一种用于城市生活垃圾综合处理的机械预处理系统及工艺

摘要

本发明公开了一种用于城市生活垃圾综合处理(产沼)的机械预处理系统，包括依次设置的粗破碎单元、立轴锤式研磨单元及干湿组分挤压分离单元，所述各单元之间依次通过输送机链接；本发明还公开了采用上述机械预处理系统的城市生活垃圾综合处理的机械预处理工艺，包括粗破碎工艺步骤、立轴锤式研磨工艺步骤、干湿组分挤压分离工艺步骤；本发明突破了现有生活垃圾综合处理机械预处理有机质分离效率低、杂质含量高的技术瓶颈，垃圾接收适应性强，设备集成度高，连续稳定运行，以成分复杂的各类生活垃圾为原料，产出干、湿组分满足不同后续工艺要求，实现了多种类城市生活垃圾的协同处置，适于推广应用。

说明书

技术领域

本发明涉及环卫领域，特别是涉及一种用于城市生活垃圾综合处理(产沼)的机械预处理系统及工艺。

背景技术

我国城市生活垃圾的显著特点是厨余组分占比一半以上，含水率和有机质含量极高，直接填埋浪费资源，直接焚烧会将很大部分热量用于将垃圾中的水分加热蒸发，还易产生有害物；在前端生活垃圾分类实施尚需一个较长过程的现实状况下，综合处理技术是我国垃圾处理的必经之路。

近二十年来我国相关科研人员对生活垃圾综合处理做了大量引进吸收和摸索改进工作，厌氧产沼被视为符合国情的综合处理发展方向，相关工程案例近十年在我国的大中城市相继出现，暴露的技术问题很多，主要集中在预处理部分。

例如，厦门某项目采用“二级滚筒筛分+弹跳筛分+光电分选+人工分选”预处理工艺，工艺链条长，有机质损失率高，分选效果仍不理想。

北京某项目采用“滚筒筛分+振动筛分”预处理工艺，分选出中段垃圾含杂率高，导致厌氧系统进出料设备磨损严重，卡堵频繁，系统始终不能连续稳定运行。

意大利Vmpress公司的超高压(50-100MPa)挤压分离设备，依靠液压柱塞将三个旋转腔体内垃圾交替进行干湿分离，设备结构复杂，运行不稳定，处理量低，能耗高，投资和维修维护成本高。

专利公开号CN202805696U中国专利对Vmpress的挤压技术做了改进，但仍采用超高压的挤压方式，也存在上述问题。

由此可见，上述现有的城市生活垃圾综合处理(产沼)的机械预处理系统及工艺，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种物料接收与后处理灵活、有机质分离率高、含杂率低、处理量高、投资低、能耗低的城市生活垃圾综合处理的机械预处理系统及工艺，成为当前业界急需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可灵活接收多种类城市生活垃圾(混收、分类餐厨、分类厨余)、后处理匹配方式多样、有机质分离率高、含杂率低、处理量高、投资低、能耗低的城市生活垃圾综合处理的机械预处理系统及工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于城市生活垃圾综合处理的机械预处理系统，包括依次设置的粗破碎单元、立轴锤式研磨单元及干湿组分挤压分离单元，所述各单元之间依次通过输送机链接。

进一步地，所述立轴锤式研磨单元采用立轴锤式研磨机，包括研磨破碎腔，所述研磨破碎腔内设置有驱动式立轴，所述驱动式立轴上设置有上下多层锤头；所述研磨破碎腔底部设置有出料口，上方设置有进料斗，所述进料斗入口处横向设置有双辊式分料器；所述双辊式分料器包括一对向外旋转的辊子，所述每个辊子上设置有螺旋叶片，所述一对辊子上的螺旋叶片呈对称设置。

进一步地，所述每个辊子上设置有正、反两个旋向的螺旋叶片。

进一步地，所述进料斗采用双流道，所述双流道的入口分别与两个辊子外侧对应，所述研磨破碎腔与进料斗之间设置有上盖板，所述上盖板设置有两个入口，两个入口分别与双流道连通。

