分類廚余垃圾綜合處理設(shè)施中新型密閉式輸送機(jī)的應(yīng)用實(shí)踐

常燕青 徐鳳梅 常中龍 于強(qiáng) 吳海鎖

（1.維爾利環(huán)?？萍技瘓F(tuán)股份有限公司，江蘇常州 213125；2.常州金源機(jī)械設(shè)備有限公司，江蘇常州 213126；3.江蘇省固體廢棄物處理環(huán)保裝備工程技術(shù)研究中心，江蘇常州 213126；4.北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院，北京 100007；5.江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院股份公司，江蘇南京 210036）

0 引言

隨著人們生活水平的提高和社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，固體廢棄物產(chǎn)生量也逐年增加，生活垃圾處理問題日益顯著。2019年，196個(gè)大、中城市生活垃圾產(chǎn)生量23560.2萬t，目前每年以8%～10%的速度增長(zhǎng)，特別是城鄉(xiāng)生活垃圾不僅量在增長(zhǎng)，垃圾成分也在不斷發(fā)生變化。新固廢法的出臺(tái)實(shí)施，加快了垃圾減量化、資源化和無害化處理進(jìn)展，“十三五”末我國(guó)在全國(guó)范圍開始建立分類投放、分類收集、分類運(yùn)輸、分類處理的垃圾處理系統(tǒng)試點(diǎn)。廚余垃圾是指家庭日常生活中丟棄的果蔬及食物下腳料、剩菜剩飯、瓜果皮等易腐有機(jī)垃圾[1]。廚余垃圾的主要特點(diǎn)是粗蛋白和粗纖維等有機(jī)物含量高、水含量高、油類和鹽分的含量高。廚余垃圾容易發(fā)酵、變質(zhì)、腐爛，會(huì)產(chǎn)生毒素，散發(fā)惡臭，并污染水體和大氣，危害人們的日常生活和身體健康[2]。廚余垃圾處理難度較大，環(huán)境保護(hù)要求比較高，目前廚余垃圾處理設(shè)備廠使用最多的就是輸送機(jī)設(shè)備，能保證物料正常輸送，避免生活垃圾污染環(huán)境，需要輸送過程中保證密封性。

帶式輸送機(jī)是當(dāng)前應(yīng)用最廣的散狀物料輸送設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。目前普通帶式輸送機(jī)主要用于煤炭、水泥、糧食等散狀物料，已經(jīng)不適用于輸送生活垃圾。因此急需一種密封性好、結(jié)構(gòu)可靠、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單的密閉式輸送機(jī)用于生活垃圾的處理和輸送。由于垃圾處理廠周圍環(huán)境和避免鄰避效應(yīng)的環(huán)保要求，密閉帶式輸送機(jī)在散狀物料輸送領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用[3]。本文重點(diǎn)論述垃圾處理系統(tǒng)中的密閉式輸送機(jī)，不僅具有輸送垃圾物料功能，還具有除臭、除塵管道集一體的特性。

1 工藝方法和設(shè)備結(jié)構(gòu)材料及設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 工程概況及廚余垃圾處理工藝流程

本工程在上海實(shí)施，是我國(guó)最早實(shí)施垃圾分類的試點(diǎn)城市項(xiàng)目，以分類餐飲垃圾和廚余垃圾（有機(jī)濕垃圾）為處理對(duì)象，處理量600t/d，其中廚余垃圾420t/d，餐飲垃圾180t/d。整個(gè)工程包括垃圾預(yù)處理、厭氧消化、沼渣脫水，以及廢棄食用油脂處理系統(tǒng)，廚余垃圾預(yù)處理工藝流程如圖1所示，廚余垃圾經(jīng)運(yùn)輸車輛運(yùn)至處理廠內(nèi)，稱重后廚余垃圾由車輛運(yùn)至廚余預(yù)處理車間的卸料平臺(tái)，垃圾被倒入均料料倉(cāng)，固體物料由均料機(jī)和料倉(cāng)下方的鏈板輸送機(jī)共同將物料輸送至密閉式輸送機(jī)中，實(shí)現(xiàn)均勻上料，垃圾滲濾液通過管道輸送經(jīng)除渣除砂設(shè)備后進(jìn)行厭氧發(fā)酵。固體物料通過密閉式輸送機(jī)將物料輸送至滾筒篩，滾筒篩將廚余垃圾進(jìn)行機(jī)械分選，大于篩分粒徑的可燃物料為篩上物，由密閉式輸送機(jī)輸送至壓縮站壓縮打包，最終進(jìn)入焚燒站進(jìn)行焚燒處理；小于篩分粒徑的物料為篩下有機(jī)物，由密閉式輸送機(jī)輸送至磁選機(jī)下方進(jìn)行金屬分選，然后再輸送至人工分揀室將干擾物分揀出，分揀完成后的物料由密閉式輸送機(jī)輸送至生物水解反應(yīng)器。廚余垃圾在生物水解反應(yīng)器停留的時(shí)間一般為2d～3d[4]，生物水解后的物料進(jìn)行擠壓脫水，脫水至含水率40%，脫水固渣焚燒處理，液相經(jīng)漿液預(yù)處理除渣后漿液進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣。厭氧發(fā)酵系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣可作為能源利用，沼液送至污水處理系統(tǒng)處理[5]。固渣相經(jīng)焚燒處理。

