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向家坝水电站人工砂石加工系统设计方案比选
发布时间：2013-06-15 07:50 来源：未知
1、概述
向家坝水电站是金沙江梯级开发的最后一级电站。左岸为四川省宜宾县，右岸为云南省水富县，坝址左岸下距四川省宜宾县的安边镇4km，四川省宜宾市33km，右岸下距云南省的水富县城1. 5km，交通十分方便。电站设计正常蓄水位380. OOm，最大坝高162m，总装机容量6000MW。
主体工程混凝土施工期为2007年7月～2014年3月，其总工期约6年9个月。其中2010年1月～2012年3月为混凝土高峰浇筑期，共浇筑混凝土770. 03万m3，占主体工程混凝土浇筑总量约63%，平均浇筑强度为28. 52万Ⅲ3/月；2010年7月～2011年6月为混凝土高峰浇筑年，共浇筑混凝土408. 09万m3，占主体工程混凝土浇筑总量约33%，平均浇筑强度为34. 01万m3／月，计入月不均衡系数1.2后，混凝土高峰月浇筑强度为40. 81万m3／月。
太平料场及马延坡砂石加工系统（以下简称砂石系统）主要担负主体工程约1220万m3混凝土所需骨料的供应任务，共需生产混凝土骨料2684万t，其中粗骨料1825万t、细骨料859万t。
砂石系统由太平料场开采区、大湾口半成品加工区、马延坡成品加工区以及两者之间长31. lkm长距离带式输送机运输线四部分组成。太平料场位于库区右岸绥江县新滩溪沟内大湾口附近，距坝址公路里程约59km，直线距离约30km;大湾口半成品加工区位于太平料场附近的大湾口缓坡山地上，布置高程1050. 00～1169.00m:马延坡成品加工区位于右坝头附近的马延坡冲沟左侧缓坡山地上，布置高程475. 00～600. 00m。主体工程施工期间，砂石系统采用太平料场开采的石料生产混凝土骨料，分别供应右岸高程380. 00ln、300. 00m和310.00m三个混凝土生产系统。
2、工艺设计条件
a)混凝土浇筑高峰时段生产级配
砂石生产高峰期以常态混凝土四、三、二级配作为设计级配（其中：四级配混凝土占43%，三级配混凝土占26%，二级配混凝土占31%）。其综合计算级配：特大石：大石：中石：小石=13.8：24.2．：31.O：31.0(%)，砂率取32%。
b)原岩特性
原岩岩性为二迭系灰岩，其面干饱和湿抗压强度平均值95, 60MPa(其分布范围：63～149MPa)，软化系数0. 6～0. 79，属中等可碎性岩石。
c)粒度特性
采用其它类似工程岩石的破碎试验资料和生产厂家提供的资料。
3、工艺设计方案一
3.1生产规模
根据招标设计阶段施工总进度安排，主体工程混凝土高峰浇筑强度为40. 81万m3／月。按每日两班制生产，砂石系统生产规模：处理能力3200t/h，生产能力2600t/h。
3.2工艺流程及设备选型
按以生产四、二级配混凝土骨料为主，同时也能生产三级配骨料进行工艺流程设计。工艺流程按粗碎、中碎开路，细碎与筛分构成闭路生产粗骨料，细碎、超细碎（立轴冲击式破碎机）与筛分构成闭路生产人工砂，辅以棒磨机制砂，双线生产进行设计。由于灰岩的局部含泥量可能较多，设置第二筛分洗石工序对含泥量较多的半成品料（≤40mm）进行清洗。
由于砂石系统运行期较长，砂石料生产总量相对较高，为提高系统运行的可靠性，加工所需关键设备——破碎机、洗石机和石粉回收装置采用国外先进设备，其它设备采用国产设备。
