固废课程设计--生活垃圾综合分选处理系统设计

1绪论
随着我国经济实力和技术储备的增强，各种生活垃圾处理处置技术在我国得到了不同程度、不同范围的研究和应用，很多经济发达地区已经建立了现代化填埋场、机械化肥厂和焚烧厂等各种处理设施。

但对于某一地区来说，不同处理设施往往处理同样的混合生活垃圾。

由于每种生活垃圾处理技术均具有各自的优势和局限性，从技术本身、经济性和环境影响角度分析，均只适宜处理生活垃圾中的某些组分，因此这种单一处理模式不仅难以满足数量日益增长、成分日益复杂的生活垃圾无害化、减量化、资源化的处理要求，而且使得生活垃圾处理设施效果差，前处理和二次污染控制技术复杂，处理费用高，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。

2课程设计题目
生活垃圾综合分选处理系统设计（240吨/天）
3课程设计目的
(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。

4设计原始资料
垃圾主要成分见表：
垃圾组
有机物无机物纸类金属塑料玻璃其他分
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、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240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；
5设计计算
5.1 工艺流程的确定
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。

分选工艺流程图见附图。

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。

5.2分选工艺物料恒算
(1) 垃圾分选厂每小时的处理量为
T
Q
Q
0 式中 Q —— 每天的垃圾处理量，Q =240t/d;
T —— 每天的工作时间，T =20h 。

)
/(1220
2400h t T Q Q ===
（2）人工分选
人工手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%玻璃和约0.5%其他无机物质被选出，即
金属 )/(12.0%112%101h t Q q =⨯=⨯= 玻璃 )/(072.0%6.012%6.002h t Q q =⨯=⨯= 塑料 )/(24.0%0.212%0.203h t Q q =⨯=⨯= 其他 )/(060.0%5.012%5.004h t Q q =⨯=⨯= 则经过人工手选可分出的垃圾有
)/(492.0060.024.0072.012.01h t Q =+++=
(3) 磁选 垃圾经过磁选滚筒理论上可以分选所有的金属。

)/(1896.0%58.112%58.102h t Q Q =⨯=⨯=
(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mm u d 50>的物质 )/(0972.3%81.2512%)13.3%68.2%20(03h t Q Q =⨯=++⨯=
b.筛下物为mm u d 50<的被破碎的无机物、有机物、玻璃及其他碎土等。

(5)风选
a.轻组分主要为粉尘、塑料纸张等。

)/(6972.0%81.512%)13.3%68.2(04h t Q Q =⨯=+⨯=
b.重组分主要是有机物。

)/(4.2%2012%2005h t Q Q =⨯=⨯=
(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，筛下物中主要有无物、部分有机物、碎玻璃等。

选择筛孔为mm 1010⨯ 筛上为m m p d 10>的有机物。

116.4%3.3412%3.3406=⨯=⨯=Q Q （t/h)
筛下物为碎土、石渣等无机物和碎玻璃。

)/(1052.4%)31.2%6.0%3.31(07h t Q Q =++⨯=
(7)废物的全过程总的质量为总Q
)
/(121052
.4116.44.26972.01896.0492.07
65421总h t Q Q Q Q Q Q Q =+++++=+++++=
5.3 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的。

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，通常储仓的容量应可提供两天的最大处理量。

(1) 仓体容积
ξσ
βQ
V =
式中:
β——储存时间，d ； Q ——最大日处理量，t/d ，
ξ——有效容积系数，在0.8-0.9之间； σ——垃圾有效密度，1.1-1.3之间，t/m 3。

V ——仓体体积，m 3
)(367.19011
.145.085.0400
23m V =⨯⨯⨯=
(2)仓体尺寸计算
每个小仓的体积V 0,m 3;长度a,m;宽度b,m;深度c,m 。

则 V 0=abc 取 a=25m, b=10m, c=4m;
V 0=25×10×4=1000m 33
取两个仓可以满足要求。

（3）排水坡度
垃圾在储料坑内时间过长（一般超过2天）便会有渗滤液产出，所以坑底部必须铺设有排水坡度流向垃圾滤出水坑收集渗滤液，排水坡度取1%。

5.4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5-1
表5-1 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
运行周期 实际运行时
间
143s 50min/h
吊车运行各种动作的速度
抓斗抓起量
储料坑跨度
供给能力 10t/h
吊车供给能力由下式计算
T
PN
Q =
式中：
Q —吊车的供给能力，t/h ； P —抓斗一次抓起量，t ；
N —1h 内吊车实际工作时间，h/h ； T —吊车运行周期，h ；
则
抓斗一次抓起量为
)(572.060
50143
120t N T Q P =⨯⨯==
即抓斗一次抓起量0.572t 即可满足生产需求。

