固体废物处理课程设计

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1、课 程 设 计 任 务 书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。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：(1)原始资料垃圾主要成分见表：垃圾组分有机物无机物纸类金属塑料玻璃其他含量/%54.331.32.682.585.131.22.81有机物组分包括：食品残余、果皮、植物残余等。无机物组分包括：砖瓦、炉灰、灰土、粉尘等

2、。垃圾容重平均值为0.43吨/立方米，含水率为49.4%。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。垃圾热值：1923kJ/分选系统工作量为300吨/天，日工作时间为20小时。垃圾分选系统设计方案的分析确定；(2)设计内容及要求垃圾储料仓设计计算；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；皮带运输机计算及布置，并计算各段的长度、电机功率。编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写，包括方案的确定，设计计算、设备选型计算和有关简图等内容。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：（1）撰写课程设计说

3、明书；（2）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。目录1城市生活垃圾的分选12 垃圾分选技术及其意义13 垃圾分选设计内容24 总体设计34.1 设计依据34.2 设计方案34.3 设计计算44.3.1 分选系统的物料恒算44.3.2 垃圾储料仓44.3.3 吊车与抓斗54.3.4 磁选设备64.3.5 滚筒破碎机64.3.6 垃圾滚筒筛84.3.7 风选设备84.3.8 输送带104.4 具体计算134.4.1 分选工艺物料恒算134.4.2 垃圾储料仓154.4.3 吊车与抓斗154.4.4 磁选设备164.4.5 滚筒破碎机164.4.6 垃圾滚筒筛184.

4、4.7 风选设备194.4.8 输送带215 结束语256 参考文献261城市生活垃圾的分选垃圾的分选是指根据物质的密度、粒度、磁性、电性、光电性、摩擦性、弹性以及表面润湿性的差异，采用相应的手段将其分离的过程。分选的方法有筛分、重力分选、磁力分选、电力分选、光电分选、摩擦分选、弹性分选和浮选等。垃圾分选的目的就是将混合垃圾进行有效的分类，对垃圾成分中的不同组分进行分离，得到较为单一的组分，或是从混合垃圾中分离出某种少含量垃圾组分，有利于垃圾的回收再利用和后续处理。分选系统拣出部分可回收物资，经简单处理后进行二次加工回用。垃圾分类是垃圾减量化、无害化、资源化、产业化的最终出路。垃圾分类回收最终

5、创造的是一个无垃圾的社会，一个资源循环、永续利用的社会。2 垃圾分选技术垃圾分选技术方法可概括为人工分选和机械分选。人工分选是最早采用的分选方法，适用于废物原产地、收集站、处理中心、转运站或处置场。机械分选是利用物料的某些性质方面的差异，将其分选开。例如利用废弃物中的磁性和非磁性差别进行分离，利用粒径尺寸差别进行分离利用比重差别进行分离。根据不同性质，可以设计制造各种机械对固体废弃物进行分选2。(1) 筛分：其原理是依据固体废物的粒径不同，利用筛子将物料中小于筛孔的细粒物料透过筛面，而大于筛孔的粗粒物料留在筛面上，完成粗细物料的分离过程。(2) 重力分选：重力分选简称重选，是根据固体废物中不同

6、物质颗粒间的密度差异，在运动介质中受到重力、介质动力和机械力的作用，使颗粒群产生松散分层和迁移分离，从而得到不同密度产品的分选过程。按介质不同，固体废物的重选可分为重介质分选、跳汰分选、风力分选和摇床分选等。废弃物进行重力分选的条件：固体废物中颗粒间必须存在密度的差异；分选过程都是在运动介质中进行的；在重力、介质动力及机械力的综合作用下，使颗粒群松散并按密度分层；分好层的物料在运动介质流的推动下互相迁移，彼此分离，并获得不同密度的最终产品。(3) 风力分选：是重力分选的一种。是以空气为分选介质，在气流作用下使固体废物颗粒按密度和粒度进行分选的方法。其基本原理是气流能将较轻的物料向上带走或水平带

7、向较远的地方，而重物料则由于上升气流不能支持它们而沉降，或由于惯性在水平方向抛出较近的距离。这就是我们通常所说的竖向气流分选和水平气流分选。(4) 浮选：其原理是依据物料表面性质的差异在浮选剂的作用下，借助于气泡的浮力，从物料的悬浮液中分选物料的过程。浮选法分离与物质的密度无关，而取决于物质的表面性质。能浮出液面的物质对空气的表面亲和力比对水的表面亲和力大。颗粒能否附着在气泡上，关键在于能否最大限度地提高颗粒的表面疏水性。因此，在浮选法中首先就是考虑加入合适的浮选剂，增加物质的可浮性能。(5) 磁力分选：磁选是利用固体废物中各种物质的磁性差异在不均匀磁场中进行分选的一种处理方法。磁选有两种类型

