CN102454397B - 一种新型固体燃料点火器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于远程点火的固体燃料点火器，该固体燃料点火器包括：竖长形状的渗流式可燃外壳，其内部形成容纳空间；固体燃料，设置在容纳空间中；防水引药管，设置在容纳空间中，且被固体燃料包围；点火启动装置，设置在远离外壳及其内容物的位置；点火导线，具有从所述渗流式可燃外壳的上端进入所述容纳空间中并与所述防水引药管相连接的第一端、以及与所述点火启动装置电连接的第二端。本发明向业界提供了一种廉价、高效、简便易行的用于远程点火的固体燃料点火器。

Description

一种新型固体燃料点火器

技术领域

本发明涉及一种新型固体燃料点火器，该点火器适用于煤炭地下气化以及热力采油等领域，而且适合于所有需要远程点火的技术领域。

背景技术

煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热解作用以及化学作用而产生可燃气体的过程。要实现煤炭地下气化首先就要将地下煤层中的煤点燃，如何将地下的含水量很高的煤(甚至是被浸泡过的煤)点燃，是煤炭地下气化的一项关键技术。煤炭地下气化从大的方面分主要有两种工艺：无井式地下气化和有井式地下气化。有井式地下气化是通过人工开拓巷道，在煤层中布置地下气化炉，人可以下到煤层中，在煤层中为气化做充分的准备工作。而无井式气化是通过钻孔打到煤层中，然后在煤层中点火气化。由于两种工艺不同，所以对点火技术的要求也不同，对于有井式地下气化炉的点火而言，由于人可以下到煤层中，在煤层中准备好点火物料，所以点火比较容易。而对于无井式地下气化炉的点火而言，压力、地下水等各种客观因素，给煤层点火带来了许多困难，如何克服地下水的影响、迅速提高煤层的温度并建立火源，是整个点火过程的核心问题。如果能够成功地开发出一种廉价、高效、简便易行的点火装置，将会极大地推动无井式煤炭地下气化的工业性生产，甚至对于整个煤炭地下气化事业的发展起到至关重要的作用。

目前，煤层点火的方法主要分为焦炭点火法，电点火方法，硅烷点火法，化学凝固点火剂点火法以及火箭固体燃烧装置点火法。经过试验表明，使用这些方法都可以成功地点燃煤层，但是都存在着一次点火成功率低、操作过程复杂、操作程序繁琐、操作过程中安全性差以及成本高等缺点。

石油领域火烧驱油是将压缩空气从注气井注入油层，通过人工点火或自燃方式点燃油层，其中原油的重质部分经燃烧后，产生大量热能和燃烧气，驱动层内原油流向生产井原油和燃烧产物以及水一起从油井中采出。火烧驱油是最早用于开发稠油的热力采油技术。火烧驱油是一个具有高温裂解降粘、二氧化碳混相驱、蒸汽驱、热水驱、氮气非混相驱等多元物理和化学反应的复杂过程。

油层点火技术是火烧油层工艺中的要害技术之一。目前的火烧驱油点火技术有层内自燃点火和人工点火两种。对于自燃点火来说，现场试验表明，在含油层内点燃并建立燃烧前缘所花费的时间短则几天，多则长达几十天，花费的时间视地层原油的物理性质和化学成分而异。根据室内试验资料，油层中原油的燃烧温度在410℃～430℃范围内。假如油藏含有对自燃敏感反应充分的原油，而且具有较高的油层温度，当注入空气后会发生一定程度的氧化作用(低温氧化作用)，氧化反应伴随着放热，致使油层温度缓慢上升。温度升高以后，又加速了原油的氧化反应速度，从而导致温度进一步升高。这一过程一直延续到原油自发着火，进而引燃油层。自发着火不需要外加任何点火设备。假如油层温度较低，或者预备进行火烧油层的油藏含有难氧化原油，不能保证短时间内自燃，这时就要从外部提供热量，将点火井井底四周地带加热到地层原油的燃烧温度，而后向该地带注氧化剂，以加快油层的自燃速度。目前，外供热量点燃油层可使用：气体燃料加热器、液体燃料加热器、电加热器。经过试验表明，使用这些方法都可以成功地点燃油层，但是都存在着结构复杂，施工复杂，发热量大，点火时间短，控制温度难，易烧坏套管，自身烟气影响点火判定，安全性差等缺点。

