鋼結(jié)構(gòu)模塊式廠房在蒙古國選煤廠的應(yīng)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(zhì)、提高經(jīng)濟效益，MAK公司決定建設(shè)1座命名為NS的煉焦煤重介質(zhì)選煤廠，該廠的設(shè)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(shè)計、提供全套模塊式鋼結(jié)構(gòu)廠房及全部生產(chǎn)設(shè)備、非標準件等，并同時負責竣工后選煤廠的調(diào)試及運營指導(dǎo)工作。在蒙古國境內(nèi)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(chǎn)，目前主要分選露天礦開采的部分因質(zhì)量不符合直接出口的原煤。以下結(jié)合國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)模塊式廠房的相關(guān)應(yīng)用研究[1-20]，對鋼結(jié)構(gòu)模塊式廠房在蒙古國NS選煤廠的應(yīng)用進行深入探討。

1 工程設(shè)計

1.1 工藝系統(tǒng)設(shè)計特點

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

工藝系統(tǒng)設(shè)計采用模塊化布局，主要分為原煤受煤系統(tǒng)、篩分破碎系統(tǒng)、重介質(zhì)分選系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)、濃縮系統(tǒng)、壓濾系統(tǒng)、產(chǎn)品運輸棧橋系統(tǒng)七大模塊，各模塊的工藝及設(shè)備均作為獨立單元。其中重介質(zhì)分選系統(tǒng)又分為4個主要工作模塊，即重介質(zhì)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(huán)節(jié)采用更精細的模塊化設(shè)計，其主要優(yōu)點如下:當原煤的煤質(zhì)發(fā)生重大變化時，對于受到影響的環(huán)節(jié)，可單獨進行技改優(yōu)化而不會制約其他工藝環(huán)節(jié)，此種設(shè)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(xiàn)在歐美，其設(shè)計思路主要將各工藝系統(tǒng)按模塊進行劃分，側(cè)重于各工藝系統(tǒng)的獨立，廠房多采用鋼結(jié)構(gòu)作為整體，不能拆解。而此次國華科技設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)模塊式選煤廠與傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)模塊單元拼裝組合而成，不僅實現(xiàn)了各工藝系統(tǒng)的獨立，同時實現(xiàn)了各工藝設(shè)備及配套單元的獨立。該新型設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)模塊式廠房主要具有以下優(yōu)點:

(1)廠房結(jié)構(gòu)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(shè)正常開展的NS選煤廠尤為重要，其復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)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(jié)構(gòu)廠房、設(shè)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(yè)對貨物的超限尺寸要求。據(jù)此設(shè)計，便可將原本需要在現(xiàn)場進行的施工工作轉(zhuǎn)移到千里之外的工廠內(nèi)加工制造。

(2)可實現(xiàn)快速裝配。優(yōu)化設(shè)計后，現(xiàn)場施工的作業(yè)量僅為土建基礎(chǔ)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(xiàn)場的施工難度，又大幅縮短現(xiàn)場的施工工期。NS選煤廠從開工建設(shè)到竣工投產(chǎn)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(xiàn)多次拆裝及遷移。當該處煤礦的服務(wù)年限到期后，可將選煤廠的鋼結(jié)構(gòu)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(shè)計理念，兼顧了MAK公司所屬其他煤礦的開采計劃及服務(wù)年限，得到業(yè)主的認可。

該新型鋼結(jié)構(gòu)模塊式選煤廠主要適用于生活和生產(chǎn)設(shè)施條件均較惡劣、尤其幾乎無工業(yè)建設(shè)相關(guān)配套設(shè)施的地區(qū)。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(yè)建設(shè)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(zhì)量及進度均產(chǎn)生很大的負面影響。在建筑結(jié)構(gòu)的選擇上，相較于混凝土，鋼結(jié)構(gòu)更易于采購，能夠?qū)崿F(xiàn)選煤廠設(shè)備的異地加工，且便于運輸。

2 核心設(shè)備的選型

2.1 原煤篩分破碎環(huán)節(jié)

根據(jù)MAK公司提供的來自于露天開采的毛煤煤質(zhì)資料，其屬于低硬度煤，偏軟、易碎，夾矸煤數(shù)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(guī)的篩分破碎與手選作業(yè)，設(shè)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(zhuǎn)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(nèi)側(cè)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(nèi)，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(zhì)差別懸殊，所以使用較為成功。該設(shè)備同時兼有篩分破碎及手選的功能。

