CN101382066B - 含水煤层控水引燃器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种含水煤层控水引燃器，本发明主要利用电阻丝通过电流后产生大量的热，由电能转化为热能，并持续放热，热量利用热辐射和热传导的传热方式向周围传导，从而达到所点煤层的燃点，再辅以通入新鲜的空气或氧气到煤层引燃器处，经过一段时间后，通过热量的持续作用，首先将煤层周围的水蒸发完毕，使煤层裸露出来，再持续发热，煤层在达到燃点的情况下，遇到氧气即可燃烧，即达到点燃煤层的效果，经过后期工艺的调整进而开始实现无井式煤炭地下气化炉的气化运行。该发明主要应用于无井式煤炭地下气化点火，同时也可应用于有井式煤炭地下气化、以及其他需要点火才运行的设备。

Description

含水煤层控水引燃器

技术领域

本发明属于煤炭地下气化的领域，特别涉及到无井式煤炭地下气化过程点火领域。

背景技术

无井式煤炭地下气化是通过对地下煤层进行有控制的燃烧，煤层在氧化剂的作用下，经过热化学作用产生可燃煤气的过程。地下气化炉在运行前，首先要将地下煤层引燃进而才能实现气化过程。由于地下煤层所处水文地质环境复杂，个别煤层中含有渗水，煤层含水量大时，将严重影响地下气化炉的点火过程。

目前国内外应对无井式地下气化炉的点火技术主要有热焦炭的点火技术，该技术的使用前提是煤层中不含水，或含微量的水，针对含水量大的煤层，热焦炭点火技术难以实现无井式地下气化炉的点火，同时热焦炭点火技术操作过程复杂，需要笨重的操作设备，操作程序繁琐，操作过程中安全性差，需要多人联合操作方可进行地下气化炉的点火，从而导致热焦炭点火技术不能简捷方便的被应用。

本发明的目的是设计制造一种能够方便简捷应用在无井式煤炭地下气化点火领域的设备，该设备不仅可以解决上述热焦炭在点火过程中遇到的煤层含水、操作复杂等技术问题，而且可以在高压条件下进行控水点火操作，同时制造及操作费用远远低于热焦炭点火技术的费用，该设备在操作使用过程中具有很高的安全性，适于在国内外推广使用。

发明内容

由于热焦炭点火技术在使用过程中存在诸多弊端，首先在操作原料上的不方便，利用热焦炭点火须先将焦炭在地面进行点燃，然后利用工具将炽热的焦炭转移到提斗中，再利用起重设备将提斗移到点火钻孔上方，打开提斗下方的闸板，焦炭利用自身重力落入点火钻孔内，根据实际效果进行2～3次操作，即可停止。由于钻孔底部空间有限，若添加的热焦炭点火失败，由于投加焦炭量大，致使所投加的焦炭无法被清理出来，导致该钻孔无法再进行下一次的点火操作；若需要带压进行点火操作，利用热焦炭点火技术还需进行复杂的阀门启、闭轮换操作，并且在阀门操作过程中带有一定的安全隐患。

针对无井式煤炭地下气化炉存在水的现状，本发明提出了控水点火技术，控水点火技术不同于热焦炭点火技术，为达到控水点火，本发明主要利用电阻丝通过电流后产生大量的热，由电能转化为热能，并持续放热，热量利用热辐射和热传导的传热方式向周围传导，从而达到所点煤层的燃点，再辅以通入新鲜的空气或氧气到煤层引燃器处，经过一段时间后，通过热量的持续作用，首先将煤层周围的水蒸发完毕，使煤层裸露出来，再持续发热，煤层在达到燃点的情况下，遇到氧气即可燃烧，即达到点燃煤层的效果，经过后期工艺的调整进而开始实现无井式煤炭地下气化炉的气化运行。

为了达到上述目的，本发明主要包括耐高温密闭承压金属外壳、大功率电阻丝(4000W～8000W)、导线、隔热套筒、绝热材料、耐高温密封胶、空气或氧气进气管、气体分配器等。通过对电炉丝加热可以使该引燃器在有压力存在的情况下，特别是在高压条件下，即压力范围在1.5～3.0Mpa的情况下将含水煤层点燃，并实现地下气化的目的。

