8-李緒忠-高落差漿體管道輸送富余能量利用設想（2023.4.21）.pdf

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1、長沙有色冶金設計研究院有限公司李緒忠 139751510882023.4.21匯報提綱概述1富余能量利用設想23研究計劃4風險評估5小結長沙有色冶金設計研究院有限公司簡介長沙有色冶金設計研究院有限公司（簡稱長沙有色院）于1953年正式成立，國家高新技術企業，是我國最早成立的大型綜合性設計研究單位之一，隸屬于中國鋁業集團有限公司，為中鋁國際工程股份有限公司的全資子公司。為有色金屬行業全產業鏈和項目全生命周期的技術和服務提供商，擁有冶金行業、市政行業（排水工程、熱力工程、載人索道工程）專業、建筑行業（建筑工程）專業、環境工程設計專項（水污染防治工程、大氣污染防治工程、固體廢物處理處置工程）、化工石

2、化醫藥行業（化工工程）專業等甲級資質，業務領域涵蓋工程咨詢、工程設計、工程總承包、工程監理、工程勘察、工程施工、環境治理、生態修復、科學研究和技術開發等。長沙有色冶金設計研究院有限公司簡介長沙有色院技術實力雄厚，現有在冊職工1100余人，擁有專業技術人員829人，其中，全國工程勘察設計大師2人，全國有色金屬行業設計大師14人，湖南省工程勘察設計大師2人，享受政府津貼專家31人，全國有色金屬優秀青年科技者1人，高級職稱325人（含教授級高工58人），各類國家注冊工程師450余人。完成各類工程咨詢設計項目萬余項，其中國家大、中型重點建設項目千余項，獲國家、省、部級科技進步獎、優秀工程設計咨詢獎近7

3、00項，擁有有效專利400余件，形成了一批具有自主知識產權的核心技術，在礦山、冶煉和環境保護方面處于國際領先水平。李緒忠，1967年出生，全國有色金屬行業設計大師，國家注冊公用設備師（給水排水）?，F任中鋁國際長沙有色冶金設計研究院有限公司副總工程師，正高級工程師。兼任中國工程建設標準化協會工業給水排水專業委員會委員、湖南省給水排水學術委員會副主任委員、中南大學校外碩士生導師、湖南大學校外碩士生導師、中國有色金屬產業技術創新戰略聯盟專家委員會委員。主持編制標準主持編制標準:1、重金屬污水處理設計標準（CECS92：2016）(2017年3月1日實施)，2、漿體長距離管道輸送工程設計標準（T/CE

4、CS 98-2019）（2020年6月1日起施行）3、鉛鋅選礦廢水生物法處理與回用技術規程（T/CECS，正在進行）參編標準：參編標準：有色金屬企業節水設計標準（GB 51414-2020），等李緒忠簡介1 概述管道運輸方式已發展成為世界上繼公路、鐵路、航空、水運之后的第五大運輸方式。漿體管道輸送是解決我國能源和礦產資源地域分布不均、開發利用困難的重要交通運輸方式。管道運輸符合國家節能、環保、節約土地的可持續發展戰略。我國漿體管道運輸已進入跨行業、長距離、多流態、多物種等全方位應用發展階段。迄今為止，管道輸送的固體物料已遍及鐵礦、銅礦、金礦、煤礦、磷礦、硫礦、鉛鋅礦、鋁礬土、高嶺土、鎳鈷礦、油

5、砂、石灰石、水泥、泥沙、錳結核和富鈷結殼等品種。漿體管道應用范圍已擴展到金屬與非金屬礦山精尾礦輸送、礦山膠結充填、海洋采礦、煤炭運輸、河海疏浚、油沙輸送、化工原料運輸、電廠灰渣運輸、生物料漿輸送、食品運輸等各個工業領域。項目名稱項目名稱運運距距（kmkm）運量運量（萬萬t/at/a）管徑（管徑（mm/inmm/in）最大落差（最大落差（m m）消能方式消能方式四川李家溝鋰輝石原礦及尾礦管四川李家溝鋰輝石原礦及尾礦管道道原礦自流原礦自流10尾礦加壓尾礦加壓7.81053001200孔板消能孔板消能新疆火燒云鉛鋅礦精礦管道新疆火燒云鉛鋅礦精礦管道5002404004300多級孔板消能多級孔板消能中