8、：其一是传统的磁选法，即利用磁力与机械力对不同磁性颗粒的不同作用而实现的；其二是磁流体分选（MHS），利用磁流体（某种能够在磁场或磁场和电场联合作用下磁化，呈现似加重现象，对颗粒产生磁浮力作用的稳定分散液）作为分选介质，在磁场或磁场和电场的联合作用下产生“加重”作用，按固体废物各组分的磁性差异或磁性、导电性的差异，使不同组分分离，这也是一种“磁化水方法”3。3 垃圾分选设计内容(1) 垃圾分选系统设计方案的分析确定。(2) 垃圾储备仓设计计算。(3) 分选系统各部分选型计算：确定磁选机、选择性破碎机、滚筒筛、简易分选机型号和规格，并确定其主要运行参数。(4) 皮带运输机设计计算及布置，并计算各

9、段的长度、电机功率。(5) 编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写，包括方案的确定，设计计算、设备选型计算和有关简图等内容。(6) 绘制图纸。4 总体设计4.1 设计依据垃圾主要成分见表2-1：表 2-1 垃圾组分明细表垃圾组分有机物无机物纸类金属塑料玻璃其他含量/%54.331.32.682.585.131.22.81有机物组分包括：食品残余、果皮、植物残余等；无机物组分包括：砖瓦、炉灰、灰土、粉尘等；垃圾容重平均值为0.43吨/立方米，含水率为49.4%；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；垃圾热值：1923kJ/；分选系统工作量为300吨/天，日工作时间为20小时。4

10、.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；废塑料和废纸主要以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，为填埋、堆肥和焚烧作预处理5。分选工艺流程图如图2-1所示。筛下碎石、玻璃等筛上(有机物)筛下筛上垃圾接受人工手选磁选选择性破碎机简易气流分选生活垃圾滚筒筛填埋轻组分重组分燃料有机堆肥图2-1 垃圾分选工艺流程图4.3 设计计算4.3.1 分选系统的物料恒算垃圾分选系统按设计规模、每天工作时间、每个分选设备物料走向逐步计算

11、4.3.2 垃圾储料仓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。出料仓的容量应根据计划收入分选长的垃圾量、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三到七天的最大处理量。(1) 仓体容积式中：储存时间，d； 最大日处理量，t/d； 有效容积系数，在0.80.9之间； 垃圾有效密度（有效密度系数在1.11.3），t/m3。(2) 仓体尺寸计算 每个小仓的体积，m3；仓体长度，m；宽度，m；深度，m；则4.3.3 吊车与抓斗(1) 吊车 垃圾吊车的数量是根据垃圾最大日处理量来确定的。一般日处理量在300t以下的采用一台吊车，日处理量在300600t采用常用和备用

12、各一台，规模在60t以上的，要求常用吊车两台，备用一台。在吊车的参数确定后，还要确定吊车的卷起、放下、行走、横移及抓斗开关动作所用时间以确定吊车运行时间。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4555min/h.吊车共给能力由下式计算。式中；吊车供给能力，t/h； 抓斗一次抓起量，t；1小时内吊车实际运行时间，h/h；吊车运行周期，h。(2) 抓斗 桥式抓斗起重机具有机动灵活的特点，可在移动空间的任意点装卸物料。根据设计规模要求选择适当的起重设备。4.3.4 磁选设备用于固体废物分选的磁选设备就结构形式而言主要分文带式和鼓式两种。鼓式磁选机又分为皮带机 磁

13、滚筒式和独立鼓式。对城市生活垃圾简易分选系统，在经过人工手选之后，大件的磁性物质已被选出，可将磁选机设置在选择破碎机之前，基本上可将磁性物质选择出来，同时避免后续分选设备被磁铁性物质破坏。图2-2 皮带机磁滚筒式4.3.5 滚筒破碎机(1) 滚筒破碎机主要结构参数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，还与滚筒转速的大小，物料在滚筒内的摩擦系数有关。目前，滚筒直径和长度主要是按经验公式估计。滚筒长度为滚筒直径的1.52.5倍。(2) 滚筒破碎机的生产能力计算 滚筒破碎机实际生产能力为：式中；滚筒横断面装料面积，m2； 物料沿滚筒轴向的前进速

