刘光年1，2

(1.合肥水泥研究设计院有限公司，安徽合肥230051；2.合肥固泰自动化有限公司，安徽合肥230051)

摘要：国家对资源严格管控，机制砂代替天然砂是必然趋势，同时矿山开采也向着规范化和集约化发展，急需提出一种新的智能环保精品砂石骨料生产线设计；本项目规划设计以绿色矿山为核心理念，矿山剥离的石灰石、电厂固废物石膏粉和粉煤灰综合利用为主，选用智能、环保、安全及破碎、整形、筛分及控制工艺，生产高品质砂石骨料、建筑基料和预拌砂浆；最终达到经济效益与社会效益双丰收。值得各设计院借鉴的一种设计思想。

关键词：绿色矿山；智能环保；骨料；干混砂浆

0、引言

随着国内天然砂、河砂等资源的枯竭和政府对开采管控力度加大，机制砂替代天然砂已成为行业发展必然趋势；同时随着建筑行业的发展，不同建筑的结构、建筑方式的变化，对混凝土特性的要求是逐步提高的。混凝土所用砂石骨料市场的细分越来越完善；同时国家对矿产资源开采、节能减排和环境保护等方面要求的不断提高和强化管理，砂石骨料产业转型升级的步伐明显加快，由传统的粗放的开采方式向工业化、规范化和集约化生产方式快速发展，同时向建筑固体废弃物再生利用和废弃矿山环境修复产业延伸。这些都有利于提高砂石骨料产业的工业化和产品质量水平；有利于推动节能减排、资源综合利用和循环经济，促进行业健康可持续发展；有利于推动建材行业和建筑业的联动，完善产业结构体系。

1、项目概况

项目规划设计以绿色矿山为核心理念，矿山剥离的石灰石、电厂固废物石膏粉和粉煤灰综合利用为主，同时以高性能混凝土及其高品质骨料发展需求的供给侧改革导向为路径，选用智能、环保、安全及精品破碎、整形、筛分及控制工艺生产高品质砂石骨料、建筑基料和预拌砂浆。

为实现经济效益与社会效益双丰收，选用基于上述技术原则下的砂石骨料成套生产线，达产后可实现年均产能180万吨精品粗骨料、精品机制砂、0.075mm以下钙质干粉以及建筑基料。

利用180万吨的砂石骨料生产线生产的细砂作原料，同时配以电厂固废物石膏粉和粉煤灰，延长下游产品，同时建设30万吨的干混砂浆生产线，年产各种干混砂浆30万吨。

2、砂石骨料产线生产工艺

本项目建设一条有效时产600t/h的智能环保精品砂石骨料生产线，年均有效生产180万吨高性能精品骨料，精品骨料全部采用自动装车系统装载由汽车外运出厂。

年均产量计算公式如下(两班制运行，工作日平均运行率75%)：

骨料：600t/h×12h/d×250d/a=1800000t/a

干混砂浆：100t/h×12h/d×250d/a=300000t/a

具体产品方案见表1、表2。

3、砂石骨料生产线设计技术目标

以绿色矿山建设、绿色工厂生产及绿色矿业为核心理念体系：矿山资源充分利用、过程控制能耗管理、环境质量有效控制、人员功耗各尽其用。

3.1 绿色环保

以绿色矿山、绿色矿业建设成就为目标，以节能、减排环保理念为根基，展开厂区及成套生产线的系统性规划设计；采用绿色技术、实施绿色生产、洁净生产。通过系统分析科学计算，建设有效的除尘系统，采用多级多点扬尘/抑尘/收尘技术，厂区颗粒物排放浓度<10mg/m3；达到国家环保标准要求，成为行业标杆与区域典范。实现矿地和谐、政企和谐的现代矿业企业发展新方向。

3.2 精品骨料

以良性竞争、技术竞争为方向，以先进工艺、现代装备及按需定制为保障，进行高品质、合规化的现代精品骨料定制化生产，实现企业综合竞争力最大化，更好服务混凝土产业，进而实现企业投资收益最大化。

