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摘 要:錦屏水電站砂石加工系統(tǒng)的制砂料源主要采用大理巖,由于錦屏工程大理巖具有抗壓強(qiáng)度指標(biāo)較低,軟化系數(shù)大,錘擊易成粉的特性,其制砂主要采用全干法生產(chǎn)制砂工藝,即立軸制砂機(jī)+選粉機(jī)制砂工藝。對選粉機(jī)在錦屏電站全干法制砂工藝中的運(yùn)用情況進(jìn)行了介紹,以資在其它水電工程中借鑒應(yīng)用。
水工混凝土中砂石料占混凝土重量的80%左右,因而砂石加工系統(tǒng)被譽(yù)為大壩的“糧倉”。制砂工藝是砂石生產(chǎn)工藝的核心工藝,石粉是制砂過程中的伴生物,石粉控制是制砂工藝的重要組成部分,而石粉含量的多少與制砂料源的巖石特性有直接的關(guān)系。錦屏工程東端模薩溝砂石系統(tǒng)、西端三灘砂石系統(tǒng)制砂料源均為大理巖,抗壓強(qiáng)度低、軟化系數(shù)大、錘擊易成粉為其顯著特點(diǎn)。
錦屏工程砂石加工系統(tǒng)料源為大理巖,在生產(chǎn)過程中,由于大理巖的抗壓強(qiáng)度低、軟化系數(shù)大、錘擊易成粉等原因,其生產(chǎn)成品含粉率高達(dá)40% ~50%,且成品砂級配較差。通過立軸制砂機(jī)做生產(chǎn)性試驗(yàn),其級配、細(xì)度模數(shù)、石粉含量等數(shù)據(jù)具有如表1所示的關(guān)系。
表1 人工砂有關(guān)參數(shù)表
通過表1中的數(shù)據(jù)可以看出:
(1)相同線速度情況下,原狀砂獲得率隨進(jìn)料粒徑增大而減少;線速度越大,原狀砂成砂率隨線速度增大而增大。
(2)原狀砂的石粉含量高(遠(yuǎn)超過規(guī)范標(biāo)準(zhǔn));石粉含量隨線速度減小而減少,石粉含量與進(jìn)料粒徑的關(guān)系不十分明顯。
(3)原狀砂中粒徑0. 315~2. 5 mm顆粒含量偏少,粒徑2. 5 mm以上顆粒含量偏大,砂的級配曲線不完全在中砂的級配曲線內(nèi)。原狀砂的細(xì)度模數(shù)隨線速度減小而增大。
錦屏工程東端砂石加工系統(tǒng)不僅承擔(dān)錦屏二級水電站成品砂石骨料的生產(chǎn)任務(wù),還需要為二灘公司官地水電站提供50萬t優(yōu)質(zhì)石粉。
針對大理巖料源特性,結(jié)合生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果,在立軸全干法制砂工藝中,不僅需要解決大理巖制砂產(chǎn)生的高石粉含量和粒徑0. 315~2. 5 mm顆粒含量偏少的問題,還需要解決石粉的回收再利用問題,即石粉回收、輸送、儲存、裝袋等工藝措施,以確保石粉質(zhì)量和產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)求。
傳統(tǒng)的石粉去除方案是用水噴淋沖洗去除法,即原狀砂經(jīng)水洗后采用螺旋洗砂機(jī)回收成品砂,而石粉則隨洗砂漿液進(jìn)入廢水處理池進(jìn)行后處理。試驗(yàn)顯示,成品砂的石粉含量仍在25%以上,且中間顆粒流失量較大。因廢水中含有大量石粉,且其中還含有部分粒徑大于0. 16 mm的細(xì)石料,不但增加了廢水處理工作量,也無法解決石粉干化回收再利用的問題。
通過方案比較論證,借鑒其它行業(yè)粉料生產(chǎn)工藝,系統(tǒng)生產(chǎn)首次采用了立軸制砂+選粉機(jī)分級、回收的生產(chǎn)工藝,能夠較好地滿足系統(tǒng)需要。
