国内水电站清污现状及应对措施(二)

岳桢
2018-01-02
来源:西北水电

(接上篇)

3 集结物的治理现状

目前对集结物的治理形式和方法主要集中在水电站和航道上,水电站需要治理水下集结物和水面集结物,两个问题都解决好了,才可以说清污问题解决好了。但目前的情况是很多电站没解决好,没有彻底解决好拦污排前集结物的处理和拦污栅前集结物清理工作,或只解决了其中之一,或仅解决了临时满足生产需要的应急问题。而集结物产生的危害一直起作用。根本原因是:

① 集结物形成不确定,难于彻底治理;

② 整体的清污方案不完善,仅采用应急措施;

③ 国内清污设备设计不合理,不能满足不同要求的清污需要;

④ 不同的电站有不同的清污要求,不统一,不规范,原设计没考虑到清污工作如此严峻,从水工布置上不适合清污要求。


4 对应措施

问题已经提出来了,怎样解决集结物清理,不能有一个统一的结论。笔者根据几个典型的电站清污方法来说明水电站集结物清理的解决方案,并提出对清污机械设备的要求。


4.1 葛州坝水利枢纽枢纽

在三峡建成后,集结物还是比较严重的,主要原因是从三峡大坝到葛州坝段河道的常规集结物的形成和三峡工程的导漂和泄洪导致的。坝面太宽,坝前水流很急,库区没设拦污排,使生活垃圾和其他集结物顺水流大量涌入库区,船闸。较轻的白色污染在坝的右上区域堆集,形成了白色集结区。相对密度较大的树枝和竹子、树木等来到了栅前,对拦污栅产生了较大的压力,并对机组安全产生威胁。航道和船闸也有大量的漂浮物。为此作了很多工作,购置了一些清污设备,栅前清污手由于其清理栅前水深受限制而不能继续采用,之后购置了抓斗,清理栅前的集结物和栅后长期堆积而形成的板结。由于其水位离坝面距离较小,栅前抓斗采用液压抓斗并有2×100 kN的起升机构起吊。在增加抓斗重量的情况下可以满足一般非主汛期集结物的低水位清理工作,但在主汛期,尤其是第1场洪水来临时,在没有停机和减负的条件下,清理水下集结物比较困难,提升电缆是橡胶电缆,承担提升的同时需要承受冲击和摩擦,存在着一定的破坏威胁。若要完全依靠其清理动水和深水的集结物,需要更换其结构形式,使用动深水不受限制的清污设备,并提高其清理效率。增加设备数量。船闸和航道的集污处理须采用有效的清漂机构,且其清漂时不采用连续运输的办法,可以使船闸和坝面的堆积物有效的清理干净。


电站采用导漂措施,在水量充足时,用导漂孔或泄洪孔的大流量水流把集结物流走,效果还是有的。但有以下缺陷:

① 用水量太大,不经济;

② 清污仅有短期效果,且不能连续采用;

③ 对下游河道产生二次污染,如图片11~12。

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4.2 红水河乐滩水电厂

乐滩水力发电厂是红水河流域梯级电站中集结物最严重的水电站,装机60万kW,坝面离水面高度常规情况为17~19 m,水深约为20 m,由于其上游百龙滩水电站是溢流过坝式,即水位到一定的位置即可从溢流坝自泄,所以其漂浮物可从溢流坝直接过渡到乐滩上游,使乐滩的清污形势相当严峻。由于原设计是提栅清污,需要清污时靠门机把拦污栅提起,拦污栅依靠栅齿(0.6 m)把积物挂起。实践证明这种办法很不成功,只能挂起离拦污栅较近的、较小的、到挂齿里的集结物,大部分离栅较远的、较大的集结物基本上没有被清理,特别大的深水集结物被遗落在水下,随着T作栅和检修栅的切换而有可能进到机组里而产生意外。乐滩的集结物情况就形成时间上有很大的不均匀性,形成规律和其他电站基本一样,即汛期的第1场洪水来污量大,汛期较严重,其余时间可以不采取特别的方法能维持生产。有水面集结物又有水下集结物;有栅前污物又有拦污排前集结,还有栅前排后漂浮物,如图片13-15。

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集结物的组成和其他电站有区别:

(1)集结物中有整族的竹子包括竹根,穿过拦污排来到栅前,水中浸泡时间短的漂浮在栅前水面,形成大的栅前漂浮物,若再加上水下集结物使在动水清污时,清污机械入水很困难。

(2)水下大的树根或整族的竹子来到栅前,在栅前放置无规律,或有插入栅条间与拦污栅横向连接一起组成使清污机械不能下降韵支撑,若一侧有,清污机械操作不当的话容易造成意外,而这种可能性还是比较大的。