3.3 智能高效

对成套装备生产线进行系统科学设计与优化升级，实施集中操控、程序控制、智能监控、安全防护，实现成套系统工作运营的高效流程、智能管控、便捷检护，最大程度提升生产线系统综合作业效率，降低误操作停工时间，降低运行及维修成本，提升企业综合效益。

3.4 安全可靠

专用软件程序管理避免控制误操控，全系统多层次安全防护设施降低误伤害，全系统软硬件相互关联设计，最大程度保障生产线工作人员生命财产安全；科学合理计算结构抗疲劳强度，稳健可靠地提高系统运营安全系数。

3.5 节能降耗

基于对矿区地形地势的严谨勘测进行成套生产线系统的科学规划、严谨分析与设计计算，实现各传动机构、最合理、有效并节能的驱动机构形式及动力选型。

采用智能装车系统，实施成品料堆存区各料堆自动转运输送全覆盖，并且可实现无间断的连续装车，实现绿色、高效装车，降低企业装运成本，排除装运区块扬尘、撒料等二次污染。

4、砂石骨料生产线设计建设范围

原料进厂至成品储存和发运的整条工艺生产线，包括以下各子系统的的工艺、土建、机械、结构、液压、气动、电气及自动化控制：

(1)原料输送、原料除泥；

(2)原料破碎、骨料半成品整形、骨料半成品筛分、机制砂半成品整形、机制砂半成品筛分；

(3)过程抑尘、除尘、收尘、控粉及机制砂加湿搅拌；

(4)成品输送、成品入库、成品储存及成品自动装载。

5、环保智能高品质骨料成套生产线特性

(1)总体生产工艺：除泥+破碎+精准整形+干法除尘+石粉调控+级配制砂+砂石同出；

(2)主要工艺设备：多缸+超细制砂+整形立轴+筛分+高效除尘+自动装车；

(3)总体布局结构：立体式构造+紧凑型布局，节约集约用地；

(4)总体技术定位：绿色矿山设计+花园工厂生产+一人一键集中操控+便捷检护无死角；

(5)核心控制目标：粒形、级配、含粉率及品种实时便捷可控可调；

(6)精品骨料生产，低空隙率控制，降低混凝土成本提升混凝土性能；

(7)采用智能装车系统，全厂全程有组织排放，无二次污染、无厂区洒料；

(8)专用高效集中除尘系统，自动调控风量，自动管道清灰，节能并高效；

(9)全自动操控运营专用软件结合变频驱动系统智能化、集约化技术实现高效运行低能耗；

(10)颗粒物有组织排放浓度低指标≤10mg/m3，超低排放指标≤5mg/m3可选；

(11)厂界噪音控制≤70dB；

(12)全环节(破碎+筛分+输送+整形+除尘+装车+控制) 电耗2.63kWh/t；

(13)全程三维设计，空间布局深度优化，大幅降低后期安装调试各类成本及检护省时高效；

(14)有限元软件辅助分析计算，确保设计成果最大程度保障安全生产及科学合理物尽其用；

(15)生产流程工艺与结构装配工艺的相互深度结合，在线监测与预警系统的多维度设置，保障最大程度的安全、可靠、低故障率、高检修快捷性，是成套生产线全生命周期内更多有效生产时间的精细化经济技术理念。

6、工艺流程简述

(1)中转作业：从附近的石灰石转运站均匀(1000t/h)取料(颗粒直径<100mm)，经皮带机输送至除泥筛进行除泥作业。

(2)除泥作业：除泥筛是由1#振动筛组除泥作业后，分出2个品种，分别为土石粉，>10mm的矿石，其中土石粉经皮带机输送至泥仓(2000t)，石灰石泥料可通过皮带机返回至水泥生产线上；>10mm的矿石经皮带机输送到中转仓(15000t)。

(3)细碎、整形作业：矿石由仓底皮带机输送到2#振动筛，将物料分成0~45mm和>45mm两种矿石。0~45mm的矿石直接进入整形机进行整形，再通过皮带面输送至筛分楼站振动筛；>45mm以上的物料直接进入细碎圆锥进行细碎作业，破碎后的物料经皮带机和斗提再次进入二筛。

