老撾南坎2水電站砂石加工系統(tǒng)的設(shè)計與研究

尹 斌， 李 陽

(中國水利水電第十工程局有限公司 國際公司，四川 成都 610072)

1 概 述

南坎2水電站位于老撾瑯勃拉邦省東南方向約30 km的南坎河與湄公河匯合口上游68 km處，為二等工程，工程規(guī)模為大(2)型。壩址以上流域面積為5 167 km2，壩址多年平均流量為67 m3/s。水庫正常蓄水位高程475 m，相應(yīng)總庫容6.862億m3，死水位高程465 m，調(diào)節(jié)庫容2.291億m3，電站裝機(jī)容量為130 MW。

該項目砂石加工系統(tǒng)的主要任務(wù)是向樞紐工程和導(dǎo)流工程混凝土澆筑提供砂石骨料，以生產(chǎn)二級配、三級配混凝土粗細(xì)骨料為主，同時可生產(chǎn)部分噴混凝土用細(xì)石料。該項目主體工程混凝土總量約為250.46萬m3，共需制備成品砂石料總量551萬t。

2 設(shè)計原則

(1)為確保施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，砂石系統(tǒng)的設(shè)計遵循加工工藝先進(jìn)可靠，成品砂石質(zhì)量符合規(guī)范要求，砂石生產(chǎn)能力滿足工程需要的原則。

(2)針對工程混凝土高峰澆筑強(qiáng)度持續(xù)時間較長和混凝土澆筑的不均衡性，砂石系統(tǒng)的設(shè)計需具有足夠生產(chǎn)能力的加工設(shè)備。

(3)針對主體工程混凝土在不同時段具有不同的混凝土澆筑級配，砂石系統(tǒng)的工藝流程和設(shè)備配置應(yīng)具有較強(qiáng)的靈活性和級配調(diào)整能力，滿足不同工況時產(chǎn)品級配的平衡要求。

(4)為提高砂石系統(tǒng)長期運行的可靠性，砂石系統(tǒng)加工的關(guān)鍵設(shè)備需采用國內(nèi)外知名廠家制造的產(chǎn)品并具有生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)、制造工藝成熟、產(chǎn)品性能優(yōu)良、產(chǎn)品質(zhì)量可靠、材質(zhì)堅韌耐磨、使用高效節(jié)能的優(yōu)勢。

(5)人工砂的生產(chǎn)工藝釆用以破碎制砂為主、棒磨機(jī)制砂為輔的工藝措施。

(6)充分利用地形地貌特點,使總體布置緊湊、合理。

3 料場特性及關(guān)鍵工藝選擇

項目部根據(jù)所獲得的資料得知：石料場巖性為三疊系上統(tǒng)上段第一層深灰色、灰色微～細(xì)晶灰?guī)r及炭質(zhì)灰?guī)r夾少量鈣質(zhì)板巖。弱、微風(fēng)化灰?guī)r濕抗壓強(qiáng)度一般為53.7～85.6 MPa，平均值為65.12 MPa，干抗壓強(qiáng)度一般為58.4 ～98.6 MPa，平均值為82.08 MPa。

砂石系統(tǒng)需要處理的毛料抗壓強(qiáng)度較低，粗中碎選用破碎比大的反擊式破碎機(jī)，可有效減少系統(tǒng)運行期的耗能，減少項目運行成本。

針對灰?guī)r料源，立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)(巴馬克)以制砂為主，輔以常規(guī)棒磨機(jī)的制砂工藝具有廣泛的成功經(jīng)驗。立軸式?jīng)_擊破碎采用石打石的工作原理，其設(shè)備磨損少，加工性能優(yōu)越，單機(jī)過流能力大、出砂率高，產(chǎn)品級配合理，細(xì)度模數(shù)適中且穩(wěn)定，產(chǎn)品粒形方正，質(zhì)量可靠。

