陳腐垃圾篩分系統(tǒng)中輕質(zhì)可燃物打包工藝

張 許，宗宇坤，劉明達(dá)，葛亞軍，曹占強(qiáng)

(北京首創(chuàng)環(huán)境科技有限公司技術(shù)部，北京 100028)

1 引言

21世紀(jì)之前生活垃圾處理方式以填埋為主[1]，其中多數(shù)為露天簡(jiǎn)易堆放、利用天然溝壑就地掩埋。隨著人民生活水平提高，人均生活垃圾產(chǎn)生量呈逐年上升趨勢(shì)。據(jù)全國(guó)大、中城市固體廢物污染環(huán)境防治年報(bào)顯示，2018年城市生活垃圾產(chǎn)生量達(dá)到20194.4 萬(wàn)t，2019年城市生活垃圾產(chǎn)生量達(dá)到21147.3 萬(wàn)t，2020年城市生活垃圾產(chǎn)生量達(dá)到23560.2 萬(wàn)t，2019～2020年城市生活垃圾產(chǎn)生量同比增長(zhǎng)率分別為4.72%、11.41%，各地垃圾填埋場(chǎng)處理能力趨于飽和，已經(jīng)或即將達(dá)到使用壽命，采取填埋的方式處理生活垃圾，減量化效果差且浪費(fèi)了大量土地資源[2]。為提高生活垃圾處理效率，實(shí)現(xiàn)“減量化、無(wú)害化、資源化”的目的，各地陸續(xù)開(kāi)展生活垃圾焚燒發(fā)電廠建設(shè)。原有填埋場(chǎng)已逐步關(guān)?；蛟谶_(dá)到設(shè)計(jì)庫(kù)容后逐步采取封場(chǎng)或搬遷等方式進(jìn)行治理。

在《“十二五”全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》[3]中，存量垃圾治理被首次寫入建設(shè)任務(wù)，說(shuō)明我國(guó)對(duì)垃圾存量整治工作逐步重視。為此，“十三五”期間按照公共服務(wù)均等化的要求，繼續(xù)加大生活垃圾無(wú)害化處理能力建設(shè)，提升運(yùn)營(yíng)管理水平，拓展服務(wù)范圍，加快垃圾收運(yùn)處理領(lǐng)域的市場(chǎng)化進(jìn)程，推進(jìn)生活垃圾源頭分類，提高資源化利用水平，最終實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化、資源化和無(wú)害化?！笆濉逼陂g宣布實(shí)施生活垃圾零填埋的省市有：福建省、海南省、上海市、廣州市、廈門市、青島市等[4]。

2020年7月份國(guó)家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部研究制定的《城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施補(bǔ)短板強(qiáng)弱項(xiàng)實(shí)施方案》要求：“原則上地級(jí)以上城市以及具備焚燒處理能力的縣(市、區(qū))，不再新建原生生活垃圾填埋場(chǎng)，現(xiàn)有生活垃圾填埋場(chǎng)主要作為垃圾無(wú)害化處理的應(yīng)急保障設(shè)施使用”?！皩?duì)需要進(jìn)行封場(chǎng)的填埋場(chǎng)，要有序開(kāi)展規(guī)范化封場(chǎng)整治和改造，加強(qiáng)填埋場(chǎng)滲濾液和殘?jiān)幹谩薄?/p>

2021年5月國(guó)家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部編制的《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃 ”》[5]中指出，垃圾焚燒處理能力仍有較大缺口，全國(guó)約50%的城市(含地級(jí)市和縣級(jí)市)尚未建成焚燒設(shè)施，大多數(shù)縣城焚燒處理能力有較大缺口。所以在未來(lái)的5～10年間，存量垃圾治理工作還有較大市場(chǎng)，因此積極儲(chǔ)備適應(yīng)衛(wèi)生填埋場(chǎng)騰退項(xiàng)目的技術(shù)，對(duì)搶占未來(lái)市場(chǎng)至關(guān)重要。

