煤浆储罐防沉淀措施探讨

李 用 芝

煤浆储罐防沉淀措施探讨

李 用 芝

（中煤科工集团 武汉设计研究院有限公司，湖北 武汉 430064）

介绍了管输煤浆的特性，根据管输煤浆特性，为了输出合格的浆体，作为主要的储存设备煤浆储罐需要采取防沉淀措施，并介绍了各种防沉淀措施并对其进行分析研究以及它们适用的场合，最终选出适合于管输煤浆储罐的防沉淀措施。

煤浆；沉淀；叶轮；挡板

1 概 述

煤浆储罐作为管道输煤工程中的关键设备之一，在系统中起着至关重要的缓冲和调节作用，它既担负着首端制浆系统与管输系统的缓冲，又担负着管输系统与终端用户之间的缓冲，直接影响着整个管道输煤系统的安全可靠运行。

就目前国内外的情况来说，储罐都是以石油、酸液、氧化铝、水煤浆等介质为主的，适用于管道输煤工程普通浓度煤浆的储罐还是一片空白。

2 管输煤浆特性

管输煤浆不同于石油、酸液、氧化铝、水煤浆等介质，它是一种普通浓度的煤浆，浓度一般在47%～55%之间，最大颗粒＜2 mm。是一种固、液两相混合物，没有任何添加剂，容易发生固液分离，不容易保持均匀状态，防沉淀要求较高。

普通煤浆其粘度较低，受环境温度影响较少。因此能采用管道进行紊流状态（浆体表现为伪均质状态）长距离大运量输送，到达终端后，可根据用户要求进行处理，对于燃用粉煤的用户（电厂等），可以采用机械脱水；对于需要直接喷烧水煤浆用户（煤化工、直接燃烧水煤浆的发电锅炉等），可以适当脱去部分水，再进一步细磨，满足直接喷烧的要求。

普通浓度煤浆由于具有紊流性、粘度低、磨蚀小、比较稳定的特性，适合进行管道输送。

3 防沉淀措施

煤浆是固液两相的混合物，易产生固、液分离，不易形成均匀状态；管输煤浆浓度低、颗粒粗、沉降速度快，为了满足管输要求，输出合格浆体，需要采取措施来确保煤浆不发生沉淀。

防止煤浆沉淀的措施一般有以下几种方式：

空气搅拌：是在储罐外壁布置两种压缩空气的接管，接管长度不同并且交错分布，这种搅拌是通过压缩空气，使上下煤浆翻腾，防止了沉淀产生；这种搅拌需要有压缩空气机，而且动力源也不统一，噪音也比较大，一般用于小型的平顶锥底储罐。

打循环搅拌：是在储罐壁内侧安装喷嘴，在储罐底部安装曲杆泵，用接管将喷嘴和曲杆泵连接，启动曲杆泵，煤浆则沿着储罐底部与储罐内壁圆周方向流动，防止了沉淀发生；这种搅拌会使曲杆泵磨损严重，而且动力消耗很大，甚至会产生少量的死角，一般适用于高架型锥底储罐。

立式机械搅拌：在储罐罐顶罐顶装设搅拌器，储罐内装设导流板，通过搅拌器的转动，使煤浆产生轴向和径向流动，防止沉淀发生，这种搅拌需要专用的搅拌器，制作复杂，转动轴比较长，一般适用于平底罐，如果是大型储罐，则需在轴的下面罐底上增加限位环。

侧式机械搅拌：在储罐侧壁装设侧式搅拌器，通过搅拌器的转动，使煤浆产生左右旋转的对流运动，防止沉淀发生，这种搅拌要求储罐密封严格，储罐中心不易被搅拌到，一般适用于小型的平底罐。

因此，对于管输煤浆储罐一般采用立式机械搅拌方式来防止煤浆沉淀。

4 立式机械搅拌

立式机械搅拌主要有两部分组成：一是叶轮形式，二是挡板结构。

4.1 叶轮形式

搅拌器的叶轮形式一般分为以下几种：

三叶推进式：是一种低剪切、高排量而且旋转部分会产生高速轴向流的叶片，一般用在低粘度流体湍流情况，在储罐内形成循环流，主要用在悬浮浆料或液液混合的搅拌。

叶轮式：是一种高性能涡轮式叶片，它的曲面呈倾角型，向整个圆周方向流动，最后汇集为高速轴向流。主要用于液液或固液混合的搅拌。

折叶浆式：是一种板式桨叶，呈长方形，主要靠安装角度来形成轴向流和辐射流，一般用于叶轮和罐底距离与罐径比值较小的场合，主要用于固液悬浊混合搅拌。

DS涡轮式：叶片外周为齿形，通过叶片高速旋转产生很强的剪切作用，同时产生了辐射流，储罐内也会产生很强的循环流，主要用于气体分散，液液乳化、分散，固体分散、溶解的搅拌。

圆盘涡轮式：叶片呈倾斜状，形成辐射流和轴向流，可以消除容器内上下介质的不均匀性，搅拌混合效果比较好，而且效率较高，主要用于气体分散、液液分散、固液悬浊分散的搅拌。

