龙开口水电站筹建期砂石加工系统工艺及布置优化

张 斌,韦仕鸿,邓红梅

(中国水利水电第七工程局有限公司第五分局,四川彭山 620860)

1 工程概况

龙开口水电站位于金沙江中游,云南省大理州与丽江市交界的鹤庆县中江乡龙开口村河段上,电站装机规模为1 800 MW,是金沙江中游河段规划的第6个梯级电站。

筹建期砂石加工系统布置在坝址上游右岸附近。前期主要承担场内交通、大临设施、导流明渠、厂房临时围堰等混凝土所需粗细骨料生产,后期承担坝基开挖利用料加工,作为主体工程砂石加工系统的补充。骨料料源主要为坝基开挖利用料,为满足前期砂石加工料源需要,在筹建期石料场开采石料进行补充。岩性均为玄武岩(其饱和抗压强度为133 MPa～179 MPa),系统需承担骨料加工的混凝土总量约120×104m3,其中料源为开采料约20×104m3,料源为回采料约100×104m3。加工系统按满足混凝土高峰时段浇筑强度5.0×104m3/月,喷混凝土高峰时段月平均强度约0.2×104m3及浆砌石高峰时段月平均强度约2.5×104m3等进行设计。

2 原砂石加工系统工艺简介

系统主要由粗碎、半成品料堆、第一筛分、中(细)碎、制砂调节料堆、制砂、第二筛分、成品料堆、供水系统、废水处理系统、供配电系统等组成。系统毛料处理能力为450 t/h,成品骨料生产能力为356 t/h,其中成品砂生产能力为140 t/h。

2.1 原系统设计工艺流程

砂石系统毛料处理能力为450 t/h,粗碎车间安装1台JM1108HD颚式破碎机和1台PE900×1200、中碎车间只安装1台H6800EC圆锥破碎机、细碎车间安装1台H4800MC圆锥破碎机、第一筛分车间安装4台2YKR2052圆振动筛形成筛分楼、超细碎车间安装1台PL9500和1台B9100、第二筛分车间安装4台2YKR2052圆振动筛(采用钢编织筛网)、棒磨机车间只安装1台MBZ2136棒磨机。

运行时筹建期玄武岩料场开挖的有用料由20T自卸汽车运输至粗碎车间,进行破碎加工,棒条振动筛ZSW600×30筛下物(＜80 mm的骨料)就直接经J1、J2胶带机进入半成品料场。粗碎车间布置1台JM1108HD颚式破碎机和1台PE900×1200、2台ZSW600×130棒条给料机。

半成品料场出来的骨料经J4、J5胶带机进入中碎车间,经中碎车间H6800EC圆锥破碎机处理后,经J6胶带机进入第一筛分车间。

经第一筛分分级出＞80 mm和80 mm～40 mm多余部分骨料由J7、J11胶带机进入细碎车间;80 mm～40 mm部分由J8胶带机出成品料。＜40 mm的骨料进入第一筛分下层筛继续筛分,20 mm～40 mm部分由J9、J13胶带机出成品料;20 mm～40 mm多余部分和5 mm～20 mm的骨料由J10、制砂脱水筛、J15胶带机进入超细碎制砂车间调节料场。＜5 mm的细骨料进入螺旋洗砂机搓洗后经脱水筛脱水输向成品砂仓。细碎车间布置1台H4800MC圆锥破碎机,破碎后再次进入第一筛分车间分级。第一筛分车间布置2组4台圆振动筛,上层布置2台2YKR2052圆振动筛(筛网分别为80 mm、40 mm),下层布置2台2YKR2052圆振动筛(筛网分别为20 mm、5 mm),制砂脱水车间布置1台ZKR2052直线振动筛。

