CN105804717B - 地下气化的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种地下气化的控制方法，该控制方法包括：获取环境参数；将所述环境参数代入预先建立的数学模型，计算出第一模拟数据信息；根据所述第一模拟数据信息与实际数据信息，得到矫正参数；根据所述矫正参数，计算出燃烧区高度，在燃烧区高度超过预定阈值的情况下，调整地下气化的工艺参数。本发明通过数学模型对环境参数进行计算，从而得出需要的实际运行数值信息，进而提高了对地下气化运行状况检测的准确性，同时能够有效地预防和控制地下气化操作过程，获得最优且最稳定的地下气化状态。
Description
技术领域
本发明涉及矿物气化领域，具体来说，涉及一种地下气化的控制方法。
背景技术
无井式地下气化技术经过了多年的发展，取得了一系列的成果，然而，其仍然存在一些弊端，例如：气化效率和控制方式还存在诸多值得探索之处。
对无井式地下气化由于全过程的不可视性，使得控制气化的手段局限性较大，通常是根据检测出气井的气体产量和成分来调整进气量和进气成分配比，而这种控制手段属于事后控制，其缺点在于被动性比较大，控制周期较长，往往无法达到预期的结果；控制手段的有效性往往同监测方法和监测效果成正比，在以往的研究中，通过套管内下放热电偶监测温度和通过氡的探测分析温度场来间接测定气化强度，通过分析气化区污水和地下水污染物含量来推断气化压力变化范围值，这些手段同样属于事后控制，而且需要大量的实验数据来进行推断，反馈时间较长，而且测量难度较大。
在地下气化过程中，燃烧区高度接近勘探煤层高度，就会影响煤层顶板，从而会使煤层顶板上放的地下水流入燃烧区中，使燃烧区的温度下降，而对于燃烧区高度的探测又比较困难，往往得到的判断都是由于煤气组分急剧下降才被动经行推测，因而想要稳定气化过程，使得出口煤气组分不至于变动过大，需要有一种预判和预先调控的机制。
CN 201410733959.6公开了一种煤炭地下气化炉及炉燃烧状态确定方法，并且具体限定了：在气化炉的出气井和进气井之间钻一排用于测温的钻孔，通过在测温井中放入的热电偶来监测地下温度的扩展范围，从而得到气化炉燃空区形状的大小，从而推断气化进程；
CN 201310615838.7公开了一种确定煤炭地下气化炉内燃空区的方法、装置及系统，并且具体限定了：根据实时采集的煤炭地下气化炉上方的地表放射性物质浓度，获取当前时刻所述煤炭地下气化炉的预设温度等值线，；根据获取的所述预设温度等值线及所述预设气体量，确定当前时刻所述煤炭地下气化炉内所述处于预设状态下的燃空区。
CN 201410733959.6和CN 201310615838.7的缺点在于这些控制需要大量的实验装置，打井和测氡的成本都较高，所得到的信息处理速度比较慢，容易造成反馈机制的延迟并且降低控制气化的效果。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种地下气化的控制方法，能够提高对地下气化运行状况检测的准确性，同时，还能够有效地预防和控制地下气化操作过程，获得最优且最稳定的地下气化状态。本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种地下气化的控制方法。
该方法包括：
获取环境参数；
将环境参数代入预先建立的数学模型，计算出第一模拟数据信息；
根据第一模拟数据信息与实际数据信息，得到矫正参数；
根据矫正参数，计算出燃烧区高度；
在燃烧区高度超过预定阈值的情况下，调整地下气化的工艺参数。
在本发明的一个优选的实施例中，第一模拟数据信息包括：
燃烧区的半径、燃烧区的温度分布模型、燃烧区的长度以及通道出口处的煤气组分。
在本发明的一个优选的实施例中，实际数据信息包括：
实际测量的燃烧区的半径、燃烧区的温度分布模型、燃烧区的长度以及通道出口处的煤气组分。
在本发明的一个优选的实施例中，在获取环境参数之前进一步包括：
根据地下气化的气化数据信息，建立数学模型。
在本发明的一个优选的实施例中，环境参数包括：
气化通道的初始半径、气化剂的流量、气化剂的密度、煤热解后半焦的密度、燃烧区在燃烧时的内部压力。
在本发明的一个优选的实施例中，将环境参数代入预先建立的数学模型，计算出第一模拟数据信息包括：
将环境参数代入数学模型，计算出燃烧区的半径；
根据燃烧区的半径，计算出燃烧区的长度；
根据燃烧区的长度，计算出通道出口处的煤气组分；
根据燃烧区的半径与长度，计算出与煤气组分对应的燃烧区的温度分布模型。
在本发明的一个优选的实施例中，所述工艺参数包括以下至少之一：
气化剂材料、气化剂材料的配比、注气点移动距离。
在本发明的一个优选的实施例中，将第一模拟数据信息与实际数据信息进行对比，得到矫正参数包括：
根据第一模拟数据信息，计算出模拟气化时长；
根据实际数据信息，计算出实际气化时长；
将模拟气化时长与实际气化时长进行对比，得到矫正参数。
