尾矿库溢洪道排水发电潜能分析

李凡超，郭 峰

尾矿库溢洪道排水发电潜能分析

李凡超，郭 峰

(湖南柿竹园有色金属有限责任公司，湖南 郴州市 423037)

水力发电是人类利用水能来满足电力需求的重要方式之一。以柿竹园公司烟冲沟尾矿库溢洪道清污分流项目中清水巷排水为例，通过对排水量进行统计，分析排水潜在的重力势能和电能价值，并结合市场水轮发电机现状设计了1套水力发电方案，合理利用现有的水能资源，达到降本增效的目的。

尾矿库;溢洪道排水;水力发电;降本增效

0 前 言

尾矿库是用于堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险，一旦失事，容易造成特大事故。尾矿库内不仅有尾矿浆带来的水，而且尾矿库汇水面积内的水都会以地表径流的渠道进入尾矿库，因此溢洪道作为尾矿库排洪系统的一部分，是保证每个尾矿库坝体安全的必不可缺的重要组成部分。目前我国尾矿库排水一般直接进入废水处理厂处理回用或者经处理后达标排放，但利用尾矿库排水发电的却比较少。

本文以柿竹园公司烟冲沟尾矿库溢洪道清污分流项目中清水巷排水为例，分析其排水发电潜能。该公司尾矿库所在地区属于亚热带湿润季风气候，历年平均降水量约为1500 mm左右，且该尾矿库周边山体地貌属于喀斯特地貌，地下多有裂隙洞穴发育，常有裂隙水赋存于周边山体，全年水流量较大。2017年之前，该公司尾矿库尾水未采取清污分流，尾水均通过原有的溢洪道进入污水处理厂进行处理，每到雨季来临时，不仅增加了尾矿库溃坝的风险，也增加了水处理的成本。2017年为保证尾矿库坝体安全和降低水处理成本，该公司新施工一条溢洪道清水巷专门用于截取尾矿库周边山体汇入的雨水及裂隙水，汇水通过溢洪道汇集到溢洪道出口的集水池，再通过排水管道排至附近河流中。

1 清水巷排水量统计

根据长期的流量监测和统计资料，2018年通过清水巷排入河流的水量约为517.24 万m3，溢洪道出口至排水管出口高程为 85 m，通过计算[1]，全年势能约有119.6835 万kWh，全年平均流量0.164 m3/s。

2 水轮机的选型

2.1 水能计算

水轮发电机组保证出力[2−3]，即平均出力为：

p=（1）

式中，p为保证出力，kW；为综合出力系数，大型水电站（装机＞25万kW），取8.5，中型水电站（装机=2.5~25万kW），取8.0~8.5，小型水电站（装机＜2.5万kW），取6.0~8.0，由于该发电系统规模较小，取6.0；为发电流量；为水头高度。

将各参数代入式（1）中可得到p=83.64 kW。由此可计算保证电能，即保证出力乘以1年的小时数所得出的发电量为p=8760p=732686.4 kWh。

2.2 年利用小时数目标值

综合该公司实际生产情况及其他因素影响，小型水电站的装机容量年利用小时可在4000~5000 h范围内确定，此处年利用小时取值4500 h。

2.3 装机容量确定

根据水能和年利用小时[4]可以计算得出总装机容量：装=p/=162.82 kW。

2.4 水轮机类型及机组台数的选择

水轮机的装置方式可分为卧轴和立轴两种，其中卧轴布置方式简单，但是占地面积较大，立轴布置占地面积小，但是需要向下进行土石开挖，增加了土建成本[1]；台数方面，台数多会造成投资较大，还会增加后期的运行维修费用，由于调节库容有限，台数只选择1台则有可能出现枯水季少水导致机组无法正常发电，出现空载损耗现象，通过综合考虑投资成本及调节库容等因素，根据装机容量及实地考察，为提高发电效率，降低建设成本，可以利用现空置的萤石产品仓库布置2台功率为80 kW的卧轴水轮机。

通过该项目产生的电能可以直接接入尾矿库尾水处理站办公室使用，不仅能保证尾水处理站中控室和在线监测设备的日常用电，还能防止在线监测设备因停电导致在线数据异常的现象。

3 实施效果评价

3.1 成本计算

成本包括固定资产的投入，年运行费及流动资金。

固定资产包括项目建设的全部费用，目前国内水轮发电机技术成熟，配套设施完善，本次方案中所选型的水轮机包括其他配套设施、安装费用，场地则可利用现有的仓库，不需增加其他土建成本投入，该方案预计固定资产投入约为18万元。年运行费，按照每年维护检修的费用2万元计算。流动资金包括支付职工工资等其他开支，预计年投入约12万元。

3.2 效益分析

目前公司工业用电单价按照平均价格0.56315元/kWh来计算，本方案年发电量产值为41.26万元，项目运行第一年，投资收益率可达128.93%，接下来的每年，投资收益率可以达到294.71%，实现降本增效的目的。

通过实施该项目建设，极大地提高了水能资源的利用率，促进企业进一步管理，挖潜更深一步，不仅可以提高经济效益，还能引导企业员工钻研技术、创新管理、提高工作热情和创造活力。

4 结 语

水能资源作为一种清洁的可再生资源, 在利用的过程中可多次循环重复利用, 对人类生活以及世界经济发展都具有一定经济价值。从我国水能资源的优势特点来看, 小型水力发电已经成为了我国开发利用水能资源的一个重要选择。小型水力发电站最典型的优势特点是运行过程中坚守耐用, 使用寿命较长, 坚固耐用, 且市场价格稳定。尾矿库溢洪排水蕴藏丰富的水力资源，开展溢洪道排水发电项目，是对尾矿库溢洪排水水力资源的利用，在技术上和经济上都具备现实的可行性。对现有资源的合理利用，是矿山企业开展降本增效工作的一条新的路径。同时开展降本增效是企业优化成本结构，提高经济效益的一种重要方式[6]，通过多领域的探讨与挖潜，提升降本增效理论水平，打赢降本增效攻坚战，才能不断提高企业经济运行质量，保持可持续发展。

[1] 王荣林,黄小忠,王 亮.矿井涌水发电潜能分析[J].中国矿山工程, 2016,45(2):23-25.

[2] 何文才.低水头电站水轮发电机组的选型[J].中国农村水利水电, 2005(7):88-90.

[3] 张秀菊.水电站保证出力的计算方法[J].水力发电,2006,32(10): 21-23.

[4] 龙建明,李敏科.小型水电站装机容量的确定[J].小水电,2006(4): 37-38.

[5] 顾永和,席 静,王 静,等.水能资源利用技术的研究综述[J].山东化工,2018(1):48-64.

[6] 杨静华.浅谈企业降本增效的意义和途径[J].经济技术协作信息, 2013(35):41-41.

(2019-04-12)

李凡超(1990—) ，男，工程师，主要从事企业技术管理工作，Email: 408278016@qq.com。