(4)成品筛分、制砂、级配调整作业：经整形的矿石输送至筛分楼站的斗提后，由斗提输送至3#振动筛后分成五种产品，分别为0~5mm，5mm~10mm，10mm~21.5mm，21.5mm~31.5mm，>31.5mm。0~5mm由皮带机输送至级配控粉机内进行控粉及级配调整作业，其中，高精品级配砂由皮带机输送至湿拌机进行湿拌，再由皮带机输送至成品仓(10000t)，级配调整多余料由

皮带机输送至制砂机；5mm~10mm的产品可直接由皮带机输送至成品仓(3000t)，同时也可以直接进入制砂机进行制砂作业，再由皮带机输送至2#筛；10mm~21.5mm的产品由皮带机直接输送至成品仓(10000t)；21.5mm~31.5mm的产品由皮带机直接输送至成品仓(4000t)；>31.5mm的产品由皮带机输送至2#筛。

(5)自动装车作业：成品仓内的成品骨料可由仓底皮带机输分别送至装车楼站进行自动装车作业。

(6)粉尘收集作业：生产过程中将产生粉尘，其中1#筛分组所产生的粉尘进入除尘器，经除尘器净化后通过排风机排入大气，排入气体的含尘浓度<10mg/m3，符合国家排放标准(GB4915-2014)。收尘器收集的粉尘经过湿拌机湿拌后，经螺旋输送机输送至除泥皮带机上，并送至泥仓。

细碎圆锥破碎机、立轴冲击破碎机及2#、3#筛分组、成品库中产生的粉尘进入除尘器，经除尘器净化后通过排风机排入大气，排入气体的含尘浓度<10mg/m3，符合国家排放标准(GB4915-2014)。收尘器收集的粉尘由气力输送系统，统一输送至高钙粉储存仓(1000t)，通过仓底自动装车系统装人车辆出厂。

本项目同期建设年产30万吨干混砂浆生产线，从选粉机组直接供料，并预留二期年产30万m3的商砼站的骨料输出接口以及厂外大型堆场的输送或带式输送机远程输送的接口。

7、工艺流程和设备配置

7.1 工艺流程（见图1）

7.2 主机设备

主机设备主要有(此处未给出功率)：振动筛：1#振动筛组、2#振动筛组、3#振动筛组；破碎机：单缸圆锥破碎机、多缸圆锥破碎机；骨料整形机：立轴冲击破碎机；制砂机：超细碎制砂机；级配控粉机；湿拌机；气力输送系统(含仓顶除尘器)；除尘器：1#除尘器；2#除尘器；3#除尘器。

7.3 物料平衡

根据砂石骨料销售市场情况，该生产线年工作天数按250d考虑，每天2班，每班工作6h，生产线额定效率600t/h，见表3。表4为各种物料储量及储期。

8、干混砂浆生产线

8.1 干混砂浆生产线的组成

干混砂浆生产设备的主要组成部分为：砂的预处理系统：砂石储存、干燥；含水率<0.5%以下的机制砂可以免烘干；原料储存系统：石膏仓储，胶结料、细实料以及添加剂的仓储；计量系统；混合机；散装系统、预留后期成品包装系统；全自动过程电脑控制系统。

8.2 干混砂浆原料来源

水泥：采用国家标准散装32.5级普通硅酸盐水泥，可由水泥厂直接在厂区建造水泥储罐进行供应；砂：采用180万吨骨料生产线生产的机制砂，如果含水率<0.5%可免烘干；石膏粉：采用电厂烟气脱硫的副产品；粉煤灰：采用采用电厂的国家标准散装3级粉煤灰固废物，也可利

