土谷塘水电站清污模式探索分析

土谷塘水电站清污模式探索分析

刘兴斌 陈傲 张程辉

湖南省湘水集团有限公司，湖南 长沙

〔摘 要〕：本文简要介绍了土谷塘水电站原有清污系统和清污方式的不足，就如何提高清污效率，减少机组水头损失，降低耗水率等方面进行分析探讨。

〔关键词〕：水电站 清污

1. 电站概况

土谷塘航电枢纽工程位于湘江衡阳市上游39公里的衡南县云集镇，是《湘江干流航道发展规划》八个梯级中开发建设的最后一级，也是交通运输部和湖南省“十二五”利用亚行贷款的重点内河建设项目，以航运为主，兼有交通、发电、灌溉和供水等水资源综合利用项目，主要建筑物包括船闸、泄水闸、电站、鱼道及相关设施。其中船闸工程为三级航道标准，设计年通过能力1420万吨，电站装机4台，总装机容量9万千瓦，设计最大发电量3.62亿千瓦时，项目总投资约29.54亿元，总工期50个月。作为省委、省政府建设“东方莱茵河”战略重点的基础设施项目，工程建成后，可消除湘江中游的“瓶颈”航道，使国家规划的湘江高等级航道增至为585公里，对连通长江水系，实现干支直达，江海联运，优化湖南交通运输结构，改善湘江流域环境，充分发挥水运绿色、低碳、环保、运量大、运输成本低等优势具有十分重要的战略意义。土谷塘航电枢纽船闸于2014年12月16日正式通航，首台机组（1#机组）于2015年12月23日正式并网发电。2016年10月11日四台机组全部并网发电。

2. 水电站原有清污系统和清污模式的不足

2.1 情况介绍

土谷塘航电枢纽工程电站原清污系统采用清污和排污相结合的方式，电站进水口前设计了一道拦漂排对漂浮物进行第一道拦截，拦漂排后面设计了固定拦污栅进行第二道拦截。即用前池拦漂排拦截大部分表面浮污，配合弧门和排污门将其排至闸坝下游，电站进水口设反扣式拦污栅拦阻其他浮污和水下垃圾，利用齿耙式清污机清理栅面污物至卸污槽并转运上岸，两者结合来满足电站的清排污要求。

2.2 不足之处及问题分析

该清污系统通过三、四年来的实际运行，清排效果明显，拦污栅过水顺畅，为机组的安全、经济运行发挥了重要的作用，但也表现出以下三个方面的问题和不足：

(1)由于《湖南省河道保洁工作实施方案》的实施，要求各行政区域内城乡垃圾不入河、河道垃圾不出境，彻底改变河道脏、乱、差现象，逐步实现全省河道“水清、河畅、岸绿、景美”的保洁目标。这就使得土谷塘电站以清污排污相结合的布置格局与新形势下省政府要求的河道保洁目标相违背，因此有必要对土谷塘电站进口清排污系统进行功能完善。

(2）拦漂排外部污渣清理难度大。由于没有专门的清污设备对拦漂排外部污渣进行清理，现有方式只能靠人工将污渣推入到固定拦污栅处，再用清污门机进行清理，清污效率低，劳动强度大。

(3）现有齿耙式清污机是利用齿耙自重合耙抓取污物，抓合力不足，下切力不够，遇到大的卡进栅叶的污物时，难以继续下行；同时清污机集污斗的集、卸污效率低，人工劳动强度较大。

3. 改造后的清污系统和清污模式介绍

针对现有清排污系统存在的问题和不足，经与项目设计单位湖南省水利水电勘测设计研究总院多次沟通和市场调研，并经项目招标，由四川东方水利智能装备工程股份有限公司负责以下几个方面的改造：

3.1 增加一艘专用清污船清理拦漂排拦截的表面污渣

每年丰水期，拦漂排外部堆积了大量的漂浮物，其主要由自然植被、树枝、树杆和生活垃圾组成。针对土谷塘航电枢纽拦漂排外部漂浮物的特性，增设一艘H5C型专用清污船代替人工清理拦漂排外部漂浮物，该清污船是一种以打捞、运输和上岸卸料为一体的网链式中型清污船，能适应高速与低速水流、漂浮物聚集与分散等各种复杂工况，不仅能大大的提高清理作业的效率，而且也保证了人员作业的安全性。

