陳腐垃圾篩分系統中輕質可燃物打包工藝

張 許，宗宇坤，劉明達，葛亞軍，曹占強

(北京首創環境科技有限公司技術部，北京 100028)

1 引言

21世紀之前生活垃圾處理方式以填埋為主[1]，其中多數為露天簡易堆放、利用天然溝壑就地掩埋。隨著人民生活水平提高，人均生活垃圾產生量呈逐年上升趨勢。據全國大、中城市固體廢物污染環境防治年報顯示，2018年城市生活垃圾產生量達到20194.4 萬t，2019年城市生活垃圾產生量達到21147.3 萬t，2020年城市生活垃圾產生量達到23560.2 萬t，2019～2020年城市生活垃圾產生量同比增長率分別為4.72%、11.41%，各地垃圾填埋場處理能力趨于飽和，已經或即將達到使用壽命，采取填埋的方式處理生活垃圾，減量化效果差且浪費了大量土地資源[2]。為提高生活垃圾處理效率，實現“減量化、無害化、資源化”的目的，各地陸續開展生活垃圾焚燒發電廠建設。原有填埋場已逐步關?；蛟谶_到設計庫容后逐步采取封場或搬遷等方式進行治理。

在《“十二五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃》[3]中，存量垃圾治理被首次寫入建設任務，說明我國對垃圾存量整治工作逐步重視。為此，“十三五”期間按照公共服務均等化的要求，繼續加大生活垃圾無害化處理能力建設，提升運營管理水平，拓展服務范圍，加快垃圾收運處理領域的市場化進程，推進生活垃圾源頭分類，提高資源化利用水平，最終實現垃圾的減量化、資源化和無害化?！笆濉逼陂g宣布實施生活垃圾零填埋的省市有：福建省、海南省、上海市、廣州市、廈門市、青島市等[4]。

2020年7月份國家發展改革委、住房城鄉建設部、生態環境部研究制定的《城鎮生活垃圾分類和處理設施補短板強弱項實施方案》要求：“原則上地級以上城市以及具備焚燒處理能力的縣(市、區)，不再新建原生生活垃圾填埋場，現有生活垃圾填埋場主要作為垃圾無害化處理的應急保障設施使用”?！皩π枰M行封場的填埋場，要有序開展規范化封場整治和改造，加強填埋場滲濾液和殘渣處置”。

2021年5月國家發展改革委、住房城鄉建設部編制的《“十四五”城鎮生活垃圾分類和處理設施發展規劃 ”》[5]中指出，垃圾焚燒處理能力仍有較大缺口，全國約50%的城市(含地級市和縣級市)尚未建成焚燒設施，大多數縣城焚燒處理能力有較大缺口。所以在未來的5～10年間，存量垃圾治理工作還有較大市場，因此積極儲備適應衛生填埋場騰退項目的技術，對搶占未來市場至關重要。

2 垃圾篩分治理中輕質物處置現狀

陳腐垃圾處理方法主要有原位封場和異位搬遷，根據不同的地理條件、垃圾成分以及投資規模等因素選擇不同的治理方式。異位搬遷是將陳腐垃圾通過分選分類，然后將分選出來的不同物料進行資源化利用[6,7]。

陳腐垃圾篩分治理項目中，篩分產物主要分為無機骨料、腐殖土和輕質可燃物、廢鐵四大類[8]，其中輕質可燃物現階段主要處置方法為送至焚燒發電廠進行焚燒發電[9]。陳腐垃圾篩分項目運行周期短，項目處理體量大，根據存量垃圾篩分治理項目實施經驗可知，生活垃圾衛生填埋場內的存量垃圾經分選后的輕質可燃物占比通?？蛇_45%～55%(質量比)，以處理規模為100 t/h的生產線考慮，工作日有效運行時間8h，分選能力可達到800 t/d，則每日輕物質產量可達到360～440 t/d，對這類輕質物通常就近送至生活垃圾焚燒發電廠處理。根據“十四五”規劃指出，大多數城市的焚燒處置設施缺口很大，某些焚燒發電廠超燒，不具備接收輕質可燃物的剩余能力，篩分出來的輕質可燃物不能及時外運焚燒，造成輕質可燃物需要進行存儲，根據項目地周邊焚燒廠的情況，陸續進行焚燒處理。

現在陳腐垃圾篩分項目，篩分車間通常就近布置在填埋場周邊現有空地上，空間狹小、各個功能區布置緊湊，通常沒有過多場地用于篩分產物暫存，腐殖土及骨料尚可就地回填，而輕質物通常就近送至生活垃圾焚燒發電廠處理。

