一种适用于真空管道垃圾收运系统的垃圾分离方法与装置

摘要

一种适用于真空管道垃圾收运系统的垃圾分离方法与装置，在结构上，设置一系列装置，包括分离器壳体(12)和收集器壳体(2)，在分离器壳体(12)内设有网孔圆筒(10)，在分离器的上、下部分别设高位探测开关(8)和低位探测开关(7)，在收集器靠近底部的位置设排空探测开关(6)，在实现垃圾与高速气流分离的方式上，作为真空管道垃圾收运系统的一部分，该装置在中央控制主机的协调和控制下，与其它子系统协同工作，与现有的技术相比，本发明具工艺及设备处理效率高，垃圾与气流分离彻底，自动化程度高、设备故障率低、噪音小、设备极易安装、使用方便等优点，随着真空管道垃圾收运系统在更大的范围内推广使用，有着极其广阔的应用前景。

说明书

技术领域  本发明涉及一种适用于真空管道垃圾收运系统的垃圾分离方法与装置，更具体地说，涉及一种使具有一定速度的空气与垃圾的混合物流在输送管道的末端进行快速、有效分离的工艺方法及其配套装置。

技术背景  真空管道垃圾收运系统是一种新型的、高效、环保的垃圾收集与输送系统，是一种颠覆传统垃圾收集方式与手段的新概念系统。其基本原理是通过对密闭管道抽真空使管道内产生高速气流，利用气流输送垃圾，是一种管道气力输送系统。从更大的范围内讲，是一种城市管道物流系统。

真空管道垃圾收运系统的设计概念是：用管道将收集范围内建于楼宇内的垃圾竖管连接到一个离居民较远的中央垃圾收集站，所有位于收集范围内的垃圾都将由每个楼层的垃圾投放口进入系统，经过一系列的埋地管道后到达中央垃圾收集站，再经过垃圾分离与压缩装置，最后被推进密封的垃圾集装箱并运至填埋场或垃圾焚烧场进行最终处置。整个真空管道垃圾收运系统的操作是密闭的、自动化的和机械化的，在收集进程中，垃圾不经人手处理，免除传统系统中需要使用大量人力、物力的收集与传送手段，可以减少对环境造成的二次污染。同时，此系统可省掉采用垃圾箱(房)收集方式所需要在每栋房屋首层配置垃圾房的空间，亦因而避免了垃圾运输车辆在各垃圾房之间的交通往来。

真空管道垃圾收运系统的出现为解决中高层公寓楼房、现代化住宅密集地区及机场、车站、公园等特殊公共场所的垃圾收集与运输难题提供了新的选择。目前，一些先进国家如瑞典、美国等在应用该类系统收运城市生活垃圾方面已经取得了较大的进展，其应用效果及带给人们的方便是显而易见的，显示出了良好的社会、生态效应。但从技术上讲，该系统还是一个发展中的系统，是一个包括许多子系统的庞大而复杂的系统，在系统结构、子系统的工艺设计、专用设备的性能与选型等诸多方面都还有待发展和完善，以使整个系统的运行更加协调、平稳和高效。

在该系统运行过程中，从投放口进入系统的垃圾以较高的速度随着由抽真空而产生的高速气流流向中央垃圾收集站。到站后，垃圾与气流的分离及使具有较高动能的垃圾减速是保证系统安全、平稳运行的重要环节。在系统结构上，则表现为必须设置垃圾分离装置来使垃圾与气流分离并缓冲其动能。

先前系统采用的分离方式都很简单，主要是在输送管道末端管口的前方设置一个简单的过滤网阻拦垃圾并使其与气流分离。这种设计有以下几个非常明显的弊端：(1)垃圾动能无法缓冲，频繁撞击过滤网，极易损坏过滤网并降低其使用寿命，需要经常更换、检修，影响整个系统的连续、平稳运行；(2)过滤网的网孔孔径不易把握，孔径过大，细小垃圾不能与气流分离或分离不彻底，孔径过小，网孔极易堵塞，不但不能使垃圾与气流分离，反而更易损坏过滤网；(3)无法消除或降低噪声，影响周围环境。

由于上述分离方式与装置存在着明显的技术缺陷，因此，发明一种全新的、具有安全、高效、低噪声、分离彻底、经久耐用的等优点的垃圾分离工艺及其配套装置来代替常规的过滤网分离方式对于该系统的安全、平稳运行及其在更大的范围推广使用有着重要意义。

发明内容：本发明的目的在于设计一种适用于真空管道垃圾收运系统、具有快速、高效、彻底分离、易操作、智能化、经济实用等优点的垃圾分离工艺方法及其配套装置，克服了常规的过滤网分离方式的种种弊端。