14、度，m/s； 物料散密度，t/m3，对城市生活垃圾散密度可取垃圾容重的1/2；装满稀疏，虽滚筒内提升板个数的增加而变大；当提升板为6对时，垃圾取0.41。图2-3 滚筒内断面图如图2-3所示，横断装料面积可由下式计算物料沿滚筒轴向的前进速度为：式中：物料自A提升B再跌落到底所需时间，s；物料在滚筒内每跌落一次向前所走距离，m。 物料跌落所需时间仅为：式中：n滚筒转速，r/min。 4.3.6 垃圾滚筒筛垃圾滚筒筛利用作回转运动的筒形筛体将垃圾按颗粒进行分选。工作时筒形筛体倾斜安装，倾角一般在48。其结构及设计原理同选择性破碎机类似，只是没有提升板。(1) 筛分效率和生产率 根据研究表明，垃圾滚

15、筒筛的筛分效率根据筛分图同性质的垃圾选择在85%95%之间。(2) 滚筒筛转速 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。滚筒筛临界转速为： (3) 物料在筛体内停留时间： 式中： 筛体长度，m；物料在筛体内沿轴向运动的平均速度，m/s。4.3.7 风选设备(1) 设计参数风力分选主要将低密度、空气阻力大的轻质部分（塑料、废纸等）和具有高密度、空气阻力小的重质部分分开。风力分选中气流的流动速度是重要的设计参数，确定气流流速的依据是被选物料的悬浮速度（沉降速度）。在缺乏物料悬浮速度资料的情况下，可有下面公式估算沉降末速。式中：物料重度，N/m； 经验系数，按表2-2选

16、取。表2-2 风速的经验系数物料品种颗粒大小mm值灰状011016均匀颗粒1101620细块状10202022中块状40802225(2) 风选设备 图2-5 立式风力分选机工作原理 风选设备分成水平气流风力分选机（卧式风力分选机)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。立式风力分选比机卧式风力分选机分选精度要高。本课程设计采用立式风力分选机其结构如图2-5。风选机附带的的旋风分离器根据分选物料性质，分选料率等选择适当的型号、种类及规格，确定相应的运行参数。4.3.8 输送带(1) 输送带的宽度的确定由于垃圾的密度较小和较松散，所以一般用储槽式胶

17、带输送带。胶带输送机的输送能力由下式计算：式中：输送能力； 物料在胶带的截面积，m3； 输送带运行速度，取0.3m/s； 物料的堆密度，对垃圾取0.43t/m3； 倾角系数，对有人工手选输送带应水平放置，故=1。 图2-6 物料在胶带上堆积的断面积如图2-6，对于槽形输送带上物料堆积的断面积可以近似地认为是由面积及等腰梯形所组成。面积、分别为： 式中：皮带宽度，m； 物料的堆积角，对垃圾可取45； 胶带的槽角。对倾斜的输送机，物料堆积面积随皮带的安装倾角的增加而减少，这种情况可以用倾角系数来考虑。(2) 输送带功率计算 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。转动滚筒轴功率的

18、计算公式为：式中：尾部改向滚筒功率系数； 中部改向滚筒功率系数； 传动滚筒的功率，KW；胶带空转的功率，KW；物料水平运输的功率，KW；物料垂直提升功率，KW；梨式卸料器，胶带清料器和料板所需的功率，KW；物料加速率所需功率，KW。 胶带空转的功率式中：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；胶带输送机水平投影长度，=30m；胶带运行速度，m/s。 物料水平运输功率式中：物料水平运行功率系数； 胶带输送机的输送量，t/h。 物料垂直提升功率式中：提升高度，m。因此，电动机功率为：式中：传动滚筒的功率，KW； 功率安全系数，满载启动稀疏，一般=1.0； 总传动效率，

19、对光面传动滚筒取0.08，对胶面传动滚筒，取0.90。4.4 具体计算4.4.1 分选工艺物料恒算(1) 垃圾分选厂每小时的处理量为：t/h(2) 人工分选 人工分选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。据经验，经人工手选后大约1的大块金属、0.6的玻璃、2的塑料和约0.5其他无机物质被选出，即：金属 t/h； 玻璃 t/h； 塑料 t/h； 其他 t/h；则经过人工手选可分出的垃圾有：t/h；(3) 磁选 垃圾经过磁选滚筒理论上可以分选所有的金属，则：t/h；(4) 选择性破碎机 筛上物主要是纸布革塑料部分有机物等d50mm的物质，设定留在筛上的部分有机物的含量为2