引燃器的高温密闭承压金属外壳可以承受温度为1200℃，压力为3.0Mpa的外部条件，且外部条件不超过金属的屈服强度极限和该屈服强度极限下的温度，即外部温度及压力条件在该金属可以承受的最大温度及压力之下，以使该金属可以正常工作。

高温密闭承压金属外壳使用含碳化硅的金属材料，引燃器的主体是一金属圆筒，直径根据点火钻孔而确定，一般取直径为150mm，长度在500mm～1000mm之间，为了使引燃器能够获得良好的密封效果，在引燃器的底部采用金属焊接将底部封闭，焊接接口处打坡处理，并氩弧打底，氩弧平填。引燃器的上部封闭采用丝扣加密封胶密封的方式，上部为了方便对引燃器内部进行加工，采用螺纹连接形式，加工一有外螺纹的圆形封盖，在引燃器的顶端内部加工内螺纹，并且在内外螺纹上涂耐高温硅胶，选用HS-176耐高温密封胶，该密封胶耐温范围在-60～+1000℃，然后将封盖拧在引燃器顶端，封盖的顶部与引燃器顶端平齐，拧上封盖后，在室温下自然固化，固化时间为24小时。建议最好24小时完全固化后再进行耐高温操作，使密封胶能够最大限度的发挥高温密封作用。

引燃器配有空气或氧气进气管，从而满足点火所需的氧气，当空气或氧气通入进气管道底部时，利用一个气体分配器，将气流分支，使气体充于高温密闭承压金属外壳和煤层之间，满足煤层点火所需的氧气要求。

电源导线8、9之间采用陶瓷套管珠隔开，并需要在导线8、9与外部导线接口处，采用耐压、耐水、耐热胶进行密封，以满足点火过程中不出现引燃器被煤层水影响的情况。

保护导线8、9的外部金属套管7一般也采用与耐高温高压的金属外壳相同的材料，并在导线8、9出口处采用密封压盖的形式进行密封，以防煤层水进入引燃器。

该引燃器下放到煤层裸露的地方才可实现点火，故需要在引燃器上部设置下放吊环以方便引燃器的下放。

该引燃器内部需要将热量向外部散发才可最大限度的利用电能转化而来的热能，且为了保护炉丝，故最好在内部设置一个隔热套筒12，并且在套筒的内部填充绝热材料，以防止热量向中心传导，使热量积聚于内部，从而不能有效地利用热量并缩短了该引燃器的使用时间。

引燃器内部电炉丝之间需要设置绝缘性材料，以防炉丝接触导致短路，使引燃器失去效用，不能正常工作。

该引燃器外部直径需要考虑钻孔以及裸露煤层的空间需求。

本发明在实际应用过程中，可以完全避免现有技术的缺点，本发明主要利用传输方便的电能，通过发热炉丝转化为热能来实现点火的目的。在实际操作过程中，只需利用导线将电源与引燃器连接，并将接口进行高强度的密封，确保钻孔中的水在高压条件下无法进入引燃器内部，同时需要将供气管道与引燃器固定在一起，便于引燃器的下放到钻孔底部。利用起重设备下放供气管道连带将引燃器下放到指定地点，在孔口管道处做一些处理后，以使引燃器供气管道和导线与孔口连接处能被高强度密封，处理完毕后将孔口密封。向孔内输入高压空气，在高压空气的作用下，钻孔底部的水被压向周围的裂隙内，同时为煤层提供了新鲜氧气，并使煤层裸露出来，此时可以将引燃器的电源接通，使引燃器发热，将煤层上残留的水蒸发完毕，引燃器持续发热，逐渐达到煤层的着火点，此时即可利用引燃器的供气管道向引燃器周围供入新鲜空气或氧气，在氧气的作用下，煤层达到燃点的条件下，煤层即被点燃。整个操作过程简单、易行、安全性高。

本发明含水煤层控水引燃器具有以下优点：

1、操作过程简单；2、操作及运行费用低；3、操作安全性高；4、操作程序灵活；5、煤层引燃成功率高；6、材料来源容易；7、煤层引燃器承压高；8、煤层引燃器控水效果显著。