為保證細(xì)骨料石粉含量滿足規(guī)范要求，混凝土用砂采用濕法生產(chǎn)。相較于干法和半干法，濕法生產(chǎn)出來的骨料砂子表面清潔，觀感性好，質(zhì)量較好，能有效控制粉塵污染，同時其最重要的是能有效控制砂中石粉的含量，保證細(xì)骨料的生產(chǎn)質(zhì)量。

4 系統(tǒng)規(guī)模

(1)成品砂石料月需要量。砂石加工系統(tǒng)設(shè)計的生產(chǎn)規(guī)模按滿足混凝土高峰月澆筑強(qiáng)度10.5萬m3計，成品砂石料月需要量為：

Q1=QmcA=10.5×2.2=23.1(萬t/月)

式中Q1為成品砂石料月需要量；Qmc為混凝土高峰月澆筑強(qiáng)度；A為每m3混凝土的砂用量。

其中成品大石(粒徑40～80 mm)：3.003萬t/月，成品中石(粒徑20～40 mm)：5.89萬t/月，成品小石(粒徑5～20 mm)：5.89萬t/月，成品砂(粒徑<5 mm)：8.316萬t/月。

(2)砂石加工系統(tǒng)的月處理能力[1]。

Qm=Q1[(1-γ)/η1+γ/η2]

=23.1×[1-0.36]/0.85+0.36/0.8]

=27.8(萬t/月)

式中Qm為砂石加工系統(tǒng)月處理能力；γ為砂率；η1為計入開采、加工、運輸?shù)葥p耗后的粗骨料成品率；η2為計入開采、加工、運輸?shù)葥p耗后的細(xì)骨料成品率。

(3)砂石加工系統(tǒng)小時處理能力。

Qh=Qm/(MN)=27.8 /(25×14) ×1 000

=795(t /h)

式中Qh為砂石加工系統(tǒng)小時處理能力；M為月工作日數(shù)，取25 d；N為日工作小時數(shù)，取14 h。

由以上數(shù)據(jù)可得，該砂石加工系統(tǒng)小時處理能力按800 t/h設(shè)計能夠滿足施工需要。

(4)各級骨料的生產(chǎn)強(qiáng)度。加工系統(tǒng)的小時生產(chǎn)能力為700 t/h，根據(jù)工程需要各級骨料的生產(chǎn)強(qiáng)度為：

砂(粒徑〈5 mm)：

Q砂=71×36%=252(t/h)

小石(粒徑5～20 mm)：

Q小=700×25.5%=178.5(t/h)

中石(粒徑20～40 mm)：

Q中=700×25.5%=178.5(t/h)

大石(粒徑40～80 mm)：

Q大=700×13%=91(t/h)

5 工藝流程

(1)破 碎。破碎采用粗碎、中碎和細(xì)碎三段破碎工藝，其中粗碎和中碎開路生產(chǎn)，細(xì)碎為閉路循環(huán)生產(chǎn)。各段破碎的粒徑范圍及破碎比見表1。

表1 各段破碎的粒徑范圍及破碎比表

粗碎選用2臺諾德伯格NP1313反擊式破碎機(jī)，用于處理采石場開采的毛料。

中碎選用2臺諾德伯格NP1315反擊式破碎機(jī)，用于處理預(yù)篩分后粒徑大于80 mm和部分粒徑為40～80 mm的多余石料。

細(xì)碎選用1臺諾德伯格NP1315反擊式破碎機(jī)，用于處理成品篩分后部分粒徑大于40 mm的石料。

(2)制 砂。該砂石系統(tǒng)制砂工藝以目前國際先進(jìn)的B9100立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)(巴馬克)制砂為主[2]，輔以常規(guī)的棒磨機(jī)(MBZ2136)制砂進(jìn)行調(diào)節(jié)，制砂料源主要利用篩分分級滿足成品碎石需用量后多余的部分粒徑為5～20 mm的石料及篩分樓產(chǎn)出多余的粒徑為1.2～5 mm的粗砂。

(3)篩分沖洗。該系統(tǒng)共設(shè)預(yù)篩分、成品篩分、立軸破篩分三種篩洗工藝。工藝流程見圖1。

6 主要設(shè)備的選型與配置

6.1 選型原則[3]

