王洪銓

(福建成瑞建筑設(shè)計(jì)有限公司 福建廈門(mén) 361000)

1 工程概況

1.1 圣陶沙名勝世界項(xiàng)目概況

新加坡圣陶沙名勝世界是一座集游樂(lè)休閑和博彩業(yè)于一體的綜合娛樂(lè)城，坐落在新加坡旅游勝地圣陶沙島上，占地面積49萬(wàn)平方米。包括名勝世界娛樂(lè)場(chǎng)、康樂(lè)福豪華酒店、邁克爾酒店、新加坡 Hard Rock酒店和節(jié)慶酒店、新加坡環(huán)球影城、海洋生物園、海事博物館、亞洲最大規(guī)模宴會(huì)廳及長(zhǎng)達(dá)半公里的節(jié)慶大道。

1.2 應(yīng)用概況

封閉式垃圾自動(dòng)收集系統(tǒng)在圣陶沙名勝世界項(xiàng)目中設(shè)立20個(gè)收集點(diǎn)，分別分布在邁克爾酒店、康樂(lè)福豪華酒店、節(jié)慶酒店、新加坡Hard Rock酒店、節(jié)慶大道和新加坡環(huán)球影城等建筑物范圍內(nèi)，所有收集點(diǎn)通過(guò)直徑406mm，總長(zhǎng)2000多米的真空管道系統(tǒng)連接至新加坡Hard Rock酒店地下二層垃圾收集中心。此收集中心的主要設(shè)備包括離心抽風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)除塵器、垃圾壓實(shí)機(jī)、垃圾集裝箱、垃圾集裝箱傳送系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)和主控制盤(pán)等。

此收集系統(tǒng)由位于收集中心三臺(tái)離心抽風(fēng)機(jī)(輪流兩用一備)在輸送管道內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓氣流，利用氣流將垃圾從20個(gè)收集點(diǎn)輸送至垃圾收集中心，再經(jīng)收集中心主設(shè)備旋風(fēng)除塵器將垃圾和輸送垃圾的氣流分離，然后由垃圾壓實(shí)機(jī)將垃圾壓實(shí)裝進(jìn)垃圾集裝箱內(nèi)，之后由環(huán)衛(wèi)垃圾車(chē)定期將裝滿(mǎn)垃圾的集裝箱運(yùn)走并進(jìn)行其它無(wú)害化處理，輸送垃圾的氣流則經(jīng)過(guò)收集中心除塵、除濕、殺菌和消毒設(shè)備處理后排放進(jìn)大氣。

2 系統(tǒng)歷史及現(xiàn)狀

氣力輸送是利用氣流在管道中輸送粉粒狀物料的一種方法，也就是利用具有一定壓力和一定速度的氣流，來(lái)輸送粉粒物料的一種輸送裝置。1883年在俄國(guó)彼得堡港出現(xiàn)了第一臺(tái)來(lái)卸船倉(cāng)散裝糧食的氣力吸糧機(jī)，1893年英國(guó)也出現(xiàn)了固定式吸糧機(jī)，后來(lái)世界各港口廣泛用氣力輸送裝置來(lái)卸運(yùn)糧食。氣力輸送發(fā)展迅速，在糧食、水泥、粉煤灰、化工物料、礦粉、食鹽、面粉、玻璃配合料、型砂等各工業(yè)部門(mén)得到廣泛應(yīng)用。隨著輸送距離的增長(zhǎng)和應(yīng)用的廣泛，氣力輸送技術(shù)不斷在發(fā)展，由最初第一代氣力輸送裝置發(fā)展到第二代氣力輸送裝置，直到現(xiàn)在的第三代氣力輸送裝置。封閉式垃圾自動(dòng)收集系統(tǒng)就是氣力輸送在垃圾收集系統(tǒng)中應(yīng)該的例子。

