索風(fēng)營水電站人工砂石骨料生產(chǎn)工藝的優(yōu)化與探討

申請免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

概述

    索風(fēng)營水電站位于貴州省修文與黔西縣交界的烏江六廣河段，電站裝機(jī)容量 60MW，大壩的壩型為RCC重力壩，最大壩高 115.8m。     本工程主體及臨建工程的混凝土總量約 116萬m³，其中碾壓混凝土(RCC)為65.85萬m³,常態(tài)混凝土50.15萬m³。混凝土的綜合配比為大石16.32%﹑中石29.19%﹑小石22.4%﹑砂32.08%。根據(jù)施工總進(jìn)度安排，砂石系統(tǒng)建成后共需加工砂石成品料約254.1萬t，其中大石41.48萬t﹑中石74.18萬t﹑小石56.92萬t﹑砂81.52萬t。加工砂石骨料的料源，有26萬m³可利用工程開挖的渣料，尚有98萬m³需用石灰?guī)r進(jìn)行人工機(jī)械破碎，石灰?guī)r取自距砂石系統(tǒng)附近的對穿巖料場。     據(jù)施工進(jìn)度、混凝土澆筑強(qiáng)度曲線，本工程最大月混凝土澆筑強(qiáng)度為11.24萬m³，故索風(fēng)營水電站人工砂石骨料系統(tǒng)的生產(chǎn)能力按11.24萬m³設(shè)計，能同時或獨(dú)立生產(chǎn)常態(tài)砂、碾壓砂及噴錨混凝土所需的各級配骨料，但考慮到各施工期對骨料的不同需求，設(shè)有6.4萬m³的成品儲存量來調(diào)節(jié)骨料的生產(chǎn)與耗用的平衡。系統(tǒng)采用先進(jìn)的中央控制和電視監(jiān)控系統(tǒng)，主要加工設(shè)備采用了(法國產(chǎn))國際最先進(jìn)的石灰?guī)r破碎設(shè)備及國內(nèi)一流的篩分、脫水及分級設(shè)備，共安裝有設(shè)備69臺套，裝機(jī)容量2800kW該系統(tǒng)于2001年9月26日開工，2002年4月12日聯(lián)動試機(jī)投產(chǎn)成功，比合同工期提前了16d。     1、系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程及布置1.1  系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程     系統(tǒng)工藝流程見圖1，經(jīng)平衡計算各車間的處理量見表1。                                       表1 索風(fēng)營水電站人工砂石骨料系統(tǒng)各車間的處理量 項目或車間 骨料直徑/mm 合計 ＞80 80～40 40～20 20～5 2.5～5 ＜5 骨料配比/% — 16.32 29.19 22.40 32.09 100 成品料/t — 123 220 170 242 755 粗碎車間處理量/t 267 257.4 168.5 125.5 13.3 18.3 850 中碎車間處理量/t — 94 138 186 46 91 555 篩分(一)車間處理量/t — 94 307 312 59 108 880 細(xì)碎車間處理量/t — — — 233 56 201 490 篩分(二)車間處理量/t — — — 545 142 283 970                         1.2  破碎工藝及設(shè)備選型     破碎采用粗、中、細(xì)3段破碎，其中：粗碎采用開路；中、細(xì)碎采用與相應(yīng)的篩分車間形成閉路循環(huán)生產(chǎn)工藝。     (1)  粗碎車間：設(shè)計生產(chǎn)能力為850t/h。車間內(nèi)設(shè)置2臺Nordberg公司生產(chǎn)的NP1313反擊式破碎機(jī)， 作者簡介：王忠錄(1964-)，男，貴州省貴陽市人，高級工程師，從事水利水電建設(shè)施工管理工作。（該文已發(fā)表于《貴州水力發(fā)電》2004年第3期）。     并列運(yùn)行，處理最大進(jìn)料粒徑為750mm，單機(jī)破碎能力可達(dá)470t/h。     (2)中碎車間：主要處理預(yù)篩分后的粒徑大于80mm和部分40～80mm的石料，設(shè)計生產(chǎn)能力為700t/h。