散貨碼頭混礦技改成效及推廣與使用

鐘耀興

（福建可門港物流有限責任公司技術設備部,福建 福州 350000）

福州港羅源灣港區是《福建省沿海港口布局規劃（2020—2035年）》中明確提出的“兩集兩散”重要港區，是福建省重點建設的港區之一，未來將在羅源灣岸線形成具有散貨吞吐能力2×108t～3×108t的散貨轉運中心[1]。為滿足腹地經濟發展需要，福建可門港物流有限責任公司于2008年開工建設了羅源灣港區可門作業區4#、5#泊位，其中4#泊位為3×105t級散貨卸船泊位，5#泊位為5×104t級散貨裝船泊位。2011年10月建成并投入運營后填補了福建省內大型專業化散貨碼頭的空白，吞吐量增長較快，取得了良好的經濟效益和社會效益。

近年來，可門作業區4#泊位年接卸量在3×107t以上，2×105t～3×105t級礦石船到港靠泊已經成為常態化，其載貨量占同年到港鐵礦石運輸船總載貨量的50%以上。另外，為了充分利用可門作業區4#泊位優質的深水資源、便捷的集疏運輻射條件和保稅堆場的政策優勢，2016年起巴西淡水河谷已將可門4#、5#泊位作為重要的礦石混配分銷基地，混礦作業量呈現逐年遞增態勢，2018年已完成混礦作業量3×106t。為了進一步提高混礦作業量，降低運營成本，以提升企業經濟效益，徹底改變受已有設備安裝條件的限制，特開展混配工藝改造，以實現混配作業的專業化、高效化和低成本。

1 原混礦工藝系統情況

技改前可門作業區4#、5#泊位工程采用的混礦設備流程和混礦工藝流程，分別如圖1、圖2所示：利用二期堆場BC5D作業線上的4#堆取料機和BC5E作業線上的5#堆取料機分別取不同品種的鐵礦石后，通過臂架高精度電子皮帶秤進行實時流量監測，控制斗輪取料能力，按混料比例要求進行取料，然后轉運至堆場南側端部的出場流程BC21、BC22帶式輸送機，在#18轉運站卸料至BH1帶式輸送機，拋料至堆場進行臨時堆存。由于受已有布置條件限制，BH1帶式輸送機提升高度較低，從輸送機機頭卸料點至地面高度僅6.5 m，自然拋料形成圓錐形料堆容量僅約80 m3，料堆物料總噸數為200 t，按照1 500 t/h計算，料堆8 min即可堆滿，儲存能力非常小，需要及時通過裝載機裝卡車轉場，如果生產轉運環節稍有問題，就要采取停流程才可以解決料堆滿出的問題；裝載機裝車、汽車轉場、鉤機堆高等流程，現場車水馬龍、揚塵滿天，現場管理工作必須要非常精細，流程要非常一致，對各流動機械司機管理要很到位。這樣一來，導致混配效率低，管理和運營成本高，環保壓力大，安全管理難等問題的出現。流程設備需進行頻繁啟動或空轉，導致系統運行能耗高，進而造成總體混礦效率較低，平均能力僅為1 500 t/h，使得混礦作業量難以充分發揮。

圖1 原混礦設備流程

圖2 原混礦工藝流程

2 混礦工藝改造方案及工藝流程

2.1 混礦工藝改造方案確定

可門作業區4#、5#泊位混礦工藝改造工程主要思路是想通過增加1臺堆取料機，利用現有工藝設備流程，將原先由汽車轉場，堆載機堆高的人工操作過程改造為斗輪堆取料機械操作，從而減少混礦過程的人為干預，提高混礦效率，降低能耗和污染，有效管控安全風險。根據現有的工藝流程（見圖3），改造位置應該放在BC20頭部，物料流至3#堆取料機上比較合理。主要考慮因素：需要混礦原料的保稅堆場在二期，采用3#堆取料機對其他的生產流程影響最小。