1961年瑞典恩華特集團(tuán)始創(chuàng)的封閉式垃圾自動(dòng)收集系統(tǒng)，最早用于醫(yī)院醫(yī)療垃圾的收集。隨著應(yīng)用的深入，逐步延伸到日常生活中各類(lèi)垃圾的收集。美國(guó)、日本、德國(guó)、斯德哥爾摩、巴塞羅那、迪拜、漢城、新加坡、香港、澳門(mén)、臺(tái)北等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，以及中國(guó)內(nèi)地一線城市如北京、廣州、上海、三亞都有應(yīng)用此垃圾收集系統(tǒng)。該系統(tǒng)是發(fā)達(dá)國(guó)家近年來(lái)發(fā)展使用的一種高效、環(huán)保的垃圾收集方法，應(yīng)用廣泛且技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，廣泛服務(wù)于住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)、機(jī)場(chǎng)和醫(yī)院等場(chǎng)所。香港的葵涌、中國(guó)臺(tái)北的101大廈、北京的國(guó)際中心、上海的泰晤士小鎮(zhèn)、上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)、上海世界博覽會(huì)及廣州白云新國(guó)際機(jī)場(chǎng)等都使用了該系統(tǒng)，一些城市在市政建設(shè)和規(guī)劃時(shí)也開(kāi)始考慮使用垃圾自動(dòng)收集系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)主要設(shè)備及工作原理

3.1 設(shè)備及材料列表

本系統(tǒng)設(shè)備材料及簡(jiǎn)單的功能參照下表:

設(shè)備材料 位置 功能描述垃圾投放口 收集點(diǎn) 雙層門(mén)結(jié)構(gòu)，第一道門(mén)手動(dòng)，第二道門(mén)氣動(dòng)。收集點(diǎn) 收集點(diǎn)的進(jìn)風(fēng)口，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，開(kāi)啟用于進(jìn)風(fēng)。遠(yuǎn)程控制盤(pán) 收集點(diǎn) 主控制盤(pán)通過(guò)其控制收集點(diǎn)的所有設(shè)備。初級(jí)進(jìn)風(fēng)裝置由壓力傳感器、過(guò)濾器，球閥和鋼管組成。將壓縮空氣系統(tǒng)中的空氣由10bar減少到所需的壓力用于開(kāi)關(guān)初級(jí)進(jìn)裝置和投放口第二道門(mén)。旋風(fēng)除塵器 收集中心 旋風(fēng)離心分離機(jī)進(jìn)行分離。垃圾壓實(shí)機(jī) 收集中心 將旋風(fēng)除塵機(jī)分離出來(lái)的垃圾推擠壓實(shí)進(jìn)垃圾集裝箱內(nèi)。壓縮空氣裝置收集點(diǎn)垃圾集裝箱 收集中心 存儲(chǔ)垃圾，內(nèi)部真空。集裝箱傳送機(jī)收集中心 傳送垃圾集裝箱。離心抽風(fēng)機(jī) 收集中心 三臺(tái)抽風(fēng)機(jī)，二用一備且互為備用。流量控制閥 收集中心由喉管、調(diào)節(jié)蝶閥和壓差分析儀組成，安裝于旋風(fēng)除塵機(jī)與離心抽風(fēng)機(jī)之間用風(fēng)速調(diào)節(jié)。安裝于旋風(fēng)除塵機(jī)與流量控制閥之間用于防止垃圾從旋風(fēng)除塵機(jī)進(jìn)入流量控制閥和離心抽風(fēng)機(jī)。過(guò)濾裝置 收集中心 第一步除濕，第二步除塵，第三步用活性碳?xì)⒕统簟？諝鈮嚎s 收集中心 產(chǎn)生干燥壓縮空氣通過(guò)管道系統(tǒng)控制系統(tǒng)各個(gè)閥門(mén)開(kāi)關(guān)。風(fēng)機(jī)保護(hù)箱 收集中心主控制盤(pán) 收集中心由主配電盤(pán)，離心抽風(fēng)機(jī)變頻器，PLC控制器組成。在觸摸屏上進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置及控制。低碳鋼管 全系統(tǒng)低碳鋼管強(qiáng)度、硬度低、塑性、韌性高，焊接性能好，碳含量低也帶來(lái)了較好的抗腐蝕性。鋼管外包裹隔音棉用于隔音降噪。

3.2 主要設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)

