环境工程固废课程设计

目录

1概述 ............................................................................................................................ 1

1.1城市生活废弃物 .............................................................................................. 1 1.2垃圾分选技术 .................................................................................................. 1 2设计基础资料 ............................................................................................................ 2 3垃圾分选系统设计方案阐述 .................................................................................... 3 4设计计算 .................................................................................................................... 3

4.1垃圾分选时处理量 .......................................................................................... 3 4.2人工分选 .......................................................................................................... 3 4.3磁选 .................................................................................................................. 4 4.4选择性破碎机 .................................................................................................. 4 4.5分选 .................................................................................................................. 4 4.6滚筒筛分 .......................................................................................................... 4 4.7废物全过程的总质量 ...................................................................................... 5 4.8垃圾储料仓计算 .............................................................................................. 5

4.8.1仓体容积的计算 .................................................................................... 5 4.8.2仓体尺寸的计算 .................................................................................... 6

5分选设备选型计算 .................................................................................................... 6

5.1吊车与抓斗的设计选择 .................................................................................. 6 5.2滚筒破碎机型号的选择 .................................................................................. 7 5.3垃圾滚筒筛 ...................................................................................................... 9

5.3.1滚筒筛主要参数 .................................................................................... 9 5.3.2物料在筛体内的停留时间 .................................................................... 9 5.3.3筛筒有用功率计算 .............................................................................. 10 5.4风选设备的选择计算 .................................................................................... 10

5.4.1立式风选设备几何参数的确定 .......................................................... 10 5.4.2旋风分离器选择 .................................................................................. 12 5.5输送带 ............................................................................................................ 12

5.5.1输送带Ⅰ .............................................................................................. 12 5.5.2输送带Ⅱ .............................................................................................. 14 5.5.3输送带Ⅲ .............................................................................................. 15

参考文献 ..................................................................................................................... 17 结束语 ......................................................................................................................... 17 附图 ............................................................................................................................. 17

1概述

1.1城市生活废弃物

城市生活固体废弃物主要是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物，即城市生活垃圾，主要包括居民生活垃圾、医院垃圾、商业垃圾、建筑垃圾（又称渣土）。一般来说，城市每人每天的增圾量为1－2公斤，其多寡及成分与居民物质生活水平、习惯、废旧物资回收利用程度、市政建筑情况等有关[1]。

1.2垃圾分选技术

固体废物分选是实现固体废物资源化、减量化的重要手段，通过分选将有用的充分选出来加以利用，将有害的充分分离出来，另一种是将不同粒度级别的废弃物加以分离。

分选定基本原理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等。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。分选包括手工捡选、筛选、重力分选、磁力分选，涡电流分选、光学分选等。下面分别介绍几种分选技术[2]。

（1）筛分：筛分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。

两个过程：物料分层、细粒透筛

（2）重力分选：重力分选简称重选，是根据固体废物中不同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。

（3）浮选：浮选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

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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。

（4）磁流体分选：磁流体磁力分选是一种特殊的磁选方法。所谓磁流体是指某种能够在磁场或者磁场与电场联合作用下磁化，呈现似加重现象，对颗粒具有磁浮力作用的稳定分散液。磁流体通常采用强电解质溶液、顺磁性溶液和磁性胶体悬浮液。似加重后的磁流体密度称为视在密度。视在密度高于介质原密度数倍，介质真密度一股为1400—l600kg／m3左右，视在密度可高达21500Kg／m3。流体的视在密度可以通过改变外磁场强度、磁场梯度或电场强度任意调节。因而能对任意比重组合的物料进行有效地分选。

磁流体分选是一种重力分选和磁选原理联合作用的分选过程。物料在似加重介质中按密度差异分离，与重力分选相似；在磁场中按物料磁性差异分离，与磁选相似，因此即可以将磁性和非磁性物料分离，亦可以将非磁性物料按密度差异分离。磁流体分选法在固体废物的处理和利用中占有特殊的地位，它不仅可分选各种工业废液．而且可从城市垃圾中分选铝、铜、锌、铅等金属。

