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固体废物课程设计

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2020年4月19日
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固体废弃物课程设计

系别：环境工程
班号：01010101XX
姓名:XXX
1.序论
1.1 设计目的和意义
(1)经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理系统的设计方案，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。

1.2 生活垃圾分选技术及发展现状
生活垃圾的综合利用已经成为垃圾处理的发展方向。对垃圾进行分选是垃圾综合利用的前提。垃圾分选设备的研究已列为国家重点项目之一。
当前，生活垃圾越来越多，处理越来越困难。垃圾处理方式中，传统的直接填埋方式对土地占用大，垃圾填埋场一般设置在农村，占用大量农田。采用传统的直接填埋方式，不但浪费了垃圾中含有的大量可回收物质，而且容易对环境造成影响。现在推广实行的卫生填埋由于环境影响控制的需要，其投资成本为传统堆埋的5 倍，运行成本则为3 倍。随着社会的发展，生活垃圾的综合处理就得到越来越多的关注。生活垃圾中含有多种成分，很大一部分能够回收再利用。由于处理困难，这部分有用的物质一般都没有得到有效利用。
随着中国改革开放的进一步深入，经济发展越来越快，生活节奏加快，人们产生的生活垃圾也越来越多。改革开放20余年，中国的城市垃圾的产生量年增长一直在10%左右。
垃圾成份也越来越复杂，也越来越难处理。上世纪九十年代中国就有人提出垃圾进行综合利用，可是由于当时技术不太成熟，而且没有得到的足够重视，资金严重不足，因此直到现在，生活垃圾的处理也是在焚烧和填埋上设备研究比较多，对垃圾分选研设备究比较少。
垃圾分选机研究的目的，就是将混合垃圾进行有效的分类，对某垃圾成分中的少量杂质进行分离，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。
当前国内大部分使用的垃圾分选设备都是由国外进口。虽然国内也有人对此进行过研究，但多数都停留在理论阶段，很少有实际应用。随着大众对环境的重视，作为垃圾资源化的重要设备，生活垃圾分选设备的研究会越来越受到人们重视，在中国的应用也会越来越广。
为了对生活垃圾分选设备有更深了解，现在介绍几种国外的垃圾分选设备，对国外的垃圾分选设备的发展概况有进一步了解。
1.滚筒筛结构的SM318 E型滚筒筛式垃圾分选机
该设备由德国DOPPSTADT 公司生产。DOPPSTADT 公司是一家专门生产垃圾处理设备的公司。SM318 E型垃圾分选机滚筒长度5000 mm，滚筒直径1800 mm，采用11kW 电机5。该设备采用模块化设计，机器维修方便，部件更换简单。结构组成有以下几部分。
底座：有六根高度能够调节的支撑腿（便于运输，安装地点适应性号，平衡性易调节），筛鼓镶板开有侧门，有前侧镶板，前后滑轮及筛鼓移动导向轮。
动力部分：配备带有事故急停开关和安全开关电动接线箱的电机，可无极调节的液压泵控制液压系统和清理刷，调节阀启动清理刷汽缸，液压油缸配有整套的过虑和电冷却系统，筛鼓驱动机械调整装置，据负载大小改变的喂料控制装置，筛鼓过载，振动喂料带停止振动喂料，恢复正常后再行喂料。
喂料箱：配有可根据负载控制喂料的振动带，喂料口面积3200 x 1800 mm高度3200mm，喂料量为3.5m3，液压传送平台设计独立，并从前一直嵌入到振动喂料器，振动喂料器则延伸到筛鼓内部5。拆换筛鼓时能够将整个喂料器液压提升。
清洗刷：有支撑装置和刷体（刷架、刷轴和调节装置）。
2.圆盘筛结构的EuRec?-D.S.K. 型盘筛垃圾分选机
该设备由德国EuRec公司生产6。该机可根据当地的具体情况，单独使用或作为整套筛分设备的一部分使用。可为固定式，也可为移动式，可适用各种型号的电机或内燃机驱动组。
分选机传送带及转轴上的每一个驱动组采用净流体驱动。这里没有用到链和齿轮，因为能耗较高。扭矩是直接传给转轴的，这就减轻了单轴、联轴器和轴承的负担。当过载或两根轴的某一根卡住时，能够单独停转。随着新型加硬筛盘的设计，筛盘的使用寿命增长客观。
筛盘的布置方式使得进入的物料能够充分旋转并完全分散，同时物料还有向上的运动。圆盘的这种设计使得向上运动的能量用于分离过程。很短的筛面就可有较大的产量。像传统的设备，用间隔套管来保持筛盘之间的距离，这里用的是双锥体系统专利技术。如果垃圾中有长?或者录像带等缠绕在锥系上，会在锥的细端脱落，并被相对轴上的筛盘扯碎。这是由双锥体系统的旋转和设计来实现的。
