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(1)

1、.索風(fēng)營水電站人工砂石骨料生產(chǎn)工藝的優(yōu)化與探討標(biāo)簽:來源摘要：簡述了索風(fēng)營水電站人工砂石骨料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)模、工藝流程、布置和設(shè)備配置；根據(jù)高RCC壩對砂細(xì)度模數(shù)、石粉含量、含水率等指標(biāo)的特殊要求，針對石灰?guī)r的特性，采用立軸式制砂機(jī)以破代磨半干式制砂工藝，結(jié)合粉砂、水回收利用與環(huán)保工程配套，消除粉塵大氣污染，人為控制細(xì)度模數(shù)、石粉含量，分析半干法生產(chǎn)RCC人工砂的控制方法；探索了灰?guī)r生產(chǎn)RCC人工砂的優(yōu)化工藝。關(guān)鍵詞：水利工程施工 RCC人工砂 工藝優(yōu)化 砂 水回收 環(huán)境保護(hù) 索風(fēng)營水電站0 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

2、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

3、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(jì)，能同時(shí)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(jì)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

4、料系統(tǒng)各車間的處理量項(xiàng)目或車間骨料直徑/mm合計(jì)80804040202052.555骨料配比/%16.3229.1922.4032.09100成品料/t123220170242755粗碎車間處理量/t267257.4168.5125.513.318.3850中碎車間處理量/t941381864691555篩分(一)車間處理量/t9430731259108880細(xì)碎車間處理量/t23356201490篩分(二)車間處理量/t5451422839701.2 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(jì)生產(chǎn)

5、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4080mm的石料，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為700 t/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)350400 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

6、的粒徑大于5mm和篩分(一)經(jīng)脫水后的2.55mm的石料，設(shè)計(jì)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)250300t/h，產(chǎn)砂率為3035%。由于該機(jī)的產(chǎn)砂率偏低，砂的細(xì)度模數(shù)偏大(M=3.33.8)，為滿足設(shè)計(jì)對砂的細(xì)度模數(shù)(M=2.22.9)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)80160t/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(jì)生產(chǎn)能力為850t/h，車間

7、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；4080mm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(jì)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×

8、;37.5mm，下層篩網(wǎng)孔為19mm×19mm。其中2040mm和205mm的石料分別經(jīng)膠帶輸送機(jī)送入成品倉；2.55mm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(jì)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；4020mm及205mm的石料可經(jīng)膠帶輸送

9、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(jì)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(jì)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

10、，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(gè)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(jì)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(jì)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

11、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(jì)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)NP13134708502750200給料篩B13-56-2V5008502075011槽式給料機(jī)900×210070270180603007.5電子吸鐵器PCDC-1012.2圓振篩2YKR1845500850230030圓筒洗石機(jī)TX183623033024075反擊式破碎機(jī)NP1213400700280300200脫水篩ZKR1230

12、70502.54*2圓振篩3YRK2460280880700108045立式破碎機(jī)VI40030050022.560400圓振篩2YRK2460280500130424037立式破碎機(jī)PL-85009016010022.540200圓振篩YRK2052150350130204018刮泥機(jī)SFJ-16/28060202.511砂泵4PS250250202.545螺旋分級機(jī)FG-1510075202.515脫水篩ZKR144515010002.57.5*2電磁振動給料機(jī)ZG8200802自動識別電子皮帶稱1000850108022003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

13、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(jì)單機(jī)生產(chǎn)能力為470t/h，但在破碎機(jī)開口為18cm時(shí)的實(shí)際生產(chǎn)能力可達(dá)760t/h，達(dá)到了設(shè)計(jì)總產(chǎn)量的89%；中碎設(shè)計(jì)單機(jī)生產(chǎn)能力為350t/h，但在破碎機(jī)開口為6cm時(shí)的實(shí)際生產(chǎn)能力可達(dá)480t/h，達(dá)到了設(shè)計(jì)總生產(chǎn)

14、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(jì)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(jì)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(shí)，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(shí)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

15、，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38º42º。(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

16、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)(2.22.9)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)

17、、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(gè)系統(tǒng)能單獨(dú)運(yùn)行，有68h的修理時(shí)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)

18、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(shí)(大于10%時(shí)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2.55mm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(shí)，揚(yáng)塵污染嚴(yán)重。因此，進(jìn)行半干法生產(chǎn)時(shí)，含水率應(yīng)控制在2%5%為宜。(4) 原設(shè)計(jì)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

19、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=3.33.8)，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(jì)產(chǎn)量260t/h；當(dāng)M=2.72.9時(shí)實(shí)測產(chǎn)量僅為110160t/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(jì)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

20、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0.632.5mm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2.53.5%，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0.080.63mm的砂為57t/h，經(jīng)回收的砂在25號、26號皮帶上與篩分樓的砂混合后

21、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0.082.5mm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(d0.16mm的顆粒)含量宜控制在10%22%，最佳石粉含量應(yīng)經(jīng)過

22、試驗(yàn)確定。索風(fēng)營大壩原設(shè)計(jì)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

23、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(jiǎng)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(shí)效類型NX1 5.972 0.996 2.071 微膨脹NX2 8.617 0.985 2.419 微膨脹NX3 6.271 0.990 2.065 微膨脹ND1 3.515 0.976 3.301 先膨脹后微收縮N1 5.104 0.