(3)栅前和排后漂浮物较多,为了不使拦污排倾翻,电站采用了钢丝绳在左岸与船闸隔离处固定并分3支与拦污排联结的办法,钢绳成了漂浮物的载体,大量的漂浮物集中在这里,为形成栅前堵塞作了储备。

(4)拦污排前集结物严重。拦污排起的作用很大,能拦很多漂浮物,但拦住的东西靠人T清除时间周期太长,会形成这次集结物没清完下次的漂物又到了,始终在清,排前始终有物,而这些集结物会产生如下作用:① 生活垃圾较多分解后产生有害物质;② 影响环境;③ 降低水头0.2 m。

(5)已有水葫芦,但没形成疯长。

(6)坝面布局不适合清污机械的安装,使清污装置无导向,如图16,17

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由于以上原因,电站采取了以下办法来保证生产发电:

(1)不采用提栅的办法清污,切除栅齿,用适合电站要求的带起升机构的以门机吊移动的特殊液压清污设备,清物效果明显,但清污抓斗有电缆下水,尽管厂家承诺电缆可以下到水下40 m水深,但实际清污时,减负状态电缆还是让人担心,因为一旦电缆被划伤,进水后会导致系统不能使用,且在动水时这种可能性还是很大的。所以电站尽可能减负清污或等待电网有停机的机会,静水深水清污,定期更换电缆,保证电缆常新。

(2)利用电网停机的机会,反吐排放,靠船闸大水流排放,清污有一定的效果,但成本很高。

(3)拦污排前用采砂船人工清理,有一定的作用,但清理时间太长,效率较低,水头损失依然存在。根据以上情况电站采取专用的清污设备很及时有效,像乐滩这样的装机容量、这样严重的集结物情况需要2台清污设备,且2台设备中的任一台都能清理12孔中的任一孔。其中1台应该是动水和深水都能清理的设备,动水是指拦污栅前的水流速度在1.2 m/s以内,深水是指可以清理的水深在进水孔口的最下端,乐滩的水深是30 m,不能有电缆入水,避免电缆划伤而产生控制系统失灵。库面的拦污排前的集结物需用专用设备清理,人工清理效率太低,使得生活垃圾长期存在,形成污染和拦污排堵塞损失水头。由于目前中国还没有专业清理这样条件的设备,自身研制又不现实,若要采用这种方案暂需要等待。据了解,国内有公司正在研制这种清理设备,这种设备不仅可以剪断左右方向上的长物,也可以剪断上下游方向的长物,使很难清理的集结物短时间内上船,移动到处理场,整个拦污排前的集结物可在48 h内清理完毕。且可以10 min内实现满船和空船的转换。人们期待着这种设备早日试车成功,并尽快在水电站和湖泊等水面使用。库面拦污排后的集结物,排前集结物清理后会被冲走一部分,剩下的一部分可采用人工触动的办法使其来到栅前,用清污设备清理。

采用以上措施,乐滩的清污问题可以彻底解决。


4.3 三峡水利枢纽

三峡的集结物处理问题是一个很大的问题,从三峡蓄水发电以来很多同行在研究并采取了很多办法,具体是:

(1)谁污染谁治理,使三峡上游几百里水域都有清漂人员在工作。尤其在汛期,庞大的清漂队伍在清理水面漂浮物。

(2)在水流速度较高的条件下,有一部分集结物在水面以下,库区水流渐缓,一些集结物来到水面,使库区水面集结物变多,研制的清漂船可以把零碎的污物清理出水面,尽管船体带有远程水炮和抓斗,但真正使用起来,由于集结物复杂和连续运输等原因,使用效果和设计思想有一定的距离。为此采用围漂排漂的办法也能解决应急问题,但排漂的缺陷也很明显。(3)航道有应急清漂队。尽管采取以上措施有了基本效果,库区水面显得也干净,但由于忽视了水下集结物,在处理水面以下的集结物时没有采取针对性措施,靠洪水来时泄洪把集结物拉走的办法显得较被动。图片18-19是2张从水下清 的集结物照片。

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从图片上可看到水下集结物的严重性,尽管不是三峡水下取出的,且三峡水头较高和采取导物等措施,但可以肯定地讲,三峡枢纽进水口前的集结物是需要处理的,且很难处理。三峡的库区清漂问题解决办法有很多。种种原因库区没设拦污排,上游主河道暂时没有电站为三峡减轻负担,主汛期的集结物量大,且在时间上很不均匀,为此采取的上游江面大面积清漂是行之有效的办法。但清漂方法和手段仅限于人工打捞和部分机械清污,又仅限于水面看得见的集结物,使效率和清理效果上欠佳;建议采用多个清漂机构并联方法在水流较缓的江面左右对开,可采用两对或根据具体情况增加对开数量,清漂机构的取物方式上不能用连续运输的方式。要有双向剪切,使集结物快速上船并在清漂机构不离开现场的情况下把集结物运走。解决集结物的快速上船问题,解决取物装置和污物运输时间上的矛盾,单个大嘴机构3m /5min污物。对于上游清漂机构遗漏的或从水面以下漂浮上来的集结物需要采取专用的双向剪切清漂船,并对围漂和集漂区的集结物有效地取走并处理,航道和船闸也是一样。对于拦污栅前的深水和动水状况下的集结物处理仅作如下建议:

