低能耗生活垃圾高压挤压干湿分离设备及方法与流程

本发明属于生活垃圾处理设备技术领域，具体地说是涉及一种低能耗生活垃圾高压挤压干湿分离设备及方法。

背景技术：

目前，国内对城市生活垃圾的处理还是以填埋和焚烧为主。填埋法的劣势主要在于占地面积大，减容效果差，且填埋的垃圾并没有进行无害化处理，不可避免的带来恶臭、病原体、重金属以及渗滤液等对水体、土壤、大气造成的二次污染；焚烧法可以实现垃圾的减量化、无害化和资源化，是解决垃圾难题较有前景的一种方案，但往往要求垃圾预先进行一定的分拣，要有一定的热值，而含水率较高的垃圾综合处理难度大，焚烧不经济。因此，干湿分离预处理成为了城市生活垃圾资源化综合利用的前提和关键。

高压挤压干湿分离技术是一种新发展的干湿分离方法，该技术依靠高压挤压力将易流动的水分和有机质从挤压腔的孔隙中排出，而大部分的固体物质如塑料、较大纤维、砂石、金属等因不具有流动性而留在挤压腔内，从而达到了干湿分离。然而，由已经公开的这方面的专利和文献获悉，已有的干湿分离设备挤压行程长、挤压过程控制不合理、工作效率低，造成设备能耗较高，严重阻碍了该技术的发展。

技术实现要素：

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种低能耗生活垃圾高压挤压干湿分离设备及方法，其挤压行程短、挤压过程控制方便、分离效率高，能耗低。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供一种低能耗生活垃圾高压挤压干湿分离设备，包括：

进料斗1、挤压腔2、干料出料口3、湿料出料口4、机架5、一次挤压机构、二次挤压机构、闸门机构、液压站及电控系统；其中，

各部件均设在所述机架5上；

所述进料斗1设在所述挤压腔2上方，与所述挤压腔2内连通；

所述一次挤压机构垂直于所述挤压腔2布置在所述机架5上，所述一次挤压机构的一次挤压头伸入到所述挤压腔2内，能在所述挤压腔2内移动对垃圾物料进行挤压；

所述一次挤压机构设有能锁定所述一次挤压机构的一次挤压头位置的锁定装置；

所述二次挤压机构与所述挤压腔2同轴布置在所述机架5上，所述二次挤压机构的第二二次挤压头前端伸入到所述挤压腔2内，该第二二次挤压头的后端设有排料油缸，第二二次挤压头能在所述挤压腔2内移动对垃圾物料进行挤压，所述排料油缸能推动所述第二二次挤压头将所述挤压腔2内挤压后的干垃圾物料排出；

所述一次挤压机构与所述二次挤压机构相互垂直；

所述挤压腔2内壁和一次挤压头11端部设有湿垃圾排出通孔；

与所述二次挤压机构同轴的所述挤压腔2前端设有所述干料出料口3，所述干料出料口3前的所述挤压腔2内设有所述闸门机构；

所述挤压腔2的下端设有所述湿料出料口4；

所述一次挤压机构、二次挤压机构和闸门机构分别与所述液压站及电控系统连接。

本发明实施例提供一种低能耗生活垃圾高压挤压干湿分离方法，其特征在于，采用本发明所述的分离设备，包括以下步骤：

步骤①一次挤压送料：经进料斗1向挤压腔2加入待分离的垃圾物料；

步骤②一次预挤压：通过一次挤压机构的一次挤压头对所述步骤①加入到挤压腔2内的垃圾物料进行预挤压；

步骤③一次挤压头锁定：在所述步骤②中预挤压垃圾物料的一次挤压机构的一次挤压头在挤压到位后通过锁定装置对所述一次挤压头的位置进行锁定；

步骤④二次差动挤压：通过二次挤压机构的两个二次挤压头(第一、第二二次挤压头同时动作)对预挤压后的垃圾物料进行差动挤压，挤压出的湿料从挤压腔下端的湿料出料口4排出；

