垃圾综合处理的关键设备——旋转式垃圾破碎筛分机及桁车式翻堆机的研制

天津水工业工程设备有限公司
张大群 金宏 曹铎

一、研究课题的提出

　　遵照天津市科委关于我市环保产业发展的统一计划布置，天津市水工业工程设备有限公司主持并有天津甘泉集团共同参加的《城市生活垃圾减量化技术研究》课题，在各级领导及专家的大力支持下顺利完成。旋转式垃圾破碎筛分机及桁车式翻堆机研制成功,并于2002年9月29日通过专家验收。

　　1、环保产业发展的现状
　　近年来,中国把环境保护确立为一项长期坚持的基本国策，确立了环境保护与经济社会协调和持续发展的战略。随着环境保护产业的深入发展，我国环保产业的技术水平已有了较大的提高，在个别领域已跻身于国际先进的行列，特别是城市污水治理使城市建设、环境保护等方面取得了明显的效果。但是就总体水平而言，我国的环保产业技术水平有待提高，与国际先进技术相比有着较大的差距。目前天津市每年需处理的垃圾约240万吨，但垃圾处理滞后、处理技术落后、设备老化且处理能力不足。落后的传统的处理观念和处理模式已远不能满足现代城市经济发展和人们新的生活方式的需要。因此对固体废弃物的处理要实现无害化、减量化、资源化的专用设备，已到了刻不容缓的地步。天津作为北方的环保产业基地，却环保产业发展起步较晚，其技术水平远不及南方环保产业发展地区。因此我们应抓住机遇急起直追，去开发研制科技含量高的固体废弃物处理的专用设备是十分必要的。

　　2、针对存在问题制定开发研制目标
　　针对现有垃圾环保专用设备发展中，存在垃圾处理、污泥堆肥技术落后、性能单一、缺乏市场占有率、与国际上先进技术水平相比，差距较大等问题，加大了对固体废弃物专用设备的研制开发力度。在消化吸收国外先进技术和经验的基础上，结合我国的具体国情，沿着技术性能先进、设备性能可靠、管理运行方便、经济合理的技术路线，开发研制出了新一代固体废弃物处理与处置专用设备成果。力求加速转换成生产力，以尽快实现固体废弃物专用设备的产业化。重点研制的设备“旋转式垃圾破碎筛分机及桁车式翻堆机”，这两项产品为固体废弃物处理及处置过程中的关键机械设备。研制中，力求做到“高起步、高新技术、高效率、低能耗”，并达国内先进水平。

二、研制过程中重点解决的问题

　　1、旋转式垃圾破碎筛分机
　　该机是垃圾综合处理，“予处理阶段”的关键专用机械设备。它可实现对混合垃圾进行破碎和筛分两种功能，使处理效果更加理想。原始垃圾经筛选后，可将不参加堆肥的部分垃圾作为筛上物分类选出。将参加堆肥部分的垃圾按要求的粒径，送入下一道工序。
　　由于我国城市垃圾构成复杂，居民生活垃圾、商业垃圾、工业垃圾、部分建筑垃圾，混合源头清运，未经分类。这给予处理带来很大困难，无法进行资源利用。特别是垃圾中含有大量的长纤维物质及废弃塑料袋等杂物，难以降解和堆肥，分选十分困难。还有像建筑垃圾中，夹杂着一些坚硬物质等。以往使用的筛分机通常只具备筛分功能。对长纤维物及坚硬物，须依靠专门的工序解决，劳动强度大、筛分效率低。为解决这些问题，在旋转式垃圾破碎筛分机的研制中，特别设计了螺旋式推进导叶装置。该装置成功实现了破碎、筛分融为一体的功能，为垃圾破碎、筛分设备的发展迈出了可喜的一步。

　　2、桁车式翻堆机
　　城市垃圾、污泥堆肥的高温发酵过程是垃圾、污泥制肥过程中的一个重要环节。在此过程中新鲜的城市垃圾、污泥堆体通过注入空气，使垃圾、污泥中的微生物与空气中的氧充分接触，实现生化反应，可使堆体迅速升温，实现垃圾、污泥中有机物质迅速降解，同时将病源菌类充分杀死，达到无害化、减量化、资源化的处理目的。
　　在传统的垃圾静态好氧堆放过程中，需要通过配置的鼓风机及送风系统向垃圾、污泥堆体内部进行强制注入大量的空气，实现好氧处理的目的。此种工艺方法需配置大量的专用机械设备，而且空气进入堆体内部阻力较大，可能导致垃圾、污泥的腐熟性程度不均匀，因次存在着发酵周期长、能耗高、运行成本高的问题。
　　桁车式翻堆机是一种通过对垃圾、污泥堆体进行强制翻倒而实现垃圾、污泥静态好氧发酵的专用机械设备。通过对堆体定时进行翻倒，既可实现堆体与空气充分接触。该机可取代复杂的强制通风系统，降低运行成本，而且使垃圾、污泥的腐熟性更加均匀。

