土谷塘航电枢纽电站清污系统综合改造方案研究

土谷塘航电枢纽电站清污系统综合改造方案研究

刘正华,胡堃

湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司，湖南 长沙  410000

摘要：该系统由清污船、上岸网链传输机、破碎机及压缩打包机等设备组成。利用清污船收集清理电站前池水面漂浮污物，待清污船集污舱污物装满后，利用自身的污物输送系统与污物上岸系统对接，将污物运输至岸上，然后通过抓木机将污物投送至破碎机入料口，破碎后的污物经链板输送机输送至打包机进行压缩打包和捆扎，压缩打包统一尺寸的污物通过夹抱机运输至规定场地码垛存放。污物存放一定数量后，由运污车转运至指定垃圾处理场进行处理。

关键字：电站清污系统 专用清污船 上岸网链传输机 破碎机 压缩打包机

1.概述

土谷塘航电枢纽位于湖南省湘江干流中游衡南县云集镇，是一个以航运为主，航电结合，兼有交通、发电、灌溉、供水等水资源综合利用的工程。枢纽电站为河床径流式电站，安装4台单机容量22.5MW的灯泡贯流式机组，于2016年10月全部并网发电。

枢纽电站进水口原采用清污和排污相结合的系统设计，即以前池浮式拦污排拦截大部分表面浮污，配合弧门和排污门排至闸坝下游；电站进水口利用齿耙式清污机清理固定拦污栅栅面污物至卸污槽并转运上岸。随着《湖南省河道保洁工作实施方案》的深入落实，要求河道垃圾不出境，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方式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清排污系统进行功能完善。

2.改造方案

针对现有清排污系统存在的问题和不足，我院受业主单位委托，拟对土谷塘航电枢纽电站清污系统综合改造进行方案研究，主要方案设想如下：

1） 针对浮式拦污排前浮污的处理方案设想：

①新增清污船方案：保留现有浮式拦污排，增加一艘清污船对浮式拦污排前的污物进行清理。为实现船体的控制和定位，保证安全，拟在两段浮式拦污排右侧偏上游的河道的适当位置各设两个锚锭装置，清污船工作时将两根分别由绞车操作的钢缆与锚定联结，通过操作绞车调整钢缆长度使清污船能沿着浮式拦污排悬链线进行移动，利用清污船的自身动力对浮式拦污排前的污物进行清理和收集。

清污船上配备链斗式捞污装置进行污物收集至污斗，也可配备铰齿式碎污装置提高清污转运效率，将污物破碎压榨后捆绑打包收集于污斗，污斗装满时将船行至河岸指定位置上岸转运。

②回转浮排改造方案：利用现有浮式拦污排导槽，重新设计制作一套（两段）浮式拦污排。该浮排拟采用大型浮箱式结构，浮箱间通过十字铰轴联结；单个浮箱上游面（拦污面）设水平运转回转格栅（格栅拦污深度约1.5m，回转方向为拦污面朝下游方向），电力或液压马达驱动；通过各浮箱回转格栅的回转接力，将排前污物转移至厂坝联结段、现有排污门附近水域。

在现有排污门坝段位置增设一台链斗式捞污装置，捞取回转浮排转移到该区域的污物厂房进口右侧平台上的分离式汽车箱斗内通过坝顶门机转运。

③回转格栅钢梁改造方案：废除现有浮式拦污排，在现有进水口左右导墙之间、左导墙头部位置设置一道浮式钢梁。该钢梁拟采用大型浮箱式结构，钢梁两端可沿导墙上锚设的垂直导轨随水位升降；钢梁上游面（拦污面）分段设置半浮式水平运转栅叶，电力或液压马达驱动；通过各水平运转栅叶的回转接力，将格栅前污物转移至左导墙左侧的附近水域。

在左导墙左侧的集污水域位置增设一台链斗式捞污装置，捞取回转格栅转移到该区域的污物并传送至左岸现有运污道路上运污汽车箱斗内，及时转运处理。

2）、针对现有齿耙式清污机存在清污效率不高，人工劳动强度大等问题，拟行改造：a.将重力开合齿耙改为液压操控，并加大清污齿耙重量，提高清污齿耙的下切和抓污效率；b.改造清污机集污斗，斗内增设铰齿式碎污装置，增大集污斗的实际有效容积，提高清污机的清污转运效率；c.改造现有清污机垂直抓斗，改善抓取效果，提高对拦污栅后、检修门槽段浮污的清理能力。

3.实施方案

经技术经济比较论证和业主方组织的评审，针对浮式拦污排前浮污的处理系统，确定采用“清污船+上岸处理系统”的实施方案。系统实施项目包括清污船、上岸输送网链、破碎机、破碎料输送网链和全自动打包机等设备，具体情况简介如下：

1）清污船：该清污船是一种以打捞、输送和卸料为一体的网链式中型清污船，由船体及船用设备、前网链打捞装置、后网链储料装置、侧网链、聚料辊、驾控室、液压系统、电气系统等组成。其主要技术参数如下：

