CN110206524A - 煤炭地下气化炉助燃材料注入系统及方法 - Google Patents

Abstract

煤炭地下气化炉助燃材料注入系统，包括控制中心、气化剂供应系统、助燃材料供应系统、注气管道、出气管道、气象色谱仪和温度传感器，气化剂供应系统的出口和助燃材料供应系统的出口均与注气管道的进口连接，注气管道的出口与气化炉的进口连接，出气管道的进口与气化炉的排气口连接，气化炉上设有点火装置，控制中心通过同轴电缆分别与气化剂供应系统、助燃材料供应系统、气象色谱仪、温度传感器和点火装置连接。本发明还公开了煤炭地下气化炉助燃材料注入系统的注入方法。本发明能够根据气化过程煤层燃烧情况进行调控，当燃烧区温度过低，难以继续气化时及时向地下气化炉充入助燃剂和富氧空气，保证气化继续稳定连续进行。

Description

煤炭地下气化炉助燃材料注入系统及方法

技术领域

本发明属于煤炭气化技术领域，具体涉及一种煤炭地下气化炉助燃材料注入系统及方法。

背景技术

煤炭地下气化技术从根本上改变了煤炭的开采与利用方式，它是将地下赋存的煤在原位进行有控制地燃烧、通过热作用及化学作用产生可燃气体（CO、CH₄、H₂等）、综合开发清洁能源的工艺过程。产生的可燃气体可以联合循环发电、提取纯氢以及用作化工原料气、工业燃料气、城市民用煤气等。该工艺过程集合了建井完井、地下采煤和煤气化工艺技术，具有安全性好、投资小、效益高、污染少等优点。

在煤炭地下气化工业化生产前，煤炭地下气化往往进行中试试验，可以改进、完善实验室成果和理论成果，消除各种不确定性因素，取得可靠的数据，使之与其他相关技术匹配，与生产实际相符合，从而使新技术顺利应用到工业生产中。现有技术中存在以下缺陷：煤炭地下气化初期气化空间小、煤层湿度大，以及煤品低（高灰高硫的劣质煤）等因素导致点火困难的技术难题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种提高点火成功率、缩短点火时间、操作简单、安全性好的煤炭地下气化炉助燃材料注入系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：煤炭地下气化炉助燃材料注入系统，包括控制中心、气化剂供应系统、助燃材料供应系统、注气管道、出气管道、气象色谱仪和温度传感器，气化剂供应系统的出口和助燃材料供应系统的出口均与注气管道的进口连接，注气管道的出口与气化炉的进口连接，出气管道的进口与气化炉的排气口连接，控制中心、气化剂供应系统、助燃材料供应系统和气象色谱仪均设置在地面上，气象色谱仪的监测端，温度传感器设置在邻近气化炉处，气化炉上设有点火装置，控制中心通过同轴电缆分别与气化剂供应系统、助燃材料供应系统、气象色谱仪、温度传感器和点火装置连接。

气化剂供应系统包括气化剂调配装置，气化剂调配装置的出气口通过供气管与注气管道的进口连接，供气管上设有流量调节阀和流量计。

助燃材料供应系统包括支架、助燃剂储集罐、电动机、变速器和小型螺旋输送机，电动机、变速器和小型螺旋输送机均设置在支架上，电动机通过变速器与小型螺旋输送机的动力输入端传动连接，小型螺旋输送机的一端顶部设置有进料口，小型螺旋输送机的另一端底部设置有出料口，助燃剂储集罐下端口与小型螺旋输送机的进料口连接，小型螺旋输送机的出料口与注气管道的进口连接。

小型螺旋输送机的螺旋输送轴的直径为100 mm，螺旋输送轴上的螺旋叶片的螺距为100 mm，螺旋输送轴的长度1 m；变速器的转速分为三个档位：71 r/min、90 r/min、112r/min，该转速与小型螺旋输送机对应的输送能力为1.1 m³/h、1.4 m³/h、1.9 m³/h 。

煤炭地下气化炉助燃材料注入系统的注入方法，包括以下步骤，

（1）在目标煤层处设置气化炉，安装并对应连接煤炭地下气化炉助燃材料注入系统，；

（2）启动气化剂调配装置，用纯氧作为气化剂，通过注气管道注入到目标煤层内的气化炉位置，气化剂的流速为20～60 L/h；

（3）控制中心控制点火装置开始点火，启动电动机，并调节变速器的转速调为最高转速112 r/min，电动机通过变速器带动小型螺旋输送机将助燃剂储集罐中的助燃材料源源不断输送到注气管道的进口；

（4）在气化剂气体的吹动下，助燃剂被不断的输送到气化炉的点火位置，并参与燃烧产生大量的热量，促进点火成功，减少点火时间，增大点火成功概率；

（5）气化炉被点火成功后对煤炭进行气化，气化生成的气体产物通过出气管道排出，温度传感器实时监气体产物的温度，气象色谱仪实时检测气体产物中的组分；

（6）气象色谱仪和温度传感器将实时检测到的数据传输到控制中心，当温度传感器监测到的气体产物温度越来越高并逐渐稳定，并且气象色谱仪检测气体产物中的 H₂、CO、CH₄、CO₂的含量也达到要求说明点火成功；

（7）随后控制中心对气化剂调配装置发布指令降低气化剂中氧气含量，提高空气和水蒸气的含量，并且对助燃剂供应系统的电动机发布关机指令；

（8）当温度传感器监测到的温度越来越低，气象色谱仪检测的产物气体的组分也不符合要求时，说明气化过程进行困难，温度传感器和/或气象色谱仪检测将信号传输给控制中心，控制中心对气化剂调配装置发布指令适当增加气化剂中氧气的含量，并对助燃剂供应系统发布开机指令；

