CN103603647A - 一种地下气化炉及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地下气化炉，包括依次连通的进气通道（1）、气化通道（2）和出气通道（3），所述地下气化炉还包括通入其中的管道（4），所述管道（4）的第一端口（41）伸出地面，第二端口（42）位于气化通道（2）中；所述第二端口（42）连接有清灰装置（6），用于清除地下煤层（7）煤壁上气化附着的积灰；所述管道（4）伸出地面部分与拖拽装置（5）连接，用于拖拽管道（4），使清灰装置（6）处于合适位置。本发明通过在地下气化炉中通入设置有清灰装置的管道，实现煤层气化工作面积灰的清除，并可根据气化工作面的移动而移动，完全适合于煤层地下气化的需要。

Description

一种地下气化炉及其使用方法

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化技术领域，具体涉及一种地下气化炉及其使用方法。

背景技术

煤炭地下气化是开采煤炭的一种新工艺，其原理为：首先从地表向煤层开掘两条通道——进气通道和出气通道，然后在煤层中靠下部用一条水平通道（即气化通道）将进气通道和出气通道连接起来，通道附近的煤体，就是将要气化的区域，称之为气化盘区，或称地下气化炉；之后通过进气通道向煤层输送气化剂并点燃煤层使之进行燃烧气化，从出气通道中排出燃烧气化气体即煤气。

在煤炭地下气化过程中，气化工作面上会附着一层煤灰，随着燃烧的进行，煤灰会逐渐增厚，增厚到一定程度，在重力的作用下会自动剥落外层，煤灰层厚度减小，等待再次积累到一定厚度剥落外层（Laboratory studies on combustioncavity growth in lignite coal blocks in the context of underground coal gasification,Sateesh Daggupati et al.Energy,35(2010):2375-2386）。在燃烧气化过程中，由于煤灰造成了气化剂和煤层的间隔，气化剂需要渗透过灰层或者从灰层的龟裂处透过灰层与煤层接触进行反应，造成煤层与气化剂的接触不充分，影响煤层的气化效率，最终影响煤气品质。

现有技术虽然公开了很多地下气化炉，如CN102562025A公开了一种带有水泥石环的煤炭地下气化炉，但均没有解决气化工作面附着有煤灰，影响气化效率的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种地下气化炉及其使用方法，所述地下气化炉包括清灰装置，且所述清灰装置能够实现随着积灰面的移动而移动，解决由于灰层堆积造成的煤层气化效率低，煤气品质差的问题。

本发明第一方面提供一种地下气化炉，包括依次连通的进气通道、气化通道和出气通道，所述地下气化炉还包括通入其中的管道，所述管道的第一端口伸出地面，第二端口位于气化通道中；所述第二端口连接有清灰装置，用于清除地下煤层煤壁上气化附着的积灰；所述管道伸出地面部分与拖拽装置连接，用于拖拽管道，使清灰装置移动。

优选地，所述地下气化炉连接有监测装置，所述监测装置包括设置于出气通道出气口的煤气测量装置，用于监测出气通道输出煤气中有效成分的含量。

优选地，所述地下气化炉连接有控制装置，用于控制清灰装置的启动和拖拽装置拖拽距离。

优选地，所述管道靠近第二端口处设置有支撑装置，以防止管道的第二端口埋入灰层。

优选地，所述支撑装置为与管道管壁铰接连接的支撑板，所述支撑板在拖拽过程中与管道轴线呈20°以上角度；

或者，所述支撑装置为套在管道靠近第二端口处的支撑套，所述支撑套靠近第二端口处的厚度比远离第二端口处的厚度大。

优选地，所述清灰装置为高能声波发射器、超声波发射器、高压流体吹扫装置、辐条抚刮装置、小颗粒喷射装置或清灰剂喷射装置中的任意1种。

优选地，所述拖拽装置为转轴和/或滑轮组合。

本发明第二方面提供一种如第一方面所述的地下气化炉的使用方法，所述方法包括如下步骤：

（1）准备地下气化炉：将管道放入气化通道，连有清灰装置的管道的第二端口放置于点火点附近；管道第一端口连接拖拽装置；

（2）点火气化煤层：进气通道注入气化剂；出气通道与气化通道的连接处点火，进行煤层的气化；

（3）启动清灰装置，对气化过程中煤层煤壁上附着的积灰进行清除；

（4）拖拽清灰装置。

优选地，步骤（3）所述启动清灰装置的过程为：当煤气中有效组分的含量总和达到15%以上或者二氧化碳含量达到20%以上时，启动清灰装置。

优选地，步骤（4）所述拖拽清灰装置的过程为：当煤气中有效组分的含量总和下降15%以上或者某单一有效组分含量下降20%以上时，拖拽清灰装置。

优选地，所述煤气中有效组分的含量或二氧化碳的含量数据通过监测装置得到。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过在地下气化炉中通入设置有清灰装置的供风管，实现煤层气化工作面积灰的清除，并可根据气化工作面的移动而移动，完全适合于煤层地下气化的需要。

