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镇安抽水蓄能电站砂石加工系统设计

2024-11-11 114 上传者：管理员

摘要：镇安砂石加工系统为整个抽水蓄能电站提供垫层料、常态混凝土、沥青混凝土等需要的12种粒径成品骨料，合理平面布置及工艺流程设计对整个工程的施工进度及质量起着决定性作用，文章从料源特性、平面布置及工艺流程等方面对砂石加工系统进行了介绍，为今后类似抽水蓄能砂石加工系统的建设提供参考。

关键词：
双碳
工艺流程
平面布置
料场规划
砂石骨料
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在“双碳”目标下，新能源爆发式增长，抽水蓄能电站作为新能源绿色工程大规模建设。砂石骨料是水电站建设不可缺少的原材料，是抽水蓄能电站的粮仓。充分考虑砂石加工系统生产能力、各种粒径要求，结合地形进行合理规划布置，进行工艺流程设计，提供优质的砂石料，是抽水蓄能电站建设的关键[1-2]。

1、工程概况

镇安抽水蓄能电站位于陕西省商洛市镇安县月河镇境内。电站总装机容量1 400 MW(4×350 MW),设计年发电量23.41亿kW·h,年抽水电量31.21亿kW·h,是我国西北地区开工建设的首个抽蓄电站工程，也是陕西建设的最大水力发电站。本电站枢纽主要由上水库、下水库、输水系统、地下厂房及开关站等建筑物组成。上、下库主坝为混凝土面板堆石坝，上水库库盆防渗采用“库周混凝土面板+库底沥青混凝土面板”防渗型式，下水库基本利用天然库盆防渗。引水、尾水系统采用一洞两机布置形式，地下厂房系统由主副厂房洞、主变洞、尾闸洞、330 kV出线竖井及出线平洞、排风排烟洞等建筑物构成。

在本工程上库区施工营地上游缓坡地(上下库连接道路旁)建砂石骨料加工系统，本工程混凝土总量约74.52万m3,沥青混凝土6.89万m3,垫层料14.61万m3。砂石加工系统毛料处理能力650 t/h,成品骨料生产能力不小于365 t/h,垫层料生产能力不小于148 t/h。

系统主要成品料有：垫层料(80 mm～0 mm)和特殊垫层料(40 mm～0 mm);80 mm～40 mm, 40 mm～20 mm, 20 mm～5 mm,≤5 mm的混凝土骨料；沥青混凝土所需的0.075 mm～2.36 mm的细集料，2.36 mm～22.4 mm的粗集料(粗集料分为2.36 mm～4.75 mm, 4.75 mm～9.5 mm, 9.5 mm～16 mm, 16 mm～22.4 mm四种规格),以及喷锚用的豆石料(5～15豆石),共计12种规格的成品料。

2、料源特性

根据料源规划，混凝土骨料来源于上库库盆开挖的结晶灰岩和杨家湾料场，天然干密度平均为2.88 g/cm3,干抗压强度为82 MPa,饱和单轴抗压强度为62 MPa。成品骨料级配参考值见表1。

表1成品骨料级配参考值

3、工艺设计

3.1垫层料和沥青混凝土骨料制备工艺

上水库砂石加工系统同时生产常态及沥青混凝土骨料、垫层料及特殊垫层料所需的骨料。抽水蓄能电站垫层料相比传统水电站量比较小，传统的平铺立采法，需要将各粒径料掺和，然后回采，该系统通过调节粗碎、中细碎开口调节级配，直接生产垫层料及特殊垫层料，通过掺砂料斗掺砂，提高砂含量，生产出符合粒径级配曲线的垫层料及特殊垫层料。

通过立轴冲击破、第三筛分车间和第四筛分车间，生产出沥青混凝土所需的粗集料、细集料。

3.2破碎工艺

系统采用粗碎、中细碎、超细碎的破碎工艺流程；采用一筛、二筛、三筛、四筛的筛分工艺流程。粗碎采用开路生产；第一筛分车间与中细碎组成闭路生产单元；第二筛分车间开路生产；超细碎制砂车间与第三筛分车间闭路循环。整个工艺流程在满足不同级配情况下，可实现各类骨料的均衡生产[3-6]。粗碎采用颚式破碎机，中细碎采用圆锥破碎机，超细碎采用立轴冲击破。

