城市生活垃圾前處理集成系統(tǒng)

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簡介： 在城市生活垃圾綜合處理工程中，整個處理過程可以分為前處理工序、處理工序和后處理工序三大系統(tǒng)。處理工序包括焚燒、發(fā)酵制肥，后處理工序包括焚燒尾氣凈化處理，焚燒爐渣、前處理工序及制肥過程中分選出的有害物的處理。 前處理工序在整個垃圾處理工程中占有十分重要的地位，它不但是垃圾進(jìn)入焚燒、發(fā)酵等實質(zhì)處理前的必需工序，對最終處理效果、能否達(dá)標(biāo)排放具有重要意義；而且，前處理工序的設(shè)備投資和配套建筑設(shè)施的投資分別占到垃圾處理廠設(shè)備總投資和建筑設(shè)施總投資的40%左右，設(shè)備故障和能耗分別約占整個系統(tǒng)設(shè)備故障和能耗的一半。因此，研究、開發(fā)先進(jìn)、實用的垃圾前處理設(shè)備具有重要意義。
關(guān)鍵字：城市生活垃圾 垃圾前處理

一、前言

在城市生活垃圾綜合處理工程中，整個處理過程可以分為前處理工序、處理工序和后處理工序三大系統(tǒng)。處理工序包括焚燒、發(fā)酵制肥，后處理工序包括焚燒尾氣凈化處理，焚燒爐渣、前處理工序及制肥過程中分選出的有害物的處理。

前處理工序在整個垃圾處理工程中占有十分重要的地位，它不但是垃圾進(jìn)入焚燒、發(fā)酵等實質(zhì)處理前的必需工序，對最終處理效果、能否達(dá)標(biāo)排放具有重要意義；而且，前處理工序的設(shè)備投資和配套建筑設(shè)施的投資分別占到垃圾處理廠設(shè)備總投資和建筑設(shè)施總投資的40%左右，設(shè)備故障和能耗分別約占整個系統(tǒng)設(shè)備故障和能耗的一半。因此，研究、開發(fā)先進(jìn)、實用的垃圾前處理設(shè)備具有重要意義。

二、現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)城市生活垃圾綜合處理工藝的前處理工序一般如下：在垃圾卸料場內(nèi)，由工人對原生垃圾進(jìn)行翻揀，選出外形尺寸大的垃圾和纏繞物等成分后，由裝載車送到垃圾倉，再由行車、抓斗送到給料機。所謂給料機其實就是一個料斗，里面有一～三個螺旋或帶刀刃的輥子，用作破袋、破碎，因而也叫破袋機或破碎機，袋裝垃圾在給料機中實現(xiàn)破袋和部分破碎。由于結(jié)構(gòu)原因，這種破袋機不能同時破大、小袋。垃圾經(jīng)破袋、破碎后，被給料機下面的板式輸送機近似均勻地帶走并送入皮帶輸送機，然后送入篩分機。給料機和板式輸送機一般合稱勻料機。

垃圾經(jīng)篩分后，篩下物經(jīng)手選、磁選進(jìn)入發(fā)酵工序；篩上物經(jīng)手選、磁選后進(jìn)入焚燒爐焚燒。

在上述前處理工序中，需要的設(shè)備有：裝載機、行車、抓斗、給料機、板式輸送機、皮帶輸送機、篩分機、磁選機。設(shè)備種類多、數(shù)量多，設(shè)備之間的配合、協(xié)調(diào)受人為因素影響大；設(shè)備功率大、能耗高，運行、維護(hù)費用高；限于皮帶輸送機的爬升能力，設(shè)備平面布置范圍大，占地面積大，垃圾輸送距離大，需要的輸送設(shè)備多；設(shè)備安裝高差大，對車間建筑要求高。

這種前處理工藝的設(shè)計思路來源于國外垃圾焚燒廠焚燒爐給料系統(tǒng)，該系統(tǒng)由垃圾倉、行車、抓斗等組成，垃圾倉的作用除了暫時存放垃圾外，更主要的是原生垃圾中的有機物在這里脫水以提高垃圾的熱值，便于焚燒時著火和充分燃燒；行車的作用除運送垃圾外，還有翻堆、拌和的功能。然而，在垃圾綜合處理工程中，垃圾中的有機物用于發(fā)酵制肥，并不一定要在垃圾倉進(jìn)行脫水；同時，垃圾在進(jìn)入焚燒爐前，要經(jīng)過破袋、篩分，也不必行車、抓斗進(jìn)行翻堆、拌和。因此，在垃圾綜合處理工程中，行車、抓斗系統(tǒng)功能單一，功能與投資明顯不對等，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性差。

