散貨碼頭混礦技改成效及推廣與使用

鐘耀興

（福建可門港物流有限責任公司技術設備部,福建 福州 350000）

福州港羅源灣港區(qū)是《福建省沿海港口布局規(guī)劃（2020—2035年）》中明確提出的“兩集兩散”重要港區(qū)，是福建省重點建設的港區(qū)之一，未來將在羅源灣岸線形成具有散貨吞吐能力2×108t～3×108t的散貨轉運中心[1]。為滿足腹地經(jīng)濟發(fā)展需要，福建可門港物流有限責任公司于2008年開工建設了羅源灣港區(qū)可門作業(yè)區(qū)4#、5#泊位，其中4#泊位為3×105t級散貨卸船泊位，5#泊位為5×104t級散貨裝船泊位。2011年10月建成并投入運營后填補了福建省內大型專業(yè)化散貨碼頭的空白，吞吐量增長較快，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

近年來，可門作業(yè)區(qū)4#泊位年接卸量在3×107t以上，2×105t～3×105t級礦石船到港靠泊已經(jīng)成為常態(tài)化，其載貨量占同年到港鐵礦石運輸船總載貨量的50%以上。另外，為了充分利用可門作業(yè)區(qū)4#泊位優(yōu)質的深水資源、便捷的集疏運輻射條件和保稅堆場的政策優(yōu)勢，2016年起巴西淡水河谷已將可門4#、5#泊位作為重要的礦石混配分銷基地，混礦作業(yè)量呈現(xiàn)逐年遞增態(tài)勢，2018年已完成混礦作業(yè)量3×106t。為了進一步提高混礦作業(yè)量，降低運營成本，以提升企業(yè)經(jīng)濟效益，徹底改變受已有設備安裝條件的限制，特開展混配工藝改造，以實現(xiàn)混配作業(yè)的專業(yè)化、高效化和低成本。

1 原混礦工藝系統(tǒng)情況

技改前可門作業(yè)區(qū)4#、5#泊位工程采用的混礦設備流程和混礦工藝流程，分別如圖1、圖2所示：利用二期堆場BC5D作業(yè)線上的4#堆取料機和BC5E作業(yè)線上的5#堆取料機分別取不同品種的鐵礦石后，通過臂架高精度電子皮帶秤進行實時流量監(jiān)測，控制斗輪取料能力，按混料比例要求進行取料，然后轉運至堆場南側端部的出場流程BC21、BC22帶式輸送機，在#18轉運站卸料至BH1帶式輸送機，拋料至堆場進行臨時堆存。由于受已有布置條件限制，BH1帶式輸送機提升高度較低，從輸送機機頭卸料點至地面高度僅6.5 m，自然拋料形成圓錐形料堆容量僅約80 m3，料堆物料總噸數(shù)為200 t，按照1 500 t/h計算，料堆8 min即可堆滿，儲存能力非常小，需要及時通過裝載機裝卡車轉場，如果生產(chǎn)轉運環(huán)節(jié)稍有問題，就要采取停流程才可以解決料堆滿出的問題；裝載機裝車、汽車轉場、鉤機堆高等流程，現(xiàn)場車水馬龍、揚塵滿天，現(xiàn)場管理工作必須要非常精細，流程要非常一致，對各流動機械司機管理要很到位。這樣一來，導致混配效率低，管理和運營成本高，環(huán)保壓力大，安全管理難等問題的出現(xiàn)。流程設備需進行頻繁啟動或空轉，導致系統(tǒng)運行能耗高，進而造成總體混礦效率較低，平均能力僅為1 500 t/h，使得混礦作業(yè)量難以充分發(fā)揮。

圖1 原混礦設備流程

圖2 原混礦工藝流程

2 混礦工藝改造方案及工藝流程

2.1 混礦工藝改造方案確定

可門作業(yè)區(qū)4#、5#泊位混礦工藝改造工程主要思路是想通過增加1臺堆取料機，利用現(xiàn)有工藝設備流程，將原先由汽車轉場，堆載機堆高的人工操作過程改造為斗輪堆取料機械操作，從而減少混礦過程的人為干預，提高混礦效率，降低能耗和污染，有效管控安全風險。根據(jù)現(xiàn)有的工藝流程（見圖3），改造位置應該放在BC20頭部，物料流至3#堆取料機上比較合理。主要考慮因素：需要混礦原料的保稅堆場在二期，采用3#堆取料機對其他的生產(chǎn)流程影響最小。

