基於高壓擠壓的生活垃圾預處理系統及方法與流程
2023-04-29 12:49:06
本發明涉及生活垃圾處理領域，具體涉及一種基於高壓擠壓的生活垃圾預處理系統及方法。
背景技術：
依靠預處理設備達到生活垃圾分選效果，將預處理作為焚燒、填埋或堆肥的前置工序，是目前我國處理生活垃圾較為普遍的方式。常用的預處理設備主要有破碎機、滾筒篩、風選設備、振動篩、磁選機等。對於垃圾焚燒，通過預處理環節可以去除渣土等無機不燃成分，提高垃圾的熱值；對於堆肥處理，通過預處理環節可以將金屬、塑料、玻璃、灰土以及石塊等不可堆腐的無機物分離出來，從而提高垃圾中有機質的含量，降低堆肥中的雜質含量；對於填埋而言，通過預處理可以將垃圾中的金屬和塑料等可利用資源回收，可燃物和有機物選出，實現了垃圾的減量化，降低了填埋量。
然而，由於我國生活垃圾的特點，上述預處理的分選效果較差，表現在以下幾個方面：(1)垃圾含水率高，乾濕混雜，大袋套小袋現象嚴重，嚴重影響分選效果；(2)系統龐大、建設費用高，整體能耗高，運行維護成本大；(3)噪聲、臭氣、汙水和粉塵汙染嚴重；(4)人工輔助分選必不可少，工作環境惡劣。長期以來，上述問題一直沒有克服，垃圾預處理一直處於一個較低的水平。
技術實現要素：
基於現有技術所存在的問題，本發明的目的是提供一種基於高壓擠壓的生活垃圾預處理系統及方法，能有效處理乾濕混雜的垃圾，提升分選效果且能耗低。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
本發明實施例提供一種基於高壓擠壓的生活垃圾預處理系統，其特徵在於，包括：
垃圾抓斗1、料倉2、鏈板機3、第一皮帶輸送機4、破袋篩分機5、第二皮帶輸送機6、第三皮帶輸送機10、進料緩衝倉7、高壓擠壓機8、第四皮帶輸送機9、幹垃圾分選子系統、螺旋輸送機15；其中，
所述垃圾抓斗1設置在所述料倉2處，與所述料倉2相對應；
所述料倉2依次經鏈板機3、皮帶輸送機4與所述破袋篩分機5連接；
所述破袋篩分機5的篩下物出口依次經第二皮帶輸送機6、進料緩衝倉7與所述高壓擠壓機8連接；
所述高壓擠壓機8設有擠壓溼料出口和擠壓乾料出口，所述擠壓溼料出口與所述螺旋輸送機15連接，所述擠壓乾料出口依次經所述第四皮帶輸送機9、第三皮帶輸送機10與所述幹垃圾分選子系統的幹垃圾入口連接；
所述高壓擠壓機8採用兩段式擠壓和複合式推料出料的高壓擠壓機；
所述破袋篩分機5的篩上物出口經第三皮帶輸送機10與所述幹垃圾分選子系統的幹垃圾入口連接；
所述幹垃圾分選子系統分別設有幹垃圾入口、塑料垃圾出口、金屬垃圾出口、建築垃圾出口和可燃垃圾出口。
本發明實施例還提供一種基於高壓擠壓的生活垃圾預處理方法，採用本發明所述的預處理系統，包括以下步驟：
步驟①：垃圾抓斗抓料；用垃圾抓斗抓取所處理的垃圾；
步驟②：料倉暫存；垃圾抓斗抓取的垃圾放入料倉暫存；
步驟③：鏈板機給料；經鏈板機向第一皮帶輸送機輸送料倉內的垃圾；
步驟④：第一皮帶輸送機輸送；經第一皮帶輸送機向破袋篩分機輸送垃圾；
步驟⑤：破袋篩分；垃圾進入破袋篩分機5進行破袋篩分，破袋對象為直徑大於150mm的袋裝垃圾，破袋率大於80％；
步驟⑥：篩下物垃圾皮帶輸送機輸送；將破袋篩分機5的篩下物垃圾經第二皮帶輸送機4輸送至進料緩衝倉7；