工艺流程及主要设备选型详见“太平料场及马延坡砂石加工系统工艺流程简图（方案一）”。
3.3工艺布置
太平料场开采的毛料经自卸汽车运至大湾口半成品加工区，加工后的半成品料(≤150mm)经长距离带式输送机输送线运至马延坡成品加工区的半成品堆场，生产的成品砂石料经成品堆场底部的带式输送机运至右岸各混凝土生产系统，车间顺山坡地形自上而下呈阶梯型布置。
a)大湾口半成品加工区
1)粗碎车间：配置42-65型旋回破碎机3台。小于900mm的毛料从太平料场经自卸汽车运至受料仓进行破碎，平均运距约2. 5km，破碎后的石料由胶带机运往1号半成品堆场堆存。
2)第一筛分、中碎车间：配置YAH2460型圆振动筛和S4800EC型圆锥破碎机各2台。筛上≥150mm的碎石进入破碎机进行破碎，筛下≤150mm的碎石和破碎后的石料经带式输送机送至2号半成品堆场。
3)2号半成品堆场：总容积37.5万m3，活容积满足高峰期约5d的砂石需用量。
b)马延坡成品加工区
1)3号半成品堆�。何岣呋炷凉橇瞎┯Φ目煽啃裕柚�1个总容积50万m3的半成品堆场，活容积满足高峰期约lOd的砂石料需用量。
2)第二筛分、洗石车间：配置2DYS3373型圆振动筛和3200×7455型圆筒洗石机各3台。筛洗后的部分80～150 mm骨料经带式输送机运往成品堆场，7另一部分80～150 mm骨料运往细碎车间；根据石料的含泥量，筛分后≤40mm的骨料可进入（或不进入）圆筒洗石机冲洗，洗石后（或未经冲洗）与40～80mm骨料混合，经带式输送机运往第三筛分车间。
3)第三筛分车间：配置2USK2460型圆振动筛12组（共24台），配套选用FC-12型螺旋分级机12台。≤80mm的骨料被送入第三筛分车间分级筛分，筛分后的部分40～80mm、20～40mm、5～20mm骨料及≤5mm成品砂经带式输送机运往成品堆场。级配平衡后，多余部分的骨料被分别运往细碎车间、超细碎车间和棒磨机制砂车间。
4)细碎车间（破碎制砂）：配置S500D型反击式破碎机4台。来自第二筛分、洗石车间的80～150mm骨料和第三筛分车间的20～80mm骨料分别被送入细碎车间进行破碎，破碎后的骨料返回第三筛分车间，形成闭路循环。
5)超细碎车间（破碎制砂）：配置RP109型立轴冲击式破碎机6台。来自第三、第四筛分车间的5～40mm骨料经带式输送机送入超细碎车间，破碎后的骨料被运往第四筛分车间。
6)第四筛分车间：配置3USK2460型圆振动筛8台，配套选用FC-12型螺旋分级机8台。≤40mm骨料被送入第四筛分车间进行筛分分级，≥5mm骨料返回超细碎车间，形成闭路循环；≤5mm的成品砂运往成品堆场；级配平衡后，部分3～5mm骨料送入棒磨机制砂车间。
7)棒磨机制砂车间：配置MBS-22136型棒磨机7台（备用l台），FC-15型螺旋分级机7台（备用1台）。由第三、第四筛分车间运来的3～20mm骨料被送入棒磨机制砂，成品砂经螺旋分级机脱水，与第三、第四筛分车间生产的成品砂掺混后，由带式输送机运往成品堆场堆存。
8)石粉回收车间：配置2SG48-120W-4A型石粉脱水回收装置5套，150ZG51111型渣浆泵5台。第三和第四筛分、棒磨机车间产生的废水（含石粉）由排水沟渠汇集至回收池，经渣浆泵送入该装置处理，回收的石粉与成品砂掺混后由带式输送机运往成品堆场堆存。