步骤⑤二次高压挤压：通过二次挤压机构的二次挤压头继续对差动挤压后的垃圾物料进行高压挤压，挤压出的湿料从挤压腔下端的湿料出料口4排出；

步骤⑥二次高压保压：通过二次挤压机构的二次挤压头继续对高压挤压后的垃圾物料进行高压保压挤压，挤压出的湿料从挤压腔下端的湿料出料口4排出；

步骤⑦闸门开启：在所述步骤⑥的高压保压挤压后，开启闸门机构的闸门，打开挤压腔2前端的干料出料口3；

步骤⑧二次挤压排料：通过所述二次挤压机构的第二二次挤压头后端的排料油缸推动所述步骤⑥的二次高压保压挤压后的干料经干料出料口3排出；

步骤⑨一次挤压头解锁：对所述一次挤压机构的一次挤压头进行解锁；

步骤⑩一次挤压头回退：使所述一次挤压机构的一次挤压头回退至初始位置；

步骤第二二次挤压头回退：使所述二次挤压机构的第二二次挤压头回退；

步骤闸门关闭：使所述闸门机构的闸门关闭，关闭挤压腔2前端的干料出料口3；

步骤二次挤压头回退：使所述二次挤压机构的第一、第二二次挤压头回退至初始位置。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的低能耗生活垃圾高压挤压干湿分离设备及方法，具有以下有益效果：。

(1)通过分别设置相互垂直的一、二次挤压机构，使得整个挤压过程分成两段：第一段为一次挤压机构进行的一次挤压即预挤压，由于此阶段垃圾压缩量低，因此挤压力设计值较低，有利于降低能耗；第二阶段为二次挤压机构进行的二次挤压即主挤压，此时垃圾压缩量较大，故需要较大的压力值。两段式挤压避免了单段高压挤压耗能过高的问题。

(2)通过在一次挤压机构设置锁定装置，在预挤压结束后，预挤压头通过锁定装置锁定一次挤压机构的一次挤压头位置从而形成封闭挤压腔，可以不间断的开始二次挤压，即二次挤压段不出现平推送料的冗余环节，这样就缩短了主挤压的行程，降低了能耗。

(3)进行主挤压阶段的二次挤压机构可划分为三段挤压，第一段为液压油缸在差动模式下的差动挤压，第二阶段为高压挤压，第三段为高压保压挤压，通过采用差动挤压的设置有利于降低能耗。

(4)主挤压阶段的二次挤压机构设置排料油缸，即挤压结束排干料阶段由设置在第二二次挤压头结构上的排料油缸推动主挤压头推料，而不是由二次油缸推动主挤压头推料，因此有利于降低能耗。

(5)主挤压结束后一次挤压机构的一次挤压头和二次挤压机构的各二次挤压头同时动作回退，互不干涉，这样就缩短了循环时间，有利于能耗的降低。

本发明的分离设备挤压行程短，挤压过程紧凑，工作效率高，因此设备能耗大大降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的分离设备结构侧视图；

图2为本发明实施例提供的分离设备结构俯视图；

图3为本发明实施例提供的分离设备与长行程设计结构对比图；

图4为本发明实施例提供的分离设备与未复合缸设计结构对比图；

图5为本发明实施例提供的高压挤压分离方法流程图；

图中：1-进料斗；2-挤压腔；3-干料出料口；4-湿料出料口；5-机架；11-一次挤压头；12-一次挤压油缸；13-插拔销；21-第一二次挤压头；31-第二二次挤压头；22-二次挤压油缸；32-排料油缸；41-闸门；42-闸门油缸。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1、图2所示，本发明实施例提供一种低能耗生活垃圾高压挤压干湿分离设备，能低能耗的高效分离干湿垃圾，包括：

进料斗1、挤压腔2、干料出料口3、湿料出料口4、机架5、一次挤压机构、二次挤压机构、闸门机构、液压站及电控系统；其中，

各部件均设在所述机架5上；

所述进料斗1设在所述挤压腔2上方，与所述挤压腔2内连通；

所述一次挤压机构垂直于所述挤压腔2布置在所述机架5上，所述一次挤压机构的一次挤压头伸入到所述挤压腔2内，能在所述挤压腔2内移动对垃圾物料进行挤压；

所述一次挤压机构设有能锁定所述一次挤压机构的一次挤压头11位置的锁定装置；

所述二次挤压机构与所述挤压腔2同轴布置在所述机架5上，所述二次挤压机构的第二二次挤压头31的前端伸入到所述挤压腔2内，该第二二次挤压头31的后端设有排料油缸32(具体的，排料油缸32固定在第一二次挤压头21上，排料油缸32的油缸杆与第二二次挤压头31连接，能向前推动第二二次挤压头31)，第二二次挤压头31能在所述挤压腔2内移动对垃圾物料进行挤压，所述排料油缸32能推动所述挤压腔2内挤压后的干垃圾物料排出；通过设置排料油缸32形成一种复合缸的行程短的能耗低的二次挤压机构。

