鋼結構模塊式廠房在蒙古國選煤廠的應用

丁雪剛，湯義春，楊 曌，苑今朝，方 玥

(北京國華科技集團有限公司，北京 101300)

0 前 言

蒙古國Mongolyn Alt Corporation(以下簡稱MAK)所屬的NarynSukhait露天礦位于該國南戈壁省，距離中國額濟納旗策克口岸約56 km，其地理位置示意如圖1所示。

圖1 NarynSukhait露天礦地理位置示意圖

該露天礦開采的原煤屬于焦煤類別，為煉焦用的稀缺煤種，目前主要出口至中國。為改善煤質、提高經濟效益，MAK公司決定建設1座命名為NS的煉焦煤重介質選煤廠，該廠的設計處理能力確定為1.0 Mt/a(170 t/h)。NS選煤廠由北京國華科技集團有限公司(以下簡稱國華科技)負責工程設計、提供全套模塊式鋼結構廠房及全部生產設備、非標準件等，并同時負責竣工后選煤廠的調試及運營指導工作。在蒙古國境內的土建及安裝工程由MAK公司負責。該選煤廠自2017年7月開工，于2018年7月投產，目前主要分選露天礦開采的部分因質量不符合直接出口的原煤。以下結合國內鋼結構模塊式廠房的相關應用研究[1-20]，對鋼結構模塊式廠房在蒙古國NS選煤廠的應用進行深入探討。

1 工程設計

1.1 工藝系統設計特點

該廠采用選前不脫泥、不分級無壓給料三產品重介質旋流器選煤工藝，煤泥采用浮選與壓濾機的聯合回收工藝。

工藝系統設計采用模塊化布局，主要分為原煤受煤系統、篩分破碎系統、重介質分選系統、浮選系統、濃縮系統、壓濾系統、產品運輸棧橋系統七大模塊，各模塊的工藝及設備均作為獨立單元。其中重介質分選系統又分為4個主要工作模塊，即重介質旋流器模塊、脫介脫水模塊、離心脫水模塊及泵輸送模塊以及其他輔助性的模塊。所有的模塊之間通過輸送機棧橋，或通過管道、非標準件等連接。

選煤廠的工藝環節采用更精細的模塊化設計，其主要優點如下:當原煤的煤質發生重大變化時，對于受到影響的環節，可單獨進行技改優化而不會制約其他工藝環節，此種設計使各模塊具備獨立更新及重組的功能。

1.2 建筑特點

模塊式選煤廠最早出現在歐美，其設計思路主要將各工藝系統按模塊進行劃分，側重于各工藝系統的獨立，廠房多采用鋼結構作為整體，不能拆解。而此次國華科技設計的鋼結構模塊式選煤廠與傳統的模塊式選煤廠有所不同，即選煤廠的廠房由很多個完全獨立的鋼結構模塊單元拼裝組合而成，不僅實現了各工藝系統的獨立，同時實現了各工藝設備及配套單元的獨立。該新型設計的鋼結構模塊式廠房主要具有以下優點:

(1)廠房結構可在外地工廠加工制造。此點對于交通位置嚴重制約工程項目建設正常開展的NS選煤廠尤為重要，其復雜的鋼結構在設計時，可將其主廠房分解為獨立模塊。每個獨立模塊均包括鋼結構廠房、設備、管道、非標準件及走臺等，其均有自己的制造圖紙。所有模塊還要滿足物流運輸作業對貨物的超限尺寸要求。據此設計，便可將原本需要在現場進行的施工工作轉移到千里之外的工廠內加工制造。

(2)可實現快速裝配。優化設計后，現場施工的作業量僅為土建基礎工程及模塊拼裝工程。MAK公司接到制造完畢的模塊，按圖紙編號進行組合，通過螺栓連接后，即為1座完整的主廠房。此舉既降低現場的施工難度，又大幅縮短現場的施工工期。NS選煤廠從開工建設到竣工投產只用了8個月的時間(冬季有4個月因嚴寒而停工)。

