ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Подъемно-транспортное оборудование для перемещения твердых промышленных отходов

Современное промышленное производство немыслимо без ис­пользования подъемно-транспортных машин, которые позволяют его механизировать и автоматизировать. Подъемно-транспортные машины объединяют две большие группы машин периодического и непрерывного действия. В периодическом режиме работают некото­рые грузоподъемные машины, напольный внутрицеховой транспорт и др. В непрерывном цикле работают различные конвейеры, основ­ным звеном которых являются грузонесущие элементы разной кон­струкции.

К грузоподъемным машинам, работающим в периодическом ре­жиме, относятся мостовые, подвесные, козловые краны, перегру­зочные мосты, кабель-краны, мобильные краны на гусеничном, ко­лесном, железнодорожном ходу.

Производительность грузоподъемной машины (т/ч) - это коли­чество груза, которое может быть переработано за единицу време­ни при непрерывной работе и наиболее эффективном ее использо­вании. Для машин периодического действия (кранов, автопогруз­чиков, вагоноопрокидывателей) ее определяют по формуле:

Q = 3600 <7ц/*ц, (5.1)

Где дц - средняя масса груза, перемещаемого за 1 цикл, т; (ц - продолжительность одного цикла работы, с.

Важнейшим элементом грузоподъемных машин периодического действия является грейферный механизм, играющий роль грузо­захватного устройства, позволяющего механизировать операции погрузки-разгрузки материалов. Такие захватные устройства ши­роко используются при переработке отходов, в частности при за­грузке отходов в печь, погрузке шлаков, шламов и других сыпу­чих, кусковых, пастообразных отходов.

Грейфер представляет собой многоэлементную систему, одна часть которой взаимодействует с транспортируемым грузом, а дру­гие элементы передают усилия, необходимые для захвата и пере­мещения груза. Работа грейферного механизма может быть услов­но разделена на четыре стадии: зачерпывание груза, подъем грей­фера с грузом, раскрытие челюстей и разгрузка грейфера, опуска­ние пустого грейфера за новой порцией груза.

Существует большая номенклатура грейферных механизмов, которые подразделяются на канатные и приводные. Канатные грейферы могут быть одно-, двух - и четырехканатными. У привод­ных грейферов ведущие звенья механизма расположены на самом грейфере, они могут приводиться в действие с помощью электро­мотора, гидро-, пневмо - и электропривода. Работа некоторых ви­дов грейферов интенсифицируется с помощью вибраторов.

Наиболее простым является одноканатный грейфер. Работа та­кого механизма осуществляется с помощью одного каната. Для по­вышения грузоподъемности при работе с сыпучими материалами одноканатный грейфер снабжается полиспастом. При использова­нии одноканатного грейфера необходимо учитывать высоту подъ­ема отходов, грузоподъемность механизма, необходимую высоту разгрузки грейфера и другие факторы. На рис. 5.4 показано уст­ройство одноканатного грейфера с гидравлическим демпфером.

Двух - и четырехканатные грейферы имеют два механизма: один управляет замыкающим канатом, а другой - подъемным. Ра­
бота двух - и четырехканатного грей­фера происходит следующим образом (рис. 5.5). Для заполнения грейфера включается барабан 2 лебедки, и на него наматывается канат 1. При этом траверса 3 перемещается вверх, а шарнирно связанные с ней стальные челюсти 4 смыкаются и набирают ма­териал. Затем включается барабан 5, И грейфер поднимается. При подъеме оба барабана 2 и 5 работают синхрон­но. При разгрузке канат 1 сматывает­ся с барабана 2, траверса 3 перемеща­ется вниз, и челюсти расходятся.

Разнообразны двух - и четырехка - натные грейферы, различающиеся си­стемой смыкания челюстей, их количе­ством, степенью раскрывания и други - 5.6 показано устройство двух - и четы-

Ми особенностями. На рис рехканатного грейфера с поперечным расположением полиспаста.

Рис. 5.6. Двух - и четырехканатный грейфер с поперечным (а) и продольным (б) расположением полиспаста

Для погрузки сыпучих грузов разработаны якорные грейферы. Конструкция якорного грейфера существенно снижает сопротивле­ние при внедрении челюстей в загружаемый материал во время за­полнения грейфера.

Для работы с крупнокусковыми и слеживающимися материала­ми режущие кромки челюстей грейферов выполняют в виде съем­ных зубьев. Емкость грейферов составляет 0,3 - 15 м3.

Большое разнообразие в конструкции грейферных механизмов вносит система привода, которую необходимо учитывать при выбо­ре марки механизма исходя из конкретных условий работы. Расче­ты грейферов, их элементов, а также возникающих в них нагрузок достаточно полно описаны в специальной литературе.