選粉機(jī)是粉料分級設(shè)備,原主要用于水泥工業(yè)生產(chǎn)工藝,同時在化工、冶金等行業(yè)也有著廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際工況下,將需分選的物料由選粉機(jī)上部加料口喂入,落到與轉(zhuǎn)子成一體的撒料盤上,在離心力的作用下沿徑向甩出而分散于選粉室內(nèi)。物料在選粉室內(nèi)與上旋的氣流相遇,物料中的細(xì)顆粒因質(zhì)量小而隨氣流上升,經(jīng)由隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的分級圈分級,合格的細(xì)粉穿過分級圈柵條繼續(xù)上升進(jìn)入旋風(fēng)筒,經(jīng)旋風(fēng)筒收集后落入集灰斗,由細(xì)粉管排出;清除細(xì)粉后的空氣則從旋風(fēng)筒中心經(jīng)風(fēng)管返回風(fēng)機(jī)形成氣流閉路循環(huán);粗顆粒因質(zhì)量較大在撒料盤和分級圈的作用下與細(xì)物料分離、下落,從粗粉管排出。產(chǎn)品的粗細(xì)可通過改變主軸的轉(zhuǎn)速及風(fēng)機(jī)的風(fēng)量來調(diào)節(jié)。
在制砂工藝中采用選粉機(jī),其主要功能是分離出多余石粉和有用顆粒并分別進(jìn)行回收。它的工作原理是:將氣、粉混合,形成氣固兩相流,旋轉(zhuǎn)的撒料盤和高速氣流使含粉氣流在旋轉(zhuǎn)時獲得離心力,不同粒徑顆粒獲得的離心力不同,從而實(shí)現(xiàn)粗細(xì)粉粒分離。同時,采用相應(yīng)的方法對粗細(xì)粉粒分別進(jìn)行回收。有用顆粒即為成品砂,無用細(xì)粉則為棄料。
選粉機(jī)的主要工作參數(shù)為:進(jìn)料流量、供風(fēng)量、撒料盤(主軸)轉(zhuǎn)速。
東端砂石加工系統(tǒng)毛料處理能力為800 t/h,成品料生產(chǎn)能力為580 t/h,其中人工砂生產(chǎn)能力為232 t/h。東端砂石加工系統(tǒng)加工料源采用東端引水隧洞開挖料(其中: 1#、3#隧洞為TBM掘進(jìn)機(jī)開挖, 2#、4#為鉆爆法開挖),毛料最大粒徑d≤300 mm。系統(tǒng)布置在錦屏二級水電站東端模薩溝棄渣場,系統(tǒng)半成品料場、成品料場、檢查篩分車間、2#風(fēng)選車間及石粉裝袋廠等布置在1 430m高程平臺,在1 430 m高程平臺南側(cè)的山坡上開挖形成1 445、1 440、1 435 m高程三個臺地,分別布置主篩分車間、預(yù)篩分中碎車間、1#風(fēng)選車間、超細(xì)碎車間等車間,系統(tǒng)占地面積約3. 5萬m2。
錦屏工程東端砂石加工系統(tǒng)采用兩段破碎+選粉機(jī)去粉的制砂工藝,其工藝見圖1
圖1 制砂工藝流程圖
主要制砂設(shè)備為:
(1)中碎:配置兩臺NP1315型反擊制砂機(jī),銘牌處理能力為840 t/h。
(2)細(xì)碎:配置兩臺PL9500型立軸制砂機(jī),銘牌處理能力為600 t/h
(3)選粉機(jī):1#風(fēng)選車間配置XF3500型選粉機(jī)4臺,銘牌處理能力為320 t/h; 2#風(fēng)選車間配置XF3000型選粉機(jī)4臺,銘牌處理能力為240 t/h。
考慮到大理巖制砂出砂率高,細(xì)度模數(shù)偏小的特點(diǎn),制砂機(jī)選用了石打石型的PL-9500立軸沖擊式破碎機(jī)。為調(diào)節(jié)砂的細(xì)度模數(shù),配置了分選設(shè)備對主篩分和制砂車間出的砂進(jìn)行了風(fēng)選處理,以調(diào)節(jié)砂的細(xì)度模數(shù)。
