尾礦庫(kù)溢洪道排水發(fā)電潛能分析

李凡超，郭 峰

尾礦庫(kù)溢洪道排水發(fā)電潛能分析

李凡超，郭 峰

(湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司，湖南 郴州市 423037)

水力發(fā)電是人類利用水能來(lái)滿足電力需求的重要方式之一。以柿竹園公司煙沖溝尾礦庫(kù)溢洪道清污分流項(xiàng)目中清水巷排水為例，通過對(duì)排水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析排水潛在的重力勢(shì)能和電能價(jià)值，并結(jié)合市場(chǎng)水輪發(fā)電機(jī)現(xiàn)狀設(shè)計(jì)了1套水力發(fā)電方案，合理利用現(xiàn)有的水能資源，達(dá)到降本增效的目的。

尾礦庫(kù);溢洪道排水;水力發(fā)電;降本增效

0 前 言

尾礦庫(kù)是用于堆存金屬或非金屬礦山進(jìn)行礦石選別后排出尾礦或其他工業(yè)廢渣的場(chǎng)所。尾礦庫(kù)是一個(gè)具有高勢(shì)能的人造泥石流危險(xiǎn)源，存在潰壩危險(xiǎn)，一旦失事，容易造成特大事故。尾礦庫(kù)內(nèi)不僅有尾礦漿帶來(lái)的水，而且尾礦庫(kù)匯水面積內(nèi)的水都會(huì)以地表徑流的渠道進(jìn)入尾礦庫(kù)，因此溢洪道作為尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)的一部分，是保證每個(gè)尾礦庫(kù)壩體安全的必不可缺的重要組成部分。目前我國(guó)尾礦庫(kù)排水一般直接進(jìn)入廢水處理廠處理回用或者經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放，但利用尾礦庫(kù)排水發(fā)電的卻比較少。

本文以柿竹園公司煙沖溝尾礦庫(kù)溢洪道清污分流項(xiàng)目中清水巷排水為例，分析其排水發(fā)電潛能。該公司尾礦庫(kù)所在地區(qū)屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，歷年平均降水量約為1500 mm左右，且該尾礦庫(kù)周邊山體地貌屬于喀斯特地貌，地下多有裂隙洞穴發(fā)育，常有裂隙水賦存于周邊山體，全年水流量較大。2017年之前，該公司尾礦庫(kù)尾水未采取清污分流，尾水均通過原有的溢洪道進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行處理，每到雨季來(lái)臨時(shí)，不僅增加了尾礦庫(kù)潰壩的風(fēng)險(xiǎn)，也增加了水處理的成本。2017年為保證尾礦庫(kù)壩體安全和降低水處理成本，該公司新施工一條溢洪道清水巷專門用于截取尾礦庫(kù)周邊山體匯入的雨水及裂隙水，匯水通過溢洪道匯集到溢洪道出口的集水池，再通過排水管道排至附近河流中。

1 清水巷排水量統(tǒng)計(jì)

根據(jù)長(zhǎng)期的流量監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)資料，2018年通過清水巷排入河流的水量約為517.24 萬(wàn)m3，溢洪道出口至排水管出口高程為 85 m，通過計(jì)算[1]，全年勢(shì)能約有119.6835 萬(wàn)kWh，全年平均流量0.164 m3/s。

2 水輪機(jī)的選型

2.1 水能計(jì)算

水輪發(fā)電機(jī)組保證出力[2?3]，即平均出力為：

p=（1）

式中，p為保證出力，kW；為綜合出力系數(shù)，大型水電站（裝機(jī)＞25萬(wàn)kW），取8.5，中型水電站（裝機(jī)=2.5~25萬(wàn)kW），取8.0~8.5，小型水電站（裝機(jī)＜2.5萬(wàn)kW），取6.0~8.0，由于該發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模較小，取6.0；為發(fā)電流量；為水頭高度。

將各參數(shù)代入式（1）中可得到p=83.64 kW。由此可計(jì)算保證電能，即保證出力乘以1年的小時(shí)數(shù)所得出的發(fā)電量為p=8760p=732686.4 kWh。

2.2 年利用小時(shí)數(shù)目標(biāo)值

綜合該公司實(shí)際生產(chǎn)情況及其他因素影響，小型水電站的裝機(jī)容量年利用小時(shí)可在4000~5000 h范圍內(nèi)確定，此處年利用小時(shí)取值4500 h。

