高寒缺水環(huán)境下砂石骨料生產(chǎn)工藝探索

文杰

（中國葛洲壩集團(tuán)路橋工程有限公司，湖北 宜昌 443002）

1 研究背景

抽水蓄能電站的主要組成部分包括上水庫、下水庫、地下廠房、地下輸水系統(tǒng)等，多數(shù)需進(jìn)行地下施工，從而提高了施工難度系數(shù)，且工期較長。隨著我國特別是北方多座抽水蓄能電站的建設(shè)，如何使電站早日投產(chǎn)發(fā)電、盡早發(fā)揮效益顯得尤為重要，然而冬季北方的高寒環(huán)境制約了施工進(jìn)度，基本處于冬休停工狀態(tài)。

2 工程概況

河北豐寧抽水蓄能電站位于河北省豐寧滿族自治縣境內(nèi)，工程區(qū)距豐寧縣公路里程約62 km，電站對外有國道、省道和簡易鄉(xiāng)村公路相通。電站主要由上水庫、水道系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、蓄能專用下水庫及攔沙庫等建筑物組成。工程規(guī)劃裝機(jī)容量3 600 MW，為一等工程，大（1）型規(guī)模。豐寧電站分兩期開發(fā)，同期建設(shè)，一、二期工程共安裝10臺300 MW的單級立軸可逆式定速抽水蓄能發(fā)電機(jī)組和2臺300MW交流勵磁變速機(jī)組，總裝機(jī)容量3 600 MW，平均發(fā)電量6.612×109kW·h，平均抽水電量8.716×109kW·h。上水庫正常蓄水位1 505 m，死水位1 460 m，調(diào)節(jié)庫容4.061×107m3，死庫容7.53×106m3；大壩采用混凝土面板堆石壩，壩頂高程1 510.3 m，最大壩高120.3 m。下水庫正常蓄水位1 061 m，死水位1 042 m，調(diào)節(jié)庫容4.148×107m3，死庫容1.813×107m3。

為了保證和加快豐寧抽水蓄能電站的建設(shè)進(jìn)度，盡快發(fā)揮效益，顯然必須保證關(guān)鍵線路地下工程的施工，為此，應(yīng)盡量縮短冬歇期，保證冬季施工，從而如何保證冬季施工原材料混凝土骨料的生產(chǎn)供應(yīng)成為問題的關(guān)鍵。

3 砂石骨料必須滿足的質(zhì)量要求

1）粗骨料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。其最大粒徑禁止超過鋼筋凈距離的2/3、斷面邊長的1/4、素混凝土板厚的1/2，如果結(jié)構(gòu)中不含鋼筋混凝土，則選擇最大的粗骨料粒徑。豐寧工程分為2個等級，即5～20 mm和20～40 mm。應(yīng)嚴(yán)格控制粗骨料超遜徑含量，其控制標(biāo)準(zhǔn)為：超徑小于5%，遜徑小于10%；針片狀骨料應(yīng)不大于15%；含泥量應(yīng)不大于0.5%。

2）細(xì)骨料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。細(xì)骨料應(yīng)當(dāng)質(zhì)地堅(jiān)硬和級配良好，人工生產(chǎn)的細(xì)骨料其細(xì)度模數(shù)嚴(yán)格控制在2.4～2.8，如果使用山砂、粗砂或者細(xì)砂代替其他砂石料時(shí)，應(yīng)滿足嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)要求；保證細(xì)骨料含水率不會發(fā)生較大的變化，人工砂飽和面含水率宜在6%以內(nèi)。

3 骨料生產(chǎn)工藝

3.1 干法工藝

豐寧抽水蓄能電站4月極端最低氣溫為-19.8℃，10月最低極端氣溫-18.3℃，在此氣溫下用于濕法生產(chǎn)的水系統(tǒng)將無法運(yùn)作，運(yùn)輸骨料的膠帶機(jī)因結(jié)冰而無法正常運(yùn)行，骨料加工系統(tǒng)無法生產(chǎn)。干法工藝使用少量水或不用水，受環(huán)境溫度影響較小，基本能保證骨料加工系統(tǒng)正常運(yùn)行，能有效延長生產(chǎn)時(shí)間約2～3個月。