选择一次抓起量为1250kg 的抓斗。

5.5 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
)/（11.5080.492-1210'h t Q Q Q ==-=
已知垃圾的含水率为49.4%，垃圾容量平均值为0.43t/m 3,根据以上数据选择CTN-618永磁筒式磁选机，其主要技术参数如表5-2所示。

表5-2 CTN-618永磁单筒磁选机主要技术参数
筒径（mm ） 600 外形尺寸（mm ） 2885×1540×1375
筒长（mm ）
1800
电机功率（kw ）
2.2
筒表磁感应强度
（mT）
260分选粒度(mm)0～0.6
处理能力(m3/h)50机重(kg)1330
5.6滚筒破碎机选择
滚筒破碎机其机身主体的形状是用筛板做成的圆筒，工作过程中既有破碎又有筛分的作用，并能达到选分的作用。

(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5-3
表5-3 滚筒破碎机技术特征
规格3000×6000规格3000×
6000生产能
（t/h）滚筒
直径/m
长度/m
倾角/度
转数
/(r/min)
160～220
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5-1 滚筒内断面示意图
(2)计算校核 根据式2
)
2/)((22πβα++-=r R S ，取经验值
001060==βα，，横断面装料面积为
)(13.12
)
2
18
3
)(
2.15.1(222m S =+
+
-=
π
π
π
物料跌落所需时间为
T=t 1+t 2
)(67.112
360
2180321801s n t =⨯⨯-=-=
α
)
(726.0)6090cos()6090sin(14.35
.14)
90cos()90sin(42s R
t =-⨯-⨯⨯=
-⋅-=
ααπ
则 )(40.2726.067.1t 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
)(0681.03tan )6090cos()6090(sin 5.14tan )90cos()90(sin 422m R l =⨯-⨯-⨯⨯=⋅-⋅-= θ
αα
物料沿滚筒轴向的前进速度υ为
)/(0284.04
.20681
.0s m T l ===
υ 滚筒破碎机实际生产能力为
)
/(12)/(05.2641.055.00284.013.136003600h t h t K S Q >=⨯⨯⨯⨯==υγ则所选择的破碎机能满足处理量的要求。

5.7垃圾滚筒筛
垃圾滚筒筛利用做回转运动的筒形筛体将垃圾按粒度进行分级，工作时，筒
形筛体倾斜安装，倾角一般在4°~8° 。

其结构及设计原理同选择性破碎机类似，只是没有提升板。

垃圾滚筒筛设计参数主要有几何参数、运动参数和动力参数。

几何参数包括筛体长度、筛体直径、安装倾角和筛孔尺寸，运动参数指筛体转速，动力参数为筛体的驱动功率。

滚筒筛的筛孔尺寸的确定是根据被筛分的垃圾组成及对筛上、筛下物的要求和它的具体用途来确定。

若用于除去垃圾中的渣土等效粒级物料时筛孔可取较小值。

当除去粗大物料时，筛孔尺寸可取较大值。

垃圾滚筒筛筛分处理量为
)/(2212.81052.4116.476h t Q Q =+=+ 滚筒筛主要参数确定如下：
(1)设计筛体长度5m ，筛体直径1.8m ，筛孔取10mm ×10mm ，安装倾角60。

(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n c 为
min)/(3254.319
.081
.914.33030r R g n c ≈===
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 。

a.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
)/(1.050
5
s m L
v ==
=
-
τ
b.筒筛有用功率
据资料推导，筛分机有用功率为
)
(92.4345
6tan 30sin 8)30cos 89(81.99.014.3545
tan )90(sin 8)]90cos(89[0020202kW g R L N =⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=
⨯⋅---⋅⋅⋅⋅=
θααπ 实际使用的驱动电动功率还应考虑机械传动损失。

