零污染環(huán)保型高智能混凝土攪拌站技術(shù)的研究與應(yīng)用

孫志強(qiáng)，朱文濤

（寧夏華盛砼業(yè)有限公司，寧夏 銀川 750000）

零污染環(huán)保型高智能混凝土攪拌站技術(shù)的研究與應(yīng)用

孫志強(qiáng)，朱文濤

（寧夏華盛砼業(yè)有限公司，寧夏 銀川 750000）

本文基于自身發(fā)展要求和預(yù)拌混凝土行業(yè)急需解決的環(huán)保和智能化關(guān)鍵問題，主要以零污染環(huán)保型高智能攪拌站的工藝設(shè)計(jì)研究以及智能系統(tǒng)的研究應(yīng)用為突破。通過對零污染環(huán)保型高智能混凝土攪拌站工藝技術(shù)的研究，以及生產(chǎn)過程中的環(huán)保、節(jié)能等關(guān)鍵綠色化、工業(yè)化技術(shù)開發(fā)應(yīng)用，自主創(chuàng)新一種與城市和諧融合、資源高度節(jié)約和信息高效智能混凝土攪拌站工藝方案和生產(chǎn)技術(shù)，使能源消耗降低 20%，生產(chǎn)成本降低 15%，產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)高性能混凝土和高強(qiáng)混凝土。

攪拌站；環(huán)保型；智能系統(tǒng)

0 引言

零污染環(huán)保型混凝土攪拌站在兼顧傳統(tǒng)混凝土攪拌站工作性、安全性、經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，結(jié)合當(dāng)今世界生態(tài)環(huán)保的主題，適應(yīng)當(dāng)前綠色工業(yè)化進(jìn)程，增強(qiáng)混凝土攪拌站在粉塵、噪聲、廢水等方面的環(huán)?？煽匦?，解決現(xiàn)階段混凝土攪拌站污染嚴(yán)重和資源浪費(fèi)的問題，促進(jìn)與現(xiàn)代城鎮(zhèn)化綠色發(fā)展相融合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)向綠色工業(yè)化的優(yōu)化轉(zhuǎn)型。

1 研究背景

1.1 傳統(tǒng)攪拌站的缺陷

傳統(tǒng)商混行業(yè)使用裝載機(jī)等大型機(jī)械在骨料區(qū)不停轉(zhuǎn)運(yùn)將骨料運(yùn)至受料倉再由皮帶機(jī)送至生產(chǎn)線，容易導(dǎo)致以下幾點(diǎn)環(huán)境污染和資源浪費(fèi)的問題：（1）如裝載機(jī)運(yùn)輸骨料，由于機(jī)械振動(dòng)和人為操作等原因，容易產(chǎn)生骨料“跑、漏、滴、撒”等現(xiàn)象，雖然多數(shù)商混企業(yè)通過加強(qiáng)生產(chǎn)管理和濕法作業(yè)進(jìn)行控制，但是骨料區(qū)生產(chǎn)環(huán)境差、粉塵和噪聲污染嚴(yán)重的問題依然沒有改觀；（2）由于商混行業(yè)生產(chǎn)的需要，如建設(shè)封閉式骨料堆棚進(jìn)行儲存，一般堆棚建筑面積在上千平米以上，無形之中增加機(jī)械設(shè)備的運(yùn)輸距離和燃油消耗，也增多粉塵和噪聲污染的發(fā)生源，增高企業(yè)生產(chǎn)成本。

傳統(tǒng)商混行業(yè)一般采用封閉式骨料堆棚儲存砂石料，封閉式堆棚可以有效減少惡劣季風(fēng)天氣帶來的大氣粉塵污染問題，但是由于需要占用大量土地面積，以及儲存量和配置機(jī)械輸送設(shè)備的正比關(guān)系，已經(jīng)不符合現(xiàn)代綠色工業(yè)化節(jié)地、節(jié)能的發(fā)展要求。

1.2 零污染環(huán)保型混凝土攪拌站的優(yōu)勢

首先本技術(shù)突破傳統(tǒng)行業(yè)設(shè)計(jì)概念，大膽采用機(jī)械設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)行業(yè)中的工程機(jī)械，運(yùn)用清潔能源替代傳統(tǒng)的石化能源，降低工程機(jī)械產(chǎn)生的尾氣污染和噪聲污染；其次本技術(shù)運(yùn)用密閉式鋼板圓庫代替?zhèn)鹘y(tǒng)行業(yè)中的封閉式堆棚和防風(fēng)抑塵墻，從根本上解決了行業(yè)內(nèi)骨料輸送和儲存過程中的“跑、漏、滴、撒”現(xiàn)象，并配置科學(xué)合理的機(jī)械設(shè)備和高效穩(wěn)定的收塵設(shè)備將生產(chǎn)過程中的粉塵污染降至最低，有效改善生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境和周邊大氣質(zhì)量，確保廠內(nèi)職工和周圍群眾的健康安全；最后本技術(shù)運(yùn)用高智能自動(dòng)化控制手段，以精確計(jì)量、準(zhǔn)確啟閉、定位傳感、安全保障等手段，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、減少污染產(chǎn)生，滿足城市地區(qū)新建項(xiàng)目環(huán)保要求，為整個(gè)行業(yè)融入綠色城市建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

