港口建筑廢料篩分裝船系統設備升級改造措施

肖向東 鄔俊文 魏雅康

中交第四航務工程勘察設計院有限公司

1 引言

建筑廢料是施工單位從事掘土挖方、樓宇建筑、隧道等施工活動產生的材料混合物，含碎片、瓦礫、磚塊、混凝土、石塊和渣土等。香港某工程需造陸650 hm2，需要總回填量約1億m3，原計劃主要回填料為內地海砂。然而，受內地政府海砂出口限制，原計劃海砂無法順利組織到場。工程急需在香港尋找新的回填料作為替代。

經設計研究，本工程在香港將軍澳建筑廢料堆填區臨海區域新建臨時港口、篩分出運裝船系統，篩選出100 mm以內的建筑廢料，裝船運輸至工程所在地回填。

2 建筑廢料篩分裝船系統裝卸工藝方案及設備選型

根據建筑廢料2 000萬t回填量的需求和2年生產周期的計劃，計劃在臨時港口建設3條建筑廢料篩分出運裝船生產線，生產效率為900 t/h。

2.1 港口建筑廢料篩分裝船系統工藝流程

經過對地理條件、建設經費、運營成本等多方面分析，港口篩分裝船系統工藝流程見圖1。

圖1 建筑廢料篩分生產工藝流程

具體工藝流程為：

(1)自卸汽車從填料庫運載建筑廢料經地磅至卸車平臺。

(2)自卸汽車在卸車平臺上卸載建筑廢料至2個卸料點。

(3)每個卸料點對應1個棒條振動給料機(VGF1/2)，對卸載建筑廢料進行初級篩選，淘汰200 mm以上的建筑廢料，主要為不規則混凝土、石塊等。

(4)每個棒條給料機分別對應1條皮帶機(BC1/BC2)，將初級篩選后的物料各自運輸至振動篩(VGS1/VGS2)。

(5)振動篩對來料進行二級篩選，淘汰100 mm以上的建筑廢料，篩選合格的100 mm內物料落至BC3皮帶機。

(6)BC3皮帶機將合規格的建筑廢料轉運至BC4固定懸臂皮帶機(外伸出海)進行裝船作業。

(7)振動給料機和振動篩淘汰的不合規格物料(廢料)通過自卸汽車運輸至場地后方廢料存放區。

2.2 建筑廢料篩分出運系統設備選型

根據單個卸車點可達到的卸車效率，確定一級篩分即棒條振動給料機處理能力為800 t/h。顆分試驗表明100 mm以上建筑廢料占比達30%，確定篩出后的100 mm以內合格料最大能力為1 200 t/h。

經過分析測算，篩分生產裝船系統主要設備選型見表1。

表1 單條篩分生產線主要設備選型

(續表1)

2.3 出運裝船系統選型

建設傳統的靠船泊位，需在岸邊的前方水域打樁施工或基槽開挖，對已有海域有擾動；其次施工需要調遣大型船舶機械，工序復雜、周期長、成本高。鑒于本工程出運裝船系統的泊位為臨時使用、船型較小，為了施工快且成本低，設計采用懸臂鋼結構外懸出海作為靠船構件，每個靠船泊位設置2個外懸臂鋼結構，其型式為：鋼結構主框架的主體部分朝外伸出于海岸線之外形成鋼架懸臂式結構，后部與埋于土中的平衡箱體焊接成一個整體，平衡箱埋于土中且裝滿填料形成一個平衡結構[1-2]；在主框架的前端設置護舷，作為靠船構件(見圖2)。

1.靠船護舷 2.主體框架 3.泊位前沿線 4.平衡箱圖2 懸臂鋼結構靠船泊位結構型式

3 建筑廢料篩分出運裝船效率提升措施

3.1 建筑廢料物料特性

根據顆粒試驗分析，建筑廢料含泥量高達25%。在雨季含水率升高的影響下，物料粘結性強、黏附性強、流動性差。建筑廢料另一特性是物料多元化。由于建筑廢料來源很廣，物料內部天然含有大量雜質，如無規則石塊和混凝土、鋼筋、鋼管等。

3.2 試運行階段效率較低的原因分析

由于建筑廢料黏附性強和物料多元性等原因，在篩分生產初期階段，篩分設備對物料適應性低，總體生產效率較低，綜合平均生產效率僅為設計的50%(450 t/h)，經過分析，主要原因為：

(1)透篩面積小。棒條給料機寬度2.4 m，長度6 m，其中盲板區長4.2 m，棒條區長1.8 m，其可透篩面積僅為2.4 m×1.8 m=4.32 m2。建筑廢料經盲板區域拋射振動輸送至棒條區，盲板過長導致建筑廢料滑入棒條區位移大，運動時間長，加之透篩面積小，從而導致篩分時間長。

