王艷萍, 唐 毅, 李盛林

(中國水利水電第七工程局有限公司五分局,四川 彭山 620860)

1 概 述

錦屏二級水電站是雅礱江干流上的重要梯級電站,總裝機容量 4 800 MW,為一低閘、長隧洞、大容量引水式電站。該電站東端砂石加工系統(tǒng)位于模薩溝棄渣場高程 1 430 m平臺,主要負責(zé)電站東端工程所需的砂石料生產(chǎn)加工任務(wù),共需生產(chǎn)成品粗、細骨料約 520萬 t。系統(tǒng)滿足混凝土高峰澆筑強度為 9.2萬 m3/月,砂石系統(tǒng)毛料處理能力為 800 t/h,成品料生產(chǎn)能力為 636 t/h,其中成品砂 232 t/h,石粉 56 t/h。

砂石系統(tǒng)加工的料源為地下工程開挖的大理巖。從輔助洞、地下廠房、引水隧洞開挖的物料通過膠帶機運至模薩溝口,再由汽車轉(zhuǎn)運至模薩溝堆料場堆存待用。毛料巖性主要為鹽塘組大理巖。

2 大理巖人工砂去粉

東端砂石加工系統(tǒng)工藝流程見圖 1。

東端砂石加工系統(tǒng)采用全干法生產(chǎn),中碎為2臺 NP1315反擊破碎機,超細碎為 2臺 PL9500立軸沖擊破碎機。主篩分車間出中石、小石、砂和石粉,檢查篩分車間出米石、砂和石粉。

東端砂石加工系統(tǒng)破碎的是大理巖,大理巖飽和面干抗壓強度為 45～112 MPa,平均抗壓強度為 76 MPa,軋制后粒徑 ＜5 mm的成品砂細度模數(shù)約為 1.4～2.5,石粉含量(粒徑 ＜0.16 mm)約為 40%～50%,屬于特細砂和細砂。

人工砂是由不同粒徑的砂粒組成的。當(dāng)組成砂的不同顆粒比例適當(dāng)時,細顆粒即填充在粗顆粒間,其空隙率及總表面積均較小,這時成品砂的級配良好。使用較好級配的成品砂不僅節(jié)約水泥,而且可以提高混凝土的強度及密實性。砂的級配分類主要以其細度模數(shù)為依據(jù)。砂中粒徑 ＜0.16 mm的顆粒即石粉完善了砂的級配,提高了混凝土的黏聚性、保水性,進而提高了混凝土的綜合性能。若石粉含量過少,往往混凝土拌和物的和易性較差;若石粉含量過高,又會使混凝土用水量增大并影響混凝土的強度和耐久性?，F(xiàn)行水工混凝土施工規(guī)范(DL/T 5144-2001)規(guī)定的水工混凝土所用成品砂為中砂,細度模數(shù)宜為 2.4～2.8,石粉(粒徑 ＜0.16 mm)含量為 6% ～18%。所以,針對大理巖破碎后砂的細度模數(shù)偏低及石粉含量較高的特點,需采取提高砂的細度模數(shù)、去除砂中多余的石粉的工藝措施。將大理巖破碎產(chǎn)生的砂除去多余的石粉后,其細度模數(shù)宜提高到中砂范圍,所以,為了保證砂的質(zhì)量,最重要的就是去除砂中多余的石粉。

3 人工砂去除石粉的工藝選擇

人工砂去除多余石粉的常用方法是濕法工藝,即采用水力沖洗去除多余的石粉。濕法工藝是將篩分后粒徑 ＜5 mm的骨料和水形成的混合漿液全部進入螺旋分級機(如 FC系列、FG系列、XL系列和 WCD系列螺旋分級機)或砂處理單元(如 SCD-300細砂回收處理設(shè)備),經(jīng)水力沖洗去除砂中的大部分石粉。水電行業(yè)現(xiàn)有砂石加工系統(tǒng)人工砂的石粉含量一般不會超過規(guī)范要求的18%,尤其破碎特硬巖(如玄武巖)時石粉含量一般在規(guī)范要求的下限,故現(xiàn)有多數(shù)砂石系統(tǒng)都在設(shè)法提高石粉含量,而對去除石粉的工藝研究較少。

圖 1 東端砂石加工系統(tǒng)工藝流程圖(二期)

本工程大理巖制砂后石粉含量特別高,達到了 50%左右。同時,石粉需回收,電站地下工程灌漿約需 50萬 t石粉。傳統(tǒng)的濕法工藝去粉產(chǎn)生了大量的含細砂和石粉的尾水,處理工藝復(fù)雜,設(shè)備投入多、土建工程量大,從尾水中回收石粉難度大,其回收的石粉含水率高(約 22%),脫水時間長,儲存和運輸均不方便。

干法去粉即人工砂在保持干燥的狀態(tài)下用設(shè)備直接將石粉從砂中分離出來,而不需要水力沖洗,其優(yōu)點能很好地解決濕法去粉的上述難點;而其缺點為:人工砂需保持干燥。同時,該工藝為水電行業(yè)第一次試用,選用何種設(shè)備更適合均有很大的不確定性。

該砂石系統(tǒng)采用的干法去粉工藝流程為:篩分車間干法分級→風(fēng)選設(shè)備→分選出來的粗顆粒(即成品砂)至成品砂堆場;分選出來的細顆粒(即大量石粉和部分細砂)→螺旋輸送機→斗式提升機→石粉罐儲存。