步驟⑦：高壓擠壓機進料緩存；在進料緩衝倉7內緩存垃圾，待垃圾達到一定量後向高壓擠壓機輸送；
步驟⑧：高壓擠壓機乾濕分離；對進入的垃圾以高壓擠壓方式進行乾濕分離，並分別輸出分離後的幹、溼垃圾，分離後的幹垃圾含水率低於40％；
步驟⑨：擠壓乾料皮帶輸送機輸送；將高壓擠壓機輸出的幹垃圾經第四輸送機輸送至幹垃圾分選子系統進行分選處理；
步驟⑩：篩上物垃圾皮帶輸送機輸送；將破袋篩分機5的篩上物垃圾經第三皮帶輸送機4輸送至幹垃圾分選子系統進行分選處理；
進入幹垃圾分選子系統的幹垃圾依次經風選、磁選、彈跳分選來分選出塑料垃圾、金屬垃圾、建築垃圾和可燃垃圾後輸出；
所述高壓擠壓機輸出的溼垃圾作為有機垃圾經螺旋輸送機輸出。
由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的生活垃圾預處理系統及方法，具有以下有益效果：
通過設置有機連接的垃圾抓斗、料倉、鏈板機、第一皮帶輸送機、破袋篩分機、第二皮帶輸送機、第三皮帶輸送機、進料緩衝倉、高壓擠壓機、第四皮帶輸送機、幹垃圾分選子系統和螺旋輸送機，其中，用高壓擠壓機進行乾濕分離，依靠超強的高壓擠壓力將易流動的有機垃圾從原始垃圾中分離出來，而大部分的固體物質如塑料、較大纖維、砂石、金屬等因不具有流動性而留在擠壓腔內，從而實現乾濕分離；高壓擠壓乾濕分離設備具有超強的高壓擠壓力，可以適用於未經破碎處理的生活垃圾。乾濕分離之後的垃圾再進行分選；生活垃圾進行高壓擠壓乾濕分離設備前不需要破碎處理，降低了能耗，僅經過破袋篩分處理，篩上物垃圾含水率較低熱值較高，不需要進行高壓擠壓乾濕分離，從而降低整個系統的能耗。為了控制篩上物垃圾較低的含水率，篩孔要比常規的生活垃圾滾筒篩分機大；高壓擠壓機採用兩段式擠壓和複合式推料出料，其擠壓行程短、擠壓過程緊湊、工作效率高從而能耗大大降低。兩段式擠壓即第一段為作為預擠壓的一次擠壓，第二段作為主擠壓的二次擠壓；複合式推料即擠壓結束排乾料階段由設置在第二二次擠壓頭結構上的出料油缸推動主擠壓頭出料，而不是由主油缸推動第二二次擠壓頭推料出料；生活垃圾經過破袋篩分處理和高壓擠壓處理後所得的幹垃圾含水率較低，依次經過幹垃圾分選子系統進行風選分揀塑料、磁選分揀金屬鐵、彈跳分選分揀建築類垃圾，最後所得為熱值較高的可燃垃圾。經過高壓擠壓處理後所得的溼垃圾為有機垃圾。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
圖1為本發明實施例提供的預處理系統構成示意圖；
圖2為本發明實施例提供的高壓擠壓機結構俯視圖；
圖3為本發明實施例提供的高壓擠壓機結構側視圖；
圖4為本發明實施例提供的高壓擠壓機閘門結構正視圖；
圖5為本發明實施例提供的高壓擠壓機閘門結構側視圖；
圖6為本發明實施例提供的預處理方法流程圖；
圖中：1-垃圾抓斗；2-料倉；3-鏈板機；4-第一皮帶輸送機；5-破袋篩分機；6-第二皮帶輸送機；7-進料緩衝倉；8-高壓擠壓機；9-第四皮帶輸送機；10-第三皮帶輸送機；11-塑料分選機；12-第五皮帶輸送機；13-磁選機；14-彈跳分選機；15-螺旋輸送機；