2设计基础资料

设计规模为360t/d的生活垃圾综合分选处理系统，其垃圾主要成分见表2-1：

表2-1 垃圾主要成分

垃圾组分 含量/%

有机物 无机物 纸类 金属 塑料 玻璃 其他

52.3 31.3 2.28 2.98 7.13 1.2 2.81

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0.55吨/立方米，含水率为47.8%。 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/㎏

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分选系统工作量为360吨/天，日工作时间为20小时。

3垃圾分选系统设计方案阐述

根据垃圾的组成成分、我国目前城市生活垃圾处理的现状、原生垃圾成分复杂以及劳动力资源丰富等因素，设计的垃圾分选方案主要是以机械分选为主，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，回收利用经济效益不高，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。分选工艺流程如附图1所示。

4设计计算

4.1垃圾分选时处理量

垃圾分选每小时处理量为：

Q0?Q T式中： Q—每天的垃圾处理量，Q=360t/d； T—每天的工作时间，T=20h； Q0?Q360??18th T204.2人工分选

人工手选是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%的玻璃和0.5%的其他无机物质被选出，即

金属：

q1?Q0?1.0%?18?1.0%?0.18t/h

玻璃：

q2?Q0?0.6%?18?0.6%?0.108t/h

塑料：

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q3?Q0?2.0%?18?2.0%?0.36t/h

其他：

q4?Q0?0.5%?18?0.5%?0.09t/h

则经过人工手选可分出的垃圾有：

Q1?0.18?0.108?0.36?0.09?0.738t/h

4.3磁选

垃圾经过磁选理论上可以分选出全部的金属，则磁选分选的处理量为：

Q2?Q0?1.98%?18?1.98%?0.3564t/h

4.4选择性破碎机

（1）筛上物主要是纸、布、革、塑料、部分有机物等的物质d?＞50mm，量为：

Q3?Q0?(20%?2.28%?5.13%)?18?27.41%?4.9338t/h

（2）筛下物为d?＜50mm的被破碎的无机物、有机物、玻璃及其他碎土等。

4.5分选

（1）轻组分物质主要为粉尘、塑料、纸张等，其量为：

Q4?Q0?(2.28%?5.13%)?18?7.41%?1.3388t/h

（2）重组分主要物质是有机物，其量为： Q5?Q0?20%?18?20%?3.6t/h

4.6滚筒筛分

滚筒筛分主要对选择性破碎机筛下的物质进一步分选，筛下物中主要有无机

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物、部分有机物、破碎玻璃等。选择性筛孔为10?10mm。

筛上物为dp＞10mm的有机物，垃圾量为：

Q6?Q0?32.3%?18?32.3%?5.81t4/h

筛下物为碎土、石渣等无机物和碎玻璃，其量为：

Q7?Q0?(31.3%?0.6%?2.31%)?18?34.21%?6.157t8/h

4.7废物全过程的总质量

废物全过程的总质量为：

Q总?Q1?Q2?Q4?Q5?Q6?Q7

?0.738?0.3564?1.3388?3.6?5.814?6.1578

?18.0054.8垃圾储料仓计算

垃圾储料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。储料仓的容量应根据计划收入分选厂的垃圾量、设备的操作计划等因素来决定。通常储料仓的容量可提供两天的最大处理量来计算。 4.8.1仓体容积的计算

V??Q ??式中： ?—储存时间，d； Q—最大日处理量，t/h；

?—有效容积系数，在0.8～0.9之间； ?—垃圾有效密度，在1.1～1.3之间，t/m3； 则在本设计中的仓体容积为：

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V??Q2?360??1666.67m3 ??0.8?1.2?0.45取容积V?1700m3。 4.8.2仓体尺寸的计算