进一步地，所述研磨破碎腔侧壁安装有多层与锤头对应设置的竖板；所述最下层锤头与研磨破碎腔底面的距离小于2cm。

进一步地，所述干湿组分挤压分离单元采用液压柱塞式二级挤压分离机，包括进料推头总成、进料箱总成、挤压及排料总成、主挤压导向总成、反挤压导向总成；所述主挤压导向总成、进料箱总成、挤压及排料总成、反挤压导向总成位于同一水平轴线上，依次连接；所述进料推头总成与进料箱总成连接并与上述的水平轴线垂直设置；且进料推头总成与进料箱总成两者配合形成圆筒形的预压腔，预压腔侧壁设置有筛孔，所述挤压及排料总成包括筛筒。

进一步地，所述粗破碎单元采用双轴剪切式粗破碎机，所述粗破碎单元与立轴锤式研磨单元之间还设置有磁选机及大物件监察工位。

进一步地，还包括湿组分泵送单元，所述湿组分泵送单元包括液压柱塞泵设备。

一种用于城市生活垃圾综合处理的机械预处理工艺，采用上述用于城市生活垃圾综合处理的机械预处理系统，包括粗破碎工艺步骤、立轴锤式研磨工艺步骤、干湿组分挤压分离工艺步骤。

进一步地，所述粗破碎工艺步骤用于将各类成分复杂的生活垃圾均匀化，粒径控制在400mm以下；所述立轴锤式研磨工艺步骤的破碎粒径，一般浆状物≤20mm，塑料织物≥200mm；所述干湿组分挤压分离工艺步骤将10–50MPa的压力作用在经过立轴锤式研磨工艺步骤处理的垃圾上，所述液压柱塞式二级挤压分离机的筛筒的直径不超过1000mm，所述筛筒的筛孔径不超过40mm；产生湿组分的含固率在20-40％，硬杂质粒径不超过20mm，性状均匀成泥糊状，大部分为水和宜生化组分；产生的干组分，含水率最低至35％。

通过采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

1、本发明通过采用粗破碎单元、立轴锤式研磨单元可对各类城市生活垃圾内的宜生化产沼组分进行“组织破坏”，再经过干湿组分挤压分离单元完成宜生化产沼组分与高热值宜热处理组分的“挤压分离”，产生的湿组分可通过液压柱塞泵输送至综合处理的生化产沼系统。本发明突破了现有生活垃圾综合处理机械预处理有机质分离效率低、杂质含量高的技术瓶颈，机械立轴研磨挤压分离预处理工艺原理先进，垃圾接收适应性强，设备集成度高，连续稳定运行，以成分复杂的各类生活垃圾为原料，产出宜生化湿组分满足干式或湿式厌氧发酵后处理进料高有机质浓度和低杂质含量要求，产出宜热处理干组分满足焚烧、气化等各类热处理工艺技术进料热值要求，实现了多种类城市生活垃圾的协同处置，保证较高的宜生化有机质分离率，为城市生活垃圾综合处理(产沼)提供了一种更优化、更适合、更可靠的机械预处理工艺技术。

2、系统的宜生化有机质分离率高于75％；

3、创新的应用立轴锤式研磨设备，将垃圾中的有机质浆化处理，后端分离挤压设备的挤压压力较传统工艺降低了50％，节能35％。

4、本工艺产出的湿组分较室温提高5摄氏度以上，后续发酵自然，含杂率低、有机质含量高且混合均匀，解决了沼气工程高固体厌氧消化系统的进出料困难和物料均质化困难两大难题。

5、物料接收适应能力强，本工艺可接收城市分类的厨余垃圾和餐厨(饮)垃圾，也可以接收混合垃圾，一种工艺实现多种废物分质协同处置。

6、本预处理工艺与综合处理(产沼)后处理工艺的匹配能力强，湿组分可以采用干式厌氧后处理，也可以采用湿式厌氧后处理；干组分含水率可低至35％，可以直接无助燃焚烧，也可以作为RDF的制备原料。