6、國陜西神渭輸煤管道7301000610/5591200孔板站+變徑中國云南大紅山鐵精礦管道171500244.51520孔板中國云南東川包子鋪鐵精礦管道1150168.32070跌坎消能美國黑邁薩（Black mesa）輸煤管道43948022/121200變徑+閥站+孔板 巴西薩馬科（Samarco）鐵精礦管道398200020/16/141200孔板站+變徑秘魯安塔米納(Antamina)銅鋅礦管道30116010/846202級孔板站+2級閥站+變徑智利Collahuasi銅精礦管道203100747804級孔板消能站阿根廷Alumbrera銅精礦管道31290621002級閥站+孔板站

7、漿體（包括原礦、尾礦、精礦等）水力輸送時，經常面臨自然落差大的情況。在這種情況下，有兩種處理方式：一是消能；二是余能利用。消能，是目前工程上采用的主要手段。管道中漿體克服滿管流的阻力后，還有剩余的位能，這部分多余的位能需進行消能。如果不消除這部分多余的能量，漿體流速將快速增加，漿體將被“拉開”，產生“空化”，出現加速流，此時管壁出現的“氣蝕”和“磨蝕”將很快磨穿管道。目前消能措施主要有：管道孔板消能、閥站消能、跌坎消能、縮徑消能，這些措施均有成熟的運行案例。余能利用，是將余能轉化為電能或機械能，是一個新的課題。2 富余能量利用設想設想一：利用原礦勢能直接將尾礦輸送到目的地；設想二：利用礦漿勢能

8、直接發電；設想三：利用礦漿勢能推動清水間接發電。設想一：利用原礦勢能直接將尾礦輸送到目的地 技術原理：利用原礦勢能實現，高位原礦-隔膜-水-隔膜-尾礦庫。當原礦在高位采場通過細磨后，可用重力自流輸送到低位浮選車間，浮選完成后，理論上是可用原礦的勢能轉化為尾礦輸送的動能，將尾礦輸送到位于次高位的尾礦庫或充填站。特點：這是一種特例，一般情況，采選在一起。難點：控制要求較高，膜的壽命不確定。1高位原礦礦漿倉2回水清水閥3進水清水閥4隔膜檢測裝置5隔離罐體 6隔膜 7進漿止回閥 8排漿止回閥 9尾礦喂漿池10渣漿泵除主體結構外，每臺設備還配備 1 臺液壓站和 1 個智能型控制臺。原礦勢能直接將尾礦輸送

9、到尾礦庫示意圖設想二：利用礦漿勢能直接發電技術原理：運用水電站的原理，將水輪機的葉輪換成耐磨葉輪。國外已有產品和案例。特點：直接發電，效率高。難點：耐磨是瓶頸，材料要求高。設想三：利用礦漿勢能推動清水間接發電技術原理：將高位礦漿的勢能通過隔膜推動清水，清水推動水輪機發電。是水隔膜泵的逆運行。特點：能夠穩定發電。難點：高壓水輪發電機產品受局限。1高位礦漿倉2回水清水閥3進水清水閥4隔膜檢測裝置5隔離罐體 6隔膜 7進漿止回閥 8排漿止回閥 9清水箱10清水泵11回水流量調節閥 12水輪發電機除主體結構外，每臺設備還配備 1 臺液壓站和 1 個智能型控制臺。3 研究計劃以實際工程為研究對象1、工程

