CN101586915B - 地下煤的气化中试试验气化炉及其工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种地下煤的气化中试试验气化炉及其工艺方法，该工艺包括气体供应系统、气化炉、测温测压测组分系统、高温摄像系统、煤气净化系统。气化炉外壳内衬有耐火材料，并且留有注浆孔来对炉子内部的煤体进行注浆密封，可以在高温和加压条件下进行气化试验。炉体设有气化剂和水煤气进出口、注浆孔、冷却水进出口、温度压力组分测量辅助孔、高温摄像系统观视口、电阻法测量孔、人孔。本气化炉充分考虑了地下煤气化过程中加压的情况，满足了中试试验中对煤气化加压的需求，可以对常压、加压地下煤气化以及燃烧点后退等工艺实验进行考察。气化炉设置了多个测温、测压、测气体组分系统和高温视觉监控系统，可对中试试验过程中的各种参数进行在线监测和实时控制。

Description

地下煤的气化中试试验气化炉及其工艺方法

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化技术范畴，具体是一种地下煤的气化中试试验气化炉及其工艺方法。

背景技术

煤炭地下气化是将处于地下的煤炭进行有控制地燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体，集建井、采煤、气化工艺为一体的多学科开发洁净能源与化工原料的新技术。煤炭地下气化是在地下气化炉条件下进行的——将煤层中的气化通道进气孔一端的气化穴煤炭点燃，由进气孔鼓入空气、氧气和水蒸汽等气化剂，于是地下煤炭便进行有控制地燃烧。经过对煤的热作用及化学作用，按温度和化学反应的不同，于地下气化通道内形成氧化带、还原带和干馏干燥带，由此生成的粗煤气于出气孔产出。建地下气化炉有两种技术途径：其一是巷道式(有井式)建地下气化炉技术；其二是钻井式(无井式)建地下气化炉技术。

煤的洁净与高效利用是当今世界能源与环境保护领域中的重大技术课题，也是我国国民经济持续发展的关键技术之一。煤炭地下气化开采能有效地利用煤资源，毕竟国内可利用常规下井挖掘的煤炭仅占煤炭资源储量的11.43％，地下气化开采就是有效利用资源的途径，也是一种更加低廉的生产煤气的方法。但是，由于煤炭地下气化工艺的特殊性，如果采用试验室进行小试试验就不能很好的反映现场会遇到的一些问题，而如果采用现场工业试验的话，投资会比较大，动辄以亿为单位计的投资额很容易在工艺不成熟的时候造成极大的浪费，而采用中试规模的试验的话会兼顾到投资和反映部分现场工程问题两部分。因此，地下煤气化采用中试试验的话是一种十分明智的工艺研发途径。

在进行气化炉中试试验的时候，气化炉和工艺流程的设计会对整个试验的效果产生较大的影响。气化炉设计要充分考虑如何充分模拟煤层地质结构的实际情况，并在这个前提下考虑如何在试验时获得试验的参数。现场煤地下气化的气化过程集中在煤层，煤层厚度在2～20m左右，在地下煤气化前，其结构一般是较密实的。在进行中试试验的时候，由于试验气化炉体相对较小，很难把地下的煤层环境完全的模拟，所以试验过程中需要充分考虑如何保证填装在气化炉内的煤块可以具有很好的力学性能且可以达到较好的密封。煤在地下气化时会不可避免的产生H₂、CO、CH₄等还原气体和H₂S、COS等腐蚀性气体，这些都会对气化炉内部产生一定程度的腐蚀作用，所以在设计中试装置时也需要保证气化炉的耐腐蚀性。试验的目的是获得试验的参数，所以在设计气化炉的时候需要对如何测量出来气化炉产生的数据进行预先的设计，气化炉需要预留测试用孔，用来取得试验数据。另外，在试验的时候还需要考虑人工操作方便。所有以上的因素综合起来，使气化炉及其工艺的设计可以满足中试试验的需求，进而在较小的经济花费下取得最多最有价值的数据，为工业放大提供借鉴和依据。