2 垃圾篩分治理中輕質(zhì)物處置現(xiàn)狀

陳腐垃圾處理方法主要有原位封場(chǎng)和異位搬遷，根據(jù)不同的地理?xiàng)l件、垃圾成分以及投資規(guī)模等因素選擇不同的治理方式。異位搬遷是將陳腐垃圾通過(guò)分選分類，然后將分選出來(lái)的不同物料進(jìn)行資源化利用[6,7]。

陳腐垃圾篩分治理項(xiàng)目中，篩分產(chǎn)物主要分為無(wú)機(jī)骨料、腐殖土和輕質(zhì)可燃物、廢鐵四大類[8]，其中輕質(zhì)可燃物現(xiàn)階段主要處置方法為送至焚燒發(fā)電廠進(jìn)行焚燒發(fā)電[9]。陳腐垃圾篩分項(xiàng)目運(yùn)行周期短，項(xiàng)目處理體量大，根據(jù)存量垃圾篩分治理項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)可知，生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)內(nèi)的存量垃圾經(jīng)分選后的輕質(zhì)可燃物占比通?？蛇_(dá)45%～55%(質(zhì)量比)，以處理規(guī)模為100 t/h的生產(chǎn)線考慮，工作日有效運(yùn)行時(shí)間8h，分選能力可達(dá)到800 t/d，則每日輕物質(zhì)產(chǎn)量可達(dá)到360～440 t/d，對(duì)這類輕質(zhì)物通常就近送至生活垃圾焚燒發(fā)電廠處理。根據(jù)“十四五”規(guī)劃指出，大多數(shù)城市的焚燒處置設(shè)施缺口很大，某些焚燒發(fā)電廠超燒，不具備接收輕質(zhì)可燃物的剩余能力，篩分出來(lái)的輕質(zhì)可燃物不能及時(shí)外運(yùn)焚燒，造成輕質(zhì)可燃物需要進(jìn)行存儲(chǔ)，根據(jù)項(xiàng)目地周邊焚燒廠的情況，陸續(xù)進(jìn)行焚燒處理。

現(xiàn)在陳腐垃圾篩分項(xiàng)目，篩分車間通常就近布置在填埋場(chǎng)周邊現(xiàn)有空地上，空間狹小、各個(gè)功能區(qū)布置緊湊，通常沒(méi)有過(guò)多場(chǎng)地用于篩分產(chǎn)物暫存，腐殖土及骨料尚可就地回填，而輕質(zhì)物通常就近送至生活垃圾焚燒發(fā)電廠處理。

由于各地生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目起步晚、建設(shè)規(guī)模、選址欠合理，導(dǎo)致某些焚燒發(fā)電廠超燒、某些焚燒發(fā)電廠進(jìn)廠垃圾量嚴(yán)重不足，前者不具備接收輕質(zhì)可燃物的剩余能力，后者往往位置偏僻、運(yùn)距遠(yuǎn)、轉(zhuǎn)運(yùn)成本高。分選出的輕質(zhì)可燃物較蓬松，密度較低，為降低轉(zhuǎn)運(yùn)頻次及運(yùn)輸成本，需要利用裝載機(jī)在物料裝載過(guò)程中反復(fù)壓實(shí)，壓實(shí)后密度能達(dá)到0.8 t/m3左右，裝載一車往往耗時(shí)20～30 min，運(yùn)行效率極低，嚴(yán)重時(shí)可引起物料積存，篩分產(chǎn)物沒(méi)地方存放，導(dǎo)致篩分系統(tǒng)無(wú)法順利出料，甚至導(dǎo)致停產(chǎn)。

輕質(zhì)可燃物在存儲(chǔ)時(shí)，如果進(jìn)行散放覆蓋存儲(chǔ)，由于輕質(zhì)可燃物密度小，存儲(chǔ)時(shí)占地面積大，容易飛散，對(duì)周邊環(huán)境造成二次污染，并且不易于存儲(chǔ)管理。而通過(guò)壓縮打包系統(tǒng)，可以將輕質(zhì)可燃物通過(guò)快速打包機(jī)進(jìn)行壓縮、捆扎，形成規(guī)整的四方體，便于包體堆放、覆蓋和存儲(chǔ)管理。