干法去粉車間工藝剖面圖見圖 2。

4 去粉設(shè)備選型及其工作原理

選粉機為粉料分級設(shè)備,在水泥工業(yè)和化工、冶金等行業(yè)應(yīng)用廣泛,而水電行業(yè)則是第一次采用該設(shè)備用于大理巖人工砂的石粉分選。本系統(tǒng)采用南昌礦山機械有限公司生產(chǎn)的 XF系列選粉機和江蘇鹽城市申同環(huán)境設(shè)備公司生產(chǎn)的 CXFL系列選粉機,兩種選粉機工作原理相同。

圖 2 東端砂石加工系統(tǒng)風(fēng)選車間工藝剖面圖

根據(jù)砂石系統(tǒng)的工藝流程,1#風(fēng)選車間處理主篩分車間分級出的、粒徑 ＜5 mm的骨料量,2#風(fēng)選車間處理檢查篩分車間分級出的、粒徑 ＜5 mm的骨料量。根據(jù)系統(tǒng)級配平衡計算結(jié)果:主篩分車間分級出粒徑 ＜5 mm骨料量為 257 t/h,1#風(fēng)選車間配置 4臺 XF-3500型選粉機(單臺處理能力為 80 t/h),其設(shè)備負荷率為 80.4%;檢查篩分車間分級出粒徑 ＜5 mm骨料量為 132 t/h,2#風(fēng)選車間配置 4臺 XF-3000型選粉機(單臺處理能力為 60 t/h),其設(shè)備負荷率為 55.2%。

XF系列選粉機結(jié)構(gòu)如圖 3所示。

圖 3 XF系列選粉機結(jié)構(gòu)示意圖

選粉機的工作原理:在生產(chǎn)時,將需分選的物料由選粉機上部進料口喂入,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,物料中的細顆粒因質(zhì)量小而隨氣流上升,由隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的分級圈分級,合格的細粉穿過分級圈柵條繼續(xù)上升進入旋風(fēng)筒,經(jīng)旋風(fēng)筒收集后落入集灰斗并經(jīng)細粉管排出,清除細粉后的空氣則從旋風(fēng)筒中心經(jīng)風(fēng)管返回風(fēng)機形成氣流閉路循環(huán);粗顆粒因質(zhì)量較大在撒料盤和分級圈的作用下與細物料分離、下落,下落的粗顆粒經(jīng)滴流裝置的折射打散而被上升的氣流再次沖洗,在完成再次分選后再落到內(nèi)錐并由粗粉管排出。產(chǎn)品的粗細可通過改變主軸的轉(zhuǎn)速及風(fēng)機的風(fēng)量調(diào)節(jié),理論上可將成品砂中的石粉選出 80%。

5 去粉設(shè)備的應(yīng)用效果

錦屏二級水電站東端砂石系統(tǒng)一期工程于2007年 10月 24日建成,二期工程于 2007年 11月 15日建成投產(chǎn)。系統(tǒng)運行調(diào)試及消缺處理完成后即對風(fēng)選設(shè)備進行了生產(chǎn)性試驗,其試驗參數(shù)見表 1和表 2。

風(fēng)選車間進料時人工砂的細度模數(shù)為 2.3、石粉含量平均約為 31.4%,經(jīng)風(fēng)選車間處理后的人工砂的細度模數(shù)平均值為 2.80、石粉含量平均值為 19.2%。風(fēng)選設(shè)備能將石粉去除約 48%,去除效果主要受人工砂的含水率影響,當(dāng)含水率超過 1%時,去除效果較差。運行時對毛料的含水率進行控制,當(dāng)毛料含水率較高時,在預(yù)篩分車間內(nèi)就能將粒徑 ＜5 mm的骨料去掉(增加一條去料膠帶機和一個棄渣堆),處理后,風(fēng)選車間效果有顯著提高。同時,針對人工砂中含水率較高時石粉易粘結(jié)在風(fēng)選設(shè)備機殼內(nèi)壁、下料不暢通、堵塞內(nèi)腔的現(xiàn)象,在風(fēng)選設(shè)備下料錐體外殼上安裝了一臺振動器,運行實踐證明:該措施較好地解決了下料不暢通的問題。

2008年 2月 17日 ～3月 9日 2#風(fēng)選車間生產(chǎn)實測數(shù)據(jù)見表 3。

石粉含量平均值為 31.4%。

從表 3中可以看出,風(fēng)選設(shè)備能將大理巖人工砂中的石粉去除約 66%,將進風(fēng)選設(shè)備前人工砂的石粉平均含量由 39.5%降到 17.9%,細度模數(shù)由平均 1.77提高到 2.66。

表 1 風(fēng)選車間進料顆粒級配試驗表

表 2 風(fēng)選車間出料顆粒級配試驗表

表 3 2#風(fēng)選車間人工砂進料/出料石粉和細度模數(shù)對比表

6 結(jié) 語

大理巖干法去粉設(shè)備在錦屏二級水電站東端砂石加工系統(tǒng)中的成功應(yīng)用,為水電行業(yè)人工砂去除多余石粉探索出了新工藝。該工藝節(jié)約了生產(chǎn)用水,簡化了污水處理工藝,降低了石粉去除成本,有效地降低了人工砂中石粉的含量,提高了砂的細度模數(shù)。該工藝在環(huán)境保護意識和要求越來越嚴格的今天具有廣泛的應(yīng)用前景。