新型標(biāo)準(zhǔn)化砂石廠設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

周聞言 李良成 徐菁芝 王 璐

機(jī)械工業(yè)勘查設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 引言

隨著全國各省市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力推進(jìn)，對于砂石骨料的需求迅速增加，在這種大環(huán)境下，開展新型標(biāo)準(zhǔn)化砂石廠建設(shè)，采用封閉式、工廠化、生態(tài)型、標(biāo)準(zhǔn)化的全新建設(shè)理念，并嘗試探索政府主導(dǎo)、國有經(jīng)營、統(tǒng)一管理的采砂管理經(jīng)營新模式，是大勢所趨。本文以寶雞市某標(biāo)準(zhǔn)化砂石廠的設(shè)計(jì)建設(shè)為案例，對以河道砂卵石料為原料的砂石廠進(jìn)行分析，并提出合理化建議，以期為新型砂石廠的建設(shè)提供參考。

該項(xiàng)目2018 年10 月開工建設(shè)，2019 年年底基本建成，目前已進(jìn)行投產(chǎn)，總投資1.83億。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 生產(chǎn)工藝

以該砂石廠為例，其選址緊鄰渭河沿線，處于多水地區(qū)，且距離水源地較近，同時(shí)原料含水量高，因此采用濕法生產(chǎn)模式。

具體工藝流程為：由料臺進(jìn)料，原料進(jìn)入料斗，首先由料斗內(nèi)的顎式破碎機(jī)對過大石料進(jìn)行破碎，其余部分經(jīng)振動給料機(jī)將原料篩至振動篩，篩分出天然的滿足粒徑要求的成品卵石混合料以及需破碎的石塊。其中，滿足要求的卵石直接輸送至振動篩篩分，其余的全部運(yùn)輸至中轉(zhuǎn)料倉后進(jìn)行破碎。

在破碎模塊中經(jīng)破碎后的骨料，由皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸至振動篩，其中不滿足要求的石料需重回中碎進(jìn)行破碎，滿足要求的石料進(jìn)入細(xì)碎進(jìn)行整形，或者直接制砂。整形之后再次進(jìn)入振動篩，篩分出不同種類的成品。所有天然砂或破碎產(chǎn)生的機(jī)制砂全部運(yùn)輸至洗砂模塊進(jìn)行濾砂和脫水，后運(yùn)輸至成品倉。

具體工藝如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

在生產(chǎn)流程中，可分為五大模塊：進(jìn)料模塊、破碎模塊、篩分模塊、洗砂模塊以及堆料模塊。

其中，進(jìn)料模塊應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況和原料比例，選擇料臺進(jìn)料或地倉進(jìn)料。料臺進(jìn)料利用高差給原料提供重力勢能，方便大塊石料的進(jìn)入以及天然砂的提前分離，但需要利用地型形成高料臺，以方便原料的入場；地倉進(jìn)料通過修建地坑，由輸送帶將倒入地坑的原料運(yùn)輸至生產(chǎn)車間，該形式較料臺進(jìn)料投資較小，施工方便，但是無法處理過大石料，如有過大石料或過于尖銳的石頭，可能導(dǎo)致原料運(yùn)輸皮帶損壞，從而影響到整個(gè)工廠的生產(chǎn)進(jìn)度。

破碎模塊主要分為：粗碎設(shè)備，可處理大型骨料，但出料粒徑也較大，本項(xiàng)目采用顎式破碎機(jī)，其可破碎抗壓強(qiáng)度不超過320MPa的各種物料的破碎，強(qiáng)度高、破碎力大，常用于河卵石料的粗碎；中碎設(shè)備，對進(jìn)料粒徑有限制，但出料粒徑也可滿足成品需求，項(xiàng)目采用的是圓錐破碎機(jī)，其常用于中等粒徑的物料破碎，適宜破碎硬度大、磨蝕性指數(shù)較高的河卵石；細(xì)碎設(shè)備，對進(jìn)料粒徑要求高，但直接可產(chǎn)出0mm～5mm 的砂料，本項(xiàng)目采用立軸沖擊式破碎機(jī)，具有生產(chǎn)效率高、砂粒粒形好、運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可通過調(diào)節(jié)參數(shù)，滿足對產(chǎn)品進(jìn)行整形的功能。

篩分模塊主要是通過振動篩分機(jī)對不同粒徑的石料進(jìn)行分選。通過設(shè)置在振動篩上的1～4層不同孔徑篩網(wǎng)，可快速地將石料分為2～5 種不同規(guī)格的石料。本項(xiàng)目選用有單層、雙層、三層篩分機(jī)（圖2所示）。四層篩分機(jī)在產(chǎn)量較大的生產(chǎn)線上較為少見，因?yàn)閷訑?shù)過多，常會造成骨料淤積、篩分不凈等問題，在工藝設(shè)計(jì)上可通過多次篩分，來代替一次多層篩分。同時(shí)振動篩可設(shè)置有噴淋系統(tǒng)，在分選石料的同時(shí)將砂、粉、泥通過水流帶走，提高篩分效率，降低產(chǎn)品雜質(zhì)。

