CN104989365B - 煤炭地下气化温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤炭地下气化温度控制系统，包括设置在地面的自动配气控制系统和煤气组分分析检测系统，以及地下的温度实时监控系统和辅助燃烧系统。本发明能够解决煤炭地下气化过程不可控的技术难题，能根据产品需求对生产过程进行调控，实现自动化操作和连续生产；煤炭地下气化温度控制技术与装备也能对气化环境突变时引起的气化过程障碍做出及时响应和补救，使气化过程迅速回归动态平衡，保证稳定连续的产品煤气输出；自动化程度高，适应面广，操作简单，安全性好，经济环保。

Description

煤炭地下气化温度控制系统

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化工艺和煤炭燃烧综合利用技术领域，具体涉及一种煤炭地下气化温度控制系统。

背景技术

煤炭地下气化技术工艺作为一种新型的化学采煤方法，因其较高的能源转换效率和较低的环境污染水平受到许多资源消耗大国的高度重视。我国贫油少气，虽然具有丰富的煤炭资源，但出于对优质煤炭的限制开采和保护利用，发展煤炭地下气化技术，特别是对劣质煤炭的地下气化，能够一定程度的缓解我国日益加剧的能源紧张问题，具有重大的战略意义和极高的经济价值。

国内在煤炭地下气化方面经过几十年的研究，获得了一系列突破性进展和很多具有实际应用价值的重要科研成果，并且个别地区进行了相应的生产建设，成功的将气化产品应用于工业和民用。然而，实际生产过程中，煤炭地下气化技术工艺仍然存在诸多棘手的问题。例如，受煤炭本身物理化学性质和地质环境等因素的影响，产品煤气通常存在组成不稳定、热值不稳定和产量不稳定等问题，不能保证后续的气体利用过程稳定可靠，降低了产品煤气的实际经济价值。这也是煤炭地下气化技术工艺目前存在的主要问题之一。因此，提高产品煤气的稳定性(组成稳定、热值稳定和产量稳定)对于煤炭地下气化技术工艺的推广和应用具有重大意义。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，保证煤炭地下气化过程稳定运行，提高产品煤气的稳定性，提供一种煤炭地下气化温度控制系统。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种煤炭地下气化温度控制系统，所述的煤炭地下气化温度控制系统包括：

温度实时监控系统，设置在地表以下，用于测量煤炭地下气化盘区内燃烧区单点或多点的瞬时温度，并实时反馈至地面的自动配气控制系统；

煤气组分分析检测系统，设置在地表面以上，用于实时分析检测出口煤气的组成、含量和热值，并反馈至自动配气控制系统，与温度实时监控系统获取的温度数据相互关联；

自动配气控制系统，设置在地表面以上，用于根据所述温度实时监控系统所测得的温度数据对气化过程的进气组成和流量进行自动调节和切换，以实现实际气化温度与既定温度之间的动态平衡；

辅助燃烧系统，设置在地表面以下，用于当地下气化盘区燃烧区温度过低而无法实现系统自动调节时，通过向地下注入燃烧剂进行及时补救，使气化盘区温度迅速升高，维持稳定产气；

所述温度实时监控系统、煤气组分分析检测系统、辅助燃烧系统分别与所述自动配气控制系统连接。

更进一步的技术方案是既定温度为出口煤气热值最高时燃烧区的温度。

更进一步的技术方案是辅助燃烧系统中的燃烧剂为固态燃烧剂。

更进一步的技术方案是温度实时监控系统设置于地下气化盘区的燃烧断面位置。

更进一步的技术方案是煤气组分分析检测系统设置在地表面以上的煤气出口位置。

更进一步的技术方案是辅助燃烧系统是以旁路的形式与所述自动配气控制系统相连。

更进一步的技术方案是自动配气控制系统包括数据采集显示模块、响应分析模块和调控指示模块。

更进一步的技术方案是自动配气控制系统通过气化剂对气化过程的进气组成和流量进行自动调节和切换。

更进一步的技术方案是气化剂包括氧气和水蒸气。

更进一步的技术方案是辅助燃烧系统还包括输送氧气装置，用于与所述燃烧剂同时注入地下燃烧区。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将煤炭地下气化过程的不可控转变为可控，从根本上提供了一种有效控制煤炭地下气化过程的方法和技术，确保气化过程持续稳定运行；该技术方案通过控制煤炭地下气化过程的反应温度，从而有效控制相关物理化学反应，实现气化过程的动态平衡，确保出口煤气在组成、产量和热值方面的稳定，最大化经济效益；同时，该技术方案也能确保气化过程在遭遇环境突变时及时恢复至正常气化状态；操作简单，自动化程度高，成本低，适应性强，安全可靠。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式进行详细描述。

如图1所示，根据本发明的一个实施例，本实施例公开一种煤炭地下气化温度控制系统，包括设置在地面的自动配气控制系统和煤气组分分析检测系统，以及地下的温度实时监控系统和辅助燃烧系统。

为了提高煤炭地下气化过程的可控性和可调性，获得组成、产量和热值稳定的产品煤气，以实现产业化应用和推广，本实施例采取温度监测和煤气监测与自动配气控制系统相结合的方式，通过温度监测和煤气监测的数据反馈实时指导自动配气控制系统对进气组成和流量进行调节和切换，不仅可以确保煤炭地下气化过程稳定运行，获得稳定的产品煤气，还能有效应对气化环境突变，实现连续生产。

