Управление отходами. Сбор транспортирование прессование сортировка

тогда

Из уравнения (23) следует, что при всех прочих равных условиях давление на упоре уменьшается с увеличением высоты сжимаемой порции

А поскольку давление на упоре меньше, чем на поршне, то и плотность материала уменьшается по направлению к упору.

Сила трения материала о стенки камеры определяется как разность усилий на поршне и упоре:

Подставляя в это уравнение значение P1, получим развернутое выражение для определения силы трения:

из которого видно, что сила трения зависит от физико-механических свойств материала (S, 1) и от отношения периметра поперечного сечения камеры

к его площади I . С уменьшением этого отношения сопротивление трения

U

на стенки камеры и работа на его преодоление уменьшаются. Следовательно, наиболее рациональным сечением для закрытой камеры

является круглое, в этом случае величина I для заданной площади мини-

U

мальна.

Если уравнение (26) переписать в виде

то первое слагаемое есть не что иное, как сила трения, возникающая от прикладывания осевого давления, второе слагаемое – сила трения, вызванная упругим расширением сжатого материала.

Когда поршень отходит назад (Р = 0),

122

Это есть выражение силы трения, удерживающей спрессованный материал в камере.

При выталкивании материала из камеры упор отсутствует, поэтому Р1 = 0. Приравнивая уравнение (23) к нулю и решая его относительно Р, определяем удельное давление, необходимое для выталкивания материала из камеры:

Коэффициент полезного действия закрытой камеры определится как отношение давления на упоре к давлению на поршне

4.1.2. Факторы, влияющие на процесс прессования ТБО

Плотность материала в какой-либо точке зависит от напряженного состояния этого материала в рассматриваемой точке. От напряжения среды

вданной точке также зависят коэффициенты внешнего и внутреннего трения материала. Следовательно, характер создания напряженного состояния в материале влияет и на плотность материала, и на сопротивление деформации.

Исследования, проведенные на средах, которые при определенных условиях можно принять за модель среды, содержащей ТБО, позволили установить влияние характера приложения нагрузки на параметры уплотнения материала. Уплотнение воздушно-сухих насыпных материалов динамическими нагрузками значительно выше, чем статической нагрузкой [8]. Например, если рыхлый песок при удельной нагрузке 5,0 МПа, приложенной статически, уплотняется на 20 %, то при динамическом повторном уплотнении падающей гирей весом 5 кг, т.е. при удельном динамическом давлении 0,01 МПа, уплотнение достигает 35 %. Это объясняется тем, что пористая среда от динамических нагрузок за короткий промежуток времени приобретает текучесть. Следовательно, с целью получения более высокой степени уплотнения ТБО при прочих равных условиях более эффективно применение динамической схемы приложения нагрузки.

Плотность материала, подвергнутого уплотнению, характеризует качество проведения процесса уплотнения [76]. Прочность элементов, входящих

всостав уплотняемой среды (ТБО), значительно превышает прочность связи между ними, поэтому уплотнение таких материалов происходит в основном за

123

счет взаимного перемещения частиц твердой фазы и уменьшения вследствие этого пористости материала.

Работа, затрачиваемая на уплотнение, расходуется на преодоление сил взаимодействия и трения между частицами твердой фазы и трения их о стенки камеры прессования.

Для эффективного уплотнения материала напряжения в нем не должны превышать предела его прочности. В противном случае поверхность материала получается рыхлой.

Установлено, что наилучшие результаты уплотнения получаются при условии [77]

где σ0 – нормальное контактное напряжение, МПа; σв – предел прочности материала, МПа.

Процесс прессования ТБО можно разделить на три фазы:

1.Уплотнение, при котором происходит изменение пористости, характеризующееся линейной зависимостью деформации от давления.

2.Образование поверхностей скольжения в точках, где сопротивление сдвигу ниже внутренних напряжений.

3.Распирание материала в точках, где поверхности скольжения выходят из массы материала.

Одним из факторов, влияющих на степень уплотнения материала, является его влажность. При уплотнении влажных материалов на 5–10 % возрастает коэффициент трения о металл, что объясняется возникновением молекулярного взаимодействия между молекулами воды и металла.

