選粉機在水電工程砂石生產(chǎn)系統(tǒng)制砂工藝中的應(yīng)用

王艷萍, 李世春

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川成都 610081)

1 選粉機運用于全干法制砂工藝的背景

1.1 料源特性

水工混凝土中砂石料占混凝土重量的 80%左右,因而砂石加工系統(tǒng)被譽為大壩的“糧倉”。制砂工藝是砂石生產(chǎn)工藝的核心工藝,石粉是制砂過程中的伴生物,石粉控制是制砂工藝的重要組成部分,而石粉含量的多少與制砂料源的巖石特性有直接的關(guān)系。錦屏工程東端模薩溝砂石系統(tǒng)、西端三灘砂石系統(tǒng)制砂料源均為大理巖,抗壓強度低、軟化系數(shù)大、錘擊易成粉為其顯著特點。

1.2 大理巖立軸制砂工藝參數(shù)

錦屏工程砂石加工系統(tǒng)料源為大理巖,在生產(chǎn)過程中,由于大理巖的抗壓強度低、軟化系數(shù)大、錘擊易成粉等原因,其生產(chǎn)成品含粉率高達(dá)40%～50%,且成品砂級配較差。通過立軸制砂機做生產(chǎn)性試驗,其級配、細(xì)度模數(shù)、石粉含量等數(shù)據(jù)具有如表 1所示的關(guān)系。

通過表 1中的數(shù)據(jù)可以看出:

表 1 人工砂有關(guān)參數(shù)表

(1)相同線速度情況下,原狀砂獲得率隨進料粒徑增大而減少;線速度越大,原狀砂成砂率隨線速度增大而增大。

(2)原狀砂的石粉含量高 (遠(yuǎn)超過規(guī)范標(biāo)準(zhǔn));石粉含量隨線速度減小而減少,石粉含量與進料粒徑的關(guān)系不十分明顯。

(3)原狀砂中粒徑 0.315～2.5 mm顆粒含量偏少,粒徑 2.5 mm以上顆粒含量偏大,砂的級配曲線不完全在中砂的級配曲線內(nèi)。原狀砂的細(xì)度模數(shù)隨線速度減小而增大。

1.3 錦屏工程東端砂石加工系統(tǒng)制砂工藝設(shè)計背景

錦屏工程東端砂石加工系統(tǒng)不僅承擔(dān)錦屏二級水電站成品砂石骨料的生產(chǎn)任務(wù),還需要為二灘公司官地水電站提供 50萬 t優(yōu)質(zhì)石粉。

針對大理巖料源特性,結(jié)合生產(chǎn)性試驗結(jié)果,在立軸全干法制砂工藝中,不僅需要解決大理巖制砂產(chǎn)生的高石粉含量和粒徑 0.315～2.5 mm顆粒含量偏少的問題,還需要解決石粉的回收再利用問題,即石粉回收、輸送、儲存、裝袋等工藝措施,以確保石粉質(zhì)量和產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計要求。

傳統(tǒng)的石粉去除方案是用水噴淋沖洗去除法,即原狀砂經(jīng)水洗后采用螺旋洗砂機回收成品砂,而石粉則隨洗砂漿液進入廢水處理池進行后處理。試驗顯示,成品砂的石粉含量仍在 25%以上,且中間顆粒流失量較大。因廢水中含有大量石粉,且其中還含有部分粒徑大于 0.16 mm的細(xì)石料,不但增加了廢水處理工作量,也無法解決石粉干化回收再利用的問題。

通過方案比較論證,借鑒其它行業(yè)粉料生產(chǎn)工藝,系統(tǒng)生產(chǎn)首次采用了立軸制砂 +選粉機分級、回收的生產(chǎn)工藝,能夠較好地滿足系統(tǒng)需要。

1.4 選粉機實施機理

選粉機是粉料分級設(shè)備,原主要用于水泥工業(yè)生產(chǎn)工藝,同時在化工、冶金等行業(yè)也有著廣泛的應(yīng)用。在實際工況下,將需分選的物料由選粉機上部加料口喂入,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(xì)顆粒因質(zhì)量小而隨氣流上升,經(jīng)由隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的分級圈分級,合格的細(xì)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,由細(xì)粉管排出;清除細(xì)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(xì)物料分離、下落,從粗粉管排出。產(chǎn)品的粗細(xì)可通過改變主軸的轉(zhuǎn)速及風(fēng)機的風(fēng)量來調(diào)節(jié)。

