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1、长沙有色冶金设计研究院有限公司李绪忠 2023.4.21汇报提纲概述1富余能量利用设想23研究计划4风险评估5小结长沙有色冶金设计研究院有限公司简介长沙有色冶金设计研究院有限公司(简称长沙有色院)于1953年正式成立,国家高新技术企业,是我国最早成立的大型综合性设计研究单位之一,隶属于中国铝业集团有限公司,为中铝国际工程股份有限公司的全资子公司。为有色金属行业全产业链和项目全生命周期的技术和服务提供商,拥有冶金行业、市政行业(排水工程、热力工程、载人索道工程)专业、建筑行业(建筑工程)专业、环境工程设计专项(水污染防治工程、大气污染防治工程、固体废物处理处置工程)、化工石
2、化医药行业(化工工程)专业等甲级资质,业务领域涵盖工程咨询、工程设计、工程总承包、工程监理、工程勘察、工程施工、环境治理、生态修复、科学研究和技术开发等。长沙有色冶金设计研究院有限公司简介长沙有色院技术实力雄厚,现有在册职工1100余人,拥有专业技术人员829人,其中,全国工程勘察设计大师2人,全国有色金属行业设计大师14人,湖南省工程勘察设计大师2人,享受政府津贴专家31人,全国有色金属优秀青年科技者1人,高级职称325人(含教授级高工58人),各类国家注册工程师450余人。完成各类工程咨询设计项目万余项,其中国家大、中型重点建设项目千余项,获国家、省、部级科技进步奖、优秀工程设计咨询奖近7
3、00项,拥有有效专利400余件,形成了一批具有自主知识产权的核心技术,在矿山、冶炼和环境保护方面处于国际领先水平。李绪忠,1967年出生,全国有色金属行业设计大师,国家注册公用设备师(给水排水)。现任中铝国际长沙有色冶金设计研究院有限公司副总工程师,正高级工程师。兼任中国工程建设标准化协会工业给水排水专业委员会委员、湖南省给水排水学术委员会副主任委员、中南大学校外硕士生导师、湖南大学校外硕士生导师、中国有色金属产业技术创新战略联盟专家委员会委员。主持编制标准主持编制标准:1、重金属污水处理设计标准(CECS92:2016)(2017年3月1日实施),2、浆体长距离管道输送工程设计标准(T/CE
4、CS 98-2019)(2020年6月1日起施行)3、铅锌选矿废水生物法处理与回用技术规程(T/CECS,正在进行)参编标准:参编标准:有色金属企业节水设计标准(GB 51414-2020),等李绪忠简介1 概述管道运输方式已发展成为世界上继公路、铁路、航空、水运之后的第五大运输方式。浆体管道输送是解决我国能源和矿产资源地域分布不均、开发利用困难的重要交通运输方式。管道运输符合国家节能、环保、节约土地的可持续发展战略。我国浆体管道运输已进入跨行业、长距离、多流态、多物种等全方位应用发展阶段。迄今为止,管道输送的固体物料已遍及铁矿、铜矿、金矿、煤矿、磷矿、硫矿、铅锌矿、铝矾土、高岭土、镍钴矿、油
5、砂、石灰石、水泥、泥沙、锰结核和富钴结壳等品种。浆体管道应用范围已扩展到金属与非金属矿山精尾矿输送、矿山胶结充填、海洋采矿、煤炭运输、河海疏浚、油沙输送、化工原料运输、电厂灰渣运输、生物料浆输送、食品运输等各个工业领域。项目名称项目名称运运距距(kmkm)运量运量(万万t/at/a)管径(管径(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沟锂辉石原矿及尾矿管四川李家沟锂辉石原矿及尾矿管道道原矿自流原矿自流10尾矿加压尾矿加压7.81053001200孔板消能孔板消能新疆火烧云铅锌矿精矿管道新疆火烧云铅锌矿精矿管道5002404004300多级孔板消能多级孔板消能中
6、国陕西神渭输煤管道7301000610/5591200孔板站+变径中国云南大红山铁精矿管道171500244.51520孔板中国云南东川包子铺铁精矿管道1150168.32070跌坎消能美国黑迈萨(Black mesa)输煤管道43948022/121200变径+阀站+孔板 巴西萨马科(Samarco)铁精矿管道398200020/16/141200孔板站+变径秘鲁安塔米纳(Antamina)铜锌矿管道30116010/846202级孔板站+2级阀站+变径智利Collahuasi铜精矿管道203100747804级孔板消能站阿根廷Alumbrera铜精矿管道31290621002级阀站+孔板站
7、浆体(包括原矿、尾矿、精矿等)水力输送时,经常面临自然落差大的情况。在这种情况下,有两种处理方式: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。管道中浆体克服满管流的阻力后,还有剩余的位能,这部分多余的位能需进行消能。如果不消除这部分多余的能量,浆体流速将快速增加,浆体将被“拉开”,产生“空化”,出现加速流,此时管壁出现的“气蚀”和“磨蚀”将很快磨穿管道。目前消能措施主要有:管道孔板消能、阀站消能、跌坎消能、缩径消能,这些措施均有成熟的运行案例。余能利用,是将余能转化为电能或机械能,是一个新的课题。2 富余能量利用设想设想一:利用原矿势能直接将尾矿输送到目的地;设想二:利用矿浆势能