20、0%，则：t/h； 筛下物为d10mm的有机物，则：t/h； 筛下物为碎土、石渣等无机物和碎玻璃。则：t/h；(7) 废物的全过程总的质量为，则：t/h4.4.2 垃圾储料仓(1) 仓体容积m3取=1500m3(2) 仓体尺寸计算 每个小仓的体积，m3；仓体长度，m；宽度，m；深度，m；则 取=30m， =9m，=6m；=3096=1620 m3可以满足要求。4.4.3 吊车与抓斗根据垃圾最大日处理量选择吊车、抓斗，其工艺参数如表2-2所示。 抓斗一次抓起量为： t 即抓斗一次抓起量0.715t即可满足生产需求。选择一次抓起量为1250kg的抓斗。表2-3吊车工艺参数 项目 参数 设计依据 数

21、量 1台 垃圾最大日处理量 吨位 1.25t 抓斗容量 跨度 9m 储料坑跨度运行周期 143s 吊车进行各种动作的速度 实际运行时间 50min/h 供给能力 15t/h 抓斗抓起量4.4.4 磁选设备根据生产能力=15t/h及处理组分含量，选择永磁筒式磁选机其工艺参数如表2-4所示表2-4磁选机工艺参数型号规格(mmmm)槽体行式圆筒转速(r/min) 处理能力(t/h)电动机重量(kg)型号功率(KW)CTB-6126001200半逆流401020JTC-5612.2504.4.5 滚筒破碎机(1) 选型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2-5所示：(2) 计算

22、校核根据式，经验取值=60,=10横断面装料面积：m2物料跌落所需时间仅为： s s则： s 当筛体倾斜安装时，实际物料轨迹为不规则的螺旋线，该螺旋线的螺距即料跌落一次向前所走的距离，即 m 物料沿滚筒轴向的前进速度为：m/s 滚筒破碎机实际生产能力为：15t/h则所选择的破碎机能满足处理量的要求。表2-5 滚筒破碎机技术特证规格 36006700生产能力/(th-1) 170滚筒 直径m 3.6长度m 6.7倾角/度 3.5转数/(r min-1) 12筛孔尺寸/mm 50提升板高度/mm 300电动机 型号 BJQ2-72-4功率/kw 30转数/(rmin-1) 14604.4.6 垃圾

23、滚筒筛(1) 垃圾滚筒筛筛分处理量为t/h (2) 垃圾滚筒参数确定如下： 设计筛体长度5m，筛体直径1.6m，筛孔取10mm10mm，安装倾角4。 筛分效率和生产率。根据“垃圾分选机-垃圾滚筒筛”行业标准（CJ/T5013.1-95 ），筛下物粒径12mm，筛分效率80%。选取筛分效率为90%。 滚筒筛转速 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。滚筒筛临界转速为： r/min (3) 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，则取滚筒转速为12 r/min。 料在筛体内停留的时间 根据研究表明，当筛分垃圾时，要得到以上的筛分效率，停留时间应达到

24、2530s，甚至更长。所以取垃圾在滚筒内停留时间为50s，则物料在筛体内沿轴向运动的速度为： m/s 筒筛有用功率 据资料推导，筛分机有用功率为： KW实际使用时的驱动电机功率还应考虑机械传动损失。4.4.7 风选设备对本分选工艺，选用简易立式分选设备见图2-5。表2-6 部分物料密度物质塑料玻璃砖干砂有机物密度/（kgm-3）9202500184025001200(1) 气流速度确定 风力分选主要将低浓度，空气阻力大的塑料，废纸等和具有高密度的，空气阻力小的重质有机物分开。部分物料浓度如表2-6所示：轻质物料以塑料为参考，其悬浮气速为： m/s重质物料以有机物为参考，其悬浮气速为： m/s则

25、选取气流速度为6.7m/s。(2) 立式分选几何参数的确定 关于风力分选设备的计算目前尚未成熟的方法可借鉴，对于立式风选垂直段主要目的是将纸类，塑料等轻质组分通过气流输送出来，可借鉴流化床气力输送设计进行经验设计，精确的计算还需要试验有关的理论进行研究。 选择气体速度：根据气力输送设计原则确定垂直管长7m，考虑到所分选物料的不规则纸类，塑料等，选择管径100mm，设高压端气体密度为3 kg/m3，故所选气速相当于气体质量速度G=6.73=20.1kg/m2s估算固气比：垃圾风选主要去除塑料及纸类，设其堆积密度为=560kg/m3。固-气比为： 所需空气量的计算 kg/h取空气重度为kg/m3，

