上海躍昕環(huán)保科技有限公司 自瑛琪

一、引言

隨著我國城鎮(zhèn)裝修垃圾的產(chǎn)出不斷提升，大體量的裝修垃圾已經(jīng)開始影響城市居住環(huán)境的良性發(fā)展，針對裝修垃圾開展資源化利用不但能夠改善城市居住環(huán)境，而且能夠節(jié)約生態(tài)資源、降低城市建設的成本，因此加快裝修垃圾的資源化處理已經(jīng)迫在眉睫[1]。裝修垃圾成分復雜，雖以無機惰性物為主，如混凝土塊、加氣塊等，但在住宅區(qū)內(nèi)堆放、轉運的過程中會夾雜部分泥土，同時輕物質較多（含塑料、木材、織物等），雜質分離難度較大。裝修垃圾資源化處理的產(chǎn)品主要以再生骨料為主，再生骨料的純凈度是影響再生產(chǎn)品應用的關鍵指標。因此，裝修垃圾中的雜質分離，主要是輕物質分離成為關鍵環(huán)節(jié)。本文以上海某建筑垃圾資源化利用項目為例，通過實際工程運營，分析研究單滾筒風選機在我國裝修垃圾資源化處理雜質分離中的應用設計和工程運行參數(shù)優(yōu)化。

二、研究內(nèi)容

（一）設備設計與配置分析

本試驗在上海某建筑垃圾處理廠進行，該廠裝修垃圾資源化處理的首道雜質分離設備采用德國進口單滾筒風選機，見圖1。主要由加速皮帶、分離滾筒、擴展室及可調風噴吹系統(tǒng)等構成?；驹硎且钥諝鉃榉诌x介質，通過控制風力的強度，進而按物料的密度與粒徑大小進行分選，把其中不能作為再生骨料的物質分離出來。設備運行的基本過程為混合物料從頭部加速皮帶進入，將物料送至旋轉的分離滾筒表面，在設定風力的持續(xù)作用下，輕物質被上升氣流或上升氣流與分離滾筒旋轉時的共同作用力帶入后方的擴展室內(nèi)，重物質與中物質則因重力大于上升氣流的托力無法前進，而下落到皮帶與分離滾筒間的料斗中。

圖1 單滾筒風選機

單滾筒風選機是根據(jù)物料的密度實現(xiàn)不同物料的分離。由于物料粒徑可能干擾密度分選，入料的粒徑比越小，分離效率越高，但粒徑比降低會增加風選機設備的臺數(shù)。為了保證有效的雜質分離效率（大于95%①），對進入設備的物料粒徑比應嚴格限制，推薦進口物料粒徑比不高于1:4，如當進入的最小物料粒徑為50mm時，則最大物料粒徑應不高于200mm。在工藝設計過程中，物料粒徑的劃分（即粒徑比的選擇）直接影響風選機設備的配置臺數(shù)，進而影響車間平面布置和工程投資。值得注意的是，單滾筒風選機對10mm以下粉料的雜質分離效果不是很敏感。因此設計過程≤10mm的粉料可以忽略粒徑比。

本項目設有兩條產(chǎn)線，每條產(chǎn)線設計處理能力為65t/h，根據(jù)物料平衡計算，到此環(huán)節(jié)的單臺設備處理量為55t/h，考慮后續(xù)反擊破后大于31.5mm的物料返回比20%，本項目單條產(chǎn)線根據(jù)粒徑比要求設置兩臺單滾筒風選機，每臺處理能力按35t/h計算。單臺設備的給料皮帶長度2900mm，寬度1000 mm，額定速度2m/s，分離滾筒直徑為800mm，長度為1500mm，額定轉速39r/min。為了提高分選效率，應提高加速皮帶對物料的均勻和分散布料，噴吹系統(tǒng)的供風口位于加速皮帶下方，出口呈扁平狀，送風管道與供風口采用軟管連接，可自由調整供風口噴吹角度。