附图说明

图1为本发明提供的地下气化炉的结构示意图；

图2为支撑板43的结构示意图；

图3为支撑套44的结构示意图；

图4为具体实施方式二提供的地下气化炉的结构示意图；

图5为具体实施方式三提供的地下气化炉的结构示意图；

图6为具体实施方式四提供的地下气化炉的结构示意图；

其中，1-进气通道；2-气化通道；3-出气通道；4-管道；5-拖拽装置；6-清灰装置；7-煤层；

41-第一端口，42-第二端口，支撑板43，连接轴431，旋转板432，支撑套44；

辐条抚刮装置61；高压流体吹扫装置62；高能声波发射装置63；

71-积灰层。

具体实施方式

接下来，参考附图，详述本发明的具体实施方式。在本发明的描述中，术语“第一”“第二”等用来将一个部件与另一个部件区分开，而所述部件不被上述术语所定义。

如图1（图1为本发明提供的地下气化炉的结构示意图）所示，本发明提供了地下气化炉，包括依次连通的进气通道1、气化通道2和出气通道3，所述地下气化炉还包括通入其中的管道4，所述管道4的第一端口41伸出地面，第二端口42位于气化通道2中；所述第二端口42连接有清灰装置6，用于清除地下煤层7气化产生的积灰；所述管道4伸出地面部分与拖拽装置5连接，用于拖拽管道4，使清灰装置6移动。

本发明通过清灰装置6对地下气化炉气化工作面的积灰层71进行清除，并可以通过拖拽装置5拖拽管道4，使连接的清灰装置6始终处于积灰层71的位置，由此使得煤层气化工作面的积灰层71能够被及时清除，提高了气化剂与煤层的接触面积，提高了气化效率，保证了煤气的品质。

所述的能够起到清除积灰的具体结构典型但非限制性的包括高能声波发射器、超声波发射器、高压气流吹扫装置、辐条抚刮装置、小颗粒喷射装置或清灰剂喷射装置中的任意1种，或者是其它现有技术公开的清除积灰的结构；所述的清灰装置6与管道4的连接方式典型但非限制性的包括通过螺纹连接、铆接、销连接，或直接焊接等等。

本发明提供的地下气化炉的工作原理为：

进气通道1注入气化剂；出气通道3与气化通道2的连接处点火，气化剂通过扩散作用与煤炭接触，并在狭窄通道内发生气化反应，即在气化通道2内流动的气体扩散到气化工作面上与煤炭接触，在高温作用下发生化学反应生成煤气，反应后还会产生煤灰，煤灰不会立即脱离而是附着在气化工作面上，逐渐积累形成积灰层71，气化剂只能渗透积灰层71或者通过积灰层71的龟裂缝与积灰层71覆盖下的煤层7接触继续发生化学反应，反应生成的煤气也只能透过积灰层71由出气通道3迁移至地面，积灰层71积累到一定厚度（通常有0.3cm～0.8cm）时，在重力作用下自动剥落外层，继续积累到一定厚度再次剥落外层；由于有积灰层71的附着，气化剂与煤层7接触不够充分，气化效果差，影响煤的气化效率和煤气质量；

本发明提供的地下气化炉增设可以随气化工作面移动而移动的清灰装置6，利用清灰装置6清除气化工作面上的积灰层71，使积灰层71及时脱离气化工作面，裸露出新鲜的煤层，增加与气化剂的接触，提高气化效率和煤气质量。

作为优选方案，在管道4靠近第二端口42处还可以设置有防止管道4的第二端口42埋入灰层的支撑装置；如支撑板43，所述支撑板43在拖拽过程中与管道4轴线呈20°以上角度；所述支撑板包括固定在靠近管道4第二端口42处的连接轴431和围绕连接轴431旋转的旋转板432，其结构与合页类似；或者是套在管道4靠近第二端口42处的支撑套44，所述支撑套44靠近第二端口42处的厚度比远离第二端口42处的厚度大。图2为支撑板43的结构示意图，图3为支撑套44的结构示意图。

为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

结合图1对实施例1提供的地下气化炉进行详细说明，实施例1提供的地下气化炉，包括依次连通的进气通道1、气化通道2和出气通道3，所述地下气化炉还包括通入其中的管道4，所述管道4的第一端口41伸出地面，第二端口42位于气化通道2中；所述第二端口42连接有清灰装置6，用于清除地下煤层7气化产生的积灰；所述管道4伸出地面部分与拖拽装置5连接，用于拖拽管道4，使清灰装置6移动。