在本发明的一个优选的实施例中，将矫正参数代入数学模型，计算出矫正后的燃烧区的半径；
根据矫正后的燃烧区的半径，计算出燃烧区的高度。
在本发明的一个优选的实施例中，控制方法进一步包括：
调整环境参数；
根据调整后的环境参数计算出对应的第二模拟数据信息；
将第一模拟数据信息与第二模拟数据信息分别与目标模拟数据信息进行对比；
将与目标模拟数据信息最接近的模拟数据信息所对应的环境参数确定为目标环境参数。
本发明通过数学模型对环境参数进行计算，从而得出需要的实际运行数值信息，进而提高了对地下气化运行状况检测的准确性，同时能够有效地预防和控制地下气化操作过程，获得最优且最稳定的地下气化状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的地下气化的控制方法的流程图。
具体实施方式
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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种地下气化的控制方法。
如图所示，根据本发明实施例的检测方法，包括：
步骤S101，获取环境参数。
步骤S103，将环境参数代入预先建立的数学模型，计算出第一模拟数据信息。在一个优选的实施例中，第一模拟数据信息包括：燃烧区的半径、燃烧区的温度分布模型、燃烧区的长度以及通道出口处的煤气组分。
步骤S105，根据第一模拟数据信息与实际数据信息，得到矫正参数。在一个优选的实施例中，实际数据信息包括：实际测量的燃烧区的半径、燃烧区的温度分布模型、燃烧区的长度以及通道出口处的煤气组分。
步骤S107，根据矫正参数，计算出燃烧区高度。
步骤S109，在燃烧区高度超过预定阈值的情况下，调整地下气化的工艺参数。在一个优选的实施例中，在燃烧区高度超过预定阈值的情况下，可以通过调整注气点位置，使地下气化正常进行。在另一个优选的实施例中，可以通过更换气化剂材料，或者调整气化剂材料的配比，或者调整注气点的移动距离(本领域人员皆知，该移动距离为地下气化的注气点后退距离)等方式，使地下气化正常进行。
通过本发明的上述方案，能够提高对地下气化运行状况检测的准确性，同时，还能够有效地预防和控制地下气化操作过程，获得最优且最稳定的地下气化状态。
具体的，在本发明的实施例中，根据地下气化的气化数据信息建立基于移动方式的地下气化数学模型。在一个优选的实施例中，气化数据信息可以为移动注气点地下气化的工艺过程以及与其相对应的气化数据。在本实施例中，建立数学模型之后，将获取到的环境参数代入数学模型，计算出燃烧区的半径dr，其中，环境参数包括：气化通道的初始半径dr0、气化剂的流量G0、气化剂的密度ρg0、煤热解后半焦的密度ρM、燃烧区在燃烧时的内部压力P。具体计算燃烧区半径的方法如下：
其中，θ为计算时间，单位h。
由于气化剂中的氧气在气化过程中会全部燃烧，所以其所放出的热量出不能对煤层进行热解和干燥的热量以外，均传递到了煤层(即有效热量)。燃烧段的长度随着煤的燃烧而发生变化，但其变化范围受限于燃烧区的直径。因此，燃烧段的长度Lr与燃烧区的半径dr成比例，其中，燃烧热与气化剂的流量G0、气化剂的密度ρg0、燃烧区在燃烧时的内部压力P相关。具体计算燃烧段的长度的方法如下：
具体的，在本实施例中，气化煤气的产量与煤种(即煤气组分)有关，煤气产量可以分为两部分，具体为热解煤气和气化煤气，通过以上两种能够确定煤气组分，从而可以确定不同温度下煤的最大会发分产量Vmax。此外，由于煤层的温度是随着时间而改变的，因此，热解煤气产量同样随着时间而发生变化，而气化煤气的产量则与气化剂进气量和氧气比例有关，因此，根据下列公式，能够进一步计算出煤气组分。
G＝Gasr+Gasq
G＝kmρM/4dr 2LrVmax exp(-θ)+kqG0yo2
其中，Gasr为热解煤气产量，Gasq为气化煤气产量，km为煤的体积修正系数，Vmax为煤的最大挥发分，kq为比例系数，yo2为氧气比例系数。
通过以上计算出的燃烧区的半径dr与燃烧段的长度Lr，并根据热量传递过程，能够计算出燃烧区的单位距离上的温度分布模型具体计算方法如下：
其中，Cp代表气体比热熔，z代表特定气化通道位置，qmo2代表煤的发热量。
在一个优选的实施例中，以当前气化工艺为计算对象，假设当前气化工艺的环境信息以及其它参数信息为：注气点位置为10m，气化剂流量0.833Nm3/s，煤层密度1600Kg/m3，气化压力0.6MPa，气体热容为1.5KJ/Nm3。将以上参数代入数学模型中，计算得到模型出口煤气组分随计算时长的变化趋势。
接下来，通过数学模型以及煤气组分的变化趋势计算出计算时长(即通过模型计算出的模拟气化时长)。将模拟气化时长θ与实际测得的气化时长θ0进行对比，得出数学模型的时间的矫正值k。在本实施例中，k＝0.75，则实际测得的气化时长＝矫正值×模拟气化时长，即θ0＝kθ＝0.75θ。