用电厂废炉渣进行加工利用；添加剂：向专业的添加剂生产厂订购；包装袋：向专业的包装厂订购，表5为干混砂浆原料比例。

8.3 干混砂浆生产线的工艺流程（见图2）

8.4 常规设备配置

主楼的结构形式为高塔式。

(1)湿砂上料系统

原料输送系统由料仓、斗提机、变频给料皮带机组成。

①湿砂仓容积为6m3地上仓。

②定量变频给料皮带机，用于定量给料至斗提机。

环链式斗提机，生产能力依产量而定，用于冷料提升到干燥滚筒内。

(2)干燥冷却系统

干燥冷却系统由二回程干燥冷却滚筒、沸腾炉组成。

①干燥冷却滚筒采用先进的欧洲技术设计制造。

②滚筒为内外双层结构，内筒为加热筒，外筒为冷却筒，物料由内层流到外层，结构紧凑，占地面积小。

③外筒结构采用与内筒结构相反的导料板，使物料沿干燥方向相反的方向出料；外筒为锥形分段连接，可方便拆除维护导料板，且易保证同心度。

④筒体采用材质为20g，特殊部位考虑耐磨损处理，能够满足长时间安全稳定运行。滚圈采用锻钢材质，其韧性更高，运行稳定使用寿命长。

⑤采用第四代防爆沸腾炉，破碎机有效对煤块的破碎，利于燃料充分燃烧。燃料供给使用用变频电机实现给料量可根据炉温供料，便捷炉工操作。炉体可压火隔夜，综合运营成本低；无二次污染，热风洁净度高与燃油相当，从而有效控制干燥物料的干燥品质，使出料干砂含

水率低于0.5%同时控制出料温度在65℃以下。

⑥耐磨型高灵敏度热电阻传感器，可精确显示温度。

⑦采用气压传感器，保证滚筒内恒定的真空度，粉尘不外泄。

(3)干燥除尘系统

①本机采用重力+布袋二级除尘方式，将重力除尘器收到的粗颗粒粉尘通过螺旋输送机送入干砂皮带机中。布袋除尘器选用大气反吹除灰布袋除尘器，采用精制的专业布袋。

②引风机采用离心式风机，通过V型皮带驱动风机。

③除尘系统采用负压检测控制方式，在烟道上装有温度检测装置和冷风阀，系统有温度安全限定功能，确保除尘布袋工作安全。

(4)热料筛分提升系统

由直线振动筛分机、斗提机组成

①烘干好的砂由滚筒进入直线振动筛

②直线振动筛单层筛网，筛分粒径为5mm，可将超限料除去。

③板链式斗提机，生产能力依产量而定，用于将热料提升到原料筒仓顶，运行稳定噪音相对较小。

(5)分级细筛分机

①一般筛分层面为3层，最多可得到4种不同级配的砂，筛分粒径可由筛网孔径选择。

②具有筛网清洁系统，有效的筛网清洁系统保证筛机能连续的进行筛分。

③高精度的筛分使有用的原料不会被浪费掉。

④高耐磨筛网，可减少维修费用以及停机时间，进一步提高使用率。

⑤简易筛网拆装装置，使筛网更换更加节省时间。

(6)原料储存系统

原料储存系统由胶结料、细实料筒仓及掺合料、添加剂料斗组成。

①胶结料、细实料筒仓外形与常规粉罐相同，设有高低料位指示器、除尘器、破拱装置、安全阀、手动闸阀、进灰管等。筒仓的数量根据用户的产品原料种类多少而定，常规为粉料罐3个，砂罐4个。