所述一次挤压机构与所述二次挤压机构相互垂直；

所述挤压腔2内壁和一次挤压头11端部设有湿垃圾排出通孔；

与所述二次挤压机构同轴的所述挤压腔2前端设有所述干料出料口3，所述干料出料口3前的所述挤压腔2内设有所述闸门机构；

所述挤压腔2的下端设有所述湿料出料口4；

所述一次挤压机构、二次挤压机构和闸门机构分别与所述液压站及电控系统连接。

上述分离设备中，一次挤压机构包括：

一次挤压油缸22、所述一次挤压头11和作为锁定装置的两组插拔销13；其中，

所述一次挤压头11后端与所述一次挤压油缸12连接，该一次挤压头11前端伸入到所述挤压腔2内；

所述两组插拔销13分别设在所述一次挤压头11两侧，能插入固定住所述一次挤压头11的位置；

所述一次挤压油缸22与所述液压站及电控系统连接。

上述分离设备中，二次挤压机构包括：二次挤压油缸22、第一二次挤压头21、所述第二二次挤压头31和所述排料油缸32；其中，

所述第一二次挤压头21后端与所述二次挤压油缸22连接；

所述第一二次挤压头21与所述第二二次挤压头31为分体结构，所述第一二次挤压头21与所述第二二次挤压头31呈同轴布置，所述第一二次挤压头21前端与所述第二二次挤压头31的后端接触连接，为接触式活动连接；

所述第二二次挤压头31的后端设置所述排料油缸32，该第二二次挤压头31的前端设在所述挤压腔2内；

所述二次挤压油缸22和排料油缸32分别与所述液压站及电控系统连接。

上述分离设备中，所述闸门机构包括：

闸门41和闸门油缸42，所述闸门41设在所述干料出料口3前的所述挤压腔2内，该闸门41垂直于所述挤压腔2，所述闸门41与所述闸门油缸42连接；

所述闸门油缸42与所述液压站及电控系统连接。

上述分离设备中，所述二次挤压机构的二次挤压油缸22在所述挤压腔2内产生的压力范围为0～80MPa；

所述二次挤压机构的二次挤压油缸22产生的最大推力为所述一次挤压机构的一次挤压油缸12产生最大推力的3～5倍。

如图5所示，本发明实施例提供一种低能耗生活垃圾高压挤压干湿分离方法，采用上述的分离设备，包括以下步骤：

步骤①一次挤压送料：经进料斗1向挤压腔2加入待分离的垃圾物料；

步骤②一次预挤压：通过一次挤压机构的一次挤压头对所述步骤①加入到挤压腔2内的垃圾物料进行预挤压；

步骤③一次挤压头锁定：在所述步骤②中预挤压垃圾物料的一次挤压机构的一次挤压头在挤压到位后通过锁定装置对所述一次挤压头的位置进行锁定；

步骤④二次差动挤压：通过二次挤压机构的二次挤压头(第一、第二二次挤压头同时动作)对预挤压后的垃圾物料进行差动挤压，挤压出的湿料从挤压腔下端的湿料出料口4排出；

步骤⑤二次高压挤压：通过二次挤压机构的二次挤压头继续对差动挤压后的垃圾物料进行高压挤压，挤压出的湿料从挤压腔下端的湿料出料口4排出；

步骤⑥二次高压保压：通过二次挤压机构的二次挤压头继续对高压挤压后的垃圾物料进行高压保压挤压，挤压出的湿料从挤压腔下端的湿料出料口4排出；

步骤⑦闸门开启：在所述步骤⑥的高压保压挤压后，开启闸门机构的闸门，打开挤压腔2前端的干料出料口3；

步骤⑧二次挤压排料：通过所述二次挤压机构的第二二次挤压头后端的排料油缸推动所述步骤⑥的二次高压保压挤压后的干料经干料出料口3排出；

步骤⑨一次挤压头解锁：对所述一次挤压机构的一次挤压头进行解锁；

步骤⑩一次挤压头回退：使所述一次挤压机构的一次挤压头回退至初始位置；

步骤第二二次挤压头回退：使所述二次挤压机构的第二二次挤压头回退；

步骤闸门关闭：使所述闸门机构的闸门关闭，关闭挤压腔2前端的干料出料口3；

步骤二次挤压头回退：使所述二次挤压机构的第一、第二二次挤压头回退至初始位置。

上述分离方法中，步骤②的预挤压后将垃圾物料压缩至原始体积的40％～60％。

上述分离方法中，步骤⑤的高压挤压后将垃圾物料压缩至原始体积的10％～30％。

上述分离方法中，步骤⑥的高压保压保持所述步骤⑤中所述压力的时间大于5秒。

上述方法中，步骤⑨、⑩和步骤同时进行。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。

图1为本发明的分离设备的侧视图，图2为本发明的分离设备的俯视图，该分离设备包括：进料斗1、挤压腔2、干料出料口3、湿料出料口4、机架5、一次挤压头11、一次挤压油缸12、插拔销13、第一二次挤压头21、第二二次挤压头32、二次挤压油缸22、排料油缸32、闸门41和闸门油缸42，另外的液压站及电控系统未在图上标出。