上述前處理系統(tǒng)還存在嚴(yán)重的功能缺陷：

首先，必須由人工分選出尺寸大于120mm～150mm、不易被給料機破碎的垃圾成分及纏繞物并破大袋，這些工作是由工人在骯臟、惡臭、小山一樣的垃圾堆中用鋤頭、鐵揪、鐵鉤等原始工具進(jìn)行的，不但嚴(yán)重影響、損害工人的身體健康，分揀效率和效果都很差而且受人為因素影響大，難以實現(xiàn)大件垃圾及纏繞物的有效分揀。而大件垃圾和纏繞物的徹底分揀，是保證勻料機正常運行的前提和關(guān)鍵。實踐證明，正是由于大件垃圾和纏繞物不能有效分揀，再加上勻料機自身的工作原理和結(jié)構(gòu)缺陷，使給料機的輥子與輥子之間、輥子與料斗之間、給料機和板式輸送機之間經(jīng)常發(fā)生堵塞、卡死，嚴(yán)重時導(dǎo)致設(shè)備損壞，成為垃圾處理廠生產(chǎn)線故障率最高的設(shè)備之一。

抓斗也是高故障的設(shè)備之一，液壓驅(qū)動式抓斗配件費用高、維修難度大；機械驅(qū)動式抓斗鋼絲繩消耗大且更換不便，耗時費力。                                   

第二，給料機容易造成過度破碎，即容易將垃圾中不應(yīng)破碎的玻璃、陶瓷、電池等破碎，導(dǎo)致這些成分在后續(xù)分選工序分選難度增大，難以有效分選，從而導(dǎo)致重金屬排放嚴(yán)重超標(biāo)，導(dǎo)致堆肥因重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)和玻璃、陶瓷成分含量高而不能或不適合施用。

第三，分選效率低、效果差。在現(xiàn)有的分選工藝中，一般將垃圾按粒度簡單分為篩上物和篩下物，再分別對篩上物和篩下物進(jìn)行人工手選和磁選。由于篩上物和篩下物的尺寸分布范圍大、成分復(fù)雜、拋物類成分多，磁選的效果受到影響。手選的效果更差，特別是對于篩下物中的電池、小玻璃等有害成分，效果更差。有的工程設(shè)置了風(fēng)力分選、彈跳分選等分選工序，設(shè)置風(fēng)選工序的意圖主要是回收紙張、塑料等可以回收利用的成分，獲得經(jīng)濟(jì)效益；設(shè)置彈跳分選的意圖主要是選出電池、陶瓷、磚石等成分。但由于生活垃圾的成分復(fù)雜多樣、各組成成分的物理特性差異大，風(fēng)力分選、彈跳分選的效率和效果不理想，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性差。某大型垃圾分選回收設(shè)備的驗收現(xiàn)場有這樣一個場面：在近二米長的廢紙輸送帶上就只有一張紙，回收效率可見一斑。

篩上物經(jīng)手選、磁選后送往焚燒爐焚燒。由于這部分垃圾的粒度或外形尺寸范圍大，因而量也大，在被送進(jìn)焚燒爐前，難以采用合適的方法和設(shè)備對其進(jìn)行適當(dāng)破碎；而不經(jīng)破碎直接進(jìn)入焚燒爐，就會產(chǎn)生這樣的后果：或者尺寸大的垃圾不能充分燃燒，燃燒產(chǎn)物不能達(dá)標(biāo)排放甚至產(chǎn)生新的更難以處理的有害物質(zhì)，如二惡英類；或者必須增加垃圾在焚燒爐內(nèi)的停留時間，這樣不但會降低焚燒爐的實際處理能力，還可能產(chǎn)生新的、難以處理的有害物，如氮氧化物。

有的垃圾廠在焚燒爐前設(shè)置了簡單的破碎設(shè)備——一般和焚燒爐進(jìn)料機構(gòu)設(shè)置成一體，因難以同時兼顧經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性，實際效果不好。

篩下物中包含了幾乎全部的干電池和玻璃成分及大部分的重金屬。同樣由于粒度分布范圍大、量多，手選和磁選的效果都較差；對于在破袋工序中被破碎了的電池和玻璃，幾乎完全無能為力。因此堆肥重金屬含量高、玻璃渣含量高也就成為必然！

