设计与调整瀑布沟水电站反滤料加工系统

任玉勇

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北　宜昌　443002）

摘 要：瀑布沟大坝反滤料加工系统建成后由于反滤料设计标准的提高，导致原系统生产的反滤料不能满足设计要求，为此对本系统进行了一系列调整。在调整过程中，针对反滤料中石粉含量偏高以及级配不连续等问题的处理，对其他反滤料系统的工艺具有一定的参考作用。

关键词：瀑布沟水电站　反滤料　调整　石粉

1 系统概述

瀑布沟水电站反滤料加工系统与瀑布沟砂石加工系统合称为卡尔沟砂石加工系统，由原投标方案卡尔沟砂石加工系统场地外迁后对反滤料加工系统与砂石加工系统进行拆分而成，反滤料加工系统主要布置在尼日河两岸的台地上，其中粗碎、中碎、预筛分及半成品堆场布置在尼日河左岸，与砂石加工系统共用，半成品堆场之后系统布置所生产的反滤料分为两种，分别为B1-B3，B2-B4反滤料，主要作为坝体填筑所在尼日河右岸，单独进行反滤料生产，左右岸系统通过跨河胶带机相连。

本系统需用料，共需反滤料约155.56万m3，本系统料源来自卡尔料场开采的花岗岩。

2 系统工艺流程及布置

2.1 反滤料加工系统规模

尼日河左岸系统与砂石加工系统共用，生产能力取1150t/h进行粗破设备选型及布置。尼日河右岸反滤料系统按743t/h进行系统设备选型及计算。

反滤料的级配取标书提供的各反滤料级配包络线内的平均级配曲线。

反滤料级配见表1。

表1 反滤料及混凝土骨料级配

2.2 系统工艺流程

本系统工艺流程与瀑布沟砂石加工系统工艺流程采用合分方式进行衔接，将砂石生产系统能够干筛的粗段破碎部分与反滤料生产系统干筛放在一起进行生产，砂石生产系统需湿式生产的工艺与反滤料生产系统干筛生产工艺分开来。该方案优点是成品骨料及反滤料能够分开堆存，且反滤料能够单独进行干筛生产，整个系统供排水规模相对较小。

本工艺采用四段破碎，其中粗碎、中碎开路生产，细碎、超细碎闭路生产工艺。反滤料在筛分楼通过溜槽分段取料，胶带机直接掺配成合格反滤料，整个工艺流程流畅、简洁，能够从根本上保证反滤料生产质量。

系统生产工艺流程图见图1。

2.3 工艺流程说明

2.3.1 尼日河左岸布置系统

本系统料源来自卡尔沟石料场，经爆破开采后，液压反铲装车，由自卸汽车运至粗碎受料仓。受料仓下设GZT1660棒条式给料机2台。经给料机筛选后，大于150mm的石料进入C125颚式破碎机破碎，小于150mm的筛下料与破碎料一起进入预筛分车间。

预筛分车间设置2YKH3060筛分机1台，将粗碎后的骨料进行筛分。筛分机设80mm和150mm两层筛网。经筛分后，部分150～80mm的颗粒进入成品料堆场。大于150mm和部分150～80mm的碎石进入中碎车间，中碎后的骨料和筛分后小于80mm的颗粒进入半成品堆场。中碎车间为设计为开路生产。

中碎车间设置OC1560型圆锥破碎机一台。由预筛分车间输入的大于150mm和部分150～80mm的碎石进入破碎机破碎后，由胶带机输往半成品堆场。破碎机的排料口设定为45mm时，其产量为510t/h。设备负荷率87.5%。

2.3.2 尼日河右岸布置系统 (反滤料加工系统)

主筛分车间设置3YKR2460圆振动筛3台，2YKR2052圆振动筛3台，经筛分后，大于100mm的骨料及部分40～100mm进入中碎车间。部分20～40mm及部分10～20mm的骨料进入超细碎车间。其余的骨料经胶带机掺混进入反滤料成品堆场。

图1 反滤料加工系统总体流程图

细碎车间设置H4800EC圆锥破碎机2台。破碎机的排口设置为25mm。超细碎车间设洛阳大华生产的立轴破碎机PL1000两台，进入料为40～20mm，20～10mm的颗粒料，中、细碎后的产品全部返回反滤料调节堆场。与主筛分车、细碎超细破形成闭路循环。

2.4 主要设备造型与配置

本工程的料源采用卡尔沟料场的开采料，岩石类型为澄江期灰白色中粗粒花岗岩，岩石致密坚硬，弱微风化状态，干抗压强度为73.3～245.4MPa，湿抗压强度为48～132.2MPa，平均干抗压强度147.2MPa，平均湿抗压强度为100.1MPa。

由于被破碎的岩石具有抗压强度高，磨蚀性大的岩性。根据各类设备的特点，主要破碎设备的配置的组合见表2。

表2 系统主要设备配置表

3 反滤料加工系统调整

3.1 反滤料加工系统调整缘由

瀑布沟大坝反滤料加工系统建成后，由于反滤料设计标准的提高，反滤料B3、B4的级配及粒径范围均发生了变化，导致原系统生产的反滤料不能满足设计要求，从而对整个系统的工艺进行了相应调整。