7、本工艺完全依靠机械设备完成核心功能，工艺链条短，运行稳定可靠，且核心设备均实现国产化，投资成本低。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为城市生活垃圾综合处理的机械预处理工艺流程图；

图2为粗破碎单元核心设备结构(双轴剪切式粗破碎机)示意图；

图3为立轴锤式研磨机侧视结构示意图；

图4为立轴锤式研磨机的研磨破碎腔局部剖面示意图；

图5为立轴锤式研磨机的部分侧视结构示意图(进料斗+分料器侧视结构示意图)；

图6为立轴锤式研磨机的分料器俯视结构示意图；

图7为立轴锤式研磨机主视结构示意图；

图8为立轴锤式研磨机的上盖板结构示意图；

图9为干湿组分挤压分离工艺单元核心设备(液压柱塞式二级挤压分离机)俯视结构示意图；

图10为干湿组分挤压分离工艺单元核心设备(液压柱塞式二级挤压分离机)主视结构示意图；

图11为湿组分泵送单元核心设备(液压柱塞泵)结构示意图。

具体实施方式

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参照图1所示，本发明的用于城市生活垃圾综合处理(产沼)的机械预处理工艺，其原理可抽象概括为“研磨组织破坏+挤压分离”；主要包括依次连接的三个工艺步骤单元，粗破碎单元、立轴锤式研磨单元、干湿组分挤压分离单元，其核心设备分别为双轴剪切式粗破碎机(如图2所示)、立轴锤式研磨机(如图3-8所示)、液压柱塞式二级挤压分离机(如图9、10所示)；干湿组分挤压分离单元产生的湿组分还可通过湿组分泵送单元送出，其核心设备采用如图11所示的液压柱塞泵结构。各工艺步骤单元之间可通过输送机，如皮带输送机、链带输送机或螺旋输送机等，进行链接。

下面对各核心设备进行详细介绍：

(一)粗破碎单元，其核心设备是双轴剪切式粗破碎机，参考2所示。对于一些特殊垃圾，还可在该单元与立轴锤式研磨单元之间增加磁选机、大件物监查工位等设备，对待研磨的垃圾进行初步的破碎分拣预处理。

(二)立轴锤式研磨单元，其核心设备为立轴锤式研磨机，参考图3、4所示，包括研磨破碎腔21，研磨破碎腔21内设置有驱动式立轴22，图中所示为上驱动式，驱动式立轴22上设置有上下多层锤头23；研磨破碎腔底部设置有出料口24，上方设置有进料斗25，进料斗25入口处横向设置有双辊式分料器26；配合图5、图6所示，双辊式分料器26包括一对向外旋转的辊子261、262，每个辊子上设置有螺旋叶片263、264，每个螺旋叶片263、264分别采用正、反两个旋向；一对辊子上的螺旋叶片263、264呈对称设置。

目前环卫行业里应用的三种代表型研磨机有：立式分选、立式不分选和卧式分选；存在的问题是：(1)仅能接受筛分后粒径小于120mm的物料；(2)处理量最大不超过12吨/小时；(3)仅可以接收螺旋输送的进料方式；(4)进口设备投资与运营成本高，售后服务不好。而本发明采用的上述立轴锤式研磨机，属于立式不分选型研磨机，为适应大粒径物料进入破碎腔体，同时避免采用高成本的悬臂轴结构，本发明设计了双辊式分料器(四向分料器)，分料器由一对向外旋转的辊子组成，可将物料分至两侧；同时辊子上设计有正反两个旋向的螺旋叶片，高度为5公分，在避免物料缠轴的基础上起到向两侧分料的作用。