Повышение влажности ведет к снижению степени уплотнения материала. Увеличение плотности прессуемых отходов при высоких значениях влажности возможно только за счет выжимания воды из пор материала.

Ввиду того что процесс фильтрации влаги происходит очень медленно, увеличение плотности под влиянием динамических характеристик кратковременных нагрузок становится невозможным. С повышением влажности материала все больший объем пор заполняется водой, что приводит к дальнейшему снижению степени уплотнения. Состояние материала, поры которого целиком заполнены водой, практически будет пределом его уплотнения кратковременными нагрузками.

Наибольшая степень уплотнения при условии постоянной работы может быть получена при определенном значении влажности, при этом уплотнение называется оптимальным.

Существует закономерная связь между давлением, влажностью и пористостью. Коэффициенты пористости материалов, вычисленные при соответст-

124

вующих нагрузках, образуют компрессионную кривую, характеризующую сжимаемость любых дисперсных материалов, в том числе и ТБО.

Компрессионная кривая в полулогарифмических координатах имеет вид прямой, т.е. коэффициент пористости материала линейно зависит от логарифма изменения внешнего давления. Уравнение компрессионной кривой для большого диапазона давлений имеет вид

где ε0 , P0 – начальные коэффициенты пористости и давление; εi , Pi – текущие коэффициенты пористости и давление;

ak – коэффициент компрессии.

Коэффициент компрессии – безразмерное число, характеризующее сжимаемость материалов в большом диапазоне давления.

В общем виде компрессионная кривая в полулогарифмических координа-

Установлено, что прочность влажного вязкого материала при динамическом кратковременном нагружении почти в два раза выше, чем при статическом. При сжатии материала в закрытой системе сопротивление сдвигу возрастает более чем в два раза по сравнению с сопротивлением сдвигу при сжатии в открытой системе при статистической нагрузке, аналогичная картина возникает и при ударном прессовании.

125

Для уплотнения отходов требуется статическая нагрузка длительного действия или кратковременная динамическая нагрузка. Интерес представляет виброуплотнение, при котором уменьшается сопротивление сдвигу.

Для связанного влажного материала ползучесть при значительных давлениях особенно проявляется во времени.

Таким образом, для эффективного уплотнения ТБО, имеющих повышенную влажность, необходимо приложение нагрузки по схеме медленного возрастания и длительного действия нагрузки [78].

4.2. Технологическое описание процесса прессования ТБО

Прессование отходов может осуществляться как непосредственно в местах их сбора, так и в процессе их транспортировки и переработки (табл. 10).

Таблица 10

Способы прессования отходов при сборе, транспортировке и переработке [73]

126

4.2.1.Технология прессования

Вобщем виде процесс прессования может быть представлен следующим образом [79]. ТБО поступают в окно загрузки пресса. Прессовочная каретка подает ТБО в камеру уплотнения. Когда получаемый продукт достигает требуемой степени уплотнения, то камера автоматически ослабляет сжатие уплотненного материала, чтобы он мог быть постепенно вытолкнут из камеры. Когда кипы с ТБО достигают предварительно установленной программирующим устройством длины, в действие вступает автоматическая система связывания. Кипы с высокой плотностью обхватываются стальной проволокой для удобства обращения с ними [74]. Обвязка кип может также осуществляться пленкой. Кроме того, полученные спрессованные отходы могут помещаться

вмешки, сменные контейнеры или прицепы.

На мировом рынке представлено достаточно большое количество моделей прессового оборудования различных фирм-производителей: вертикальные и горизонтальные прессы, однокамерные и многокамерные, с различными вспомогательными устройствами и др.

4.2.2. Прессовое оборудование для пакетирования ТБО

Для пакетирования ТБО используются различные виды прессового оборудования, выпускаемые многими зарубежными и отечественными предприятиями. Наиболее широко применяется прессовое оборудование германских, итальянских, американских и других фирм.