9)成品料堆�。鹤苋莼�45万m3，其中成品砂20万Ⅲ3，成品碎石25万m3，成品砂活容积可满足高峰期约14d的细骨料需用量，成品碎石活容积可满足高峰期约8d的粗骨料需用量。
10)供水及废水处理：总需水量6000m3／h，由坝区右岸供水系统供水；废水设计处理能力5400 m3/h，生产的废水由排水沟渠汇集至废水集水池，通过6台渣浆泵输送至尾渣库，自然沉淀后的清水经水泵送回高程572. OOm水池。
4、工艺设计方案二
根据近几年水电工程砂石系统生产实践情况，结合向家坝水电站人工砂石系统的具体工况，确定对砂石系统生产工艺的以下3个环节开展进一步研究。
工艺流程及主要设备选型详见“太平料场及马延坡砂石加工系统工艺流程简图（方案二）”。
4.1 粗碎车间和第一筛分、中碎车间
粗碎车间：配置JM1513型颚式破碎机4台。小于1000mm的毛料从太平料场经自卸汽车运至粗碎车间受料仓，料仓底部配置HGF1852 2G型初级振动给料机4台。由该给料机给入破碎机破碎，破碎后的半成品料经胶带机运至1号半成品堆场堆存。
第一筛分、中碎车间：配置2YAH2460型圆振动筛和S6800EC型旋回式圆锥破碎机各2台。筛上≥150mm的碎石进入圆锥破碎机进行破碎，筛下≤150mm的碎石和破碎后的石料被送至2号半成品堆场。
4.2第二筛分、洗石车间
配置2DYS3373型圆振动筛3台和KPI6048-23T型螺旋洗石机4台。筛洗后的部分80～150 mm骨料经带式输送机运往成品堆场，另一部分80～150 mm骨料运往细碎车间；根据石料的含泥量，筛分后≤40mm的骨料可进入（或不进入）螺旋洗石机清洗，清洗后（或未经清洗）与40～80mm骨料混合，经带式输送机运往第三筛分车间。
4.3第四筛分车间和石粉回收车间
第四筛分车间：采用封闭式全干式筛分法进行生产。配置USK2460型单层圆振动筛和C56-144D-3DD8(或2618VM)双层高频振动筛各6台，无需配置螺旋分级机脱水。来自超细碎车间的≤40mm骨料被送入第四筛分车间，筛分分级后，5～40mm骨料返回超细碎车间调节料堆，形成闭路循环；≤5mm的成品砂被运往成品堆场；级配平衡后，部分3～5mm骨料被送入棒磨机制砂车间。由于系统总需水量由6000m3／h减至4800m3/h，所以石粉回收车间配置2SG48-120W-4A型石粉脱水回收装置3套，150ZG51Ⅲ型渣浆泵3台。
采取分散设置通风系统方式进行除尘，共设置4套通风除尘系统，分别对第四筛分车间（含调节料仓）、2号细碎车间和超细碎车间进行除尘，采用布袋式除尘器作为除尘设备。
5、工艺方案技术经济比较
5.1粗碎、中碎工艺比较
将粗碎和中碎作为一个整体进行比较，两种工艺方案的技术经济特性的具体比较见表l。
通过上述分析比较可知，两种方案均能满足主体工程混凝土对砂石料生产的要求，并对灰岩具有较好的适应性。
就技术性能而言，颚式破碎机与旋回式破碎机相比，具有破碎产品粒径相对较大、粒形相对较差、需配置给料机的不足之处；但是，颚式破碎机具有结构相对简单、重量较轻、运动部件较少、无需复杂的液压润滑装置等优点，并且可通过后续破碎作业改善颚式破碎机破碎产品的粒形，使成品砂石料的针片状颗粒含量控制在规范允许的范围之内。
就经济性而言，“方案二”与“方案一”相比，节省粗、中碎设备费用约200万元，节省粗、中碎工序砂石生产综合费用约310万元（差值约0.7%）。
5.2洗石工艺比较