車間內(nèi)設(shè)置2臺Nordberg公司生產(chǎn)的NP1213反擊式破碎機(jī)，并列運(yùn)行，其單機(jī)破碎能力可達(dá)350～400 t/h。                              圖1  索風(fēng)營水電站人工砂石骨料系統(tǒng)工藝流程     (3)細(xì)碎車間：主要處理篩分(二)車間后的粒徑大于5mm和篩分(一)經(jīng)脫水后的2.5～5mm的石料，設(shè)計生產(chǎn)能力為500t/h，車間內(nèi)設(shè)置2臺Nordberg公司生產(chǎn)的VI400制砂機(jī)，并列運(yùn)行，其單機(jī)破碎能力可達(dá)250～300t/h，產(chǎn)砂率為30～35%。由于該機(jī)的產(chǎn)砂率偏低，砂的細(xì)度模數(shù)偏大(M=3.3～3.8)，為滿足設(shè)計對砂的細(xì)度模數(shù)(M=2.2～2.9)的要求，又增設(shè)了2臺PL-8500立式破碎機(jī)來處理VI400制砂機(jī)經(jīng)篩分處理后的回頭料，其單機(jī)破碎能力可達(dá)80～160t/h，產(chǎn)砂率為50%～65%。     1.3  篩分工藝     篩分車間主要起篩洗及分級作用，分預(yù)篩分、篩分(一)、篩分(二)等車間。     (1) 預(yù)篩分車間：設(shè)計生產(chǎn)能力為850t/h，車間內(nèi)設(shè)2臺2YRK1845重型振動篩。振動篩采用雙層篩網(wǎng)，上層篩網(wǎng)孔為75mm×75mm，下層篩網(wǎng)孔為37.5mm×37.5mm。對大于80mm的石料經(jīng)梭槽進(jìn)入中碎NP1213破碎；40～80mm的石料由膠帶輸送機(jī)送入成品倉，小于40mm的全部石料進(jìn)入圓筒洗石機(jī)(圓筒洗石機(jī)單機(jī)生產(chǎn)能力230t/h，2臺并列運(yùn)行)，洗去泥土及小于2mm的石粉后，由膠帶輸送機(jī)送入篩分(一)車間；小于2mm的石粉經(jīng)排水溝排入砂水回收系統(tǒng)，進(jìn)行處理后再回收利用。     (2) 篩分(一)車間：設(shè)計生產(chǎn)能力為560t/h，車間內(nèi)設(shè)1臺2YRK2460圓振篩。圓振篩采用雙層篩網(wǎng)，上層篩網(wǎng)孔為37.5mm×37.5mm，下層篩網(wǎng)孔為19mm×19mm。其中20～40mm和20～5mm的石料分別經(jīng)膠帶輸送機(jī)送入成品倉；2.5～5mm的全部石料經(jīng)ZKR1230脫水篩處理后，由膠帶輸送機(jī)送入制砂轉(zhuǎn)料倉；小于2.5的粉砂流入1號回收池處理后再利用。     (3) 篩分(二)車間：設(shè)計生產(chǎn)能力為700t/h，車間內(nèi)設(shè)1臺3YRK2460圓振篩。圓振篩采用3層篩網(wǎng)，上層篩網(wǎng)孔為37.5mm×37.5mm，中層篩網(wǎng)孔為19mm×19mm，下層篩網(wǎng)孔為5mm×5mm。篩分(二)主要承擔(dān)中碎以后骨料的篩分。其中大于40mm的骨料返回預(yù)篩分車間；40～20mm及20～5mm的石料可經(jīng)膠帶輸送機(jī)送入篩分(一)或轉(zhuǎn)料倉；小于5mm的石料直接由膠帶機(jī)送入砂篩分車間。     (4) 砂篩分車間：設(shè)計生產(chǎn)能力為500t/h，車間內(nèi)設(shè)4臺2YRK2460圓振篩(主要處理2臺VI400制砂機(jī)生產(chǎn)的砂料)和2臺YRK2056圓振篩(主要處理兩臺PL-8500生產(chǎn)的砂料)。PL-8500生產(chǎn)的砂料含粉率可達(dá)20%以上，從而改善了RCC用砂的石粉含量。     1.4  設(shè)備配置     根據(jù)砂石料的特性和系統(tǒng)工藝流程計算后，系統(tǒng)主要設(shè)備的配置見表2。     1.5  系統(tǒng)布置     索風(fēng)營水電站砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)由儲料場、粗碎車間、中碎車間、細(xì)碎車間、篩分車間、半成品料倉、轉(zhuǎn)料倉、成品料倉及砂、水處理系統(tǒng)等組成。     