(3)廠房可實現多次拆裝及遷移。當該處煤礦的服務年限到期后，可將選煤廠的鋼結構廠房按獨立模塊形式進行保護性拆解，然后搬運到新廠址，重新組裝后使用。因MAK公司所屬煤礦較多且分散，因此此種靈活的設計理念，兼顧了MAK公司所屬其他煤礦的開采計劃及服務年限，得到業主的認可。

該新型鋼結構模塊式選煤廠主要適用于生活和生產設施條件均較惡劣、尤其幾乎無工業建設相關配套設施的地區。NS選煤廠位于茫茫戈壁灘中，冬季嚴寒，施工周期短，若采購用于工業建設的磚、瓦、沙、石及水泥、鋼筋等大宗建筑材料，需要到約800 km外的蒙古國首都烏蘭巴托，必然對施工質量及進度均產生很大的負面影響。在建筑結構的選擇上，相較于混凝土，鋼結構更易于采購，能夠實現選煤廠設備的異地加工，且便于運輸。

2 核心設備的選型

2.1 原煤篩分破碎環節

根據MAK公司提供的來自于露天開采的毛煤煤質資料，其屬于低硬度煤，偏軟、易碎，夾矸煤數量又很少，且其中所含雜物及鐵器也極少，煤炭與矸石的硬度差別大，因此取消了常規的篩分破碎與手選作業，設計時選用了1臺選擇性破碎機。選擇性破碎機實物如圖2所示。

圖2 選擇性破碎機

選擇性破碎機又稱滾筒碎選機,其為1種旋轉的帶孔鋼制滾筒，小于要求粒度的物料通過滾筒下落，大于要求粒度的物料被滾筒內側的提升板提起和翻落，較軟的煤炭破碎后透篩落下，較硬的矸石未被破碎而被單獨排出。

在國內，存在個別選煤廠使用了選擇性破碎機，由于煤和矸石的硬度差別不夠大，故效果不甚理想。而此次在蒙古國NarynSukhait露天礦的煤炭偏軟、易碎，與矸石性質差別懸殊，所以使用較為成功。該設備同時兼有篩分破碎及手選的功能。

此次設計中，在原煤篩分破碎車間采用1臺選擇性破碎機，可代替分級篩、破碎機及手選帶3臺設備，同時不用再設置手選工人，不僅使工藝簡化、大幅降低設備成本，且可降低人工成本，此設計對于缺少勞動力的蒙古國地區而言其優勢明顯。同時，該設計也更易將篩分破碎車間加工成模塊式結構。

2.2 重介質旋流器分選環節

重介質分選是該選煤廠的主要環節，在設備選型時采用了S-3GHMC200/80超級重介質旋流器(如圖3所示)，其為不分級無壓給料三產品重介質旋流器分選工藝的核心設備，設計最大處理量為200 t/h，最大排矸量為80 t/h。國華科技在原有的重介質旋流器的基礎上優化了旋流器的過流通道和相關的結構參數，使重介質懸浮液和煤流能更為通暢地進入離心力場分選空間，完成高效、高產的分選過程。

圖3 超級重介質旋流器

超級重介質旋流器該設備的最大特點主要包括以下2個方面:

(1)分選精度高。當入選不分級不脫泥≤50 mm粒級原煤時，≥0.5 mm粒級的原煤在重介質旋流器的一段、二段的可能偏差分別為:Epm1=(0.020～0.035)kg/L，Epm2=(0.035～0.050)kg/L。

(2)處理量大、排矸能力強、電耗低。其處理能力是原有的3GHMC系列同樣直徑無壓給料三產品重介質旋流器的2倍以上，排矸能力提高了30個百分點，電耗降低20%～40%。

2.3 煤泥水濃縮環節

對于NS選煤廠的濃縮機選型，設計時對比了ST系列濃縮機和耙式濃縮機。如選用耙式濃縮機，其直徑為18 m，占地面積較大且需采用高大空間的建筑物為其防風保溫，不僅投資成本高且很難設計成鋼結構模式廠房。因此，設計采用2臺直徑為7 m的ST系列濃縮機，如圖4所示。該設備為鋼板焊接的圓錐狀桶體，中心入料，周邊溢流，具有結構簡單、占地面積小、制造周期短、投資省、沉降快、無動力消耗、運行成本低、沉降效率高等一系列優點，采用鋼結構模塊式組裝，可置于主廠房內部。