圖1 工藝流程圖

(1)為提高砂石系統(tǒng)長期運行的可靠性，砂石系統(tǒng)加工的關(guān)鍵設(shè)備采用技術(shù)領(lǐng)先、質(zhì)量可靠、單機(jī)生產(chǎn)能力大、使用經(jīng)驗成熟的國際先進(jìn)設(shè)備；

(2)設(shè)備生產(chǎn)能力、產(chǎn)品粒度滿足工藝和質(zhì)量要求，并能適應(yīng)混凝土級配的變化；

(3)盡量選用相同規(guī)格型號的設(shè)備，以簡化機(jī)型，方便維修；

(4)盡量選用便于操作，工作可靠，節(jié)省投資、能耗及其它消耗低以及能降低運行管理費用的設(shè)備。

6.2 設(shè)備的選型與配置

(1)粗碎車間。根據(jù)粗碎車間的處理量不小于800 t/h的要求，粗碎選用2臺諾德伯格C120鄂式破碎機(jī)，用于處理采石場開采的毛料。破碎機(jī)進(jìn)料口尺寸為1 000 mm×760 mm，電機(jī)功率為160 kW，當(dāng)緊邊排料口尺寸最小設(shè)置為150 mm時，單臺破碎機(jī)的處理能力為340～475 t/h。在受料平臺選配了2臺ZSW1560型號的振動給料機(jī)，其最大處理能力為400～750 t/h.功率為37 kW。

(2)預(yù)篩分車間。預(yù)篩分車間選用1臺型號為2KYRH3075、具有二層篩的圓振動篩，生產(chǎn)能力為600～1 824 t/h，功率為55 kW。在半成品料倉配置了3臺型號為GZ500的振動給料機(jī)給料；同時配置了一臺2XLZ914洗石機(jī)，處理能力為200 t/h,，功率為60 kW。

(3)中、細(xì)碎。中、細(xì)碎車間的處理量分別為557 t/h、256 t/h，中碎選用2臺諾德伯格NP1315反擊式破碎機(jī)，細(xì)碎選用1臺諾德伯格NP1315反擊式破碎機(jī)。中碎破碎機(jī)當(dāng)緊邊排料口尺寸最小設(shè)置為60 mm時， 單臺破碎機(jī)的處理能力為300～400 t/h。中碎破碎機(jī)當(dāng)緊邊排料口尺寸最小設(shè)置為25 mm時，單臺破碎機(jī)的處理能力為200～300 t/h。

(4)第二篩分車間。選用4臺型號為3YKR3075的破碎機(jī)、具有三層篩的圓振動篩，篩孔尺寸為5～40 mm，生產(chǎn)能力為800～1 200 t/h，功率為30 kW。

(5)制砂設(shè)備。制砂車間的巴馬克、棒磨機(jī)處理量為639 t/h、26 t/h，制砂設(shè)備配備了2臺巴馬克B9100立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)和1臺MBZ2136棒磨機(jī)。巴馬克B9100立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)的單機(jī)過流能力為300～450 t/h，其產(chǎn)砂量為80～100 t/h，MBZ2136棒磨機(jī)的制砂量為40～60 t/h。

(6)第三篩車間。選用四臺型號為3YKR3075的破碎機(jī)、具有三層篩的圓振動篩，篩孔尺寸為3～15 mm，生產(chǎn)能力為800～1 200 t/h，功率為30 kW。同時配置了四臺型號為FC15的洗砂機(jī)，功率為11 kW。

7 生產(chǎn)廢水處理及回收系統(tǒng)的設(shè)計

該系統(tǒng)的供水工程主要供應(yīng)砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)過程中的砂石骨料沖洗、設(shè)計防塵用水等。設(shè)計最高用水量為800 m3/h。

系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水與雨水采用分流制的排水方式。篩分及制砂車間的廢水經(jīng)獨立的排水系統(tǒng)匯集自流到水處理車間，而其它廢水和水回收車間在工作過程中產(chǎn)生的排污水匯合、在達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后經(jīng)排水溝排至河道。