粗碎車間設(shè)在左岸進(jìn)場公路旁的山坡上，2臺破碎機(jī)對稱布置；半成品倉，上部設(shè)定點(diǎn)Y型架皮帶機(jī)堆料，堆料高度為27m，料倉長75m，寬65m，容量為3.5萬m³；成品倉由大石倉、中石倉、小石倉、2個砂倉組成，寬50m，長265m，總?cè)萘?.81萬m³。     生產(chǎn)中經(jīng)圓筒洗石機(jī)及脫水篩排放的小于2mm的砂、泥污水，經(jīng)四級砂、水回收處理系統(tǒng)后，粉砂經(jīng)2臺4PS砂泵回收至螺旋分級機(jī)脫水后直接摻入成品砂中，主要用于調(diào)整砂的細(xì)度模數(shù)；廢水經(jīng)三級處理后回收利用(設(shè)計回收60%，實(shí)際回收達(dá)90%)；污泥排放到污泥回收池，用挖掘機(jī)挖裝運(yùn)至棄渣場。     2、系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)與存在問題     系統(tǒng)建成投產(chǎn)后，首先配合索風(fēng)營電站“建設(shè)綠色環(huán)保水電站，開發(fā)清潔能源”的目標(biāo)，在污水排放及治理大氣污染上做了很多工作，在石粉回收及廢水處理的回收利用方面都取得了較為明顯效果。                                                    表2 系統(tǒng)主要設(shè)備選型與配置 設(shè)備名稱 規(guī)格型號 銘牌產(chǎn)量/(t·h^-1) 設(shè)計產(chǎn)量/(t·h^-1) 數(shù)量/臺 進(jìn)料粒徑/mm 功率/kW 反擊式破碎機(jī) NP1313 470 850 2 ＜750 200 給料篩 B13-56-2V 500 850 2 0～750 11 槽式給料機(jī) 900×2100 70～270 180 6 0～300 7.5 電子吸鐵器 PCDC-10 — — 1 — 2.2 圓振篩 2YKR1845 500 850 2 ＜300 30 圓筒洗石機(jī) TX1836 230 330 2 ＜40 75 反擊式破碎機(jī) NP1213 400 700 2 80～300 200 脫水篩 ZKR1230 70 50   ＜2.5 4*2 圓振篩 3YRK2460 280～880 700 1 0～80 45 立式破碎機(jī) VI400 300 500 2 2.5～60 400 圓振篩 2YRK2460 280～500 130 4 2～40 37 立式破碎機(jī) PL-8500 90～160 100 2 2.5～40 200 圓振篩 YRK2052 150～350 130 2 0～40 18 刮泥機(jī) SFJ-16/2 80 60 2 0～2.5 11 砂泵 4PS 250 250 2 0～2.5 45 螺旋分級機(jī) FG-15 100 75 2 0～2.5 15 脫水篩 ZKR1445 150 100   0～2.5 7.5*2 電磁振動給料機(jī) ZG8 — — 20 0～80 2 自動識別電子皮帶稱 — 1000 850 1 0～80 2     2003年7月至12月主體工程需用骨料7.7萬m³，為了滿足RCC對用砂的要求而進(jìn)行了工藝改進(jìn)和調(diào)整，解決了砂的細(xì)度模數(shù)及石粉含量問題。     2004年1月至4月主體工程需用骨料21.6萬m³，工藝改進(jìn)主要解決了細(xì)度模數(shù)的穩(wěn)定性及提高石粉含量問題。     2.1  關(guān)于粗碎、中碎、預(yù)篩分設(shè)備選型及工藝改進(jìn)     (1) 在粗碎、中碎設(shè)備的選型上，根據(jù)石灰?guī)r強(qiáng)度不高、易碎的特性，所選用的NP1313、NP1213反擊式破碎機(jī)具有破碎比大，產(chǎn)品粒形好，能耗低等特點(diǎn)。