3.3制砂工艺

制砂车间采用立轴冲击破，对于中硬岩，粒形及细度模数较难控制，因此设计超细碎制砂车间与第三筛分车间闭路循环，部分循环进入立轴冲击破，进行整形处理。第二筛分车间筛分出的部分3 mm～5 mm的料与小于3 mm料，与第三筛分车间筛分出的0 mm～2.35 mm的料混合，经选粉机去除石粉，进入成品砂料堆。

3.4设备选择

开挖料中90%以上的骨料大于80 mm,而需要的成品骨料中大石仅占10.3%,需要通过粗碎、中细碎等一系列破碎[7],经过骨料平衡计算，合理调整排料口开度，得到满足要求的成品料。破碎设备开口级配见表2。

表2破碎设备开口及级配表

4、系统布置及工艺流程

4.1系统布置

充分利用地形，按照工艺流程的顺序，核算各输料胶带机的爬坡角度后进行布置。在1 446.0 m高程布置毛料收料仓，在1 429.0 m高程布置粗碎车间，半成品料堆、中细碎车间，超细碎车间布置在1 420 m高程，第二、第三筛分车间布置在1 416.0 m高程，在1 412 m高程布置第一筛分车间、垫层料砂掺配料仓，成品料堆及沥青骨料堆布置在1 408.0 m高程。砂石加工系统平面布置见图1。

图1镇安抽水蓄能电站砂石加工系统平面布置图

4.2工艺流程设计

该系统要全面考虑，结合料源、场地、工艺、生产12种成品骨料。

1)粗碎车间。

粗碎车间设计生产能力为650 t/h,车间内设置3台型号为JC1350颚式破碎机。粗碎采用开路生产，给料最大粒径700 mm,设计排料口开度100 mm(单台生产能力为285 t/h～365 t/h)。破碎后的碎石与小于80 mm的混合料一起由胶带机输送至半成品料堆。

2)半成品料堆。

半成品料堆为锥形料堆，堆高20 m,容积17 000 m3,料堆底部设地弄，由振动给料器卸料至胶带机，由胶带机输送至第一筛分车间。

3)第一筛分车间。

第一筛分车间设计生产能力为1 140 t/h,车间内设置2台型号为2YKR3060圆振动筛。输送到筛分车间的半成品料包括粗碎、中细碎的混合料，经筛分将混合料分为大于80 mm以上的块石、80 mm～40 mm的骨料、0 mm～40 mm的混合料。该级筛分为干法筛分。

大于80 mm的块石经胶带机运入中细碎车间的调节料仓供中细碎。

80 mm～40 mm的骨料，由胶带机输送，机头安装三叉料斗，根据生产成品料品种的不同，调整开启与关闭三叉料斗的不同插板，实现成品料的生产；当生产垫层料时，经分料斗将40 mm～80 mm的大石骨料卸入胶带机，与0 mm～40 mm混合料(通过分叉料斗卸料)混合，再与成品砂掺和后，形成垫层料，进入堆存场堆存；调整三叉料斗的插板，可将40 mm～80 mm的大石，经胶带机运入大石成品骨料堆；同样通过插板的调整，可将多余的大石通过皮带机运入中细碎调节料仓。

0 mm～40 mm的混合料，由胶带机输送，机头安装分叉料斗卸料，经过分料斗将胶带机上的混合料(成品砂掺和后)输送至特殊垫层料成品料堆，亦可经分料斗将0 mm～40 mm的混合料通过胶带机全部转入第二筛分车间调节料仓。