配合图7所示，进料斗25采用双流道，双流道的入口分别与两个辊子外侧对应，研磨破碎腔与进料斗之间设置有上盖板27，配合图8所示，上盖板27设置有两个入口271，两个入口分别与双流道连通。双流道和双入口可以保证团状大粒径垃圾顺利通过，不造成设备卡堵。另外，科学的双流道设计也能保证依靠物料自身重力落入研磨破碎腔内。

再配合图4所示，研磨破碎腔侧壁安装有多层与锤头23对应设置的竖板28(衬板)；锤头23与竖板28配合进行剪切、研磨，不易造成物料的堆积，最下层锤头与研磨破碎腔底面的距离小于2cm，使其不会因为间隙过大造成物料缠轴。

上述立轴锤式研磨机可以接收未分类的生活垃圾、厨余垃圾和餐厨垃圾，采用的进料方式可以是皮带也可以是螺旋，填补了市场空白；但环卫行业内其它三类仅可接受分类后的餐厨垃圾，并且只能依靠螺旋进料。其它性能参数与经济性指标对比(仅以餐厨垃圾对比)，详见表1。

表1性能参数与经济性指标对比表

经过此立轴锤式研磨机后，餐厨垃圾的容重提高20％，相对应的使整个工艺的处理量提高20％；挤压设备的出浆率提高15％，整个系统产能提高15％；因系统效率提高，系统的吨能耗降低30％。

(三)干湿组分挤压分离单元的核心设备采用液压柱塞式二级挤压分离机，参考图9、图10所示，包括进料推头总成31、进料箱总成32、挤压及排料总成33、主挤压导向总成34、反挤压导向总成35；主挤压导向总成34、进料箱总成32、挤压及排料总成33、反挤压导向35总成位于同一水平轴线上，依次连接；进料推头总成31与进料箱总成32连接并与上述的水平轴线垂直设置；且进料推头总成31与进料箱总成32两者配合形成圆筒形的预压腔321，预压腔321侧壁设置有筛孔，所述挤压及排料总成包括筛筒331。上述设备具体可参考授权公告号为CN205416441U的实用新型专利。

(四)湿组分泵送单元的核心设备采用液压柱塞泵设备，如图11所示，还可包括一些配套的管道阀门。

本发明的用于城市生活垃圾综合处理的机械预处理工艺过程包括粗破碎工艺步骤、立轴锤式研磨工艺步骤、干湿组分挤压分离工艺步骤、湿组分泵送工艺步骤。

(一)粗破碎工艺步骤：

城市生活垃圾，包括未分类混收垃圾和分类后的厨余垃圾以及餐厨(饮)垃圾，由专用运输车辆卸至厂内，可以由链板、螺旋等输送设备或工程机械或航吊抓机将垃圾送至双轴剪切式粗破碎机内。双轴剪切式粗破碎机的主要破碎功能由随轴旋转的动刀和固定在机架上的定刀配合完成，刀上的每条边都带刃，双轴带动刀低速旋转(一般不超过30转/分钟)，进入破碎机的物料将被动刀和定刀的刃口切割碾压撕扯，实现包装物的破袋和大件物的撕碎，撕碎粒径控制在400mm以下，经粗破碎后的垃圾靠重力均匀落在输送机上，某些情况，可先经过磁选机去除垃圾中的铁磁类物料，再经过大件监察工位去除柔性不可破碎的长条状大件物，再由输送机输送至立轴锤式研磨机，满足所述立轴锤式研磨单元设备的进料要求。

(二)立轴锤式研磨工艺步骤：

经粗破碎的垃圾物料从立轴锤式研磨机的顶部进入研磨破碎腔，与驱动立轴和锤头接触的物料在离心作用下加速向外运动，随驱动立轴高速旋转(一般不低于400转/分钟)的组合锤头(一般为4层，每层6个锤头)和研磨破碎腔内壁竖板将垃圾进一步立轴研磨，通过冲压、碰撞和剪切力的多重作用下，将垃圾中的宜生化有机质组分的组织破坏，尺寸被显著减小，形成浆状；同时垃圾内的柔性物料的尺寸却变化不大。当物料的尺寸被高效率的缩减至适合于通过间隙时，物料随即离开立轴研磨工作区，并依靠重力穿过出料口(溜槽)卸料，全过程连续进行。上述锤头与驱动立轴有自清扫装置，锤头采用可拆卸结构；立轴锤式研磨机的破碎粒径，一般浆状物≤20mm，塑料织物≥200mm；破碎粒径可通过变频调速或拆卸锤头进行调整。