錦屏工程東端砂石加工系統(tǒng)于2007年6月中旬開始建安, 2007年11月底系統(tǒng)全線投產(chǎn),經(jīng)過兩年多時間的運(yùn)行,其結(jié)果顯示,系統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠,能夠滿足施工需要。
通過大理巖立軸生產(chǎn)性試驗(yàn)和其它工程相關(guān)資料,該系統(tǒng)在設(shè)備定貨時將PL9500立軸制砂機(jī)的線速度設(shè)定為62 m/s,其生產(chǎn)實(shí)測相關(guān)數(shù)據(jù)見表2(未經(jīng)選粉機(jī)去粉的原狀砂)。根據(jù)實(shí)測結(jié)果,在立軸線速度為62 m/s的情況下,原狀砂的成砂率在60% ~65%之間,原狀砂的石粉含量在40%左右。
東端砂石系統(tǒng)采用的選粉機(jī)為XF3500型和XF3000型兩種,其單臺處理能力分別為80 t/h和60 t/h兩種。系統(tǒng)設(shè)置兩個風(fēng)選車間,分別配置2臺XF3500和2臺XF3000,其中1#風(fēng)選車間的進(jìn)料來自反擊破破碎經(jīng)第一篩分車間的、粒 徑<5mm的原狀砂, 2#風(fēng)選車間的進(jìn)料來自立軸破碎料經(jīng)第二篩分車間的、粒徑<5 mm的原狀砂,生產(chǎn)過程中的實(shí)測生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表3(以2#選車間的單臺實(shí)測數(shù)據(jù)為例)
表2 未經(jīng)選粉機(jī)去粉的原狀砂特性表
表3 經(jīng)選粉機(jī)去粉處理后的粒度特性表
以上數(shù)據(jù)顯示,在進(jìn)料含水率為2%左右時,選粉機(jī)的成砂率在60% ~70%之間;由試驗(yàn)可知,在保證供料穩(wěn)定和選粉機(jī)為同一技術(shù)參數(shù)的情況下,將成品砂中的石粉含量控制在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)是有可能的。
為確保原狀砂中多余的石粉能夠得到有效剔除,當(dāng)進(jìn)料流量增大時,供風(fēng)量和撒料盤轉(zhuǎn)速應(yīng)相應(yīng)增加;當(dāng)進(jìn)料流量減少時,若供風(fēng)量和撒料盤轉(zhuǎn)速不變,則原狀砂中的石粉、甚至有用顆粒將被剔除的較多,以致出現(xiàn)成砂率降低、細(xì)度模數(shù)增大的不利結(jié)果。
在生產(chǎn)過程中,對立軸+選粉機(jī)制砂后的成品進(jìn)行隨機(jī)取樣檢測,其數(shù)據(jù)見表4。
表4 成品砂特性表
從表4中可以看出,原狀砂含水量在2%以下時,成品砂的石粉含量可以控制在18±2%以內(nèi),細(xì)度模數(shù)可以控制在2. 8±0. 2以內(nèi),成品砂顆粒級配較好。
通過對回收石粉進(jìn)行檢測,在毛料含水小于2%的情況下,石粉回收效果較好,回收石粉的粗粒徑含量(>0. 16 mm)小于15%,含水在1%左右,可滿足后續(xù)工程石粉需求。
通過以上生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以得到以下結(jié)論：
(1)經(jīng)選粉機(jī)選粉后的成品砂中石粉含量隨選粉機(jī)主軸轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)的風(fēng)量變化而變化,說明通過調(diào)整選粉機(jī)的技術(shù)參數(shù)來控制成品砂中的石粉含量是可行的。