26、空气体积流量为：m3/h=0.276m3/min按所选管径100mm和气速，所需空气体积流量为：(m3/s)=3.156m3/min故可选用3.2 m3/min空压机一台能够满足要求。 压降计算 设管径平均绝对压力为2 kg/m2 (1kg/m2=9.8Pa)，室温为300K，则气体平均重度：kg/m3垂直管压降：kg/m3(3) 旋风分离器选择 根据气体流量3.156 m3/min 和人口风速6.7m/s，选取XLP/A-3.0旋风分离器，其允许进口风速12m/s，处理量为750m3/h。4.4.8 输送带在垃圾分选工艺中，带式输送机是主要的运输机械，它连接各个风选设备。因此，各个分选设备段

27、之间的输送带的宽度，带长，带速及输送带的安装位置需根据具体情况分别估算。物料在传送带上的堆积截面积见图2-6。(1) 输送带 带宽确定 输送带主要输送从垃圾储坑送来的经过初级篦子送入的及由输送带送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。故带速不易选择太快，选取带速为0.3m/s。 由于垃圾的密度较小和较松散，所以一般用储槽式胶带输送带。胶带输送机的输送能力由下式计算：式中：输送能力，由物料衡算知近似取15t/h； 物料在胶带的截面积，m3； 输送带运行速度，取0.3m/s； 物料的堆密度，对垃圾取0.43t/ m3； 倾角系数，对有人工手选输送带应水平放置，故=1。对于槽形输送带

28、上物料堆积的断面积可以进市的认为是由面积基等要梯形所组成。 则总面积：其中：胶带的槽角选取TD72型为20。则：由上两式求得带宽为B=1.196m，取带宽为1.1m。 电动机功率计算 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。转动滚筒轴功率的计算公式为： KWKWKW胶面传动滚筒，因此，电动机功率为：故选用Y100L-2型三相异步电动机，额定功率为。(2) 输送带 带宽的确定 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，输送带简图见图2-6。其计算方法如，由物料衡算=3.8715t/h。输送带的布置如图2-7示，倾角15，倾角系数=0.885

29、。带速取1.0m/s则输送带宽为： 求得=1.27m 取带宽为=1.2m图2-7 输送带简图电动机功率计算 已知=40m/s，=1.0m/s，=3.8715t/h，=10m，采用滚动轴承，查得=0.030，=0.0318，=8.1710-5，=1.03，=1.005，导料挡板=2.55，空段清扫器=0.23，弹环清扫器=1.5，=0.18。将以上数据带入计算式，转动滚筒轴功率为： KW电动机功率为： 故选用Y132M-4型电动机，额定功率为。(3) 输送带 带宽的确定 输送带主要用于输送由滚筒破碎机筛下物（主要为无机物、碎石、玻璃及部分有机物）送至滚筒筛。取带速为1.5m/s，输送倾角10，倾

30、角系数为0.957，由物料衡算此时输送量为10.2765t/h，计算方法同上。经计算取输送带宽仍为1.2m。 电动机功率计算 已知=20m，=1.5m/s，=11.6467t/h，=5m，采用滚动轴承，查得=0.030，=0.318，=8.1710-5，=1.08，=1.005，导料挡板=2.25，空段清扫器=0.23，弹环清扫器=1.5，=0.36。将以上数据带入计算式，转动滚筒轴功率为： KW电动机功率为 ： 故选用Y160M-4型电动机，额定功率为11KW。5 结束语 通过这次课程设计，我才明白知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为

31、只有到真正会用的时候才是真的学会了。学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中我们都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。虽然在设计过程中遇到了很多困难，但最终还是一一克服了。现在无论是材料的收集，还是论文结构的安排，CAD图的绘制，以及设计说明书的编写，都有了很大的提高，从中得到了很大的收获。在这次设计中，非常感谢老师和同学的帮助。6 参考文献1 杨慧芬编.固体废物处理及工程应用.北京：机械工业出版社，2003.8:59842 宁平主编.固体废物处理与处置M.北京：高等教育出版社，1993:63803 华振明等编.固体废物的处理和处置. 北京: 高等教育出版社.1993.104 陈昆柏编.固体废物处理与处置工程学.北京：中国环境科学出2005.12：3650第26页