(三)干湿组分挤压分离工艺步骤

经立轴锤式研磨后的垃圾通过输送机送至干湿组分挤压分离单元的核心设备液压柱塞式二级挤压分离机内，其可将巨大的压力(10–50MPa)作用在经过立轴锤式研磨处理的垃圾上，垃圾在一个特制的表面布满孔的筛筒中被挤压，因为巨大的压力，垃圾中湿的有机物组分会从筛筒表面的孔被挤出，从而实现与残渣干组分的分离。布满孔的筛筒直径不超过1000mm；布满孔的筛筒孔径不超过40mm；其中，湿的有机物又称做湿组分，含固率一般在20-40％，硬杂质粒径不超过20mm，性状均匀成泥糊状，大部分为水和宜生化组分，非常适合于在厌氧消化的工厂里来生产生物气体。湿组分经过输送机进入液压柱塞泵缓冲仓内。残渣干组分又称作干组分，含水率最低至35％，大部分为塑料和木竹类易燃组分，干组分落至输送机内，并通过输送机转运至车厢内，此部分干组分通过筛选、粉碎、金属和有色金属的分离等步骤、非常容易地加工为高质量的RDF。

(四)湿组分泵送工艺步骤

湿组分泵送单元的核心设备液压柱塞泵适用于粗大固体和高含固率物料的远距离传输，特别是在一点对多点输送过程中具有更好的经济性和可靠性。液压柱塞泵通常由两个腔体内的柱塞交替完成吸入和排出物料的动作，依靠液压系统提供的压力将物料推入钢制管道内，实现挤压湿组分的远距离、多点位的连续输送。

当厌氧消化工厂距离较近(一般30米以内)时，可用螺旋输送机、皮带输送机和斗式提升机等设备的组合输送工艺替代泵送工艺。

当厌氧消化工厂距离超远(一般5公里以上)时，可通过螺旋输送机或皮带输送机等设备将湿组分直接装入带有密闭车厢的车辆内，由车辆运输来替代泵送工艺。

本发明突破了现有生活垃圾综合处理机械预处理有机质分离效率低、杂质含量高的技术瓶颈，机械立轴锤式研磨挤压分离预处理工艺原理先进，垃圾接收适应性强，设备集成度高，连续稳定运行，以成分复杂的各类生活垃圾为原料，产出宜生化湿组分满足干式或湿式厌氧发酵后处理进料高有机质浓度和低杂质含量要求，产出宜热处理干组分满足焚烧、气化等各类热处理工艺技术进料热值要求，实现了多种类城市生活垃圾的协同处置，保证较高的宜生化有机质分离率，为城市生活垃圾综合处理(产沼)提供了一种更优化、更适合、更可靠的机械预处理工艺技术。

最后，再对本发明的工艺(以下称研磨挤压工艺)的优点进行如下对比说明：

1、物料接收与后处理灵活性对比：参考表2所示，研磨挤压工艺可以接受各类垃圾，同时可以生产适合干式发酵和湿式发酵的浆液，后处理选择更灵活，且生产的干组分可以直接热处理，不许再再次生物干化，参考表2所示。

表2物料接收与后处理灵活性对比表

2、有机质分离率比对：国内常用的筛分工艺的有机质分离率仅为40％，本发明的研磨挤压工艺可以达到75％以上，详见表3。

表3有机质分离率比对表

3、核心设备经济性比对：详见表4，投资低、能耗低。

表4核心设备经济性比对表

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。