由于各地生活垃圾焚燒發電項目起步晚、建設規模、選址欠合理，導致某些焚燒發電廠超燒、某些焚燒發電廠進廠垃圾量嚴重不足，前者不具備接收輕質可燃物的剩余能力，后者往往位置偏僻、運距遠、轉運成本高。分選出的輕質可燃物較蓬松，密度較低，為降低轉運頻次及運輸成本，需要利用裝載機在物料裝載過程中反復壓實，壓實后密度能達到0.8 t/m3左右，裝載一車往往耗時20～30 min，運行效率極低，嚴重時可引起物料積存，篩分產物沒地方存放，導致篩分系統無法順利出料，甚至導致停產。

輕質可燃物在存儲時，如果進行散放覆蓋存儲，由于輕質可燃物密度小，存儲時占地面積大，容易飛散，對周邊環境造成二次污染，并且不易于存儲管理。而通過壓縮打包系統，可以將輕質可燃物通過快速打包機進行壓縮、捆扎，形成規整的四方體，便于包體堆放、覆蓋和存儲管理。

為提升轉運過程中車輛裝載能力，常常在篩分系統末端配置壓縮打包機[10]，對篩選之后的輕質可燃物進行壓縮、捆扎、打包，物料密度能夠達到1.2～1.5 t/m3[11]。此前使用的打包機是單獨系統，主要依靠人工穿絲，效率低，影響項目運行、增加勞務成本。而輕質可燃物在散料暫存過程中，散堆密度0.4～0.5 t/m3，占用空間大，容易飛散飄灑。散存的輕質物可燃物較蓬松，密度較低，為降低轉運頻次及運輸成本，需要利用裝載機在物料裝載過程中反復壓實，壓實后密度能達到0.8 t/m3左右(20 m3轉運車可裝載17～18 t輕質可燃物)，但裝載一車往往耗時僅20～30 min，運行效率極低。

3 自動打包技術

全自動液壓打包機主要適用于鋼廠、回收加工行業及有色、黑色金屬冶煉行業。廢紙打包機廠家所有機型均采用液壓驅動，可選擇手動或PLC自動控制操作。全自動液壓打包機打包流程見圖1[11]。

圖1 全自動液壓打包機打包流程

目前國內全自動高速液壓打包機，液壓系統工作壓力通?？梢宰龅健?000 kN，主壓縮油缸工作壓力≥1500 kN，通過雙油泵對主液壓缸的前進和退回分別控制，提高主液壓缸的運行速度，從而提高打包的效率，打包效率可以達到25 包/h以上，送絲采用推絲方式，相比傳統的勾絲方式，送絲更精準，物料對送絲機構影響更小。

篩分后的輕質可燃物密度低，占地大，通過打包單元，提高篩分暫存場地的空間利用率，也可以免去輕質物運輸壓實的過程，縮短裝載時間。

4 自動打包機技術在垃圾篩分中的應用

在篩分生產線中增加全自動壓縮打包單元，需要與篩分生產線產量進行匹配，保證篩分出來的輕質物能及時進行打包，并且要減小打包單元對篩分生產線的影響。

打包單元融入篩分生產線，生產線設備之間的連接方式沒有采用常規的硬性連接，而是采用一種新型的柔性連接方式。這種柔性連接方式是在篩分工藝中，將打包系統設計為獨立單元，將打包機配套的上料帶機受料位置，設計為沉降地坑結構，上料帶機受料位置放置在地坑內，與篩分線的輕質可燃物輸送皮帶機存在一個落差，在打包機短時間維修時，受料處可以積存部分輕質可燃物，使得前端篩分系統不停機連續生產，待得打包機維修完畢，將已積存的輕質可燃物運送至打包機進行壓縮打包。

通過這種柔性連接方式把打包系統融入篩分生產線，可以在篩分生產時將篩分出來的輕質可燃物進行打包；而且在篩分生產過程中，不可避免會出現機械設備故障或者斷絲卡絲等造成停機的情況，通過這種柔性連接，可以在設備短時間停機維修時，受料處可以積存部分輕質可燃物，使得前端篩分系統不停機連續生產。圖2為融入打包單元的篩分生產線，此篩分線處理量為100 t/h。