美国Lawrence Livermore National Laboratory在上世纪80年代曾建立了一座煤炭地下气化模型试验台，试验台的尺寸为长10m、宽1m、高1m，该试验能够观察地下气化温度场扩展情况，进行低压气化，但该试验台不能模拟煤层倾角及煤层顶、底板和表土情况。

德国亚琛工作大学曾建立过一个高压地下气化模型试验台，其尺寸为长2m、直径为0.5m，能承受2.5MPa的压力，但由于几何尺寸小，气化压力高，难以观察到具有地下气化特征的温度场、压力场扩展情况。

中国矿业大学煤炭工业地下气化工程研究中心在1986年建立一座低压地下气化模型试验台，其尺寸为长6.8m、高为0.85m、宽0.2m，该试验台通过整体吊装来模拟气化煤层的角度，在气化过程中能够观测到二维温度场扩展情况，但不能模拟煤层厚度及煤层顶、底板和表土情况，该试验台功能单一，只有一个进气口和一个出气口，不能进行炉型结构参数和辅助气化工艺的研究，且参数测量都以人工测量为主。

中国矿业大学资源与地球科学学院杨兰和2002年在《中国矿业大学学报》发表的论文“倾斜煤层煤炭地下气化模型试验研究”阐述了煤炭地下气化多功能模型试验台结构，炉膛尺寸为长4.45m、宽为1.17m、高1.57m，先后进行了数十次常压地下煤气化模拟试验。但是根据地下煤气化的工艺发展和现场经验表明，地下煤气化过程中需要保证一定的工作压力才能有效的切合地下煤气化的实际操作和工作条件。在这个方面，中国矿业大学(北京)的地下气化中试模拟试验炉存在很大的局限，基本不能进行加压气化试验。

专利CN1117917C，CN1500967A，CN2600588Y，CN100359129C，CN1419037A等针对矿井中生产煤气设计的气化炉，使地面控制变为人员在地下控制气化过程，有利于矿井内地下煤气化连续生产，增加气化工艺的灵活性。这几种地下气化工艺均是针对矿井气化的。

专利CN10036671，CN1186840A，CN1775920A，CN2908510Y等针对水煤浆和煤粉气化设计的气化炉，主要特征在于使用多喷嘴对置、煤气与液渣对流使得气化时气化炉内流场产生对流，从而提高气化效率。这些气化炉主要用于地上煤气化。

专利CN1062330C设计的推进供风式地下气化炉在进排气孔之间设置一定数量的辅助供风孔，并与供风系统相连，可以在气化通道堵塞时将气化剂送到气化工作面，使地下气化炉稳定运行。专利CN101113670A是通过设置若干竖井和及其连接通道，然后在燃烧过程中用地下气化产生的CO₂来置换地下气化炉中燃空区产生的O₂、CO、H₂、CH₄，沉降CO₂，进而达到减少CO₂排放并减少能源消耗的目的。这两种工艺其缺点在于进入工业试验阶段其投资比较高，钻井会比较多，且自控系统会较为复杂。

专利CN1982647A通过一种分离控制注气点煤气气化炉克服了富氧加水蒸气气化会产生钻孔底部巷道四周煤壁燃烧现象，避免了供风巷出现钻孔底部巷道冒落堵塞，增加了气化过程的可控性和稳定性。

专利CN101113671A是一种煤炭的地下催化气化工艺，通过两个预先设置的注入孔把预先制备好的与气化煤层裂隙相配的催化剂均匀布到到煤层内部的裂隙中，实现煤炭的地下催化气化。在本试验中选用的催化剂并不可回收，也存在对地下污染的可能性。

专利US4754811A1是一种针对地下煤气化设计的一种对气化剂注入点进行变化的工艺，这种工艺通过一种机械装置使气化剂后面的注入孔逐渐塞上达到对气化剂进口进行控制的目的。但是这种装置制造复杂，极易在地下气化的气化通道中发生故障，影响整个地下气化工艺的进行。