盘筛分选机的清理装置是耙式结构，由3个可移动耙齿组成。当物料突然堵在轴间时，耙齿可下降进行清理。耙齿亦可作水平方向的前后运动。这就减少了粘性、潮湿物料的堆积，减轻长物料的缠绕。利用这种自净系统，盘筛能够分类较难分离的物料（比如下脚料垃圾），而且产量大，分离效果相当好。
采用风筛的WS 720 E TAIFUN 型固定风筛垃圾分选
该设备由德国DOPPSTADT公司生产7。本机用来清理掉堆肥产品或堆肥原料垃圾以及建筑垃圾中的轻质杂质。给料装置设计成振动输送带，利用其振动可使轻重物料分层，纵向鼓风机鼓风使轻质物浮于重质物上，有助于后续分选工作的继续进行。能够经过调整鼓风机的速度，适合不同的分选目的对于特别难分选的物料，比如水分含量过高时，能够调整振动滚来改进分选效果。垂直气流把轻物料集中起来，经过筛分室送到机器旁的收集箱内。
风筛的设计基于空气的压缩过程，由于分离物不需经过专门管道，而直接排出，因此操作安全性好。特别是在处理湿重物料时，就消除了风管的堵塞和风机的过载问题。两块机械挡板可根据物料的差异进行风向的调整。
为减少灰尘，风筛实现了空气的循环。轻质物料卸载后，含尘空气被吸回机器内，就可免去了单独的除尘设备。侧门较大，容易进入，采用中央润滑，维护方便。控制部分比较集中，机器操作安全可靠。
采用磁力分选的列式非铁金属垃圾分选机
该设备由日本SHINKO ELECTRIC 公司生产8。其特点是：列式电机和振动喂料保证了分选的高效性；大负荷及长时间工作仍具高可靠性；结构简单紧凑。本机型能够有效地将铝、铜及其它非铁金属从混合垃圾中分离出来
结论
本文介绍了几种国外的垃圾分选设备。从资料能够看出，当前国外（特别是德国和日本）的垃圾分选机技术已经相当成熟。当前垃圾分选机械主要是筛分机和磁选机，分别是按物料尺寸和磁特性进行工作的，将垃圾物料进行分类回收利用。
滚筒筛的效率较高，适合不同尺寸物料的分离，但需要拆换筛面。而圆盘筛就可避免拆换的麻烦，能够经过调节圆盘轴之间的距离适应不同尺寸物料的分离，且具有自净能力，无须另外的清理装置，因此可能是今后的一个发展方向，圆盘筛在垃圾分选中的应用会越来越广泛。再就是风选设备，也是一种很重要的分选器，可经过风速调节，实现不同密度垃圾物料的分离，对某些轻质物料的分离非常适用。
磁选机械工作原理比较简单，利用金属的磁特性工作，可是在分选过程中的布置却非常关键，合理的布置分选设备，能够使分选达到事半功倍的效果。
除了筛分机和磁选机外，其它一些设备也开始在垃圾分选中使用。如红外线技术和近红外技术分选玻璃瓶和塑料瓶。
总之，随着社会进步和经济的发展，垃圾资源化会越来越受到人们重视，垃圾分选设备的研究也会越来越深入，垃圾分类也会越细化，以便更好的回收利用。比如对塑料按类型分类，玻璃能够按颜色分类等等。实现这种超细化分类的机械可能就涉及到光选设备和电选设备了。随着人类社会的进步和可持续发展观念的深入人心，超细化分类必将成为未来生活垃圾处理的发展方向，我们也迫切需要在垃圾机械化处理方面实现新的突破。
1.3 设计内容
垃圾分选系统设计方案的分析确定。
垃圾储料仓设计计算。
分析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，点击功率。
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。课程设计说明书应有封面,目录，前言，正文，小结及参考文献等部分，文字应简明，通顺，内容正确，完整，装订成册。
图纸
a.垃圾分选系统工艺流程及高程图一张。流程图按比例绘制，标出设备、管件编号及标高，并附明细表。
b.分选系统平面、剖面布置图1～2张，图中设备、管件标注编号，图纸按比例绘制，能够表明建筑外形和主要结构形式。在平面布置图中有方位标志。
2.设计计算
2.1 设计依据
设计规模250t/d的某城市生活垃圾分选系统，垃圾主要成分见表1-1.
表2-1 垃圾成分设计参数取值
垃圾组分
有机物
无机物
纸类
金属
塑料
玻璃
其它
含量%
54.3
31.3
2.68
2.58
5.13
1.2
2.81
有机物组分包括：食品残余等、果皮、植物残余等。
无机物组分包括：砖瓦、炉灰、灰土、粉尘等。
垃圾容量平均值为0.43t/m3,换水率为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/kg。
分选系统工作量为250t/d；日工作时间为10h。
2.2 设计方案
本次课程设计确定工艺从中国当前城市生活垃圾处理现状出发，考虑到原生垃圾成分复杂，劳动力资源又丰富，采用机械为主，辅以人工粗选的方法；废塑料和废纸主要为塑料袋和卫生间废纸，回收利用经济效率不高。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，以分选产物作为填埋、堆肥和焚烧为目的。分选工艺流程如图1-1所示。