（二）樣品采集

本試驗采用的物料為項目日常處理的裝修垃圾。進入單滾筒風選機的物料是經(jīng)過一級篩分后的物料，粒徑范圍為50-200mm之間，樣品分級粒徑比為1：4，物料性質分布如表1所示。其中重物質主要為混凝土及磚塊和瓷磚大理石，占比約64.81%；中物質主要為加氣塊，占比約15.86%；輕物質主要為竹木、紙塑和織物，占比約19.34%。為降低不同樣本進行試驗而造成的誤差，本試驗采用同一批物料樣本。

（三）試驗工況設計

裝修垃圾資源化處理過程中雜質分離的理想狀態(tài)是能夠將輕物質與中、重物質完全分離，但在實際運行工況中這一點實現(xiàn)的難度較大。因此在工藝設計時采用了兩級雜質分離的模式，由一級風選先將大部分輕物質從重物質中分離出來，再將混入重物質中的小部分輕物質和中物質進行二級雜質分離。目前再生骨料主要用于再生磚、回填料等各種建材領域。骨料中的雜質含量直接影響了下游再生產(chǎn)品的品質和應用。如用于制作再生磚的骨料要求雜質含量比例應低于1%②。因此，本廠在設計過程中，再生骨料最終雜質含量設計值不高于0.5%。實際工程運行過程中雜質含量低于0.1%。

輕物質中的竹木、紙片、塑料等均有不同程度的回收再利用價值，可以通過進一步分離實現(xiàn)資源化利用。中物質中的加氣塊密度介于輕物質和重物質之間。加氣塊分離出來后混入混凝土磚塊骨料中，制作而成的再生實心磚透水率難以控制，但可以經(jīng)過二級破碎+二級分選后用于制作蒸壓磚[2]。因此，加氣塊在首道分選中需盡量與重物質一同分離出來。

為了提高裝修垃圾的資源化率，應通過有效的雜質分離，將各類物質物盡其用。單滾筒風選機作為首道雜質分離設備，也是最關鍵的一道分離工序，要求雜質去除率達到95%以上。根據(jù)一年來的滿負荷運行工程經(jīng)驗反饋，影響該設備雜質去除率的主要因素有三個，分別為：供風口角度、落料區(qū)間和風壓值。

本次通過模擬實際工況進行樣本采樣，輕重物質分離試驗在該建筑垃圾廠生產(chǎn)線14.2# 單滾筒風選機上進行。首先確定合理的供風口角度、落料區(qū)間，在此基礎上設定不同風壓參數(shù)進行重復試驗。

三、工況結果分析

（一）最佳供風口角度與落料區(qū)間選擇

供風口角度表示物料經(jīng)過加速皮帶后，風力在一定風壓情況下，對物料的噴吹角度。落料區(qū)間表示物料經(jīng)過加速皮帶后在分離滾筒上的落點范圍，依靠分離滾筒的快速旋轉和風力的噴吹實現(xiàn)雜質分離。當物料與風力角度垂直時，物料在離開加速皮帶后立即受到供風口的風力影響，改變原有慣性力給予的直線前進方向，轉而向上運動，減少了物料到分離滾筒的位移，致使物料的落點處于圖2中6號位下方。因此試驗參考實際運行時的設備工況，為達到較好的分選效果，使物料下落時能夠有效利用加速皮帶給物料前進的慣性力，設定出風口角度為42°[3]。經(jīng)測試后，得出混合物料至分離滾筒表面的落點應選取圖2中3號位至5號位之間為宜。

圖2 混合物料在分離滾筒上的落點

（二）最佳風壓選擇

試驗樣品通過裝載機充分混合后裝入試驗噸袋中，試驗噸袋底部含有一個400*400mm的活結開口，可以不間斷卸料，模擬實際運行工況。投料通過行車吊運噸袋至單滾筒風選機前條皮帶料斗處，待皮帶運行正常后開始勻速投料，保證進料平穩(wěn)。風壓試驗將風壓值設定為25mbar、35mbar、45mbar和 55mbar四 個不同值分別進行，并計算每次試驗后樣品中輕、重物質及加氣塊分別在擴展室內(nèi)各自所占其物料總量的比例。