其中，进料斗1与一次挤压机构的一次挤压头11呈垂直布置，一次挤压头11与二次挤压机构的第一二次挤压头21和第二二次挤压头31呈垂直布置，干料出料口3与第一二次挤压头21、第二二次挤压头31呈同轴布置，闸门41与挤压腔2呈垂直布置；

挤压腔2内壁和一次挤压头11端部开有供湿垃圾排出的通孔，孔径6～10mm；

作为锁定装置的插拔销13有两组，对称分布在一次挤压头11两侧，当插拔销13插进一次挤压头11时，一次挤压头11将会被固定住无法动作；

排料油缸32固定在第一二次挤压头21上，随着第一二次挤压头21运动；

第一二次挤压头21和第二二次挤压头31为分体结构，可以分离；

二次挤压油缸22产生的最大推力通过液压系统可以调节，在挤压腔2内产生的压力范围为0～80MPa；二次挤压油缸22产生的最大推力是一次挤压油缸12产生最大推力的3～5倍。

图3为本发明分离设备与长行程结构对比图，其中3A为本发明的分离设备，图3B为长行程结构分离设备。在图3A设备中，一次挤压头将垃圾送到挤压腔实现预挤压后，二次挤压机构的第二二次挤压头不间断的开始对垃圾进行二次挤压。而在图3B设备中，二次挤压头需要先将垃圾平推至挤压腔内，然后才能开始对垃圾进行二次挤压，造成挤压循环时间过长，设备长度增加，能耗增加。

图4为本发明的分离设备与复合缸结构对比图，其中4A为本发明的分离设备，图4B为未设置出料油缸(即未设置复合推料油缸)的分离设备。在图4B的设备中，二次挤压和排料均由二次挤压油缸驱动二次挤压头完成，造成了二次挤压油缸长度过长。由于二次挤压油缸是整个挤压设备中直径最大的油缸，长度过长势必会造成循环时间的浪费和能耗的较大增加。

如图5所示的采用本发明分离设备的高压挤压分离方法流程，一共分为13个步骤，结合图1至2所示的分离设备结构进行说明，具体是这样实施的：当进料斗1进料至一定体积时，一次挤压头11在一次挤压油缸12的驱动下开始推料至挤压腔2内(步骤①)，然后对垃圾进行预挤压(步骤②)；预挤压结束，通过插拔销13将一次挤压头11锁定(步骤③)，之后二次挤压头(可以分体成第一二次挤压头21和第二二次挤压头31)在二次挤压油缸22的驱动下开始对垃圾继续进行挤压即二次挤压。第一二次挤压头21、第二二次挤压头31的挤压分为三个阶段：第一段为二次挤压油缸22在差动模式下的差动挤压(步骤④)，第二阶段为高压挤压(步骤⑤)，第三段为高压保压(步骤⑥)；挤压出来的湿物料通过挤压腔2内壁、一次挤压头11端部上的孔洞由湿料出料口4排出；二次挤压结束，闸门41在闸门油缸42的驱动下开启(步骤⑦)，此时二次挤压油缸22和第一二次挤压头21不动作，而由排料油缸32驱动第二二次挤压头31进行排料动作(步骤⑧)；这样，挤压得到的干料就从干料出料口3排出；排料结束后将同时进行两条路线的动作：一是一次挤压头11解锁(步骤⑨)、一次挤压头11在一次挤压油缸12的驱动下回退(步骤⑩)；另一是排料油缸32驱动第二二次挤压头31回退闸门41在闸门油缸42的驱动下关闭第一二次挤压头21在二次挤压油缸的驱动下回退

其中，步骤①、②、③、⑨和⑩等5个步骤是在送料、一次挤压机构中完成的，其余步骤是在二次挤压机构、排料结构中完成的；

上述方法步骤②中所述的预挤压，将垃圾压缩至原始体积的40％～60％；

上述方法步骤⑤中所述的高压挤压，将垃圾压缩至原始体积的10％～30％；

上述方法步骤⑥中所述的高压保压，需要保持步骤⑤中所述压力的时间大于5秒；

上述方法综上可见，采用本发明所述的方法和设备，使得生活垃圾干湿分离高压挤压过程效率提高，能耗大大降低。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。