1)旋風(fēng)除塵器:利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的，用來(lái)分離粒徑大于5～10μm以上的顆粒物，工業(yè)上已有100多年的應(yīng)用歷史。如(圖1)旋風(fēng)除塵器原理圖所示，含塵氣流由進(jìn)口沿切線方向進(jìn)入除塵器后，沿器壁由上而下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這股旋轉(zhuǎn)向下的氣流稱(chēng)為外渦旋，外渦旋到達(dá)錐體底部轉(zhuǎn)而沿軸心向上旋轉(zhuǎn)，最后經(jīng)排出管排出。這股向上旋轉(zhuǎn)的氣流稱(chēng)為內(nèi)渦旋。外渦旋和內(nèi)渦旋的旋轉(zhuǎn)方向相同，含塵氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，塵粒在慣性離心力推動(dòng)下移向外，到達(dá)外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗。氣流從除塵器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，頂部壓力下降，一部分氣流會(huì)帶著細(xì)塵粒沿外壁面旋轉(zhuǎn)向上，到達(dá)頂部后，再沿排出管旋轉(zhuǎn)向下，從排出管排出。這股轉(zhuǎn)向上的氣流稱(chēng)為上渦旋。本系統(tǒng)正是利用旋風(fēng)除塵器將垃圾與輸送垃圾的空氣分離開(kāi)來(lái)。

2)離心式抽風(fēng)機(jī):將離心式通風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口分別接到系統(tǒng)的出風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)的葉輪隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力將管道空氣從葉輪中甩出，空氣從葉輪中甩出后匯集在機(jī)殼中，由于速度慢，壓力高，空氣便從通風(fēng)機(jī)排出流出管道。當(dāng)葉輪中的空氣被排出后，就輸送管道內(nèi)就形成了負(fù)壓，出氣口外面的空氣壓力高于大氣壓，在壓差的作用下自然排至大氣中，因此，葉輪不斷旋轉(zhuǎn)空氣也就在抽風(fēng)機(jī)的作用下，在管道中不斷流動(dòng)。本系統(tǒng)共有三臺(tái)抽風(fēng)機(jī)組成，其中二臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)處于備用狀態(tài)，每二十四小時(shí)輪流輪換，實(shí)際上一臺(tái)抽風(fēng)最多連續(xù)工作四十八個(gè)小時(shí)。由于采用變頻控制方式，比較采用一般的控制方式更省電節(jié)能。

3)PLC控制器:系統(tǒng)的主控制器采用工業(yè)控制常用的PLC控制?？删幊绦蜻壿嬁刂破鱌LC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，用于取代繼電接觸器控制，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)?？煽啃愿撸垢蓴_能力強(qiáng)，功能和擴(kuò)展能力強(qiáng)大等特點(diǎn)，隨著收集點(diǎn)的增加及工藝改進(jìn)可以方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展和更新，而無(wú)需更換整套控制系統(tǒng)。

4)壓縮空氣系統(tǒng):壓縮空氣機(jī)及遍布的壓縮氣體管道組成的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)非常通用，不需要電源并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛。遍布整個(gè)工程的20個(gè)收集點(diǎn)的第二道門(mén)和初級(jí)進(jìn)裝置開(kāi)關(guān)動(dòng)作，收集中心各種開(kāi)關(guān)動(dòng)作全部由壓縮空氣作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)單可靠。

圖1 旋風(fēng)除塵器原理圖

3.3 系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)共有四種操作模式分別為:1)待命模式:收集點(diǎn)無(wú)人投放垃圾，管道內(nèi)無(wú)雜物，系統(tǒng)不運(yùn)行處于待命狀態(tài);2)輸送模式:垃圾投入收集點(diǎn)15秒內(nèi)為輸送狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)全速運(yùn)作;3)清洗模式:輸送模式結(jié)束后，系統(tǒng)將管道內(nèi)剩余雜物輸送至收集中心的過(guò)程;4)空載模式:清洗模式過(guò)后，離心抽風(fēng)機(jī)的工作頻率將由50Hz減少至10Hz，收集點(diǎn)的所有門(mén)都將關(guān)閉，此過(guò)程持續(xù)一分鐘，如果收集點(diǎn)沒(méi)有人投放垃圾，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)入待命模式。通過(guò)四種工作模式的轉(zhuǎn)換可以大大節(jié)約電能，提高效率。