在制砂工藝中采用選粉機,其主要功能是分離出多余石粉和有用顆粒并分別進行回收。它的工作原理是:將氣 、粉混合,形成氣固兩相流,旋轉(zhuǎn)的撒料盤和高速氣流使含粉氣流在旋轉(zhuǎn)時獲得離心力,不同粒徑顆粒獲得的離心力不同,從而實現(xiàn)粗細(xì)粉粒分離。同時,采用相應(yīng)的方法對粗細(xì)粉粒分別進行回收。有用顆粒即為成品砂,無用細(xì)粉則為棄料。

選粉機的主要工作參數(shù)為:進料流量 、供風(fēng)量 、撒料盤 (主軸 )轉(zhuǎn)速。

2 錦屏工程東端砂石系統(tǒng)概況及制砂工藝

東端砂石加工系統(tǒng)毛料處理能力為 800 t/h,成品料生產(chǎn)能力為 580 t/h,其中人工砂生產(chǎn)能力為 232 t/h。東端砂石加工系統(tǒng)加工料源采用東端引水隧洞開挖料(其中:1#、3#隧洞為 TBM掘進機開挖,2#、4#為鉆爆法開挖),毛料最大粒徑 d≤300 mm。系統(tǒng)布置在錦屏二級水電站東端模薩溝棄渣場,系統(tǒng)半成品料場、成品料場、檢查篩分車間、2#風(fēng)選車間及石粉裝袋廠等布置在 1 430 m高程平臺,在 1 430 m高程平臺南側(cè)的山坡上開挖形成 1 445、1 440、1 435 m高程三個臺地,分別布置主篩分車間、預(yù)篩分中碎車間、1#風(fēng)選車間、超細(xì)碎車間等車間,系統(tǒng)占地面積約 3.5萬 m2。

2.1 系統(tǒng)制砂工藝

錦屏工程東端砂石加工系統(tǒng)采用兩段破碎 +選粉機去粉的制砂工藝,其工藝見圖 1。

圖 1 制砂工藝流程圖

2.2 主要設(shè)備選型

主要設(shè)備為:

(1)中碎:配置兩臺 NP1315型反擊破碎機,銘牌處理能力為 840 t/h。

(2)細(xì)碎:配置兩臺 PL9500型立軸破碎機,銘牌處理能力為 600 t/h。

(3)選粉機:1#風(fēng)選車間配置 XF3500型選粉機 4臺,銘牌處理能力為 320 t/h;2#風(fēng)選車間配置XF3000型選粉機 4臺,銘牌處理能力為 240 t/h。

考慮到大理巖制砂出砂率高,細(xì)度模數(shù)偏小的特點,制砂機選用了石打石型的 PL-9500立軸沖擊式破碎機。為調(diào)節(jié)砂的細(xì)度模數(shù),配置了分選設(shè)備對主篩分和制砂車間出的砂進行了風(fēng)選處理,以調(diào)節(jié)砂的細(xì)度模數(shù)。

3 項目實施效果

錦屏工程東端砂石加工系統(tǒng)于 2007年 6月中旬開始建安,2007年 11月底系統(tǒng)全線投產(chǎn),經(jīng)過兩年多時間的運行,其結(jié)果顯示,系統(tǒng)設(shè)計可靠,能夠滿足施工需要。

3.1 立軸制砂

通過大理巖立軸生產(chǎn)性試驗和其它工程相關(guān)資料,該系統(tǒng)在設(shè)備定貨時將 PL9500立軸破碎機的線速度設(shè)定為 62 m/s,其生產(chǎn)實測相關(guān)數(shù)據(jù)見表 2(未經(jīng)選粉機去粉的原狀砂)。

根據(jù)實測結(jié)果,在立軸線速度為 62 m/s的情況下,原狀砂的成砂率在 60%～65%之間,原狀砂的石粉含量在 40%左右。

表 2 未經(jīng)選粉機去粉的原狀砂特性表

3.2 選粉機

東端砂石系統(tǒng)采用的選粉機為 XF3500型和XF3000型兩種,其單臺處理能力分別為 80 t/h和60 t/h兩種。系統(tǒng)設(shè)置兩個風(fēng)選車間,分別配置2臺 XF3500和 2臺 XF3000,其中 1#風(fēng)選車間的進料來自反擊破破碎經(jīng)第一篩分車間的、粒徑 ＜5 mm的原狀砂,2#風(fēng)選車間的進料來自立軸破碎料經(jīng)第二篩分車間的、粒徑 ＜5 mm的原狀砂,生產(chǎn)過程中的實測生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表 3(以 2#選車間的單臺實測數(shù)據(jù)為例)。

