固废课程设计

前言

随着我国城市化进程的加快和城市规模的扩大以及居民生活水平的不断提高，生活垃圾产生量与日俱增，成分更加复杂。由于生活垃圾中有机物含量高、成分复杂，任意堆放或处理不当，都会对周围的大气、水体、土壤环境及景观造成严重污染，因此探讨适宜的垃圾处理方法和管理对策就成为了人们极为关注和亟待解决的重大环保问题之一。

生活垃圾在处理前，首先要对垃圾进行分选，因此，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。

垃圾增多的原因是人们生活水平的提高、各项消费增加了。据统计，1979年全国城市垃圾的清运量是2500多万吨，1996年城市垃圾的清运费是1.16元/吨，是1979年的4倍。经过高温焚化后的垃圾虽然不会占用大量的土地，但它投资惊人，难道我们对待垃圾就束手无策了吗？办法是有的，这就是垃圾分类。垃圾分类就是在源头将垃圾分类投放，并通过分类的清运和回收使之重新变成资源。垃圾分类的好处是显而易见的。垃圾分类后被送到工厂而不是填埋场，既省下了土地，又避免了填埋或焚烧所产生的污染，还可以变废为宝。这场人与垃圾的战役中，人们把垃圾从敌人变成了朋友，做到人与自然的和谐。垃圾分类对于城市的规划也是起到重要的促进作用，在合理的分配垃圾下，可是使污染程度有效的降低，并且在回收以及重塑的方面也会对社会以及企业有着充分的益处。

目录

1 固体废物处理与处置课程设计任务 (1)

1.1课程设计的题目 (1)

1.2课程设计的目的 (1)

1.3设计原始资料 (1)

1.4设计内容和要求 (1)

2分选工艺物料衡算 (3)

2.1工艺流程图 (3)

2.2 垃圾分选厂每小时的处理量 (3)

2.3 人工分选 (3)

2.4 磁选 (3)

2.5 选择性破碎机 (4)

2.6 风选 (4)

2.7 滚筒筛分 (4)

2.8 废物全过程总的质量 (4)

3垃圾储仓计算 (5)

3.1 仓体容积 (5)

3.2 仓体尺寸的计算 (5)

4 分选设备选型 (6)

4.1 吊车、抓斗的设计选择 (6)

4.2 磁选设备的选择 (6)

4.3 滚筒破碎机的选择 (7)

4.3.1 选型 (7)

4.3.2 计算校核 (7)

4.4 垃圾滚筒筛 (8)

4.4.1 滚筒筛的主要参数 (8)

4.4.2 料在筛体内的停留时间 (8)

4.4.3 筒筛有用功率 (9)

4.5 风选设备 (9)

4.5.1 气流速度确定 (9)

4.5.2 立式风选几何参数的确定 (9)

4.5.3 旋风分离器选择 (10)

4.6 输送带 (10)

4.6.1 输送带 (10)

4.6.2 输送带Ⅱ (11)

4.6.3 输送带Ⅲ (12)

5 结束语 (13)

参考文献 (14)

1固体废弃物处理与处置课程设计任务书

1.1课程设计的题目

某城市生活垃圾综合分选处理系统设计

1.2课程设计的目的

通过课程设计进一步巩固本课程所学内容，并使所学的知识系统化，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。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养学生确定固废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。

1.3设计原始资料

设计规模为X t/d的某城市生活垃圾分选系统。其中X=200+(学号后两位*5) 垃圾主要成分见表1。

表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他含量/% 55.6 27.9 3.38 2.88 4.89 1.3 4.05 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、灰尘、粉尘等。

垃圾容重平均值为0.45 t/m3，含水率为46.2%。

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：1800kJ/kg。

分选系统工作量为X t/d；日工作时间为10h。

1.4设计内容和要求

（1）垃圾分选系统设计方案的分析确定。

（2）垃圾储料仓的设计计算。

（3）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。

（4）皮带运输机计算及布置，并计算各段的长度、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。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。