為提升轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中車輛裝載能力，常常在篩分系統(tǒng)末端配置壓縮打包機(jī)[10]，對(duì)篩選之后的輕質(zhì)可燃物進(jìn)行壓縮、捆扎、打包，物料密度能夠達(dá)到1.2～1.5 t/m3[11]。此前使用的打包機(jī)是單獨(dú)系統(tǒng)，主要依靠人工穿絲，效率低，影響項(xiàng)目運(yùn)行、增加勞務(wù)成本。而輕質(zhì)可燃物在散料暫存過(guò)程中，散堆密度0.4～0.5 t/m3，占用空間大，容易飛散飄灑。散存的輕質(zhì)物可燃物較蓬松，密度較低，為降低轉(zhuǎn)運(yùn)頻次及運(yùn)輸成本，需要利用裝載機(jī)在物料裝載過(guò)程中反復(fù)壓實(shí)，壓實(shí)后密度能達(dá)到0.8 t/m3左右(20 m3轉(zhuǎn)運(yùn)車可裝載17～18 t輕質(zhì)可燃物)，但裝載一車往往耗時(shí)僅20～30 min，運(yùn)行效率極低。

3 自動(dòng)打包技術(shù)

全自動(dòng)液壓打包機(jī)主要適用于鋼廠、回收加工行業(yè)及有色、黑色金屬冶煉行業(yè)。廢紙打包機(jī)廠家所有機(jī)型均采用液壓驅(qū)動(dòng)，可選擇手動(dòng)或PLC自動(dòng)控制操作。全自動(dòng)液壓打包機(jī)打包流程見(jiàn)圖1[11]。

圖1 全自動(dòng)液壓打包機(jī)打包流程

目前國(guó)內(nèi)全自動(dòng)高速液壓打包機(jī)，液壓系統(tǒng)工作壓力通?？梢宰龅健?000 kN，主壓縮油缸工作壓力≥1500 kN，通過(guò)雙油泵對(duì)主液壓缸的前進(jìn)和退回分別控制，提高主液壓缸的運(yùn)行速度，從而提高打包的效率，打包效率可以達(dá)到25 包/h以上，送絲采用推絲方式，相比傳統(tǒng)的勾絲方式，送絲更精準(zhǔn)，物料對(duì)送絲機(jī)構(gòu)影響更小。

篩分后的輕質(zhì)可燃物密度低，占地大，通過(guò)打包單元，提高篩分暫存場(chǎng)地的空間利用率，也可以免去輕質(zhì)物運(yùn)輸壓實(shí)的過(guò)程，縮短裝載時(shí)間。

4 自動(dòng)打包機(jī)技術(shù)在垃圾篩分中的應(yīng)用

在篩分生產(chǎn)線中增加全自動(dòng)壓縮打包單元，需要與篩分生產(chǎn)線產(chǎn)量進(jìn)行匹配，保證篩分出來(lái)的輕質(zhì)物能及時(shí)進(jìn)行打包，并且要減小打包單元對(duì)篩分生產(chǎn)線的影響。

打包單元融入篩分生產(chǎn)線，生產(chǎn)線設(shè)備之間的連接方式?jīng)]有采用常規(guī)的硬性連接，而是采用一種新型的柔性連接方式。這種柔性連接方式是在篩分工藝中，將打包系統(tǒng)設(shè)計(jì)為獨(dú)立單元，將打包機(jī)配套的上料帶機(jī)受料位置，設(shè)計(jì)為沉降地坑結(jié)構(gòu)，上料帶機(jī)受料位置放置在地坑內(nèi)，與篩分線的輕質(zhì)可燃物輸送皮帶機(jī)存在一個(gè)落差，在打包機(jī)短時(shí)間維修時(shí)，受料處可以積存部分輕質(zhì)可燃物，使得前端篩分系統(tǒng)不停機(jī)連續(xù)生產(chǎn)，待得打包機(jī)維修完畢，將已積存的輕質(zhì)可燃物運(yùn)送至打包機(jī)進(jìn)行壓縮打包。