专利文献200810119355.7(发明名称为“含水煤层控水引燃器”，公开号为CN101382066)作为现有技术(其构造如图1示意性地所示，其包括金属套1、电炉丝2、隔热棉3、瓷套4、导线5)，提供了一种煤炭地下气化炉的点火工艺，这一工艺主要是针对无井式气化炉的点火方法。该方法的基本思想是将电炉丝固定在一导热良好且密封性能好的金属容器内，然后给电炉丝通入电流，利用电能转化为热能，达到煤层的着火点从而将煤层点燃。该现有技术存在的缺点是：一次点火成功率低、操作过程复杂、操作程序繁琐、操作过程中安全性差以及成本高，等等。

发明内容

本发明向业界提供一种能够克服现有技术的上述不足的、廉价、高效、简便易行的用于远程点火的固体燃料点火器，该固体燃料点火器包括：渗流式可燃外壳，该渗流式可燃外壳是竖长形状的，内部形成容纳空间；固体燃料，设置在所述渗流式可燃外壳的容纳空间中；防水引药管，设置在渗流式可燃外壳的所述容纳空间中，且被所述固体燃料包围；点火启动装置，设置在远离所述渗流式可燃外壳及其内容物的位置；点火导线，所述点火导线的长度与所述点火启动装置和所述渗流式可燃外壳之间的距离相匹配，所述点火导线具有从所述渗流式可燃外壳的上端进入所述容纳空间中并与所述防水引药管相连接的第一端、以及与所述点火启动装置电连接的第二端。

在本发明的固体燃料点火器的一种优选实施方式中，所述渗流式可燃外壳开设有通气孔，优选地，通气孔可以为多个，并布置在外壳的侧面、顶面以及底面。

在本发明的一种优选实施方式中，还设有用于探测所述固体燃料点火器的燃烧状态的热电偶连接线，该热电偶连接线与所述点火导线并排地布置，该热电偶连接线具有与所述渗流式可燃外壳相邻地布置的第一端、以及与所述点火启动装置相邻地布置的第二端。

在本发明的固体燃料点火器的一种优选实施方式中，还设有与所述渗流式可燃外壳相连接的重锤。

在本发明的固体燃料点火器的一种优选实施方式中，所述重锤设置在所述渗流式可燃外壳的上方。

在本发明的固体燃料点火器的一种优选实施方式中，所述防水引药管的外部设有防水密封，所述防水引药管的内部设有易然物质以及点火条，所述点火条包括电阻丝和含火药的电子点火头，由所述点火启动装置发出并经由所述点火导线传导的瞬间电流能够通过所述电阻丝而使电阻丝发热，从而点燃所述电子点火头中的火药，并随即点燃所述防水引药管的内部所设置的所述易然物质。

在本发明的固体燃料点火器的一种优选实施方式中，所述固体燃料包括在高压状态下短时间内不受水影响并且在燃烧时放出高热量、并能平稳持续地放热的固体燃料，所述固体燃料选自酒精块、工业固体燃料块，煨煤或它们的组合物。

在本发明的固体燃料点火器的一种优选实施方式中，所述防水引药管设置在所述渗流式可燃外壳的容纳空间的中上部，例如设置在所述容纳空间的高度方向的上半段(上1/2段)中，或者更优选地设置在所述容纳空间的高度方向的上1/4段中。

本发明的上述的以及附加的目的、特征以及优点将通过以下描述而更为显明。

附图说明

图1是现有技术文献CN101382066的示意图。

图2是本发明的新型点火器的示意图。

图3是本发明的新型点火器在地下远程点火位置中的示意图。

【附图标记-部件”明细表】

现有技术

1.金属套

2.电炉丝

3.隔热棉

4.瓷套

5.导线

本发明

5A.点火导线

6.渗流式可燃外壳

7.防水引药管

8.固体燃料

9.点火启动装置

10.热电偶连接线

11.固体燃料点火装置

12.煤层(油层)

