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向家坝水电站太平料场和马延坡砂石加工系统设计简介
发布时间：2013-06-16 08:06 来源：未知
1、工程概况
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。工程开发任务以发电为主，同时改善航运条件，兼顾防洪、灌溉，并具有拦沙和对溪洛渡水电站进行反调节等综合作用。工程枢纽建筑物主要由混凝土重力挡水坝、左岸坝后厂房、右岸地下引水发电系统及左岸河中垂直升船机等组成。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，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，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。
混凝土骨料料源为太平灰岩料场，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。岩石各项技术指标均符合有关规范要求，料场储量丰富（勘察有效储量4050万m3），满足工程需求。
太平料场和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。
按混凝土高峰月浇筑强度40. 81万m3／月计算，砂石系统设计处理能力3200t/h，设计生产能力2600t/h。根据主体工程混凝土使用级配要求，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%)。
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. OOm;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, OOm。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. 00m、300.00m和310.00m三个混凝土生产系统。
2、招标设计方案
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，生产的成品砂石料径成品堆场底部的带式输送机运至右岸各混凝土生产系统。
大湾口半成品加工区由粗碎车间、1号半成品堆场、第一筛分中碎车间、2号半成品堆场、带式输送机以及水电供应设施等组成；马延坡成品加工区由3号半成品堆场、第二筛分洗石车间、第三筛分车间、细碎（制砂）车间、超细碎（制砂）车间、第四筛分车间、棒磨机制砂车间、石粉回收车间、成品堆场、水电供应、废水处理以及临时设施等组成，车间顺山坡地形自上而下呈阶梯型布置。
砂石系统采用粗碎、中碎开路，细碎（反击式破碎机）与筛分构成闭路生产粗骨料和部分人工砂，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（调整砂的细度模数）进行设计，系统按双线生产进行布置。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。
招标设计方案具有以下技术特点：
2.1连续运输砂石料
由于本工程砂石料运输强度高，太平料场距坝址公路运距远（里程约59km，其中有15km为地方简易公路，另有44km四级公路），直线距离相对较近(约30km)，并且地势上存在约460m的天然落差可供利用，当时有三种运输方式供选择，它们分别是：长距离带式输送机运输半成品料至坝区马延坡（方式一），汽车运输半成品料至坝区马延坡（方式二），汽车运输半成品料至新滩镇后再转水路运输至坝区马延坡（方式三）。经综合比较，方式二存在公路运距远、前期对当地社会运输干扰大且运输保证性偏差、运输成本高、一次性投资大（需投资新修至少59km高线二级公路）、施工工期较长等缺点，方式三存在转运环节多（需新建2个转运码头）、水路运输保证性差、虽然公路及航道改建投资较小但其运输成奉较高、施工工期较长等缺点，因此，为提高供料的保证性和降低运输费用，采用了长距离带式输送机连续高效运输砂石料。
输送线为单线布置，设计输送能力3000t/h，由5条带宽为1200mm的长距离带式输送机组成，输送线总长约31. lkm，其主要部件按国际先进水平配置，采用CST+电动机的驱动装置组合方案。
为提高供料的保证性，在输送线的头部和尾部各设置了一座较大容量的料堆，位于马延坡的3号半成品堆场容积约50万m3（其中活容积约30万m3），活容积可满足混凝土浇筑高峰期约10d的砂石料需用量，位于大湾口的2号半成品堆场总容积约8万m3（其中活容积约3万m3），活容积可满足混凝土浇筑高峰期约1d的砂石需用量。