专利US4552076介绍了一种新型的对煤粉进行粉碎预处理且不须预热的煤粉燃烧炉系统。它通过对煤进行破碎和滚磨使煤成为较细的煤粉然后通过煤粉输送装置输送到煤炉的不同部位，使煤粉在炉内进行燃烧，从而达到极高的燃烧效率。这种煤粉炉的目的是在尽量少利用热量的前提下获得更高的燃烧效率，但是对煤的破碎和滚磨以及输送的能耗没有进行充分的估计，实际运行中不一定能达到较高的能量利用效率。

专利US4239480介绍了一种包括新型流化床锅炉，它通过一种新型的喷射火焰燃烧器引燃锅炉，并且在输送混合好的流体燃料时通过火焰燃烧器点燃燃料来提高炉内的温度，使燃烧过程更好的进行。

通过对以上现有技术的分析，可以看出在目前的煤气化气化炉主要分为两类。一类是针对地上气化的带输送煤粉或者水煤浆等的输送装置的气化炉，如专利CN10036671，CN1186840A，CN1775920A，CN2908510Y等。这些气化炉在工业上经过了较多的放大试验和应用，但是这种气化炉由于和地下气化在实现方法上的迥然不同，所以无法应用于地下气化过程；一类是不同地下气化工艺的地下气化炉。这类气化炉总的分为两种，一种是针对矿井中生产煤气设计的气化炉，如专利CN1117917C，CN1500967A，CN2600588Y，CN100359129C，CN1419037A等，使地面控制变为人员在地下控制气化过程，有利于矿井内地下煤气化连续生产，增加气化工艺的灵活性。另外一种气化炉是利用石油钻井技术在煤层直接钻井气化的无井式地下气化技术，如专利CN1062330C、CN101113670A、CN1982647A、CN101113671A、US4754811A1、US4552076等。这种气化炉主要是针对工业应用的，有的只是一种想法，当然有些已经在工业上进行了工业放大试验，也有的没有进行工业试验，这些没有进行工业试验的工艺就可以通过中试试验装置进行试验。另外还有一部分的现有技术进行了地下气化过模拟试验炉的建立，如美国LLNL和德国亚琛工作大学和中国矿业大学先后建立过几个地下煤气化模拟试验炉，但是这些气化炉一是尺寸偏小或不能对地下的顶底板布置和地下水进行模拟，二是不能进行加压试验，不能完全模拟地下气化过程，无法得出能够反映地下气化实际工况的试验数据。

发明内容

为克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种气化炉中试试验装置及其工艺方法。这一气化炉可以在常压情况下或加压(炉内压力≤1.5MPa)情况下对气化工艺进行试验考察，模拟地下岩层、含水层、煤层的布置，还可以实现燃烧点后退，正向鼓风，鲁奇炉式，撞击流式，煤层裂隙发育，催化气化等工艺实验，能够对煤矿现场的地下气化作出更为全面准确的模拟和分析，从而准确完整地得出反映现场情况的工艺参数，进而对煤矿现场的地下气化的工业化作业起到关键性的指导作用。

本发明的第一方面提供一种用于地下煤的气化中试试验的气化炉，所述中试试验用于对地下的地质和水文情况进行模拟，进而进行地下煤的常压或加压气化模拟试验，得出能反映现场情况的工艺参数，所述气化炉包括：壳体；所述壳体内部设有炉膛，所述炉膛内用于装填待气化的煤块，模拟地下地质水文情况，所述壳体与所述炉膛之间设有耐火材料层。

