钢结构模块式厂房在蒙古国选煤厂的应用

丁雪刚，汤义春，杨 曌，苑今朝，方 玥

(北京国华科技集团有限公司，北京 101300)

0 前 言

蒙古国Mongolyn Alt Corporation(以下简称MAK)所属的NarynSukhait露天矿位于该国南戈壁省，距离中国额济纳旗策克口岸约56 km，其地理位置示意如图1所示。

图1 NarynSukhait露天矿地理位置示意图

该露天矿开采的原煤属于焦煤类别，为炼焦用的稀缺煤种，目前主要出口至中国。为改善煤质、提高经济效益，MAK公司决定建设1座命名为NS的炼焦煤重介质选煤厂，该厂的设计处理能力确定为1.0 Mt/a(170 t/h)。NS选煤厂由北京国华科技集团有限公司(以下简称国华科技)负责工程设计、提供全套模块式钢结构厂房及全部生产设备、非标准件等，并同时负责竣工后选煤厂的调试及运营指导工作。在蒙古国境内的土建及安装工程由MAK公司负责。该选煤厂自2017年7月开工，于2018年7月投产，目前主要分选露天矿开采的部分因质量不符合直接出口的原煤。以下结合国内钢结构模块式厂房的相关应用研究[1-20]，对钢结构模块式厂房在蒙古国NS选煤厂的应用进行深入探讨。

1 工程设计

1.1 工艺系统设计特点

该厂采用选前不脱泥、不分级无压给料三产品重介质旋流器选煤工艺，煤泥采用浮选与压滤机的联合回收工艺。

工艺系统设计采用模块化布局，主要分为原煤受煤系统、筛分破碎系统、重介质分选系统、浮选系统、浓缩系统、压滤系统、产品运输栈桥系统七大模块，各模块的工艺及设备均作为独立单元。其中重介质分选系统又分为4个主要工作模块，即重介质旋流器模块、脱介脱水模块、离心脱水模块及泵输送模块以及其他辅助性的模块。所有的模块之间通过输送机栈桥，或通过管道、非标准件等连接。

选煤厂的工艺环节采用更精细的模块化设计，其主要优点如下:当原煤的煤质发生重大变化时，对于受到影响的环节，可单独进行技改优化而不会制约其他工艺环节，此种设计使各模块具备独立更新及重组的功能。

1.2 建筑特点

模块式选煤厂最早出现在欧美，其设计思路主要将各工艺系统按模块进行划分，侧重于各工艺系统的独立，厂房多采用钢结构作为整体，不能拆解。而此次国华科技设计的钢结构模块式选煤厂与传统的模块式选煤厂有所不同，即选煤厂的厂房由很多个完全独立的钢结构模块单元拼装组合而成，不仅实现了各工艺系统的独立，同时实现了各工艺设备及配套单元的独立。该新型设计的钢结构模块式厂房主要具有以下优点:

(1)厂房结构可在外地工厂加工制造。此点对于交通位置严重制约工程项目建设正常开展的NS选煤厂尤为重要，其复杂的钢结构在设计时，可将其主厂房分解为独立模块。每个独立模块均包括钢结构厂房、设备、管道、非标准件及走台等，其均有自己的制造图纸。所有模块还要满足物流运输作业对货物的超限尺寸要求。据此设计，便可将原本需要在现场进行的施工工作转移到千里之外的工厂内加工制造。

(2)可实现快速装配。优化设计后，现场施工的作业量仅为土建基础工程及模块拼装工程。MAK公司接到制造完毕的模块，按图纸编号进行组合，通过螺栓连接后，即为1座完整的主厂房。此举既降低现场的施工难度，又大幅缩短现场的施工工期。NS选煤厂从开工建设到竣工投产只用了8个月的时间(冬季有4个月因严寒而停工)。

