干法去石粉工藝在錦屏二級水電站東端砂石加工系統中的應用

2010-02-23 06:09:54王艷萍李盛林

四川水力發電 2010年3期

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位于模薩溝棄渣場高程 1 430 m平臺,主要負責電站東端工程所需的砂石料生產加工任務,共需生產成品粗、細骨料約 520萬 t。系統滿足混凝土高峰澆筑強度為 9.2萬 m3/月,砂石系統毛料處理能力為 800 t/h,成品料生產能力為 636 t/h,其中成品砂 232 t/h,石粉 56 t/h。

砂石系統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

東端砂石加工系統工藝流程見圖 1。

東端砂石加工系統采用全干法生產,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。當組成砂的不同顆粒比例適當時,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為依據。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。現行水工混凝土施工規范(DL/T 5144-2001)規定的水工混凝土所用成品砂為中砂,細度模數宜為 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偏低及石粉含量較高的特點,需采取提高砂的細度模數、去除砂中多余的石粉的工藝措施。將大理巖破碎產生的砂除去多余的石粉后,其細度模數宜提高到中砂范圍,所以,為了保證砂的質量,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細砂回收處理設備),經水力沖洗去除砂中的大部分石粉。水電行業現有砂石加工系統人工砂的石粉含量一般不會超過規范要求的18%,尤其破碎特硬巖(如玄武巖)時石粉含量一般在規范要求的下限,故現有多數砂石系統都在設法提高石粉含量,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。傳統的濕法工藝去粉產生了大量的含細砂和石粉的尾水,處理工藝復雜,設備投入多、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下用設備直接將石粉從砂中分離出來,而不需要水力沖洗,其優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,該工藝為水電行業第一次試用,選用何種設備更適合均有很大的不確定性。

該砂石系統采用的干法去粉工藝流程為:篩分車間干法分級→風選設備→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 去粉設備選型及其工作原理

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

圖 2 東端砂石加工系統風選車間工藝剖面圖

根據砂石系統的工藝流程,1#風選車間處理主篩分車間分級出的、粒徑＜5 mm的骨料量,2#風選車間處理檢查篩分車間分級出的、粒徑＜5 mm的骨料量。根據系統級配平衡計算結果:主篩分車間分級出粒徑＜5 mm骨料量為 257 t/h,1#風選車間配置 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),其設備負荷率為 55.2%。

XF系列選粉機結構如圖 3所示。

圖 3 XF系列選粉機結構示意圖

選粉機的工作原理:在生產時,將需分選的物料由選粉機上部進料口喂入,落到與轉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。物料在選粉室內與上旋的氣流相遇,物料中的細顆粒因質量小而隨氣流上升,由隨轉子旋轉的分級圈分級,合格的細粉穿過分級圈柵條繼續上升進入旋風筒,經旋風筒收集后落入集灰斗并經細粉管排出,清除細粉后的空氣則從旋風筒中心經風管返回風機形成氣流閉路循環;粗顆粒因質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錐并由粗粉管排出。產品的粗細可通過改變主軸的轉速及風機的風量調節,理論上可將成品砂中的石粉選出 80%。

5 去粉設備的應用效果

錦屏二級水電站東端砂石系統一期工程于2007年 10月 24日建成,二期工程于 2007年 11月 15日建成投產。系統運行調試及消缺處理完成后即對風選設備進行了生產性試驗,其試驗參數見表 1和表 2。

風選車間進料時人工砂的細度模數為 2.3、石粉含量平均約為 31.4%,經風選車間處理后的人工砂的細度模數平均值為 2.80、石粉含量平均值為 19.2%。風選設備能將石粉去除約 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,當毛料含水率較高時,在預篩分車間內就能將粒徑＜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在風選設備機殼內壁、下料不暢通、堵塞內腔的現象,在風選設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#風選車間生產實測數據見表 3。

石粉含量平均值為 31.4%。

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