圖2 垃圾收集流程圖

圖3 垃圾收集點(diǎn)示意圖

圖4 垃圾集中心平面圖

垃圾收集流程圖所示(圖2)，首先經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的收集點(diǎn)工作人員用鑰匙打開(kāi)收集點(diǎn)(圖3)的第一道門(mén)后，主控制盤(pán)發(fā)出啟動(dòng)系統(tǒng)工作的指令，離心抽風(fēng)機(jī)啟動(dòng)開(kāi)始抽走管道內(nèi)的空氣并逐漸形成負(fù)壓氣流，旋風(fēng)除塵器隨離心抽風(fēng)機(jī)一起啟動(dòng)準(zhǔn)備進(jìn)行分離工作，同時(shí)通過(guò)壓縮空氣系統(tǒng)開(kāi)啟相應(yīng)收集點(diǎn)第二道門(mén)和其上方的初級(jí)進(jìn)氣裝置。等待收集點(diǎn)第二道門(mén)完全開(kāi)啟后，將垃圾直接投入管道系統(tǒng)中，隨后第二道門(mén)在設(shè)置的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)關(guān)閉，如果垃圾比較多可以通過(guò)鑰匙再次開(kāi)啟第二道門(mén)投入垃圾。在15秒后或者撥掉鑰匙后，第一道門(mén)將自動(dòng)關(guān)閉。垃圾在負(fù)壓氣流的作用下通過(guò)管道系統(tǒng)以大約50m/s的速度被輸送到中央收集站(圖4、圖5)。緊接著垃圾和輸送空氣流一起進(jìn)入旋風(fēng)除塵器內(nèi)，經(jīng)旋風(fēng)除塵器的巨大離心力作用，垃圾由比重較大的在離心力的作用下向下運(yùn)動(dòng)，掉入垃圾壓實(shí)機(jī)，系統(tǒng)檢測(cè)到有垃圾掉入，打開(kāi)平時(shí)處于關(guān)閉的垃圾集裝箱門(mén)，將其壓實(shí)推擠壓進(jìn)垃圾集裝箱內(nèi)，等待集裝箱完全裝滿(mǎn)壓實(shí)后，最后通過(guò)傳送系統(tǒng)將集裝箱由裝載位移至運(yùn)載位后由垃圾運(yùn)輸車(chē)?yán)?，進(jìn)行填埋或焚燒等處理;另外輸送氣流由于比重較輕在分離力的作用下向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)氣流控制器、離心抽風(fēng)機(jī)到達(dá)系統(tǒng)的過(guò)濾中心，第一步先經(jīng)過(guò)除濕器進(jìn)行除濕處理，第二步經(jīng)除塵篩去除細(xì)小塵埃，第三步氣流經(jīng)過(guò)活性碳進(jìn)行殺菌和消毒處理，最后將處理完并符合排放標(biāo)準(zhǔn)的氣流排放進(jìn)大氣。

圖5 垃圾收集中心A－A剖面圖

20個(gè)垃圾收集點(diǎn)不可以同時(shí)操作，而由主控制盤(pán)決定投放垃圾的次序;三臺(tái)離心抽風(fēng)機(jī)二用一備并進(jìn)行24小時(shí)輪換;主控制盤(pán)與遠(yuǎn)程控制盤(pán)利用多模光纖進(jìn)行聯(lián)接，實(shí)際多個(gè)信號(hào)同步雙向傳輸控制，提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度及可靠性;垃圾收集點(diǎn)的工作人員人工投入垃圾后，余下的工作全部由主控制盤(pán)根據(jù)程序進(jìn)行自動(dòng)控制，無(wú)需其它工作人員參與完全實(shí)行自動(dòng)化。

3.4 系統(tǒng)檢修及維護(hù)

為便于清理管道阻塞，分別在管道轉(zhuǎn)彎處、分支位置和直線每隔50m處設(shè)置檢修口。系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)每個(gè)月定期檢查，機(jī)械部分每季度進(jìn)行檢查，整個(gè)系統(tǒng)每年進(jìn)行一次全面的檢查。經(jīng)過(guò)培訓(xùn)收集點(diǎn)工作中員及相關(guān)工作人員，將垃圾分成可自動(dòng)收集和非自動(dòng)收集兩類(lèi)，從而可以有效地減少非許可的垃圾投放，并且一次只允許一個(gè)收集口操作，使垃圾收集系統(tǒng)出現(xiàn)阻塞的可能性大大降低，同時(shí)對(duì)管道壁的磨損也減至最小。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的輸送運(yùn)作，管道壁將變得越來(lái)越光滑更加有利于垃圾的輸送。