Грейферные механизмы являются источником повышенной опасности, и поэтому их расчет, порядок и условия эксплуатации регламентируются специальными правилами.

Наряду с грузоподъемными машинами периодического действия при переработке отходов применяют и непрерывно действующие подъемно-транспортные машины. К ним относятся конвейеры, спо­собные к перемещению грузов в вертикальной и наклонной пло­скостях: скребково-ковшовые, ковшовые, люлечные, вертикальные винтовые, а также элеваторы: ковшовые, полочные и люлечные. Скребково-ковшовые и ковшовые конвейеры предназначены для транспортировки насыпных грузов, а люлечные - кусковых и штучных. Они могут перемещать отходы по сложной траектории, включая вертикальные и горизонтальные участки. Элеваторы предназначены для подъема грузов в вертикальной или близкой к ней наклонной плоскости (угол наклона к горизонтали может со­ставлять 60 — 82 град). Ковшовые элеваторы (рис. 5.7) предназна­чены для перемещения насыпных и кусковых грузов, а люлечные и полочные - штучных.

Тяговым органом элеватора служит цепь при скорости до 1,25 м/с или конвейерная лента - при скорости не более 2,5 м/с. Перемещение сыпучего груза осуществляется в глубоких (для ис­слеживающихся легкосыпучих материалов) или в мелких ковшах.

Производительность элеватора Q3 (т/ч) определяют, используя выражение:

<2Э = 3,6 G W/T, (5.2)

Где G - масса материала в одном ковше, кг; W — скорость переме­щения ковша, м/с; T — расстояние между ковшами, м.

При расчете массы материала в одном ковше следует учиты­вать коэффициент заполнения, который обычно составляет 0,6 - 0,9. Расстояние между ковшами составляет 2-3 его высоты, кото­рая в зависимости от типоразмера элеватора равна 0,16 - 0,63 м.

Винтовые вертикальные конвейеры используют для подъема сыпучих отходов на высоту до 30 м. Достоинствами этих конвейе­ров являются их небольшие по сравнению с другими устройствами размеры и удобство выгрузки транспортируемых материалов. В то
же время такие конвейеры потреб­ляют больше элект­роэнергии по срав­нению, например, с ковшовыми элевато­рами равной произ­водительности.

Для транспорти­рования отходов не­прерывным потоком без остановок для загрузки и разгрузки используют транс­портирующие ма­шины (конвейеры). Транспортирующие машины могут быть с тяговым органом (лента, цепь, канат) и без него.

П роизводитель- ность транспортиру­ющей машины оп­ределяют количест­вом груза, переме­щаемого ею в еди­ницу времени. Ко­личество груза мо­жет измеряться в единицах объема и массы, а также в штуках (для штуч­ных грузов). Произ­водительность ма­шины зависит от характера переме­щения грузов, который может быть непрерывным, порционным и штучным. Часовая производительность конвейера определяется по формулам:

Qo6 = 3600<7o6v;

QM = 3600<7o6Vо,
где Qo6 и QM - часовая производительность, объемная (м /ч) и массовая, (т/ч); q^ - объем груза на единице длины конвейера, м /м; у - скорость движения конвейера (м/с); р — насыпная плот­ность груза, т/м3.

Насыпная плотность некоторых отходов приведена ниже, т/м3:

Шлак................................................ 0,6-1,0

Зола сухая...................................... 0,4 - 0,6

Зола влажная.................................. 0,9 - 1,4

Стружка стальная........................... 1,5 - 2,0

Одной из самых распространенных транспортирующих машин является ленточный конвейер, устройство которого показано на рис. 5.8.

Ленточные конвейеры имеют тяговый орган в виде бесконечной ленты (текстильной, прорезиненной из хлопчатобумажной или синтетической ткани, из стали, проволоки и др.), являющейся од­новременно и грузонесущим элементом.

Загрузка ленточного конвейера производится через загрузоч­ную воронку 2, а разгрузка - через воронку 8. Возможна разгрузка
и на других участках ленты, для чего используются плужковый сбрасыватель груза 3.

Скорость движения транспортерной ленты устанавливают с учетом свойств транспортируемых материалов (насыпной массы, угла естественного откоса материала при его движении и др.). Ни­же приведены скорости транспортировки различных отходов на ленточном транспортере с шириной ленты 0,5 - 0,65 м, м/с:

Сухая зола, пиритный огарок. . .

Песок..................................................

Шлак...................................................