每个小仓体的体积为V0, m3；长度 a， m ；宽度 b， m ；深度 c，m 。则每个仓体的容积为：

V0?abc

取a?17,b?10,c?10

V0?17?10?10?170m03 满足设计要求。

5分选设备选型计算

5.1吊车与抓斗的设计选择

垃圾吊车的台数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300t到600t的采用常用和备用各一台，规模在600t以上的要求常用2台，备用一台。在吊车的台数确定以后还要确定吊车卷起、放下、行走、横移及抓斗开关动作所需时间，以确定吊车运行周期。如果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45～55min/h。吊车供给能力由下式计算[4]。

Q?PN T式中： Q—吊车供给能力，t/h； P—抓斗一次抓起量，t； N—1h内吊车实际工作时间；

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T—吊车运行周期，h。 则抓斗一次的抓起量为：

P?Q0T?N18?14360?0.858t 50即抓斗一次抓起量为0.858t即可满足生产需求，选择一次抓起量为1000kg的抓斗。

根据垃圾最大日处理量选择吊车、抓斗，其工艺参数如表6-1所示。

表6-1 吊车工艺参数

项目 数量 吨位 跨度 运行周期 实际运行时间 供给能力

参数 2台 1t 7m 143s 50min/h 20.98t/h

设计依据 垃圾最大日处理量

抓斗容量 储料坑跨度

吊车运行各种动作的速度

抓斗抓起量

5.2滚筒破碎机型号的选择

滚筒破碎机的机身是用筛板做成的圆筒，工作时既有破碎又有筛分的作用，并能达到选分的作用。滚筒破碎机的直径和长度是最主要的结构参数，它取决于物料的多少，物料密度及粒度等，此外还与滚筒转数的大小，物料在滚筒内的摩擦系数也有密切的关系。

根据垃圾破碎比分选工艺要求选择国产滚筒破碎机，具体技术特征如表6-2。

表6-2 滚筒破碎机技术参数

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规格 生产能力/（t/h） 滚筒直径/m 滚筒长度/m 滚筒倾角/度 滚筒转数/（r/min）

参数 80-120 3 6 5 12

规格 筛孔尺寸/mm 提升板高度/mm 电动机型号 电动机功率/kw 转数/(r/min)

参数 50 300 BJO2-74-2

30 1460

计算校核：

?R根据式S?装料面积为：

??2??r??????22??及表6-1，取经验值??60?，??10?，横断面

2??1.5 S?2??????12?????3182??1.74m2 2?物料跌落所需时间为： T?t1?t2 t1?180?2?180?2?60??1.67s 3n3?12 t2?4R?sin(90???)·cos(90?-?)?0.59s

则 T?t1?t2?2.26s

当筛提倾斜安装时，实际物料轨迹为不规则的螺旋线，该螺旋线即为物料跌落一次向前所走的距离，即

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l?4Rsin2(90???)cos(90???)ta?n

?4?1.5?sin2(90??60?)cos(90??60?)tan5??0.111m5 物料沿滚筒轴向的前进速度为： v?l0.1115??0.04935m/s T2.26滚筒破碎机的实际生产能力为：

Q?3600Sv?K?3600?1.74?0.04935?0.45?0.41?28.52t/h＞18t/h

2则选择的破碎机能满足处理量的要求。

5.3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粒度进行分级，工作时筒形筛体倾斜，倾角一般在4°到8°。垃圾滚筒筛分处理量为：

Q6?Q7?5.814?6.1578?11.9718t/h 5.3.1滚筒筛主要参数

设计筛体的长度为5m,筛体直径为1.6m,筛孔取10×10mm,安装倾角为4°。 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%。通常为了获得较好的筛分效率，应使得物料在筛体内做较大的翻动。滚筒筛临界转速为：

nc?30g309.81 ???33.64?34r/min?R3.140.8根据实验表明，垃圾滚筒筛回转速度一般为临界转速的30%到60%较为理想，则取滚筒筛的转速为12r/min。 5.3.2物料在筛体内的停留时间

根据研究表明当筛分垃圾时，要获得75%以上的筛分效率时，停留时间应达到25-30s,甚至更长。所以取垃圾的停留时间为50s，则物料在筛体内沿轴向运动的平均速度为：

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v?L??5?0.1m/s 505.3.3筛筒有用功率计算