Прессовое оборудование фирмы LINDEMANN MASCHINEN-FABRIK (Германия) предназначено для пакетирования в кипы твердых бытовых отходов следующим образом. ТБО подаются через загрузочную воронку в загрузочную камеру пресса. Воронка оборудована уровнемером, сигналы которого управляют подачей ТБО в пресс и работой прессующей плиты. По высоте загрузочной камеры тоже установлены уровнемеры для управления прямым ходом прессующей плиты.

Прессующая плита перемещается в загрузочной камере (привод от ступенчатого гидроцилиндра). Горизонтальный щиток, жестко скрепленный с прессующей плитой, прикрывает поршневой шток при прямом ходе, так что неуплотненные ТБО могут загружаться непрерывно. Верхняя передняя кромка прессующей плиты оборудована сменными ножами, которые срезают ТБО.

Вертикальное гидравлическое уплотняющее устройство предназначено для обеспечения бесперебойной и непрерывной работы пресса. Устройство автоматически запускается в действие, когда материал, который находится между лезвиями ножей, не удается срезать. В этом случае прессующая плита движется чуть-чуть назад и устройство уплотняет материал под режущей

127

кромкой верхнего ножа, после чего прессующая плита вдавливает материал в канал прессования, сечение которого уменьшается в сторону выхода.

Механизм обвязки начинает работать по достижении заданной длины кипы. Кипы обвязываются по длине четырьмя проволоками в вертикальном направлении и двумя проволоками в горизонтальном направлении. Минимальная длина кипы составляет 1000 мм, максимальная – 1600 мм.

Основные технические характеристики прессов фирмы LINDEMANN MASCHINEN-FABRIK приведены в табл. 11 [80].

Таблица 11

Технические характеристики прессов фирмы

LINDEMANN MASCHINEN-FABRIK

Пресс гидравлический модели H-2240/5000 фирмы IMABE IBERICA (Испания) предназначен для пакетирования отходов в кипы или брикеты и их автоматической обвязки проволокой.

Пресс изготовлен из листового материала и прокатных стальных профилей и рассчитан на прессование материала с удельным давлением 20 кг/см2.

Пресс оснащен прессовочной тележкой с боковым и вертикальным управлением, которая проталкивает подаваемый конвейером материал к уплотнительному туннелю. Тележка снабжена колесами и движется по калиброванным направляющим, укрепленным в станине пресса.

128

В верхней части прессовочной тележки находятся ножи, которые совместно с ножами, установленными в неподвижной части загрузочного окна пресса, отрезают собираемый над уплотнительным туннелем лишний материал.

Пресс комплектуется системой автоматической обвязки брикетов. Модель пресса H-2240/5000 оснащена гидравлической системой устране-

ния заклинивания, которая позволяет избежать возможного забивания материалом зоны ножей.

Технические характеристики пресса фирмы IMABE IBERICA [11]

Оборудование для прессования отходов компании ACCURATE INDUSTRIES (США) предназначено для прессования твердых бытовых отходов в большегрузные контейнеры на мусороперегрузочных станциях. Прессование отходов производится поршнем клинообразной формы, что позволяет достичь более высокой степени заполнения контейнера. Все детали, подвергающиеся высоким нагрузкам (загрузочная воронка, прессующий поршень и др.), изготовлены из специальных видов стали для максимального увеличения их срока службы.

Основные технические параметры прессов компании ACCURATE INDUSTRIES изменяются в очень широком диапазоне (табл. 12).

129

Таблица 12 Техническая характеристика прессов компании ACCURATE INDUSTRIES

Прессовое оборудование компании HARRIS WASTE MANAGEMENT GROUP, INC (США) предназначено для прессования отходов в большегрузные контейнеры на мусороперегрузочных станциях, а также для прессования отходов в кипы.

Прессование твердых отходов в контейнеры осуществляется по системе

AM FAB-TRANS-PAK.

Основные технические характеристики пресса SUPER 250, используемого для прессования отходов в контейнеры, и кипового пресса HARRIS модели HRB 1145, используемого для прессования отходов в кипы, приведены ниже.

Пресс-компактор «SUPER 250» может быть использован для прессования и перегрузки отходов на речной (баржи), железнодорожный и автомобильный транспорт [80].

Техническая характеристика пресса SUPER 250 [80]