基于餐廚垃圾處理的一體化設(shè)備設(shè)計

王發(fā)生

(江蘇派沃能源發(fā)展有限公司蘭州分公司，蘭州 730050)

目前國內(nèi)餐廚垃圾處理過程中，固體殘渣好氧堆肥是主流工藝路線之一。但是在進(jìn)行好氧堆肥精加工處理前的破碎過程中[1]，采用常規(guī)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行處理，通常需要人工分揀，將塑料、石頭和大骨頭等分揀剔除，然后進(jìn)行粗破碎和細(xì)破碎，由于金屬、陶瓷、玻璃和石頭等無機(jī)重物質(zhì)以及塑料制品等無機(jī)輕物質(zhì)等的存在，使得處理工藝線路長、復(fù)雜、能耗及維修成本高。現(xiàn)有的技術(shù)中同時具有破碎和風(fēng)選綜合功能的設(shè)備，風(fēng)選操作采用離心風(fēng)機(jī)來實現(xiàn)，風(fēng)機(jī)的功率都比較大。破碎一般采用圓盤齒形剪刀對沖式破碎機(jī)，這種破碎機(jī)遇到金屬容易卡阻，刀盤齒易損壞，同時存在塑料和大球狀形物體無法破碎問題。

經(jīng)過細(xì)致對比研究，研制一體化餐廚垃圾設(shè)備可以完成對物料進(jìn)行破碎、篩分和風(fēng)選等操作，縮短工藝鏈條長度，從而減少工藝流程中使用的設(shè)備數(shù)量，降低生產(chǎn)成本、能耗和設(shè)備故障率。

1 餐廚垃圾一體化處理設(shè)備的設(shè)計

餐廚垃圾一體化設(shè)備由殼體、進(jìn)風(fēng)孔、驅(qū)動電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、引流葉片、破碎桿、篩選濾網(wǎng)、連接轂、桿體、輕物料出口、進(jìn)料螺旋輸送機(jī)、出料螺旋輸送機(jī)、大粒徑物料排出口、端蓋和物位計組成，餐廚垃圾一體化設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示[2]。

殼體是一個圓柱形鋼板焊接成型的筒體，材料為合金，殼體壁厚約為20 mm。外壁上設(shè)有若干進(jìn)風(fēng)孔，位于破碎桿和篩選濾網(wǎng)之間，孔直徑為5～10 mm不等。進(jìn)風(fēng)孔沿殼體圓周方向均勻布置，總體呈梅花形。

設(shè)備外圓周上臨近頂端位置處設(shè)有輕物料出口，進(jìn)料螺旋輸送機(jī)設(shè)在中部位置，設(shè)備殼體下端是出料螺旋輸送機(jī)，大顆粒物料排出口在進(jìn)風(fēng)孔上側(cè)，下端是橢圓形封頭的端蓋，出料螺旋輸送機(jī)位置設(shè)在端蓋底部，在端蓋上設(shè)有兩套阻旋物位計，實現(xiàn)端蓋內(nèi)部上下位物料的檢測；進(jìn)出料螺旋輸送機(jī)葉片均采用加強(qiáng)T型無軸螺旋葉片結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為鑄鋼，葉片厚度為20～25 mm，減速機(jī)端最厚，依次變薄，輸送機(jī)殼體采用焊接螺旋管制作，材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235B，殼體厚度為6 mm。在輸送機(jī)殼體內(nèi)部采用高分子材料襯板，這樣可減少葉片對殼體的磨損，減少葉片在輸送過程中的摩擦阻力。

1-殼體；2-進(jìn)風(fēng)孔；3-驅(qū)動電機(jī)；4-轉(zhuǎn)軸；5-引流葉片；6-破碎桿；7-篩選濾網(wǎng)；8-連接轂；9-桿體；10-輕物料出口；11-進(jìn)料輸送機(jī)；12-出料輸送機(jī)；13-大顆粒物料排出口；14-端蓋；15-物位計