4 環(huán)保節(jié)能

封閉式垃圾自動(dòng)收集系統(tǒng)因?yàn)槠渥陨淼膬?yōu)點(diǎn)提升了公共衛(wèi)生的質(zhì)量，避免了垃圾收運(yùn)的二次污染，大幅降低了疾病傳播的風(fēng)險(xiǎn);避免了垃圾儲(chǔ)存及收運(yùn)帶來(lái)的蚊蟲(chóng)鼠蟻蒼蠅的滋擾，有效地提升了社區(qū)生活垃圾前端收集的水平，及公共衛(wèi)生管理的安全系數(shù);緩解了垃圾污染造成的生態(tài)壓力，提高了環(huán)境品質(zhì)，美化了社區(qū)環(huán)境，全面實(shí)現(xiàn)了垃圾收運(yùn)的“地上到地下”、“暴露到封閉”、“人工到自動(dòng)”的三大轉(zhuǎn)變，

封閉式垃圾自動(dòng)收集系統(tǒng)具有以下三個(gè)特點(diǎn):第一、封閉式運(yùn)送。系統(tǒng)是通過(guò)預(yù)埋的管道進(jìn)行垃圾收集，投放的垃圾直接進(jìn)入輸送管道，分次被抽送到垃圾收集中心，并壓縮推進(jìn)到密封的垃圾集裝箱里，等待環(huán)衛(wèi)卡車(chē)運(yùn)往填埋場(chǎng)或焚燒廠等處理。整個(gè)的收集過(guò)程，垃圾都處于密封的狀態(tài)中與人隔離;第二、自動(dòng)化控制。系統(tǒng)通過(guò)PLC自動(dòng)化控制程序?qū)⑸⒙湓诟魈幍睦y(tǒng)一運(yùn)輸送到垃圾收集中心，實(shí)現(xiàn)從人工到自動(dòng)化的轉(zhuǎn)變，并可在無(wú)人監(jiān)控下24小時(shí)連續(xù)工作;第三、無(wú)污染，無(wú)臭味，無(wú)噪音。垃圾的整個(gè)收集過(guò)程在封閉的管道內(nèi)進(jìn)行，杜絕污染，告別噪音，遠(yuǎn)離污染。

5 應(yīng)用前景

新加坡可持續(xù)發(fā)展跨部門(mén)委員會(huì)(IMCSD)提出“到2030年，新加坡至少八成的建筑達(dá)到綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)”的目標(biāo)，對(duì)此新加坡建設(shè)局提出綠色標(biāo)志計(jì)劃和相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃。封閉式垃圾自動(dòng)收集系統(tǒng)完全符合綠色建筑概念并已經(jīng)獲得當(dāng)?shù)卣恼J(rèn)證為建筑綠色標(biāo)志的加分項(xiàng)目。韓國(guó)的有些城市，就立法規(guī)定，建設(shè)500套以上的公寓式住宅就必須安裝封閉式垃圾自動(dòng)收集系統(tǒng)。中國(guó)環(huán)境保護(hù)部及各地方的環(huán)境局也出臺(tái)相關(guān)的獎(jiǎng)勵(lì)政策提倡節(jié)能減排，低碳生活。隨著綠色環(huán)保生態(tài)的理念深入人心，封閉式垃圾自動(dòng)收集系統(tǒng)將像煤氣管道，電力管線一樣納入城市基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，即能體現(xiàn)一個(gè)城市的品質(zhì)，也為城市的生態(tài)保護(hù)與建設(shè)提供支持。

如將封閉式垃圾自動(dòng)收集系統(tǒng)進(jìn)一步與垃圾焚燒發(fā)電廠和垃圾回收利用站進(jìn)行有效地結(jié)合，將各個(gè)社區(qū)和建筑的各類(lèi)垃圾通過(guò)遍布的城市的管道直接輸送至垃圾回收處理中心，分檢出可回收利用的垃圾變廢為寶，同時(shí)將不可回收利用的垃圾直接送至垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電轉(zhuǎn)化成電能并入公共電網(wǎng)。從而最大限度地發(fā)揮垃圾全封閉處理系統(tǒng)，達(dá)到零排放零污染，即產(chǎn)生了生態(tài)環(huán)保的社會(huì)效益，又產(chǎn)生了回收利用材料和電能的雙重經(jīng)濟(jì)效益。

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