CN104594873A - 煤炭地下气化炉及气化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种煤炭地下气化炉，包括一种煤炭地下气化炉，包括顶板(1)、位于所述顶板(1)下方的煤层(2)、穿过所述顶板(1)之后进入所述煤层(2)的进气孔(3)、穿过所述顶板(1)之后进入所述煤层(2)的出气孔(4)、概呈水平的位于所述煤层(2)内并连通所述进气孔(3)的进气通道(5)、概呈水平的位于所述煤层(2)内并连通所述出气孔(4)的出气通道(6)以及点火孔(7),所述进气通道(5)位于所述出气通道(6)的下方，所述点火孔(7)穿过所述顶板(1)之后进入所述煤层(2)并连通所述进气通道(5)及所述出气通道(6)。本发明进一步提供一种利用上述气化炉进行气化的方法。本发明煤炭地下气化炉及气化方法因设计了点火孔，避免了出气通道堵塞，保证了气化的连续性。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭开采领域，特别涉及一种煤炭地下气化炉及气化方法。
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，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。
现有的煤炭地下气化炉将气化剂通过进气通道送入煤层，在地下的煤层中将煤炭气化后通过出气通道输出地面。在气化过程中，因火区在进气通道附近燃烧，且出气通道较低，极易出现因煤层冒落和灰层升高导致出气通道堵塞。堵塞后会导致进气受阻无法继续进行气化，必须停炉进行处理，不能确保气化工艺运行的连续性。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明提供了一种煤炭地下气化炉及气化方法，所述煤炭地下气化炉的技术方案如下：
一种煤炭地下气化炉，包括顶板、位于所述顶板下方的煤层、穿过所述顶板之后进入所述煤层的进气孔、穿过所述顶板之后进入所述煤层的出气孔、概呈水平的位于所述煤层内并连通所述进气孔的进气通道、概呈水平的位于所述煤层内并连通所述出气孔的出气通道以及点火孔,所述进气通道位于所述出气通道的下方，所述点火孔穿过所述顶板之后进入所述煤层并连通所述进气通道及所述出气通道。
在本发明的一个实施例中，所述出气通道位于所述进气通道的正上方时，所述出气通道与所述进气通道的水平段距离不能小于煤层燃烧后的灰层高度。
在本发明的一个实施例中，所述出气通道位于所述进气通道的斜上方 时，所述出气通道相对于所述进气通道的水平位移距离小于所述顶板冒落时的宽度。
在本发明的一个实施例中，出气通道位于进气通道的正上方，点火孔呈竖直穿过顶板之后进入煤层并连通所述进气通道及所述出气通道。
在本发明的一个实施例中，出气通道位于进气通道的斜上方，点火孔呈一定倾角倾斜穿过顶板之后进入煤层并连通所述进气通道及所述出气通道。
在本发明的一个实施例中，所述进气通道位于所述出气通道正下方，出气孔位于进气孔轨迹内侧，出气孔与进气孔之间的距离小于25米。
一种煤炭地下气化炉，包括若干第一气化单元及一第二气化单元，其中每一第一气化单元包括一穿过顶板进入煤层的第一进气孔及与之连通的位于煤层内的第一进气通道、一穿过顶板进入煤层的第一出气孔及与之连通的位于煤层内的第一出气通道，第二气化单元包括一第二进气孔及与之连通的第二进气通道、一第二出气孔及与之连通的第二出气通道以及一点火孔，点火孔连通第二进气通道及第二出气通道的末端，第一进气通道的末端分别连通第二进气通道，第一出气通道的末端分别连通第二出气通道，运行时，通过点火孔点燃煤层，采用后退式气化方法先气化第二气化单元的煤层，当气化完成后再气化与之连通的各个第一气化单元的煤层。
在本发明的一个实施例中，第二进气通道及每一第一进气通道内设有自由行进的注气管。