粗碎設(shè)計單機(jī)生產(chǎn)能力為470t/h，但在破碎機(jī)開口為18cm時的實(shí)際生產(chǎn)能力可達(dá)760t/h，達(dá)到了設(shè)計總產(chǎn)量的89%；中碎設(shè)計單機(jī)生產(chǎn)能力為350t/h，但在破碎機(jī)開口為6cm時的實(shí)際生產(chǎn)能力可達(dá)480t/h，達(dá)到了設(shè)計總生產(chǎn)能力的73%，說明本系統(tǒng)中粗碎、中碎在設(shè)備配置上富裕過大。因此，只要粗碎、中碎處理的設(shè)計生產(chǎn)能力不超過1500t/h，仍以采用2臺設(shè)備較為合理。     (2) 原設(shè)計中在棒條給料機(jī)下設(shè)有YKR1022圓振篩，將小20mm的骨料送入TX1530圓筒洗石機(jī)處理后再經(jīng)1號皮帶進(jìn)入半成品料倉。但在毛料含泥量較高時，受圓筒洗石機(jī)處理能力的限制，使處理后的污水排放造成了污染，環(huán)保費(fèi)用較高，故應(yīng)該用皮帶機(jī)輸送出去作棄料處理，可大大降低下一工序的處理難度，這既能滿足環(huán)保要求，同時也可降低運(yùn)行成本。     (3) 本系統(tǒng)的中碎設(shè)備配置雖有富裕，但經(jīng)預(yù)篩分進(jìn)入的梭槽坡度(35o)偏小，影響堆料而造成中碎產(chǎn)量偏低，為此增設(shè)了附著式振搗器。對大于80mm骨料的梭槽坡度應(yīng)改為38o～42o。     (4) 預(yù)篩分中小于40 mm骨料直接進(jìn)TX1836圓筒洗石機(jī)，沖洗后大于2mm的骨料進(jìn)入篩(一)再次沖洗。雖然該設(shè)備洗石效果較好，但重點(diǎn)應(yīng)解決好骨料的脫水問題，若配合FX型螺旋分級機(jī)使用，則效果會更佳。     2.2  關(guān)于制砂工藝及設(shè)備配套的探討     目前，大多數(shù)投入運(yùn)行的和正在建設(shè)中的水電站人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)的制砂工藝，均沿用20世紀(jì)60至70年代的棒磨機(jī)制砂工藝，僅在部分大型水電工程中采用國外先進(jìn)的制砂設(shè)備。國外先進(jìn)的制砂設(shè)備雖然生產(chǎn)強(qiáng)度高，但生產(chǎn)出來的砂的細(xì)度模數(shù)偏大(較粗)，仍需采用棒磨機(jī)或其他辦法進(jìn)行補(bǔ)充，且有生產(chǎn)成本增加、細(xì)砂流失量大、耗鋼量大及對環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。     RCC對骨料要求較高的問題是砂的細(xì)度模數(shù)、石粉含量及相對穩(wěn)定的含水量，故人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)研究的重點(diǎn)是：一方面是如何使人工砂達(dá)到高含粉量(17%～22%)、穩(wěn)定的低含水率(6%以下)和波動小于0.2的細(xì)度模數(shù)(2.2～2.9)指標(biāo)(高RCC壩中應(yīng)用高石粉摻量，可降低水泥用量，從而降低水化熱，改善RCC的泛漿彈塑性和可碾壓性等綜合性能)；另一方面是如何最大限度地將生產(chǎn)中95%的石粉回收利用和70%的廢水回收再利用，以減少毛料的開采量，并使排放的廢水達(dá)到國家環(huán)保規(guī)定的一次性排放標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)約工程成本。     根據(jù)高RCC壩對砂細(xì)度模數(shù)、含水率等指標(biāo)的特殊要求，針對石灰?guī)r的特性，索風(fēng)營人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)采用立軸式制砂機(jī)半干式制砂工藝，以消除粉塵對空氣的污染，提高制砂產(chǎn)量及粉砂、廢水的回收利用率；另外，要人為控制好砂的細(xì)度模數(shù)及顆粒級配，以改善碾壓混凝土的性能，加快施工進(jìn)度，降低運(yùn)行成本。但在系統(tǒng)布置和工藝流程上存在如下問題：     (1) 若中碎、制砂相關(guān)聯(lián)的設(shè)備一旦發(fā)生故障檢修，成品料便不能生產(chǎn)，說明布置不夠合理。