图2-1 垃圾分选工艺流程

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。
2.3 相关计算
2.3.1垃圾分选工艺流程
垃圾综合简易分选工艺流程见图1-1。
2.3.2分选工艺物料恒算
(1) 垃圾分选厂每小时的处理量为

式中 每天的垃圾处理量，=250t/d;
每天的工作时间，=20h。
（t/h)
(2) 人工分选 人工手选去除垃圾中的大块金属、0.6%玻璃和约0.5%其它无机物质被选出，即
金属
玻璃
塑料
其它
则经过人工手选可分株的垃圾有
=0.125+0.075+0.24+0.0625=0.5025(t/h)
(3) 磁选 垃圾经过磁选滚筒理论上能够分选所有的金属。

(4)选择性破碎机
a.筛上物主要是纸、布、革、塑料、部分有机物等的物质

b.筛下物为的被破碎的无机物、无机物、玻璃及其它碎土等。
(5)风选
a.轻组分主要为粉尘、塑料纸张等。

b.重组分主要是有机物。

(6)滚筒筛分 滚筒筛分主要对选择性破碎机筛下物进行进一步分选，筛下物中主要有无机物、部分有机物、碎玻璃等。选择筛孔为10mm.
筛上为的有机物。
（t/h)
筛下物为碎土、石渣等无机物和碎玻璃。

(7)废物的全过程总的质量为

2.3.3垃圾储料仓
(1)仓体容积

取
(2)仓体尺寸计算 每个小仓的体积V0,m3;长度a,m;宽度b,m;深度c,m。
则 V0=abc
取 a=30m, b=10m, c=7m;
V0=30×10×7=2100（m3)> m3
能够满足要求。
2.3.4吊车、抓斗的选择
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
表2-2 吊车工艺参数
项目
参数
设计依据
项目
参数
设计依据
数量
吨位
跨度
1台
1.25t
7m
垃圾最大日处理量
抓斗容量
储料坑跨度
运行周期
实际运行时间
供给能力
143s
50min/h
10t/h
吊车运行各种动作的速度

抓斗抓起量

抓斗一次抓起量为

即抓斗一次抓起量0.5958t即可满足生产需求。选择一次抓起量为1250kg的抓斗。
2.3.5 磁选设备的选择
经过人工分选后进入磁选机进行分选的垃圾量为

已知垃圾的含水率为49.4%，根据以上数据选择CTB-69永磁筒式磁选机，其主要技术参数如表2.3所示。
表2-3 CTB-69永磁筒式磁选机主要技术参数
磁选机的规格型号
CTB-69
圆筒转速(r/min)
40
规格
φ600×900
电动机规格型号
Y90L-4
槽体行式
半逆流
电机功率（kw）
1.5
磁场强度（oe）
1450
给料粒度(mm)
0～0.2
生产能力(t/h)
8～15
机重(kg)
910

2.3.6滚筒破碎机选择
(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2-4.