(3)厂房可实现多次拆装及迁移。当该处煤矿的服务年限到期后，可将选煤厂的钢结构厂房按独立模块形式进行保护性拆解，然后搬运到新厂址，重新组装后使用。因MAK公司所属煤矿较多且分散，因此此种灵活的设计理念，兼顾了MAK公司所属其他煤矿的开采计划及服务年限，得到业主的认可。

该新型钢结构模块式选煤厂主要适用于生活和生产设施条件均较恶劣、尤其几乎无工业建设相关配套设施的地区。NS选煤厂位于茫茫戈壁滩中，冬季严寒，施工周期短，若采购用于工业建设的砖、瓦、沙、石及水泥、钢筋等大宗建筑材料，需要到约800 km外的蒙古国首都乌兰巴托，必然对施工质量及进度均产生很大的负面影响。在建筑结构的选择上，相较于混凝土，钢结构更易于采购，能够实现选煤厂设备的异地加工，且便于运输。

2 核心设备的选型

2.1 原煤筛分破碎环节

根据MAK公司提供的来自于露天开采的毛煤煤质资料，其属于低硬度煤，偏软、易碎，夹矸煤数量又很少，且其中所含杂物及铁器也极少，煤炭与矸石的硬度差别大，因此取消了常规的筛分破碎与手选作业，设计时选用了1台选择性破碎机。选择性破碎机实物如图2所示。

图2 选择性破碎机

选择性破碎机又称滚筒碎选机,其为1种旋转的带孔钢制滚筒，小于要求粒度的物料通过滚筒下落，大于要求粒度的物料被滚筒内侧的提升板提起和翻落，较软的煤炭破碎后透筛落下，较硬的矸石未被破碎而被单独排出。

在国内，存在个别选煤厂使用了选择性破碎机，由于煤和矸石的硬度差别不够大，故效果不甚理想。而此次在蒙古国NarynSukhait露天矿的煤炭偏软、易碎，与矸石性质差别悬殊，所以使用较为成功。该设备同时兼有筛分破碎及手选的功能。

此次设计中，在原煤筛分破碎车间采用1台选择性破碎机，可代替分级筛、破碎机及手选带3台设备，同时不用再设置手选工人，不仅使工艺简化、大幅降低设备成本，且可降低人工成本，此设计对于缺少劳动力的蒙古国地区而言其优势明显。同时，该设计也更易将筛分破碎车间加工成模块式结构。

2.2 重介质旋流器分选环节

重介质分选是该选煤厂的主要环节，在设备选型时采用了S-3GHMC200/80超级重介质旋流器(如图3所示)，其为不分级无压给料三产品重介质旋流器分选工艺的核心设备，设计最大处理量为200 t/h，最大排矸量为80 t/h。国华科技在原有的重介质旋流器的基础上优化了旋流器的过流通道和相关的结构参数，使重介质悬浮液和煤流能更为通畅地进入离心力场分选空间，完成高效、高产的分选过程。

图3 超级重介质旋流器

超级重介质旋流器该设备的最大特点主要包括以下2个方面:

(1)分选精度高。当入选不分级不脱泥≤50 mm粒级原煤时，≥0.5 mm粒级的原煤在重介质旋流器的一段、二段的可能偏差分别为:Epm1=(0.020～0.035)kg/L，Epm2=(0.035～0.050)kg/L。

(2)处理量大、排矸能力强、电耗低。其处理能力是原有的3GHMC系列同样直径无压给料三产品重介质旋流器的2倍以上，排矸能力提高了30个百分点，电耗降低20%～40%。

2.3 煤泥水浓缩环节

对于NS选煤厂的浓缩机选型，设计时对比了ST系列浓缩机和耙式浓缩机。如选用耙式浓缩机，其直径为18 m，占地面积较大且需采用高大空间的建筑物为其防风保温，不仅投资成本高且很难设计成钢结构模式厂房。因此，设计采用2台直径为7 m的ST系列浓缩机，如图4所示。该设备为钢板焊接的圆锥状桶体，中心入料，周边溢流，具有结构简单、占地面积小、制造周期短、投资省、沉降快、无动力消耗、运行成本低、沉降效率高等一系列优点，采用钢结构模块式组装，可置于主厂房内部。