圖2 三層振動篩分機(jī)

洗砂模塊，通過匯集篩分過程中水流帶走的砂、粉、泥，統(tǒng)一至洗砂設(shè)備，將砂單獨(dú)濾出，后經(jīng)細(xì)砂回收設(shè)備與脫水處理后出成品。洗砂設(shè)備主要為：輪式洗砂機(jī)和螺旋洗砂機(jī)兩種；細(xì)砂回收設(shè)備有：細(xì)砂回收一體機(jī)等。

本項(xiàng)目采用輪式洗砂機(jī)，設(shè)備以電機(jī)通過皮帶輪帶動葉輪進(jìn)行緩慢轉(zhuǎn)動，物料在葉輪的轉(zhuǎn)動下進(jìn)行翻滾和摩擦，從而去除物料表面覆蓋的雜質(zhì)，并破壞包覆在砂粒上的水汽層，以利于脫水，同時(shí)再加水，形成強(qiáng)大的水流，將雜質(zhì)及粉塵帶走，完成清洗工作。相比于螺旋洗砂機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡單，易損件少，占地面積小，洗砂過程用水量少，適用于天然砂含量不大的地區(qū)。螺旋洗砂機(jī)身材比較狹長，布置不便，用水量大，砂流失量較大，但洗砂特別干凈，清洗能力強(qiáng)大，常用于含泥等雜質(zhì)較多的砂料清洗。

細(xì)砂回收一體機(jī)具有洗砂機(jī)和回收機(jī)的雙重功能。在砂石生產(chǎn)線中，其主要用于洗砂機(jī)之后（與洗砂機(jī)配套使用），回收傳統(tǒng)制砂行業(yè)中洗砂機(jī)流失的大量細(xì)砂（流失嚴(yán)重時(shí)可達(dá)20%以上），提升經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，降低了尾料的處理費(fèi)用及流失細(xì)砂對環(huán)境造成的污染、破壞。

應(yīng)注意的是，由于砂泥是經(jīng)水流匯至洗砂設(shè)備的，因此洗砂設(shè)備應(yīng)處于生產(chǎn)線最低的區(qū)域，甚至可以放置在坑池中，只有形成較大的高差，才能提高水流的效率，防止砂泥沉淀，堵塞水道。

儲料模塊，是用于儲存成品砂石料，進(jìn)行裝車售賣的區(qū)域。常見的為U型產(chǎn)品倉，配合皮帶及布料車進(jìn)行儲料；也有通過產(chǎn)品倉下設(shè)置廊道，由皮帶運(yùn)輸至高位料倉進(jìn)行自動裝料的模式，投資較大，但是降低了人工與鏟車成本。

2.2 尾水處理工藝

河卵石原料含量情況多變，這就導(dǎo)致生產(chǎn)尾水的水量、水質(zhì)均有不同程度的波動，所以在確定生產(chǎn)工藝，尤其是確定構(gòu)筑物容積和設(shè)備選型時(shí)要有一定的富余，以此抵消水量水質(zhì)變化產(chǎn)生的沖擊。另外，加藥量要根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定，溶藥、加藥設(shè)備要考慮自動化程度高的，這就要求工藝的設(shè)計(jì)上要具有充分地兼容性，才能保證生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

生產(chǎn)加工的洗砂過程中，會產(chǎn)生廢水，其主要污染物指標(biāo)是懸浮物，懸浮物大量存在形成泥渣水，若直接排放，不僅會造成管道淤積堵塞，而且排水量較大，會造成水資源的浪費(fèi)。根據(jù)國家環(huán)保要求，需要對生產(chǎn)廢水進(jìn)行處理并回用，并實(shí)現(xiàn)零排放。目前砂廠生產(chǎn)尾水處理工藝常用的是集成式處理工藝，其具有占地少、施工周期短、自動化程度高、運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)（如表1所示）。

表1 常規(guī)沉淀池與一體化設(shè)備對比表

洗砂廢水的處理以降低廢水中的懸浮物為主，即進(jìn)行渣水分離。洗砂廢水經(jīng)主廠房內(nèi)集水池收集后排至污水池，而后由渣漿泵提升至濃縮罐進(jìn)行沉淀，上層清液流至清水池，進(jìn)行生產(chǎn)回用，下層泥漿流入中轉(zhuǎn)罐后進(jìn)入壓濾機(jī)，通過壓濾機(jī)脫水處理，產(chǎn)生的泥餅晾曬后外運(yùn)處置。