圖3 可門作業區工藝流程

2.2 混礦工藝改造后的工藝流程

技改后在二期堆場BC5D作業線上的4#堆取料機和BC5E作業線上的5#堆取料機分別取不同品種的鐵礦石后，通過臂架高精度電子皮帶秤進行實時流量監測，司機操作控制斗輪取料能力，按混料比例要求進行取料，然后轉運至堆場北側端部的出場流程BC19、BC20帶式輸送機。原BC20帶式輸送機在2#轉運站內直接落料給BC12帶式輸送機，進行出場裝船作業流程。現對BC20帶式輸送機頭部區域進行改造[2]，將原布置在2#轉運站內二層的頭部卸料點改造布置至三層，把卸料點提高7.65 m，而驅動裝置保持不變[3]，另外增設爬高鋼廊道，在三層的頭部卸料點處增加三通分叉裝置，從而實現在混礦作業時，BC20帶式輸送機上的物料轉卸至堆場BC5C帶式輸送機，進而通過3#堆取料機進入堆場105/106堆存（見圖4、圖5）；裝船作業時，BC20帶式輸送機上的物料保持原裝船流程設計，直接可轉卸至裝船流程上的BC12帶式輸送機，進而至裝船碼頭。

圖4 技改后混礦設備流程

圖5 技改后混礦工藝流程

2.3 輸送機改造方案

在改造過程中，BC20帶式輸送機原頭部驅動裝置保持不變，只需增加和提高機頭部卸料裝置，以減少不必要的工程改造及資金投入。因此，輸送機回程帶面支架仍保留在原有混凝土廊道內，只把皮帶輸送面部分提高（見圖6、圖7）。BC20帶式輸送機頭部卸料點由2#轉運站二層改造至三層后，提升高度為7.65 m，經核算[4]，電機和減速機的功率可以滿足原5 000 t/h輸運量的要求。只需對輸送機的膠帶承載面進行改造，在原BC20混凝土結構廊道上設置鋼結構封閉廊道。

圖6 BC20帶式輸送機頭部驅動改造布置正視圖

圖7 BC20帶式輸送機頭部驅動改造布置側視圖

2.4 混礦工藝改造后效果

通過本次混礦工藝改造后，利用二期堆場取料，進入一期堆場3#堆取料機進行堆存。由于3#堆取料機覆蓋的2塊料堆堆存容量大，不需要混礦作業過程中的轉場，使得作業可持續進行，另外混礦能力也可達到系統設計額度能力5 000 t/h，不僅保證原有的生產能力，還提高作業效率，最重要的是混礦作業量得到顯著增加。根據原裝卸工藝系統設計，堆料、取料及輸送機的額定作業能力均為5 000 t/h，按此能力測算，并考慮設備利用率、作業效率系數等，估算混配工藝系統改造后，預計年混礦作業量可達8×106t/h～1×107t/h。

3 經濟效益分析

3.1 原混礦工藝系統運行費用分析

原混礦工藝系統的主要用電設備及用電功率如下：BC5D皮帶機和BC5E皮帶機的用電功率均為1 350 kW，4#斗輪機和5#斗輪機的用電功率均為1 000 kW，BC21皮帶機、BC22皮帶機和BH1皮帶機的用電功率分別為400 kW、450 kW和280 kW，上述用電設備的用電功率總和為5 830 kW，平均電費為0.75元/度，實際運行用電負荷為45%。采用汽車進行移場費用為2.6元/t，經過實測，輸送機皮帶作業流量約為2 500 t/h。經過計算可知，原混礦工藝系統的平均作業費用為（5 830×45%×0.75）/2 500+2.6=3.39（元/t）。

3.2 混礦工藝系統改造后費用分析

新混礦工藝系統的主要用電設備及用電功率如下：BC5D皮帶機和BC5E皮帶機的用電功率均為1 350 kW，3#斗輪機用電功率均為1 200 kW，4#斗輪機和5#斗輪機的用電功率均為1 000 kW，BC19皮帶機和BC20皮帶機用電功率分別為315 kW和400 kW，上述用電設備的用電功率總和為6 615 kW，平均電費為0.75元/度，實際運行用電負荷為55%。經過實測，輸送機皮帶作業流量約為5 000 t/h。經過計算可知，新混礦工藝系統的平均作業費用為（6 615×55%×0.75）/5 000=0.55（元/t）。

3.3 混礦工藝改造前后效益分析

根據上述的數據分析可知，現有混礦工藝作業費用約3.39元/t，改造后作業費用約0.55元/t，可節省費用約2.84元/t。經過改造后期統計分析，改造后新的混配系統運行費用只有原來系統的20%，大大節省了運行費用[5]，根據該改造項目建設投入約298.72萬元，改造后作業105萬噸便可收回投資成本。