所述壳体上设有与所述炉膛连通的下述装置：

至少两个气化剂和煤气进出口；

至少一个用于向炉膛内注浆的注浆孔；

多个用做温度压力组分测量或用做模拟地下含水层时水管道的进口的辅助孔；

至少两个用以观察炉内情况的高温摄像系统观视口；

用于测量炉内反应和空腔发育状况的电阻法测孔；以及

至少一个人孔。

上述气化炉可以选择性地包括下列特征中的一个或多个特征的不同组合，甚至是下列所有特征：

·所述人孔采用密封封头进行密封，封头内部设置隔热密封塞。

·所述壳体为耐压1.5MPa以上的压力容器，所述壳体的横截面为圆形或椭圆形，所述炉膛的横截面为矩形。

·每一个所述高温摄像系统观视口内设置有高温摄像装置及其冷却保护装置。

·所述高温摄像系统观视口内还设有用于气化炉点火的点火装置。

·所述气化剂和煤气进出口通过一个插入人孔中的管道与炉内预先设置的供气化剂流通的气化通道连通。

·对所述管道与所述炉膛的连接处进行密封以避免串气现象，通过使用热强度高的陶瓷粘结材料进行胶合来进行所述密封。

·所述气化剂和煤气进出口的数量为4～8个，所述辅助孔的数量为5～40个，所述高温摄像系统观视口的数量为2～8个，所述人孔的数量为2～4个；在一种优选实施方式中，所述气化剂和煤气进出口的数量为4个，所述辅助孔的数量为20个，所述高温摄像系统观视口的数量为4个，所述人孔的数量为2个。

·所述煤块为长方体，其尺寸例如可以为400×500×500mm。

本发明的第二方面提供一种用于地下煤的气化中试试验的方法，所述中试试验用于对地下的地质情况进行模拟，进而进行地下煤的常压或加压气化模拟试验，得出能反映现场情况的工艺参数，所述方法以一种气化炉作为中心设备而进行，在所述气化炉外围的上游设有气体供应系统，下游设有煤气净化系统，所述气化炉包括如本发明的第一方面气化炉所述的各种部件，并可选择性地包括其优选特征中的一个或多个特征的各种组合甚至是全部特征，所述方法包括以下步骤：

a)通过所述人孔在所述炉膛中装填煤块并随后关闭并密封所述人孔；

b)将气化剂在所述气化炉上游的所述气体供应系统的混气箱中混合后，从所述气化剂和煤气进出口中的至少一个喷入所述炉膛中；

c)通过选择并控制所述气化剂的压力，在炉内对所装填的煤块进行常压或者加压气化反应；

d)将反应生成的气体从所述气化剂和煤气进出口中的至少一个排出到所述煤气净化系统；

在试验过程中，通过所述多个辅助孔中的至少一些辅助孔内设置的温度、压力、组分传感器来测量气化炉内不同反应区间的温度、压力、组分，将测量结果通过信号线传输到中央处理器并在显示终端上选择性地显示；

通过在所述高温摄像系统观视口中设置的高温摄像头对炉内燃烧情况进行视觉监控，并将测量结果传输到中央处理器并在显示终端上选择性地显示。

所述煤块的尺寸可以如上所述地选择，从而在装填满所述炉膛时，除了预留的所述气化通道之外，所述煤块彼此之间基本没有缝隙。

所述多个辅助孔中的其它至少一个辅助孔可以用于向炉内按需定量添加水，以模拟地下水文情况。

概言之，本发明提供的是一种地下煤气化模拟试验气化炉及其对应的工艺方法。该发明是基于对现场地下煤气化各种因素进行综合考虑然后反推到中试装置上进行模拟而设计的。在中试模拟试验气化炉上可以进行地下煤气化模拟试验取得全面完整的地下煤气化模拟试验数据，从而达到对工业试验提供借鉴的目的。这种通过模拟试验气化炉对地下煤气化过程进行模拟试验进而取得试验数据的工艺流程由气体供应系统、气化炉、气化炉数据监控系统、煤气净化系统组成。其中气化炉装置包括壳体、耐火材料层、炉膛、气化剂和煤气进出口、注浆孔、温度压力组分测量口、高温摄像系统观视口、电阻法测孔、人孔等组成。气化剂通过混气箱混合预热之后进入气化炉，气化炉内通过注浆孔对炉膛内部一些没有密合的地方进行了密封，并在人孔设置密封封头加隔热密封塞，使气化炉密封并可承受高压。气化炉内部为两层的耐火浇注料，可耐高温。在气化炉外侧设置了多个温度压力组分的测量孔，可以对炉内不同位置的温度压力和煤气组分进行测量，从而得到可靠的科学试验数据。另外在气化炉外侧还有几组高温摄像系统观视口，可以通过耐高温高压的摄像头对炉内的气化空腔的三维地形和温度场进行实时视觉监控。这一模拟试验气化炉可以完整的模拟地下煤层及其地质分布情况，在常压、加压情况下对气化工艺进行试验考察，可实现地下煤气化燃烧点后退，正向鼓风，鲁奇炉式，撞击流式，煤层裂隙发育，催化气化等工艺，达到满意的试验效果，为工业放大试验提供有益的借鉴。