10、名稱 四川德鑫礦業資源有限公司四川省金川縣李家溝鋰輝石礦105萬噸/年采選項目。2、礦漿（原礦、尾礦）輸送線路 原礦自流管道輸送首端（K0）位于一道梁碎磨工業場地磨礦車間旁邊儲漿槽，場地標高按3530m計算，末端(K10)位于溝口根扎大橋東側根扎浮選工業場地上消能站，消能站場平標高約2345m，原礦管道擬沿上山聯絡公路兩側敷設，自流管道全長約10km。高差約1200m。尾礦輸送泵站地面標高2320m，尾礦上山管道輸送終點是尾礦壓濾工業場地深錐濃密機WK9+100，地面標高3225m，管道長度約9.1km。尾礦上山管道走向與原礦自流管道絕大部分同溝敷設，由低至高輸送，首端和終端高差約905m。原

11、礦輸送距離約10km，高差約1200m，尾礦輸送距離約9.1km，上山高差約905m。3、原礦漿體設計輸送流量390m3/h，設計重量濃度35%，原礦漿體密度1.28t/m3，管徑D299 16。尾礦設計輸送流量390m3/h，設計重量濃度27-30%，尾礦漿體密度1.23t/m3，管徑D299 20（10+10）。設想一“利用原礦勢能直接將尾礦輸送到目的地”效能分析可行性分析：粗略計算，根據輸送原礦量，按選定的管徑及流速，自流到選廠富余勢能H1=12001.28-100000.02=1336m水柱。尾礦輸送到目的地需要的能量為H2=9051.23+91000.023=1322m水柱。H1H2

12、，原礦富余能量可以直接將尾礦輸送到尾礦庫。如果能實現，將減少尾礦輸送泵站投資4000萬、減少消能設施投資1200萬元，增加能量轉化設備約1000萬投資。共節省約共節省約42004200萬元萬元。減少運行費用消能裝置維護80萬/a，減少尾礦輸送泵站維護費120萬/a，減少尾礦輸送電費1322390243002.72410-31.20.36=437萬元電費/a，增加能量轉化裝置維護費80萬/a，共計減少運行費減少運行費80+120+437-80=80+120+437-80=557557萬元萬元/a/a。四川李家溝鋰輝石礦能量轉換利用流程圖設想二“利用原礦勢能直接發電”評價可用高位原礦直接推動耐磨水

13、輪發電機發電，但是對葉輪的磨蝕很嚴重，材質要求極高，僅國外有案例。運行情況不詳。設想三“利用原礦勢能推動水輪機發電”效能分析通過能量轉化裝置，將富余的勢能轉化為水的勢能，從而推動水輪機發電。發電量估算值為每天（考慮85%效率）：則發電量為1336390242.72410-30.85=28954度電/d，如果電費為0.40元/度，則可帶來11581元/d的經濟效益。每年300d 11581元/d=347.4萬元/a。需增加能量轉化裝置和水輪發電機固定投資。4 風險評估 能量轉換裝置的隔膜的使用壽命、轉換閥的使用壽命不確定是項目主要風險。5 小結1 1、我國漿體管道開啟了跨行業、長距離、多流態、多

14、種類等我國漿體管道開啟了跨行業、長距離、多流態、多種類等全方位應用發展階段。迄今為止全方位應用發展階段。迄今為止，我國漿體管道總數超過，我國漿體管道總數超過100100條，漿體管道總里程數超過條，漿體管道總里程數超過5000km5000km，且大多分布在地形復雜，且大多分布在地形復雜的山區和丘陵地帶，高落差漿體管道余能利用大有可為。的山區和丘陵地帶，高落差漿體管道余能利用大有可為。2 2、高落差漿體管道輸送富余能量利用符合現階段高落差漿體管道輸送富余能量利用符合現階段“雙碳雙碳”政政策。策。3 3、高落差漿體管道輸送富余能量利用是多學科共同探討的一、高落差漿體管道輸送富余能量利用是多學科共同探討的一個課題，故需要各學科密切配合。個課題，故需要各學科密切配合。感謝我的團隊成員高偉、陳光國、王水云，等，感謝遼寧維揚機械有限公司！謝謝各位聆聽，請批評指正！