小湾水电站砂石系统石粉回收设备的应用与研究

2019-09-23 版权声明 举报文章

【摘要】本文主要针对小湾水电站砂石系统石粉回收设备展开分析,讨论了小湾水电站砂石系统石粉回收设备在当前的应用情况,研究了如何更好的应用小湾水电站砂石系统石粉回收设备,以提高其利用效果。

【关键词】小湾水电站;砂石系统;石粉回收设备

中图分类号: TM622 文献标识码: A

一、前言

小湾水电站砂石系统石粉回收设备在应用的过程中,明确应用的范围和应用的过程,针对不同的施工工程,采取不同的应用对策,以提高小湾水电站砂石系统石粉回收设备的应用质量。

二、石粉回收工艺

小湾水电站左岸砂石加工系统成品砂料设计生产能力为653t/h,根据砂石骨料质量控制技术标准,砂的石粉含量应为12%~17%。结合现场场地狭小、石粉回收量大的特点,石粉工艺只能采用占地面积较小、回收量大的石粉回收设备。经比较,我们选用了美国克瑞博斯公司(KREBS)生产的VDS512-4强力脱水石粉回收设备(以下简称“克瑞博斯设备”)。

工艺方案为:利用钢结构溜槽和钢管,把筛分、巴马克制砂和棒磨机制砂等车间排放的尾水引至安装在克瑞博斯设备下面的240m3集液箱中,经加药快速沉淀,然后由集液箱底部的砂浆泵用172.6kPa±5%(通过变频调速电机及时进行变频调整)的压力将砂浆泵入旋流器进口,砂浆以很快的速度沿筒壁旋转,产生很大的离心力。在离心力和重力的作用下,0.016~0.16mm的颗粒(简称“石粉”)被抛向旋流器内壁,沿螺旋线的轨迹向下运动,并由圆锥体下部的排砂嘴排至强力脱水筛,经高频振动脱水后的细颗粒(含水率小于22%)由胶带机回收,与筛分楼砂、巴马克砂和棒磨机砂混合。而小于0.016mm的微颗粒和大部分水,则在锥体中心形成内螺旋状的上升浆流,经溢流管排至废水回收车间回收处理。

三、砂石加工系统石粉回收工艺与设备的选择

石粉含量是大坝混凝土用砂的重要技术指标,石粉含量的高低对混凝土性能有较大的影响。在小湾水电站,对大坝混凝土用砂的石粉含量指标规定为12%~17%、砂的细度模数为2.4~2.8。采用湿法生产工艺制取人工砂时,无论是立轴式冲击破制砂或是棒磨机制砂,都经过了洗砂机及脱水的工艺过程,石粉会流失一部分。因此,生产出的人工砂中的石粉含量达不到大坝混凝土用砂对石粉含量的要求,必须回收部分石粉掺入到人工砂中。

目前,在回收石粉的设备与工艺方面,比较成熟的有石粉沉淀池沉淀与机械铲运掺入方式、有刮砂机回收掺入方式与旋流器浓缩、高频脱水筛脱水的工艺方式等。

沉淀池回收方式是比较早期的一种工艺方式,结构简单、投入费用较少,但难以保证与人工砂同步生产、同步掺入,占地面积较大。

刮砂机回收掺入方式投入费用也不高,能耗较低,但目前生产的刮砂机单机产砂量较小。当要求石粉回收量较大时,必须采用多台设备,占地面积较大。

旋流器浓缩、高频脱水筛脱水是最新的一种工艺方式,单机回收量较大,可达25~30t/h,回收后的石粉含水率较低,占地面积不大,可与制砂同步生产。因此回收的石粉在人工砂中的掺和均匀。其缺点是设备的投入费用较高,能耗也较高。根据以上三种工艺优缺点和小湾的实际情况,最终小湾左岸砂石加工系统选用了旋流器浓缩、高频脱水筛脱水石粉回收工艺,并在后期运行中起得了较好的效果。

四、应用

克瑞博斯设备在小湾左岸砂石加工系统中的应用是相当成功的。设备安装完成后,一次调试成功。在以后的运行过程中,通过不断地摸索与总结经验,基本完全熟悉和掌握了该设备的运行特性,为同类工程应用该设备积累了丰富的实践经验。