(2)從試驗(yàn)可知,在保證供料穩(wěn)定和選粉機(jī)在同一技術(shù)參數(shù)情況下,成品砂中的石粉含量在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)是有可能的。
(3)原狀砂的來料流量、石粉含量、含水率等都是影響選粉機(jī)選粉能力和選粉效果的重要因素。當(dāng)進(jìn)料含水率在2%時,選粉機(jī)能夠較好地發(fā)揮其效率。
(4)通過調(diào)整選粉機(jī)主軸轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)風(fēng)量,可以控制成品砂中石粉含量在18±2%范圍內(nèi)。
石加工系統(tǒng)中的應(yīng)用在錦屏工程中,繼東端在模薩溝砂石加工系統(tǒng)采用立軸+選粉機(jī)的制砂工藝后,在后續(xù)的錦屏西端三灘砂石加工系統(tǒng)中也采用了立軸+選粉機(jī)的制砂工藝。
錦屏西端三灘砂石加工系統(tǒng)采用四段破碎+選粉機(jī)去粉的全干法生產(chǎn)工藝,其工藝見圖2。
圖2 全干法生產(chǎn)工藝示意圖
(1)料源特性。錦屏西端砂石加工系統(tǒng)的原料為專用料場鉆爆開采,其原料粒徑組成可根據(jù)生產(chǎn)特性設(shè)計(jì)爆破參數(shù),使原料盡可能的滿足生產(chǎn)需要,且含水、含粉率比較易于控制;而錦屏東端砂石加工系統(tǒng)是利用引水隧洞開挖料做為生產(chǎn)原料,其含水、含粉量大且受地質(zhì)條件限制。
(2)成品要求。錦屏西端砂石加工系統(tǒng)需要生產(chǎn)合格的成品砂石骨料,石粉全部作為棄料;錦屏東端砂石加工系統(tǒng)不僅需要生產(chǎn)合格的砂石骨料,還需要回收部分優(yōu)質(zhì)石粉供官地水電站應(yīng)用。
(3)制砂工藝。 錦屏西端砂石加工系統(tǒng)為自行鉆爆料,加工工藝采用了四段破碎+選粉機(jī)去粉工藝,即:粗碎(鄂破)+中碎(反擊破)+細(xì)碎(PL9500立軸)+超細(xì)碎 (PL8500立軸)+選粉機(jī)去粉;而錦屏東端砂石加工系統(tǒng)由于為TBM掘進(jìn)料(粒徑小于300 mm),在實(shí)施中采用兩段破碎+選粉機(jī)去粉+石粉回裝置,即:中碎(反擊破)+細(xì)碎(PL9500立軸)+選粉機(jī)去粉+石粉回收裝置。
在錦屏西端砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)過程中,也一度出現(xiàn)因雨天開采毛料含水過大而導(dǎo)致選粉機(jī)去粉效果不理想,甚至出現(xiàn)“兩頭大”(石粉含量大或細(xì)度模數(shù)大)的情 況,后經(jīng)嚴(yán)格控制毛料含水等措施,在毛料含水量在2%以下時,成品砂的石粉含量可以控制在18±2%以內(nèi),細(xì)度模數(shù)可以控制在2. 8±0. 2以內(nèi),成品砂顆粒級配較好,取得了較好的實(shí)施效果。
及改進(jìn)在錦屏水電站東、西端砂石加工系統(tǒng)中,都出現(xiàn)過由于毛料含水超標(biāo)等原因影響造成成品砂質(zhì)量波動的情況發(fā)生,通過一系列措施,在一定程度上解決或緩解了矛盾,保證了系統(tǒng)的正常供應(yīng)。
(1)原料含水問題:在錦屏東、西端砂石生產(chǎn)過程中,都存在毛料含水超標(biāo)問題,尤其是錦屏東端砂石加工系統(tǒng)所用原料為電站引水洞開挖料,其含水一般在 20% ~30%之間,而系統(tǒng)由于場地限制,調(diào)節(jié)料場脫水能力有限,進(jìn)入中碎的毛料含水在10%以上,進(jìn)入選粉機(jī)的破碎料原狀砂含水量也在5%以上,嚴(yán)重降低了選 粉機(jī)的去粉效果(選粉機(jī)的進(jìn)料含水宜控制在2%以下)。