通過(guò)這種柔性連接方式把打包系統(tǒng)融入篩分生產(chǎn)線，可以在篩分生產(chǎn)時(shí)將篩分出來(lái)的輕質(zhì)可燃物進(jìn)行打包；而且在篩分生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免會(huì)出現(xiàn)機(jī)械設(shè)備故障或者斷絲卡絲等造成停機(jī)的情況，通過(guò)這種柔性連接，可以在設(shè)備短時(shí)間停機(jī)維修時(shí)，受料處可以積存部分輕質(zhì)可燃物，使得前端篩分系統(tǒng)不停機(jī)連續(xù)生產(chǎn)。圖2為融入打包單元的篩分生產(chǎn)線，此篩分線處理量為100 t/h。

圖2 含全自動(dòng)壓縮打包單元的篩分生產(chǎn)線

如圖3、圖4所示，儲(chǔ)料沉降地坑深度為2000 mm，輕質(zhì)可燃物上料帶機(jī)受料處放入地坑中，上料帶機(jī)受料面距離篩分設(shè)備基礎(chǔ)面1000 mm，篩分生產(chǎn)線輕質(zhì)可燃物輸送帶機(jī)出料位置高度約為4500 mm，輕質(zhì)可燃物上料帶機(jī)的兩側(cè)及尾部用高度1000 mm擋板對(duì)物料進(jìn)行收集，擋板與地坑之間的間隙用軟橡膠板進(jìn)行覆蓋密封，防止物料散落入地坑中，造成設(shè)備堵塞。當(dāng)篩分系統(tǒng)工作時(shí)，輕質(zhì)可燃物通過(guò)輸送帶機(jī)運(yùn)至上料帶機(jī)受料處，通過(guò)上料帶機(jī)運(yùn)送至打包機(jī)處進(jìn)行壓縮打包、自動(dòng)捆扎。沉降地坑做成9500 mm×4000 mm(2400 mm)，如圖4所示，深度為2000 mm，底部及側(cè)面做防水處理，防止積水滲入地下造成污染，同時(shí)防止地表水滲透進(jìn)坑內(nèi)，造成設(shè)備淹水?？芋w一端做成4000 mm×1200 mm 寬度，此處為維修人孔，便于維修人員進(jìn)入地坑進(jìn)行設(shè)備維修，地坑底部設(shè)計(jì)成坡面結(jié)構(gòu)，坡面斜度為∠1000∶0.5，在底部坡面最低點(diǎn)設(shè)置積水收集坑，尺寸為300 mm×300 mm×300 mm，用于收集坑內(nèi)的積水，收集坑內(nèi)設(shè)置一臺(tái)潛水泵進(jìn)行抽排水，防止坑內(nèi)設(shè)備被積水淹泡。

圖3 打包機(jī)及儲(chǔ)料沉降地坑

圖4 沉降地坑結(jié)構(gòu)(mm)

以處理量100 t/h篩分線為例，打包單元設(shè)備參數(shù)如下：

(1)輕質(zhì)可燃物上料帶機(jī)：帶寬1600 mm，采用鏈板式連接結(jié)構(gòu)，含側(cè)護(hù)板，輸送速度為0.5 m/s，減速電機(jī)配合鏈條進(jìn)行傳動(dòng)，額定功率15 kW。

(2)全自動(dòng)液壓打包機(jī)：處理量≥25 包/h；包型尺寸W1100×H1250×L1500(可調(diào))(mm)；主油壓缸尺寸≥HSGΦ300(mm)、推力≥1500 kN；密度調(diào)節(jié)方式為三面浮動(dòng)式加緊；穿絲方式為推絲結(jié)構(gòu)；捆扎方式為自動(dòng)穿絲，自動(dòng)絞絲切斷；液壓系統(tǒng)壓力≥2000 kN；主油泵2臺(tái)，主油缸進(jìn)程回程分別控制；捆扎線數(shù)5道絲，10號(hào)和12號(hào)鐵絲可用；PLC獨(dú)立控制(包含輕質(zhì)可燃物上料帶機(jī)設(shè)備控制系統(tǒng))。