零污染環(huán)保型高智能混凝土攪拌站主要解決新型攪拌站的工藝技術(shù)，以及生產(chǎn)過程中的環(huán)保、節(jié)能等關(guān)鍵綠色化、工業(yè)化技術(shù)開發(fā)應(yīng)用，自主創(chuàng)新一種與城市和諧融合、資源高度節(jié)約和信息高效智能混凝土攪拌站工藝方案和生產(chǎn)技術(shù)，使能源消耗降低 20%，生產(chǎn)成本降低 15%，產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)高性能混凝土和高強(qiáng)混凝土，實(shí)現(xiàn)清潔文明生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)效率，提高產(chǎn)品和企業(yè)核心競爭能力。

2 研究過程

2.1 課題設(shè)計(jì)方案

本次骨料環(huán)保輸送技術(shù)配合環(huán)保儲存技術(shù)，采用全自動(dòng)上料系統(tǒng)。骨料由汽車運(yùn)輸至廠區(qū)直接卸入配置自動(dòng)噴水霧降塵系統(tǒng)的受料倉，經(jīng)上下全封閉式皮帶系統(tǒng)運(yùn)至骨料儲存生產(chǎn)單元。整個(gè)環(huán)保輸送技術(shù)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）自動(dòng)噴水霧降塵系統(tǒng)能夠有效降低骨料卸車過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵，配合環(huán)保儲存技術(shù)，骨料無二次機(jī)械轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)，減少機(jī)械作業(yè)，降低機(jī)械運(yùn)行的粉塵、噪音污染，節(jié)省機(jī)械油耗使用成本約 1.4元/m3。

（2）上下全封閉式皮帶系統(tǒng)采用拋料曲線模擬設(shè)計(jì)，減少骨料下落時(shí)產(chǎn)生的噪音和粉塵；頭部加水清洗裝置，減少骨料輸送過程中的噪聲及粉塵；貫徹清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)石化能源理念，降低全廠燃油機(jī)械在總設(shè)備數(shù)量中的比重。

圖1 中，對比了傳統(tǒng)攪拌站和環(huán)保型攪拌站在存儲骨料的方式，本次骨料環(huán)保儲存技術(shù)主要采用密閉鋼板圓庫系統(tǒng)，由甘肅省建材科研設(shè)計(jì)院寧夏分院進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)與傳統(tǒng)行業(yè)對比具有眾多性能優(yōu)點(diǎn)，詳見表 1。

本次零污染排放控制技術(shù)重點(diǎn)圍繞傳統(tǒng)商混行業(yè)產(chǎn)生廢水和廢渣入手。采用砂石分離機(jī)、泥漿攪拌池、泥漿壓濾機(jī)、清水池等環(huán)保裝置和措施，將攪拌站的廢混凝土中的砂石分離后重新使用。分離出來的泥漿水，可以通過泥漿壓濾機(jī)將泥漿壓塊后用于砌體地磚預(yù)制件廠,分離后的清水用于輸送罐車的清洗,這樣完全實(shí)現(xiàn)了零污染排放控制。

圖1 骨料的存儲技術(shù)

表1 骨料環(huán)保儲存技術(shù)與傳統(tǒng)儲存技術(shù)性能對比表

2.2 課題的實(shí)施過程

采用 EPR 管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)企業(yè)采購、生產(chǎn)、銷售、財(cái)務(wù)等全面管理。而內(nèi)含的 APMS 混凝土配合比系統(tǒng)可滿足生產(chǎn)過程中不同客戶對混凝土的不同要求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)調(diào)整、精確配料、配合比參數(shù)固化等功能，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，對不同要求的產(chǎn)品進(jìn)行最優(yōu)配比分析，滿足客戶需求；對生產(chǎn)進(jìn)行最優(yōu)成本分析，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