總之，目前的前處理系統(tǒng)可以概括為：建設(shè)費用高、運行故障高、能耗高、維護(hù)費用高，效率低、效果差。不但其功能和所占投資比例、能耗比例、運行維護(hù)費用比例嚴(yán)重不對等，而且還是整個工程排放達(dá)標(biāo)難、堆肥質(zhì)量差的重要原因。城市生活垃圾綜合處理要走出上述困境，就必須從前處理工序入手。

三、城市生活垃圾前處理集成系統(tǒng)

城市生活垃圾前處理集成系統(tǒng)是我們在分析、研究國內(nèi)外多個工程資料，考察國內(nèi)多個垃圾處理工程，與業(yè)內(nèi)人士廣泛交流的基礎(chǔ)上，結(jié)合我們多年來在化工工程及設(shè)備、鍋爐設(shè)備、自動控制、環(huán)保工程實踐等方面的技術(shù)沉淀和成功開發(fā)大型復(fù)雜機電成套設(shè)備的經(jīng)驗積累，從研究城市生活垃圾處理工藝出發(fā)，開發(fā)的一套工藝與設(shè)備、機械與電氣、設(shè)備各組成單元之間高度整合；簡單、高效，適合我國城市生活垃圾成分，并與我國目前及今后一個時期的經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展水平相適應(yīng)的城市生活垃圾前處理集成系統(tǒng)。

城市生活垃圾前處理集成系統(tǒng)由裝載機、垃圾破袋分選——勻料設(shè)備、皮帶輸送機、破碎機、磁選機、精選機和人工分揀組成，它整合了原前處理系統(tǒng)中由人工進(jìn)行的大件垃圾分選和行車、抓斗、給料機、板式輸送機、篩分設(shè)備、皮帶輸送機等設(shè)備的全部功能。

開放式垃圾破袋分選機由機架、側(cè)板、擋板機構(gòu)、1級滾筒組、2級滾筒組、L形柵格板和分別安裝在它們下面的1、2、3號集料器等組成。相鄰滾筒之間的凈間距等于或略大于垃圾的分選尺寸，滾筒的表面布置有能對垃圾起到撥送、撕扯作用的刀刃，滾筒通過軸承安裝在機架上并與傳動機構(gòu)相連。滾筒組上緣構(gòu)成大塊垃圾輸送面，相鄰滾筒及其相應(yīng)的刀刃構(gòu)成小塊垃圾通過的篩孔。1級滾筒組、2級滾筒組和L形柵格板分別構(gòu)成一、二、三級篩面。擋板機構(gòu)由大擋板、小擋板和驅(qū)動機構(gòu)等組成，大擋板聯(lián)接在驅(qū)動機構(gòu)上，小擋板鉸接在大擋板上，小擋板上可以設(shè)置釘、鉤或刀刃。擋板機構(gòu)的作用是對袋裝垃圾產(chǎn)生運動阻力，增強破袋、破碎效果，當(dāng)遇到大塊垃圾時大擋板能自動抬起讓其通過。

垃圾提升勻料機是目前廣泛使用的斗式提升機的改進(jìn)。以獨特的受控卸料代替斗式提升機采用的重力誘導(dǎo)、慣性拋灑卸料，避免了重力誘導(dǎo)、慣性拋灑卸料對物料的幾何尺寸等物理特性的限制并有自動清理殘留物料的功能，適合垃圾等成分、形狀、尺寸差異大以及帶粘性的物料的提升輸送。在垃圾處理工程中可代替行車、抓斗、板式輸送機用于垃圾的提升輸送、均勻給料；可與螺旋輸送機等配合使用代替翻堆機、鏟車等設(shè)備用于堆肥翻倉、出倉等作業(yè)；可用以調(diào)整工序之間的高差、以減少皮帶輸送機的爬升角度和長度，減小車間面積和高度。具有結(jié)構(gòu)簡單、布置靈活、操控方便、節(jié)省投資、降低運行費用，便于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化等優(yōu)點。設(shè)備的動力機構(gòu)可安裝在下部，便于安裝維護(hù)。

精選機是在充分研究垃圾成分、處理目的、排放標(biāo)準(zhǔn)、堆肥質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，整合多種分選技術(shù)開發(fā)的一套簡單、高效、經(jīng)濟(jì)的電池專用分選設(shè)備。