根据资料推到，筛分机有用功率为：

L?Rg9?8cos2(90???)N?8sin2(90???)tan??45??24?3.14?0.8?9.81?(9?8?cos30?) ??59.52kw 28?sin30??tan4??45 实际使用时的驱动电机功率还要考虑机械传动损失。

5.4风选设备的选择计算

对本分选工艺，选择简易立式分选设备。

风力分选主要是将低密度、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。部分物料密度如表6-3所示。

表6-3 部分物料密度 物质 密度(kg/m3)

轻质物料以塑料为参考，其悬浮气速为： v0?塑料 920

玻璃 2500

砖 1840

干砂 2500

有机物 1200

?100?s?22?920?6.67m/s 100重质物料以有机物为参考，其悬浮气速为： v0??100?s?22?1200?7.62m/s 1000则选取气流速度为6.7m/s。 5.4.1立式风选设备几何参数的确定

关于风力分选设备的设计计算目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，精确的计算还需要实验以及有关的理论进行研究。

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（1）气体速度选择

根据气力输送设计原则确定垂直管段长7m，考虑到所分选的物料为不规则纸类和塑料，选择管径为100mm。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?20.1kg/m3?s。

（2）估算气-固比

垃圾分选主要是去除塑料及纸类，设其堆积密度为?s?560kg/m3。 气-固比为：

??? m?227??s??G?（3）所需空气量计算 Gt?0.38?L?0.75?560??227???20.1??0.38?7?0.75?186.7

Q41.3388?1000??7.1709kg/h m186.7取空气重量为?f?1.25kg/m3，则空气体积流量为：

Qk?Gt?f?7.17 ?5.736m3/h?0.0956m3/min1.25按所选管径100mm和气速，所需空气体积流量为： Qk?v??4?Dt?6.7?23.14?0.1?0.1?0.052m63/s?3.156m3/min 4故可选用3.2m3/min空气压缩机一台能够满足要求。 （4）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：

?q?MP29?2??2.355kg/m2 RT0.0821?300垂直管压降为：

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?p?2m?qH?2?18.67?2.35?57?615.55kg/m2 5.4.2旋风分离器选择

根据气体流量3.156m3/min和入口风速6.7m/s，选择XLP/A-3.0旋风分离器，其允许进口风速为12m/s，处理量为750m3/h。

5.5输送带

在垃圾分选工艺中，带式输送机是主要懂得运输机械，它连接各个分选设备。因此，各分选设备之间的输送带带宽、带长、带速及输送带的安装位置需根据具体情况分别估算。 5.5.1输送带Ⅰ

（1）带宽的确定

输送带Ⅰ主要输送垃圾从垃圾坑送来经过初级筛子送入的由输送带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。故带速不宜过快，选取带速为0.3m/s。

由于垃圾的密度较小和交松散，所以一般用槽式胶带输送机。槽式胶带输送机的输送能力有下式计算。

Q?360F0bv?c

式中： Q—输送能力，由物料横算知近似取18t/h； Fb—物料在胶带上的截面积，m2； v—输送带运行速度，取0.3m/s； ?—物料的堆密度，对垃圾取0.45t/m3；

c—倾角系数，对有人工手选输送带水平放置，故c?1。

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图6-1 物料在胶带上的堆积面积 对于槽形输送机上物料堆积的断面面积为： Fb?F1?F2?0.08?3.14? 22??sin(2?45?)?B?tg20???sin245??4?其中，胶带的槽角?选取TD72型为20°。 则

18?3600?0.2514?0.1531?B2?0.3?0.45?1 得带宽为：B?1.183m取带宽为1.2m。 （2）电动机功率的计算

在确定胶带输送机的电动功率以前，首先要计算传动滚筒的轴功率。传动滚筒轴功率的计算公式为：

N0?k3k4?N1?N2?N3???k5v?k8? N1?k1Lhv?0.0318?20?0.3?0.1908kw N2?k2?Q?Lh?5.45?10?5?10?20?0.0109kw N3?0

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??