（1）管理智能化

引進(jìn) ERP 管理系統(tǒng)，由雙計(jì)算機(jī)同步生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)，借助計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力及系統(tǒng)對客戶訂單、在庫物料、產(chǎn)品構(gòu)成的管理能力，實(shí)現(xiàn)依據(jù)客戶訂單，按照產(chǎn)品結(jié)構(gòu)清單展開生產(chǎn)，并計(jì)算物料需求計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)減少庫存，優(yōu)化庫存的管理目標(biāo)。對企業(yè)生產(chǎn)工時(shí)、生產(chǎn)能力等方面的管理，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)排程的功能，同時(shí)也將財(cái)務(wù)的功能囊括進(jìn)來，在企業(yè)中形成以計(jì)算機(jī)為核心的閉環(huán)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)采購、生產(chǎn)、銷售、財(cái)務(wù)等全面管理。ERP 的應(yīng)用可以有效地促進(jìn)現(xiàn)有企業(yè)管理的現(xiàn)代化、科學(xué)化，適應(yīng)競爭日益激烈的市場要求。圖 2 為 ERP 管理系統(tǒng)控制圖。

（2）生產(chǎn)智能化

采用 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)嵌入 APMS 混凝土配合比系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程和配料的自動(dòng)控制。APMS 混凝土配合比系統(tǒng)對輸入物料組分進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整、配合比參數(shù)固化，PLC 控制系統(tǒng)對生產(chǎn)線設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，精確計(jì)量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能化，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，對不同要求的產(chǎn)品進(jìn)行最優(yōu)配比分析，滿足客戶需求；對生產(chǎn)進(jìn)行最優(yōu)成本分析，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

圖2 ERP 管理系統(tǒng)

3 零污染環(huán)保型高智能混凝土攪拌站性能指標(biāo)

3.1 環(huán)保指標(biāo)

零污染環(huán)保型高智能混凝土攪拌站在環(huán)保方面采取多項(xiàng)措施對廠區(qū)粉塵、噪聲、固廢、廢水的排放進(jìn)行控制。

① 粉塵

全自動(dòng)上料系統(tǒng)、自動(dòng)噴水霧降塵系統(tǒng)、全封閉管廊式皮帶輸送、全密閉砂石貯料圓庫、氣力輸送系統(tǒng)、袋式除塵器等收塵措施的應(yīng)用，使得生產(chǎn)線粉塵排放量大大減小，對企業(yè)已建成生產(chǎn)線主要監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)見表 2。

表2 生產(chǎn)線主要粉塵排放點(diǎn)檢測數(shù)據(jù) mg/m3

使用全封閉管廊式皮帶輸送、全封閉式攪拌樓等生產(chǎn)設(shè)施，配合減少工程機(jī)械、設(shè)備減震措施和廠區(qū)綠化隔聲，可有效減小噪聲排放。對企業(yè)已建成生產(chǎn)線主要監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表：

表3 生產(chǎn)線主要噪聲產(chǎn)生點(diǎn)檢測數(shù)據(jù)

砂石分離系統(tǒng)的應(yīng)用，將攪拌站和運(yùn)輸車輛的廢混凝土中的砂石分離，石子和砂子直接用作生產(chǎn)原料繼續(xù)使用，分離出來的泥漿通過壓濾機(jī)壓塊后用于填埋或者送至預(yù)制件企業(yè)使用。

④ 廢水

砂石分離系統(tǒng)分離出的泥漿經(jīng)泥漿攪拌池、泥漿壓濾機(jī)分離出清水，回收至清水池，用作混凝土罐車清洗或生產(chǎn)用水，實(shí)現(xiàn)污水零排放。

3.2 生產(chǎn)指標(biāo)

零污染環(huán)保型高智能混凝土攪拌站在工藝方面采取多項(xiàng)措施進(jìn)行改進(jìn)，使得零污染環(huán)保型高智能混凝土攪拌站生產(chǎn)指標(biāo)較傳統(tǒng)混凝土攪拌站有明顯提高。以 2m3主機(jī)為例：

① 產(chǎn)量、生產(chǎn)周期

傳統(tǒng)混凝土攪拌站攪拌周期均在 ≥60s，其最大生產(chǎn)能力為 120方/h。零污染環(huán)保型高智能混凝土攪拌站選擇新一代NFLG 雙螺帶主機(jī)，效率提高 15%，其自身擁有臥式的雙軸強(qiáng)制動(dòng)力和連續(xù)的攪拌能力，使得整套系統(tǒng)的生產(chǎn)周期縮短到 30～45 秒，其最大生產(chǎn)能力可達(dá)到 154方/h。

② 計(jì)量精度

采用高性能的固體計(jì)量設(shè)備和液體計(jì)量設(shè)備，稱量傳感器信號響應(yīng)達(dá)到 80～100 次/秒，配合高性能 CPU，稱量精度達(dá)到千分位，可使粉料、液體的計(jì)量誤差 ≤0.5%；骨料的計(jì)量誤差 ≤1.5%，精度提高一倍,確保了保證混凝土品質(zhì)穩(wěn)定性，高性能混凝土生產(chǎn)優(yōu)勢更明顯。