（4）选型
根据以上计算，选用CWS 型系列垃圾滚筒式筛分机，是从我国城市垃圾处理工作的需要出发，研究的适合我国国情的、价格低廉的滚筒筛选机，电机型号为J02-61-8，减速箱为ZL350-5-I-A 型，倾角为8°，工作环境温度为-40-40℃，垃圾含水率为35%-55%,筛分率可达80%-90%，可用于粗细分选，也可用于有机物、无机物的分选。

5.8风选设备
风选设备分成水平气流风选机（卧式风力分选机）和上升气流风选机（立式风力分选机）风机形式根据所需要的垃圾原料组成及分选目的来确定。

卧式风选分选机结构简单，维修方便，但是分选度不高，通常与破碎、筛分、立式风选机联合使用。

立式风选机与卧式风选机相比较分选精度较高。

对本风选工艺，选用简易立式风选设备
(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3-4。

表5-4 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
)/(67.6920100
22
100
0s m v s ==
=
γα
重质物料以有机物为参考，其悬浮气速为
)/(62.71200100
22
100
0s m v s ==
=
γα
则选取气流速度为6.7m/s 。

(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。

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mm 100φ。

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)。

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
3/560m kg b =γ。

气-固比为 186.771
.20560(
227)(
2270.75
-0.3875.038.0=⨯⨯=⋅=-）L G
m b
γ c.所需空气量计算
)/(589.167
.1861000
0972.33h kg m Q G t =⨯==
取空气重度为1.25kg/m 3,则空气体积流量为
min /221.0)/(27.1325
.1589
.1633m h m G Q f t k ====
γ 按所选管径100mm 和气速，所需空气体积流量为
min /156.3)/(0526.01.04
14
.37.64
3322
m s m D v Q t k ==⨯⨯
=⋅⋅
=π
故可选用3.2m 3/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/m 2(1kg/m 2=9.8Pa)，室温为300K ，则气体平均重度为
)/(355.2300
0821.02
293m kg RT Mp q =⨯⨯==
γ 垂直管压降
)/(5.61557355.27.186222m kg H m p g =⨯⨯⨯==∆γ
(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 。

5.9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。

(1)输送带Ⅰ a 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。

Q=3600·b F ·v ·ρ·c
式中 Q 输送能力，由物料衡算知Q 近似取20t/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5-2 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
()
⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯⨯+⨯⨯-⨯=
+=︒︒︒2012.0452sin 414.3245sin 08.022221tg B B F F F b 其中，胶带的槽角α选取72TD 型为20°。

则
12=3600×(0.2541-0.1531×B 2) ×0.3×0.45×1
则带宽为：B =1.498（m ），取带宽为1.5m 。

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
()
γ85'
''0''0'0430k v k N N N k k N ++++=∑
式中
3k —尾部该向滚筒功率系数； 4k —中部该向滚筒功率系数；
0N —
—传动滚筒的功率，kw ； '
N —胶带空转的功率，kw ； '
'0
N —物料水平运输的功率，kw '''0
N —物料垂直提升的功率，kw ； b k υ7—
梨式卸料器，胶带清料器和料板所需的功率，kw ， b k γ8—物料加速率所需功率，kw 。

①胶带空转的功率
'
N =k 1L h V 式中：
k 1——取决于胶带宽和托锟阻力系数，对输送垃圾的槽型胶带可取
k 1=0.0318；
L h —胶带输送机水平投影长度，m ； V —胶带运行速度，m/s ； 则
'
N =k 1L h V=0.0318×30×0.3=0.2862kw ②物料水平运输功率
'
'0
N =Q 2k L h 式中：
2k —
物料水平运动功率系数，5.45×10-5； Q —胶带输送机的输送量，t/h ；
则
'
'0
N =Q 2k L h =5.45×10-5×12×30=0.01962kw ③物料垂直提升功率
'
''0
N =0.00273×Q b H 0 式中：
H 0—提升高度，m 。

则
'
''0
N =0.00273×Q b H 0=0.00273×12×0=0kw
因此
()
γ85'
''0''0'0430k v k N N N k k N ++++=∑
=1.5×1.05×(0.2862+0.01962)+(1.4+1.5+0.23+2.25) ×0.3 +0.1×0.45=2.1407kw
④电动机功率为
η
N k
N =
式中：
k —功率安全系数，满载起动系数，一般k =1.0；
η—总传动效率，对光面传动滚筒η取0.88，对胶面传动滚筒，
η取0.90
因此，电动机功率为
()kW N k
N 379.290
.01407
.210=⨯==η 故选用2-100L Y 型三相异步电动机，额定功率为3.0kW 。