5 輕質(zhì)物打包堆垛

堆碼本是倉(cāng)儲(chǔ)物流及港口運(yùn)輸中常用的技術(shù)，目的是為了合理利用空間，節(jié)省存儲(chǔ)占地面積，高效安全的儲(chǔ)存物品。

堆碼的形式根據(jù)堆放貨品的特點(diǎn)和需求各有不同，包括重疊式、壓縫式、俯仰式、襯墊式和交錯(cuò)式等多種形式[12]，如圖5所示。其中，壓縫式堆碼方式是將垛底的底層排列成正方形或長(zhǎng)方形，上層起壓縫堆碼，每件物品壓住下層2件貨物。這樣的堆碼方式能較大限度節(jié)省空間，方便操作，穩(wěn)定性能好，非常適于輕質(zhì)可燃物打包后碼放。

圖5 貨物堆碼方式

輕質(zhì)可燃物通過(guò)全自動(dòng)液壓打包機(jī)打包后，壓縮打包成1100 mm×1250 mm×1200 mm的長(zhǎng)方體，使用抱夾叉車進(jìn)行倒運(yùn)堆垛。輕質(zhì)可燃物包塊采用壓縫式堆碼，可以合理地利用篩分場(chǎng)地暫存空間，加大輕質(zhì)物可燃物存儲(chǔ)量，便于日常覆蓋保存管理(圖6)。

圖6 抱夾叉車

6 對(duì)輕質(zhì)可燃物進(jìn)行自動(dòng)打包分析

輕質(zhì)可燃物的打包工藝、堆碼技術(shù)是對(duì)全自動(dòng)液壓打包機(jī)技術(shù)在陳腐垃圾篩分領(lǐng)域中的應(yīng)用，完善了陳腐垃圾篩分生產(chǎn)線，雖然工藝復(fù)雜度有所提高，但是可實(shí)現(xiàn)篩分生產(chǎn)線的全自動(dòng)作業(yè)，大幅度提高了打包效率，降低了設(shè)備故障對(duì)生產(chǎn)線的影響。加強(qiáng)了液壓打包機(jī)的系統(tǒng)壓力，提高了壓縮強(qiáng)度，并將輕質(zhì)可燃物加以打包加固，同時(shí)引入科學(xué)的貨物堆碼技術(shù)，形成了完整的輕質(zhì)可燃物的打包-堆碼技術(shù)體系。

7 結(jié)論

(1)該打包系統(tǒng)與陳腐垃圾篩分系統(tǒng)進(jìn)行了柔性連接，設(shè)計(jì)地坑結(jié)構(gòu)，打包機(jī)暫時(shí)停運(yùn)不會(huì)影響篩分系統(tǒng)運(yùn)行，不影響項(xiàng)目實(shí)施效率。

(2)引入全自動(dòng)液壓打包機(jī)技術(shù)，對(duì)輕質(zhì)可燃物進(jìn)行打包加固，避免散料堆放，通過(guò)打包機(jī)壓縮，提高密度，使得輕質(zhì)物體積更小，節(jié)省占地空間。

(3)采用全自動(dòng)液壓打包機(jī)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)穿絲，避免人工操作，提高設(shè)備安全性、運(yùn)行穩(wěn)定性、系統(tǒng)連貫性。

(4)引入貨物堆碼技術(shù)，減少物料堆存過(guò)程中的占地面積，避免輕物質(zhì)飄灑。采用壓縫式堆碼技術(shù)對(duì)空間進(jìn)行合理安排，使得輕質(zhì)可燃物堆體既穩(wěn)固又節(jié)省空間。

(5)輕質(zhì)可燃物打包后使用抱夾叉車進(jìn)行倒運(yùn)存料，操作相對(duì)簡(jiǎn)單。

(6)對(duì)于與焚燒發(fā)電廠距離較遠(yuǎn)的治理項(xiàng)目，輕質(zhì)可燃物打包后更有利于運(yùn)輸，有利于降低轉(zhuǎn)運(yùn)成本。