試驗后某一類物質在擴展室內(nèi)的重量占其樣本重量的比例公式為：

a—擴展室內(nèi)某一類物質的重量

A—樣本中某一類物質的重量

1.風壓對輕物質分選工況的影響

圖3給出了物料在單滾筒風選機不同風壓下，分選后擴展室內(nèi)輕物質的比例。隨著風壓值的上升，對物料的噴吹強度不斷增加，輕物質被分離的比例逐漸提高。25mbar與35mbar風壓下擴展室內(nèi)輕物質比例為77.92%與88.83%，不滿足95%的雜質分選效率要求，因此≤35mbar 的風壓值不適用。當風壓提升至45mbar與55mbar時，輕物質占比提高至95.84%與99.48%，達到了95%的雜質設計分離比例要求。

圖3 不同種風壓下，擴展室內(nèi)3類物質的占比

2.風壓對加氣塊分選工況的影響

圖3給出了物料在單滾筒風選機不同風壓下，分選后擴展室內(nèi)加氣塊的比例。45mbar風壓下擴展室內(nèi)加氣塊的比例為10.82%，風壓從45mbar開始加氣塊的比例上升趨勢明顯加快，55mbar風壓下加氣塊的比例提高至17.66%，這意味著將有近18%的加氣塊混入了輕物質中，混入的加氣塊越多，輕物質的利用價值則越低，可回收物質減少，資源化率下降。若要利用這部分加氣塊則需要增加分離設備，提高了投資成本。因此55mbar風壓過大，不建議采用。

3.風壓對重物質分選工況的影響

圖3給出了物料在單滾筒風選機不同風壓下，分選后擴展室內(nèi)重物質的比例。45mbar與55mbar風壓下重物質比例為3.39%與10.96%。能夠發(fā)現(xiàn)風壓值在25-35mbar區(qū)間內(nèi)重物質占比的變化不大，而隨著風壓繼續(xù)從45mbar開始上升到55mbar時擴展室內(nèi)重物質的占比提升明顯。這是因為重物質中的部分物料，在較大的風壓下，自身的重力已無法支持其下落，而被分離滾筒旋轉的作用力帶入了擴展室內(nèi)。這部分重物質混入輕物質中，給輕物質的分選增加了難度，降低了輕物質的資源化率。44mbar與55mbar風壓下重物質對整體物料的影響率為2.53%與7.11%，即55mbar風壓下有7%左右的重物料無法被資源化利用，嚴重影響了產(chǎn)線的資源化率。因此≥55mbar的風壓同樣也不推薦。

四、結論

為了提高裝修垃圾的資源化率，單滾筒風選機作為首道雜質分離設備，也是最關鍵的一道分離工序，要求雜質去除率達到95%以上。以某建筑垃圾資源化廠實際裝修垃圾物料為研究對象，分析生產(chǎn)線上14.2#單滾筒風選機的最佳落料點、供風角度和風壓，通過長期運行經(jīng)驗和工程試驗得出以下主要結論：

（1）單滾筒風選機物料進料粒徑比不高于1:4，應根據(jù)裝修垃圾物料特性合理選擇粒徑區(qū)間，以減少設備配置臺數(shù)，進而優(yōu)化平面布置和降低工程投資。

（2）單滾筒風選機的最佳供風角度為42°；最佳落料點為圖2中3號位至5號位之間。

（3）風壓＜45mbar時，輕物質分離效率＜95%，不滿足后續(xù)再生骨料純凈度要求；風壓≥55mbar時，輕物質中混入加氣塊及重物質的比例提高，嚴重影響了項目的資源化率，不建議采用。

（4）風壓在45-55mbar區(qū)間時，輕物質分選率達到95.84-99.48%，同時混入輕物質內(nèi)的加氣塊比率為10.82-17.66%，混入輕物質內(nèi)的重物質比率為3.39-10.96%，在保證后續(xù)再生骨料純凈度要求的情況下，實現(xiàn)項目資源化率提高的目的。但風壓越趨近于55mbar時，分選后混入輕物質內(nèi)的中、重物質占比會顯著上升。因此推薦單滾筒風選機的工作風壓區(qū)間為45-55mbar，尤其是接近45mbar的風壓為最優(yōu)。

注釋

①建筑垃圾處理技術標準:CJJ/T134-2019[S].

②建筑垃圾再生骨料實心磚:JG/T505-2016[S].