（2）输送带Ⅱ
图5-3 输送带简图
a 带宽的确定
输送带Ⅱ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。

其计算方法如(1)，由物料衡算，此时输送量3Q =3.0972t/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
()
0.8850.451.00.1531-0.251436003.09722⨯⨯⨯⨯⨯=B 得带宽为：B =1.28(m) 取带宽为1.3m 。

b 电动机功率计算
已知。

10，/0972.3，/0.1，403m H h t Q s m v m L h ====采用滚动轴承，查得ω=0.030，005.103.11017.80318.043521==⨯==-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
()
γ85'
''0''0'0430k v k N N N k k N ++++=∑
得到传动滚筒轴功率为：
(
)
()()
kW N 476.545.018.00.15.123.025.2005.103.110
0972.300273.0400972.31017.80.1400318.050=⨯+⨯+++⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=- 电动机功率为
()kW N k
N 084.69
.0476
.50.10=⨯==η 故选Y132M-4型电动机，额定功率为7.5kW 。

(3) 输送带Ⅲ a 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Q=Q 6+Q 7=4.116+4.1052=8.2212t/h ，则输送带带宽为
957.045.05.1)1531.02514.0(36002212.82⨯⨯⨯⨯-⨯=B
解得B=1.247 取带宽为1.3m 。

b 电动机功率计算
取。

5，/8.2212，/5.1，02m H h t Q s m v m L h ====采用滚动轴承，查得ω=0.030，005.180.11017.80318.043521==⨯==-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，
()
γ85'
''0''0'0430k v k N N N k k N ++++=∑
转动滚筒轴功率为
)(304.745.036.05.1)5.123.025.2(005.108.1)
52212.800273.0202212.81017.85.1200318.0(50kW N =⨯+⨯+++⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=-
电动机功率为
)(12.89
.0304
.70.10kW N k
N =⨯==η
故选用Y160M-4型电动机，额定功率11kW 。

参考文献
1. 聂永丰.三废处理工程技术手册-固体废物卷.北京：化学工业出版社，2000
2.李国建、赵爱华、张益主编.城市垃圾处理工程.北京：科学出版社，2003
3.杨慧芬.固体废物处理技术及工程应用.北京：机械工业出版社，2003
4.宁平、张承中、陈建中主编.固体废物处理与处置实践教程.北京：化学工业出版社，2005
5.钱学德，现代卫生填埋场的设计与施工。

中国建筑工业出版社，2001
总结
在这次的课程设计中，我遇到了很多问题。

但通过查阅文献资料，获取相关信息，积极地咨询同学以及老师的辅导，我完成了设计任务。

这次课程设计也涉及到一些设备的选型，在查阅资料的过程中，我基本掌握了设备的选型。

在作图的过程中，我学会了平面图和高程图的布置和绘制。

通过这次设计，我认识到了实践的重要性，必须以严谨的态度对待，才能从中有所收获，发现问题或者对现有的设计进行创新的改造。

分选在垃圾处理中具有重要的作用，通过手选可以达到初步处理的作用，利于后续处理，然后再经历后面的一系列工序，每一个步骤都有所讲究，对不同组分都有要求。

根据当地的垃圾排放情况设计出相应的设备。

仓体尺寸，滚筒筛简型筛体的倾斜安装的倾斜角，设计参数，以及各个分选设备段之间的输送带带宽，带长，带速及输送带的安全位置都需根据具体情况分别估算。

通过撰写实习报告，使我学会综合利用所学知识，提高分析和解决专业问题的能力，更深入的掌握了专业知识。

总之，这次课程设计使我了解工程设计的内容，方法和步骤，培养了自己对
生活垃圾综合分选处理系统设计的能力，并通提高了自己设计计算，使用技术资料，编写设计说明书的能力。

这次课程设计为我以后的工作打下了坚实的基础，为我们专业实践知识打开了一扇窗口。

我以后一定要多做些实践课程，来提高自己各方面的能力。