81-進料口；82-擠壓腔；83-乾料出料口；84-溼料出料口；85-機架；811-一次擠壓頭；812-一次擠壓油缸；813-插拔銷；821-第一二次擠壓頭；831-第二二次擠壓頭；822-二次擠壓油缸；832-排料油缸；841-閘門；842-閘門油缸。
具體實施方式
下面結合本發明的具體內容，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明的保護範圍。
如圖1所示，本發明實施例提供一種基於高壓擠壓的生活垃圾預處理系統，包括：
垃圾抓斗1、料倉2、鏈板機3、第一皮帶輸送機4、破袋篩分機5、第二皮帶輸送機6、第三皮帶輸送機10、進料緩衝倉7、高壓擠壓機8、第四皮帶輸送機9、幹垃圾分選子系統、螺旋輸送機15；其中，
所述垃圾抓斗1設置在所述料倉2處，與所述料倉2相對應；
所述料倉2依次經鏈板機3、皮帶輸送機4與所述破袋篩分機5連接；
所述破袋篩分機5的篩下物出口依次經第二皮帶輸送機6、進料緩衝倉7與所述高壓擠壓機8連接；
所述高壓擠壓機8設有擠壓溼料出口和擠壓乾料出口，所述擠壓溼料出口與所述螺旋輸送機15連接，所述擠壓乾料出口依次經所述第四皮帶輸送機9、第三皮帶輸送機10與所述幹垃圾分選子系統的幹垃圾入口連接；
所述破袋篩分機5的篩上物出口經第三皮帶輸送機10與所述幹垃圾分選子系統的幹垃圾入口連接；
所述幹垃圾分選子系統分別設有幹垃圾入口、塑料垃圾出口、金屬垃圾出口、建築垃圾出口和可燃垃圾出口。
如圖2、3所示，上述生活垃圾預處理系統中的高壓擠壓機8包括：
進料鬥81、擠壓腔82、乾料出料口83、溼料出料口84、機架85、一次擠壓機構、二次擠壓機構、閘門機構、液壓站及電控系統；其中，
各部件均設在所述機架85上；
所述進料鬥81設在所述擠壓腔82上方，與所述擠壓腔82內連通；
所述一次擠壓機構垂直於所述擠壓腔82布置在所述機架85上，所述一次擠壓機構的一次擠壓頭伸入到所述擠壓腔82內，能在所述擠壓腔82內移動對垃圾物料進行擠壓；
所述一次擠壓機構設有能鎖定所述一次擠壓機構的一次擠壓頭位置的鎖定裝置；
所述二次擠壓機構與所述擠壓腔82同軸布置在所述機架85上，所述二次擠壓機構的第二二次擠壓頭831的前端伸入到所述擠壓腔82內，該第二二次擠壓頭831的後端設有排料油缸832(具體的，排料油缸832固定在第一二次擠壓頭821上，排料油缸832的油缸杆與第二二次擠壓頭831連接，能向前推動第二二次擠壓頭831)，第二二次擠壓頭831能在該擠壓腔82內移動對垃圾物料進行擠壓，所述排料油缸832能推動所述第二二次擠壓頭831將擠壓腔82內擠壓後的幹垃圾物料排出；通過設置排料油缸832形成一種複合缸的行程短的能耗低的二次擠壓機構；
所述一次擠壓機構與所述二次擠壓機構相互垂直；
所述擠壓腔82內壁和一次擠壓頭811端部設有溼垃圾排出通孔；
與所述二次擠壓機構同軸的所述擠壓腔82前端設有所述乾料出料口83，所述乾料出料口83前的所述擠壓腔82內設有所述閘門機構；
所述擠壓腔82的下端設有所述溼料出料口84；
所述一次擠壓機構、二次擠壓機構和閘門機構分別與所述液壓站及電控系統連接。
上述高壓擠壓機8的一次擠壓機構包括：
一次擠壓油缸822、所述一次擠壓頭811和作為鎖定裝置的兩組插拔銷813；其中，