（6）图纸要求

①垃圾分选系统工艺流程图1张。流程图应按比例绘制，标出设备、管

件编号及标高，并附明细表。

②分选系统平面布置图和分选系统剖面布置图各1张，图中设备、管件

应标注编号，图纸应按比例绘制，应能表明建筑物外形和主要结构形式。

在平面布置图中应有方位标志（指北针）

2 分选工艺物料衡算

2.1垃圾分选工艺流程

图2-1

2.2 垃圾分选厂每小时的处理量0Q

0Q =

Q T

式中：Q —每天垃圾的处理量，Q=265t/d ；

T —每天的工作时间，T=10h 。

代入数据得：

0265Q ==26.5(/)10t h 2.3 人工手选

人工手选去除垃圾中的1%的大块金属、0.6%玻璃、2%的塑料和约0.5%其他无机物质，即

金属 101%26.51%0.265(/)q Q t h =?=?=

玻璃 200.6%=26.50.6%=0.159(/)q Q t h =??

塑料 302%=26.52%=0.53(t/h)q Q =??

其他 400.5%=26.50.5%=0.1325(/)q Q t h =??

通过以上计算可知通过人工手选的垃圾共有:

10.265+0.159+0.53+0.1325=1.0865(t/h)Q =

2.4 磁选

垃圾通过磁选滚筒理论上可以分选所有的金属：

20(2.88%-1%)=26.5(2.88%-1%)=0.4982(/)Q Q t h =??

2.5 选择性破碎机

a 筛上物主要是纸、布、革、塑料、部分有机物等50u d mm >的物质，所以：

1324Y M -

b 筛下物主要是50u d mm <的被破碎的无机物、无机物、玻璃及其他碎土等。

2.6 风选

a 轻组分主要为粉尘、塑料纸张等。

40(2.89% 3.38%)=26.5 6.27%=1.66155(t/h)Q Q =?+?

b 重组分主要是有机物。

5020%=26.520%=5.3(t/h)Q Q =??

2.7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10?10mm.

筛上物为10p d mm >的为有机物：

60(55.6%20%)=9.434(/)Q Q t h =?-

筛下物为碎土、石渣等无机物和碎玻璃

70[27.9%(4.05%0.5%)(1.3%0.6%)]8.51975(/)Q Q t h =?+-+-=

2.8 废物全过程总的质量

()124567

1.08650.49821.66155 5.39.4348.5197526.5t /h Q Q Q Q Q Q Q =+++++=+++++=总

3垃圾储仓计算

3.1 仓体容积

Q V βζσ

= 式中：β—储存时间；

Q —最大日处理量，t/h ；

ζ—有效容积系数，在0.8～0.9之间；

σ—垃圾有效密度，在1.1～1.3之间，t/m 3；

则在本设计中仓体容积为：

321026.51259.655380.850.45 1.1

Q V m βζσ??===?? 取容积V=13003m 。

3.2 仓体尺寸的计算

0V abc =

式中：0V —每个小仓体的体积，3m ；

a —长度，m ；

b —宽度，m ；

c —深度，m ；

取a =20m ，b =15m ，c =10m ，

则每个仓体的容积为303000101520m V =??=> 13003m ，满足设计要求。

4 分选设备选型

4.1 吊车、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。

吊车供给能力为：

PN

Q

T

=

式中：Q—吊车供给能力，t/h；

P—抓斗一次抓起量，t；

T—吊车运行周期，h。

根据垃圾最大日处理量选择吊车、抓斗，其工艺参数如表4-1所示：

表4-1 吊车工艺参数

项目参数设计依据

数量1台垃圾最大日处理量

吨位 1.6t 抓斗容量

跨度7m 储料坑跨度

运行周期143s 吊车运行各种动作的速度实际运行时间50min/h

供给能力30t/h 抓斗抓起量抓斗一次抓起量为：

030143

1.43t 5060

Q T P

N ?

===

?