下面通过结合附图对本发明的若干例示性实施方式加以描述，来详细说明本发明的构成、作用原理及其各种优点。

附图说明

图1为本发明的中试地下煤的气化技术试验的工艺流程简图；

图2为本发明的中试地下煤的气化炉装置的一种实施方式的示意图。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的地下煤的气化加压气化炉及其工艺方法的若干例示性实施方式进行说明。

参看图1，本发明的地下煤的气化中试试验所涉及的设备包括气体供应系统、气化炉、气化炉测温测压测组分系统、气化炉高温摄像系统、煤气净化系统，以及显示终端和中央处理器(未示出)。

参看图2，本发明所提供的气化炉是用于地下煤的气化中试试验的气化炉，所述中试试验用于对地下的地质和水文情况进行模拟，进而进行地下煤的常压或加压气化模拟试验，得出能反映现场情况的工艺参数。

所述气化炉包括：壳体8；所述壳体8内部设有炉膛4，所述炉膛4内用于装填待气化的煤块，所述壳体8与所述炉膛4之间设有耐火材料层9，所述壳体上设有与所述炉膛4连通的下述装置：至少两个气化剂和煤气进出口1；至少一个用于向炉膛4内注浆的注浆孔6；多个用做温度压力组分测量或用做模拟地下含水层时水管道的进口的辅助孔7；至少两个用以观察炉内情况的高温摄像系统观视口5；用于测量炉内反应和空腔发育状况的电阻法测孔4；以及至少一个人孔3。

在一种优选实施方式中，所述人孔3采用密封封头进行密封，封头内部设置隔热密封塞2。

在一种优选实施方式中，所述壳体8为耐压1.5MPa以上的压力容器，所述壳体的横截面为圆形或椭圆形，所述炉膛4的横截面为矩形。所述壳体2以及所述炉膛4的横截面都是图2中垂直于纸面并且沿着图2中的上下方向定向的平面。

本发明的气化炉可以在中低压范围内进行试验，从而可以更好地模拟各种地下煤层地质水文环境。

在一种优选实施方式中，每一个所述高温摄像系统观视口5内设置有高温摄像装置及其冷却保护装置。

在一种优选实施方式中，所述高温摄像系统观视口5内还设有用于气化炉点火的点火装置。

在一种优选实施方式中，所述气化剂和煤气进出口1通过一个插入人孔中的管道与炉内预先设置的供气化剂流通的气化通道连通。

在一种优选实施方式中，对所述管道与所述炉膛4的连接处进行密封以避免串气现象，通过使用热强度高的陶瓷粘结材料进行胶合来进行所述密封。

所述气化剂和煤气进出口1的数量可以为4～8个，所述辅助孔7的数量可以为5～40个，所述高温摄像系统观视口5的数量可以为2～8个，所述人孔3的数量可以为2～4个。

在一种优选实施方式中，所述气化剂和煤气进出口1的数量为4个，所述辅助孔7的数量为20个，所述高温摄像系统观视口5的数量为4个，所述人孔3的数量为2个(如图2所示)。

在一种优选实施方式中，所述煤块为长方体，其尺寸例如可以为400×500×500mm。

本发明还提供了一种用于地下煤的气化中试试验的方法，所述中试试验用于对地下的地质情况进行模拟，进而进行地下煤的常压或加压气化模拟试验，得出能反映现场情况的工艺参数，所述方法以一种气化炉作为中心设备而进行，在所述气化炉外围的上游设有气体供应系统，下游设有煤气净化系统，所述气化炉包括上述实施方式中的气化炉中的各种基本装置，并可以进一步包括其各种可选装置或者具体设计选项，所述方法包括以下步骤：