圖1 廚余垃圾處理工藝流程

在廚余垃圾處理工藝流程中，物料的輸送全部通過新型密閉式輸送機(jī)完成，具有除塵和除臭管道功能，可見密閉式輸送機(jī)在垃圾處理輸送過程中起著至關(guān)重要的作用。

1.2 密閉式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)材料

1.2.1 密閉式輸送機(jī)組成

密封式輸送機(jī)是一種皮帶輸送機(jī)，在保證物料的正常輸送的前提下，實(shí)現(xiàn)物料的無害化傳輸。本輸送機(jī)主要由減速機(jī)、驅(qū)動(dòng)滾筒、轉(zhuǎn)向滾筒、皮帶、上托輥組件、下托輥組件、清掃器、張緊裝置、防跑偏裝置、密閉箱體、檢修裝置等部件組成，如圖2-a和圖2-b所示。密閉空間主要由密封箱體實(shí)現(xiàn)，所有主要結(jié)構(gòu)都安裝在密封箱體的內(nèi)部，每條輸送機(jī)根據(jù)實(shí)際使用要求確定總長(zhǎng)度，模塊化的設(shè)計(jì)使整條輸送機(jī)的拼裝更加簡(jiǎn)單高效。完整的一條密閉式輸送機(jī)還包括皮帶、支腿、進(jìn)料口、出料口、排水口、抽氣口、電器箱、跑偏開關(guān)、傳感器、攝像頭、電纜、銘牌等，可以根據(jù)每條皮帶機(jī)的具體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖2 密閉式輸送機(jī)整機(jī)

1.2.2 密閉式輸送機(jī)三大部件描述

（1）通常密閉式輸送機(jī)主體部分包括三個(gè)部件，頭部段、中部段和尾部段，如圖3所示。頭部段包括減速電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)的滾筒，減速機(jī)有減震裝置，固定在側(cè)板上。滾筒外面包膠，兩端通過帶座軸承固定在頭部箱體側(cè)板上，驅(qū)動(dòng)滾筒斜下方有聚氨酯清掃器，有導(dǎo)料和清理皮帶的作用；滾筒正下方有可調(diào)節(jié)傾角的刮刀清掃器，刮刀為硬質(zhì)合金材質(zhì)；在滾筒后方有上下兩個(gè)毛刷用于清掃皮帶。在輸送物料一側(cè)的皮帶下方有加長(zhǎng)上托輥組件，用于緩沖皮帶槽角和滾筒之間的變徑；皮帶兩側(cè)對(duì)稱有左右導(dǎo)料槽，在空運(yùn)行一側(cè)的皮帶下方有下托輥組件，用于增大皮帶包角。除此之外，頭部段箱體上方、端部和側(cè)板上適當(dāng)位置都開有檢修門。頭部段側(cè)板上開有穿線孔，方便走線?？筛鶕?jù)輸送長(zhǎng)度和輸送量的不同要求，選擇合適的減速機(jī)型號(hào)，從而設(shè)計(jì)頭部段結(jié)構(gòu)。