（）

可知抓斗一次抓起量1.43t即可满足生产需求，选择一次抓起量为1600kg 的抓斗。

4.2 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：

0126.5-1.0865=25.4135(t/h)

Q Q Q

'=-=

已知垃圾的含水率为46.2%，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所示：

表4-2 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

4.3 滚筒破碎机的选择

4.3.1 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4-3。

表4-3 滚筒破碎机技术特征

规格

3300×5000 生产能力/(t/h)

80～120 直径/m

3.3 长度/m

5 倾角/度

3.5 转数/(r/min)

12.1 筛孔尺寸/min

50 提升板高度/min

300 电动机功率/kw

17 转数/(r/min)

970

图4-4滚筒内断面示意图

4.3.2 计算校核

横断面装料面积为：

22()(/2)2

R r S αβπ-++= 取经验值60,10αβ== ，代入数据得：

)(46.22

)2/18/3/)(98.065.1(222m S =++-=πππ 物料跌落所需时间为：

12T t t =+

式中：t 1=n 32180α-=1.123602180??-=1.65（s ）

）

（）（s 761.0-90cos )-90sin(R

4o o 2==ααπt 代入数据得：

)(411.2761.065.1s T =+=

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：

0749.0tan )90cos()90(sin 402=--=θααo R l

物料沿滚筒轴向前的前进速度v 为

0312.0411

.20749.0===T l v m/s 滚筒破碎机实际生产能力为：

36003600 2.460.03120.430.4148.71(/)26.5(/)Q Sv k t h t h γ==????=> 则所选择的破碎机能满足处理量的要求。

4.4 垃圾滚筒筛

图4-4-1

4.4.1 滚筒筛的主要参数

垃圾滚筒筛筛分处理量为：

679.4348.5197517.95375(/)Q Q t h +=+=

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10 。

(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，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c n 为：

30

309.8133.4634(/min)3.140.8

c g n r R π=

==≈ 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 。

4.4.2 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。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平均速度为：

40.08()50L v m s τ===

4.4.3 筒筛有用功率

据资料推导，α取600，筛分机有用功率为：

()()222298cos 90-8sin 90-tan 45

4 3.140.89.8198cos 308sin 30tan1045

18.63)

L R g N kw αα???????-???=???????-??=?????=π（）（ 实际使用的驱动电动功率还应考虑机械传动损失。

4.5 风选设备

对本风选工艺，选用简易立式风选设备

4.5.1 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4-5： 表4-5 部分物料密度

物质

塑料 玻璃 砖 干砂 有机物 密度

/(kg/m 3） 920 2500 1840 2500 1200 轻质物料以塑料为参考，其悬浮气速为

022920 6.67(/)100100

s v m s αγ=== 重质物料以有机物为参考，其悬浮气速为

02212007.62(/)100100

s v m s αγ=== 则选取气流速度为6.7m/s 。

4.5.2 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及有关的理论进行研究。

(1)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100mm ?。设高压端气体密度为3kg/m 3,故所选气速相当于气体质量速度G=6.7×3=20.1（kg/m 2·s)。

(2)估算气-固比：垃圾分选主要去除塑料纸类，设其堆积密度3560/b kg m γ=。 气-固比为：

0.380.750.380.75560227()227()7186.720.1

b m L G

γ--=?=??= (3)所需空气量G 计算： 3 6.96155100037.29186.7

t Q G m ?=

== 取空气重度为1.25kg/m 3,则空气体积流量为

3337.2929.832/0.4972(/min)1.25

t

K f G Q m h m γ====（） 按所选管径100mm 和气速，所需空气体积流量为：

22333.146.70.10.0526(/) 3.156/min 44

k t Q v D m s m π=??=??== 故可选用3.2m 3/min 空压机一台能够满足要求。

(4)压降计算

管内平均绝对压力为2kg/m 2(1kg/m 2=9.8Pa)，室温为300K ，则气体平均重度为：

3292 2.355(/)0.0821300

q Mp kg m RT γ?===? 垂直管压降：

222186.7 2.35576155.5(/)g p m H kg m γ?==???=

4.5.3 旋风分离器选择

根据气体流量3.156m 3/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750m 3/h 。

4.6 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。

4.6.1 输送带I

（1）带宽确定 输送带I 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，所以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:

3600b Q F v c ρ=????