该清污船针对土谷塘电站的特定使用条件有以下主要技术特点：

船舶推进动力机为两台柴油机，总功率加大为90kW×2，并采用双螺旋桨驱动，使得该清污船动力强劲，稳定性好，操控性强，能满足土谷塘电站约2米/秒的最大水面流速条件下动水水面清污要求。全船设备采用液压驱动，通过柴油机直驱液压泵供油，工作效率高，能耗低，运行可靠。

清污船捞污前网链在打捞过程中，通过侧网链的伸展可增加漂浮垃圾的收集宽度，且通过聚料辊的旋转可实现分散漂浮垃圾的聚拢，提高了打捞效率；同时前网链通过液压油缸操作，网链前端工作高度变幅可达7m（水面以下约1.5m，水面以上5.5m），可满足土谷塘电站非汛期库水位变化时污物输送上岸的要求。

清污船的驾控室可实现前后移动，在打捞河面较长漂浮垃圾时（土谷塘电站洪水后常有如竹竿、长树枝干类的漂浮物）可进行避让，防止驾控室被撞坏。

该清污船打捞作业时，行驶到电站进水口浮式拦污排前漂浮垃圾水域，前网链升降液压缸回缩，前网链下降到水面以下适合打捞的深度，同时左右两侧的侧网链摆动液压缸回缩，张开侧网链；启动聚料辊旋转和侧网链的驱动马达，漂浮垃圾就通过聚料辊和侧网链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驱动马达，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垃圾污物。

卸污时，清污船行驶至土谷塘电站进水口上游左岸新增设的上岸输送网链平台处，操作后网链液压缸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使其后端与后网链对接，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，后网链内储存的垃圾污物就会经后网链传输到前网链，再经前网链卸载到上岸输送网链的料斗，转运上岸处理。

2）上岸输送网链：设置于电站进水口上游左岸，可将清污船收集来的污物传送上岸。根据选点地形地貌，输送网链机轴线垂直岸坡线略偏上游布置，钢立柱支撑；网链全长21 m、底宽1.5 m，底部接料口高程58.5m，高于库区正常蓄水位0.5m，高于库区最低水位2m；顶部卸料口高程66.63m，高于堆料平台高程约3m，布置倾角约22°；网链机采用双电机链轮链条驱动，输送速度约27m/min，电机功率2×11kW。网链机的四条驱动链条链轮组采用不锈钢材料，输送网链则采用轻质耐磨防腐的尼龙材料，并间隔布置一定数量的尼龙凸起齿钩，增大向上输送效率。为方便网链机检修维护，还在其左侧设有约0.8m宽的检修步道。。

3）破碎机：经输送网链输送上岸的污物如水草、树木、生活垃圾等形状各异、大小不一，不方便直接打包运输，故系统拟使用一台破碎机将各种污物切割破碎成一定尺寸范围的物料，方便打包、码垛及转运。

破碎机由承料台、物料推头、切削刀盘、出料口、安全护罩和支架结构等部件组成。由轮式抓木机抓取上岸污物投送到破碎机承料台，启动切削刀盘和物料推头，将污物推送到刀盘切削打碎，并从出料口落出。

根据土谷塘电站来污特性和清污量，确定破碎机主要设计参数如下：承料台宽度1.98m，大/小刀盘直径1.0m/0.32m，刀辊长度1.63m，推头行程1.9m，出料长度≤0.4m（横向喂料）、≤1.0m（纵向喂料）。破碎机经实际使用，效果良好。

破碎料输送网链：为了实现污物破碎打包全过程的自动操作，减少人工劳动，设计配置一台破碎料输送网链，直接承接破碎机出料口的破碎料抬升传送至打包机的接料斗。该网链机结构型式和上岸输送网链相同、参数相近，主要参数为：长度8 m、底宽1.5 m，输送速度12m/min，呈22°倾斜布置。

全自动打包机：经破碎的污物通过打包机液压油缸的推挤作用形成规定尺寸的包块，并自动用铁丝捆扎，便于夹抱机夹取跺放和转运。

打包机主要由接料口、上/侧紧包装置、主推压装置、捆扎装置、成包转运台和电气、液压系统等组成，其中上/侧紧包推力500kN，主推压力1000kN，打包压缩比为1:5～1:8，包块尺寸宽1.0米，高0.85米，长0.8～1.6米（范围可调），打包能力为10～12包/小时。打包机的整个工作过程均全自动完成，无须人工操作。

4.结语

土谷塘电站进水口清污系统改造方案研究项目，经方案比较和论证，确定了“清污船+上岸处理系统”的实施方案，通过精心设计和各相关单位的相互协作，项目得以实施并投入运行，于2020年9月完成项目验收。通过近2年的实际使用，电站运行人员反映良好，拦污系统拦截污物的清理和转运效率大大提高，电站的清污工作强度和人工费用有所降低，所有设备运行良好；同时系统投运后也减轻了原固定拦污栅前污物堆积所造成的水头损失，提高了机组发电出力，年发电增效约165万kWh。

该项目的实施，基本实现了土谷塘电站河道保洁和发电增效的既定目标。