一种利用如上所述的煤炭地下气化炉进行煤炭地下气化的方法，包括如下步骤：
步骤1：点火孔内下放点火器后关闭；
步骤2：点火器进行点火；
步骤3：从进气孔下放可以前后拖动的注气管，输入气化剂进行逆向气化；以及
步骤4：通过煤气组分计算气化区域的燃煤量，当燃煤量达到该区域煤层储量的一定比例之后，向后移动注气管进行下一段煤层的气化。
在本发明的一个实施例中，若在气化过程中出气通道堵塞，则打开点火孔作为备用出气孔。所述煤炭地下气化方法的技术方案如下：
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明煤炭地下气化炉因设计了点火孔，不会出现因煤层冒落和灰层升高导致出气通道堵塞问题，同时点火孔具备出气功能，即使出现出气通道堵塞问题，也可以打开点火孔出气，保证了气化的连续性。同时，本发明煤炭地下气化炉方便采用多列联合气化的方式进行气化，优点在于避免了多次点火及实现了煤气的量产。
附图说明
图1为本发明煤炭地下气化炉的实施例一的示意图。
图2为本发明煤炭地下气化炉的实施例一的工作状态示意图。
图3为本发明煤炭地下气化炉的气化方法流程图。
图4为本发明煤炭地下气化炉的实施例二的示意图。
主要元件符号说明
顶板 1
煤层 2
进气孔 3
出气孔 4
进气通道 5
出气通道 6
点火孔 7
燃空区 9
空腔 9a
灰渣 9b
第一进气孔 11、21、31、41
第一出气孔 21、22、23、24
第一进气通道 13、23、33、43
第一出气通道 14、24、34、44
第二进气孔 51
第二出气孔 52
第二进气通道 53
第二出气通道 54
点火孔 70
具体实施例
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
关于实施例一
请参阅图1，本发明煤炭地下气化炉的较佳实施例包括顶板1、位于顶板1下方的煤层2、竖直穿过顶板1之后进入煤层2的进气孔3、竖直穿过顶板1之后进入煤层2的出气孔4、概呈水平的位于煤层2内并连通进气孔3的进气通道5、概呈水平的位于煤层2内并连通出气孔4的出气通道6以及点火孔7。进气通道5位于出气通道6的下方，进气通道5内设有自由行进的注气管，用于输入气化剂。点火孔7竖直或者呈一定倾角倾斜穿过顶板1之后进入煤层2并连通进气通道5及出气通道6的远离进气孔3及出气孔4的一端。
进气孔3主要用于将气化剂通过进气通道5输送至燃烧工作面。点火孔7将进气通道5和出气通道6连接起来，形成一完整的气化通道。出气通道6是将气化后产生的煤气输送至出气孔4并经出气孔4将煤气输送至地面。点火孔7主要用于煤层点火、连接进气通道和出气通道，也可作为备用出气孔。
点火孔7的底部位于煤层2的底板，若煤层2的底板为遇水软化的泥岩，则点火孔7的底部位于煤层2的底板以上0.5米或煤层2下方的泥岩下1米，若煤层2下方为软泥岩，则点火孔7的底部进行水泥固底，防止泥化堵塞钻孔。
进气通道5和出气通道6中下入支护装置进行钻孔支护,支护装置可以是铸铁花管、可燃材料制作的复合管、或玻璃钢管。其中进气通道5优选玻璃钢管，出气通道6优选铸铁花管。
进气通道5位于煤层2的底板上0-0.5米处，具体可根据煤层2下方 的地质性质决定，若煤层2下方为泥岩，进气通道5最优位置位于煤层2的底板上0.5米处，若煤层2下方为硬质岩层，进气通道5可位于煤层2的底部。
出气通道6位于顶板1下方0-0.5米处，考虑到出气通道6的稳定性，一般位于顶板1下方0.5米处。出气通道6可位于进气通道5正上方、也可位于进气通道5的斜上方。出气通道6位于进气通道5正上方时，两条通道的距离取决于煤层2的厚度，若煤层2较薄，两条通道的距离不能小于煤层2燃烧后灰层的高度，此时，点火孔7呈竖直穿过顶板1之后进入煤层2并连通进气通道5及出气通道6。出气通道6位于进气通道5的斜上方时，出气通道6相对于进气通道5的水平位移距离小于顶板1冒落时的宽度，此时，点火孔7呈一定倾角倾斜穿过顶板1之后进入煤层2并连通进气通道5及出气通道6。
