- 水利水電施工(2017年第6輯)
- 全國水利水電施工技術信息網 中國水力發電工程學會施工專業委員會 中國電力建設集團有限公司主編
- 4329字
- 2021-04-30 18:39:06
砂板巖生產反濾料及摻礫料加工系統工藝流程設計及設備配置
摘要:兩河口水電站反濾料及摻礫料加工系統在國內首次采用砂板巖生產反濾料和摻礫料。針對砂板巖的巖性特點,通過對工藝流程的設計、改進以及加工設備的合理選型配置,系統保質保量地生產出滿足大壩填筑要求的反濾料及摻礫料,且系統工藝流程調整靈活,產品質量可控,有關經驗可供同類砂石加工系統借鑒。
關鍵詞:砂板巖 反濾料 摻礫料 加工系統 工藝設計 設備選型
1 工程概況
兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內的雅礱江干流上,擋水大壩為礫石土心墻堆石壩,最大壩高295.00m。大壩的防滲體采用礫石土直心墻型式,壩殼采用堆石填筑,心墻與上、下游壩殼堆石之間均設有反濾層Ⅰ、反濾層Ⅱ和過渡層。
兩河口大壩前期所需反濾料及摻礫料284.42萬t,由慶大河反濾料及摻礫料加工系統加工生產。該系統位于大壩左岸306A隧道出口的慶大河1#渣場,設計處理能力500t/h,設計生產能力435t/h,其中摻礫料165t/h,反濾料Ⅰ135t/h、反濾料Ⅱ135t/h。
系統加工的石料料源為洞渣料及瓦支溝石料場開采料,石料巖性為變質粉砂巖與粉砂質板巖,平均飽和抗壓強度約為80MPa,屬易破巖石,巖石粒形相對較差。
2 摻礫料及反濾料的級配要求
系統工藝流程設計的關鍵是針對摻礫料、反濾料Ⅰ和反濾料Ⅱ的級配特性,如何將成品砂石的各級配粒徑控制在包絡線范圍內。
兩河口大壩礫石土心墻的摻礫料級配要求連續,粒徑范圍為5~100mm。摻礫料級配要求見表1及圖1。
反濾料Ⅰ的最大粒徑應不大于20mm,小于0.075mm的顆粒含量應小于5%。
反濾料Ⅱ的最大粒徑應不大于60mm,小于0.075mm的顆粒含量應小于3%。
反濾料Ⅰ、反濾料Ⅱ的設計級配見表2和圖2。
表1 摻礫料設計級配%


圖1 摻礫料設計級配曲線
a—上包線;b—下包線
表2 反濾料設計級配表%


圖2 反濾料Ⅰ和反濾料Ⅱ設計級配曲線
a—反濾料Ⅰ上包絡線;b—反濾料Ⅰ下包絡線;c—反濾料Ⅱ上包絡線;d—反濾料Ⅱ下包絡線
3 加工系統的工藝流程設計
3.1 工藝流程的設計原則
(1)為確保兩河口大壩的填筑進度和質量,系統的工藝設計遵循運行可靠、成品質量符合規范和設計要求、生產能力滿足工程需要的原則。
(2)系統布置在回填渣場,為了避免主要車間及設備的不均勻沉降,主要車間盡可能布置在開挖形成的平臺或硬基上,并充分利用地形地貌特點,使總體布置緊湊、合理,減少空間交叉。
(3)為滿足反濾料及摻礫料的級配要求,確保成品骨料的質量,工藝流程設計應有靈活調整、控制產品質量的措施。
(4)為提高系統長期運行的可靠性,關鍵生產設備采用技術領先、質量可靠、生產能力大、運行成熟的國內外先進設備。
(5)工藝設計中嚴格執行國家環境保護相關規定,避免污染生態環境。
(6)在保證反濾料及摻礫料質量和產量、系統安全可靠、環保的前提下,簡化工藝流程和系統布置,降低工藝流程的循環負荷量,優化設備配置,減少建安工程量,縮短施工工期,降低工程造價。
3.2 加工系統的組成
慶大河反濾料及摻礫料加工系統由粗碎車間、半成品堆場、第一篩分車間、第二篩分車間、中細碎車間、超細碎車間、第三篩分車間、制砂車間、成品堆場、反濾料精確摻拌系統、汽車裝料倉、廢水處理系統、供水供電系統、電氣控制系統等組成。
3.3 加工工藝流程設計
慶大河反濾料及摻礫料加工系統加工工藝流程見圖3。
(1)摻礫料的加工工藝流程。采用粗碎開路,中細碎與第一篩分構成閉路生產5~100mm摻礫料,進入成品堆場堆存。篩分分級出的>100mm物料和級配平衡后多余的60~100mm物料返回中細碎車間破碎,形成閉路循環,20~40mm物料不足部分通過第二篩分補充,<5mm的物料送至超細碎車間。通過調整中細碎車間循環負荷量可相應調整摻礫料的各級配比例,當摻礫料的級配比例滿足設計級配要求后固化摻礫料的生產工藝。系統投產后生產的摻礫料的實際級配滿足設計級配要求,取樣試驗結果見表3和圖4。