Кусковые отходы размером до 200 мм Сильно пылящие отходы

Угол наклона конвейера /3 не должен превышать 20 град. В от­дельных случаях, когда транспортируются влажные сыпучие гру­зы, угол наклона конвейера может быть несколько выше (для опи­лок древесных свежих 27, для влажного песка 26 град). Использо­вание прорезиненной транспортерной ленты с рифленой поверхно­стью позволяет увеличить угол наклона конвейера до 30 - 35 град. В тех производствах, где необходимо транспортировать отходы с более высоким углом наклона к горизонту (до 45 - 60 град), по бо­кам конвейера устанавливают прижимные ленты, движущиеся со скоростью основной конвейерной ленты.

Общую мощность привода конвейера N (кВт) можно опреде­лить из выражения:

N = Nnoa + Nm р + QK(tf + LCq)/367,

Где Л^под - мощность, необходимая для подъема груза, кВт; Л^гор - мощность, необходимая для горизонтального перемещения груза, кВт; QK - производительность конвейера, т/ч; Н и L - соответст­венно высота и длина конвейера, м; Cq - удельный приведенный коэффициент сопротивления (Со = 1,2 - 1,25).

Ленточные конвейеры находят широкое применение для внут­ри - и межцехового перемещения отходов и продуктов их перера­ботки. Важную роль для обеспечения надежной работы ленточных конвейеров играют загрузочные и разгрузочные устройства, цель которых соответственно формирование на ленте конвейера потока транспортируемого груза и освобождение ее от него (частично или полностью). В соответствии с этими, казалось бы, простыми зада­чами к загрузочным и разгрузочным устройствам предъявляется большой комплекс требований, которые необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации конвейеров.

Существует большое разнообразие конструктивных решений загрузочных и разгрузочных устройств, выбор которых зависит от
многих факторов, в том числе от конструкции конвейера, типа от­ходов, их физического состояния, крупности, способа формирова­ния потока материала и других.

Как правило, конструкция загрузочного устройства включает в себя желоб (течку или воронку), направляющие борта и питатель, роль которого состоит в подаче отходов на конвейерную ленту из накопительного бункера, стоящего за дробилкой, грохотом или другим оборудованием, или со склада. Схемы работы наиболее рас­пространенных типов питателей показаны на рис. 5.9 - 5.11.

При выборе питателя учитывают вид, свойства, крупность отходов, произ­водительность конвейера, характер подачи отходов на конвейер и другие факторы.

Крупнокусковые отхо­ды целесообразнее пода­вать на конвейер с по­мощью пластинчатых, цепных и вибрационных питателей. Последние ис­пользуют при необходи­мости плавного регулиро­вания производительности оборудования, стоящего за питателем. Мелкокуско­вые отходы лучше пода­вать с помощью лотко­вых, ленточных, тарель­чатых и маятниковых пи­тателей.

Для регулируемой подачи мелкодисперсных отходов целесообразно использовать объ­емные питатели, некоторые конструкции которых показаны на рис. 5.12 - 5.16. Габаритные и присоединительные размеры питате­лей зависят от их марки и типоразмера.

На рис. 5.12 показан шлюзовой питатель с регулированием производительности с помощью электрического исполнительного механизма, предназначенный для подачи хорошо сыпучих порош­кообразных и зернистых материалов с размером частиц до 10 мм. Шлюзовые питатели устанавливают под бункерами и на верти­кальных участках материалопроводов.

На рис. 5.13 показан винтовой вибрационный питатель для равномерной подачи нелипких плохосыпучих порошкообразных материалов, склонных к образованию сводов над выпускными от­верстиями бункеров. Такие питатели используются на горизон­тальных участках материалопроводов.

Для подачи паст плотностью до 2 г/см, влажных порошков с размером частиц до 5 мм используют винтовые питатели (рис. 5.14).

Для загрузки хорошо сыпучими зернистыми материалами с размером частиц до 13 мм смесителей, мельниц, другого оборудо­вания, работающего в непрерывном цикле, а также в качестве раз­грузочных устройств стационарных бункеров удобно применять та­рельчатые питатели (рис. 5.15).

Рис. 5.12. Шлюзовой питатель с ручным регулированием произ­водительности: 1,4- боковые крышки; 2 - кор­пус; 3 - ротор; 5, 9 - валы; 6 - Храповик; 7 - собачка; 8 - ку­лачок; 10 - маховик; 11 - гайка;

12 - редуктор-вариатор;

13 - электродвигатель

Ч п, Би лпюВ l(,

Для разрушения сводов, образуемых плохосыпучими нелипки­ми материалами с радиусом частиц до 10 мм используют питате­ли-активаторы (рис. 5.16), которые могут устанавливаться в комп­лекте с питателями других типов.