本实施例中，进气通道5位于出气通道6正下方，则出气孔4位于进气孔3轨迹内侧，出气孔4与进气孔3之间的距离小于25米。在其它实施例中，进气通道5若位于出气通道6斜下方，则出气孔4可位于进气孔3轨迹内侧，出气孔4也可与进气孔3并列。
请一并参阅图2及图3，本发明煤炭地下气化炉的气化方法的步骤如下：
步骤S101：点火孔7内下放点火器后关闭，点火器位于进气通道5和出气通道6之间的竖直通道。
步骤S102：点火器进行点火。在点火孔7内点火后，控制好进气和出气，在点火孔7内形成稳定火源。点火时一般选择空气作为气化剂。
步骤S103：在形成稳定火区后，从进气孔3下放可以前后拖动的注气管(如连续油管)，下放至火区附近(如图1中的I处)输入气化剂进行逆向气化，气化剂一般为氧气，向注气管和支护管材间的环空注入惰性气体，惰性气体优选二氧化碳，控制好注入气化剂流量和氧气浓度。气化剂流量优选2000-3000立方米/小时。氧气浓度优选60-70％。若在气化过程中出气通道发生堵塞，则打开点火孔7作为备用出气孔。
步骤S104：通过煤气组分计算该区域的燃煤量，当燃煤量达到该区域煤层储量的一定比例(优选为80％)之后，向后移动注气管至II处进行下 一段煤层的气化，一般每次后退距离为3-10米。根据注气管位置及火区位置之间的距离、煤层高度、气化宽度进行该区域煤层储量计算，其中气化宽度是指顶板1冒落时宽度。根据后续系统对压力的要求，通过出气孔4的阀门调节气化炉压力。在本实施例中，通过计算，当I处气化宽度达到13米时，将注气管移至II处，保持进气总量、压力、浓度不变的情况下进行II处到I处之间煤层的气化，优选的，II处到I处间距为6米。当II处到I处之间的煤层气化宽度达到13米时，再次向后拖动注气管6米进行下一工作的气化。当气化完成后，会形成如图2所示的燃空区9，燃空区9主要由空腔9a和灰渣9b构成。
步骤S105：气化至进气孔3的底部时，该炉子气化完成，进行闭炉。
关于实施例二
请参阅图4，图4为本发明煤炭地下气化炉的实施例二的俯视示意图，本实施例是在实施例一的基础上采用多列联合气化的方式进行气化。该煤炭地下气化炉包括若干第一气化单元及一第二气化单元，其中每一第一气化单元包括一穿过顶板进入煤层的第一进气孔11、21、31、41及对应连通的位于煤层内的概呈水平的第一进气通道13、23、33、43、一穿过顶板进入煤层的第一出气孔12、22、32、42及对应连通的位于煤层内的概呈水平的第一出气通道14、24、34、44。第二气化单元包括一第二进气孔51及第二进气通道53、一对应所述第二进气孔51的第二出气孔52及第二出气通道54以及一点火孔70。第二进气通道及每一进气通道内设有可自由行进的注气管。这些进气孔的对应的水平的进气通道分别用虚线表示，位于煤层内邻近底板处；这些出气孔的对应的水平的出气通道分别用虚线表示，位于煤层内邻近顶板处。点火孔70连通第二进气通道53及第二出气通道54的末端。第一进气通道13、23、33、43的末端分别连通第二进气通道53，第一出气通道14、24、34、44的末端分别连通第二出气通道54。运行时，通过点火孔70点燃煤层，采用后退式气化方法先气化第二气化单元的煤层。当气化完成后再气化与之相连接的各个第一气化单元的煤层，也即是采用多列联合气化的方式进行气化。这种气化炉的优点在于避免了多次点火及实现了煤气的量产。
综上所述，本发明提供的煤炭地下气化炉至少具有如下优点：