3.1.1 H5C型清污船特点

H5C型清污船主要由船体及船用设备、前网链打捞装置、后网链储料装置、侧收集板、聚料辊、驾控室、液压系统以及电气系统等组成。主要特点有：

（1）清污船推进动力装置为两台柴油机，采用双螺旋桨驱动，转弯半径小、转向灵活、安全性高、效率高、能耗低、稳定性好、抗风浪能力强；

(2) 垃圾打捞设备采用液压驱动，直接通过柴油机驱动液压泵供油，避免了能量转换过程中的损耗；

(3) 前网链在打捞过程中，通过侧收集板的伸展可增加漂浮垃圾的收集宽度，同时通过聚料辊的旋转可实现漂浮垃圾的快速上链和对聚集漂浮垃圾的拆分，提高了打捞效率；

(4) 驾控室可实现前后移动（专利技术），在打捞较长漂浮垃圾（如竹竿、长树干等）时可进行避让，防止驾控室被撞坏。

3.1.2 H5C型清污船主要参数

3.1.3 清污船的工作原理

（1）打捞作业时，清污船行驶到漂浮垃圾水域，聚料辊升降液压缸缩回，聚料辊下降到水面适合打捞的高度，开启聚料辊旋转液压马达，同时左右两侧的侧收集板摆动液压缸缩回，侧收集板张开至最大角度，漂浮垃圾就通过聚料辊和侧收集板的聚集和导向作用汇集到前网链打捞端，然后开启前网链驱动马达，漂浮垃圾则通过与网链间的摩擦力作用经前网链打捞并传输到后网链前端，操作人员根据后网链内物料的堆积情况启动后网链后端的液压马达，带动物料向后移动一段距离，如此往复动作，直至后网链储料箱储满。

（2）卸载时，后网链液压缸活塞杆伸出推动后网链移动至最后端，然后前网链升降液压缸活塞杆伸出推动前网链旋转一定角度并与后网链对接，同时聚料辊升降液压缸活塞杆伸出推动聚料辊向上旋转，留出卸料通道。接着启动后网链前端的液压马达并同时让前网链马达反转，后网链内储存的物料就会经后网链传输到前网链，再经前网链卸载到左岸污渣转运平台,然后经破碎、挤压缩减体积并形成污渣包块，最后用货车转运到垃圾处理场。

3.2 新建污渣转运平台

(1)在电站上游左岸拦漂排附近新建污渣转运平台。新增设上岸网链输送机一条；H5c清污船打捞的满船漂浮物通过上岸网链输送机转送到污渣转运平台，并卸到地方环卫部门运渣车车箱内，再运送到指定的垃圾处理场。

(2)同时，在新建污渣转运平台处增设一台抓木机，抓木机可将不能及时转运的污渣进行二次转存。

(3)此外，在污渣转运平台还设置了破碎机、打包机、夹包机等设备设施，在漂浮物量大的情况下，可将漂浮物通过破碎、挤压打包，再由地方环卫部门运渣车运送到指定的垃圾处理场，由于体积的大量缩减，有效地提高了污渣运输效率，节约了运输成本。

4 新旧清污模式下的效果对比

土谷塘航电枢纽工程清污船及清污系统改造项目于2018年4月开始筹划，于2020年9月建成投产。其目的是大幅度提高土谷塘航电枢纽工程漂浮污物打捞和处理的能力，在该项目投运前，土谷塘航电枢纽工程只在发电机进水口拦污栅处配置了一台移动式耙斗清污机，其每天只能打捞约30m³漂浮污物，而每年枢纽前要聚集5000m³以上的漂浮污物，前后需要近5个月左右的时间才能清理完，这样在发电机进水口拦污栅前就长期聚集了大量的漂浮污物，平均可造成1米左右的水头损失，导致发电量损失达几百万度。另外，由于漂浮污物长时间浸泡水中，漂浮污物腐烂变质，对湘江会造成一定的污染。

该项目打捞和处理漂浮污物的能力非常强，可保证聚集漂浮污物的及时清理，使发电机进水口拦污栅不再有漂浮污物聚集，从而发电水流不再有压头损失，与该项目投运前相比，该项目可为枢纽带来每年2000万度以上的发电增量；同时由于漂浮污物的及时清理，解决了以往枢纽库区漂浮污物对水体污染的问题，为水体的清洁作出了贡献；另外，由于对漂浮污物进行了破碎、挤压打包处理，解决了以前装车重量很轻的问题，使漂浮污物的运输费用降至以前的三分之一至六分之一，运费大幅度降低；此外，由于打包块的体积远远小于松散状态的体积，与以往相比可大幅度减小漂浮污物对填埋场地的占用，为节约用地作出了贡献。

5. 结束语

“绿水青山就是金山银山”，随着国家对环保要求的不断强化，标准将愈发严格，土谷塘航电枢纽原有的清污模式已经不能满足新形势下国家的河道保洁目标要求，清污模式的改变势在必行，湖南省湘水集团有限公司作为大型国有企业，通过对下属土谷塘航电枢纽原有清污系统的改造，将湘江土谷塘航电枢纽段中的漂浮物全部打捞上岸，充分体现了国企的社会担当。土谷塘水电站作为湘江流域第一个采用该全新清污模式的水电站，他的成功将对其他水电站的清污模式的改变起到一定的示范和借鉴作用。

（作者简介：刘兴斌，男，1975年11月9日出生，高级工程师，湖南省湘水集团有限公司土谷塘航电枢纽分公司副总经理

从业方向：主要从事航电枢纽电站安全及生产运营管理工作

陈傲，男，1989年出生，湖南省湘水集团有限公司土谷塘航电枢纽分公司维护部，主要从事航电枢纽电站维护管理

张程辉，男，1992年出生，湖南省湘水集团有限公司土谷塘航电枢纽分公司运行部副部长，主要从事航电枢纽电站运行管理）