解決的方法應(yīng)將中碎與制砂系統(tǒng)完全脫離開，并增大轉(zhuǎn)料倉容量(由650m³增大到3500m³)，使2個系統(tǒng)能單獨(dú)運(yùn)行，有6～8h的修理時間，高峰期便有提高產(chǎn)量的空間。     (2) 經(jīng)轉(zhuǎn)料倉進(jìn)入制砂機(jī)的2條皮帶，可改為1條皮帶供給制砂機(jī)上部的受料倉后再分別以自落式供給制砂機(jī)。這既可減少皮帶機(jī)數(shù)量及運(yùn)行成本，又可降低物料直接沖擊破碎腔上口，避免拋料頭分料不均勻而損壞拋料頭和襯板等問題。     (3) VI400制砂機(jī)對含水率過于敏感，當(dāng)含水率為5%～10%時(大于10%時可進(jìn)行濕法生產(chǎn))，受線速度和含水率的限制，經(jīng)篩分后的回頭料中的2.5～5mm的骨料不容易再次破碎，并且容易造成堵塞拋料頭和破碎腔護(hù)板，使產(chǎn)砂率和石粉含量降低；當(dāng)含水率小于2%時，揚(yáng)塵污染嚴(yán)重。因此，進(jìn)行半干法生產(chǎn)時，含水率應(yīng)控制在2%～5%為宜。     (4) 原設(shè)計砂的篩分是使用2層不同孔徑的篩網(wǎng)來解決砂的細(xì)度模數(shù)問題，但實(shí)際操作中很難調(diào)整砂的細(xì)度模數(shù)，篩網(wǎng)更換的難度也較大，運(yùn)行成本較高。試運(yùn)行后改為單層篩網(wǎng)在同一層面分上下部設(shè)不同孔徑篩網(wǎng)調(diào)整，6座圓振篩分別使用2.5mm×10mm、3mm×10mm、4mm×10mm的篩網(wǎng)，用給料量的大小來調(diào)整細(xì)度模數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了細(xì)度模數(shù)的調(diào)整。     (5) VI400制砂機(jī)生產(chǎn)砂的細(xì)度模數(shù)偏大(實(shí)測M=3.3～3.8)，用篩網(wǎng)調(diào)節(jié)細(xì)度模數(shù)又造成產(chǎn)量下降(設(shè)計產(chǎn)量260t/h；當(dāng)M=2.7～2.9時實(shí)測產(chǎn)量僅為110～160t/h)，石粉含量也偏低(實(shí)測為11.5%～14.3%)。為了解決這一難題，利用泥沙在一定水壓力作用下自然沉淀分離的原理，設(shè)計了一套砂、水回收系統(tǒng)。其工序?yàn)椋汗紊皺C(jī)將砂刮入集砂坑后用砂泵抽砂，被攪拌后的濁水經(jīng)回收槽流入下一級再回收；砂泵在一級沉淀池中回收0.63～2.5mm的粉砂，送入1號FC-15螺旋分級機(jī)，經(jīng)ZKR1445脫水后的篩脫水與干砂混合后進(jìn)入成品砂倉，一級回收18 t/h，脫水后砂的含水率為4.5%～5.6%，半干式制砂篩分后砂的含水率為1%～2%，兩種混合后的含水率為2.5～3.5%，控制了砂含水率的波動＜0.5%。二級沉淀池主要回收經(jīng)1號螺旋分級機(jī)處理后所溢流出的小于0.63mm的粉砂；大于0.08mm的粉砂和石粉，再用2PS砂泵抽到濃縮箱，經(jīng)濃縮后進(jìn)入2號螺旋分級機(jī)送至脫水篩；二級所回收的0.08～0.63mm的砂為5～7t/h，經(jīng)回收的砂在25號、26號皮帶上與篩分樓的砂混合后送入成品倉，經(jīng)檢測摻入回收砂混合后砂的細(xì)度模數(shù)降低了0.15，石粉含量提高了2%左右，實(shí)測為13.6%～17.1%?；厥蘸髶饺霛饪s箱和2號螺旋分級機(jī)的溢流水流入3號水回收池，3號池將排除的泥進(jìn)入干化池處理，而清水溢流入4號清水池回收利用。本系統(tǒng)的土建及設(shè)備的投資不大(總投資36萬元)，但解決了人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)保難題，且經(jīng)濟(jì)效益明顯，其中節(jié)約用水費(fèi)用(0.75元/m³)可達(dá)125萬元，粉砂0.08～2.5mm回收利用可節(jié)約費(fèi)用(砂25元/t)180萬元左右。     (6) 按DL/T5112-2000《水工RCC施工規(guī)范》要求，人工砂的石粉(d≤0.16mm的顆粒)含量宜控制在10%～22%，最佳石粉含量應(yīng)經(jīng)過試驗(yàn)確定。索風(fēng)營大壩原設(shè)計的人工砂石粉含量為10%～17%，經(jīng)專家組論證后對0.08mm以下的石粉含量作了調(diào)整，由于系統(tǒng)設(shè)備資源及工藝上已無潛力可挖，只有考慮增加設(shè)備投入，經(jīng)綜合比較后增加了2臺PL-8500立軸式破碎機(jī)，并要求生產(chǎn)廠商將線速度由60m/s提高到70m/s，以增大破碎比和獲取高石粉量。增加的制砂設(shè)備于2004年3月15日投入運(yùn)行，在2004年4月20日檢測得M值為2.7，誤差為0.15；石粉含量為17%～21.8%、平均18.3%，于0.08 mm的石粉含量為11.6%～14.4%、平均12.8%。     3、結(jié)束語     索風(fēng)營人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)，采用半干式制砂工藝，結(jié)合砂、水的充分回收利用，又對系統(tǒng)內(nèi)場地進(jìn)行了綠化，皮帶及砂倉也增設(shè)了防雨、防塵棚，基本實(shí)現(xiàn)了工廠化管理；經(jīng)過這2年多運(yùn)行和改進(jìn)，現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。因砂的細(xì)度模數(shù)穩(wěn)定、石粉含量提高，使得2004年3月以后大壩RCC配合比中降低了6%的粉煤灰摻量，經(jīng)濟(jì)效益較為明顯；并較好地解決了人工砂石生產(chǎn)的環(huán)保問題，大大降低了運(yùn)行成本，為高碾壓混凝土壩人工砂石骨料生產(chǎn)探索了一條新的路徑，也為索風(fēng)營水電站工程爭創(chuàng)魯班獎奠定了基礎(chǔ)。 儀器編號       線膨脹系數(shù)（10^-6/℃）    復(fù)相關(guān)系數(shù)       標(biāo)準(zhǔn)差       時效類型 N_X1            5.972               0.996         2.071         微膨脹      N_X2              8.617                 0.985           2.419         微膨脹     N_X3              6.271                 0.990           2.065         微膨脹      N_D1              3.515                 0.976           3.301      先膨脹后微收縮      N₁               5.104                 0.699           6.862         微膨脹      N₂               2.315                 0.900           3.501      先膨脹后微收縮      N₃               6.085                 0.784           3.221         微膨脹 N₄               7.794                 0.982           2.056         微膨脹     （1）大壩布置了比較完整的安全監(jiān)測系統(tǒng)，并隨著壩體混凝土的澆筑施工進(jìn)度，高程1022.0m以下的壩體內(nèi)部監(jiān)測儀器已按設(shè)計要求全部安裝埋設(shè)完畢，監(jiān)測儀器安裝埋設(shè)質(zhì)量及觀測質(zhì)量良好，觀測值符合碾壓混凝土壩的一般規(guī)律；     （2）施工期溫度監(jiān)測成果及時為壩體混凝土的澆筑碾壓計劃提供依據(jù)，指導(dǎo)了施工，達(dá)到了監(jiān)測設(shè)計目的。