超细碎调节料仓布置2条出料廊道,骨料由廊道给料机出料经J16、J17进入超细碎车间,超细碎车间布置 1台 B9100和1台PL9500立轴冲击式破碎机。冲击破碎机出来的骨料经J18、J19进入第二筛分车间。第二筛分车间采用干法生产,布置4台2YKR2052圆振动筛,3组筛筛孔分别为20 mm、5 mm,上游侧1台筛筛孔调整为10 mm、5 mm,分级出＞20 mm骨料和部分5 mm～20 mm骨料经 J20、J22返回到超细碎调节料仓,这样第二筛分车间和超细碎车间形成闭路循环。部分5 mm～20 mm经 J21、小石冲洗筛、J23胶带机进入成品小石料堆;上游侧1台筛部分5 mm～10 mm骨料由振动筛下料溜槽经J24-1、米石冲洗筛、J24胶带机进入成品米石料堆。下游侧1台筛部分5mm～20 mm骨料由振动筛经J26胶带机进入棒磨机车间进行制砂,进行调节砂的细度模数。第二筛分车间分级出的＜5mm的细骨料经J21-1胶带机过直线振动筛后输向成品砂仓,根据需要可以进入成品常态混凝土砂堆场,也可以进入碾压混凝土砂堆场。小石冲洗车间布置1台YKR1230圆振动筛,米石冲洗车间布置1台YKR1230圆振动筛,砂子直线振动筛选用1台ZKR1445。

棒磨机料仓出来的骨料经J27、J28胶带机进入棒磨机车间,棒磨机制砂后经FC-12螺旋分级机由ZKR1230脱水筛脱水后进入成品常态混凝土砂堆场或碾压混凝土砂堆场。在系统成品料场的粗细骨料由经廊道出料胶带机J33～J36到装车仓进行装车。

第一筛分车间、小石和米石冲洗筛分车间、棒磨机制砂车间等产生的废水进入石粉回收车间,该车间布置 1台ZX-200/φ 300石粉回收装置,回收的石粉根据需要掺入成品砂中。经石粉回收处理后的废水进入系统沉淀池,经沉淀后表层清水进入小型清水池,由水泵抽至高效快速澄清器处理后进入系统清水池循环使用。

系统工艺采用“三段破碎(粗碎、中碎和细碎)[1]、立轴冲击破制砂为主,棒磨机制砂为辅的联合制砂”。经粗碎、中细碎后出成品大石和中石,经超细碎整形后出成品小石和米石,立轴冲击破制砂为主,棒磨机制砂为辅的联合制砂。

人工制砂的典型流程分三种:第一种棒磨机制砂工艺;第二种是超细碎破碎机制砂工艺;第三种是以超细碎破碎机制砂为主,棒磨机调整细度模数的制砂工艺[2]。本系统破碎加工的玄武岩用立轴制砂时成砂率低、砂的细度模数偏高、石粉含量低的特点,制砂采用了立轴冲击破制砂为主,棒磨机制砂为辅的联合制砂工艺。

从工艺中可看出,该系统原方案全部采用单线生产,加工工艺为单线路流程,若系统在任何一个部位出现问题,整个系统将面临全面停产,系统保障性有待提高。

2.2 原系统平面布置图

系统场地附近从河流至山坡方向的规划依次是:河流、堆玄武岩弃渣的河滩(也是毛料来源地)、筹建期砂石加工系统、上坝公路。原系统平面布置的粗碎车间布置在上坝公路侧,而与加工料源的回采也不在砂石加工系统同一侧,系统详细布置见图1。毛料运输车辆要穿过整个砂石加工系统,毛料重车上坡、空车下坡、运距较远,毛料运输成本较高;另外,在运输生产过程中,毛料运输车倒料与上坝公路运输车辆有施工干扰。

2.3 主要特点及不足之处

(1)粗碎车间2台破碎机共用一条出料胶带机,单线生产。一旦出料胶带机出现故障,整个粗碎车间都不能运行,保障率不高。如采用两条出料胶带机,双线生产,将有效地提高设备运行效率和系统运行的保障率。