工藝流程如圖3所示。

圖3 水處理流程圖

2.3 其他配套工程

2.3.1 中轉(zhuǎn)料倉設(shè)計(jì)

對于河卵石這類原料成分變化較大的生產(chǎn)線，在中碎階段前設(shè)置中轉(zhuǎn)料倉十分必要，料倉大小一般應(yīng)可堆放供破碎設(shè)備運(yùn)行2～3 小時(shí)的骨料為宜。因河卵石料成分比例變化大，工藝上設(shè)置中轉(zhuǎn)緩沖料倉，能夠緩沖因某批原料含砂過多或含卵石過多，造成的破碎設(shè)備突然增加負(fù)荷或突然空轉(zhuǎn)，保證設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行，均衡出力。

2.3.2 產(chǎn)品倉設(shè)計(jì)

產(chǎn)品倉的樣式多為矩形廠房，采用隔墻分隔為不同的產(chǎn)品間，隔墻建議采用高混凝土擋墻，產(chǎn)品通過皮帶運(yùn)輸機(jī)送至相對應(yīng)的產(chǎn)品間，可直接靠墻堆放，大大增加成品倉存料能力，在相對節(jié)省投資的情況下充分利用了空間；同時(shí)產(chǎn)品倉用于裝料的硬化空間應(yīng)盡量放大，以便裝料操作，同時(shí)給堆料區(qū)留出足夠緩沖區(qū)域。

2.3.3 建筑設(shè)計(jì)

辦公生活區(qū)的建筑功能應(yīng)滿足辦公、宿舍、食堂等，既可綜合布置，又可單獨(dú)設(shè)置，為滿足廠房生產(chǎn)需要提供服務(wù)。

生產(chǎn)區(qū)根據(jù)工藝需求進(jìn)行布置。各廠房的出入口位置、廠房尺寸及高度應(yīng)合理，平面布局應(yīng)緊湊，使各區(qū)域使用功能明確，交通組織流暢、便利，避免相互間的交叉和干擾。

立面設(shè)計(jì)上應(yīng)簡潔大方，采用壓型鋼板相結(jié)合的設(shè)計(jì)，既節(jié)省造價(jià)，又滿足生產(chǎn)功能的需求，屋面需設(shè)置透明采光帶，使廠房內(nèi)的采光滿足生產(chǎn)的需求。

2.3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合建筑、工藝、生產(chǎn)實(shí)際及造價(jià)控制等因素選取合適的結(jié)構(gòu)類型。以本砂廠為例，其廠前區(qū)門衛(wèi)室、綜合樓和綜控樓等采用砌體或框架結(jié)構(gòu)；生產(chǎn)區(qū)主廠房、壓濾間等則為門式剛架結(jié)構(gòu)；原料堆棚圍擋采用懸臂桁架（擋風(fēng)抑塵墻）；成品倉底部采用鋼筋混凝土擋土墻，上部采用門式剛架結(jié)構(gòu)；尾水處理及附屬設(shè)施則為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2.3.5 道路設(shè)計(jì)

需根據(jù)區(qū)域功能不同，設(shè)計(jì)不同做法的路面。廠前區(qū)宜采用鋪裝路面，整潔美觀；維修場地、主廠房入口、主要道路采用硬化場地，結(jié)實(shí)耐用；其余路面采用砂石鋪面，節(jié)省造價(jià)。

3 項(xiàng)目運(yùn)行效果

項(xiàng)目自投產(chǎn)以來，已創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益3000多萬元，預(yù)計(jì)年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值收入約1.4 億元。同時(shí)還帶動了寶雞市周邊岐山、高新、太白等多個(gè)區(qū)縣的砂石廠建設(shè)。同時(shí)工程以示范性、標(biāo)準(zhǔn)化、國有化形象樹立了行業(yè)標(biāo)桿，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，砂廠的正式運(yùn)營，將完成地方稅收840 萬元，增加社會就業(yè)100 余人。項(xiàng)目緊鄰作為黃河重要支流的渭河，其生態(tài)環(huán)境保護(hù)與流域生態(tài)建設(shè)在全國都具有重要影響。該砂石廠從設(shè)備選取、工藝設(shè)計(jì)等均符合國家環(huán)保要求，至少減少了約7200立方米/天的污水排放。

4 結(jié)束語

本項(xiàng)目將砂石骨料的生產(chǎn)與河道生態(tài)環(huán)境的整治結(jié)合，既有效保護(hù)了河道生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)了生態(tài)文明發(fā)展，又滿足了市場需要，推動了城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，同時(shí)還發(fā)揮了國有企業(yè)的主導(dǎo)地位，平抑砂石價(jià)格，維護(hù)市場穩(wěn)定。項(xiàng)目的建成對于引導(dǎo)砂石行業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展具有很好地參考和借鑒意義。