圖3 密閉式輸送機(jī)部件

（2）中部段有中部標(biāo)準(zhǔn)段和非標(biāo)段，常規(guī)的中部標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)度為2850mm，非標(biāo)段則根據(jù)實(shí)際輸送機(jī)長(zhǎng)度在選擇標(biāo)準(zhǔn)段以后剩下的長(zhǎng)度為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)中部段包括密封箱體、三組上托輥組件、一組下托輥組件、兩側(cè)皮帶擋板、兩側(cè)導(dǎo)料槽和兩側(cè)檢修門等。密封箱體為薄板激光切割折彎鈑金組裝結(jié)構(gòu)，以螺栓連接，連接處裝有密封條，在箱體底部有防水的密封條。上托輥組件包括中部水平托輥和兩側(cè)斜托輥，斜托輥和水平托輥傾角為15°，水平托輥長(zhǎng)度比斜托輥長(zhǎng)，可以增大物料通過面積。斜托輥靠近側(cè)板處有皮帶擋板，用來托舉皮帶，皮帶擋板表面傾斜且和斜托輥上表面平行。上托輥和下托輥的位置在一定范圍內(nèi)可調(diào)，通過調(diào)整托輥組來矯正膠帶跑偏情況，并起到組織跑偏的作用[6]。導(dǎo)料槽上有密封橡膠，導(dǎo)料槽、側(cè)上蓋板、上蓋板和皮帶形成密封的物料通道。檢修門內(nèi)側(cè)裝有側(cè)頂泡骨架包邊密封條，可以防水防塵。

（3）尾部段包括轉(zhuǎn)向滾筒、張緊裝置、清掃器、擋料板組件、加長(zhǎng)上托輥組件和下托輥組件等。轉(zhuǎn)向滾筒外面不需要有包膠，滾筒兩端通過帶滑塊座軸承固定在箱體側(cè)板的導(dǎo)軌上。加長(zhǎng)上托輥組件和下托輥組件與中部段中的托輥組件高度方向的位置相同。側(cè)板、軌道框架和絲桿組成了張緊裝置，可前后調(diào)節(jié)滾筒的位置。清掃器在轉(zhuǎn)向滾筒的正前方，包括兩部分，一部分是刮刀清掃器，和轉(zhuǎn)向滾筒相切，用于清掃轉(zhuǎn)向滾筒；另一部分是三角清掃器，用于清掃皮帶內(nèi)側(cè)，兩種清掃器清掃的物料最終都會(huì)落到箱體下方，可通過檢修門進(jìn)行清理。兩種清掃器連接在一起，同時(shí)兩側(cè)和調(diào)節(jié)絲桿連接，從而實(shí)現(xiàn)和轉(zhuǎn)向滾筒同步移動(dòng)。擋料板組件在皮帶工作面上方，阻擋物料滑進(jìn)尾部箱體。尾部段的上蓋板、端板和側(cè)板上都開有檢修門，方便清理物料和維護(hù)?？梢愿鶕?jù)輸送長(zhǎng)度要求，計(jì)算張緊裝置的最低張緊行程，從而設(shè)計(jì)尾部段結(jié)構(gòu)。

1.3 密閉式輸送機(jī)的性能參數(shù)和設(shè)計(jì)計(jì)算

1.3.1 密閉式輸送機(jī)的工作環(huán)境和基本參數(shù)

密閉式輸送機(jī)使用環(huán)境溫度為-25℃～+40℃。輸送物料是生活垃圾或分類廚余垃圾，密閉式輸送機(jī)可處理量范圍0t/h～60t/h，含水率要求不超過80%，輸送物料粒徑不大于300mm，物料輸送速度范圍0.3m/s～1.5m/s。設(shè)備傾斜角度不大于21°，帶寬在800mm～2000mm，設(shè)備總長(zhǎng)度一般不超過60m，減速機(jī)功率范圍3kw～15kw。

1.3.2 密閉式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算舉例

以項(xiàng)目中篩下物輸送機(jī)為例，要求輸送物料特性為廚余垃圾粒徑120mm篩下物和餐飲垃圾有機(jī)固渣，物料含水率為70%～80%，物料容重600kg/m3，物料粒度0mm～120mm，處理量55t/h，輸送距離14m，提升角度 14°。

密閉式輸送機(jī)采用耐油酸腐蝕1200mm帶寬皮帶，皮帶規(guī)格參數(shù)為EP300/3(4+2)，驅(qū)動(dòng)滾筒外徑φ345，轉(zhuǎn)向滾筒外徑φ245，頭尾滾筒間距14m，托輥成槽角15°，帶速1m/s。根據(jù)《帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中3.6節(jié)所述傳動(dòng)滾筒軸功率的計(jì)算方法:

計(jì)算出理論功率為2.9KW，考慮到全長(zhǎng)導(dǎo)料槽和密封摩擦系數(shù)加大，實(shí)際減速電機(jī)功率選取4KW，減速機(jī)型號(hào)為KH67，經(jīng)過多個(gè)工程驗(yàn)證是合理的。