实施例2：

结合图4（图4为实施例1提供的辐条抚刮装置61辐条展开后的结构示意图）对实施例2提供的地下气化炉进行详细说明，实施例2提供的地下气化炉包括依次连通的进气通道1、气化通道2和出气通道3，所述地下气化炉还包括通入其中的管道4，所述管道4的第一端口41伸出地面，第二端口42位于气化通道2中；所述第二端口42连接有辐条抚刮装置61，优选地，该辐条抚刮装置61的辐条为韧性辐条，用于清除地下煤层7气化产生的积灰；所述管道4伸出地面部分与拖拽装置5连接，用于拖拽管道4，使辐条抚刮装置61移动。

实施例2提供的地下气化炉的工作过程为：

（1）准备地下气化炉：

将管道4放入气化通道2，连有辐条抚刮装置61的管道4的第二端口42放置于点火点附近，此时辐条抚刮装置61的辐条612被束缚物束缚；管道4的第一端口41连接拖拽装置5；

（2）点火气化煤层7：

进气通道1注入气化剂；出气通道3与气化通道2的连接处点火，进行煤层7的气化；

（3）启动辐条抚刮装置61：

随着煤层7的气化，气化工作面不断扩展，扩展到辐条抚刮装置61所在位置时，启动辐条抚刮装置61抚刮气化通道2四周的积灰层71，去除积灰层71，裸露出新鲜的煤层7与气化剂接触，进行气化；

（4）拖拽辐条抚刮装置61：

此步骤是通过监测气化产出的煤气的有效组分的含量变化，判断辐条抚刮装置61是否还能作用到积灰层71，通常能够作用到时，煤气的有效组分含量是稳定的；而作用不到时，由于积灰层71的阻碍，煤气中有效组分的含量会明显下降；因此需要监测煤气的有效组分（H₂、CO、CH₄），当有效组分的总和下降15%以上，或者某单一组分下降超过20%时，通过拖拽装置5拖拽辐条抚刮装置61至气化工作面，继续进行清灰，直至管道4的第二端口42到达进气通道1和气化通道2的连接处，停止工作，并结束气化。

实施例3：

结合图5（图5为实施例3提供的高压流体吹扫装置62的结构示意图）对实施例3提供的地下气化炉进行详细说明，所述地下气化炉包括依次连通的进气通道1、气化通道2和出气通道3，所述地下气化装置还包括通入其中的管道4，所述管道4的第一端口41伸出地面，第二端口42位于气化通道2中；所述第二端口42连接有高压流体吹扫装置62，用于清除地下煤层7气化产生的积灰；所述管道4伸出地面部分与拖拽装置5连接，用于拖拽管道4，使高压流体吹扫装置62移动；

实施例3提供的地下气化炉的工作过程为：

（1）准备地下气化炉：

将管道4放入气化通道2，连有高压流体吹扫装置62的管道4的第二端口42放置于点火点附近，此时高压流体吹扫装置62中没有流体通入；管道4的第一端口41连接拖拽装置5；

（2）点火气化煤层7：

进气通道1注入气化剂；出气通道3与气化通道2的连接处点火，进行煤层7的气化；

（3）启动高压流体吹扫装置62：

随着煤层7的气化，气化工作面不断扩展，扩展到高压流体吹扫装置62所在位置时，向管道4通入流体（如压缩空气、除灰剂和/或者悬浮的小颗粒），流体进入高压流体吹扫装置62，并喷射在积灰层71上，去除积灰层71，裸露出新鲜的煤层7与气化剂接触，进行气化；

（4）拖拽高压流体吹扫装置62：

此步骤是通过监测气化产出的煤气的有效组分的含量变化，判断高压流体吹扫装置62喷射的流体是否还能作用到积灰层71，通常能够作用到时，煤气的有效组分含量是稳定的；而作用不到时，由于积灰层71的阻碍，煤气中有效组分的含量会明显下降；因此需要监测煤气的有效组分（H₂、CO、CH₄），当有效组分的总和下降15%以上，或者某单一有效组分下降超过20%时，通过拖拽装置5拖拽高压流体吹扫装置62至气化工作面，继续进行清灰，直至管道4的第二端口42到达进气通道1和气化通道2的连接处，停止工作，并结束气化。

实施例4：

结合图6（图6为实施例4提供的高能声波发射装置63的结构解剖示意图）对实施例4提供的地下气化炉进行详细说明，所述地下气化炉包括依次连接的进气通道1、气化通道2和出气通道3，所述地下气化设备还包括通入其中的管道4，所述管道4的第一端口41伸出地面，第二端口42位于气化通道2中；所述第二端口42连接有高能声波发射装置6，用于清除地下煤层7气化产生的积灰；所述供风管4伸出地面部分与拖拽装置5连接，用于拖拽供风管4，使高能声波发射装置6移动。

