分類廚余垃圾綜合處理設施中新型密閉式輸送機的應用實踐

常燕青 徐鳳梅 常中龍 于強 吳海鎖

（1.維爾利環保科技集團股份有限公司，江蘇常州 213125；2.常州金源機械設備有限公司，江蘇常州 213126；3.江蘇省固體廢棄物處理環保裝備工程技術研究中心，江蘇常州 213126；4.北京起重運輸機械設計研究院，北京 100007；5.江蘇環保產業技術研究院股份公司，江蘇南京 210036）

0 引言

隨著人們生活水平的提高和社會經濟不斷發展，固體廢棄物產生量也逐年增加，生活垃圾處理問題日益顯著。2019年，196個大、中城市生活垃圾產生量23560.2萬t，目前每年以8%～10%的速度增長，特別是城鄉生活垃圾不僅量在增長，垃圾成分也在不斷發生變化。新固廢法的出臺實施，加快了垃圾減量化、資源化和無害化處理進展，“十三五”末我國在全國范圍開始建立分類投放、分類收集、分類運輸、分類處理的垃圾處理系統試點。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、瓜果皮等易腐有機垃圾[1]。廚余垃圾的主要特點是粗蛋白和粗纖維等有機物含量高、水含量高、油類和鹽分的含量高。廚余垃圾容易發酵、變質、腐爛，會產生毒素，散發惡臭，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，環境保護要求比較高，目前廚余垃圾處理設備廠使用最多的就是輸送機設備，能保證物料正常輸送，避免生活垃圾污染環境，需要輸送過程中保證密封性。

帶式輸送機是當前應用最廣的散狀物料輸送設備，廣泛應用于各個領域。目前普通帶式輸送機主要用于煤炭、水泥、糧食等散狀物料，已經不適用于輸送生活垃圾。因此急需一種密封性好、結構可靠、安裝維護簡單的密閉式輸送機用于生活垃圾的處理和輸送。由于垃圾處理廠周圍環境和避免鄰避效應的環保要求，密閉帶式輸送機在散狀物料輸送領域得到了越來越廣泛的應用[3]。本文重點論述垃圾處理系統中的密閉式輸送機，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 工藝方法和設備結構材料及設計參數

1.1 工程概況及廚余垃圾處理工藝流程

本工程在上海實施，是我國最早實施垃圾分類的試點城市項目，以分類餐飲垃圾和廚余垃圾（有機濕垃圾）為處理對象，處理量600t/d，其中廚余垃圾420t/d，餐飲垃圾180t/d。整個工程包括垃圾預處理、厭氧消化、沼渣脫水，以及廢棄食用油脂處理系統，廚余垃圾預處理工藝流程如圖1所示，廚余垃圾經運輸車輛運至處理廠內，稱重后廚余垃圾由車輛運至廚余預處理車間的卸料平臺，垃圾被倒入均料料倉，固體物料由均料機和料倉下方的鏈板輸送機共同將物料輸送至密閉式輸送機中，實現均勻上料，垃圾滲濾液通過管道輸送經除渣除砂設備后進行厭氧發酵。固體物料通過密閉式輸送機將物料輸送至滾筒篩，滾筒篩將廚余垃圾進行機械分選，大于篩分粒徑的可燃物料為篩上物，由密閉式輸送機輸送至壓縮站壓縮打包，最終進入焚燒站進行焚燒處理；小于篩分粒徑的物料為篩下有機物，由密閉式輸送機輸送至磁選機下方進行金屬分選，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輸送至生物水解反應器。廚余垃圾在生物水解反應器停留的時間一般為2d～3d[4]，生物水解后的物料進行擠壓脫水，脫水至含水率40%，脫水固渣焚燒處理，液相經漿液預處理除渣后漿液進行厭氧發酵產沼氣。厭氧發酵系統產生的沼氣可作為能源利用，沼液送至污水處理系統處理[5]。固渣相經焚燒處理。

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完成，具有除塵和除臭管道功能，可見密閉式輸送機在垃圾處理輸送過程中起著至關重要的作用。

1.2 密閉式輸送機的結構材料

1.2.1 密閉式輸送機組成

密封式輸送機是一種皮帶輸送機，在保證物料的正常輸送的前提下，實現物料的無害化傳輸。本輸送機主要由減速機、驅動滾筒、轉向滾筒、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現，所有主要結構都安裝在密封箱體的內部，每條輸送機根據實際使用要求確定總長度，模塊化的設計使整條輸送機的拼裝更加簡單高效。完整的一條密閉式輸送機還包括皮帶、支腿、進料口、出料口、排水口、抽氣口、電器箱、跑偏開關、傳感器、攝像頭、電纜、銘牌等，可以根據每條皮帶機的具體要求進行設計。

圖2 密閉式輸送機整機

1.2.2 密閉式輸送機三大部件描述

（1）通常密閉式輸送機主體部分包括三個部件，頭部段、中部段和尾部段，如圖3所示。頭部段包括減速電機及其驅動的滾筒，減速機有減震裝置，固定在側板上。滾筒外面包膠，兩端通過帶座軸承固定在頭部箱體側板上，驅動滾筒斜下方有聚氨酯清掃器，有導料和清理皮帶的作用；滾筒正下方有可調節傾角的刮刀清掃器，刮刀為硬質合金材質；在滾筒后方有上下兩個毛刷用于清掃皮帶。在輸送物料一側的皮帶下方有加長上托輥組件，用于緩沖皮帶槽角和滾筒之間的變徑；皮帶兩側對稱有左右導料槽，在空運行一側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、端部和側板上適當位置都開有檢修門。頭部段側板上開有穿線孔，方便走線。可根據輸送長度和輸送量的不同要求，選擇合適的減速機型號，從而設計頭部段結構。