(2)砂石系统供应成品骨料项目工程比较多,因此,成品骨料采用胶带机上料、装车仓装车的方式进行供料。

(3)砂石加工系统布置总面积相对较小、布置的破碎筛分车间多、胶带机数量众多,系统设备安装难度大、运行期检修难度大。

3 系统工艺、平面优化后的情况

3.1 优化后系统设计工艺流程简图

为了提高砂石加工系统生产可靠性和保障率,将原工艺流程中的单条生产线改为双线,相应的粗碎车间原有的1条出料胶带机改为2条出料胶带机,中碎车间由原来的的1台H6800EC圆锥破碎机改为总生产能力相同的2台GP200S圆锥破碎机,将系统的主要车间由单线改为双线。

从工艺中可看出,该系统的粗碎车间可以单线加工也可以双线同时生产,加工工艺为单线路流程,无弃料,毛料利用率高,从而使系统能灵活生产。

本系统针对玄武岩破碎后小石针片状含量偏高的特点,如江口水电站人工砂石系统所做的溪洛渡玄武岩生产性试验数据:给粗碎(布置1台颚式破碎机和1台旋回破碎机)和中碎车间后(中碎布置液压圆锥破碎机HP400)加工玄武岩时,破碎后5 mm～20 mm骨料针片状含量为 35.2%[3],超过了规范要求的15%[4]。所以在工艺中经粗碎、中细碎后不出成品小石(5 mm～20 mm),成品小石经过立轴冲击破整形后出成品骨料。

由于本系统所破碎的毛料岩石为玄武岩,而用玄武岩制砂时,成砂率低,石粉含量很少。根据工程的骨料需求情况,系统制砂超细碎立轴冲击破碎机制砂为主,棒磨机调整砂的细度模数为辅的制砂工艺。冲击破、棒磨机二种设备轧制出的＜5 mm骨料和石粉回收车间回收的石粉灵活掺和,生产常态混凝土用砂(其细度模数为2.4～2.8,石粉含量为6%～18%[4])和碾压混凝土用砂(其细度模数为2.2～2.9,石粉含量为10%～22%[5])。棒磨机车间主要破碎的粒径为3 mm～5 mm的粗颗粒,作用是调节成品砂的细度模数。

上述方法可以使成品砂灵活掺和,更方便灵活地生产出常态混凝土用砂和碾压混凝土用砂。同时石粉回收车间回收部分石粉,根据需要灵活地掺入成品砂中。

图1 原系统平面布置图

3.2 优化后系统平面布置

系统平面布置图把系统平面整体上分为3大平台,但可根据现场实际情况及设备基础要求另外分为不同高程,主要车间布置于EL1265～EL1262平台上(原状土上),成品料场及骨料称量系统布置于EL1258平台上,水处理系统布置于EL1258平台。优化后筹建期砂石加工系统平面布置详见图2。

系统布置相当紧凑,便于集中运行管理。根据本系统用电负荷分布及系统所处地理位置,系统共设置3个配电室和1个集中控制室。其中1#配电室控制粗碎生产,2#配电室控制中、细碎生产,同时生产大石及中石,3#配电室控制超细碎生产(制砂系统)。这三部分的运行相互 独立,互不干扰,根据需要可单独运行其中任一部分,这使系统生产具有较大的灵活性,同时也使系统能分部检修维护,系统在一部分出现故障时别的部分可照样运行,不会使整个系统全部瘫痪,可减小部分故障对整个工程进度的影响。

3.3 系统优化后的特点

项目部于2007年11月进场根据系统原工艺流程和平面布置要求,在保证系统产量不变、产品质量不变以及系统主要设备不变的情况下,对本砂石加工系统的工艺进行了优化,同时对平面布置进行了调整。工艺优化、布置调整的部分及其优点如下:

(1)针对粗碎车间出料胶带机由单线改为双线,一条线上的胶带机或破碎机出现故障,另一条线的破碎机和胶带机还能继续运转,并且每台破碎机的出料都能同时从两条胶带机运输至半成品料堆。这样既增加了系统运行的保障率,又能提高设备的运行效率。