圖4 ST系列濃縮機

NS選煤廠廠址環境屬于戈壁灘，土地沙漠化嚴重，不適宜進行大規模的土方工程。另外，現場春季風沙較大，冬季嚴寒，要求在工程設計時著重考慮廠房的密封及保溫措施。上述因素可使建設在室內且占地面積小的ST系列濃縮機在投資及使用方面均比耙式濃縮機的優勢明顯。

3 工程施工

NS選煤廠的建設工程主要分為中國境內和蒙古國境內2個部分。在中國境內，主要為鋼結構模塊式廠房的制造、預拼裝及拆解工程。在蒙古國境內，主要是廠房的基礎工程及模塊的拼裝工程。

為了保證鋼結構模塊式廠房在蒙古國境內拼裝施工的質量及進度，國華科技公司強化了以下工程管理措施:

(1)加強圖紙的設計及審核，嚴格按照圖紙施工。設計階段對圖紙多次進行認真會審，確保圖紙的設計質量。模塊制造階段，對制造單位嚴格要求，確保與圖紙設計一致，保證了產品質量。

(2)在鋼結構制造工廠場地對所有模塊進行預組裝。將制造完畢的模塊按編號進行拼裝，提前發現問題并及時處理。在中國境內的制造廠及時糾正問題，即可降低在蒙古國境內組裝時出現問題的機率，既保證工程質量又保障了進度。

(3)加強物流運輸環節的控制。在模塊拆解起運時，由設計人員和物流公司人員共同核對裝車的貨物編號及清單，確保物流運輸各環節不出紕漏。

國華科技采用鋼結構模塊式廠房設計的國際項目，高質量、按期完成了模塊在中國境內的制造、組裝及拆解運輸工作，最終使MAK公司負責的在蒙古國境內的安裝工程工期縮短了近2個月，為國華科技也為中國進一步開拓國際市場積累經驗并贏得口碑和信任。

4 調試運行

NS選煤廠于2018年7月竣工，由國華科技負責生產系統的調試工作。調試完成后，國華科技負責對蒙古國員工進行為期2個月的選煤廠操作及運營的培訓工作。該選煤廠運行正常，產品指標合格，NS選煤廠2018年11～12月份的部分生產指標匯總見表1。

表1NS選煤廠2018年11～12月份部分生產指標匯總

序號項目生產指標設計指標1精煤全水分/%8.72≤102精煤灰分 Aad /%6.98≤83噸煤水耗/m30.064噸煤電耗/kwh4.045噸煤介耗/kg0.55

從上表可知，NS選煤廠的精煤產品質量全面優于設計指標，尤其是在產品水分方面，并沒出現令人擔心的因嚴冬凍結而影響生產及運輸的現象。

衡量NS選煤廠的噸煤電耗、水耗、介耗該3項技術指標可知，其可列入選煤行業先進行列，以上指標在選煤廠投產不久即可達到，經驗值得借鑒。

5 結 語

作為1項國際工程，NS選煤廠的建設取得了成功。鋼結構模塊式廠房的設計思路是該項目取得成功的關鍵。該項目的工程設計、設備選型、模塊制造、調試運行及人員培訓等均需立足于現場實際并考慮周全，同時設計工作應兼顧工程項目管理的各個環節。以NS選煤廠為例，既要考慮到項目所在地的自然與施工環境，又要兼顧模塊的制造、組裝、拆解、運輸等環節。

上述設計的鋼結構模塊式廠房在國外選煤廠工程設計中得到較為成功的應用，具有較好的發展前景。在國內偏遠地區(如新疆、甘肅等)，有些建設廠址其所處環境與蒙古國NS選煤廠極為相似，希望以上介紹能為鋼結構模塊式廠房的選煤廠設計和建設提供借鑒。