三、研制成果

　　1、旋转式垃圾破碎筛分机（见图1）

　　（1）结构型式及工作原理
　　该机设有一个进料口和两个出料口。新鲜城市垃圾，经皮带运输机送至旋转式垃圾破碎筛分机进料口，经进料口进入予搅拌破碎段。设计中把该机分为“予搅拌破碎段”和“筛分段”两部分，予搅拌段可对新鲜垃圾中的粘团、长纤维物进行打碎及撕裂处理，破坏垃圾粘团现象。经予处理后的垃圾，均匀的进入筛分筒（筛分段）内。在筛分滚筒中央部位，沿轴向设有螺旋式推进导叶装置，它与筛分滚筒为同轴差速同向转动，并将筛分滚筒内腔，轴向分割成四部分。这样可有效避免垃圾在滚筒筛分过程中，由于过于集中，在此形成垃圾粘团，影响筛分效果。同时螺旋式推进导叶片与筛分滚筒内壁之间形成楔型间隙，在滚动筛分过程中，可不断的将混合垃圾中的坚硬物、长纤维物，进一步碾碎、撕裂并可随时刮掉粘在筛分滚筒内壁上的垃圾粘结物。以保证筛分质量，并保证机组正常运转。筛下物经Ф40mm的筛孔分离后从主出料口流出，筛上物（塑料袋）等经副出料口分离出。关于随季节、地域不同、成分差异较大的垃圾可通过适当延长筛分时间来保证筛分效果。试验中发现，该机处理规模随上料的多少而变化，当连续匀足量供料时，其日处理规模达到130 t/d。
　　该机将破碎及筛分功能融为一体，既提高了筛分效果、保证筛分质量，又提高了筛分效率。
　　（2）设备的机械性能及主要技术参数
　　外形尺寸：（长×宽×高）6×4.2×4.08 m
　　处理规模：130 t/d
　　电机功率：7.5 kw
　　筛分孔径：Ф40 mm
　　筛分效率：>85%
　　主轴转数：12 r/min
　　滚筒转数：8 r/min
　　滚筒直径：1.5 m
　　滚筒长度：3.4 m
　　筛分进料口：800×960 mm
　　筛下物料口：800×800 mm
　　筛上物料口：500×800 mm

　　2、桁车式翻堆机
　　⑴结构形式及工作原理
　　该设备由桁车、翻倒小车、翻倒轮、驱动装置等主要部件组成。桁车作为承重梁，承担着整个翻堆机的全部的静载荷及工作中动载荷，并带动整机沿固定在仓体侧墙上的轨道实现纵向往复移动。翻倒小车悬挂在桁车下面，可沿固定在桁车上的轨道，做横向往复移动。翻倒轮安装在翻倒小车的下部，随翻倒小车横向行进的同时，自身定向旋转吃进料堆，实现翻倒垃圾、污泥堆体的目的。翻倒轮吃进量可根据需要进行调整。在实验中，当堆高0.7m,翻倒轮吃进0.55m时,产量可达119 t/d。该设备结构简单、安装灵活。
　　⑵结构尺寸及主要技术指标
　　处理规模：>100 t/d
　　机组电机功率：5.12kw
　　桁车宽度：1 m
　　桁车跨度: 5 m
　　桁车行进速度：6.04 m/min
　　翻倒小车行进速度：0.918 m/min
　　翻倒轮转速：140 r/min
　　翻倒轮吃进深度：0～0.55m

四、经济效益分析

　　初步估计，按全国（不包括小城镇）每年平均产垃圾1.9亿吨计算。如果十分之一用于堆肥，则每年需要旋转式垃圾破碎筛分机640台，假如我们能占六分之一的市场，则每年需108台，可实现年产值1620万元，毛利润500余万元，翻堆机若按筛分机的二分之一销售，则可实现年产值410万元，实现利润140万元。旋转式垃圾破碎筛分机及桁车式翻堆机的试验成功，即将用于示范工程，接受工程实践的检验，进一步完善其使用功能，更好的为生产服务。