为了达到上述目的，本发明提供了如下方案：在系统结构上：在中央垃圾收集站设置一系列装置并作为收集站的一部分，包括分离器壳体(12)和与其中部连接的空气与固废入口管(4)，在分离器壳体(12)的外上部、靠近顶端处连接空气出口管(5)，在其内部设置网孔圆筒(10)并与空气出口管(5)相接，在网孔圆筒(10)的顶部和底部分别通过一个活动接头(13)连接一个通过其内的网筒自清理管(11)，网筒自清理管(11)的上端和高压空气管(14)连接，分离器壳体(12)的下部与收集器壳体(2)紧密连接，收集器壳体(2)的底部设置隔离门(9)，分别在分离器壳体(12)、收集器壳体(2)靠近中部的位置设固气分离观察口(3)和低位固废观察窗(1)，在分离器的上部、下部分别设高位探测开关(8)和低位探测开关(7)，在收集器靠近底部的位置设排空探测开关(6)。

本发明是这样实现垃圾与高速气流分离的：垃圾随高速气流从空气与固废入口管(4)进入到分离器中，在自身的重力和网孔圆筒(11)的阻挡、过滤作用下，落入垃圾收集器中，同时气流从网孔圆筒(11)的小孔进入其内并从空气出口(5)排出；当垃圾沉积高度达到低位探测开关(7)的高度时，由该低位探测开关(7)读取高度数据并发送给中央控制主机，经中央控制主机处理后向控制隔离门(9)开启的气缸发出启动指令，汽缸启动、打开隔离门(9)并排空收集器内的垃圾；在遇到低位探测开关(7)暂时失灵、线路故障、中央控制主机突然死机或重启动等特殊情况而使垃圾沉积高度超过低位探测开关(7)而没有排空时，垃圾会进一步向上沉积，当沉积高度达到高位探测开关(8)的高度时，由该高位探测开关(8)发送信号给中央控制主机，经中央控制主机处理后发出指令给外部管道输送系统，将流向该分离与收集装置的固废与空气混合物分流给其它垃圾分离与收集装置或停止垃圾输送管道的垃圾输送，同时启动控制隔离门(9)开启的气缸以打开隔离门(9)并排空垃圾；当排空探测开关(6)检测到收集器底部没有垃圾或垃圾沉积高度极小时，该探测开关发送高度信号给中央控制主机并允许固废与空气的混合物流继续进入该分离与收集器；当每次排空完成时，排空探测开关(6)都给中央控制室的控制主机发出信号并由中央控制主机发出指令暂时锁住入口，同时，打开与圆筒自清理管(11)相连的高压空气管(14)的控制阀，高压空气从圆筒自清理管(11)内反向吹出、清理附着在网孔圆筒(10)外壁上的垃圾，高压空气的反作用力使圆筒自清理管(11)沿其中心旋转，逐一清洁网孔圆筒(10)的全部外壁，防止堵塞，在设定的时间内完成清理工作后通知中央控制主机打开空气与固废垃圾入口管(4)，允许进行下一个工作流程。

本发明涉及到的工艺参数及取值范围控制：

(1)分离装置：衡量整个工艺及分离装置处理效率和性能的指标包括：

可分离垃圾比率：以m³/min为单位，其取值范围的控制与整个系统的处理容量及连续运行的时间有关，并取决于该系统的另外一个子系统——暂存装置中垃圾的排空时间及分离装置本身的排空时间，一般为2.5～16m³/min；

空气流动比率：以m³/min为单位，与可分离垃圾比率一样，其取值范围的控制与整个系统的处理容量及连续运行的时间有关，并取决于该系统的另外一个子系统——暂存装置中垃圾的排空时间及分离装置本身的排空时间，一般为471～824m³/min；

操作空气压力：负压，其取值范围控制在1.2～12KPa；

空气压力损耗：在输送过程中，空气在经过各个部件时都会有压力损失，如管道沿程损失、弯管损失、空气经过垃圾分离器网孔圆筒的阻拦与过滤等，都会出现压力损耗，这些压力损耗最终决定着风机的风压，其取值范围一般控制在200～800Pa。