(2)原料含粉問題:料源為大理巖,在洞室開采過程中通過鉆爆或TBM掘進(jìn)機(jī)開挖破碎后其原料自身石粉含量高達(dá)25%以上,加上兩級破碎產(chǎn)生的石粉,使得進(jìn)選粉機(jī)的原狀砂石粉含量高達(dá)45%以上,從而增大了兩級破碎和選粉機(jī)的無用負(fù)荷,降低了成品率,增加了加工成本。
(3)目前使用的選粉機(jī)并非定型的專用制砂設(shè)備,選粉機(jī)自帶風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量的調(diào)節(jié)范圍小且不能隨原狀砂來料量的變化隨時進(jìn)行調(diào)節(jié)。只要原狀砂的來料流量、石粉含量、含水率發(fā)生變化,則該機(jī)的處理能力和選粉效果均會隨之發(fā)生變化,這是成品砂生產(chǎn)質(zhì)量波動的重要原因。
針對以上問題,我們對系統(tǒng)在運(yùn)行生產(chǎn)中采取了以下措施:
(1)盡可能減少雨天開采,加大毛料堆存量。
(2)對原料含水和石粉含量進(jìn)行分析,其含水和石粉含量主要集中在粒徑20 mm以下的毛料中,經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗(yàn)調(diào)整各項(xiàng)技術(shù)參數(shù),在預(yù)篩分車間增設(shè)了一條皮帶,將20 mm以下粒徑料根據(jù)來料的含水含粉量情況有比例剔除部分作為棄料直接棄掉,從而減少了毛料含水量和石粉含量,提高了選粉機(jī)的選粉效果,減少了無用負(fù)荷,提 高了成品率。實(shí)踐證明,改造效果良好。
(3)針對毛料存在大量超徑問題,系統(tǒng)增加了粗碎系統(tǒng)(移動式破碎站),提高了毛料有用料比例并直接棄掉大部分粒徑20 mm含量以降低毛料含水量和石粉含量,同時盡可能增大調(diào)節(jié)料場容積,作好料場排水,延長脫水時間,以提高系統(tǒng)砂成品率。
(4)在后續(xù)工程中選用選粉機(jī)時,應(yīng)根據(jù)水電行業(yè)生產(chǎn)環(huán)境特點(diǎn),在選粉機(jī)風(fēng)量、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍、調(diào)節(jié)的靈活性等方面進(jìn)行深入的研究,使其能更好地滿足水電工程施工環(huán)境下的生產(chǎn)要求。
通過選粉機(jī)在錦屏工程中的應(yīng)用,說明人工砂中含有的多余的石粉可以通過干法風(fēng)選予以剔除,特別是要求石粉回收再利用的一些工程,可以采用風(fēng)選分級細(xì)骨料,而且剔除的效果較濕法生產(chǎn)明顯優(yōu)越,不但可以剔除成品砂中多余的石粉,而且可較好地調(diào)整成品砂的級配分布。
地點(diǎn)：重慶
產(chǎn)量：500TPH
設(shè)備配置：S系列精品制砂樓，HSI系列反擊式破碎機(jī)
地點(diǎn)：喀麥隆
產(chǎn)量：180-200t/h
設(shè)備配置：ZSW系列振動給料機(jī)、PE系列顎式制砂機(jī)、GZG系列振動給料機(jī)、SMH系列液壓圓錐式制砂機(jī)和YK系列圓振動篩等。
地點(diǎn)：四川
產(chǎn)量：2*200t/h
設(shè)備配置：SMH系列液壓圓錐式制砂機(jī)、VSI制砂機(jī)、PE系列顎式制砂機(jī)、YK系列圓振動篩和ZSW系列振動給料機(jī)等。