该发明主要应用于无井式煤炭地下气化点火，同时也可应用于有井式煤炭地下气化、以及其他需要点火才运行的设备。

附图说明

图1为引燃器总体示意图

其中，1-进气管连接法兰；2-空气或氧气进气管；3-空气或氧气进气分配器；4-耐高温金属承压外壳；5-高温密封胶；6-下放吊环；7-导线保护管；8-导线(N)；9-导线(L)；10-导线密封压盖。

图2为引燃器截面图

其中，2-空气或氧气进气管；4-耐高温金属承压外壳；11-大功率电阻丝；12-隔热套筒；13-绝热填料。

图3为气体分配器的界面图

其中，14-分配器端面；15-分配器分配口。

其中，图1为摘要附图。

具体实施方式

以下仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明的范围。即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

实施例1

下面结合附图对本发明含水煤层控水引燃器，做进一步详细的说明。

图1、是本发明的总体示意图；

图2、是本发明的截面图；

由图1、图2可知，使用时，首先准备一定长度带有法兰的供气管道，通过进气管连接法兰(1)与空气或氧气管(2)连接，将地面导线与引燃器上的导线N极(8)与L级(9)连接，并将接口部分进行密封处理，以免钻孔中的水进入引燃器内部，使引燃器无法正常工作。到连接工作完毕后，利用起重设备与引燃器上的下放吊环(6)相连，将该引燃器缓慢下放到指定的点火区域。供气管道与地面导线在经过地面钻孔孔口要进行密封处理，合电闸给引燃器通电，一定时间后(大约30min～40min后)，为引燃器通入新鲜的空气或氧气，当空气或氧气沿供风管道到达引燃器底后，经过分配器(3)将空气或氧气进行分流，充满引燃器与煤层周围，使煤层能够接触到流动性的气体，并最终实现点燃煤层的目的。

Claims (9)

1.一种含水煤层控水引燃器，包括：空气或氧气进气管(2)、气体分配器(3)、高温密闭承压金属外壳(4)、耐高温密封胶(5)、导线(8、9)、大功率电阻丝(11)，其特征在于：引燃器的高温密闭承压金属外壳(4)可以承受温度为1200℃，压力为3.0Mpa的外部条件。

2.根据权利要求1所述的含水煤层控水引燃器，其特征在于：高温密闭承压金属外壳(4)的底部采用焊接的方式将底部封闭，上部封闭采用丝扣的方式，并配合耐高温密封胶(5)。

3.根据权利要求1所述的含水煤层控水引燃器，其特征在于：当空气或氧气通入进气管底部时，利用气体分配器(3)，将气流分支，使气体充于高温密闭承压金属外壳和煤层之间，满足煤层点火所需的氧气要求。

4.根据权利要求1所述的含水煤层控水引燃器，其特征在于，导线(8、9)之间采用陶瓷珠隔开，并在导线(8、9)与外部导线接口处，采用耐压、耐水、耐热胶进行密封，保护导线(8、9)的外部金属套管(7)采用与高温密闭承压金属外壳(4)相同的材料，并在导线(8、9)出口处采用密封压盖(10)的形式进行密封。

5.根据权利要求1所述的含水煤层控水引燃器，其特征在于：引燃器内部大功率电阻丝(11)之间设置绝缘性材料。

6.根据权利要求1所述的含水煤层控水引燃器，其特征在于：引燃器外部直径需要考虑钻孔以及裸露煤层的空间需求。

7.根据权利要求1～6所述的任意一种含水煤层控水引燃器，其特征在于：引燃器内部设置一个隔热套筒(12)，并且在套筒的内部填充绝热材料(13)。

8.根据权利要求7所述的含水煤层控水引燃器，其特征在于：引燃器利用电阻丝通过电流后产生大量的热，由电能转化为热能，并持续放热，达到所点煤层的燃点，再辅以通入新鲜的空气或氧气到煤层引燃器处，通过热量的持续作用，达到点燃煤层的效果。

9.根据权利要求8所述的含水煤层控水引燃器在无井式煤炭地下气化点火、有井式煤炭地下气化点火或其他需要点火才运行的设备中的应用。

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