2 結(jié)果與討論

2.1 影響垃圾輸送量的因素討論

（1）輸送機(jī)物理參數(shù)的影響。

穩(wěn)定可靠輸送廚余垃圾的密閉式輸送機(jī)受很多因素的影響，如輸送機(jī)自身輸送截面、輸送機(jī)傾角α、帶速、垃圾粒度、含水率等。根據(jù)公式Q=3.6Svkρ[7]可知輸送機(jī)生產(chǎn)能力Q和輸送帶上物料橫截面積S、輸送帶速度v、傾斜系數(shù)k、物料堆積密度ρ正相關(guān)。

（2）垃圾物料含水率的影響。

我國(guó)城市生活垃圾的含水率普遍較高，給處理和利用帶來了大量問題：在混合垃圾分類回收中，各組分相互黏連，降低分選效率；在焚燒處理中，降低垃圾低位熱值，不利于熱能回收[8]。隨著不同地區(qū)、不同季節(jié)、垃圾分類推廣程度不同，垃圾物料含水率差異很大。經(jīng)過實(shí)踐證明，含水率＜60%的物料，輸送機(jī)傾角α≤21°，含水率在60%～80%，傾角α≤18°對(duì)于含水率特別高的物料傾角α≤12°或輸送帶應(yīng)采用花紋膠帶。同時(shí)輸送機(jī)采用頭部硬質(zhì)合金清掃器加聚氨酯清掃器，尾部三角清掃器加滾筒刮刀請(qǐng)掃，有效解決物料在膠帶上的粘連。

（3）垃圾物料粒度的影響。

垃圾物料粒度也直接影響輸送量和輸送傾角α，傳輸設(shè)備的傳送物最大粒度和帶寬有著以下關(guān)系：帶寬B≥2β+200（式中β為輸送顆粒的最大直徑）[9]，在帶寬和含水率不變的前提下，有機(jī)物粒度在≤120mm時(shí)，輸送傾角α≤21°，輸送量可達(dá)到計(jì)算值；有機(jī)物粒度在120mm～250mm時(shí)，傾角α≤16°，輸送量為計(jì)算值的80%左右，當(dāng)粒度＞300mm時(shí)，傾角α≤12°，輸送量為計(jì)算值的60%左右。

2.2 結(jié)果

新型密閉輸送機(jī)適合生活垃圾處理設(shè)施的垃圾物料輸送，特別是有機(jī)垃圾的輸送，能減少環(huán)境污染，由于設(shè)備全封閉內(nèi)部負(fù)壓，解決了臭氣和粉塵的抽吸，可根據(jù)不同處理工藝和處理物料的要求綜合考慮各種因素設(shè)計(jì)布置。工程實(shí)踐證明，該皮帶機(jī)運(yùn)行情況良好，密封性好，現(xiàn)場(chǎng)沒有跑冒滴漏現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，臭氣和粉塵污染物濃度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。設(shè)備沒有撒料和堵塞的情況，只需要常規(guī)的檢修和維護(hù)，節(jié)省了大量的人工。

3 結(jié)語

密閉式輸送機(jī)是一種新型輸送機(jī)結(jié)構(gòu)，已獲得專利保護(hù)。密閉式輸送機(jī)采用板式箱體結(jié)構(gòu)，三合一式減速制動(dòng)電機(jī)、頭部尾部多種清掃器組合、部件模塊式組裝的結(jié)構(gòu)形式，集物料輸送、除塵、除臭為一體，多種運(yùn)行保護(hù)控制和網(wǎng)絡(luò)控制功能，機(jī)電一體化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和制作，運(yùn)輸、安裝和維護(hù)方便，外觀工業(yè)設(shè)計(jì)美觀。

密閉式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)和理論計(jì)算分析，通過上海等多個(gè)廚余垃圾項(xiàng)目的工程實(shí)踐證明，輸送機(jī)用于生活垃圾處理過程中的物料輸送，保證城鄉(xiāng)垃圾處理項(xiàng)目的垃圾輸送過程穩(wěn)定、均勻、連續(xù)進(jìn)行。其全密閉箱體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)物料輸送過程的無塵、無臭、無灑落、無滴漏和安全可靠。

建議項(xiàng)目維護(hù)人員應(yīng)當(dāng)熟練掌握設(shè)備的使用特點(diǎn)，認(rèn)真按照設(shè)備維護(hù)手冊(cè)對(duì)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)維護(hù)，降低設(shè)備出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)，做好維護(hù)工作，提高設(shè)備的使用效率，保障生活垃圾的處理過程連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。