圖3 密閉式輸送機部件

（2）中部段有中部標準段和非標段，常規的中部標準段長度為2850mm，非標段則根據實際輸送機長度在選擇標準段以后剩下的長度為依據進行設計。標準中部段包括密封箱體、三組上托輥組件、一組下托輥組件、兩側皮帶擋板、兩側導料槽和兩側檢修門等。密封箱體為薄板激光切割折彎鈑金組裝結構，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斜托輥，斜托輥和水平托輥傾角為15°，水平托輥長度比斜托輥長，可以增大物料通過面積。斜托輥靠近側板處有皮帶擋板，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可調，通過調整托輥組來矯正膠帶跑偏情況，并起到組織跑偏的作用[6]。導料槽上有密封橡膠，導料槽、側上蓋板、上蓋板和皮帶形成密封的物料通道。檢修門內側裝有側頂泡骨架包邊密封條，可以防水防塵。

（3）尾部段包括轉向滾筒、張緊裝置、清掃器、擋料板組件、加長上托輥組件和下托輥組件等。轉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板的導軌上。加長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。側板、軌道框架和絲桿組成了張緊裝置，可前后調節滾筒的位置。清掃器在轉向滾筒的正前方，包括兩部分，一部分是刮刀清掃器，和轉向滾筒相切，用于清掃轉向滾筒；另一部分是三角清掃器，用于清掃皮帶內側，兩種清掃器清掃的物料最終都會落到箱體下方，可通過檢修門進行清理。兩種清掃器連接在一起，同時兩側和調節絲桿連接，從而實現和轉向滾筒同步移動。擋料板組件在皮帶工作面上方，阻擋物料滑進尾部箱體。尾部段的上蓋板、端板和側板上都開有檢修門，方便清理物料和維護。可以根據輸送長度要求，計算張緊裝置的最低張緊行程，從而設計尾部段結構。

1.3 密閉式輸送機的性能參數和設計計算

1.3.1 密閉式輸送機的工作環境和基本參數

密閉式輸送機使用環境溫度為-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。設備傾斜角度不大于21°，帶寬在800mm～2000mm，設備總長度一般不超過60m，減速機功率范圍3kw～15kw。

1.3.2 密閉式輸送機的設計計算舉例

以項目中篩下物輸送機為例，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°。

密閉式輸送機采用耐油酸腐蝕1200mm帶寬皮帶，皮帶規格參數為EP300/3(4+2)，驅動滾筒外徑φ345，轉向滾筒外徑φ245，頭尾滾筒間距14m，托輥成槽角15°，帶速1m/s。根據《帶式輸送機設計手冊》中3.6節所述傳動滾筒軸功率的計算方法:

計算出理論功率為2.9KW，考慮到全長導料槽和密封摩擦系數加大，實際減速電機功率選取4KW，減速機型號為KH67，經過多個工程驗證是合理的。

2 結果與討論

2.1 影響垃圾輸送量的因素討論

（1）輸送機物理參數的影響。

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

（2）垃圾物料含水率的影響。

我國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、不同季節、垃圾分類推廣程度不同，垃圾物料含水率差異很大。經過實踐證明，含水率＜60%的物料，輸送機傾角α≤21°，含水率在60%～80%，傾角α≤18°對于含水率特別高的物料傾角α≤12°或輸送帶應采用花紋膠帶。同時輸送機采用頭部硬質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，傳輸設備的傳送物最大粒度和帶寬有著以下關系：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，有機物粒度在≤120mm時，輸送傾角α≤21°，輸送量可達到計算值；有機物粒度在120mm～250mm時，傾角α≤16°，輸送量為計算值的80%左右，當粒度＞300mm時，傾角α≤12°，輸送量為計算值的60%左右。

2.2 結果

新型密閉輸送機適合生活垃圾處理設施的垃圾物料輸送，特別是有機垃圾的輸送，能減少環境污染，由于設備全封閉內部負壓，解決了臭氣和粉塵的抽吸，可根據不同處理工藝和處理物料的要求綜合考慮各種因素設計布置。工程實踐證明，該皮帶機運行情況良好，密封性好，現場沒有跑冒滴漏現象。經現場檢驗，臭氣和粉塵污染物濃度達到標準要求。設備沒有撒料和堵塞的情況，只需要常規的檢修和維護，節省了大量的人工。

3 結語

密閉式輸送機是一種新型輸送機結構，已獲得專利保護。密閉式輸送機采用板式箱體結構，三合一式減速制動電機、頭部尾部多種清掃器組合、部件模塊式組裝的結構形式，集物料輸送、除塵、除臭為一體，多種運行保護控制和網絡控制功能，機電一體化標準化設計和制作，運輸、安裝和維護方便，外觀工業設計美觀。

密閉式輸送機的設計參數和理論計算分析，通過上海等多個廚余垃圾項目的工程實踐證明，輸送機用于生活垃圾處理過程中的物料輸送，保證城鄉垃圾處理項目的垃圾輸送過程穩定、均勻、連續進行。其全密閉箱體結構，實現物料輸送過程的無塵、無臭、無灑落、無滴漏和安全可靠。

建議項目維護人員應當熟練掌握設備的使用特點，認真按照設備維護手冊對設備進行及時維護，降低設備出現故障的風險，做好維護工作，提高設備的使用效率，保障生活垃圾的處理過程連續穩定運行。