圖3 可門作業(yè)區(qū)工藝流程

2.2 混礦工藝改造后的工藝流程

技改后在二期堆場BC5D作業(yè)線上的4#堆取料機和BC5E作業(yè)線上的5#堆取料機分別取不同品種的鐵礦石后，通過臂架高精度電子皮帶秤進行實時流量監(jiān)測，司機操作控制斗輪取料能力，按混料比例要求進行取料，然后轉運至堆場北側端部的出場流程BC19、BC20帶式輸送機。原BC20帶式輸送機在2#轉運站內直接落料給BC12帶式輸送機，進行出場裝船作業(yè)流程。現(xiàn)對BC20帶式輸送機頭部區(qū)域進行改造[2]，將原布置在2#轉運站內二層的頭部卸料點改造布置至三層，把卸料點提高7.65 m，而驅動裝置保持不變[3]，另外增設爬高鋼廊道，在三層的頭部卸料點處增加三通分叉裝置，從而實現(xiàn)在混礦作業(yè)時，BC20帶式輸送機上的物料轉卸至堆場BC5C帶式輸送機，進而通過3#堆取料機進入堆場105/106堆存（見圖4、圖5）；裝船作業(yè)時，BC20帶式輸送機上的物料保持原裝船流程設計，直接可轉卸至裝船流程上的BC12帶式輸送機，進而至裝船碼頭。

圖4 技改后混礦設備流程

圖5 技改后混礦工藝流程

2.3 輸送機改造方案

在改造過程中，BC20帶式輸送機原頭部驅動裝置保持不變，只需增加和提高機頭部卸料裝置，以減少不必要的工程改造及資金投入。因此，輸送機回程帶面支架仍保留在原有混凝土廊道內，只把皮帶輸送面部分提高（見圖6、圖7）。BC20帶式輸送機頭部卸料點由2#轉運站二層改造至三層后，提升高度為7.65 m，經(jīng)核算[4]，電機和減速機的功率可以滿足原5 000 t/h輸運量的要求。只需對輸送機的膠帶承載面進行改造，在原BC20混凝土結構廊道上設置鋼結構封閉廊道。

圖6 BC20帶式輸送機頭部驅動改造布置正視圖

圖7 BC20帶式輸送機頭部驅動改造布置側視圖

2.4 混礦工藝改造后效果

通過本次混礦工藝改造后，利用二期堆場取料，進入一期堆場3#堆取料機進行堆存。由于3#堆取料機覆蓋的2塊料堆堆存容量大，不需要混礦作業(yè)過程中的轉場，使得作業(yè)可持續(xù)進行，另外混礦能力也可達到系統(tǒng)設計額度能力5 000 t/h，不僅保證原有的生產(chǎn)能力，還提高作業(yè)效率，最重要的是混礦作業(yè)量得到顯著增加。根據(jù)原裝卸工藝系統(tǒng)設計，堆料、取料及輸送機的額定作業(yè)能力均為5 000 t/h，按此能力測算，并考慮設備利用率、作業(yè)效率系數(shù)等，估算混配工藝系統(tǒng)改造后，預計年混礦作業(yè)量可達8×106t/h～1×107t/h。

3 經(jīng)濟效益分析

3.1 原混礦工藝系統(tǒng)運行費用分析

原混礦工藝系統(tǒng)的主要用電設備及用電功率如下：BC5D皮帶機和BC5E皮帶機的用電功率均為1 350 kW，4#斗輪機和5#斗輪機的用電功率均為1 000 kW，BC21皮帶機、BC22皮帶機和BH1皮帶機的用電功率分別為400 kW、450 kW和280 kW，上述用電設備的用電功率總和為5 830 kW，平均電費為0.75元/度，實際運行用電負荷為45%。采用汽車進行移場費用為2.6元/t，經(jīng)過實測，輸送機皮帶作業(yè)流量約為2 500 t/h。經(jīng)過計算可知，原混礦工藝系統(tǒng)的平均作業(yè)費用為（5 830×45%×0.75）/2 500+2.6=3.39（元/t）。

3.2 混礦工藝系統(tǒng)改造后費用分析

新混礦工藝系統(tǒng)的主要用電設備及用電功率如下：BC5D皮帶機和BC5E皮帶機的用電功率均為1 350 kW，3#斗輪機用電功率均為1 200 kW，4#斗輪機和5#斗輪機的用電功率均為1 000 kW，BC19皮帶機和BC20皮帶機用電功率分別為315 kW和400 kW，上述用電設備的用電功率總和為6 615 kW，平均電費為0.75元/度，實際運行用電負荷為55%。經(jīng)過實測，輸送機皮帶作業(yè)流量約為5 000 t/h。經(jīng)過計算可知，新混礦工藝系統(tǒng)的平均作業(yè)費用為（6 615×55%×0.75）/5 000=0.55（元/t）。

3.3 混礦工藝改造前后效益分析

根據(jù)上述的數(shù)據(jù)分析可知，現(xiàn)有混礦工藝作業(yè)費用約3.39元/t，改造后作業(yè)費用約0.55元/t，可節(jié)省費用約2.84元/t。經(jīng)過改造后期統(tǒng)計分析，改造后新的混配系統(tǒng)運行費用只有原來系統(tǒng)的20%，大大節(jié)省了運行費用[5]，根據(jù)該改造項目建設投入約298.72萬元，改造后作業(yè)105萬噸便可收回投資成本。

4 新方案的優(yōu)點與缺點

4.1 新方案的優(yōu)點

（1）技改投入成本低

混礦工藝系統(tǒng)的運行費用主要為用電費用支出，新的混礦方案大大節(jié)省運行及轉運費用，混礦改造后主要增加了3#斗輪機及BC5C皮帶機運行，由于新系統(tǒng)減少了設備的頻繁啟停，相關設備配件使用壽命得以延長，降低了設備維護費用。新的混礦系統(tǒng)改造完成后，同時可實現(xiàn)二區(qū)堆場物料通過斗輪機直接轉場一區(qū)堆場，堆起料直接由斗輪機完成，提高堆場使用靈活度及利用率，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