(2)在平面布置上增加了中碎料仓。因为半成品料堆的骨料经胶带机直接上了中碎车间,由于中碎设备布置2台破碎机而上料胶带机是单线,为保证骨料能均匀进入破碎机,使破碎机的利用功效更高,增加一个料仓可以大大提高设备生产效率。

(3)将超细碎车间的3台设备都采用单线上料,并且布置在同一平面上,这样可灵活调整成品料的生产量及各种骨料的级配,避免不必要的浪费。同时,专门用1台设备来生产小石。这样既不影响成品小石的质量,减少了平面布置难度。

(4)供水系统的低位水池及废水处理系统改布置在粗碎车间和半成品料堆之间,废水处理后就近排至上游的龙水青沟内。这样布置既缩短供水管路长度,减少废水排水沟工程量,也减少了运行期清淤工程量。

(5)针对成品砂堆场和5#弃渣场之间的道路,根据现场实际情况,将道路改到粗碎车间外侧(靠河侧),不再从系统内部穿过,有利于系统运行安全。

(6)经业主、监理同意,项目部将粗碎车间移位至弃渣道路的外侧与毛料回采场同侧,这样大大减少毛料运输成本,产生显著的经济效益。

图2 系统优化后的平面布置图

4 结 论

砂石加工系统投标时较多采用自带设计方案投标,投标阶段做施工组织设计的有效时间短,同时施组设计时系统工艺平面及结构设计、工程量计算、施组编制等工作量大,对系统工艺及平面布置很难做到充分的优化设计。一旦中标,对原投标阶段的加工工艺、平面布置及结构设计的优化就显得尤其重要。通过本次加工系统优化设计主要有以下经验值得借鉴:

(1)为保证成品骨料产品质量,针对特定的毛料岩性,需特定的加工工艺。如本系统破碎加工的岩石毛料是玄武岩,其抗压强度高、制砂率较低的特点,系统制砂工艺就采用了石打石立轴冲击破碎机、高速石打铁立轴冲击式破碎机和棒磨机3种设备联合制砂,灵活调节,以满足系统成品砂质量要求。系统优化时尤其要考虑该系统破碎加工的毛料特性。

(2)砂石系统工艺优化时主要考虑提高砂石系统生产保障率,各主要车间破碎机、筛分机包括其进、出料胶带机,能布置双线的尽量布置成双线。这样布置即使有1台设备出了故障同车间的另1台设备还可以继续生产,提高了系统的保障率,如果电站成品骨料需求量较小时,系统还可以只运行其中一条生产线,还可以节约运行费用。

(3)砂石加工系统平面布置优化时主要考虑:一是要更有利于系统运行检修方便,二是更有利于降低运行成本。如本系统平面布置优化后各主要破碎筛分车间都布置了检修通道,极大地方便了运行时的设备维护和检修。通过本次系统平面布置优化,调整了粗碎车间的位置,毛料运距缩短了由优化前的1.5 km变为优化后的0.5 km,产生了显著的经济效益。

[1] 康世荣,陈东山.水利水电工程施工组织设计手册(第4卷)辅助企业[M].北京:中国水利水电出版社,1997:88-88.

[2] 周世明,刘玉山,江秋萍,等.水利水电工程施工手册(第3卷)混凝土工程[M].北京:中国电力出版社,2005:115-118.

[3] 方 鉴,李裕营.破碎设备造型及工艺考虑[C]//孙洪水,阮光华,等.中国水利水电工程首届工程施工系统与装备技术交流会交流文集(下).北京:中国水力发电工程学会施工机械化专业委员会,2006:89-89.

[4] DL/T 5144-2001.水工混凝土施工规范[S].北京:中国电力出版社,2002:13.

[5] DL/T 5112-2000.水工碾压混凝土施工规范[S].北京:中国电力出版社,2001:12.