厨房垃圾高效破碎除杂成套化装置设计与优化研究

摘要

随着我国居民生活水平的不断提高，城市生活垃圾的产生量与日俱增，生活垃圾合理化处理处置问题亟待解决。作为垃圾资源化利用的最佳处置方式之一，厨房有机垃圾厌氧产沼能源化利用技术已被广泛研究及应用。然而，受我国居民生活方式和分类意识的影响，分类后的厨房垃圾中杂质率依然较高，未经破碎除杂处理的厨房垃圾如果直接进行厌氧发酵不仅会降低厌氧产沼反应器的生物质传质与转化效率，而且极易导致厌氧消化反应器彻底崩溃。为有效降低厨房垃圾杂质含量，确保厨房垃圾厌氧产沼反应器设备的稳定运行，本研究以杭州市分类产生的厨房垃圾为研究对象，设计与加工了一套厨房垃圾破碎除杂成套化装置，并开展了联机调试与优化试验。主要研究结果如下:
　　(1)系统分析了杭州市城市生活垃圾分类产生的厨房垃圾理化性质。通过对杭州市厨房垃圾理化性质调研与分析发现，厨房垃圾可腐有机质组分平均达到68.36％，生物质中VS/TS高达71.43％，C/N平均值为15，表明厨房垃圾所含生物质可作为有机废弃物厌氧产沼能源化利用理想的材料;然而，分类产生的厨房垃圾杂质率高达30％以上，主要包括塑料、纺织物类、木竹类、玻璃类、砖瓦陶瓷类等，这些杂质的存在将严重制约其通过厌氧产沼工艺实现能源化利用。
　　(2)以厨房垃圾生物质高效破碎和分步分段除杂理念为依据，提出两套厨房垃圾破碎除杂成套化装置概念设计方案，开展了厨房垃圾破碎、除杂、匀质于一体的厨房垃圾生物质纯化装置的设计，并进行了对比分析和评估。在此基础上，选择立式预处理装置概念设计方案，系统计算了各功能单元尺寸及功能参数，设计装置的总体尺寸为1.6 m×1.6 m×3.5 m,整机运转所耗理论功率为41.91 kW，理论处理量为5t/h，单位物料处理理论比能耗为8.4 kW·h/t-垃圾。
　　(3)运用三维Solidworks软件，结合传统系统设计参数，构建虚拟样机，同时运用FEA有限元分析对功能零件校核优化。开展了以虚拟样机为依据，完成各零部件材料选型、加工、装配和样机联机调试审核。并以模拟垃圾为试验对象，进一步优化功能区运行参数。模拟试验表明，装置整机运行可实现重物质去除率91％以上，生物质纯化率＞99％，整机设计调试运行效果达到设计要求。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 生活垃圾预处理设备现状及存在问题

1．2．1 国内外现状

1．2．2 现有预处理设备存在问题

1．3 研究意义、目标及内容

1．3．1 研究意义

1．3．2 研究目标

1．3．3 研究内容

第二章 厨房垃圾高效破碎除杂成套化装置设计依据与原则

2．1 引言

2．2 杭州市厨房垃圾理化性质分析

2．2．1 试验材料

2．2．2 试验方法

2．2．3 结果与讨论

2．3 厨房垃圾物料组分力学特性调查研究

2．4 装置设计依据与原则

2．4．1 设计依据与原则

2．4．2 设计目标参数

2．4．3 需突破的技术难题

2．5 本章小节

第三章 厨房垃圾破碎除杂成套化装置概念设计及理论计算

3．1 引言

3．2 方案一—卧式厨房垃圾破碎除杂成套化装置概念设计

3．2．1 卧式装置设计总体思路

3．2．2 卧式装置总体功能区介绍

3．2．3 卧式装置整体参数

3．3 方案二—立式厨房垃圾破碎除杂成套化装置概念设计

3．3．1 立式装置设计总体思路

3．3．2 立式装置总体功能区介绍

3．3．3 立式装置总体参数

3．4 预处理装置概念设计方案对比评估

3．4．1 预处理装置概念设计方案总结

3．4．2 立式装置设计优势

3．5 立式厨房垃圾破碎除杂成套化装置理论计算

3．5．1 重物质分离区相关参数计算

3．5．2 生物质破碎区相关参数计算

3．5．3 生物质纯化区相关参数计算

3．6 本章小结

第四章 厨房垃圾破碎除杂成套化装置样机构建加工及联调试验

4．1 引言

4．2 装置传动机构的结构形式确定

4．2．1 装置减速传动机构选型及计算

4．2．2 装置主轴结构设计及计算

4．2．3 装置轴承选型及计算

4．3 厨房垃圾破碎除杂成套化装置虚拟样机构建及优化

4．3．1 装置主要零部件结构装配形式确定

4．3．2 装置主要零部件有限元校核分析优化

4．3．3 装置虚拟样机构建及结构优化设计

4．4 厨房垃圾破碎除杂成套化装置加工装配及联机调试试验

4．4．1 装置零部件材料选择确定

4．4．2 装置零件加工及样机装配

4．4．3 预处理装置联机调试试验

4．5 本章小节

第五章 结论与展望

5．1 研究结论

5．2 研究不足及展望

参考文献

附录

攻读硕士期间发表的文章、专利及奖励