3.2 反滤料级配前后对比与分析

反滤料B3、B4调整前后的级配范围对比见表3和表4。

表3 B3反滤料级配变化前后对比表

表4 B4反滤料级配变化前后对比表

针对表3、表4对反滤料变化前后作整体性分析。可知目前B3、B4反滤料级配调整后对反滤料整体要求有所提高。在招标文件中B3反滤料级配小于0.1mm的颗粒含量占总重量9%，小于0.25mm颗粒含量占总重量43%。而调整后小于0.1mm颗粒含量仅占总重量的2%，小于0.25mm的颗粒含量仅占总重量的16%。B4反滤料级配中增加了1～2mm的颗粒含量，由现在的最高5%提高到11%左右，增加了系统的生产难度。

3.3 为满足反滤料级配要求系统所采取的整改措施

由于现阶段反滤料生产级配及粒径范围与招标文件不同，须对目前瀑布沟水电站反滤料生产系统工艺布置进行调整。

3.3.1 主筛分车间筛网的更换

B4反滤料的最大粒径由原来的100mm降到80mm以后，须对目前卡尔沟反滤料生产系统主筛分系统进行改造，以满足现阶段反滤料生产级配的要求。(www.xing528.com)

卡尔沟反滤料生产系统原主筛分车间为上下两层振动筛。

上层筛为2YKR2052，筛网设置为：上层筛网为100mm，下层筛网为40mm；

下层筛为2YKR2460，筛网设置为：上层筛网为20mm，下层筛网为10mm。

为满足调整后反滤料生产需要，需对卡尔沟反滤料生产系统主筛分进行筛网调整，结合调整后反滤料生产种类及级配，主筛分各层筛网设置如下：

上层筛2YKR2052，上层筛网设置为80mm，下层筛网设置为40mm。

下层筛2YKR2460，上层筛网设置为20mm，下层筛网设置为12mm。

3.3.2 系统工艺流程的调整

B3、B4反滤料的最大粒径及相应级配的变化，系统工艺流程也要相应地跟着改变，以满足反滤料调整后的级配变化。

由于系统成品料需求的最大粒径改为80mm。这就要求对预筛分车间的溜槽进行改造，将进入预筛分车间的所有大于80mm的骨料进入中碎进行二次破碎。而原来只需将部分80～150mm的骨料及全部的＞150mm的骨料进入中碎进行二次破碎。同时将中碎破碎机OC1560的排料口在满足生产条件下尽可能地调小，以便生产骨料及反滤料所需的＜80mm的粒径，减小下一道破碎工艺细碎的设备负荷率。

卡尔沟右岸系统的调整主要是为了减少B3、B4反滤料中小于1mm颗粒的含量。立轴破碎机在原设计中进料级配在10～40mm之间，根据实践经验，立轴破碎机进料粒径越大则其生产的级配中小于1mm颗粒的含量越少，但相应的其生产能力越低。

在本系统中为了减少小于0.5mm的颗粒含量，将立轴冲击式破碎机进料粒径改为全部由20～40mm组成，并在立轴冲击式破碎机进料口对进料骨料进行加水润湿，提高进料骨料的含水率。提高进料骨料的含水率也有利于0.5mm的颗粒的降低，立轴冲击式破碎机生产能力也会相应降低。经过以降低立轴冲击式破碎机生产能力为代价的系统整改及运行调试，小于0.1mm的颗粒含量从原来的10.2%降到6.5%，取得了很好的效果，但离反滤料级配要求还有相当大的距离。

在生产调试过程中尽量调整细碎HP4800破碎机排料口，使破碎机的破碎后的骨料尽可能地满足B3、B4反滤料的级配要求。同时又使破碎机的生产能力达到最优。

3.3.3 其他方面的调整

其他方面的调整主要是对筛分楼的溜槽进行改造，控制筛分楼筛分后的骨料的流向及流量的多少。使骨料在进入成品料堆及进入破碎机进行二次破碎的流量达到一个合适的比例，该部分的调试主要依据实验结果进行控制。

4 系统调整前后反滤料生产现状分析

4.1 系统调整前后实际生产的级配与设计文件级配的对比

如表5和表6所示。

表5 B3反滤料实际生产级配与设计级配对比表

表6 B4反滤料实际生产级配与设计级配对比表

4.2 系统调整前后反滤料生产现状分析

4.2.1 B3反滤料生产现状分析

由表5和表6可知：无论是筛网调整前还是筛网调整后。B3反滤料实际级配中，小于0.1mm颗粒含量超标。虽然经过系统整改及运行调试，小于0.1mm的颗粒含量由原来的10.2%降到6.5%。但仍不能满足设计文件要求小于2%的要求。目前系统调整措施及手段对进一步降低小于0.1mm的含量作用有限。B3反滤料中小于0.1mm颗粒达不到设计文件的要求。

相对于0.1mm的颗粒含量偏高，0.5～2mm的颗粒含量又偏少。由表5可知0.5～2mm含量变化范围在34%～57%，而实际生产的B3反滤料级配中0.5～2mm的含量在11%～14%，严重地不能满足要求。