N0?1.5?1.05??0.1908?0.0109???1.4?1.5?0.23?2.25??0.3?0.1?0.45?1.9766kw胶带传动滚筒??0.90，因此电动机功率为：

N01.9766?2.196KW 0.9 N?k??故选用Y100L-2型三相异步电动机，额定功率为3.0KW。 5.5.2输送带Ⅱ

（1）带宽的确定

输送带Ⅱ主要用于输送由滚筒破碎机筛上物至分选设备。由物料横算，此时的输送量Q?4.9338th。输送带布置如图6-2所示，倾角为15°，倾角系数c为0.885。带速为1.0m/s，则输送带带宽为：

4.9338?3600?0.2514?0.1531?B2?1.0?0.45?0.885

B?1.272m6??取带宽为1.28m。

图6-2 输送带简图

（2）电动机功率计算

已知Lh?40m,v?1.0m/s,Q?4.9338t/h,H?10m。采用滚动轴承，查得

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??0.030,k1?0.0318,k2?8.17?10?5,k3?1.03,k4?1.005，倒料挡板k5?2.25，空

段清扫器k6?0.23，弹换3清扫器k7?1.5,k8?0.18。将以上数据带入计算式，传动滚筒轴功率为：

N0?0.0318?40?1.0?8.17?10?5?4.9338?40?0.00273?5.7561?10?1.03?1.005? ?2.25?0.23?1.5??1.0?0.18?0.45?5.56kw

电动机功率为： N?kN0?1.0?5.56?6.178kw 0.9???故选用Y132M-4型电动机，额定功率为7.5KW。 5.5.3输送带Ⅲ

（1）带宽的确定

输送带Ⅲ主要用于输送自然滚筒破碎机筛下物送至滚筒。取带速为1.5m/s,输送倾角为10°，倾角系数为0.957，由物料横算得此时的输送量为11.9718t/h。则输送带宽为：

11.9718?3600?0.2514?0.1531B2?1.0?0.45?0.957B?1.262m??

取带宽为1.27m。 （2）电动机功率计算

取Lh?20m,v?1.5m/s,Q?11.9718t/h,H?5m。采用滚动轴承，查得

??0.030,k1?0.0318,k2?8.17?10?5,k3?1.08,k4?1.005 ，倒料挡板k5?2.25，

空段清扫器k6?0.23，弹环清扫器k7?1.5，k8?0.36。将以上数据带入计算式，传动滚筒轴功率为：

N0?0.0318?20?1.5?8.17?10?5?11.9718?20?0.00273?13.9671?5?1.08?1.005?

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??

?2.25?0.23?1.5??1.5?0.36?0.45?7.4kw

电动机的功率为： N?kN0?1.0?7.4?8.22kw 0.9?故选用Y160M-4型电动机，额定功率为11KW。

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参考文献

[1] 宁平主编.固体废物处理与处置.北京：高等教育出版社，2007.1：63 [2] 赵勇胜，董军，洪梅等编.北京：化学工业出版社，2009.1：23 [3] 芈振明等编.固体废物处理与处置.北京：高等教育出版社，1993

[4] 聂永丰主编.三废处理工程技术手册—固体废物卷.北京：化学工业出版社， 2001.1

结束语

一转眼，两个星期过去了。说起这两个星期的课程设计，我认为最重要的就是做好设计的预习，认真的研究老师给的题目，认真理解老师所传达给我们的信息，因为只有都明白了，做起设计就会事半功倍。在这两周来，通过这次课程设计，自己对生活垃圾综合分选处理系统设计都有了更深的了解，并且真正的将自己所学的知识得到了运用，通过理论知识和实际运用的结合，从而真正的掌握知识。

再次感谢老师的辛苦辅导以及同学的帮助，是他们让我有了一个更好的认识，课程设计时间虽然结束了，但我学习了很多的东西，相信在以后的道路上，我所学的东西会让我获益匪浅。

附图

附图1：垃圾综合分选流程图 附图2：滚筒破碎筛布置剖面图

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/si1g.html