圖3 慶大河反濾料及摻礫料加工系統加工工藝流程圖
表3 摻礫料取樣顆粒試驗級配表


圖4 摻礫料取樣試驗級配曲線
a—上包線;b—下包線;c—摻礫料取樣曲線
(2)反濾料的加工工藝流程。反濾料Ⅰ由5~20mm物料及≤5mm的反濾砂Ⅰ按比例摻配而成,反濾料Ⅱ由20~60mm、5~20mm物料及≤5mm的反濾砂Ⅱ按比例摻配而成。通過反濾料的級配曲線分析,系統可以生產一種反濾砂來摻配反濾料Ⅰ和反濾料Ⅱ,以簡化系統工藝配置。
反濾料的級配料加工工藝流程:采用粗碎開路,中細碎與第二篩分構成閉路生產20~60mm、5~20mm物料,分別進入成品堆場堆存。篩分分級出的大于60mm物料和級配平衡后多余的40~60mm物料返回中細碎車間破碎,形成閉路循環。部分20~40mm、5~20mm及<5mm物料進入超細碎車間。
反濾砂的加工工藝流程:來自第一篩分的<5mm的物料,以及第二篩分的20~40mm、5~20mm和<5mm的物料,送至超細碎車間,超細碎與第三篩分構成閉路生產<5mm反濾砂,經水洗清除<0.075mm石粉后,進入成品堆場堆存。為了改善反濾砂的級配,降低2~5mm顆粒含量,增加1~2mm顆粒含量,第三篩分車間部分5~10mm的物料送至制砂車間(對輥制砂機)和第四篩分生產<5mm反濾砂,破碎篩分水洗后,進入堆場。
反濾料的摻配工藝:成品堆場的20~60mm、5~20mm、<5mm(反濾砂)各級物料,按一定比例,通過成品堆場底部下料口安裝的調速皮帶秤、廊道皮帶輸送機及相應的計算機控制裝置,可分別進行精確摻配反濾料Ⅰ和反濾料Ⅱ,并通過皮帶輸送機運輸至汽車裝車料倉,轉自卸汽車運輸。系統投產后摻配的反濾料Ⅰ和反濾料Ⅱ的取樣試驗級配見表4和圖5。
表4 反濾料取樣試驗級配表