具体的，在本实施例中，将θ0＝kθ＝0.75θ代入数学模型进行计算，得出矫正后的计算时长与燃烧区温度以及燃烧区的半径之间的关系。根据物料平衡计算方法，通道出口处的煤气含C量等于气化煤层的含C量，从而能够得出地下气化的燃煤量。在本实施例中，燃煤量＝燃煤体积×燃煤密度，其中，燃煤密度可以在探勘资料中获取，从而能够计算出燃煤体积，在本实施例中，假设燃烧区的体积为椭圆体，则根据计算出的矫正后的燃烧区的半径，能够得出燃烧区的实际高度。
在一个优选的实施例中，如果燃烧区的实际高度高于预定阈值，例如：4.5m时，则确定燃烧区已经烧到地下煤层的顶板，因此，需要调整工艺参数，例如：注气点的位置，使火区移动到未燃烧煤层继续进行气化。
在一个优选的实施例中，还可以通过调整环境参数，从而重新计算出煤气组分随时间的变化趋势，以及对应的煤层温度分布以及燃烧区的半径等数值，将上述数值与未调整环境参数之前的数值进行比较，哪个数值与目标数值更为接近，该数值所对应的环境参数较之另一环境参数更优，则将更优的环境参数作为目标环境参数，并在接下来的工业生产中进行运用，从而使有效气体组分最大化，并且能够对不利因素进行适应性调整，从而实现对地下气化工艺的优化。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过调整环境参数模拟出当前环境参数下的气化状态，从而能够预测出地下气化工艺的工业运行方向，进而降低了地下气化过程的不可控性；以及，通过模型计算能够得到所需的模拟环境参数，减少了大量的实验与现场探测劳动，并且降低工艺成本；此外，本发明通过将模拟数据与现场的实际数据相结合，能够准确的掌握地下气化运行状态的发展动向，从而能够及时对气化实施工艺进行相应的调整，使地下气化始终处于最优状态，从而获得稳定的工业煤气。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)
1.一种地下气化的控制方法，其特征在于，包括：
获取环境参数；
将所述环境参数代入预先建立的数学模型，计算出第一模拟数据信息；
根据所述第一模拟数据信息与实际数据信息，得到矫正参数；
根据所述矫正参数，计算出燃烧区高度；
在所述燃烧区高度超过预定阈值的情况下，调整所述地下气化的工艺参数；
其中，将所述环境参数代入预先建立的数学模型，计算出第一模拟数据信息包括：
将所述环境参数代入所述数学模型，计算出燃烧区的半径；
根据所述燃烧区的半径，计算出燃烧区的长度；
根据所述燃烧区的长度，计算出通道出口处的煤气组分；
根据所述燃烧区的半径与长度，计算出与所述煤气组分对应的燃烧区的温度分布模型。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一模拟数据信息包括：
燃烧区的半径、燃烧区的温度分布模型、燃烧区的长度以及通道出口处的煤气组分。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述实际数据信息包括：
实际测量的燃烧区的半径、燃烧区的温度分布模型、燃烧区的长度以及通道出口处的煤气组分。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述获取环境参数之前进一步包括：
根据地下气化的气化数据信息，建立所述数学模型。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述环境参数包括：
气化通道的初始半径、气化剂的流量、气化剂的密度、煤热解后半焦的密度、燃烧区在燃烧时的内部压力。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述工艺参数包括以下至少之一：
气化剂材料、气化剂材料的配比、注气点移动距离。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，将所述第一模拟数据信息与实际数据信息进行对比，得到矫正参数包括：
根据所述第一模拟数据信息，计算出模拟气化时长；
根据所述实际数据信息，计算出实际气化时长；
将所述模拟气化时长与实际气化时长进行对比，得到所述矫正参数。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，进一步包括：
将所述矫正参数代入所述数学模型，计算出矫正后的燃烧区的半径；
根据所述矫正后的燃烧区的半径，计算出所述燃烧区的高度。
9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，进一步包括：
调整所述环境参数；
根据调整后的所述环境参数计算出对应的第二模拟数据信息；
将所述第一模拟数据信息与所述第二模拟数据信息分别与目标模拟数据信息进行对比；
将与所述目标模拟数据信息最接近的模拟数据信息所对应的环境参数确定为目标环境参数。
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