廢水處理工藝流程[4]：篩分系統(tǒng)等各類沖洗廢水經(jīng)排水溝匯集后經(jīng)輻流式沉淀池初步沉淀，當(dāng)通過斜管式沉淀池處理后的廢水達(dá)到SS≤50 mg/L要求后通過水泵抽至高位水池、達(dá)到生產(chǎn)用水循環(huán)利用的目的。

(1)輻流式沉淀池。砂石系統(tǒng)污水處理的預(yù)沉淀采用鋼筋混凝土輻流式沉淀池，其設(shè)計流量Q=800 m3/h；停留時間為1 h；外形尺寸為16 m×4 m；表面負(fù)荷為4 m3/(m2·h)。

(2)斜管式沉淀池。采用異向流斜管式沉淀池結(jié)構(gòu)，蜂窩斜管為φ25六角型硬質(zhì)PVC蜂窩管。排泥方式為泵吸、虹吸兩用吸泥桁車排泥。按出水濁度為50 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)，沉淀池有效凈水面積為66.67 m2，結(jié)合排泥桁車的規(guī)格尺寸，將沉淀池的池體外框尺寸設(shè)計為10 000 mm×

8 000 mm，池體高度為4 000 mm。

8 系統(tǒng)貯倉、堆場的布置與設(shè)計

為滿足系統(tǒng)生產(chǎn)連續(xù)性要求，在系統(tǒng)內(nèi)分別布置了毛料倉、半成品料倉、篩分、中碎、細(xì)碎、制砂調(diào)節(jié)料倉和成品料倉[5]。

毛料受料倉共兩個，單個存料容積為100 m3，半成品料堆總?cè)莘e約為10 000 m3，可保證粗碎機(jī)生產(chǎn)的連續(xù)性和調(diào)節(jié)性。

篩分調(diào)節(jié)料倉總?cè)莘e為6 000 m3，制砂調(diào)節(jié)料倉總?cè)莘e為6 000 m3，中、細(xì)碎調(diào)節(jié)料倉的體積分別為160 m3和80 m3，起調(diào)節(jié)和均勻供料的作用，以保證篩分機(jī)、制砂設(shè)備和中、細(xì)碎生產(chǎn)的連續(xù)性。

成品料分大石料堆、中石料堆、小石料堆與砂堆，總堆容能滿足混凝土澆筑7 d的調(diào)節(jié)量。其中大石料堆活容積為6 000 m3，中石料堆活容積為12 000 m3，小石料堆活容積為12 000 m3，砂堆活容積為18 000 m3。

成品料倉均設(shè)防雨棚，料倉采用鋼筋混凝土底板并在底板上設(shè)排水孔，以保證成品料含水率穩(wěn)定；在粗骨料料堆均設(shè)有緩降器，以防止碎石骨料發(fā)生再次破碎，確保成品碎石遜徑含量不超標(biāo)。

9 成品砂石料的質(zhì)量指標(biāo)

在該系統(tǒng)工藝設(shè)計中，通過對關(guān)鍵生產(chǎn)工藝的研究，采用了合理的破碎、制砂、篩分和砂處理等生產(chǎn)工藝，對生產(chǎn)過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的環(huán)節(jié)采取了相應(yīng)的改善措施，使所生產(chǎn)的成品砂石料產(chǎn)品質(zhì)量滿足質(zhì)量技術(shù)要求。

10 結(jié) 語

該加工系統(tǒng)粗生產(chǎn)的骨料產(chǎn)品級配合理，產(chǎn)品粒形方正，質(zhì)量可靠，滿足規(guī)范要求。但在實際生產(chǎn)中也遇到了一些問題，如在工藝流程中，為控制砂中石粉的含量，采取了濕法生產(chǎn)制砂工藝，其雖然能保證砂的石粉含量滿足要求，但加大了對廢水處理的難度；同時，砂的石粉含量處于規(guī)范要求的中下限。如果能回收部分石粉并將其摻和到成品砂中，既能保證石粉含量不超標(biāo)，也避免了不必要的浪費，可降低系統(tǒng)的運行成本。