(2)网孔圆筒：作为整个分离装置的关键部分，直接影响到整个分离工艺及装置的处理效率与平稳运行，涉及到以下几个参数：

网孔直径(Φ)：取值范围为4～18mm；

圆筒壁厚度(δ)：取值范围为2～8mm；

相邻的三个圆孔分布于等腰三角形的三个顶点，三角形底设为L1(即孔间距L1)，腰设为L2(即孔间距L2)，其中：

孔间距L1：取值范围为10～28mm；

孔间距L2：取值范围为10～25mm。

这些参数之间保持合适的比例以使整个装置因为风速高而产生的噪音减小，同时网孔不易被细小垃圾堵塞，从而快速、高效、彻底地分离垃圾与气流。

(3)分离装置的自清理时间：以S(秒)为单位，每次分离装置完成排空后都将进入自清理程序，即完成自清理所需要的时间，其取值范围为10～30S。

本发明与真空管道垃圾收运系统中其它子系统之间的协同是这样实现：

本发明申请人张涉申请的另外一个专利(一种真空管道垃圾收运系统的垃圾排空顺序控制方法，申请号：200510033496.3)中已经交代暂存装置的设置及其排空控制方法：以每一栋楼的垃圾输送分管道为一个基本单元，每个单元上包括数量相同或不同的暂存器，每个垃圾暂存器分别设置预排空高度L1、高限排空高度L2、限定投放高度L3，并以与之相连的高度感应器来感应、收集暂存器中的垃圾沉积高度数据，然后将数据发送到与之相连的中央控制主机，控制主机读取高度数据后运行以L1、L2、L3等参数的相关限定条件为基础的优化排空顺序控制程序以确定整个系统中暂存器的垃圾排空顺序，同时发出排空指令进行排空。当任何一个暂存器进入排空程序时，位于中央垃圾收集站并受中央控制主机控制的抽风机、分离装置等设备随即启动，开始抽真空及准备分离、收集垃圾。当系统没有任何暂存装置进入排空程序时，在中央控制主机的调控下，垃圾分离装置在完成上一流程的分离和收集工作后将接收指令停止工作，同时抽风机也停止工作，这样的调控有利于实现系统资源的合理配置及降低能耗。反过来，有以下两种情况：1)每次分离装置中的垃圾排空完成后，分离装置都将进入自清理程序，其排空探测开关(6)都将发出信号给中央控制主机要求停止暂存装置停止排空与管道输送或将气流与垃圾分流至其它分离装置；2)分离装置中的垃圾由于某种原因沉积高度超过低位探测开关(7)而没有排空时，垃圾将会进一步向上沉积，当沉积高度达到高位探测开关(8)的高度时，由该高位探测开关(8)发送信号给中央控制主机要求停止暂存装置的排空与管道输送或要求分流，同时启动该分离装置的排空程序。整个过程在中央控制主机的调控下实现了协同工作。

与现有的技术相比，本发明具有以下明显的技术优势：1、工艺及设备分离效率高，垃圾与气流分离彻底；2、自动化程度高、设备故障率低，保证了整个系统的高效、连续、平稳运行；3、噪音小，污染小，环境友好；4、设备极易安装，使用方便。

附图说明  下面结合附图对本发明所述装置的结构进行详细说明：

图1是整个装置的俯视图。

图2是装置的A向视图，在图中：1是低位固废观察窗，2是垃圾收集器壳体，3是固气分离观察窗，4是空气与固废入口管，5是空气出口管，12是分离器壳体。

图3是装置的B向视图，在图中：6是排空探测开关，7是低位探测开关，8是高位探测开关。

图4是装置的C向视图，在图中：9是隔离门，10是网孔圆筒，11是网筒自清理管，13是活动接头，14是高压空气管。

图5是网孔圆筒放大图，在图中；L1、L2分别表示网孔圆筒上相邻三个小圆孔所构成的等腰三角形底边(即孔间距L1)和腰(即孔间距L2)。

具体实施方式：以下通过具体的实施方式对本发明进行更加详细的描述：

实例1：

以一个拥有5栋楼、每栋楼10层、每层楼包含2个三房两厅住户的花园小区的真空管道垃圾收运系统为例，每栋楼为一个基本单元，设置编号分别为A、B、……、E等5个单元，每单元设置垃圾暂存器2个。中央垃圾收集站位于该小区附近，距离最远的暂存器1公里，本发明所述的分离装置位于中央收集站内并作为中央收集站的一部分。

本发明所涉及到的工艺参数设定如下：分离装置的可分离垃圾比率：4.8m³/min；空气流动比率：490m³/min；操作空气压力：1.5KPa；空气压力损耗：400Pa；网孔圆筒的网孔直径Φ：15mm；圆筒壁厚度δ：5mm；孔间距L1：15mm；孔间距L2：12mm；分离装置的自清理时间：15S。