表 3 經(jīng)選粉機去粉處理后的粒度特性表

以上數(shù)據(jù)顯示,在進料含水率為 2%左右時,選粉機的成砂率在 60% ～70%之間;由試驗可知,在保證供料穩(wěn)定和選粉機為同一技術(shù)參數(shù)的情況下,將成品砂中的石粉含量控制在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)是有可能的。

為確保原狀砂中多余的石粉能夠得到有效剔除,當(dāng)進料流量增大時,供風(fēng)量和撒料盤轉(zhuǎn)速應(yīng)相應(yīng)增加;當(dāng)進料流量減少時,若供風(fēng)量和撒料盤轉(zhuǎn)速不變,則原狀砂中的石粉、甚至有用顆粒將被剔除的較多,以致出現(xiàn)成砂率降低 、細(xì)度模數(shù)增大的不利結(jié)果。

3.3 成品砂

在生產(chǎn)過程中,對立軸 +選粉機制砂后的成品進行隨機取樣檢測,其數(shù)據(jù)見表 4。

表 4 成品砂特性表

從表 4中可以看出,原狀砂含水量在 2%以下時,成品砂的石粉含量可以控制在 18±2%以內(nèi),細(xì)度模數(shù)可以控制在 2.8±0.2以內(nèi),成品砂顆粒級配較好。

3.4 石 粉

通過對回收石粉進行檢測,在毛料含水小于2%的情況下,石粉回收效果較好,回收石粉的粗粒徑含量(＞0.16 mm)小于 15%,含水在 1%左右,可滿足后續(xù)工程石粉需求。

3.5 實施效果評價

通過以上生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以得到以下結(jié)論:

(1)經(jīng)選粉機選粉后的成品砂中石粉含量隨選粉機主軸轉(zhuǎn)速和風(fēng)機的風(fēng)量變化而變化,說明通過調(diào)整選粉機的技術(shù)參數(shù)來控制成品砂中的石粉含量是可行的。

(2)從試驗可知,在保證供料穩(wěn)定和選粉機在同一技術(shù)參數(shù)情況下,成品砂中的石粉含量在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)是有可能的。

(3)原狀砂的來料流量 、石粉含量 、含水率等都是影響選粉機選粉能力和選粉效果的重要因素。當(dāng)進料含水率在 2%時,選粉機能夠較好地發(fā)揮其效率。

(4)通過調(diào)整選粉機主軸轉(zhuǎn)速和風(fēng)機風(fēng)量,可以控制成品砂中石粉含量在 18±2%范圍內(nèi)。

4 立軸 +選粉機制砂工藝在錦屏水電站西端砂石加工系統(tǒng)中的應(yīng)用

在錦屏工程中,繼東端在模薩溝砂石加工系統(tǒng)采用立軸 +選粉機的制砂工藝后,在后續(xù)的錦屏西端三灘砂石加工系統(tǒng)中也采用了立軸 +選粉機的制砂工藝。

4.1 系統(tǒng)制砂工藝

錦屏西端三灘砂石加工系統(tǒng)采用四段破碎 +選粉機去粉的全干法生產(chǎn)工藝,其工藝見圖 2。

4.2 西端及東端條件與制砂工藝的比較

圖 2 全干法生產(chǎn)工藝示意圖

(1)料源特性。錦屏西端砂石加工系統(tǒng)的原料為專用料場鉆爆開采,其原料粒徑組成可根據(jù)生產(chǎn)特性設(shè)計爆破參數(shù),使原料盡可能的滿足生產(chǎn)需要,且含水、含粉率比較易于控制;而錦屏東端砂石加工系統(tǒng)是利用引水隧洞開挖料做為生產(chǎn)原料,其含水、含粉量大且受地質(zhì)條件限制。

(2)成品要求。錦屏西端砂石加工系統(tǒng)需要生產(chǎn)合格的成品砂石骨料,石粉全部作為棄料;錦屏東端砂石加工系統(tǒng)不僅需要生產(chǎn)合格的砂石骨料,還需要回收部分優(yōu)質(zhì)石粉供官地水電站應(yīng)用。

(3)制砂工藝。錦屏西端砂石加工系統(tǒng)為自行鉆爆料,加工工藝采用了四段破碎 +選粉機去粉工藝,即:粗碎(鄂破)+中碎(反擊破)+細(xì)碎(PL9500立軸)+超細(xì)碎(PL8500立軸)+選粉機去粉;而錦屏東端砂石加工系統(tǒng)由于為 TBM掘進料(粒徑小于 300 mm),在實施中采用兩段破碎+選粉機去粉 +石粉回裝置,即:中碎(反擊破)+細(xì)碎(PL9500立軸)+選粉機去粉 +石粉回收裝置。