a)通过所述人孔3在所述炉膛4中装填煤块并随后关闭并密封所述人孔3；

b)将气化剂在所述气化炉上游的所述气体供应系统的混气箱中混合后，从所述气化剂和煤气进出口1中的至少一个喷入所述炉膛4中；

c)通过选择并控制所述气化剂的压力，在炉内对所装填的煤块进行常压或者加压气化反应；

d)将反应生成的气体从所述气化剂和煤气进出口1中的至少一个排出到所述煤气净化系统；

在试验过程中，通过所述多个辅助孔7中的至少一些辅助孔内设置的温度、压力、组分传感器来测量气化炉内不同反应区间的温度、压力、组分，将测量结果通过信号线传输到中央处理器并在显示终端上选择性地显示；

通过在所述高温摄像系统观视口5中设置的高温摄像头对炉内燃烧情况进行视觉监控，并将测量结果传输到中央处理器并在显示终端上选择性地显示。

所述煤块为长方体，其尺寸例如可以为400×500×500mm，所述煤块在装填满所述炉膛4时，除了预留的所述气化通道之外，所述煤块彼此之间基本没有缝隙。

所述多个辅助孔7中的其它至少一个辅助孔可以用于向炉内按需定量添加水，以模拟地下水文情况。

如附图所示，使用地下煤的气化加压气化炉的中试试验工艺流程为先将气化剂在气化炉上游的气体供应系统的混气箱中经混合后喷入气化炉气化剂进口1，在炉内进行常压(0.1MPa)或者加压(1.0～1.5MPa)气化反应，反应生成的气体经煤气净化工段后进入气体合成工段。在这一过程中，对气化炉内不同反应区间的温度压力组分通过气化炉预留的测量口进行测量，测量后的结果通过信号线传输到中央处理器并在显示终端上选择性地显示；对炉内的燃烧情况设置了高温摄像头对炉内燃烧进行视觉监控，测量后的结果也传输到中央处理器并在显示终端上选择性地显示。这些系统组成了完整的地下煤的气化加压气化的中试试验工艺流程。

在本发明的一种优选实施方式中，气化炉的壳体8材料为20mm厚16MnR钢板，内衬为耐火砖加上耐火水泥浇注料构成的耐火材料层9，可耐1500℃的温度和1.5MPa的压力；炉膛4为矩形，可以让尺寸为400mm×500mm×500mm的块状煤体更好的放入炉膛并密合，有利于解决炉内气化通道和煤体缝隙之间串气的问题。炉侧壁设置多个(例如20个)用于测量温度、压力和组分的辅助孔7，这些辅助孔采用对焊法兰密封。

本发明的气化炉壳体8的长度(左封头到右封头)为3～15米，优选为5～12米。在本发明的一个实施方式中，壳体8的长度为8米。

本发明的气化炉壳体8的直径(在横截面为圆形的情况下)为1.5～6米，优选为2～5米。在本发明的一个实施方式中，壳体8的直径为3.5米。

对于气化炉壳体8的横截面为椭圆形或其它适当形状的情况，其横截面尺寸可以参照上述圆形横截面的壳体8的横截面面积范围而进行相应的设计选择，以使得其横截面的面积范围与上述圆形横截面的面积范围相当。

本发明的炉膛4的尺寸可以随着壳体8的外形尺寸而相应地调整。例如，在壳体8的长度为8米、壳体8的圆形横截面的直径为3.5米的条件下，本发明的炉膛4的“长×宽×高”可以选择为：5.3米×1.8米×1.8米。

气化剂的组分及其比例关系可以根据不同试验目的而改变。气化剂可以包括空气、氧气、水蒸气、二氧化碳或其任意组合。例如，气化剂的一种组成是体积比为大约1∶1的二氧化碳加氧气的混合气体，气化剂的另一种组成是体积比为大约1∶2的氧气加水蒸气的混合气体。本领域技术人员可以根据其试验目的对气化剂的组成和配比方式进行选择。