濕法生產(chǎn)的成品骨料因含有一定水分，在氣溫低于0℃時(shí)會結(jié)冰。用濕法生產(chǎn)的人工砂在進(jìn)入砂堆場堆存脫水之前其含水率約為18%，即使是7～9月生產(chǎn)的骨料，當(dāng)10月底最低氣溫降到0℃以下時(shí)，骨料也因結(jié)冰而無法轉(zhuǎn)運(yùn)和使用，嚴(yán)重制約了冬季混凝土施工。

相反，采用干法工藝生產(chǎn)的骨料，除人工砂的含水率約為2%（采用噴霧降塵約3%），其余骨料含水率幾乎為0，基本不受外界溫度影響，并增設(shè)雨棚防止雨雪進(jìn)入。這樣，成品骨料在寒冷季節(jié)也不會發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象，可保證冬季混凝土施工。

同時(shí)，干法工藝大大減少了水資源的浪費(fèi)，對于缺水的北方則更顯得順勢而為，而且避免了濕法生產(chǎn)帶來的水污染和污泥在干化、運(yùn)輸過程中造成的二次污染，也節(jié)省了濕法生產(chǎn)設(shè)備和污水處理所需的大面積場地，這在目前土地資源日顯寶貴的背景下尤為重要，實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保的理念。

3.2 含泥量預(yù)處理工藝

系統(tǒng)原料為灰窯子溝料場的花崗巖，一般不含夾泥層。為確保有害的泥不進(jìn)入系統(tǒng)后端加工環(huán)節(jié)，保證成品質(zhì)量，經(jīng)開采后粒徑不大于750 mm的毛料進(jìn)入受料坑時(shí)，其下部設(shè)置有棒條間距為40 mm的棒條給料機(jī)，大于40 mm的毛料進(jìn)入顎式破碎機(jī)進(jìn)行破碎。只有當(dāng)料源質(zhì)量好、基本不含泥時(shí)，篩下這部分粒徑小于40 mm物料才與顎破加工后的物料一道進(jìn)入后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，否則將其棄除[1]。

3.3 立軸破制砂和整形相結(jié)合工藝

如果單一采用立軸破制砂，砂子粗細(xì)顆粒呈現(xiàn)出“兩頭大中間小”的不利現(xiàn)象，傳統(tǒng)的濕法工藝采用棒磨機(jī)是為了彌補(bǔ)中間顆粒偏少的問題。近年，隨著綠色環(huán)保理念的興起，干法生產(chǎn)工藝則采用高線速度、“石打石”工況的立軸破代替棒磨機(jī)，達(dá)到了理想的效果。為此，豐寧砂石加工系統(tǒng)超細(xì)碎車間PL9500立軸破的任務(wù)為制砂，進(jìn)料為5～40 mm混合料，采用中等線速度（70 m/s）、“石打鐵”工況。

砂整形車間型號為PL-700的立軸破的任務(wù)主要是砂子整形、調(diào)整細(xì)度模數(shù)，其進(jìn)料主要是3～5 mm骨料，為了達(dá)到砂整形的良好效果，少量加入5～20 mm的骨料，采用相對較高的線速度（80 m/s）、“石打石”工況，以達(dá)到改善砂子粒型、調(diào)整細(xì)度模數(shù)的目的。

3.4 砂子選粉降粉工藝

在工藝布置上，為確保砂的含粉量要求，砂子進(jìn)入堆場之前將其輸送至選粉機(jī)，選粉機(jī)將其中多余的石粉棄除。豐寧砂石加工系統(tǒng)選用NHX-A型系列高效轉(zhuǎn)子式選粉機(jī)對多余的石粉進(jìn)行回收棄除。NHX-A型系列高效轉(zhuǎn)子式選粉機(jī)，是外部循環(huán)式帶轉(zhuǎn)子的選粉機(jī)，生產(chǎn)效率高，采用重力和離心雙重分級力場，物料在分級室內(nèi)，在較強(qiáng)的旋流及切向剪力的作用下達(dá)到有效分級的目的。經(jīng)實(shí)際使用，選粉效率可達(dá)85%以上，成品料石粉含量可在6%～18%任意調(diào)整，調(diào)節(jié)方便，靈敏可靠，可通過調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速及風(fēng)量靈活控制，廣泛應(yīng)用于水泥生產(chǎn)、人工制砂干法系統(tǒng)等領(lǐng)域[2]。