表2-4 滚筒破碎机技术特征
规格

3000×6000
规格

3000×6000
生产能力/(t/h)
滚筒

直径/m
长度/m
倾角/度
转数/(r/min)
80～120
3
6
3
12
筛孔尺寸/min
提升板高度/min
电动机

型号
功率/kw
转数/(r/min)
50
300
BJO2-72-4
30
1460

图2.2 滚筒内断面示意图
(2)计算校核 根据式，取经验值，横断面装料面积为

物料跌落所需时间为
T=t1+t2

(s)
则
当筛体倾斜安装时，实际物料轨迹为不规则的螺旋线，该螺旋线的螺距即物料跌落一次向前所走的距离，即

物料沿滚筒轴向前的前进速度v为

滚筒破碎机实际生产能力为

则所选择的破碎机能满足处理量的要求。
2.3.7垃圾滚筒筛
垃圾滚筒筛筛分处理量为
滚筒筛主要参数确定如下。
(1)设计筛体长度4m，筛体直径1.6m，筛孔取10mm×10mm，安装倾角40。
(2)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%。
(3)滚筒筛转速 一般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nc为

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，则取滚筒筛转速为12r/min。
料在筛体内的停留时间 根据研究表明，当筛分垃圾时，要得到75%以上的筛分效率，停留时间应达到25～30s,甚至更长。因此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平均速度为

b.筒筛有用功率 据资料推导，筛分机有用功率为 取600

实际使用的驱动电动功率还应考虑机械传动损失。
2.3.8风选设备
对本风选工艺，选用简易立式风选设备
气流速度确定 风力分选主要将低密度、空气阻力大的塑料、废纸等和具有高密度、空气阻力小的重质有机物分开。部分物料密度如表2-5。
表2-5 部分物料密度
物质
塑料
玻璃
砖
干砂
有机物
密度/(kg/m3）
920
2500
1840
2500
1200
轻质物料以塑料为参考，其悬浮气速为

重质物料以有机物为参考，其悬浮气速为

则选取气流速度为6.7m/s。
立式风选几何参数的确定 关于风力分选设备的计算设计计算当前尚无成熟的方法可借鉴，对于立式分选垂直段主要目的是将纸类、塑料等轻质组分经过气流输送出来，可借鉴流化床气力输送设计进行经验设计，精确的计算还需要实验及有关的理论进行研究。
a.选择气体速度 根据气力输送设计原则确定垂直段管长7m，考虑所分选物料为不规则纸类、塑料等，选择管径。设高压端气体密度为3kg/m3,故所选气速相当于气体质量速度G=6.7×3=20.1（kg/m2·s)。
b.估算气-固比 垃圾分选主要去除塑料及纸类，设其堆积密度为。
气-固比为
c.所需空气量计算

取空气重度为1.25kg/m3,则空气体积流量为

按所选管径100mm和气速，所需空气体积流量为

故可选用3.2m3/min空压机一台能够满足要求。
d.压降计算 设管内平均绝对压力为2kg/m2(1kg/m2=9.8Pa)，室温为300K，则气体平均重度为

垂直管压降

(3)旋风分离器选择 根据气体流量3.156m3/min和入口风速6.7m/s,选取XLP/A-3.0型旋风分离器，其允许进口风速12m/s,处理量750m3/h。
2.3.9输送带
在垃圾分选工艺中，带式输送机是主要的运输机械，它连接各个分选设备。因此，各分选设备段之间的输送带带宽、带长、带速及输送带的安装位置需根据具体情况分别估算。
输送带
a 带宽确定 输送带主要输送从垃圾储坑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。故带速不宜选择过快，选取带速为0.3m/s。
由于垃圾的密度较小和较松散，因此一般用槽式胶带输送带。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12.5t/h；
物料在胶带的截面积，；
输送带运行速度，取0.3m/s；
物料的堆密度，对垃圾取0.45t/;
c 倾角系数。对有人工手选输送带应水平放置，故c=1

图2.3 物料在胶带上堆积的断面积
对于槽型输送带上物料堆积的断面积为

其中，胶带的槽角选取型为。
则

则带宽为：=1.21（m），取带宽为1.2m。
b 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（式中参数数据取自文献）为

胶面传动滚筒=0.90，因此，电动机功率为

故选用型三相异步电动机，额定功率为0.3。
(2) 输送带Ⅱ
a 带宽的确定 输送带Ⅱ主要用于输送有滚筒破碎机筛上物（只要为废纸、塑料及部分有机物）至风选设备。其计算方法如(1)，由物料衡算，此时输送量=2.581t/h。倾角，倾角系数c取0.885。带速取1.0m/s，则输送带带宽为