气化炉的辅助孔7的出口的法兰与与之相连接的外部法兰利用螺栓相连接，垫片使用金属缠绕垫；外部法兰与密封管相连；在密封管内加入多个塑料片，每两个塑料片之间用高温胶填充；密封用的塑料片分为多条(例如28条)热电偶信号线孔，中心为煤气采样孔。煤气采样孔出口焊接控制阀门，进入分析测试仪器。

气化炉上还可以预留电阻法测量用的孔，可以在其中插入电极和接收器，通过电阻变化数据对炉内空腔发育状况进行反演，进而得到炉内空腔发育情况。

气化炉上还设置多个(例如4个)高温摄像系统观视口5，试验过程中在每个孔内安装一台高温摄像头，并对每个孔用法兰密封。高温摄像头将拍摄到的煤气化过程中炉内图像通过信号线传到显示终端，以对炉内的燃烧状况和空腔进行监控，考察气化产生的空腔在炉内的发育情况。在本发明中使用的高温摄像头可以是公知的高温摄像头，例如炼钢工业中的工业闭路电视系统中使用的高温摄像头。

本发明中气化炉充分考虑了地下煤的气化过程中加压的情况，满足了中试试验中对煤气化加压的需求，可以对常压、加压地下煤的气化以及后退式供风气化工艺进行试验考察。本发明主要有益效果如下：

1.气化炉充分考虑了密封，防止气化通道和煤块缝隙之间的串气以及其它漏气现象。对人孔采用圆形密封封头进行密封，封头内部设置一块定做的隔热密封塞2，在气化剂进口和煤气出口采用对焊法兰进行密封，对炉膛内部煤块不能有效密封的地方采用了加注浆孔，在试验前对气化炉内部进行注浆密封，达到试验时需要的密封效果。

2.气化炉充分考虑了加压气化试验工艺。对地下煤的气化加压气化进行考察是煤地下气化工艺的一部分。在气化炉制造的时候，对气化炉壳体和耐火材料考虑了1.5MPa的耐压压力；在试验前对炉子内部的注浆密封也考虑采用快速凝结水泥，使其在短时间内达到耐压1.5MPa，完全可以加压情况下进行气化试验。

3.本气化炉两个人孔综合考虑了人员进出、装煤、卸煤、出灰等作用，并且由于采用了密封法兰，可以在完成上述作用的同时兼顾了气化试验过程中的密封要求。

4.气化炉的侧面设置了多个用于温度压力组分测量和地下水模拟的辅助孔。在温度压力组分测量孔内同一个孔内设置数个热电偶和一个煤气组分压力测量管，并对测量孔采用密封垫片密封，可以对气化炉内部进行温度测量，并将测量的信号传递到显示终端。在地下水模拟辅助孔里，这些孔用于向炉内按需定量添加水，模拟地下水文情况。

5.气化炉设置了多个高温摄像孔，可以将高温摄像头置于炉内，对炉内火焰和温度场进行视觉监控，也可以对气化炉内气化空腔的形成过程进行充分的观察。

6.气化炉在人孔(例如4个)上设置了多个气化剂进口和煤气出口(例如四个)，可以对不同长度的气化通道进行考察，并且在试验的同时可以采用其中的两个做为辅助孔；这些孔的设置还可以在试验中考察燃烧点后退气化工艺。

7.炉体的壳体8的横截面设置为圆形或椭圆形，有利于炉体承压及密封；炉膛4为矩形，设置长方体煤块的时候可以有效密合，基于这一炉膛的长方体煤块也易于定做。

8.气化炉设置有电阻法测量预留孔，可以在其中插入电极和接收器，通过对电阻变化数据的研究对炉内空腔发育状况进行研究。

本发明在地下煤的气化中试规模试验中充分考虑解决了气化试验过程中气化通道和煤块缝隙之间的串气、试验中加压、装煤、卸煤、各种参数测试和控制、高温摄像头视觉监控等问题，很好的模拟了地下煤的气化现场的各种相关因素，可以实现燃烧点后退(例如，通过选择改变点火口的位置从而改变燃烧过程的走向)，正向鼓风，鲁奇炉式，撞击流式，煤层裂隙发育，催化气化等工艺实验，能够对煤矿现场的地下气化作出更为全面准确的模拟和分析，从而准确完整地得出反映现场情况的工艺参数，进而对煤矿现场的地下气化的工业化作业起到关键性的指导作用。