（2）安全與環(huán)保有保障

新的混礦系統(tǒng)，在無裝載機、挖機、轉運車輛的參與下，安全、環(huán)保等問題得到有效解決。進一步提高環(huán)保效果，提升安全管理水平。最大限度地減少了人工的參與，安全環(huán)境進一步改善；汽車移場作業(yè)的停止也減少了場內揚塵的產(chǎn)生，符合當前的企業(yè)環(huán)保要求，增強企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力。

（3）提升混礦品質

新的混礦方案，徹底解決了原混配流程無法連續(xù)，需要混配設備間斷啟停而導致系統(tǒng)運行能耗高、混配效率較低、運營成本高、汽車轉運導致的揚塵污染、設備能耗高、安全管理難等問題?；斓V作業(yè)效率和作業(yè)量明顯提升，年混礦作業(yè)量可達8×106t/h～1×107t/h。通過純機械化的作業(yè)流程，避免了人為和工程機械的貨物污染，混礦品質也有所提升。

4.2 新方案的缺點

改造完成后在混礦作業(yè)過程中，需要同時利用3#、4#、5#堆取料機進行作業(yè)，對企業(yè)其他生產(chǎn)流程影響比較大，應做好科學調度工作和規(guī)劃好堆場作業(yè)線，盡可能避免由于料堆壓港導致混礦作業(yè)無法開展情況的發(fā)生。

5 新混礦工藝改造方案的推廣與使用

散貨碼頭的工藝設計已經(jīng)成為企業(yè)競爭力的重要體現(xiàn)，為了滿足腹地經(jīng)濟發(fā)展需求，大型專業(yè)化散貨碼頭越來越重要，吞吐量不斷增長，為了取得更好的經(jīng)濟效益和社會效益。在散貨碼頭的工藝設計上，應該充分考慮效益優(yōu)化、能耗優(yōu)化、環(huán)保優(yōu)化、功能優(yōu)化，在功能優(yōu)化的同時，應該在工藝設計上要滿足堆場所有貨物實現(xiàn)場內循環(huán)，達到卸、裝、混配、移場的全方位覆蓋，實現(xiàn)場內物料通過工藝流程可以在任意位置流通。

5.1 可門作業(yè)區(qū)新混礦工藝改造方案的推廣

通過對可門作業(yè)區(qū)4#、5#泊位混礦工藝進行合理改造后，企業(yè)的經(jīng)濟效益顯著提升，該改造方案的最大特點就是提高裝船線輸送機的卸料點高度的原理，利用該原理可以對其他泊位混礦工藝進行相應改造，比如可以加裝三通落料管，實現(xiàn)4#、5#兩臺堆取料機取料，1#、2#、3#任意一臺堆取料機堆料的混礦模式；同理也可實現(xiàn)3#、4#兩臺堆取料機取料，1#、2#任意一臺堆取料機堆料的混礦模式；2#、3#兩臺堆取料機取料，1#堆取料機堆料的混礦模式；3#、5#兩臺堆取料機取料，1#、2#任意一臺堆取料機堆料的混礦模式；2#和3#、或2#和5#兩臺堆取料機取料；1#堆取料機堆料的混礦模式。實現(xiàn)在混礦作業(yè)量大的情況下，1#、2#、3#、4#、5#堆取料機可以科學調配，使堆料、取料、混礦作業(yè)產(chǎn)量最大化。

5.2 其他散貨碼頭及散貨堆場的推廣與使用

通過本次混礦工藝改造，利用只提高原輸送機的卸料點高度，在不改變機頭和機尾的情況下，實現(xiàn)了輸送機物料的分支、落料點的位置移動。通過利用提高輸送機的卸料點高度的原理，該方案可以廣泛應用在生產(chǎn)工藝類似的散貨碼頭、礦山堆場、煤礦轉運中心等，比如福建省羅嶼作業(yè)區(qū)的鐵礦石散貨碼頭和湛江港鐵礦石碼頭等，只要在帶式輸送線上，改變其中一條輸送功能，使其達到輸送機輸運方向改變、輸送物料分支、落料點位置移動等要求，可大大節(jié)省資金投入，提高空間利用率，從而實現(xiàn)效益最大化。

6 結語

混礦工藝從半機械化到機械化，從機械化到半自動化，從半自動化到自動化，從自動化再到智能化，這種轉變是能帶來效益的，也是安全、環(huán)保、節(jié)能的，不僅能提高混礦品質，還能提高混礦的效率?？砷T作業(yè)區(qū)4#、5#泊位大型散貨碼頭自動化混配作業(yè)的科技創(chuàng)新方案對實現(xiàn)混礦規(guī)?；l(fā)展具有重要的鋪墊意義，能為可門作業(yè)區(qū)年混礦量突破1.5×107t奠定堅實的基礎。