設(shè)備頂端的控制電機(jī)采用變頻控制，電機(jī)為YVP三相異步電機(jī)，減速機(jī)為K系列硬齒面減速機(jī)，多級傘齒輪傳動，這種減速機(jī)具有體積小，輸出扭矩大的特點，輸出速度在10～50 r/min，頻率為50 Hz。里面的破碎桿由三個桿體構(gòu)成，桿體截面呈橢圓形，自其一端向另一端扭曲形成類螺旋槳葉片形結(jié)構(gòu)；桿體長度在500 ～700 mm之間，大于引流葉片。

進(jìn)料螺旋輸送機(jī)的排出口位于破碎桿正上方，并與引流葉片的外端具有一定的間隙，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠使進(jìn)料螺旋輸送機(jī)輸送的物料落入破碎桿高速旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)、沿轉(zhuǎn)軸徑向引流葉片的外側(cè)，迫使物料破碎，破碎桿對物料還具有離心、拋灑和上揚(yáng)的作用，可避免物料上揚(yáng)后碰觸到引流葉片，促使輕物料被風(fēng)選出來。

在殼體內(nèi)部破碎桿下側(cè)設(shè)有篩選濾網(wǎng)，篩選濾網(wǎng)用于攔截較大顆粒物料，如粒徑大于150 mm的顆粒物料。

2 一體化設(shè)備工作原理

餐廚垃圾一體化設(shè)備工作原理[3]：啟動頂部驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)的輸出軸帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，同時帶動引流葉片和破碎桿轉(zhuǎn)動。進(jìn)料螺旋輸送機(jī)將餐廚垃圾緩慢輸送到殼體內(nèi)，由于桿體的長度大于引流葉片，進(jìn)料螺旋輸送機(jī)的排出口位于破碎桿正上方，并與引流葉片的外端具有一定的間隙，因此物料下落后會落入破碎桿的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，沿轉(zhuǎn)軸徑向引流葉片的外側(cè)，破碎桿截面呈橢圓形的形狀特點，使得破碎桿表面呈弧形，弧形表面與物料接觸主要為線接觸，有利于對物料進(jìn)行有效敲擊和破碎，可實現(xiàn)一次破碎，破碎桿整體具有類似螺旋槳葉片結(jié)構(gòu)，因此對破碎桿整體而言，具有傾斜朝上的表面，該傾斜朝上的表面能夠改變物料被敲擊后的運(yùn)動方向，促使物料斜向上移動，即實現(xiàn)拋灑和上揚(yáng)運(yùn)動，在物料拋灑和上揚(yáng)過程中后續(xù)拋灑的物料會撞擊先前拋灑的物料，可實現(xiàn)二次破碎，物料拋灑和上揚(yáng)后會與殼體內(nèi)壁碰撞，實現(xiàn)物料的三次破碎，這樣即可實現(xiàn)高效破碎操作。

引流葉片的轉(zhuǎn)動能夠使殼體內(nèi)部形成由下到上的氣流，為增加該氣流強(qiáng)度，設(shè)計中采用將兩個引流葉片間隔布置在破碎桿上方，該氣流由下到上，由進(jìn)風(fēng)孔引入空氣由輕物料出口排出，進(jìn)風(fēng)孔均布在殼體外圓周上，這樣可以保證形成的氣流均勻和穩(wěn)定，而進(jìn)風(fēng)孔設(shè)在破碎桿和篩選濾網(wǎng)之間的位置處，能夠確保氣流是從破碎桿與殼體內(nèi)壁之間及破碎桿下方吹起，在物料拋灑和上揚(yáng)過程中，該氣流可吹動物料中的輕質(zhì)物料，例如塑料片和紙張等，使輕質(zhì)物料從輕物料出口排出。物料拋灑和上揚(yáng)過程主要發(fā)生在沿轉(zhuǎn)軸徑向引流葉片外側(cè)和殼體內(nèi)壁之間，因此在此種結(jié)構(gòu)設(shè)計條件下，氣流不會使輕質(zhì)物料碰撞到引流葉片上，可使輕質(zhì)物料順利排出，輕質(zhì)物料的排出是通過風(fēng)選實現(xiàn)的。在重力作用下較大質(zhì)量的物料落至篩選濾網(wǎng)上，篩選濾網(wǎng)攔截大粒徑物料實現(xiàn)了篩選，小粒徑物料經(jīng)篩選濾網(wǎng)落至端蓋內(nèi)。