所述一次擠壓頭811後端與所述一次擠壓油缸812連接，該一次擠壓頭811前端伸入到所述擠壓腔82內；
所述兩組插拔銷13分別設在所述一次擠壓頭811兩側，能插入固定住所述一次擠壓頭811的位置；
所述一次擠壓油缸812與所述液壓站及電控系統連接。
上述高壓擠壓機8的二次擠壓機構包括：二次擠壓油缸822、第一二次擠壓頭821、所述第二二次擠壓頭831和所述排料油缸832；其中，
所述第一二次擠壓頭821後端與所述二次擠壓油缸822連接；
所述第一二次擠壓頭821與所述第二二次擠壓頭831為分體結構，所述第一二次擠壓頭821與所述第二二次擠壓頭831呈同軸布置，所述第一二次擠壓頭821前端與所述第二二次擠壓頭831的後端接觸連接，為接觸式活動連接；
所述第二二次擠壓頭831的後端設置所述排料油缸832，該第二二次擠壓頭831的前端設在所述擠壓腔82內；
所述二次擠壓油缸822和排料油缸832分別與所述液壓站及電控系統連接；
所述二次擠壓油缸822在所述擠壓腔82內產生的壓力範圍為0～80MPa；該二次擠壓油缸822產生的最大推力為所述一次擠壓機構的一次擠壓油缸812產生最大推力的3～5倍。
如圖4、5所示，上述高壓擠壓機8的閘門機構包括：
閘門和閘門油缸，所述閘門設在所述乾料出料口83前的所述擠壓腔82內，該閘門841垂直於所述擠壓腔82，所述閘門841與所述閘門油缸842連接；
所述閘門油缸842與所述液壓站及電控系統連接。
上述生活垃圾預處理系統中的幹垃圾分選子系統包括：塑料風選機11、第五皮帶輸送機12、磁選機13和彈跳分選機14；其中，
所述塑料風選機11設有幹垃圾入口、塑料垃圾出口和非塑料垃圾出口，所述非塑料垃圾出口經所述第五皮帶輸送機12與所述磁選機13連接；
所述磁選機13設有金屬垃圾出口和非金屬垃圾出口，所述非金屬垃圾出口與所述彈跳分選機14連接；
所述彈跳分選機14設有建築垃圾出口和可燃垃圾出口。
上述幹垃圾分選子系統的磁選機採用跨帶磁選機。
上述生活垃圾預處理系統中的破袋篩分機採用篩網的篩孔直徑為150～200mm的滾筒式篩分機，破袋率大於80％；
所述進料緩衝倉內設有控制所述高壓擠壓機啟停的料位開關；
所述螺旋輸送機採用無軸螺旋輸送機。
參見圖6，本發明實施例還提供一種基於高壓擠壓的生活垃圾預處理方法，採用上述的預處理系統，包括以下步驟：
步驟①：垃圾抓斗抓料；用垃圾抓斗抓取所處理的垃圾；
步驟②：料倉暫存；垃圾抓斗抓取的垃圾放入料倉暫存；
步驟③：鏈板機給料；經鏈板機向第一皮帶輸送機輸送料倉內的垃圾；
步驟④：第一皮帶輸送機輸送；經第一皮帶輸送機向破袋篩分機輸送垃圾；
步驟⑤：破袋篩分；垃圾進入破袋篩分機5進行破袋篩分，破袋對象為直徑大於150mm的袋裝垃圾，破袋率大於80％；
步驟⑥：篩下物垃圾皮帶輸送機輸送；將破袋篩分機5的篩下物垃圾經第二皮帶輸送機4輸送至進料緩衝倉7；
步驟⑦：高壓擠壓機進料緩存；在進料緩衝倉7內緩存垃圾，待垃圾達到一定量後向高壓擠壓機輸送；
步驟⑧：高壓擠壓機乾濕分離；對進入的垃圾以高壓擠壓方式進行乾濕分離，並分別輸出分離後的幹、溼垃圾，分離後的幹垃圾含水率低於40％；
步驟⑨：擠壓乾料皮帶輸送機輸送；將高壓擠壓機輸出的幹垃圾經第四輸送機輸送至幹垃圾分選子系統進行分選處理；