4 新方案的優點與缺點

4.1 新方案的優點

（1）技改投入成本低

混礦工藝系統的運行費用主要為用電費用支出，新的混礦方案大大節省運行及轉運費用，混礦改造后主要增加了3#斗輪機及BC5C皮帶機運行，由于新系統減少了設備的頻繁啟停，相關設備配件使用壽命得以延長，降低了設備維護費用。新的混礦系統改造完成后，同時可實現二區堆場物料通過斗輪機直接轉場一區堆場，堆起料直接由斗輪機完成，提高堆場使用靈活度及利用率，提高企業經濟效益。

（2）安全與環保有保障

新的混礦系統，在無裝載機、挖機、轉運車輛的參與下，安全、環保等問題得到有效解決。進一步提高環保效果，提升安全管理水平。最大限度地減少了人工的參與，安全環境進一步改善；汽車移場作業的停止也減少了場內揚塵的產生，符合當前的企業環保要求，增強企業的可持續發展能力。

（3）提升混礦品質

新的混礦方案，徹底解決了原混配流程無法連續，需要混配設備間斷啟停而導致系統運行能耗高、混配效率較低、運營成本高、汽車轉運導致的揚塵污染、設備能耗高、安全管理難等問題。混礦作業效率和作業量明顯提升，年混礦作業量可達8×106t/h～1×107t/h。通過純機械化的作業流程，避免了人為和工程機械的貨物污染，混礦品質也有所提升。

4.2 新方案的缺點

改造完成后在混礦作業過程中，需要同時利用3#、4#、5#堆取料機進行作業，對企業其他生產流程影響比較大，應做好科學調度工作和規劃好堆場作業線，盡可能避免由于料堆壓港導致混礦作業無法開展情況的發生。

5 新混礦工藝改造方案的推廣與使用

散貨碼頭的工藝設計已經成為企業競爭力的重要體現，為了滿足腹地經濟發展需求，大型專業化散貨碼頭越來越重要，吞吐量不斷增長，為了取得更好的經濟效益和社會效益。在散貨碼頭的工藝設計上，應該充分考慮效益優化、能耗優化、環保優化、功能優化，在功能優化的同時，應該在工藝設計上要滿足堆場所有貨物實現場內循環，達到卸、裝、混配、移場的全方位覆蓋，實現場內物料通過工藝流程可以在任意位置流通。

5.1 可門作業區新混礦工藝改造方案的推廣

通過對可門作業區4#、5#泊位混礦工藝進行合理改造后，企業的經濟效益顯著提升，該改造方案的最大特點就是提高裝船線輸送機的卸料點高度的原理，利用該原理可以對其他泊位混礦工藝進行相應改造，比如可以加裝三通落料管，實現4#、5#兩臺堆取料機取料，1#、2#、3#任意一臺堆取料機堆料的混礦模式；同理也可實現3#、4#兩臺堆取料機取料，1#、2#任意一臺堆取料機堆料的混礦模式；2#、3#兩臺堆取料機取料，1#堆取料機堆料的混礦模式；3#、5#兩臺堆取料機取料，1#、2#任意一臺堆取料機堆料的混礦模式；2#和3#、或2#和5#兩臺堆取料機取料；1#堆取料機堆料的混礦模式。實現在混礦作業量大的情況下，1#、2#、3#、4#、5#堆取料機可以科學調配，使堆料、取料、混礦作業產量最大化。

5.2 其他散貨碼頭及散貨堆場的推廣與使用

通過本次混礦工藝改造，利用只提高原輸送機的卸料點高度，在不改變機頭和機尾的情況下，實現了輸送機物料的分支、落料點的位置移動。通過利用提高輸送機的卸料點高度的原理，該方案可以廣泛應用在生產工藝類似的散貨碼頭、礦山堆場、煤礦轉運中心等，比如福建省羅嶼作業區的鐵礦石散貨碼頭和湛江港鐵礦石碼頭等，只要在帶式輸送線上，改變其中一條輸送功能，使其達到輸送機輸運方向改變、輸送物料分支、落料點位置移動等要求，可大大節省資金投入，提高空間利用率，從而實現效益最大化。

6 結語

混礦工藝從半機械化到機械化，從機械化到半自動化，從半自動化到自動化，從自動化再到智能化，這種轉變是能帶來效益的，也是安全、環保、節能的，不僅能提高混礦品質，還能提高混礦的效率。可門作業區4#、5#泊位大型散貨碼頭自動化混配作業的科技創新方案對實現混礦規模化發展具有重要的鋪墊意義，能為可門作業區年混礦量突破1.5×107t奠定堅實的基礎。