1.现有技术的煤炭地下气化炉中在运行初期，因火区在进气通道附近燃烧，且出气通道较低，极易出现因煤层冒落和灰层升高导致出气通道堵塞。堵塞后会导致进气受阻无法继续进行气化，必须进行停气处理。不能确保工艺运行的连续性。本发明煤炭地下气化炉因设计了点火孔，使进气通道5及出气通道6的水平段距离保持在同一范围内，不会出现因煤层冒落和灰层升高导致出气通道堵塞问题。同时点火孔7具备出气功能，即使出现出气通道堵塞问题，也可以打开点火孔7出气，保证了气化的连续性，在堵塞的出气通道6处理完后，再关闭点火孔7。
2.本发明煤炭地下气化炉很方便采用多列联合气化的方式进行气化，优点在于避免了多次点火及实现了煤气的量产。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种煤炭地下气化炉，包括顶板(1)、位于所述顶板(1)下方的煤层(2)、穿过所述顶板(1)之后进入所述煤层(2)的进气孔(3)、穿过所述顶板(1)之后进入所述煤层(2)的出气孔(4)、概呈水平的位于所述煤层(2)内并连通所述进气孔(3)的进气通道(5)、概呈水平的位于所述煤层(2)内并连通所述出气孔(4)的出气通道(6)以及点火孔(7),所述进气通道(5)位于所述出气通道(6)的下方，所述点火孔(7)穿过所述顶板(1)之后进入所述煤层(2)并连通所述进气通道(5)及所述出气通道(6)。
2.根据权利要求1所述的煤炭地下气化炉，其特征在于：所述出气通道(6)位于所述进气通道(5)的正上方时，所述出气通道(6)与所述进气通道(5)的水平段距离不能小于煤层燃烧后的灰层高度。
3.根据权利要求1所述的煤炭地下气化炉，其特征在于：所述出气通道(6)位于所述进气通道(5)的斜上方时，所述出气通道(6)相对于所述进气通道(5)的水平位移距离小于所述顶板(1)冒落时的宽度。
4.根据权利要求1所述的煤炭地下气化炉，其特征在于：出气通道(6)位于进气通道(5)的正上方，点火孔(7)呈竖直穿过顶板(1)之后进入煤层(2)并连通所述进气通道(5)及所述出气通道(6)。
5.根据权利要求1所述的煤炭地下气化炉，其特征在于：出气通道(6)位于进气通道(5)的斜上方，点火孔(7)呈一定倾角倾斜穿过顶板(1)之后进入煤层(2)并连通所述进气通道(5)及所述出气通道(6)。
6.根据权利要求1所述的煤炭地下气化炉，其特征在于：所述进气通道(5)位于所述出气通道(6)正下方，出气孔(4)位于进气孔(3)轨迹内侧，出气孔(4)与进气孔(3)之间的距离小于25米。
7.一种煤炭地下气化炉，包括若干第一气化单元及一第二气化单元，其中每一第一气化单元包括一穿过顶板(1)进入煤层(2)的第一进气孔及与之连通的位于煤层(2)内的第一进气通道、一穿过顶板(1)进入煤层(2)的第一出气孔及与之连通的位于煤层内的第一出气通道，第二气化单元包括一第二进气孔(51)及与之连通的第二进气通道(53)、一第二出气孔(52)及与之连通的第二出气通道(54)以及一点火孔(70)，点火孔(70)连通第二进气通道(53)及第二出气通道(54)的末端，第一进气通道的末端分别连通第二进气通道(53)，第一出气通道的末端分别连通第二出气通道(54)，运行时，通过点火孔(70)点燃煤层，采用后退式气化方法先气化第二气化单元的煤层，当气化完成后再气化与之连通的各个第一气化单元的煤层。
8.根据权利要求7所述的煤炭地下气化炉，其特征在于：第二进气通道(53)及每一第一进气通道内设有自由行进的注气管。
9.一种利用如权利要求1所述的煤炭地下气化炉进行煤炭地下气化的方法，包括如下步骤：
步骤1：点火孔内下放点火器后关闭；
步骤2：点火器进行点火；
步骤3：从进气孔下放可以前后拖动的注气管，输入气化剂进行逆向气化；以及
步骤4：通过煤气组分计算气化区域的燃煤量，当燃煤量达到该区域煤层储量的一定比例之后，向后移动注气管进行下一段煤层的气化。
10.根据权利要求9所述的煤炭地下气化方法，其特征在于：若在气化过程中出气通道堵塞，则打开点火孔作为备用出气孔。
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