13.重锤

14.套管

具体实施方式

如图2和图3所示(特别参考图2)，本发明提供一种用于远程点火的固体燃料点火器，该固体燃料点火器包括：渗流式可燃外壳6，该渗流式可燃外壳6是竖长形状的，内部形成容纳空间；高能固体燃料8，设置在所述渗流式可燃外壳6的容纳空间中；防水引药管7，设置在渗流式可燃外壳6的所述容纳空间中，且被所述高能固体燃料8包围；点火启动装置9，设置在远离所述渗流式可燃外壳6及其内容物的位置；点火导线5，所述点火导线5的长度与所述点火启动装置9和所述渗流式可燃外壳6之间的距离相匹配，所述点火导线5具有从所述渗流式可燃外壳6的上端进入所述容纳空间中并与所述防水引药管7相连接的第一端、以及与所述点火启动装置9电连接的第二端。

在本发明的固体燃料点火器的一种优选实施方式中，所述渗流式可燃外壳6开设有通气孔。优选地，通气孔可以为多个，并布置在外壳的侧面、顶面以及底面。

在本发明的一种优选实施方式中，还设有用于探测所述固体燃料点火器的燃烧状态的热电偶连接线10，该热电偶连接线10与所述点火导线5并排地布置，该热电偶连接线10具有与所述渗流式可燃外壳6相邻地布置的第一端、以及与所述点火启动装置9相邻地布置的第二端。

在本发明的固体燃料点火器的一种优选实施方式中，还设有与所述渗流式可燃外壳6相连接的重锤13。

在本发明的固体燃料点火器的一种优选实施方式中，所述重锤13设置在所述渗流式可燃外壳6的上方，并连接在所述热电偶连接线10上。

在本发明的固体燃料点火器的一种优选实施方式中，所述防水引药管7的外部设有防水密封，所述防水引药管7的内部设有易然物质以及点火条，所述点火条包括电阻丝和含火药的电子点火头，由所述点火启动装置9发出并经由所述点火导线5传导的瞬间电流能够通过所述电阻丝而使电阻丝发热，从而点燃所述电子点火头中的火药，并随即点燃所述防水引药管7的内部所设置的所述易然物质。

在本发明的固体燃料点火器的一种优选实施方式中，所述高能固体燃料8包括在高压状态下短时间内不受水影响并且在燃烧时放出高热量、并能平稳持续地放热的固体燃料，所述固体燃料选自酒精块、工业固体燃料块，煨煤或它们的组合物。

在本发明的固体燃料点火器的一种优选实施方式中，所述防水引药管设置在所述渗流式可燃外壳6的容纳空间的中上部，例如设置在所述容纳空间的高度方向的上半段(上1/2段)中，或者更优选地设置在所述容纳空间的高度方向的上1/4段中。

下面结合附图来说明本发明的一些非限制性的实例，以及本发明的各种变化方式。

如图2和图3所示，本发明专利提供的固体燃料点火装置11总体而言包括点火启动装置9、防水引药管7、高能固体燃料8以及渗流式可燃外壳6。

防水引药管7为圆柱体，长度可以为10-40cm，直径可以为1-5cm，可以由木质、金属或者硬纸等材料制成，外面用塑料、防水胶等防水物品进行密封，用以防止地下水对其的影响。

防水引药管7的内部装有火药等易燃物体，防水引药管7中还放置有点火条，点火条通过点火导线5与点火启动装置9连接。当启动点火装置以后，防水引药管7里的点火条就会起燃，点火条的起燃会瞬间点燃防水引药管7里的易燃物体，使防水引药管7燃烧，防水引药管7的燃烧产生大量的热，将高能固体燃料8点燃。在通入氧化剂(空气或氧气)的条件下，本发明的固体燃料点火装置中的燃料将迅速剧烈地燃烧，持续放出大量的热。热量通过热辐射和热传导的方式向周围传导，作用到周围待点燃介质(煤层或油层11等碳氢化合物)，使其温度达到燃点并在氧化剂(空气、氧气)作用下持续燃烧，达到点火目的。