2.2粗、中碎
为使长距离带式输送机能够安全、持续地将半成品料从大湾口运至马延坡，有必要控制半成品料的最大粒径不超过200mm，因此，将粗碎和中碎设备布置在大湾口，能够有效控制其最大石料粒径，减小石料运输过程中对胶带带面的冲击和磨损。
粗碎车间配置42-65型旋回破碎机3台，该机型为先进的进口大型旋回式破碎机，具有处理能力大、耐磨损、破碎产品粒型好、粒度较小等特点。
第一筛分、中碎车间配置YAH2460型圆振动筛和H6800EC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。中碎机为先进的进口大型圆锥破碎机，该破碎机具有处理能力大、进料粒度大、耐磨损、破碎产品粒型好、粒度适中等特点，选择该机型可减少半成品料中的针片状颗粒含量，减少前方因洗石造成的细砂流失。
2.3筛分、洗石
由于太平料场石料岩性为灰岩，局部岩层含泥量可能较高，为保证成品砂石料的质量，在马延坡成品加工区设置了专门的筛分、洗石车间，配置2DYS3073型圆振动筛4台和KPI6048-23T型螺旋洗石机4台，该洗石机为进口螺旋洗石机，具有处理能力较大、进料粒度适中(约65mm)、洗石能力较强、生产环节少（无需螺旋洗砂机脱水）、用水量较小、设备较轻、功耗较低、安装维修方便等优点。
2.4细碎
由于灰岩的磨蚀性较小，为改善成品碎石的粒形、提高破碎机的生产效率、减小生产过程中的循环负荷量，细碎车间采用先进的进口大型反击式破碎机，该破碎机除可调整粗骨料的生产级配外，还兼有一定的制砂功能。
2.5制砂与成品砂石粉控制
采用反击式破碎机制砂、立轴冲击式破碎机制砂为主，棒磨机制砂为辅的综合制砂工艺，同时采用石粉及细砂回收装置回收流失的细颗粒物料，由于制砂手段多样化，从而提高了制砂效率和成品砂的质量，减少了加工损耗。
超细碎车间采用进口大型立轴冲击式石打石破碎机，该机在许多方面进行了改进，提高了整机性能，制砂单位成本相对较低。
为解决破碎制砂带来的粗砂含量较高、细度模数偏粗的问题，在第四筛分车间振动筛底层设3mm筛网，将筛余的3～5mm粗砂运至棒磨机车间以调整成品砂的细度模数，同时可减少破碎制砂的循环负荷量。
为解决破碎制砂（立轴冲击式破碎机）、湿式筛分（加水冲洗）带来的成品砂粗颗粒含量偏高、细度模数偏粗、石粉流失较大、成品砂的含水率较高等问题，同时进一步降低制砂用水量和制砂成本，在第四筛分车间采用封闭式全干法筛分制砂工艺，配置USK2460型单层圆振动筛和C56-144D-3DD双层高频振动筛各8台，无需配置螺旋分级机脱水。
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。
为减少成品砂生产过程中的损耗，设置专门的石粉及细砂回收车间（配置2SG48-120W-4A型石粉脱水回收装置3套），将生产过程中随水流失的石粉回收回来，并掺入到成品砂中。
2.6干式制砂粉尘控制
为了控制干式破碎制砂（含干式筛分）生产过程中产生的大量粉尘，并使进入第四筛分车间砂石料的含水率在3～5%以内，对超细碎、第四筛分等粉尘较大的车间以及有关带式输送机，采取局部封闭措施，对粗碎、第一筛分中碎、细碎等粉尘较大的车间，采取喷水雾降尘措施，尽量减少粉尘对生产环境的污染：
采取分散布置的方式进行通风除尘，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）、超细碎车间以及有关带式输送机进行封闭除尘，采用布袋式除尘器作为主要除尘设备。
2.7废水处理及回收
马延坡成品加工区与金沙江常水位高差达205～302m，水的提升费用很高，为了保护环境，减少水资源消耗及供水费用，须对废水进行回收利用。
根据马延坡成品加工区现场地形条件，砂石加工废水处理采用尾渣水力输送与尾渣库自然沉淀的处理方案。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（库容约200万m3），废水在尾渣库内自然沉淀，废渣永久存积于库内，库内清水经回水泵站提升至砂石系统高程572.00m调节水池循环利用。
3、项目实施方案
该砂石系统由中南勘测设计研究院和中国水利水电第八工程局联合进行实施阶段设计，其实施方案对招标阶段设计方案进行了局部优化。
工艺流程及主要设备见图1，平面布置见图2。
3.1筛分、洗石
通过对粗、中碎环节破碎石料的级配分析，考虑到石料经长距离胶带机转运和马延坡3号半成品堆场堆存后级配会进一步改变，经第二筛分车间筛分后，小于40mm的碎石量较大(可能高达1000t/h)，因此，需配置充足的洗石设备。经过对国产洗石设备和进口洗石设备的性价比比较后认为，尽管进口螺旋洗石机处理能力较大，洗石能力较强，但是其价格较国产洗石机更为昂贵。经综合比较，实施阶段设计选用了6台螺旋直径为1118mm的国产双螺旋洗石机，总额定洗石能力可达1400t/h以上。