步驟⑩：篩上物垃圾皮帶輸送機輸送；將破袋篩分機5的篩上物垃圾經第三皮帶輸送機4輸送至幹垃圾分選子系統進行分選處理；
進入幹垃圾分選子系統的幹垃圾依次經風選、磁選、彈跳分選來分選出塑料垃圾、金屬垃圾、建築垃圾和可燃垃圾後輸出；
所述高壓擠壓機輸出的溼垃圾作為有機垃圾經螺旋輸送機輸出。
下面將結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述。
圖1為本發明的基於高壓擠壓的生活垃圾預處理系統，圖2為本發明的高壓擠壓機8的側視圖，圖3為本發明的高壓擠壓機8的俯視圖，該高壓擠壓機8包括：進料鬥81、擠壓腔82、乾料出料口83、溼料出料口84、機架85、一次擠壓頭811、一次擠壓油缸812、插拔銷813、第一二次擠壓頭821、第二二次擠壓頭831、二次擠壓油缸822、排料油缸832、閘門841和閘門油缸842，另外的液壓站及電控系統未在圖上標出。
其中，進料鬥81與一次擠壓機構的一次擠壓頭811呈垂直布置，一次擠壓頭811與二次擠壓機構的第一二次擠壓頭821和第二二次擠壓頭831呈垂直布置，乾料出料口83與第一二次擠壓頭821、第二二次擠壓頭831呈同軸布置，閘門841與擠壓腔82呈垂直布置；
擠壓腔82內壁和一次擠壓頭811端部開有供溼垃圾排出的通孔，孔徑6～10mm；
作為鎖定裝置的插拔銷813有兩組，對稱分布在一次擠壓頭811兩側，當插拔銷813插進一次擠壓頭811時，一次擠壓頭811將會被固定住無法動作；
排料油缸832固定在第一二次擠壓頭821上，能隨著第一二次擠壓頭821運動；
第一二次擠壓頭821和第二二次擠壓頭831為分體結構，可以分離；
二次擠壓油缸822產生的最大推力通過液壓系統可以調節，在擠壓腔82內產生的壓力範圍為0～80MPa；二次擠壓油缸822產生的最大推力是一次擠壓油缸812產生最大推力的3～5倍。
圖4和圖5是本發明的高壓擠壓機8的閘門機構的正視圖和側視圖。受閘門油缸842驅動的閘門841上開有孔洞，在閘門841關閉後開始高壓擠壓時，溼物料除了從擠壓腔82內壁、一次擠壓頭811端部排出外，也可以穿過閘門841上的孔洞從閘門底部排到溼料出料口84。閘門841設置開孔大大增加了溼料的排出通道。
如圖6所示，採用上述生活垃圾預處理系統的基於高壓擠壓的生活垃圾預處理方法，包括以下步驟：垃圾抓斗抓料(步驟①)、料倉暫存(步驟②)、鏈板機給料(步驟③)、皮帶輸送機輸送(步驟④)、破袋篩分(步驟⑤)、篩下物垃圾皮帶輸送機輸送(步驟⑥)、篩上物垃圾皮帶輸送機輸送(步驟⑩)、高壓擠壓機進料緩存(步驟⑦)、高壓擠壓機乾濕分離(步驟⑧)、擠壓乾料皮帶輸送機輸送(步驟⑨)、塑料風選機風選(步驟)、皮帶輸送機輸送(步驟)、磁選機磁選(步驟)、彈跳分選機分選(步驟)、螺旋輸送機輸送(步驟)。
上述預處理方法的具體過程為：生活垃圾從垃圾料坑裡由垃圾抓斗抓取(步驟①)上料至料倉(步驟②)，之後由設置在料倉底部的鏈板機給料至第一皮帶輸送機輸送(步驟③、④)至破袋篩分機(步驟⑤)；在破袋篩分機內，對生活垃圾同時進行破袋篩分處理，篩下物垃圾通過第二皮帶輸送機輸送(步驟⑥)至高壓擠壓機進料緩衝倉內(步驟⑦)，之後在高壓擠壓機內實現高壓擠壓乾濕分離(步驟⑧)，擠壓得到的乾料通過第三皮帶輸送機輸送(步驟⑨)至第四皮帶輸送機輸送(步驟⑩)和破袋篩分機篩上物匯合；之後輸送至塑料風選機(步驟)，通過風選分揀出塑料垃圾；由第五皮帶輸送機輸送(步驟)至磁選機進行磁選(步驟)，分揀出金屬垃圾(鐵)；進入彈跳分選機分揀出建築垃圾(步驟)；經過上述分選後得到高熱值的可燃垃圾；高壓擠壓得到的溼料為有機垃圾，通過螺旋輸送機輸送(步驟)。