3.5 達(dá)到的效果

系統(tǒng)設(shè)置四段破碎，工藝及設(shè)備配置合理，生產(chǎn)的粗骨料全部合格，重點(diǎn)對成品細(xì)骨料進(jìn)行密切關(guān)注和跟蹤試驗(yàn)檢測。經(jīng)過以上一系列工藝處理后的成品砂含粉率平均值能穩(wěn)定控制在8%～12%，可以滿足水工混凝土用砂的質(zhì)量要求?，F(xiàn)僅列出2016年度成品砂的檢測成果，見表1。

表1 人工砂出廠試驗(yàn)檢測成果統(tǒng)計(jì)表

4 環(huán)保措施

干法生產(chǎn)工藝，在骨料加工和轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)容易產(chǎn)生粉塵外溢，揚(yáng)起的粉塵不僅造成環(huán)境和大氣污染，而且對運(yùn)行管理人員的身體健康產(chǎn)生危害，為此，在破碎、篩分、選粉、膠帶機(jī)卸料等粉塵產(chǎn)生集中部位進(jìn)行全封閉，采用除塵器結(jié)合噴淋、噴霧裝置除塵。

4.1 除塵器除塵

各破碎、篩分、選粉車間產(chǎn)生的粉塵較多，應(yīng)采取封閉措施，具體封閉粗碎、中、細(xì)碎車間，超細(xì)碎車間，砂整形車間，第一、二篩分車間，并安裝多臺除塵器對破碎、選粉、篩分過程中產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行回收，并傳輸至粉塵回收倉集中存儲。

此外，選擇XM系列脈沖單機(jī)除塵器除塵，該設(shè)備通過脈沖噴吹達(dá)到清灰的目的，具有清灰效果好、凈化快、處理風(fēng)量大、濾袋耐用、可減小維修工作量、運(yùn)行穩(wěn)定性高、安全等多方面的優(yōu)勢，在冶金、建材、機(jī)械、化工、礦山等非纖維性粉塵工業(yè)粉塵的除塵凈化和物料回收中取得了廣泛的應(yīng)用。

4.2 噴淋、噴霧除塵

毛料經(jīng)粗碎車間加工成半成品時(shí)，在顎式破碎機(jī)的卸料口及受料坑會產(chǎn)生粉塵，為防止粉塵外溢，在受料坑、顎式破碎機(jī)的進(jìn)、出料口同時(shí)安裝有噴淋裝置，再加上上述除塵器除塵，基本可以確保粗碎沒有粉塵外溢。

骨料在膠帶機(jī)運(yùn)送過程中，在落差較大的膠帶機(jī)搭接處產(chǎn)生少量的粉塵，為此，在半成品和成品骨料堆場上方膠帶機(jī)頭處安裝噴霧裝置，防止粉塵擴(kuò)散。

噴霧降塵采用JC系列設(shè)備，該設(shè)備霧滴直徑均勻，成霧穩(wěn)定，霧量調(diào)節(jié)范圍大，操作簡單，是解決PM2.5空氣質(zhì)量超標(biāo)的優(yōu)選設(shè)備，廣泛應(yīng)用于建筑工地。

4.3 其他除塵措施

及時(shí)清掃散落在生產(chǎn)場地周邊的砂石骨料，并根據(jù)天氣、現(xiàn)場的實(shí)際情況不定時(shí)采取灑水等措施，降低粉塵的污染。

砂石骨料加工系統(tǒng)通過以上措施對粉塵進(jìn)行處理后，經(jīng)環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)，空氣質(zhì)量滿足招投標(biāo)文件要求（即符合GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的二級標(biāo)準(zhǔn)）。因砂石骨料加工系統(tǒng)為干法生產(chǎn)，污水排放基本為零對環(huán)境無影響。

系統(tǒng)環(huán)保措施見表2。

表2 各部位環(huán)保措施一覽表

5 結(jié)語

在高寒缺水環(huán)境下生產(chǎn)混凝土砂石骨料，采用干法生產(chǎn)等多種工藝技術(shù)可保證成品骨料質(zhì)量，并且采取相應(yīng)的環(huán)保措施可以有效延長冬季施工時(shí)間，加快施工進(jìn)度，為工程提前投產(chǎn)發(fā)電提供了條件，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益，有效節(jié)約了水資源，避免了水污染。