防水引药管7放在点火装置的中上部，直接和高能固体燃料8接触。高能固体燃料8是由一些高压状态下短时间内不受水影响的，燃烧时放出高热量，并能平稳的持续放热的固体组成，例如，酒精块、固体燃料块，煨煤等。固体燃料的用量是根据周围待点燃介质的起燃点、湿度、地下水的情况、待点燃介质的量多少以及固体燃料本身的发热量来决定的。本发明的固体燃料点火装置的渗流可燃外壳6可以由塑料、树脂等高强度可燃有机类材料制成，其外形尺寸可以根据钻孔的大小调整；外壳6的厚度可以为5-10mm，外壳6上面开有多个通气孔，这些通气孔的直径可以为5-10mm。在高温作用下，外壳6将熔化燃烧。

本发明的新型固体燃料点火装置中的点火启动装置9使用的是电子点火器，该电子点火器与防水引药管7之间用点火导线5连接，点火导线的5的一端连接电子点火器，另一端连接点火条。点火条的末端与纸质防水引药管7中火药相连接。防水引药管7长30cm，直径为3cm，里面装有火药。为了防止地下水对防水引药管7中火药的破坏，防水引药管7外面用塑料薄膜和防水胶布等进行密封。

根据本发明的一个方面，点火条是由电阻丝和含火药的电子点火头组成(与点燃冷焰火的点火头一样)，是利用瞬间电流通过电阻丝，令电阻丝发热从而点燃电阻丝上火药的原理，使电子点火头瞬间点火(类似于火柴)。

根据本发明的一个方面，点火启动装置可以包括：箱体、点火控制器、36v变压器、36v蓄电池，导线等。首先利用220V民用电源经过变压器对点火启动装置内的蓄电池进行充电，待充电结束后，将连有点火头的导线连接到点火启动装置，启动点火控制器，蓄电池进行瞬间放电，电流通过电阻丝，使其发热进而点燃电阻丝上火药(类似冷焰火电子点火器)。

本发明可以使用的“煨煤”是煤的一种，属于烟煤(内蒙烟煤按照低位发热量大致划分为精煤、二精煤和煨煤，精煤是指低位发热量大于5500大卡/千克的烟煤，二精煤是指低位发热量在5000-5500大卡/千克之间的烟煤，低位发热量在5000大卡/千克以下的基本为煨煤)。煨煤在市场上有销售。煨煤燃点低、热量高，一根火柴、一张纸就能把它点燃，它的燃烧不是短期的、爆发式的燃烧，而是持久的、缓慢的燃烧。

本发明可以使用的“工业固体燃料块”为白色状固体，可由乌洛托品(六亚甲基四胺)和硬脂酸或石蜡，也可由低沸点醇、羧酸脂、烷烃、芳香烃或它们的混合物与胶凝剂、火焰调节剂、膨松体等制成。该工业固体燃料块市场上有销售，如沈阳市东陵化工有限公司。该工业固体燃料块具有容易点燃、火焰大小均匀、热值高、火焰均一、携带方便，燃烧时无毒、无异味、无污染、安全、成本低等优点。

本发明可以使用的工业固体燃料块是油脂类物质，水的浸泡对其可燃性能没有影响。并且，在点燃的时候，将向井内吹送高压空气，该高压空气能够将水压排掉，保证燃料块周围无水的环境。

根据本发明的一个非限制性的例子，承压的外壳6可以由PE管制成，长为150cm，直径为16cm，厚度为0.8cm，开设有多个直径为1cm左右的圆孔。外壳6内部装有高能固体燃烧剂和煨煤的混合物，防水引药管7的位置如图1所示，放在点火器的中上部，与高能固体燃料8直接接触。点火器大部分被下放到套管14以下的裸孔段。由于点火器自重很小，钻孔内往往存有地下水，为了能顺利下放，点火装置可以附有重锤，并且配有热电偶，用以测量点火时点火位置的温度变化，判断点火成功与否。

本发明的点火器的设计思想主要在于可以很简单地点燃煤层或油层11，与以往的点火装置相比优势就在于操作的简便性，成本低，结构简单，生产容易，受到地下水影响小、或者不受地下水的影响。