(1)需坝面清污机械,主要是栅前;

(2)需高扬程的可与坝顶门机配合使用的起升机构;

(3)可以在动水状态下有效清理;

(4)有可以存深水使用的抓物手;

(5)有极强的保护措施和方便操作的控制系统;

(6)有精确的高程显示和控制,有精确的重量显示,双吊点比差显示和控制;

(7)不能有在水下控制液压等仪器的电缆存在;

(8)抓物手有清理栅顶和轻松的通过栅顶能力。用这样的清理设备,拦污栅前的集结物有望能有效地解决。

总之,三峡的集结物的解决需要从两方面考虑,一是专用清漂机构,二是专用的栅前动、深水清理机构。


4.4 凌津滩水电站

电站是位于湖南桃源县沅水干流最下游的一个梯级电站,装机容量27万kw 的中型电站,上游约50 km是五强溪水电站,拦污栅为72.64。的斜栅,进水口18孔,坝面安装2台进口清污机,每台装置可以单独清理l8孔的任意孔。集结物的形成特征和时间特征与其它电站区别不大,但集结物的组成有别于其他电站:

① 特别大的集结物较少,尽管也有清污机抓斗下不去的现象,但主要原因是动水吸力

过大产生抓斗下降受阻;

② 生活垃圾在拦污排前已拦截,但比重较大的集结物也翻过拦污排来到栅前;

③ 拦污排前长期没清理,生活垃圾常年积累。

为此,电站购置了2台清污装置,左岸机使用比较频繁,右岸机作使用储备。清污机和抓斗的图片见图片20~21。

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从图片中可以看到2台设备制造精良,自动化程度比较高,在司机室按一下电钮就可以完成1次清污过程,耙斗是按减小动水压力影响的体型做成的,对于凌津滩来讲,这2台清污设备运行是比较成功的,能动水深水清污。在汛期观察其使用也不过于频繁,栅前污物也不明显。对于设备本身,认为有以下几个问题需要进一步探讨:

① 耙斗重量应该加重,仅耙斗重量在集结物严重时不能下到水下;

②耙斗增设铲齿,使栅前集结物清理更有效,尤其在动水和深水位置。


拦污排前集结物较多,也没有办法清理,所以集结物很明显,水头损失依然存在,如图22。

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5 西津水利枢纽

西津水电站的清污方式是反吐清污的典型,是上世纪60年代建成的水利枢纽,当时没考虑清污,到目前为止没有进行清污改造,拦污栅栅条在下侧。河道经过南宁市,大量的生活垃圾、废弃物和坝面生长的水葫芦来到了拦污排前,并通过拦污排

到了栅前形成进水口堵塞,栅前清理仅能靠电站停机时利用水流反吐在泄洪口放流把集结物拉走,拦排前的集结物也是一样,如图23。

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这种办法有以下缺陷:

① 水量消耗太大,尽管汛期需要泄洪,但泄洪次数和清污需要的放水次数相差太大,大量的水流没经过机组而排放很可惜;

②机组反吐时形成的集结物很多到拦污排内侧,反吐停止时大量的集结物又很快来到栅前形成堵塞,栅前又不能清理,所以堵塞长期存在,水头损失一般在1m左右,图片24是在反吐后2天时情况。

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所以依靠反吐清污不能作为主要的清污方式,只能做辅助的深水清理时采用。


5 分析结果


经过以上5个电站的分析,电站的清污工作分为:

①清漂:分别是航道,库面,拦污排前;

②清栅:拦污栅前水面和水下栅面从水面到拦物栅底。

③不同的电站有不同的清污要求,采取不同的清污措施,并要根据具体情况应用不同的清污设备和专用的清漂机构。如凌津滩的清污机应用到乐滩即使不考虑直栅和斜栅也不能使用,抓斗不可能下到水下,且根本抓不住东西。


对于有水葫芦的电站和河道要预防为主,最好疯长前处理掉,一旦控制不住要用专用高效率清漂船处理,收集的集结物,可根据不同的要求处理;湖泊等水面的集结物也要用清漂船清理,对清漂船的要求是:

① 不连续运输取物;

② 体和嘴可分离,便于吃和运互不影响,提高效率。

海面清漂也是一样,只是抓手结构稍做调整。

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