(2)篩面角度小。棒條給料機篩面角5°，而建筑廢料物料粘結性強，粘附力大。篩面角度過小導致物料在給料機上所受的主動下滑力小，摩阻力大，物料易結塊粘滯在盲板，難以流動至棒條透篩區。

(3)透篩孔隙卡阻或堵塞。建筑廢料物料多元化，內含規則形狀不一的混凝土和石塊。在棒條給料機生產過程中，不規則石塊由于給料機振動影響，一定比率的不規則石塊剛好卡阻在棒條間，導致后續越來越多的石塊緊隨卡阻，從而減小透篩面積，甚至造成篩面堵塞，影響物料透篩。

(4)堵料。建筑廢料粘附性強，易在落料漏斗四角粘附堆積起拱造成漏斗堵塞，人工清堵增加了停機時間，降低了有效作業生產時間。

3.3 建筑廢料裝船效率提升措施

根據給料設備生產能力公式：

(1)

(2)

式中，F0為給料設備槽體橫斷面積；K1、K2為與物料特性有關的經驗系數；α為給料設備篩面角度；A、ω、β為給料設備振幅、角頻率、振動方向角；D為拋擲指數，建議1

從公式可以看出，給料設備生產能力與許多參數有關系。盡管本工程設備已建成并試運行，給料機設備部分參數如設備頻率、振幅和振動方向角已無法改變，但其篩面角度、透篩面積存在調整空間。因此，通過改變設備部分參數來提高給料機生產效率：

(1)增加透篩面積。即調整給料機盲板和棒條長度，盲板長度縮短至1.8 m，棒條長度增加至4.2 m。改造后的給料機透篩面積增加至2.4 m×4.2 m=10.08 m2，是原透篩面積的2.3倍，從而增大篩分效率。

(2)增大給料機篩面角度。為降低成塊成團的建筑廢料在給料機篩面上的粘滯摩擦阻力，改造給料機前后四角彈簧高差，將篩面角度從5°增加至9°，從而增大給料機拋擲指數，加快物料透篩，增大篩分效率(見圖3)。

1.前彈簧 2.機架 3.激振器 4.驅動電機 5.后彈簧 6.棒條橫梁 7.后彈簧 8.棒條圖3 給料機結構形式

針對建筑廢料多元性的物料特性，從減低給料機卡料、堵料角度出發，在設備工藝上提高給料機生產效率：

(1)增加棒條級數。棒條區加長后，將棒條做成2到3級階梯狀，階梯處高差200 mm。成團結塊的建筑廢料在各級棒條交接處墜落，使塊體落差受沖擊松散，增加物料流動性和松散性，加快透篩。

(2)改變棒條形狀。將棒條頂部加工成前寬后窄的形式，使棒條間的透篩孔隙形成喇叭狀；且在棒條2側加焊36 mm鋼筋。不規則石塊下滑空間不僅越來越大，而且其與棒條相切成為單點接觸，有效減少其和棒條間的摩擦阻力，使其迅速滑出棒條區進入廢料區。

(3)增大落料漏斗側壁角度。借鑒曲線落煤點的弧度狀漏斗技術，將給料機下緩沖漏斗側壁交接處增加1塊過渡鋼板，使相鄰漏斗側壁由銳角改變為2個鈍角，可有效降低建筑廢料粘附漏斗積料概率；其次，借鑒空氣炮清堵的原理，在漏斗側壁拐角處安裝小孔徑水管，可對側壁積料進行沖擊提前清理積料，預防堵料。

3.4 設備改進后提升效果

設備經過調整改進后，建筑廢料在篩分源頭給料機處流動性和物料松散度均高于改造前，且透篩面積增大約2倍，其透篩能力隨之增強；物料粘度導致的堵料問題得到了有效抑制，減少了停機清堵，相對延長了篩分作業時間。

改進后的篩分裝船效率由450 t/h提升至800～1 000 t/h。截止目前，2年內已成功篩分生產近1 900萬t合格料，給回填工程提供了強有力的供料支撐。

4 結語

針對建筑廢料分裝運船難題，在工藝流程設計、設備選型、運營效率等方面進行了實踐，取得了良好的技術、經濟和社會效益：

(1)解決了建筑廢料篩分效率較低的問題，使改造后的設備基本滿足設計產能，為項目的順利實施創造了條件。

(2)提高生產效率后的篩分生產線為本項目提供了穩定的填料保障，降低了外購砂的依賴。相對價格高昂的外購砂，建筑廢料回購零成本，經濟效益顯著。

(3)為國內外實施建筑廢料的再利用項目提供技術支撐，既可以解決回填料不足的問題，也可以解決建筑廢料堆填處理難的問題。