8、直接发电;设想三:利用矿浆势能推动清水间接发电。设想一:利用原矿势能直接将尾矿输送到目的地 技术原理:利用原矿势能实现,高位原矿-隔膜-水-隔膜-尾矿库。当原矿在高位采场通过细磨后,可用重力自流输送到低位浮选车间,浮选完成后,理论上是可用原矿的势能转化为尾矿输送的动能,将尾矿输送到位于次高位的尾矿库或充填站。特点:这是一种特例,一般情况,采选在一起。难点:控制要求较高,膜的寿命不确定。1高位原矿矿浆仓2回水清水阀3进水清水阀4隔膜检测装置5隔离罐体 6隔膜 7进浆止回阀 8排浆止回阀 9尾矿喂浆池10渣浆泵除主体结构外,每台设备还配备 1 台液压站和 1 个智能型控制台。原矿势能直接将尾矿输送
9、到尾矿库示意图设想二:利用矿浆势能直接发电技术原理:运用水电站的原理,将水轮机的叶轮换成耐磨叶轮。国外已有产品和案例。特点:直接发电,效率高。难点:耐磨是瓶颈,材料要求高。设想三:利用矿浆势能推动清水间接发电技术原理:将高位矿浆的势能通过隔膜推动清水,清水推动水轮机发电。是水隔膜泵的逆运行。特点:能够稳定发电。难点:高压水轮发电机产品受局限。1高位矿浆仓2回水清水阀3进水清水阀4隔膜检测装置5隔离罐体 6隔膜 7进浆止回阀 8排浆止回阀 9清水箱10清水泵11回水流量调节阀 12水轮发电机除主体结构外,每台设备还配备 1 台液压站和 1 个智能型控制台。3 研究计划以实际工程为研究对象1、工程
10、名称 四川德鑫矿业资源有限公司四川省金川县李家沟锂辉石矿105万吨/年采选项目。2、矿浆(原矿、尾矿)输送线路 原矿自流管道输送首端(K0)位于一道梁碎磨工业场地磨矿车间旁边储浆槽,场地标高按3530m计算,末端(K10)位于沟口根扎大桥东侧根扎浮选工业场地上消能站,消能站场平标高约2345m,原矿管道拟沿上山联络公路两侧敷设,自流管道全长约10km。高差约1200m。尾矿输送泵站地面标高2320m,尾矿上山管道输送终点是尾矿压滤工业场地深锥浓密机WK9+100,地面标高3225m,管道长度约9.1km。尾矿上山管道走向与原矿自流管道绝大部分同沟敷设,由低至高输送,首端和终端高差约905m。原
11、矿输送距离约10km,高差约1200m,尾矿输送距离约9.1km,上山高差约905m。3、原矿浆体设计输送流量390m3/h,设计重量浓度35%,原矿浆体密度1.28t/m3,管径D299 16。尾矿设计输送流量390m3/h,设计重量浓度27-30%,尾矿浆体密度1.23t/m3,管径D299 20(10+10)。设想一“利用原矿势能直接将尾矿输送到目的地”效能分析可行性分析:粗略计算,根据输送原矿量,按选定的管径及流速,自流到选厂富余势能H1=12001.28-100000.02=1336m水柱。尾矿输送到目的地需要的能量为H2=9051.23+91000.023=1322m水柱。H1H2
12、,原矿富余能量可以直接将尾矿输送到尾矿库。如果能实现,将减少尾矿输送泵站投资4000万、减少消能设施投资1200万元,增加能量转化设备约1000万投资。共节省约共节省约42004200万元万元。减少运行费用消能装置维护80万/a,减少尾矿输送泵站维护费120万/a,减少尾矿输送电费02.72410-31.20.36=437万元电费/a,增加能量转化装置维护费80万/a,共计减少运行费减少运行费80+120+437-80=80+120+437-80=557557万元万元/a/a。四川李家沟锂辉石矿能量转换利用流程图设想二“利用原矿势能直接发电”评价可用高位原矿直接推动耐磨水
13、轮发电机发电,但是对叶轮的磨蚀很严重,材质要求极高,仅国外有案例。运行情况不详。设想三“利用原矿势能推动水轮机发电”效能分析通过能量转化装置,将富余的势能转化为水的势能,从而推动水轮机发电。发电量估算值为每天(考虑85%效率):则发电量为1336390242.72410-30.85=28954度电/d,如果电费为0.40元/度,则可带来11581元/d的经济效益。每年300d 11581元/d=347.4万元/a。需增加能量转化装置和水轮发电机固定投资。4 风险评估 能量转换装置的隔膜的使用寿命、转换阀的使用寿命不确定是项目主要风险。5 小结1 1、我国浆体管道开启了跨行业、长距离、多流态、多
14、种类等我国浆体管道开启了跨行业、长距离、多流态、多种类等全方位应用发展阶段。迄今为止全方位应用发展阶段。迄今为止,我国浆体管道总数超过,我国浆体管道总数超过100100条,浆体管道总里程数超过条,浆体管道总里程数超过5000km5000km,且大多分布在地形复杂,且大多分布在地形复杂的山区和丘陵地带,高落差浆体管道余能利用大有可为。的山区和丘陵地带,高落差浆体管道余能利用大有可为。2 2、高落差浆体管道输送富余能量利用符合现阶段高落差浆体管道输送富余能量利用符合现阶段“双碳双碳”政政策。策。3 3、高落差浆体管道输送富余能量利用是多学科共同探讨的一、高落差浆体管道输送富余能量利用是多学科共同探讨的一个课题,故需要各学科密切配合。个课题,故需要各学科密切配合。感谢我的团队成员高伟、陈光国、王水云,等,感谢辽宁维扬机械有限公司!谢谢各位聆听,请批评指正!