4)中细碎车间。

中细碎车间设计生产能力为540 t/h,车间内设置2台型号为CC400C液压圆锥破碎机。破碎后与半成品料混合后重新进入第一筛分车间进行筛离。

5)第二筛分车间。

第二筛分车间设计生产能力为560 t/h,车间内设置2台型号为3YKR3675标准圆振动筛，第二筛分车间暂存料堆0 mm～40 mm混合料，经筛分后形成20 mm～40 mm中石，5 mm～20 mm小石成品料、3 mm～5 mm的砂砾和不大于3 mm的砂砾。为使脱粉后成品砂的细度模数符合规范要求，将部分(约1/3)3 mm～5 mm的砂砾分离出后重新破碎，剩余2/3的砂砾和0 mm～3 mm的砂砾混合经脱粉后，形成成品砂。该级筛分为湿法筛分。

20 mm～40 mm的骨料，由胶带机输送，皮带机机头安装分叉料斗，根据生产成品料品种的不同，调整翻板的开启位置，当生产中石时，将20 mm～40 mm的骨料通过胶带机头的翻板料斗卸入胶带机送入中石骨料堆存场堆存；同时又可通过翻板料斗将中石卸入胶带机送入超细碎车间调节料仓堆存，经过超细碎车间破碎进行骨料的级配调节。

生产小石时，将5 mm～20 mm的骨料通过胶带机及翻板料斗将小石送入堆存场堆存，或送入超细碎车间调节料仓堆存，经过超细碎车间破碎进行骨料的级配调节；生产豆石(5 mm～15 mm)时，在胶带机头翻板料斗的下方安装有篦子筛，5 mm～15 mm的筛下物豆石，通过胶带机送入豆石成品料堆，15 mm～20 mm的筛上物通过胶带机进入超细碎车间调节料仓堆存。

生产成品砂时，通过筛分机上分料斗，分出3 mm～5 mm的砂砾约2/3,与落于胶带机上0 mm～3 mm的砂砾掺配后，通过胶带机送入脱粉车间，脱粉后形成成品砂，经胶带机进入成品砂料堆进行堆存。通过筛分机上分料斗，分出3 mm～5 mm剩余1/3的砂砾，则通过胶带机送入超细碎车间调节料仓堆存。

6)第三筛分车间。

第三筛分车间工艺设计生产能力为350 t/h,车间内设置2台型号为3YKR3060标准圆振动筛，该车间第三筛分车间暂存料堆堆存为3 mm～40 mm混合料，经筛分后形成不小于20 mm砾石，5 mm～20 mm小石、2.36 mm～22.4 mm的粗集料和0～2.36 mm的细集料，其中不小于20 mm砾石又通过胶带机回超细碎车间调节料仓重新破碎。

7)第四筛分车间。

第四筛分车间处理来自经第三筛分车间产出粒径小于22 mm的产出料，工艺设计生产能力为280 t/h,车间内设置1台型号为3YKR1852标准圆振动筛，主要完成粗集料的分级生产工作。

沥青混凝土粗集料(2.36 mm～22.4 mm)的生产：由于沥青混凝土施工的特殊性，需将粗集料分成2.36 mm～4.75 mm, 4.75 mm～9.5 mm, 9.5 mm～16 mm, 16 mm～22.4 mm四种规格，并分类堆存。超细碎车间调节料仓的石料经第三筛分车间处理后，产出的小石和2.36 mm～5 mm的石料共用一个料斗，经胶带机和翻板料斗，一路进入超细碎车间调节料仓，对超细碎车间进行料源补充；另一路经胶带机进入第四筛分车间，对粗集料进行进一步分级。

粗集料经第四筛分车间分级后，分离出不小于16 mm, 9.5 mm～16 mm, 4.75 mm～9.5 mm, 2.36 mm～4.75 mm的粗集料，经胶带机送入成品骨料堆。

沥青混凝土细集料(0 mm～2.36 mm)的生产：第三筛分车间的筛下物集料斗为插板式分料斗，通过插板的开启与关闭，可实现供料方向的改变。当生产细集料时，0 mm～2.36 mm的砂砾经胶带机进入脱粉车间，脱粉后形成细集料，经胶带机送入细集料成品料堆。当不需生产细集料时，0 mm～2.36 mm的砂砾通过胶带机和第二筛分车间产出半成品砂汇集在一起，完成对第二筛分车间筛出人工砂量地补充。