实施例4提供的地下气化炉的工作过程为：

（1）准备地下气化炉：

将管道4放入气化通道2，连有高能声波发射装置63的管道4的第二端口42放置于点火点附近，此时高能声波发射装置63中没有压力气体通入，没有高能声波产生；管道4的第一端口41连接拖拽装置5；

（2）点火气化煤层7：

进气通道1注入气化剂；出气通道3与气化通道2的连接处点火，进行煤层7的气化；

（3）启动高能声波发射装置63：

随着煤层7的气化，气化工作面不断扩展，扩展到高能声波发射装置63所在位置时，每间隔半小时向管道4以2立方米/分钟的速度输送0.5MPa的压力气体（如压缩空气等），输送持续5分钟，压力气体到达气-声转换装置，将气体的动能转化为声波的波动能量，然后通过声波导管将声波发散出去，声波在空中振动传播使得气化工作面上附着的煤灰颗粒处于弹跳悬浮状态，进而脱离气化工作面，裸露出的新鲜煤层7与气化剂充分接触，进行气化；

（4）拖拽高能声波发射装置63：

此步骤是通过监测气化产出的煤气的有效组分的含量变化，判断高能声波发射装置63发射的高能声波是否还能作用到积灰层71，通常能够作用到时，煤气的有效组分含量是稳定的；而作用不到时，由于积灰层71的阻碍，煤气中有效组分的含量会明显下降；因此需要监测煤气的有效组分（H₂、CO、CH₄），当有效组分的总和下降15%以上，或者某单一有效组分下降超过20%时，通过拖拽装置5拖拽高能声波发射装置63至气化工作面，继续进行清灰，直至管道4的第二端口42到达进气通道1和气化通道2的连接处，停止工作，并结束气化。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (11)

1.一种地下气化炉，包括依次连通的进气通道（1）、气化通道（2）和出气通道（3），其特征在于，所述地下气化炉还包括通入其中的管道（4），所述管道（4）的第一端口（41）伸出地面，第二端口（42）位于气化通道（2）中；所述第二端口（42）连接有清灰装置（6），用于清除地下煤层（7）煤壁上气化附着的积灰；所述管道（4）伸出地面部分与拖拽装置（5）连接，用于拖拽管道（4），使清灰装置（6）移动。

2.如权利要求1所述的地下气化炉，其特征在于，所述地下气化炉连接有监测装置，所述监测装置包括设置于出气通道（3）出气口的煤气测量装置，用于监测出气通道（3）输出煤气中有效成分的含量。

3.如权利要求1所述的地下气化炉，其特征在于，所述地下气化炉连接有控制装置，用于控制清灰装置（6）的启动和拖拽装置（5）拖拽距离。

4.如权利要求1所述的地下气化炉，其特征在于，所述管道（4）靠近第二端口（42）处设置有支撑装置，以防止管道（4）的第二端口（42）埋入灰层。

5.如权利要求4所述的地下气化炉，其特征在于，所述支撑装置为与管道（4）管壁铰接连接的支撑板（43），所述支撑板（43）在拖拽过程中与管道（4）轴线呈20°以上角度；

或者，所述支撑装置为套在管道（4）靠近第二端口（42）处的支撑套（44），所述支撑套（44）靠近第二端口（42）处的厚度比远离第二端口（42）处的厚度大。

6.如权利要求1所述的地下气化炉，其特征在于，所述清灰装置（6）为高能声波发射器、超声波发射器、高压流体吹扫装置、辐条抚刮装置、小颗粒喷射装置或清灰剂喷射装置中的任意1种。

7.如权利要求1所述的地下气化炉，其特征在于，所述拖拽装置（5）为转轴和/或滑轮组合。

8.一种如权利要求1～7之一所述的地下气化炉的使用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

（1）准备地下气化炉：将管道（4）放入气化通道（2），连有清灰装置（6）的管道（4）的第二端口（42）放置于点火点附近；管道（4）第一端口（41）连接拖拽装置（5）；

（2）点火气化煤层（7）：进气通道（1）注入气化剂；出气通道（3）与气化通道（2）的连接处点火，进行煤层（7）的气化；

（3）启动清灰装置（6），对气化过程中煤层（7）煤壁上附着的积灰进行清除；

（4）拖拽清灰装置（6）。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤（3）所述启动清灰装置（6）的过程为：当煤气中有效组分的含量总和达到15%以上或者二氧化碳含量达到20%以上时，启动清灰装置（6）。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述拖拽清灰装置（6）的过程为：当煤气中有效组分的含量总和下降15%以上或者某单一有效组分含量下降20%以上时，拖拽清灰装置（6）。

11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述煤气中有效组分的含量或二氧化碳的含量数据通过监测装置得到。

Images