以下簡要介紹垃圾前處理集成系統(tǒng)的工作原理和過程。

裝載車以一定的時間間隔不斷將原生垃圾送入開放式破袋分選機的前端部，被垃圾覆蓋和與垃圾有效接觸的滾筒在轉(zhuǎn)動過程中將垃圾向相鄰的下一個滾筒撥送。這一過程連續(xù)向后復(fù)制，延續(xù)到所有滾筒。在這個過程中，同時實現(xiàn)大小垃圾袋的破袋和多級篩分。破袋有兩種形式，一種是滾筒上的刀刃撥動袋裝垃圾時，袋裝垃圾在自重、其他垃圾的擠壓、碰撞作用和擋板的阻礙作用下，被刀刃劃破包裝袋；另一種方式是當(dāng)袋裝垃圾處于兩根滾筒之間時，垃圾袋被差速轉(zhuǎn)動的刀刃撕裂。破袋的同時有一定破碎作用。

垃圾的分類是這樣實現(xiàn)的：當(dāng)垃圾在滾筒組上面被向后撥送時，一類粒度的垃圾成分從1級滾筒組的滾筒之間進(jìn)入下面的1號集料器；二類粒度的垃圾和少許一類粒度的垃圾進(jìn)入2號集料器；其余的垃圾進(jìn)入L形柵格板，三類粒度的垃圾從柵格之間的間隙進(jìn)入3號集料器；剩下的大塊垃圾翻越L形柵格板的短邊進(jìn)入大件垃圾收集槽，為4號垃圾。

第一類粒度最小，成分包括灰渣、有機物和全部的干電池和碎小玻璃、陶瓷等。該部分垃圾經(jīng)1號集料器進(jìn)入1號垃圾提升勻料機，由1號垃圾提升勻料機送入精選機并輔以手選，分選出碎紙、輕質(zhì)塑料、電池和大部分玻璃、陶瓷類成分后由1號皮帶輸送機送進(jìn)發(fā)酵倉發(fā)酵制肥。第二類成分包括塑料、竹木、玻璃、陶瓷等，經(jīng)2號集料器被2號垃圾提升勻料機送入2號皮帶輸送機，再經(jīng)手選、磁選后送到焚燒爐。第三類由3號集料器直接進(jìn)入3號皮帶輸送機，經(jīng)手選后進(jìn)入破碎機進(jìn)行破碎，然后由3號垃圾提升勻料機提升到合適的高度經(jīng)滑槽直接輸送到2號皮帶輸送機，和第二類垃圾一起經(jīng)磁選后送到焚燒爐。第四類尺寸最大，先由人工對其中不適合焚燒和不能進(jìn)入破碎機的成分進(jìn)行分選、拆解后送到破碎機破碎，然后同樣經(jīng)3號垃圾提升勻料機進(jìn)入2號皮帶輸送機、經(jīng)磁選后進(jìn)入焚燒爐焚燒——此處破碎機要處理的垃圾量就少多了。

破袋分選勻料設(shè)備采用實時全自動控制，具有較完善的故障檢測、故障報警、故障保護(hù)和一定的故障自動排除功能，大多數(shù)運行故障可以在線及時自動處理，運行中只需配備一～二名工人。

垃圾前處理集成系統(tǒng)所需安裝、操作面積不到原系統(tǒng)所需面積的一半，且省去了整個行車車間；設(shè)備安裝高差小，皮帶輸送機臺數(shù)少、長度短；電機功率只略相當(dāng)于被整合設(shè)備的三分之一。以日處理能力200噸的垃圾廠為例，可節(jié)省投資80萬元以上（一臺13.5米的5噸抓斗式行車及軌道等附屬設(shè)施約27萬元，行車車間建筑面積約600平米，包括配套設(shè)施40～45萬元——僅此兩項即可節(jié)約投資約70萬元），設(shè)備故障和運行費用降低50%以上，同時為垃圾充分燃燒、縮短煙氣在爐膛的停留時間，減少氮氧化物、二惡英類有害物的生成創(chuàng)造了有利條件，是解決目前城市生活垃圾處理行業(yè)嚴(yán)重存在的“三高一超”（建設(shè)投資高、設(shè)備故障高、運行費用高、排放超標(biāo)）現(xiàn)象的優(yōu)選方案，具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。