其中，步驟⑤的破袋篩分處理在一個設備即破袋篩分一體機內完成，破袋對象為直徑大於150mm的袋裝垃圾，要求破袋率大於80％，篩分為滾筒式，採用大孔徑篩網，篩孔直徑150～200mm，目的在於保證篩上物的高熱值和低含水率；
步驟⑦的高壓擠壓機進料緩衝倉，設置有料位開關，當進料緩衝倉內的存料達到設定值時，高壓擠壓機才開始擠壓工作；
步驟⑧的高壓擠壓機，採用一種擠壓行程短、擠壓過程緊湊、工作效率高從而能耗大大降低的特定擠壓機構，要求擠壓腔內的最高擠壓力達到80MPa。在此超高壓力下，使得步驟⑤所得的篩下物垃圾中大於80％的有機餐廚垃圾通過高壓擠壓的方式分離出而成為擠壓所得的溼料，從而保證擠壓所得的乾料含水率低於40％；
步驟的磁選機為跨帶磁選機；
步驟的螺旋輸送機採用無軸螺旋輸送機。
上述預處理方法中，高壓擠壓機分離乾濕垃圾的方式如下(參見圖1至5所示)：
當進料口81進料至一定體積時，一次擠壓頭811在一次擠壓油缸812的驅動下開始推料至擠壓腔82內，然後對垃圾進行預擠壓。預擠壓結束，通過作為鎖定裝置的插拔銷813將一次擠壓頭811的位置鎖定，二次擠壓頭可以分體成第一二次擠壓頭821和第二二次擠壓頭831，兩個二次擠壓頭在二次擠壓油缸822的驅動下開始對垃圾繼續進行擠壓即二次擠壓。擠壓出來的溼物料通過擠壓腔82內壁、一次擠壓頭811端部和閘門841上的孔洞由溼料出料口84排出。二次擠壓結束，閘門841在閘門油缸842的驅動下開啟，此時二次擠壓油缸822和第一二次擠壓頭821不動作，而由排料油缸832向前推動第二二次擠壓頭831進行排料動作。這樣，擠壓得到的乾料就從乾料出料口83排出。排料結束後將同時進行兩條路線的動作：一是一次擠壓頭11解鎖、一次擠壓頭811在一次擠壓油缸812的驅動下回退；一是排料油缸832驅動第二二次擠壓頭831回退、閘門841在閘門油缸842的驅動下關閉、第一二次擠壓頭821在二次擠壓油缸的驅動下回退。至此，擠壓結束，等待下一個擠壓循環。
上述高壓擠壓機的一次擠壓的預擠壓，將垃圾壓縮至原始體積的40％～60％，上述高壓擠壓機的作為主擠壓的二次擠壓，將垃圾壓縮至原始體積的10％～30％，因此，二次擠壓油缸822產生的最大推力是一次擠壓油缸812產生最大推力的3～5倍。二次擠壓油缸822產生的最大推力通過液壓系統可以調節，要求在擠壓腔82內產生的壓力範圍為0～80MPa。
通過本發明提供的上述預處理系統及方法，可以達到如下效果：
(1)通過高壓擠壓機進行垃圾乾濕分離，垃圾乾濕分離程度滿足後續工藝處理的要求，乾濕分離徹底。
(2)垃圾預處理效果好，分選出的五類垃圾品質較高。
(3)全自動的、快速的分離技術，無人值守。
(4)節能環保，能耗水平較低。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。