通常我们将搅拌器的叶轮流向分为轴向流和径向流两类。叶轮流向如图1。

图1 （a）为轴向流体流型示意，轴向流叶轮是以容积循环为主。它混和的过程是以叶轮旋转产生射流推动流体，使容积内的流体大范围内循环流动形成主体对流，当叶轮区有主体流通过时，强大的剪切力产生很多小旋涡，形成高度湍动，使物料充分宏观混和，从而通过分子扩散达到微观混和[1]。

图1（b）为径向流体流型示意，径向流叶轮是剪切力较大的叶轮，强大的剪切作用形成的旋涡让流体微元不断更新和细化，以便于流体在小范围内缩短分子扩散行程，达到微观混和[1]。

4.2 挡板结构

在管输煤浆储罐中的搅拌器是以一定转速旋转，使煤浆产生涡流。但如果煤浆始终以不变的涡流速度运动，粗颗粒将沉降很快，细颗粒将沉降很慢，造成粗细分离，从而影响罐内上下煤浆粒度级配，所以必须在储罐中增加导流结构（挡板），将切向流转换为径向流和轴向流，增加湍流和对流循环强度，保证煤浆搅拌效果。

任何放置在搅拌设备之外的罐内静止部件都可以成为挡板。所以挡板可以分为两类：一类是垂直安装在储罐内壁的构件，也叫壁挡板，另一类是特殊的挡板，各种各样的形状、位置也不固定，譬如底挡板、表面挡板等[2]。

挡板作用是将罐内流体的运动改为上下翻转，减少或消除漩涡，同时也提高了搅拌器的有效功率。挡板也使罐内流体的切向流转化为轴向和径向流，拓宽了搅拌器排出流体的流动半径；由搅拌器旋转所排出的流体，由于受到罐壁和挡板的作用，在煤浆储罐内形成比较复杂的流场，流体形态、速度大小和方向等都会因为搅拌器叶轮与挡板的相互作用而发生变化，加强了混合效果[2,3]。

全挡板条件：对于转速、叶轮形式都不变的搅拌器来说，功率会随着挡板系数的增大而增加；但是，当挡板系数达到一定数值时，功率基本保持恒定，不再增大。这时的挡板系数称为全挡板条件，即搅拌功率达到饱和[2,4,6]。

全挡板条件应符合下列公式：

式中: nd—挡板数量；

bd—挡板宽度，mm；

D—储罐内径，mm；

0.35 —全挡板系数[3,5,6]。

在实际设计时，根据挡板的宽度、数量的经验来看，一般都采用垂直于储罐内壁的挡板（挡板数量为4块，挡板宽度bd为D/12～D/10）来满足全挡板条件。根据全挡板条件公式看出，全挡板条件下的挡板的宽度、数量和形状并不是最佳的。因为最佳的挡板条件所提供的流型能够带动整个储罐内的流体运动，以保证充分混合；但过多的挡板，即储罐内的过挡板化，将会减少罐内流体的总体流动，而且将混合局限区域，导致不良的混合性能[2,5]。

挡板对功率的影响：在没有挡板的储罐中，任何类型的搅拌器都会产生切向流并形成漩涡。增加挡板之后，切向流受到了抑制或阻碍，储罐内将会产生大幅度的上下翻动，漩涡消除[2]。

因此挡板含有两种含义：一是功率饱和，二是漩涡消除。

挡板结构形式如图2所示。

图2（c）中挡板背面会使流体产生一个小循环，并且因为挡板的阻挡，小循环中的流体无法进行更新，形成了所谓的“死循环”，这种情况说明这种挡板结构会使流体产生局部混合不充分的现象；而图2（a）、（b）中挡板背面尽管也会有流体产生小循环，但是由于挡板与罐壁之间留有空隙，会使小循环中的流体不断地被其他方向的流体带走，新的流体可以不断补充进来，其混合效果非常理想。

5 结束语

煤浆储罐的搅拌装置采用顶进式搅拌器，叶片采用特殊的三叶推进式叶轮，类似于船舶型推进式，这种叶片排液量大，能有效推动浆液做上下翻腾循环，混和效果好。

煤浆储罐的挡板结构采用本文图 2（a）、（b）中的结构形式，煤浆混合充分，防止死循环，搅拌效果十分理想。

［1］康树丽，刘薇华．水煤浆的储存与搅拌[J]. 煤炭工程，2006(7)：17-19．

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Measures Preventing Precipitation of Coal Slurry in Storage Tank

LI Yong-zhi
（Wuhan Design & Research Co.,Ltd of China Coal Technology & Engineering Group, Hubei Wuhan 430064, China）

Characteristics of coal slurry for pipeline transportation were introduced. In order to output qualified coal slurry, the coal slurry storage tank need use anti settling measures. In this paper, various sediment prevention measures were introduced, their applicable scope was analyzed. At last, suitable sediment prevention measures for the coal slurry storage tank were put forward.

Coal slurry；Precipitation；Impeller；Baffle

TQ 530

： A

： 1671-0460（2015）05-1169-03

2014-11-26

李用芝（1979-），女，河南周口人，工程师，2002年毕业于郑州大学化工设备与机械专业，研究方向：从事煤浆制备、储浆系统设备、压力容器等设计、研究工作。E-mail：81524182@qq.com。