太平料场地表基岩裸露，岩石完整性较好，风化较浅，夹层所占比例不足1%，岩溶不发育。据此，初步判断其含泥量不高，可选圆筒洗石机或螺旋洗石机为洗石设备，具体比较见表2。
通过上述的分析比较可知，两种方案均能满足向家坝水电站主体工程混凝土对成品砂石料含泥量的要求，并对太平料场灰岩岩石（硬度适中、磨蚀性极�。┚哂薪虾玫氖视π浴�
就技术性能而言，“方案二”比“方案一”具有螺旋洗石机结构相对简单、重量较轻、运动部件少、洗泥能力较强、单机的可靠性较高、动能消耗较低等优点；单条螺旋洗石机生产线的洗石环节和设备数量较少、布置相对简单；由于螺旋洗石机相对较轻，因而其运输的难度、设备安装和运行维护的难度相对较小。
螺旋洗石机的缺点主要是其允许的进料粒度较小，仅为65mm，处理能力没有圆筒洗石机大，所以将第二筛分车间下层筛网孔径定为40mm，控制进入螺旋洗石机的石料粒度不超过40mm，同时也起到了降低洗石机生产负荷的作用。
就经济性而言，“方案二”与“方案一”相比，节省洗石设备费用约1626万元，节省砂石生产综合费用约3730万元。
5.3破碎制砂工艺比较
破碎制砂分两种，一种是干式破碎制砂（立轴冲击破制砂与干式筛分相结合），另一种是湿式破碎制砂（立轴冲击破制砂与加水湿式筛分相结合）。目前，水电行业人工砂石料生产广泛采用湿式制砂工艺，但是，干式破碎制砂的优越性已日益明显，已在数个工程实践中取得一定验证。
5.3.1湿法普通筛分与干法高频筛分的技术比较
5.3.2石粉回收、废水处理工艺技术比较
5.3.3综合比较
两种制砂工艺均能满足主体工程混凝土对成品砂的质量要求，对灰岩岩性具有较好的适应性。
“方案一”（湿式破碎制砂）：生产过程无粉尘产生，对环境和运行人员的健康影响较��；但生产用水量较大，石粉流失量较大，人工砂石粉含量偏小，细度模数偏高，需采用棒磨机制砂调整细度模数和石粉含量，成品砂的质量满足有关规范要求；成品砂含水率偏高，对混凝土温控带来一定难度。
“方案二”（干式破碎制砂）：生产过程用水量和废水排放量均较小；人工砂石粉含量相对较大，细度模数相对较低，需采用棒磨机制砂调整其细度模数和石粉含量，成品砂的质量满足有关规范要求；生产中会产生大量的粉尘，需配置通风除尘装置；成品砂含水率较低，可以缩短其脱水时间。
干式破碎制砂的关键是如何提高干式筛分的筛分效率和降低粉尘污染。为提高筛分效率，设计采用进口干式高频振动筛并控制进筛石料的含水率在3～5%以内，增加超细碎车间调节料仓的容积（具有8h的调节量）；为降低粉尘污染，对第四筛分车间和超细碎车间实行局部封闭并配置相应的除尘设备。
就经济性而言，通过分析计算，“方案二”与“方案一”相比，节省筛分、洗砂和石粉回收设
备费用约41万元，节省砂石生产综合费用约620万元。
6、结论
经综合比较，“方案一”和“方案二”都采用了较为先进的工艺流程，关键设备均选用进口大型设备，都能生产出符合质量和数量要求的成品砂石料。
粗碎工艺采用颚式破碎机或旋回破碎机都是可行的，旋回破碎机方案技术性能略优（破碎产品粒形较好，粒度较细），颚式破碎机方案经济性略好（粗、中碎工序总费用节省约310万元）；
“方案二”的洗石工艺和破碎制砂工艺的总费用明显低于“方案一”，并且“方案二”的洗石工艺和破碎制砂工艺在保证成品砂的质量、运行维护管理等方面具有一定的优势。因此，推荐采用“方案二”（或“方案一”）的粗、中碎工艺及“方案二”的洗石工艺、破碎制砂工艺作为太平料场及马延坡砂石加工系统的招标设计方案。