本发明的点火器的尺寸可以变化，变化的主要依据是套管14的粗细，如果在巷道里进行点火，外壳的形状也可以圆柱形之外的其它形状。

本发明的引药管的位置也可以变化，但是一般要放到点火装置的中上部，以利于将整个点火装置自上而下地点燃并充分燃烧(这是考虑到助燃用的空气或氧气是自上而下地供给的)。

本发明的引药管的个数可以变化，可以是一个，也可以是多个。在设置多个引药管时，各引药管可以布置为同时地起燃，也可以布置为依次地起燃。

本发明的高能固体燃料可以有很多选择，各种燃烧值的煤、焦炭、工业固体燃料；设置有柴油、汽油的瓶子等等，都可以选用。

高能固体燃料8的填充方式可以是多种，根据实际需要，可以按照燃料的类别(煤、焦炭、酒精块、工业固体燃料块，等等)分层地填充，也可以将各类固体燃料按照不同的比例相混合地填充。在分层填充时，例如，可以按照各种燃料被点燃的容易程度从高向低，而与引药管的距离从近到远地布置(换言之，最容易被点燃的燃料布置得最为靠近引药管，相对最不易被点燃的燃料被布置得最为远离引药管)，以使得各种燃料被最为合理点燃、最为有效地燃烧发热。

本发明的有益技术效果

(1)可以在短时间内点燃煤层、油层，点火效率高；

(2)一次性点火成功率高；

(3)装置简单，成本低廉；

(4)操作程序简单，操作安全性高；

(5)对钻井套管破坏较小，能够实现再次点火，不会影响后续的煤层气化、采油工作。

Claims (8)

1.一种用于远程点火的固体燃料点火器，该固体燃料点火器包括：

渗流式可燃外壳(6)，该渗流式可燃外壳(6)是竖长形状的，内部形成容纳空间；

固体燃料(8)，设置在所述渗流式可燃外壳(6)的容纳空间中；

防水引药管(7)，设置在渗流式可燃外壳(6)的所述容纳空间中，且被所述固体燃料(8)包围；

点火启动装置(9)，设置在远离所述渗流式可燃外壳(6)及其内容物的位置；

点火导线(5)，所述点火导线(5)的长度与所述点火启动装置(9)和所述渗流式可燃外壳(6)之间的距离相匹配，所述点火导线(5)具有从所述渗流式可燃外壳(6)的上端进入所述容纳空间中并与所述防水引药管(7)相连接的第一端、以及与所述点火启动装置(9)电连接的第二端，

固体燃料(8)的填充方式可以按照燃料的类别分层地填充；或者可以将各类固体燃料按照不同的比例相混合地填充；

所述防水引药管(7)的外部设有防水密封，所述防水引药管(7)的内部设有易然物质以及点火条，所述点火条包括电阻丝和含火药的电子点火头，由所述点火启动装置(9)发出并经由所述点火导线(5)传导的瞬间电流能够通过所述电阻丝而使电阻丝发热，从而点燃所述电子点火头中的火药，并随即点燃所述防水引药管(7)的内部所设置的所述易然物质。

2.如权利要求1所述的固体燃料点火器，其特征在于：所述渗流式可燃外壳(6)开设有通气孔。

3.如权利要求1所述的固体燃料点火器，其特征在于：还设有用于探测所述固体燃料点火器的燃烧状态的热电偶连接线(10)，该热电偶连接线(10)与所述点火导线(5)并排地布置，该热电偶连接线(10)具有与所述渗流式可燃外壳(6)相邻地布置的第一端、以及与所述点火启动装置(9)相邻地布置的第二端。

4.如权利要求1所述的固体燃料点火器，其特征在于：还设有与所述渗流式可燃外壳(6)相连接的重锤(13)。

5.如权利要求4所述的固体燃料点火器，其特征在于：所述重锤(13)设置在所述渗流式可燃外壳(6)的上方。

6.如权利要求1所述的固体燃料点火器，其特征在于：所述固体燃料(8)包括在高压状态下短时间内不受水影响并且在燃烧时放出高热量、并能平稳持续地放热的固体燃料，所述固体燃料选自工业固体燃料块。

7.如权利要求1所述的固体燃料点火器，其特征在于：所述防水引药管(7)设置在所述渗流式可燃外壳(6)的容纳空间的高度方向的上半段中。

8.如权利要求1所述的固体燃料点火器，其特征在于：所述防水引药管(7)设置在所述渗流式可燃外壳(6)的容纳空间的高度方向的上1/4段中。