Claims (12)

1.一种用于地下煤的气化中试试验的气化炉，所述中试试验用于对地下的地质情况进行模拟，进而进行地下煤的常压或加压气化模拟试验，得出能反映现场情况的工艺参数，所述气化炉包括：壳体(8)；所述壳体(8)内部设有炉膛(4)，所述炉膛(4)内用于装填待气化的煤块，所述壳体(8)与所述炉膛(4)之间设有耐火材料层(9)，

所述壳体上设有与所述炉膛(4)连通的下述装置：

至少两个气化剂和煤气进出口(1)；

至少一个用于向炉膛(4)内注浆的注浆孔(6)；

多个用做温度压力组分测量或用做模拟地下含水层时水管道的进口的辅助孔(7)；

至少两个用以观察炉内情况的高温摄像系统观视口(5)；

用于测量炉内反应和空腔发育状况的电阻法测孔；以及

至少一个人孔(3)。

2.如权利要求1所述的气化炉，其特征在于：所述人孔(3)采用密封封头进行密封，封头内部设置隔热密封塞(2)。

3.如权利要求1所述的气化炉，其特征在于：所述壳体(8)为耐压1.5MPa以上的压力容器，所述壳体的横截面为圆形或椭圆形，所述炉膛(4)的横截面为矩形。

4.如权利要求1所述的气化炉，其特征在于：每一个所述高温摄像系统观视口(5)内设置有高温摄像装置及其冷却保护装置。

5.如权利要求1所述的气化炉，其特征在于：所述高温摄像系统观视口(5)内还设有用于气化炉点火的点火装置。

6.如权利要求1所述的气化炉，其特征在于：所述气化剂和煤气进出口(1)通过一个插入人孔中的管道与炉内预先设置的供气化剂流通的气化通道连通。

7.如权利要求6所述的气化炉，其特征在于：对所述管道与所述炉膛(4)的连接处进行密封以避免串气现象，通过使用热强度高的陶瓷粘结材料进行胶合来进行所述密封。

8.如权利要求1所述的气化炉，其特征在于：所述气化剂和煤气进出口(1)的数量为4～8个，所述辅助孔(7)的数量为5～40个，所述高温摄像系统观视口(5)的数量为2～8个，所述人孔(3)的数量为2～4个。

9.如权利要求1所述的气化炉，其特征在于：所述气化剂和煤气进出口(1)的数量为4个，所述辅助孔(7)的数量为20个，所述高温摄像系统观视口(5)的数量为4个，所述人孔(3)的数量为2个。

10.一种用于地下煤的气化中试试验的方法，所述中试试验用于对地下的地质情况进行模拟，进而进行地下煤的常压或加压气化模拟试验，得出能反映现场情况的工艺参数，所述方法以如权利要求1～10中任一项所述的气化炉作为中心设备而进行，所述方法包括以下步骤：

a)通过所述人孔(3)在所述炉膛(4)中装填煤块并随后关闭并密封所述人孔(3)；

b)将气化剂在所述气化炉上游的气体供应系统的混气箱中混合后，从所述气化剂和煤气进出口(1)中的至少一个喷入所述炉膛(4)中；

c)通过选择并控制所述气化剂的压力，在炉内对所装填的煤块进行常压或者加压气化反应；

d)将反应生成的气体从所述气化剂和煤气进出口(1)中的至少一个排出到煤气净化系统；

在试验过程中，通过所述多个辅助孔(7)中的至少一些辅助孔内设置的温度、压力、组分传感器来测量气化炉内不同反应区间的温度、压力、组分，将测量结果通过信号线传输到中央处理器并在显示终端上选择性地显示；

通过在所述高温摄像系统观视口(5)中设置的高温摄像头对炉内燃烧情况进行视觉监控，并将测量结果传输到中央处理器并在显示终端上选择性地显示。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述煤块为长方体。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述多个辅助孔(7)中其它至少一个辅助孔用于向炉内按需定量添加水，以模拟地下水文情况。

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