图4 ST系列浓缩机

NS选煤厂厂址环境属于戈壁滩，土地沙漠化严重，不适宜进行大规模的土方工程。另外，现场春季风沙较大，冬季严寒，要求在工程设计时着重考虑厂房的密封及保温措施。上述因素可使建设在室内且占地面积小的ST系列浓缩机在投资及使用方面均比耙式浓缩机的优势明显。

3 工程施工

NS选煤厂的建设工程主要分为中国境内和蒙古国境内2个部分。在中国境内，主要为钢结构模块式厂房的制造、预拼装及拆解工程。在蒙古国境内，主要是厂房的基础工程及模块的拼装工程。

为了保证钢结构模块式厂房在蒙古国境内拼装施工的质量及进度，国华科技公司强化了以下工程管理措施:

(1)加强图纸的设计及审核，严格按照图纸施工。设计阶段对图纸多次进行认真会审，确保图纸的设计质量。模块制造阶段，对制造单位严格要求，确保与图纸设计一致，保证了产品质量。

(2)在钢结构制造工厂场地对所有模块进行预组装。将制造完毕的模块按编号进行拼装，提前发现问题并及时处理。在中国境内的制造厂及时纠正问题，即可降低在蒙古国境内组装时出现问题的机率，既保证工程质量又保障了进度。

(3)加强物流运输环节的控制。在模块拆解起运时，由设计人员和物流公司人员共同核对装车的货物编号及清单，确保物流运输各环节不出纰漏。

国华科技采用钢结构模块式厂房设计的国际项目，高质量、按期完成了模块在中国境内的制造、组装及拆解运输工作，最终使MAK公司负责的在蒙古国境内的安装工程工期缩短了近2个月，为国华科技也为中国进一步开拓国际市场积累经验并赢得口碑和信任。

4 调试运行

NS选煤厂于2018年7月竣工，由国华科技负责生产系统的调试工作。调试完成后，国华科技负责对蒙古国员工进行为期2个月的选煤厂操作及运营的培训工作。该选煤厂运行正常，产品指标合格，NS选煤厂2018年11～12月份的部分生产指标汇总见表1。

表1NS选煤厂2018年11～12月份部分生产指标汇总

序号项目生产指标设计指标1精煤全水分/%8.72≤102精煤灰分 Aad /%6.98≤83吨煤水耗/m30.064吨煤电耗/kwh4.045吨煤介耗/kg0.55

从上表可知，NS选煤厂的精煤产品质量全面优于设计指标，尤其是在产品水分方面，并没出现令人担心的因严冬冻结而影响生产及运输的现象。

衡量NS选煤厂的吨煤电耗、水耗、介耗该3项技术指标可知，其可列入选煤行业先进行列，以上指标在选煤厂投产不久即可达到，经验值得借鉴。

5 结 语

作为1项国际工程，NS选煤厂的建设取得了成功。钢结构模块式厂房的设计思路是该项目取得成功的关键。该项目的工程设计、设备选型、模块制造、调试运行及人员培训等均需立足于现场实际并考虑周全，同时设计工作应兼顾工程项目管理的各个环节。以NS选煤厂为例，既要考虑到项目所在地的自然与施工环境，又要兼顾模块的制造、组装、拆解、运输等环节。

上述设计的钢结构模块式厂房在国外选煤厂工程设计中得到较为成功的应用，具有较好的发展前景。在国内偏远地区(如新疆、甘肃等)，有些建设厂址其所处环境与蒙古国NS选煤厂极为相似，希望以上介绍能为钢结构模块式厂房的选煤厂设计和建设提供借鉴。