3.2分级筛分
招标设计方案将第二筛分、洗石车间和第三筛分车间做为成品骨料分级筛分车间，经细碎车间破碎后的砂石料中仍存在少部分40～80mm的碎石，该部分料仍需返回第三筛分车间进行分级筛分，形成闭路循环，因此，需在第三筛分车间设置上下两组筛共计四层筛网(分别为40mm、20mm、5mm和3mm)。
实施方案将第二筛分（洗石）车间、第四筛分车间做为成品骨料分级筛分车间，在招标设计方案的基础上，增设了一个检查筛分车间（即第三筛分车间），配置了40mm单层筛2台，并将招标方案中第三筛分车间的40mm筛网取消。经细碎车间破碎后的小于80mm的砂石料直接进入该检查车间进行筛分，大于40mm的碎石返回细碎车间进一步破碎，而小于40mm的碎石则直接进入第四筛分车间进行成品骨料分级筛分。
实施方案与招标设计方案相比具有以下优点：①由于减少了一层40mm筛网，从而降低了原第三筛分车间的高度；②减少了该处筛分车间筛分机的数量，筛分设备总数由原来24台减为14台；③由于细碎车间配置了独立的检查筛分车间，从而减少了分级筛分车间的总循环负荷量。
3.3干式立轴破制砂
为使干式立轴破制砂的工艺布置更加紧凑，减小施工占地和粉尘污染，实施方案中将超细碎（制砂）车间与第五筛分车间结合布置，并取消了一个调节料仓，设备配置了3YKR1867型三层圆振动筛12台，无需配置螺旋分级机脱水。
为更好地控制干式破碎制砂原料（5～40mm碎石）中的含水率，在进入超细碎调节料仓前，增设了一个筛分脱水车间，配置2台脱水筛进行预脱水。
为更好地控制成品砂中的石粉含量，除设置石粉回收车间外，还设置了一个去除多余石粉的洗石粉车间，配置洗砂机和脱水筛各2台。
3.4干式制砂粉尘控制
采取集中布置的方式进行通风除尘，除尘车间与第五筛分车间并行布置，共设置6套通风除尘装置，分别对圆振动筛的进（卸）料口和筛体、立轴破的卸料口以及有关带式输送机的转料环节进行封闭除尘，采用两级除尘工艺，主要配置旋风除尘器、脉冲袋式除尘器和风机各6台。
4、砂石系统运行
砂石系统于2006年3月开工建设，到2007年6月建成投产，从系统投入运行至2008年7月共生产成品砂石料约400万t，其中高峰月的生产量达到约45万t。系统运行至今，料场开采运输、砂石加工及长距离带式输送机运输线三部分运行正常，满足了工程混凝土浇筑对砂石骨料的需要。
5、结语
向家坝水电站太平料场和马延坡砂石加工系统是国内水电行业迄今为止最大的一座人工砂石加工系统。其生产规模巨大(处理能力高达3200t/h)、运行时间长（6年9个月），运输距离远（通过约31.1km长距离带式输送机运输半成品料），系统工艺流程先进、灵活，设备配置合理，布置流畅紧凑，采用了多项较先进技术，取得一定经验，小结如下。
(1)对于大型人工砂石加工系统，砂石料运输方式和运输线路的选择是设计的关键。
由于本工程砂石料运输强度高，太平料场距坝址公路运距远（里程约59km，其中有15km为地方简易公路，另有44km四级公路），直线距离相对较近(约30km)，并且地势上存在约460m的天然落差可供利用，为提高供料的保证性和降低运输费用，采用了长距离带式输送机运输线连续高效运输砂石料。
(2)对于大型人工砂石加工系统．由于成品砂的需求量巨大，且质量要求高，应选择合理同时又灵活多样的制砂工艺措施。
本工程采用反击式破碎机制砂、立轴冲击式破碎机制砂和棒磨机制砂等综合制砂工艺，同时采用了多种石粉及细砂回收措施，回收流失的细颗粒物料，由于制砂手段多样化，从而提高了制砂效率和成品砂的质量，减少了加工损耗。
(3)对于大型人工砂石加工系统，干式制砂是一种经济、高效，同时又有利于保证成品砂质量和�；せ肪车闹粕肮ひ沾胧�
湿式破碎制砂（加水冲洗）的生产过程粉尘较少，对施工环境和运行人员的身体健康影响较小，但生产用水量较大，石粉流失量较大，生产的人工砂石粉含量偏低，细度模数偏高，含水率较高，并且需要对废水进行处理，因此其生产运行费用较高；干式破碎制砂的生产过程用水量和废水排放量很小，成品砂石粉含量较高，细度模数适中，虽然生产时会产生较多粉尘，但通过配置合适的除尘装置可以有效降低或防止粉尘危害，因此其生产运行费用较低。另外，干式破碎制砂无需对砂进行脱水处理，可减少成品砂仓的容积，节约投资。
(4)大型人工砂石加工系统的生产过程会产生大量废水，若直接排放将会严重污染周边环境和河水水质，采用经济合理的废水处理和循环利用措施既经济又保护环境。
由于本工程马延坡成品加工区附近具备良好成库的地形地质条件，因此，砂石加工废水处理采用尾渣水力输送与尾渣库自然沉淀的处理方式非常成功。
(5)长距离带式输送机适合于运输粒径小于200mm的半成品料，并且，在砂石加工设备选型时，应充分考虑半成品料在转运、堆存过程中因其跌落和堆存造成的砂石级配波动的影响。