综上所述，为了满足B3反滤料的级配要求一方面要求通过对系统进行调整增加0.5～2mm的颗粒含量，另一方面要求通过对系统调整来减少小于0.1mm颗粒含量。这是一个相互矛盾的过程。无论是立轴冲击式破碎机还是圆锥破碎机其生产后的颗粒级配均是连续的。增加0.5～2mm含量的同时相应也增加了小于0.1mm的颗粒含量。因此这一相互矛盾的制约的直接后果是B3反滤料成品料级配不符合设计文件的要求。

4.2.2 B4反滤料生产现状分析

B4反滤料的问题如B3反滤料一样。根据表6可知小于1mm的含量严重超标，而1～5mm的含量又偏少。目前小于0.5mm的含量要在10%左右时其级配曲线才与设计文件的曲线最相符。但已远远大于设计文件中0%的要求。1～5mm的含量在9%左右，小于设计文件中12%～39%的要求。如同B3反滤料中的矛盾的存在。B4反滤料要求系统在增加1～5mm的颗粒含量同时要求减少小于0.5mm颗粒的含量。这也是一个互相矛盾的结果。其后果是B4反滤料小于0.5mm颗粒的含量偏多，达不到设计文件的要求。

5 后继采取的整改措施

5.1 调整过程中遇到的困难

系统调整后B3、B4反滤料的生产级配不能满足设计文件要求。B3反滤料不能满足的主要原因在于小于0.1mm的颗粒含量偏多而0.5～2mm含量的偏少。B4反滤料不能满足的主要原因在于小于0.5mm偏多而1～5mm的含量又相对偏少。要解决这一过程在生产中是相互矛盾及互相制约的过程，系统要多生产0.5～2mm的粒径就必须生产小于0.1mm的石粉。要降低反滤料中小于0.1mm的石粉含量，同时也将降低反滤料中0.5～2mm的粒径含量。这一矛盾的结果导致目前系统的改造困难重重，改造效果也不是很明显。

5.2 水洗方案的可行性分析

由于上述调整所遇到的困难，曾对系统干筛改为湿筛进行可行性分析，但B3、B4反滤料经水洗后，其含水率必然大大提高，尽管其石粉含量会有所降低，但由于B3、B4反滤料的堆场容积有限，没有可供轮流取料的场地，反滤料中的水分不能及时地排出。在实际生产的成品反滤料必然会影响到大坝填筑进度及大坝填筑质量。

且系统由干筛系统改为湿筛系统后，小于1mm的颗粒含量大部分随水一起流出。该废水的浊度远远不能达到排放标准。必须对该部分污水进行处理后排放，但场地的限制将使这一措施不能完成。

5.3 除尘设备的运用

为调整反滤料各粒径含量的范围、降低反滤料中石粉的含量，选择除尘设备对破碎过程中的石粉进行回收，控制B3、B4反滤料中石粉含量。根据与石粉生产厂家进行咨询，并针对石粉问题进行了交流，选择了溧阳市建远环保机械设备有限公司生产的M60规格除尘器作为系统除尘用设备。除尘主要除去细碎、超细碎设备生产时形成的厂粉，该设备共设三个除尘点，粉尘处理能力最大为6t/h。

除尘设备安装在细碎、超细碎破碎机下料口处，对细碎、超细碎破碎机破碎后的粉尘进行回收。通过对除尘设备生产能力及出料粉尘试验。试验结果表明生产能力满足该设备的额定生产能力，出料粉尘中0.25以上细颗粒占2%左右，0.75～0.25含量占30%左右，＜0.75的粉尘含量占60%～70%。由于石粉含量超标现象主要集中在B3反滤料上，因此主要对B3反滤料进行实验，实验结果显示石粉含量有了显著下降，为5.1%。后经对除尘设备风门大小进行调节、细碎、超细碎设备的骨料含水率进行调整以及立轴破碎机转速进行调整后再次进行试验，B3石粉含量也有了明显减少，基本稳定在5%以下，满足规范小于5%的要求，1～2mm含量与设计相比较也符合要求。后经相关试验，反滤料性能满足防渗等相关参数要求，为合格反滤料。B3反滤料加除尘设备后生产级配见表7。

表7 B3反滤料实际生产级配与设计级配对比表

6 结束语

作为大坝填筑的反滤料，本反滤料加工系统石粉含量及小于5mm级配要求为重中之重。针对反滤料中石粉含量超标的控制，可以采用水洗方案或增加除尘设备两种方案，如果反滤料毛料中含泥量少，则可采用干法生产，使用除尘设备除去多余的石粉，以减轻废水处理压力。

针对反滤料中小于5mm级配不均匀性调整，由于细碎、超细碎设备一旦选定，其小于5mm级配基本固定。为解决这一难题，可以在对超细碎设备进行选型时，选用多台设备，并在设备的型号，设备之间转速上作一定的调整，尽量使小于5mm级配得到互相补充，尽量减少设备产品级配不均匀现象。

◎作者简介：

任玉勇，男，高级工程师，葛洲坝五公司西藏分公司副经理。