2.3 裝機(jī)容量確定

根據(jù)水能和年利用小時(shí)[4]可以計(jì)算得出總裝機(jī)容量：裝=p/=162.82 kW。

2.4 水輪機(jī)類型及機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇

水輪機(jī)的裝置方式可分為臥軸和立軸兩種，其中臥軸布置方式簡(jiǎn)單，但是占地面積較大，立軸布置占地面積小，但是需要向下進(jìn)行土石開挖，增加了土建成本[1]；臺(tái)數(shù)方面，臺(tái)數(shù)多會(huì)造成投資較大，還會(huì)增加后期的運(yùn)行維修費(fèi)用，由于調(diào)節(jié)庫(kù)容有限，臺(tái)數(shù)只選擇1臺(tái)則有可能出現(xiàn)枯水季少水導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法正常發(fā)電，出現(xiàn)空載損耗現(xiàn)象，通過綜合考慮投資成本及調(diào)節(jié)庫(kù)容等因素，根據(jù)裝機(jī)容量及實(shí)地考察，為提高發(fā)電效率，降低建設(shè)成本，可以利用現(xiàn)空置的螢石產(chǎn)品倉(cāng)庫(kù)布置2臺(tái)功率為80 kW的臥軸水輪機(jī)。

通過該項(xiàng)目產(chǎn)生的電能可以直接接入尾礦庫(kù)尾水處理站辦公室使用，不僅能保證尾水處理站中控室和在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的日常用電，還能防止在線監(jiān)測(cè)設(shè)備因停電導(dǎo)致在線數(shù)據(jù)異常的現(xiàn)象。

3 實(shí)施效果評(píng)價(jià)

3.1 成本計(jì)算

成本包括固定資產(chǎn)的投入，年運(yùn)行費(fèi)及流動(dòng)資金。

固定資產(chǎn)包括項(xiàng)目建設(shè)的全部費(fèi)用，目前國(guó)內(nèi)水輪發(fā)電機(jī)技術(shù)成熟，配套設(shè)施完善，本次方案中所選型的水輪機(jī)包括其他配套設(shè)施、安裝費(fèi)用，場(chǎng)地則可利用現(xiàn)有的倉(cāng)庫(kù)，不需增加其他土建成本投入，該方案預(yù)計(jì)固定資產(chǎn)投入約為18萬(wàn)元。年運(yùn)行費(fèi)，按照每年維護(hù)檢修的費(fèi)用2萬(wàn)元計(jì)算。流動(dòng)資金包括支付職工工資等其他開支，預(yù)計(jì)年投入約12萬(wàn)元。

3.2 效益分析

目前公司工業(yè)用電單價(jià)按照平均價(jià)格0.56315元/kWh來(lái)計(jì)算，本方案年發(fā)電量產(chǎn)值為41.26萬(wàn)元，項(xiàng)目運(yùn)行第一年，投資收益率可達(dá)128.93%，接下來(lái)的每年，投資收益率可以達(dá)到294.71%，實(shí)現(xiàn)降本增效的目的。

通過實(shí)施該項(xiàng)目建設(shè)，極大地提高了水能資源的利用率，促進(jìn)企業(yè)進(jìn)一步管理，挖潛更深一步，不僅可以提高經(jīng)濟(jì)效益，還能引導(dǎo)企業(yè)員工鉆研技術(shù)、創(chuàng)新管理、提高工作熱情和創(chuàng)造活力。

4 結(jié) 語(yǔ)

水能資源作為一種清潔的可再生資源, 在利用的過程中可多次循環(huán)重復(fù)利用, 對(duì)人類生活以及世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值。從我國(guó)水能資源的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)來(lái)看, 小型水力發(fā)電已經(jīng)成為了我國(guó)開發(fā)利用水能資源的一個(gè)重要選擇。小型水力發(fā)電站最典型的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)是運(yùn)行過程中堅(jiān)守耐用, 使用壽命較長(zhǎng), 堅(jiān)固耐用, 且市場(chǎng)價(jià)格穩(wěn)定。尾礦庫(kù)溢洪排水蘊(yùn)藏豐富的水力資源，開展溢洪道排水發(fā)電項(xiàng)目，是對(duì)尾礦庫(kù)溢洪排水水力資源的利用，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都具備現(xiàn)實(shí)的可行性。對(duì)現(xiàn)有資源的合理利用，是礦山企業(yè)開展降本增效工作的一條新的路徑。同時(shí)開展降本增效是企業(yè)優(yōu)化成本結(jié)構(gòu)，提高經(jīng)濟(jì)效益的一種重要方式[6]，通過多領(lǐng)域的探討與挖潛，提升降本增效理論水平，打贏降本增效攻堅(jiān)戰(zhàn)，才能不斷提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量，保持可持續(xù)發(fā)展。

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[6] 楊靜華.淺談企業(yè)降本增效的意義和途徑[J].經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作信息, 2013(35):41-41.

(2019-04-12)

李凡超(1990—) ，男，工程師，主要從事企業(yè)技術(shù)管理工作，Email: 408278016@qq.com。