整个系统在中央控制主机的协调与控制下协同工作，当系统中任一垃圾暂存器在接到中央控制主机的排空指令并进入排空程序时，中央垃圾收集站中的抽风机、分离装置等设备随即启动。垃圾随高速气流到达中央垃圾收集站后，从分离装置的空气与固废入口管(4)进入到分离器中，在自身的重力和网孔圆筒(11)的阻挡、过滤下，落入垃圾收集器中，同时气流从网孔圆筒(11)的小孔进入其内并从空气出口(5)排出。当垃圾沉积高度达到低位探测开关(7)的高度时，由该低位探测开关(7)读取高度数据并发送给中央控制主机，经中央控制主机处理后向控制隔离门(9)开启的气缸发出启动指令，汽缸启动、打开隔离门(9)并排空收集器内的垃圾。当每次排空完成后，排空探测开关(6)都给中央控制室的控制主机发出信号要求停止暂存装置的排空与管道输送或分流，分离装置进入自清理程序，在15秒内完成自清理工作，然后通知中央控制主机打开分离装置的空气与固废垃圾入口管(4)，允许进行下一个工作流程。

实例2：

以一个拥有10栋楼、每栋楼15层、每层楼包含4个三房两厅住户的花园小区的真空管道垃圾收运系统为例，每栋楼为一个基本单元，设置编号分别为A、B、……、J等10个单元，每单元设置垃圾暂存器4个。中央垃圾收集站位于该小区附近，距离最远的暂存器1.5公里，本发明所述的分离装置位于中央收集站内并作为中央收集站的一部分。

本发明所涉及到的工艺参数设定如下：分离装置的可分离垃圾比率：7m³/min；空气流动比率：600m³/min；操作空气压力：5KPa；空气压力损耗：600Pa；网孔圆筒的网孔直径(Φ)：16mm；圆筒壁厚度(δ)：5mm；孔间距L1：20mm；孔间距L2：18mm；分离装置的自清理时间：20S。

整个系统在中央控制主机的协调与控制下协同工作，当系统中任一垃圾暂存器在接到中央控制主机的排空指令并进入排空程序时，中央垃圾收集站中的抽风机、分离装置等设备随即启动。垃圾随高速气流到达中央垃圾收集站后，从分离装置的空气与固废入口管(4)进入到分离器中，在自身的重力和网孔圆筒(11)的阻挡、过滤下，落入垃圾收集器中，同时气流从网孔圆筒(11)的小孔进入其内并从空气出口(5)排出。当垃圾沉积高度达到低位探测开关(7)的高度时，由该低位探测开关(7)读取高度数据并发送给中央控制主机，经中央控制主机处理后向控制隔离门(9)开启的气缸发出启动指令，汽缸启动、打开隔离门(9)并排空收集器内的垃圾。当每次排空完成后，排空探测开关(6)都给中央控制室的控制主机发出信号要求停止暂存装置的排空与管道输送或分流，分离装置进入自清理程序，在25秒内完成自清理工作，然后通知中央控制主机打开分离装置的空气与固废垃圾入口管(4)，允许进行下一个工作流程。

实例3：

以一个拥有20栋楼、每栋楼20层、每层楼包含4个三房两厅住户的花园小区的真空管道垃圾收运系统为例，每栋楼为一个基本单元，设置编号为A、B、……、T等20个单元，每单元设置垃圾暂存器4个。中央垃圾收集站位于该小区附近，距离最远的暂存器1.8公里，本发明所述的分离装置位于中央收集站内并作为中央收集站的一部分。

本发明所涉及到的工艺参数设定如下：分离装置的可分离垃圾比率：20m³/min；空气流动比率：710m³/min操作空气压力：10.8KPa；空气压力损耗：730Pa；网孔圆筒的网孔直径Φ：18mm；圆筒壁厚度δ：7mm；孔间距L1：25mm；孔间距L2：22mm；分离装置的自清理时间：28S。

整个系统在中央控制主机的协调与控制下协同工作，当系统中任一垃圾暂存器在接到中央控制主机的排空指令并进入排空程序时，中央垃圾收集站中的抽风机、分离装置等设备随即启动。垃圾随高速气流到达中央垃圾收集站后，从分离装置的空气与固废入口管(4)进入到分离器中，在自身的重力和网孔圆筒(11)的阻挡、过滤下，落入垃圾收集器中，同时气流从网孔圆筒(11)的小孔进入其内并从空气出口(5)排出。当垃圾沉积高度达到低位探测开关(7)的高度时，由该低位探测开关(7)读取高度数据并发送给中央控制主机，经中央控制主机处理后向控制隔离门(9)开启的气缸发出启动指令，汽缸启动、打开隔离门(9)并排空收集器内的垃圾。当每次排空完成后，排空探测开关(6)都给中央控制室的控制主机发出信号要求停止暂存装置的排空与管道输送或分流，分离装置进入自清理程序，在30秒内完成自清理工作，然后通知中央控制主机打开分离装置的空气与固废垃圾入口管(4)，允许进行下一个工作流程。