③ 產(chǎn)品質(zhì)量

APMS 混凝土配合比系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)調(diào)整、精確配料、配合比參數(shù)固化等功能，配合高精度計(jì)量設(shè)備，可使零污染環(huán)保型高智能混凝土攪拌站產(chǎn)品比傳統(tǒng)混凝土攪拌站的產(chǎn)品質(zhì)量提高,保證了高性能高強(qiáng)混凝土的正常生產(chǎn)。

④ 生產(chǎn)成本

零污染環(huán)保型高智能混凝土攪拌站采用全自動(dòng)上料系統(tǒng)，減少裝載機(jī)作業(yè)，減少柴油消耗量；新型攪拌主機(jī)裝機(jī)容量更??；變頻技術(shù)普遍使用，減少電力浪費(fèi)；砂石分離回收技術(shù)及袋式收塵器的應(yīng)用，減少原料消耗等等措施，使噸混凝土生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)混凝土攪拌站降低 15% 左右。

⑤ 智能操控

ERP 專業(yè)管理系統(tǒng)、PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)、APMS 混凝土配合比系統(tǒng)集成使用，在企業(yè)中形成以計(jì)算機(jī)為核心的閉環(huán)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)采購、生產(chǎn)、銷售、財(cái)務(wù)等全面管理。

零污染環(huán)保型高智能混凝土攪拌站與傳統(tǒng)混凝土攪拌站性能指標(biāo)、工藝參數(shù)對比表見表 4。

表4 本技術(shù)混凝土攪拌站與傳統(tǒng)混凝土攪拌站性能對比表

3.3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）降低能源消耗，提高系統(tǒng)的能源利用率。攪拌主機(jī)使用 NFLG 雙螺帶主機(jī)，攪拌效率比普通主機(jī)提高 15%，節(jié)約電耗 20%，實(shí)現(xiàn)了高效低耗；主機(jī)減速箱油位油溫采用過流、過載、過熱保護(hù)；攪拌站采用變頻技術(shù)可節(jié)約電耗30%。

（2）充分利用資源和全面控制環(huán)境污染。密閉式圓庫、噴霧降塵系統(tǒng)、脈沖袋式收塵器等粉塵治理手段的廣泛應(yīng)用，有效控制生產(chǎn)線的粉塵排放量，并且收塵灰回收使用，增加資源利用率。采用砂石分離機(jī)、泥漿攪拌池、泥漿壓濾機(jī)、清水池等環(huán)保設(shè)備，可回收再利用砂石、泥漿塊和清水，徹底解決污染排放，提高資源利用率，杜絕污水排放。

（3）提高生產(chǎn)技術(shù)水平。采用 EPR 管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)采購、生產(chǎn)、銷售、財(cái)務(wù)等全面管理，提高企業(yè)管理水平，使企業(yè)運(yùn)作更加流暢；APMS 混凝土配合比系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)調(diào)整、精確配料、配合比參數(shù)固化，減少產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)；

（4）零污染環(huán)保型高智能混凝土攪拌站與傳統(tǒng)混凝土攪拌站比較，生產(chǎn)效率更高，效率可提升 15%，產(chǎn)品質(zhì)量更好，28 天抗壓強(qiáng)度可提高 10%～15%。

4 課題應(yīng)用成果效果和推廣應(yīng)用前景

本技術(shù)強(qiáng)化傳統(tǒng)混凝土攪拌站行業(yè)的環(huán)保指標(biāo)，大量減少污染物的生成和排放，粉塵和噪聲污染可減小到傳統(tǒng)行業(yè)的 50%～80% 左右；同時(shí)科學(xué)合理選擇設(shè)備，提高自動(dòng)控制水平，有效降低能源消耗，提升生產(chǎn)技術(shù)水平，噸混凝土生產(chǎn)成本降低 10% 左右；本技術(shù)總體性能指標(biāo)與國內(nèi)外同類先進(jìn)技術(shù)比較，先進(jìn)、適用、可靠，在同行業(yè)處于領(lǐng)先水平，代表“十三五”期間混凝土行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向，在構(gòu)建現(xiàn)代化綠色制造產(chǎn)業(yè)體系方面具有較廣泛的示范推廣作用，同時(shí)在其他領(lǐng)域具有廣泛的潛在的應(yīng)用價(jià)值。

[1] 焦永樂，黃靜剛，王任，等．環(huán)保型混凝土攪拌站[J]．2014(5)：10-12．

［單位地址］寧夏銀川市金鳳區(qū)森林半島（750000）

孫志強(qiáng)（1972－），男，高級工程師，主要從事混凝土及其產(chǎn)業(yè)鏈原料的研究與生產(chǎn)。