式中: Q —输送能力，由物料衡算知Q 近似取26.5t/h ；

b F —物料在胶带的截面积，2m ；

v —输送带运行速度，取0.3m/s ；

ρ—物料的堆密度，对垃圾取0.45t/3m ;

c —倾角系数。对有人工手选输送带应水平放置，故c=1。

图4-6 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：

221220.08 3.14(2sin(245)0.1220)sin 454

b F F F B B tg =+=?-??+?? 其中，胶带的槽角α选取72TD 型为20 。则:

226.53600(0.25140.1531)0.30.451B =?-????

则带宽为：B =1.13（m ）。

（2）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:

''''''03400058()N k k N N N k v k γ=++++∑

'010.0318200.30.1908h N k L v kw ==??=

''502 5.451010200.0109n N k QL kw -==???=

'''00N =

0 1.5 1.05(0.19080.0109)(1.4+1.5+0.23+2.25)0.3+0.10.45=1.9766N =??++?? 胶面传动滚筒η=0.90，因此，电动机功率为

0 1.9766=k 2.1960.9

N N kw η== 故选用100-2Y L 型三相异步电动机，额定功率为0.3kw 。

4.6.2 输送带Ⅱ

（1）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3 6.96155(/)Q t h =。倾角?15，倾角系数c 取0.885。带速取1.0m/s ，则输送带带宽为:

26.961553600(0.25140.1531) 1.00.450.885B =?-????

解得：B=1.27（m ），

取带宽为1.3m 。

图4-7 输送带简图 （2）电动机功率计算：

已知：40, 1.0/, 6.96155/,10h L m v m s Q t h H m ====。采用滚动轴承，查得

ω=0.030，00.103.11017.80318.04

3521==?==-k k k k ，，，，导料挡板25.25=k ，空段清扫器23.06=k ，弹换清扫器5.17=k ，18.08=k 。将以上各数据带入计算式，转动滚筒轴功率为：

50(0.031840 1.08.1710 6.96155400.00273 6.9615510)1.03 1.005(2.250.23 1.5) 1.00.180.45 5.60

N -=??+???+???

?+++?+?= 电动机功率为:

0 5.601.0 6.220.9

N N K η==?=(kw) 所以选用1324Y M -型电动机，额定功率为7.5kw.

4.6.3 输送带Ⅲ

（1）宽度确定

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?10，倾角系数为0.957，由物料衡算此时输送量为17.95375t/h ，

217.9537536000.2514-0.1531 1.00.450.885B =?

????（） 所以 B=1.25(m)

取带宽为1.3m 。

（2）电动机功率计算

取m H h t Q s m v m L h 5,/18.15,/5.1,20====采用滚动轴承，查得ω=0.030，

00.180.11017.80318.04

3521==?==-k k k k ，，，，导料挡板25.25=k ，空段清扫器23.06=k ，弹换清扫器5.17=k ，36.08=k 。将以上各数据带入计算式，转动滚筒轴功率为

50(0.031820 1.08.171017.95375200.0027315.1810) 1.03 1.005N -=??+???+????+2.250.23 1.5 1.50.360.457.25kw ++?+?=（）（）

电动机功率为

07.251.08.06()0.9

N N k kw η==?= 所以选用4601M Y -型电动机，额定功率为11kW 。

5结束语

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、建筑材料等可以被有效的除去，之后剩余的金属可以利用磁选技术通过合适型号的磁选机有效的被选出，再通过选择性破碎机将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，可以通过滚筒筛将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可以达到的。从技术角度看，所设计的分选工艺流程是可以满足对于处理量和处理效果的要求的。

本设计利用磁选、破碎、风选等工艺方法组成城市生活垃圾分选系统，此系统将生活垃圾不同组分中的无机物、有机物、玻璃、金属、纸、塑料等物质有效的分离，最后无机物填埋，有机物堆肥，其他可燃物做燃料。下面对本设计的各方面作如下几点总结：(1)是设计中所选用的主要设备：设计体积容量为2000m3的垃圾储料仓，抓斗容量为1.6t、跨度为7m的吊车, CTB-69永磁筒式磁选机，3300×5000滚筒破碎机，(2)效益分析：经以上计算分析可知，该垃圾分选工艺主要着眼于环境效益和社会效益，项目本身的经济效益较低，必须通过征收垃圾处理费或财政补贴的形式才能运营。

参考文献

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