②掺合料及添加剂料斗一般为4个；每个料斗体均配置意大利WAM低料位计ILTC2一只，意大利振动器一个；对于小型的干混搅拌站，采用人工计量加料时，则没有该料斗。

③细实料(石粉)及胶结料(水泥、粉煤灰等)的输送一般为气力输送，如用户只能买到袋装料时，则采用货梯(简易电动葫芦、升降梯)吊运，人工拆包投料了。

④掺合料及添加剂一般为袋装，采用货梯(简易电动葫芦、升降梯)吊运，人工拆包投料。

(7)搅拌主楼

①主楼结构采用大型H型钢制成。

②底层设有包装系统及气源，并在三层布置一台布袋脉冲除尘器用于包装机的除尘。控制室位于二层粉罐下。

③第二层预留了散装输送的通道(小型机台没有该层)。

④搅拌主机在第三层，检修空间大。

⑤第四层平台用于安装砂秤、粉秤。

⑥第五层平台用于安装4个添加剂料斗和4个砂罐。楼内楼层间设有楼梯，可从底层上到第五层。

⑦楼内第五层顶设有货梯(简易电动葫芦、升降梯)，可将袋装添加剂原料从地面吊至第五层平台上。

⑧分级细筛分机设在楼顶层。

⑨主楼外封采用C型槽钢作框架，外封为彩钢板，窗门为塑钢材料。

(8)计量系统

①小型机台配置一个大秤和一个小秤，均为累加计量；中大型机台配置二个大秤和一个小秤，也为累加计量。

②大秤主要称量细实料、胶集料。小秤主要称量掺合料、添加剂，称量后进人粉秤，保证下料完全。

③计量斗由三个压式传感器、连接件(均为美国TOLEDO) 构成称量单元。

④小秤计量斗由不锈钢板制成，斗上设有一个气吹式振动器。

⑤喂料螺旋机采用意大利WAM螺旋输送机，所有螺旋均采用变频调速控制，精确计量驱动。

⑥微量变频喂料螺旋机出口处均设有气动碟阀，可精确控制落差。

(9)混合机

①单卧轴铧犁式搅拌主机。

②壳体由低碳钢制成，外框由厚钢板组成，刚性可靠。

③主轴采用平行轴式减速机传动，变频电机，可平稳起动。

④混合机底部一侧装有高速旋转刀，可使物料搅拌均匀、快速，均匀度能达到1：100000，能满足彩色砂浆的搅拌。

⑤备有在线取样口，可方便取样化验。

⑥快速单大开门卸料门，卸料干净快速。

⑦犁形搅拌叶片为防磨钢+碳化钨表面，耐磨性好，使用寿命长。

(10)气动系统

①气动系统配有一台中山复盛空压机、冷干机，气体缓冲输送罐及管路，济南华能24v电磁阀、管件、气缸。

②气源压力：10kg，工作压力：7kg。

(11)电控系统

①控制系统由PLC和计算机组成， 采用双机热备系统-双机双控。

②控制软件：PLC系统软件由NFLG自主知识产权的系统程序。

③计算机控制系统实现砂的干燥冷却、配料、卸料、搅拌和出料全过程的自动控制及手动功能。

④管理及监控计算机系统可被选择为备份机进行工作。

⑤具有打印统计生产日报表、月报表，在线检测、故障诊断及监控作用。

⑥能随机存储各种生产数据，随机打印每拌用料表。

⑦操作台面板设有手动按钮，可完成砂的干燥冷却、原料配料自动控制，卸料、出料手动控制功能，按钮均为施耐德产品。

⑧计算机操作平台为WindowsNT4.0，控制软件运行可靠。

⑨能存储20000个配方及任务号，并能随时修改和调用。

⑩各种机械动作状态模拟显示以及整个生产工艺流程显示。

?通过手动输人粉料过秤后的数据，可动态直观显示库存粉料的重量。具备联锁功能。

?在自动生产过程可改变为手动操作调整，且不影响后续自动生产过程。

?具备落差自动调整修正，确保配料准确度。

?电缆采用名牌产品阻燃电缆。

(12)成品输送系统

成品输送系统由包装机和散装装置组成。

①包装机一般采用阀口式，定量范围在25~50kg，计量精度为±250g。

②散装装置由脉冲除尘器、散装接头组成。散装接头是一个伸缩料斗，带料位计、双层卸料管，料加满时可及时停止卸料，并配置除尘器，保证卸料口及散装车出料口无粉尘污染。

8.5 干混砂浆产品(见表6)

9、结束语

   本文所介绍的设计思路切实贯彻落实“绿水青山就是金山银山”和“打赢环境治理攻坚战”的可持续发展方针，充分利用和节约能源，采用切实有效的措施节能降耗；实现资源节约型的经济增长模式，并减少环境污染；以绿色矿山为核心理念，矿山剥离的石灰石、电厂固废物石膏粉和粉煤灰综合利用为主，选用智能、环保、安全及精品破碎、整形、筛分及控制工艺，设计出一种新的智能环保年产180万吨精品砂石骨料生产线，同时配以电厂固废物石膏粉和粉煤灰，延长下游产品，建设30万吨的干混砂浆生产线，年产各种干混砂浆30万吨；项目最终既节约了废石处置费用，减少了投资，保护了环境，又增加了经济效益和社会效益的双丰收，可谓是一举多得；是一种值得各设计院借鉴设计思想。