本設(shè)計自動控制的具體流程是：當(dāng)端蓋內(nèi)堆積的物料到達(dá)上側(cè)的物位計時，位于上側(cè)的物位計被觸發(fā)，系統(tǒng)控制出料螺旋輸送機(jī)啟動，實現(xiàn)物料排出；出料螺旋輸送機(jī)運(yùn)行過程中，當(dāng)殼體內(nèi)的物料低于下側(cè)的物位計時，系統(tǒng)可控制出料螺旋輸送機(jī)關(guān)閉，電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢通過變頻器自動調(diào)節(jié)；此外，篩選濾網(wǎng)上會積聚較多大粒徑物料，可定期通過大粒徑物料排出口進(jìn)行人工排出。

3 設(shè)計特點

1)破碎桿對進(jìn)入到殼體內(nèi)的物料進(jìn)行敲擊破碎，同時破碎桿結(jié)構(gòu)及形狀特點使物料被斜向上拋灑，被拋灑的物料上揚(yáng)并碰撞殼體內(nèi)壁進(jìn)行再次破碎，實現(xiàn)有效的破碎操作。引流葉片旋轉(zhuǎn)可使殼體內(nèi)部形成由進(jìn)風(fēng)孔向輕物料出口流動的氣流，對于物料中質(zhì)量較輕的雜物，如紙張和塑料等順著氣流從輕物料出口排出，實現(xiàn)輕質(zhì)物料的篩選，即風(fēng)選操作。在重力作用下較重質(zhì)量的物料落到篩選濾網(wǎng)上，篩選濾網(wǎng)截留粒徑較大的物料，粒徑較小的物料落入殼體底部，并通過物位計的高低位監(jiān)測實現(xiàn)對出料螺旋輸送機(jī)的控制，進(jìn)而實現(xiàn)物料的自動排出，該過程可實現(xiàn)篩選操作。在一個設(shè)備中最大限度實現(xiàn)破碎、篩分和風(fēng)選操作，可以縮短工藝鏈條長度，減少不同設(shè)備組合數(shù)量，降低能耗和運(yùn)行維護(hù)成本。

2)該設(shè)備中引流葉片和破碎桿由上向下間隔布置在轉(zhuǎn)軸上，且由同一轉(zhuǎn)軸帶動。破碎桿在引流葉片下側(cè)，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要用于空氣引流，使在殼體內(nèi)形成由下到上的氣流。而破碎桿在結(jié)構(gòu)設(shè)計上其截面呈橢圓形，桿體自其一端向另一端扭曲形成類螺旋槳葉片型結(jié)構(gòu)，這樣在轉(zhuǎn)動過程中破碎桿也可起到一定的引流作用，促進(jìn)氣流在離心額作用下，由下到上流動。同時使破碎桿具有斜向上朝向的表面，破碎桿自身旋轉(zhuǎn)過程中可敲打物料實現(xiàn)破碎，而斜向上朝向的表面還可對物料起到上揚(yáng)和拋灑，在物料上揚(yáng)和拋灑過程中由下到上的離心氣流實現(xiàn)了對輕質(zhì)物料的風(fēng)選，將輕質(zhì)物料(紙張和塑料等)從輕物料出口吹出。破碎桿的截面呈橢圓形，可保證破碎桿的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時破碎桿橢圓形截面的形狀特點使破碎桿具有弧形的外表面，該表面形狀與物料接觸時以線接觸為主，相較于平直表面的面接觸可促進(jìn)物料的有效破碎。

4 結(jié)語

該餐廚垃圾一體化設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理和加工制造便捷，相較于常規(guī)具有破碎、風(fēng)選功能的綜合破碎設(shè)備，無需增設(shè)風(fēng)機(jī)，無需為風(fēng)機(jī)提供電力，可節(jié)約能耗，降低生產(chǎn)成本。一體化設(shè)備可替代傳統(tǒng)工藝中的破碎機(jī)、分揀機(jī)和制漿機(jī)，將多種功能復(fù)合集成于一體，一機(jī)多用，能夠?qū)Σ蛷N垃圾最大限度地完成破碎、篩分和風(fēng)選操作，能夠縮短工藝鏈條長度，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，有較好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的市場前景。