圖2 含全自動壓縮打包單元的篩分生產線

如圖3、圖4所示，儲料沉降地坑深度為2000 mm，輕質可燃物上料帶機受料處放入地坑中，上料帶機受料面距離篩分設備基礎面1000 mm，篩分生產線輕質可燃物輸送帶機出料位置高度約為4500 mm，輕質可燃物上料帶機的兩側及尾部用高度1000 mm擋板對物料進行收集，擋板與地坑之間的間隙用軟橡膠板進行覆蓋密封，防止物料散落入地坑中，造成設備堵塞。當篩分系統工作時，輕質可燃物通過輸送帶機運至上料帶機受料處，通過上料帶機運送至打包機處進行壓縮打包、自動捆扎。沉降地坑做成9500 mm×4000 mm(2400 mm)，如圖4所示，深度為2000 mm，底部及側面做防水處理，防止積水滲入地下造成污染，同時防止地表水滲透進坑內，造成設備淹水?？芋w一端做成4000 mm×1200 mm 寬度，此處為維修人孔，便于維修人員進入地坑進行設備維修，地坑底部設計成坡面結構，坡面斜度為∠1000∶0.5，在底部坡面最低點設置積水收集坑，尺寸為300 mm×300 mm×300 mm，用于收集坑內的積水，收集坑內設置一臺潛水泵進行抽排水，防止坑內設備被積水淹泡。

圖3 打包機及儲料沉降地坑

圖4 沉降地坑結構(mm)

以處理量100 t/h篩分線為例，打包單元設備參數如下：

(1)輕質可燃物上料帶機：帶寬1600 mm，采用鏈板式連接結構，含側護板，輸送速度為0.5 m/s，減速電機配合鏈條進行傳動，額定功率15 kW。

(2)全自動液壓打包機：處理量≥25 包/h；包型尺寸W1100×H1250×L1500(可調)(mm)；主油壓缸尺寸≥HSGΦ300(mm)、推力≥1500 kN；密度調節方式為三面浮動式加緊；穿絲方式為推絲結構；捆扎方式為自動穿絲，自動絞絲切斷；液壓系統壓力≥2000 kN；主油泵2臺，主油缸進程回程分別控制；捆扎線數5道絲，10號和12號鐵絲可用；PLC獨立控制(包含輕質可燃物上料帶機設備控制系統)。

5 輕質物打包堆垛

堆碼本是倉儲物流及港口運輸中常用的技術，目的是為了合理利用空間，節省存儲占地面積，高效安全的儲存物品。

堆碼的形式根據堆放貨品的特點和需求各有不同，包括重疊式、壓縫式、俯仰式、襯墊式和交錯式等多種形式[12]，如圖5所示。其中，壓縫式堆碼方式是將垛底的底層排列成正方形或長方形，上層起壓縫堆碼，每件物品壓住下層2件貨物。這樣的堆碼方式能較大限度節省空間，方便操作，穩定性能好，非常適于輕質可燃物打包后碼放。

圖5 貨物堆碼方式

輕質可燃物通過全自動液壓打包機打包后，壓縮打包成1100 mm×1250 mm×1200 mm的長方體，使用抱夾叉車進行倒運堆垛。輕質可燃物包塊采用壓縫式堆碼，可以合理地利用篩分場地暫存空間，加大輕質物可燃物存儲量，便于日常覆蓋保存管理(圖6)。

圖6 抱夾叉車

6 對輕質可燃物進行自動打包分析

輕質可燃物的打包工藝、堆碼技術是對全自動液壓打包機技術在陳腐垃圾篩分領域中的應用，完善了陳腐垃圾篩分生產線，雖然工藝復雜度有所提高，但是可實現篩分生產線的全自動作業，大幅度提高了打包效率，降低了設備故障對生產線的影響。加強了液壓打包機的系統壓力，提高了壓縮強度，并將輕質可燃物加以打包加固，同時引入科學的貨物堆碼技術，形成了完整的輕質可燃物的打包-堆碼技術體系。

7 結論

(1)該打包系統與陳腐垃圾篩分系統進行了柔性連接，設計地坑結構，打包機暫時停運不會影響篩分系統運行，不影響項目實施效率。

(2)引入全自動液壓打包機技術，對輕質可燃物進行打包加固，避免散料堆放，通過打包機壓縮，提高密度，使得輕質物體積更小，節省占地空間。

(3)采用全自動液壓打包機，實現全自動穿絲，避免人工操作，提高設備安全性、運行穩定性、系統連貫性。

(4)引入貨物堆碼技術，減少物料堆存過程中的占地面積，避免輕物質飄灑。采用壓縫式堆碼技術對空間進行合理安排，使得輕質可燃物堆體既穩固又節省空間。

(5)輕質可燃物打包后使用抱夾叉車進行倒運存料，操作相對簡單。

(6)對于與焚燒發電廠距離較遠的治理項目，輕質可燃物打包后更有利于運輸，有利于降低轉運成本。