Промышленностью выпускается большая номенклатура типо­размеров питателей разной производительности, предназначенных для различных условий работы.

Помимо питателей для регулирования подачи материалов на конвейерную ленту применяют затворы (секторные, челюстные, лотковые) и весовые дозаторы (ленточные и барабанные).

При выборе питателя или затвора учитывают вид, свойства, крупность отходов, производительность конвейера, характер пода­чи отходов на конвейер и другие факторы.

Конструкция разгрузочного устройства зависит от схемы вы­грузки материалов с конвейерной ленты, которая может осуществ­ляться через головной барабан или в средней части конвейера. На­иболее распространена разгрузка конвейерной ленты через голо­вной барабан конвейера.

Разгрузка конвейерной ленты очень часто сопровождается сор­тировкой отходов, отбором проб материалов и другими операция­ми. Устройства для их реализации являются, как правило, элемен­тами разгрузочных устройств. Особенно часто при разгрузке кон­вейера осуществляется удаление из потока отходов магнитных со­ставляющих. С этой целью используются электромагнитные уст­ройства различной конструкции, позволяющие извлечь куски от­ходов с магнитными свойствами и отсечь их от основного потока материалов.

Наряду с разгрузкой конвейера через головной барабан исполь­зуется и разгрузка конвейера из средней его части, для чего при­меняют плужковые сбрасыватели, вибрационные разгружатели, передвижные разгрузочные барабаны, барабанно-винтовые и дру­гие устройства.

Кроме названных устройств при разгрузке конвейеров исполь­зуют цепные разгружатели, роликовые и вибрационные сбрасыва­тели, поворотные и вращающиеся желоба и другие механизмы.

Для перемещения больших количеств материалов с высокой скоростью применяют ленточные конвейеры с канатным ставом, у которых удается снизить нагрузку на ленту и опорные ролики, в результате чего снижается металлоемкость конструкции и повыша­ется ее долговечность. Особенно эффективно использование лен­точных конвейеров с канатным ставом для перемещения крупноку­сковых отходов.

Промышленность выпускает большое количество таких конвей­еров, имеющих различное конструктивное оформление и типораз­меры. Наибольшее применение среди ленточных конвейеров с ка­натным ставом находят конструкции с подвижными роликоопора - ми. В состав конвейеров с канатным ставом входят опорные конст­рукции, несущие канаты, роликоопоры, транспортирующая лента, тяговое устройство и другие элементы. Конструктивное исполнение как конвейеров, так и их элементов очень разнообразно в зависи­мости от вида транспортируемого материала, скорости его переме­щения, производительности конвейера, расстояния, геометрии транспортера и других факторов.

Для непрерывного транспортирования крупнокусковых, тяже­лых и абразивных отходов целесообразно применять пластинчатые конвейеры, грузонесущим элементом которых являются стальные пластины. Такие конвейеры обладают высокой долговечностью, эксплуатационной надежностью, низким энергопотреблением, про­стотой обслуживания и другими достоинствами. Пластинчатые конвейеры надежно работают при перемещении затвердевших шлаков из мусоросжигательных печей, строительного мусора, об­разующегося при сносе зданий, массивных кусков металлолома, металлической стружки, агломерата, окатышей и других абразив­ных, горячих насыпных грузов.

Отечественной промышленностью освоена большая номенкла­тура типоразмеров пластинчатых конвейеров, отличающихся на­значением, производительностью, скоростью движения пластинча­того полотна, мощностью электродвигателей, длиной и шириной полотна, шагом опорных пластин и другими характеристиками, которые необходимо учитывать при их выборе в конкретных тех­нологических схемах.

В отдельных технологических процессах переработки промыш­ленных отходов (например, при разборке амортизованных автомо­билей перед дроблением кузова) возможно использование подвес­ных конвейеров, которые предназначены для перемещения диск­ретных грузов по замкнутому пути сложной геометрии. В таком конвейере груз, как правило, шарнирно крепится к конвейеру и находится ниже точки его опоры.

Использование подвесных конвейеров позволяет освободить производственные площади цеха, оставить необходимые проходы и проезды для внутрицехового напольного транспорта, автоматизи­ровать загрузку и разгрузку конвейера. Конструкции подвесных конвейеров многообразны и позволяют использовать этот вид транспорта для перемещения самых разных грузов по величине, массе, форме и т. п. Скорость движения подвесных конвейеров мо­жет выбираться в зависимости от производительности основного оборудования в широком интервале — от нескольких сантиметров до десятков метров в минуту.