4.3 實施效果

在錦屏西端砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)過程中,也一度出現(xiàn)因雨天開采毛料含水過大而導(dǎo)致選粉機去粉效果不理想,甚至出現(xiàn)“兩頭大”(石粉含量大或細(xì)度模數(shù)大)的情況,后經(jīng)嚴(yán)格控制毛料含水等措施,在毛料含水量在 2%以下時,成品砂的石粉含量可以控制在 18±2%以內(nèi),細(xì)度模數(shù)可以控制在 2.8±0.2以內(nèi),成品砂顆粒級配較好,取得了較好的實施效果。

5 立軸 +選粉機工藝在實施過程中存在的問題及改進

在錦屏水電站東、西端砂石加工系統(tǒng)中,都出現(xiàn)過由于毛料含水超標(biāo)等原因影響造成成品砂質(zhì)量波動的情況發(fā)生,通過一系列措施,在一定程度上解決或緩解了矛盾,保證了系統(tǒng)的正常供應(yīng)。

5.1 存在問題

(1)原料含水問題:在錦屏東、西端砂石生產(chǎn)過程中,都存在毛料含水超標(biāo)問題,尤其是錦屏東端砂石加工系統(tǒng)所用原料為電站引水洞開挖料,其含水一般在 20%～30%之間,而系統(tǒng)由于場地限制,調(diào)節(jié)料場脫水能力有限,進入中碎的毛料含水在 10%以上,進入選粉機的破碎料原狀砂含水量也在 5%以上,嚴(yán)重降低了選粉機的去粉效果(選粉機的進料含水宜控制在 2%以下)。

(2)原料含粉問題:料源為大理巖,在洞室開采過程中通過鉆爆或 TBM掘進機開挖破碎后其原料自身石粉含量高達(dá) 25%以上,加上兩級破碎產(chǎn)生的石粉,使得進選粉機的原狀砂石粉含量高達(dá) 45%以上,從而增大了兩級破碎和選粉機的無用負(fù)荷,降低了成品率,增加了加工成本。

(3)目前使用的選粉機并非定型的專用制砂設(shè)備,選粉機自帶風(fēng)機的供風(fēng)量的調(diào)節(jié)范圍小且不能隨原狀砂來料量的變化隨時進行調(diào)節(jié)。只要原狀砂的來料流量 、石粉含量 、含水率發(fā)生變化,則該機的處理能力和選粉效果均會隨之發(fā)生變化,這是成品砂生產(chǎn)質(zhì)量波動的重要原因。

5.2 完善和改進

針對以上問題,我們對系統(tǒng)在運行生產(chǎn)中采取了以下措施:

(1)盡可能減少雨天開采,加大毛料堆存量。

(2)對原料含水和石粉含量進行分析,其含水和石粉含量主要集中在粒徑 20 mm以下的毛料中,經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗調(diào)整各項技術(shù)參數(shù),在預(yù)篩分車間增設(shè)了一條皮帶,將 20 mm以下粒徑料根據(jù)來料的含水含粉量情況有比例剔除部分作為棄料直接棄掉,從而減少了毛料含水量和石粉含量,提高了選粉機的選粉效果,減少了無用負(fù)荷,提高了成品率。實踐證明,改造效果良好。

(3)針對毛料存在大量超徑問題,系統(tǒng)增加了粗碎系統(tǒng)(移動式破碎站),提高了毛料有用料比例并直接棄掉大部分粒徑 20 mm含量以降低毛料含水量和石粉含量,同時盡可能增大調(diào)節(jié)料場容積,作好料場排水,延長脫水時間,以提高系統(tǒng)砂成品率。

(4)在后續(xù)工程中選用選粉機時,應(yīng)根據(jù)水電行業(yè)生產(chǎn)環(huán)境特點,在選粉機風(fēng)量、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍、調(diào)節(jié)的靈活性等方面進行深入的研究,使其能更好地滿足水電工程施工環(huán)境下的生產(chǎn)要求。

6 結(jié) 語

通過選粉機在錦屏工程中的應(yīng)用,說明人工砂中含有的多余的石粉可以通過干法風(fēng)選予以剔除,特別是要求石粉回收再利用的一些工程,可以采用風(fēng)選分級細(xì)骨料,而且剔除的效果較濕法生產(chǎn)明顯優(yōu)越,不但可以剔除成品砂中多余的石粉,而且可較好地調(diào)整成品砂的級配分布。