第二、三筛分车间共用两条胶带机，两筛分车间的调节料进入超细碎车间调节料仓的共用一条胶带机。

8)超细碎车间。

超细碎车间设计生产处理能力为340 t/h,设置1台型号为VS1 500 A,V=60 m/s立轴冲击式破碎机，其单机破碎能力为438 t/h,产砂率35%～45%左右。主要完成人工砂的制备和3 mm～5 mm砂砾的整形，以及调整骨料级配生产的工艺要求。

9)成品料堆。

在本次工艺设计中，成品料共分为12种规格。垫层料和特殊垫层料各设一个堆存场，各采用胶带机点状锥形堆料。垫层料堆料高度均为12 m,容积约2 850 m3;特殊垫层料堆料高度10 m,容积1 900余立方米。

粗集料和细集料共设5个堆存场，其中粗集料分为4种规格，各采用胶带机点状锥形堆料。堆料高度均为9 m,每种骨料容积为1 250 m3。细集料堆容1 250 m3,粗集料合堆容约5 000 m3。粗集料和细集料顶部用彩钢搭设防雨遮阳棚，以保证骨料含水量的稳定。

常态混凝土所用大、中、小石、砂共设一个堆存区，中间用浆砌石挡墙隔开。粗骨料均采用胶带机点状锥形堆料。大石骨料堆高15 m,容积5 500余立方米，活容积1 950余立方米；中石、小石堆高18 m,堆容各9 500余立方米，活容积各约3 300余立方米。粗骨料总堆容24 500余立方米，活容积共约8 570余立方米，可满足施工高峰期7 d的粗骨料用量。豆石采用胶带机点状锥形堆料，堆料高度12 m,容积约2 850 m3。

成品砂采用可逆式胶带机条形堆料，堆高18 m,堆容各17 000余立方米，活容积各约5 950余立方米，可满足施工高峰期10 d的细骨料用量。工艺流程见图2。

图2镇安抽水蓄能电站砂石加工系统工艺流程图

常态混凝土成品骨料部分通过胶带机运至上库混凝土生产系统，部分通过自卸汽车运至下库混凝土拌和系统。沥青混凝土骨料通过装载机运至上库沥青混凝土生产系统。垫层料及特殊垫层料通过自卸汽车运输至上下库大坝。

5、结语

该砂石加工系统已建设并运行4 a之久，上水库已经蓄水验收。本文通过对镇安抽水蓄能电站砂石骨料加工系统的深入研究和分析，得出以下结论，为类似抽水蓄能电站砂石加工系统设计提供参考，对提高抽水蓄能电站建设效率和质量有着重要的意义。

1)整个砂石加工系统设计中，考虑了主体混凝土的强度、料源条件，系统通三叉料斗、翻板及二三筛分车间筛网及胶带机的巧妙共用，优化了工艺流程和设备配置，通过粗碎、中细碎、超细碎、四个筛分车间，生产出了混凝土、垫层料、特殊垫层料、沥青混凝土等所需要的12种粒径的砂石骨料，砂石骨料的质量满足工程要求。

2)充分利用地形，分6个台阶进行布置，减少胶带机的爬升角度，节约投资，提高生产效率。

参考文献:

[1]水电水利规划设计总院.水电工程砂石加工系统设计规范:NB/T 10488—2021[S].北京:中国水利水电出版社,2021.

[2]熊建武.柬埔寨某水电站砂石加工系统设计[J].水电与新能源,2024,38(3):46-49.

[3]许昌永,贺双喜.人工砂石加工系统设计及设备选型要点分析[J].云南水力发电,2023,39(10):211-214.

[4]李俊.青海玛尔挡水电站砂石加工系统污水处理工艺设计[J].技术与市场,2023,30(9):90-93,99.