Промышленность выпускает подвесные конвейеры с цепным и канатным тяговыми устройствами, одно - и многоприводные. Весь­ма отличаются подвесные конвейеры и по способу перемещения грузов. Различают грузонесущие, толкающие, несуще-толкающие, грузоведущие и другие типы подвесных конвейеров.

Важным элементом подвесного конвейера является подвеска, выполняющая грузонесущие функции. Ее конструкции многооб­разны и определяются видом груза, его формой, массой и способом загрузки-разгрузки конвейера. На рис. 5.17 показана подвеска, ис­пользуемая для транпортирования автопокрышек. Такая подвеска может быть использована для удаления демонтированных покры­шек автомобилей.

Для транспортиро­вания пылевидных ку­сковых отходов исполь­зуют скребковые кон­вейеры, в которых материал перемещает­ся по неподвижному желобу скребками, сое­диненными движущей­ся цепью (рис. 5.18).

Скребковые кон­вейеры используются для перемещения золы, шлаков, древесной ще­пы и других отходов и продуктов их перера­ботки. Они просты в изготовлении и обслу­живании, не требуют сложных устройств для загрузки и выгрузки транспортируемых ма­териалов, позволяют герметизировать мате - риалопровод. Однако они обладают и рядом недостатков, ограничи­вающих их использование: большой энергоемкостью, низкими ско­ростью транспортирования материалов (0,16 - 0,4 м/с) и произво­дительностью (не более 350 т/ч), а также повышенным износом трущихся частей.

Производительность скребкового конвейера <2к (т/ч) определя­ется по формуле:

QK = 3600 Bh у>и> у, (5.6)

Где В, H- ширина и высота желоба конвейера, м; V - усредненный эмпирический коэффициент заполнения желоба отходами;

= 0,5—0,6; W — скорость движения ленты, м/с; у — насыпная плотность материала, т/м3.

Винтовой (шнековый) конвейер (рис. 5.19) представляет собой трубу (или желоб), по которой материал перемещается с помощью вращающегося винта. Шнековые конвейеры легко поддаются гер­метизации, что позволяет использовать их для транспортирования пылящих и горячих грузов, выделяющих вредные испарения.

ВА___________________

"S3--------- ^ у&Й--------------------- ИІІЧШГ^Гиіл-и^У

Рис. 5.19. Винтовой конвейер:

Винт; 2, 3 - разгрузочные патрубки; 4 - электродвигатель; 5, 7 - муфты; 6 ~ редукторы; 8, I, 13 - опорные подшипники

Винта; 9 - люк; 10 - желоб; 12 - загрузочный патрубок

Их применяют для перемещения отходов на небольшие рассто­яния (от нескольких метров до нескольких десятков метров, обыч­но не более 40). Преимущества и недостатки винтовых конвейе­ров - те же, что и у скребковых. Важными достоинствами винто­вых горизонтальных конвейеров являются небольшие габаритные размеры.

Материал подается в желоб винтового конвейера через загру­зочный патрубок 12 в крышке желоба 10 и при вращении винта 1 перемещается по нему. Разгрузка материала производится через любой из разгрузочных патрубков 2 и 5, расположенных в днище желоба.

Производительность винтового конвейера Q (т/ч) рассчитыва­ется по формуле:

Q = 47 D3N V ус, (5.7)

Где D - диаметр винта, м; п - частота вращения винта, мин"1; у - Насыпная плотность материала, т/м3; с - поправочный коэффици­ент, зависящий от угла наклона конвейера (с = 0,6 - 1,0); V» - по­правочный коэффициент, зависящий от вида материала bp = 0,125 - 0,4).

В некоторых случаях, например при ремонтно-строительных работах, применяют гравитационные (без тяговых органов) устрой­ства - желоба, трубы, винтовые спуски, рольганги (для штучных грузов), по которым материал перемещается сверху вниз под дей­ствием силы тяжести.

Землеройные машины представляют особую группу транспорт­ных устройств для разработки грунтов, залежей полезных ископае­мых, отвалов, для формирования полигонов и шламонакопителей твердых отходов. Сюда входят и землеройно-транспортные маши­ны: скреперы, экскаваторы, бульдозеры, катки. При формировании полигонов твердых отходов такие машины являются основным тех­нологическим оборудованием.

При выборе землеройной машины руководствуются заданной производительностью. Эта производительность может быть обеспе­чена применением сравнительно небольшой быстродействующей машины или, наоборот, использованием крупной тяжелой маши­ны, отличающейся малой скоростью исполнения отдельных опера­ций, но позволяющей обрабатывать большие объемы материала. Окончательно машины выбирают на основе результатов сравни­тельного технико-экономического анализа.