī)垃圾中也含有一定量的可腐有機(jī)物，但是含量都在5%以下，說明一體化機(jī)的篩分效果較好，篩分效率較高，滿足設(shè)計(jì)要求。
5存在問題
在試驗(yàn)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(duì)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(jiǎn)單，制造維修方便，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，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(yùn)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(yáng)塵等難點(diǎn)。
4）篩分效率高、篩分效果明顯，簡(jiǎn)化預(yù)處理工藝路線。
參考文獻(xiàn)略