1、供料浓度及固体颗粒粒径控制

根据生产试验发现,若集液箱的浆液浓度小于10.5%,旋流器浓缩后的浆液浓度不能达到高频脱水筛正常所需的浓度,固、液不能有效分离。这种情况一般发生在系统刚开始生产时的前10min内。10min后,尾水夹带的细颗粒逐渐在集液箱中沉降聚集,砂浆泵向旋流器供料的浓度提高,石粉回收就能达到较好的效果。

砂石系统使用的克瑞博斯设备,其旋流器的底流直径为44.5mm,可以满足最大砂料颗粒(≤5mm)的通过。为防止粒径在5mm以上的碎石被回收,尾水在进入集液箱前经过初滤处理,5mm以上的颗粒被滤除。

2、供料压力

供料压力指旋流器组的进口压力值。根据实验室测试,进口压力越大,底流分流量就越大。设备的进口压力值是依靠供料载荷建立的。当系统进行石粉回收时,首先起动运行高频脱水筛,当其运转正常后,砂浆泵运行向旋流器提供浆液,系统工作压力建立。

砂石系统使用的克瑞博斯设备的旋流器数量较少,设计为常开工作。当砂浆泵向旋流器供料时,所有旋流器同时工作。因此,进口压力控制通过调整砂浆泵的频率来实现。砂浆泵采用200NG43Ⅲ,其流量为550m3/h,扬程43m,电机功率185kW。每台砂浆泵的电机配置一台变频器,用于调节泵的压力和流量。

3、浆液浓度

克瑞博斯设备对浆液浓度的变化适应能力较强,在浆液浓度10.5%以上都能正常工作,进浆浓度提高时回收能力不变,提高产量的同时不需要增加砂浆泵能力。

五、石粉回收试验及工艺研究

小湾水电站砂石加工系统成品砂以及石粉掺和工艺为:石粉回收车间回收的石粉、筛分车间砂、巴马克车间砂和棒磨机车间砂通过各自的出料胶带机输送到进仓胶带机掺和后一起进仓。

采用高峰期正常开机状态(筛分楼4组、棒磨机2台、巴马克3台)下均衡生产20d的数据,对各车间砂的石粉含量、细度模数及成品砂石粉含量、细度模数数据进行采集及实验统计分析(见表1、2)。

由表1可知,克瑞博斯设备可以回收5mm以下的颗粒,回收产品中≤0.16mm石粉颗粒的平均回收含量占回收总量的68.1%,产品含水率平均为20.3%,回收量平均为41t/h。由表2可知,掺加石粉后,成品砂的石粉含量平均为13.8%,细度模数平均为2.61,石粉含量及细度模数符合小湾水电站大坝混凝土对人工砂的质量要求。

通过以上实验及统计分析可以看出,小湾水电站砂石加工系统成品砂以及石粉掺和工序和工艺是合理的,且生产连续、级配均匀。

六、石粉回收综合评价

小湾砂石加工系统利用克瑞博斯设备回收石粉,经过三年多的运行,效果比较明显,回收的产品级配好、产量高、含水率低,设备检修及配件更换量少。事实证明此工艺是目前为止国内砂石系统中比较先进的,主要表现在以下方面:

1、经济效益明显,正常开机状态,石粉回收量平均为41t/h,最高可达60t/h,石粉直接通过胶带机运输进入成品料仓,相对于传统的沉淀池回收系统,每年节约运输、添加剂及人工等运行成本上千万元。

2、减少了环境污染,现场文明生产形象达到极佳效果,得到了各方面的高度评价。

3、回收的产品级配较好,改善了成品砂料的级配组成,达到了对砂料细度模数及石粉含量的设计要求。小湾水电站砂石加工系统石粉回收工艺及设备的采用,为以后大型人工砂石系统石粉回收积累了成功的经验。

4、环境保护

克瑞博斯设备石粉回收设备使用平稳,振动小;虽然不能代替棒磨机,但可以降低棒磨机运行频率,降低棒磨机生产的工业噪声。同时,石粉的有效回收降低了生产用水的排放浓度,初步净化的水源,通过污水处理系统进一步净化后回收再用,最终排放的生产用水能够满足国家废水排放标准。

七、结束语

总而言之,小湾水电站砂石系统石粉回收设备的经过几年的应用取得了较好技术、经济效果,保证了小湾水电站大坝混凝土人工砂生产和质量要求,为后期类似工程的设计应用提供了经验和一定参考作用。

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