=1.27(m)
取带宽为1.3m。
b 电动机功率计算 已知采用滚动轴承，查得=0.030，，导料挡板，空段清扫器，弹换清扫器，。将以上各数据带入计算式，转动滚筒轴功率为

电动机功率为
故选用型电动机，额定功率为7.5。
(3)输送带Ⅲ
a 宽度确定

图2.4 输送带简图
输送带Ⅲ主要用于输送自滚筒破碎机筛下物（主要为无机物、碎石渣、玻璃及部分有机物）送至滚筒筛。取带速为 1.5m/s，输送倾角，倾角系数为0.957，由物料衡算此时输送量为8.566t/h，计算方法同上。经计算去输送带宽为1.3m。
b 电动机功率计算
取采用滚动轴承，查得=0.030，，导料挡板，空段清扫器，弹换清扫器，。将以上各数据带入计算式，转动滚筒轴功率为

电动机功率为

故选用型电动机，额定功率为11。
3 可行性分析
根据已知垃圾的垃圾组成和含量，以及处理系统的工作量，设计方案采用了生活垃圾简易处理方法。从理论上讲，对于经过人工手选的垃圾，原先的大块金属、塑料、玻璃品、建筑材料等能够被有效的除去，之后剩余的金属能够利用磁选技术经过合适型号的磁选机有效的被选出，再经过选择性破碎机将d>50mm未被破碎和d<50mm被破碎的物质分开，这个也是能够达到的。筛上物质主要是纸、布、革、塑料及部分有机物等，其中有些是重质组分有些是轻质组分，符合重力分选的要求，采用风选技术较为合适，最终选出的效果也比较好。筛下部分主要是无机物和剩下的有机物，碎玻璃等，能够经过滚筒筛将d<50mm被破碎的物质继续筛分成d>10mm和d<10mm两部分，这对于技术比较成熟的筛分也是能够达到的。从技术角度看，所设计的分选工艺流程是能够满足对于处理量和处理效果的要求的。
4 结束语
4.1 设计总计
本次课程设计我的题目是生活垃圾综合分选处理系统设计（250t/d），经过对垃圾成分及含量的分析，我设计的分选工艺采用了生活垃圾简易处理方法，以达到使垃圾资源化的目的。该工艺的特点是流程比较简单设备较为常见，而且经过计算校核，理论上能够满足垃圾处理量和分选效果的要求，达到垃圾资源化的目的。但其缺陷在于设计依靠的是大量的文献资料，缺乏实际的实验或者是生产实践验证，因此满意确定在实际中是否也能够满足要求，另外没有考虑设备的费用和处理成本等经济问题，只是从理论技术水平上考虑方案的可行性，不能够保证设计方案最优化。我想，在以后的设计中，我会更加注重考虑影响设计方案的各种因素，争取使自己的设计达到最优化，符合理论和实际的要求。
4.2 个人感想
程设计的。同时我也为我自己所付出的努力所带来的收获感到高兴，这是我第二次做课程设计，我积累了很多宝贵的经验，这也为我将来从课事这门行业打下了坚实的基础。
这次课程设计也让我看到了团队合作的重要性，我们几个同学经常在一起讨论计算过程，设计工艺流程比单干确实省了很多时间。
在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过类生存生活永恒不变的话题。虽然这只是一次的极简单的课程制作（生活垃圾综合分选处理系统设计），可是平心而论，也耗费了我们不少的心血，这就让我不得不佩服专，也曾经仿真成功而热情高涨。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人门搞单片机开发的技术前辈，才意识到老一辈对我们社会的付出，为了人们的生活更美好，她们为我们社会所付出多少心血啊。
经过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计我们确实很辛苦这次课程设计历时一个星期左右，经过这一个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。，但苦中仍有乐，和团队人员这十几天的一起工作的日子，让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的实习，我感觉我和同学们之间的距离更加近了。这个工程确实很累，但当我们仿真实验成功的时候，当我们连好线，按下按钮，LED亮了起来，喇叭响起的是我一生以来最好听的声音，我们的心中就不免兴奋，不免激动。以前种种艰辛这时就变成了最甜美的回忆！
对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆

参考文献
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