此次設(shè)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(shè)備，同時不用再設(shè)置手選工人，不僅使工藝簡化、大幅降低設(shè)備成本，且可降低人工成本，此設(shè)計對于缺少勞動力的蒙古國地區(qū)而言其優(yōu)勢明顯。同時，該設(shè)計也更易將篩分破碎車間加工成模塊式結(jié)構(gòu)。

2.2 重介質(zhì)旋流器分選環(huán)節(jié)

重介質(zhì)分選是該選煤廠的主要環(huán)節(jié)，在設(shè)備選型時采用了S-3GHMC200/80超級重介質(zhì)旋流器(如圖3所示)，其為不分級無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選工藝的核心設(shè)備，設(shè)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(zhì)旋流器的基礎(chǔ)上優(yōu)化了旋流器的過流通道和相關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使重介質(zhì)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(chǎn)的分選過程。

圖3 超級重介質(zhì)旋流器

超級重介質(zhì)旋流器該設(shè)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(zhì)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(chǎn)品重介質(zhì)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(huán)節(jié)

對于NS選煤廠的濃縮機選型，設(shè)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(fēng)保溫，不僅投資成本高且很難設(shè)計成鋼結(jié)構(gòu)模式廠房。因此，設(shè)計采用2臺直徑為7 m的ST系列濃縮機，如圖4所示。該設(shè)備為鋼板焊接的圓錐狀桶體，中心入料，周邊溢流，具有結(jié)構(gòu)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(yōu)點，采用鋼結(jié)構(gòu)模塊式組裝，可置于主廠房內(nèi)部。

圖4 ST系列濃縮機

NS選煤廠廠址環(huán)境屬于戈壁灘，土地沙漠化嚴重，不適宜進行大規(guī)模的土方工程。另外，現(xiàn)場春季風(fēng)沙較大，冬季嚴寒，要求在工程設(shè)計時著重考慮廠房的密封及保溫措施。上述因素可使建設(shè)在室內(nèi)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(yōu)勢明顯。

3 工程施工

NS選煤廠的建設(shè)工程主要分為中國境內(nèi)和蒙古國境內(nèi)2個部分。在中國境內(nèi)，主要為鋼結(jié)構(gòu)模塊式廠房的制造、預(yù)拼裝及拆解工程。在蒙古國境內(nèi)，主要是廠房的基礎(chǔ)工程及模塊的拼裝工程。

為了保證鋼結(jié)構(gòu)模塊式廠房在蒙古國境內(nèi)拼裝施工的質(zhì)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(shè)計及審核，嚴格按照圖紙施工。設(shè)計階段對圖紙多次進行認真會審，確保圖紙的設(shè)計質(zhì)量。模塊制造階段，對制造單位嚴格要求，確保與圖紙設(shè)計一致，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

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

(3)加強物流運輸環(huán)節(jié)的控制。在模塊拆解起運時，由設(shè)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(huán)節(jié)不出紕漏。

國華科技采用鋼結(jié)構(gòu)模塊式廠房設(shè)計的國際項目，高質(zhì)量、按期完成了模塊在中國境內(nèi)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(nèi)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(jīng)驗并贏得口碑和信任。

4 調(diào)試運行

NS選煤廠于2018年7月竣工，由國華科技負責生產(chǎn)系統(tǒng)的調(diào)試工作。調(diào)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(xùn)工作。該選煤廠運行正常，產(chǎn)品指標合格，NS選煤廠2018年11～12月份的部分生產(chǎn)指標匯總見表1。

表1NS選煤廠2018年11～12月份部分生產(chǎn)指標匯總

序號項目生產(chǎn)指標設(shè)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(chǎn)品質(zhì)量全面優(yōu)于設(shè)計指標，尤其是在產(chǎn)品水分方面，并沒出現(xiàn)令人擔心的因嚴冬凍結(jié)而影響生產(chǎn)及運輸?shù)默F(xiàn)象。

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

5 結(jié) 語

作為1項國際工程，NS選煤廠的建設(shè)取得了成功。鋼結(jié)構(gòu)模塊式廠房的設(shè)計思路是該項目取得成功的關(guān)鍵。該項目的工程設(shè)計、設(shè)備選型、模塊制造、調(diào)試運行及人員培訓(xùn)等均需立足于現(xiàn)場實際并考慮周全，同時設(shè)計工作應(yīng)兼顧工程項目管理的各個環(huán)節(jié)。以NS選煤廠為例，既要考慮到項目所在地的自然與施工環(huán)境，又要兼顧模塊的制造、組裝、拆解、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)。

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