圖5 反濾料Ⅰ和反濾料Ⅱ取樣試驗級配曲線
a—反濾料Ⅰ上包絡線;b—反濾料Ⅰ下包絡線;c—反濾料Ⅱ上包絡線;d—反濾料Ⅱ下包絡線;e—反濾料Ⅰ取樣曲線;f—反濾料Ⅱ取樣曲線
本加工系統摻礫料和反濾料的級配料采用干法生產,反濾砂采用濕法生產。
4 主要設備選型與配置
4.1 設備的選型原則
(1)設備的選型應充分考慮設備可靠性、匹配性、經濟性,設備的類型、規格、數量滿足流程的需要和產品質量、數量的需要。
(2)選用的破碎設備應適應工程的原料巖性特點,并滿足給料粒徑的要求,其生產能力、粒度特性滿足工藝和質量要求。
(3)上、下道工序選用的設備負荷應均衡,同一作業的設備盡可能選用相同規格型號及同一廠商的設備,以簡化機型,便于維修。
(4)為提高加工系統的運行可靠性,系統的關鍵設備應選用技術先進、質量可靠、生產工效高、成熟耐用的加工設備,盡量選用在其他大型類似工程已應用,并取得成熟經驗的設備。
(5)盡量選用便于操作、工作可靠、節省投資、能耗低,以及能降低運行損耗費用的設備。
4.2 主要設備選型與配置
(1)粗碎設備:選用1臺PE900×1200型顎式破碎機,用于處理渣場回采的粒徑小于900mm的毛料,單臺處理能力450t/h(排料口175mm)。高配160kW的電機。經測試,破碎砂板巖的實際處理能力達到620t/h(排料口200mm),設備負荷率約85%。
(2)中細碎設備:配置兩臺NP1315型反擊式破碎機(發包人提供的設備),用于破碎粗碎后>100mm物料及部分20~100mm物料,單臺處理能力350t/h,設備負荷率約71%。
由于在系統設計前未對砂板巖做磨蝕試驗,雖然巖石的平均抗壓強度不高,但磨蝕系數很大,導致反擊式破碎機的板錘在運行中磨損快,需要經常更換,造成生產成本增加。
系統試生產階段,在半成品料場出料皮帶機后安裝了1臺PYB1750圓錐式破碎機,經圓錐式破碎機破碎后的物料送入中細碎與第一篩分閉路生產摻礫料及反濾料的級配料,中細碎反擊式破碎機僅承擔級配平衡后部分60~100mm物料的破碎。
根據目前系統設備運行情況,對于磨蝕系數大的砂板巖,中細碎設備不適合采用反擊式破碎機。
(3)超細碎設備:配置兩臺CH-PL860E型立軸式沖擊式破碎機,單臺處理能力300~400t/h,設備負荷率約70%,用于生產<5mm物料。
慶大河反濾料及摻礫料加工系統系國內水電工程首次采用砂板巖生產級配要求高的反濾料(反濾料Ⅰ中<2mm粒徑含量達70%)。為了調整反濾砂的級配和控制反濾砂的質量,系統在試生產階段采取了兩項措施:①增加了制砂車間和第四篩分車間,配置了兩臺對輥制砂機、兩臺圓振動篩和1臺螺旋分級機,來調整反濾砂的級配,增加反濾砂的產量;②改變第三篩分車間圓振動篩下層篩網篩孔尺寸,以提高振動篩篩分效率。
制砂設備:配置兩臺SLZ850型對輥制砂機,單臺處理能力60~150t/h,設備負荷率約75%。該對輥制砂機主要由軋輥、軋輥支撐軸承、壓緊和調節裝置以及驅動裝置等部分組成。兩輥輪分別以鍵固定在兩轉軸上,軸兩端各有一組軸承支撐,固定輪用螺栓固定在機架上,活動輪則裝有安全彈簧和滑動軸承盒;兩輥輪之間裝有楔形或墊片調節裝置,調節對輥制砂機的出料粒度;對輥制砂機驅動機構是兩臺或單臺電動機,通過聯軸器的軟連接帶動軋輥,按照相對方向運動旋轉。在破碎物料時,物料從進料口通過輥輪,經碾壓面破碎,破碎后的成品從底架下面排出。對輥制砂機安裝維修方便,出料粒度調節容易,制砂能耗低。
(4)篩分設備:第一篩分配置兩臺3YKR2460H型圓振動篩(篩孔100mm、60mm、5mm),單臺處理能力120t/h,設備負荷率約83%。第二篩分配置兩臺2YKR2460H型圓振動篩(篩孔60mm、40mm),兩臺2YKR2460型圓振動篩(篩孔20mm、5mm),單臺處理能力120t/h,設備負荷率約83%。第三篩分配置4臺2YKR2460型圓振動篩(篩孔10mm、3.5mm),單臺處理能力50t/h,設備負荷率約80%。第四篩分配置兩臺1YKR2460型圓振動篩(篩孔3.5mm),單臺處理能力50t/h,設備負荷率約80%。
(5)反濾料精確摻配系統:由料倉下部廊道內的10臺TDG-150型調速皮帶秤、兩條廊道帶式輸送機和PLC控制系統組成,每臺調速皮帶秤的稱重能力為150t/h,系統反濾料Ⅰ的摻配能力為350t/h,反濾料Ⅱ的摻配能力為500t/h。
本摻配系統是以調速皮帶秤為執行機構的計算機控制的多種料動態連續配料系統,也是國內水電工程的首創應用。該系統通過上位計算機實現對調速皮帶秤的聯動控制,當其中一種物料缺失時,其他物料自動停止,保證配料比例的精確度,確保反濾料的摻配質量,反濾料的摻配合格率在99%以上;系統具有良好的人機界面,直觀地顯示出生產過程的工藝流程及各被控設備的參數,便于操作人員監視和調整生產中的各種工藝參數,提高生產效率。
(6)廢水處理系統選用了1臺XS-12-500型細砂回收裝置,處理能力為100~220m3/h;配置了兩臺XMYFZ500/1500-UB型板框式壓濾機,每臺過濾面積為500m2,基本滿足濕法制砂產生的廢水的處理。
慶大河反濾料及摻礫料加工系統的主要工藝設備配置見表5。
表5 加工系統主要工藝設備配置表

5 結語
(1)慶大河反濾料及摻礫料加工系統工藝設計合理,利用砂板巖生產的反濾料及摻礫料符合設計顆粒級配要求。
(2)系統投產后的產能測試結果表明,系統成品料總生產能力為617.73t/h,其中摻礫料304.06t/h,反濾砂130.7t/h,5~20mm物料76.4t,20~60mm物料106.57t。
根據反濾料Ⅰ和反濾料Ⅱ的摻配比例計算,20~60mm、5~20mm物料及反濾砂的產能滿足摻配反濾料Ⅰ和反濾料Ⅱ的設計生產能力。
(3)摻配后的反濾料Ⅰ和反濾料Ⅱ的級配能否滿足設計級配要求,關鍵要控制反濾砂的質量。在系統生產過程中,隨時抽樣檢測反濾砂的級配,反濾砂中0.075mm的顆粒含量按小于5%控制,并且<2mm粒徑實際含量達90%以上,才能摻配出符合級配要求的反濾料Ⅰ和反濾料Ⅱ。