具体地，将温度实时监控系统设置于地下气化盘区的燃烧断面附近，实时采集温度数据，并传输至地面的自动配气控制系统；在煤气出口恰当位置设置煤气成分分析检测系统，实时分析检测出口煤气的组成、产量和热值，并将数据传输至自动配气控制系统；同时，辅助燃烧系统也以旁路的形式与自动配气控制系统相连，作为自动配气系统的补充。自动配气控制系统是一个集数据采集显示、响应分析和调控指示的综合管理平台。

本实施例中，首先通过同种煤炭的地面气化预实验获得煤气最高热值条件下的气化温度为1000℃，将1000℃设置为所述自动配气控制系统中的既定温度。煤炭地下气化点火成功后，温度逐渐升高，此阶段只通入氧气，温度实时监控系统实时监测燃烧区的温度，煤气出口的适当位置配置煤气组分分析检测系统，并将所测数据实时传输至自动配气控制系统综合管理平台。待燃烧区温度上升至1000℃时，启动所述综合管理平台中的自动配气控制。本实施例中气化剂采用氧气和水蒸气，在一定的流量条件下(该流量足以维持煤炭地下气化过程顺利进行)，当气化剂仅为纯氧时，气化盘区温度将逐渐升高；当气化剂仅为水蒸气时，气化盘区温度将逐渐降低。因此，保持氧气和水蒸气的恰当比例可以使气化盘区内燃烧区的温度维持在既定温度附近。当燃烧区温度超过1000℃时，自动配气控制系统发出指令对进气组成进行微调，适当减少氧气进气量，提高水蒸气的进气量，燃烧区的温度将逐渐下降；反过来，当燃烧区温度低于1000℃时，自动配气控制系统又将自动提高氧气的进气量，降低水蒸气的进气量，使燃烧区温度逐渐恢复至1000℃。如此往复，地下气化过程将维持在动态平衡状态，获得稳定连续的优质煤气产品。

不同地区的煤炭资源有独特的赋存状态，其气化过程与赋存环境密切相关。气化过程中往往会遭遇地下水渗入等异常情况，影响气化过程顺利进行甚至中断。这种情况下燃烧区温度急剧下降，单纯依靠自动配气调节已不能使其恢复至正常状态。此时，所述控制系统将会自动启动辅助燃烧系统，向地下注入燃烧剂，同时通入氧气，燃烧剂燃烧产生的热量使燃烧区温度迅速升高，从而使气化过程重新恢复至动态平衡，此时，辅助燃烧系统自动停止运行，系统进入自动配气控制状态。

本实施例中启动辅助燃烧系统时所采用的燃烧剂为不易产生爆炸危险的固态燃烧剂。

本实施例的煤炭地下气化温度控制技术与装备能够将不可控的煤炭地下气化过程转变为可控过程，能够根据产品的下游产业化需求对生产过程进行最大程度的准确控制，并实现自动化调控和连续生产。同时，该技术装备也能对气化环境突变时引起的气化过程障碍做出及时响应和补救，使气化过程迅速回归动态平衡，保证稳定连续的产品煤气输出，实现经济效益最大化。该技术装备自动化程度高，适应面广，操作简单，成本低廉，安全性好。

由以上实施例可以看出，本发明通过将温度实时监控系统、煤气组分分析检测系统和辅助燃烧系统与自动配气控制系统相关联，可以解决地下煤炭气化过程不可控的技术难题，使气化过程能够根据产品需求在特定状态下实现动态平衡，实现连续稳定的工业化生产。本发明对有井式和无井式、深层或浅层煤炭的地下气化均适用。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种煤炭地下气化温度控制系统，其特征在于：所述的煤炭地下气化温度控制系统包括：

温度实时监控系统，设置在地表以下，用于测量煤炭地下气化盘区内燃烧区单点或多点的瞬时温度，并实时反馈至地面的自动配气控制系统；

煤气组分分析检测系统，设置在地表面以上，用于实时分析检测出口煤气的组成、含量和热值，并反馈至自动配气控制系统，与温度实时监控系统获取的温度数据相互关联；

自动配气控制系统，设置在地表面以上，用于根据所述温度实时监控系统所测得的温度数据对气化过程的进气组成和流量进行自动调节和切换，以实现实际气化温度与既定温度之间的动态平衡；

辅助燃烧系统，设置在地表面以下，用于当地下气化盘区燃烧区温度过低而无法实现系统自动调节时，通过向地下注入燃烧剂进行及时补救，使气化盘区温度迅速升高，维持稳定产气；所述的辅助燃烧系统中的燃烧剂为固态燃烧剂；所述的辅助燃烧系统是以旁路的形式与所述自动配气控制系统相连；

所述温度实时监控系统、煤气组分分析检测系统、辅助燃烧系统分别与所述自动配气控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的煤炭地下气化温度控制系统，其特征在于所述的既定温度为出口煤气热值最高时燃烧区的温度。

3.根据权利要求1所述的煤炭地下气化温度控制系统，其特征在于所述的温度实时监控系统设置于地下气化盘区的燃烧断面位置。

4.根据权利要求1所述的煤炭地下气化温度控制系统，其特征在于所述的煤气组分分析检测系统设置在地表面以上的煤气出口位置。

5.根据权利要求1所述的煤炭地下气化温度控制系统，其特征在于所述的自动配气控制系统包括数据采集显示模块、响应分析模块和调控指示模块。

6.根据权利要求1所述的煤炭地下气化温度控制系统，其特征在于所述的自动配气控制系统通过气化剂对气化过程的进气组成和流量进行自动调节和切换。

7.根据权利要求6所述的煤炭地下气化温度控制系统，其特征在于所述的气化剂包括氧气和水蒸气。

8.根据权利要求1所述的煤炭地下气化温度控制系统，其特征在于所述的辅助燃烧系统还包括输送氧气装置，用于与所述燃烧剂同时注入地下燃烧区。