（9）当温度传感器监测到的温度和气象色谱仪检测到的气体产物都恢复正常并稳定时，重复步骤（6）和（7）。

采用上述技术方案，本发明与常规技术相比有如下特点及优势：

1、气化剂调配装置可以根据控制中心发出的指令调配空气、氧气和水蒸气的比例，以及混合气体压力能保证提供合适稳定的气化剂；

2、流量调节阀可根据气化情况调节气化剂流量；流量计可以实时测量气化剂流量；

3、助燃剂储集罐为圆筒状，容积为500 L，顶部可以打开便于添加助燃剂；助燃材料供应系统可以根据控制中心发出的指令，通过调节小型螺旋输送机的转速档位来调节输送能力，保证气化稳定进行；

4、注气管道的内径为100 mm。注气管道用于向气化区输送气化剂和助燃剂；

5、温度传感器的温度检测范围0～1600℃，可以实时监测产物气体的温度并及时传输到控制中心；排气管道的出气口安装有气象色谱仪，可以实时检测产物气体组分并及时传输到控制中心；

6、控制中心可以对温度传感器和气象色谱仪传输的信息进行分析决策，根据气化情况对气化剂供应系统和助燃材料供应系统发布相应指令。

综上所述，本发明能够根据气化过程煤层燃烧情况进行调控，当燃烧区温度过低，难以继续气化时及时向地下气化炉充入助燃剂和富氧空气，保证气化继续稳定连续进行。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的煤炭地下气化炉助燃材料注入系统，包括控制中心4、气化剂供应系统1、助燃材料供应系统2、注气管道14、出气管道15、气象色谱仪5和温度传感器6，气化剂供应系统1的出口和助燃材料供应系统2的出口均与注气管道14的进口连接，注气管道14的出口与气化炉（图中未示出）的进口连接，出气管道15的进口与气化炉的排气口连接，控制中心4、气化剂供应系统1、助燃材料供应系统2和气象色谱仪5均设置在地面上，气象色谱仪5的监测端，温度传感器6设置在邻近气化炉处，气化炉上设有点火装置16，控制中心4通过同轴电缆17分别与气化剂供应系统1、助燃材料供应系统2、气象色谱仪5、温度传感器6和点火装置16连接。

气化剂供应系统1包括气化剂调配装置11，气化剂调配装置11的出气口通过供气管与注气管道14的进口连接，供气管上设有流量调节阀12和流量计13。

助燃材料供应系统2包括支架3、助燃剂储集罐9、电动机8、变速器18和小型螺旋输送机10，电动机8、变速器18和小型螺旋输送机10均设置在支架3上，电动机8通过变速器18与小型螺旋输送机10的动力输入端传动连接，小型螺旋输送机10的一端顶部设置有进料口，小型螺旋输送机10的另一端底部设置有出料口，助燃剂储集罐9下端口与小型螺旋输送机10的进料口连接，小型螺旋输送机10的出料口与注气管道14的进口连接。

小型螺旋输送机10的螺旋输送轴的直径为100 mm，螺旋输送轴上的螺旋叶片的螺距为100 mm，螺旋输送轴的长度1 m；变速器18的转速分为三个档位：71 r/min、90 r/min、112 r/min，该转速与小型螺旋输送机10对应的输送能力为1.1 m³/h、1.4 m³/h、1.9 m³/h 。

煤炭地下气化炉助燃材料注入系统的注入方法，包括以下步骤，

（1）在目标煤层7处设置气化炉，安装并对应连接煤炭地下气化炉助燃材料注入系统，；

（2）启动气化剂调配装置11，用纯氧作为气化剂，通过注气管道14注入到目标煤层7内的气化炉位置，气化剂的流速为20～60 L/h；

（3）控制中心4控制点火装置16开始点火，启动电动机8，并调节变速器18的转速调为最高转速112 r/min，电动机8通过变速器18带动小型螺旋输送机10将助燃剂储集罐9中的助燃材料源源不断输送到注气管道14的进口；

（4）在气化剂气体的吹动下，助燃剂被不断的输送到气化炉的点火位置，并参与燃烧产生大量的热量，促进点火成功，减少点火时间，增大点火成功概率；

（5）气化炉被点火成功后对煤炭进行气化，气化生成的气体产物通过出气管道15排出，温度传感器6实时监气体产物的温度，气象色谱仪5实时检测气体产物中的组分；

（6）气象色谱仪5和温度传感器6将实时检测到的数据传输到控制中心4，当温度传感器6监测到的气体产物温度越来越高并逐渐稳定，并且气象色谱仪5检测气体产物中的 H₂、CO、CH₄、CO₂的含量也达到要求说明点火成功；

（7）随后控制中心4对气化剂调配装置11发布指令降低气化剂中氧气含量，提高空气和水蒸气的含量，并且对助燃剂供应系统的电动机8发布关机指令；

（8）当温度传感器6监测到的温度越来越低，气象色谱仪5检测的产物气体的组分也不符合要求时，说明气化过程进行困难，温度传感器6和/或气象色谱仪5检测将信号传输给控制中心4，控制中心4对气化剂调配装置11发布指令适当增加气化剂中氧气的含量，并对助燃剂供应系统发布开机指令；

（9）当温度传感器6监测到的温度和气象色谱仪5检测到的气体产物都恢复正常并稳定时，重复步骤（6）和（7）。

本发明中的控制中心4、气象色谱仪5、温度传感器6、气化剂调配装置11、流量调节阀12、流量计13、助燃剂储集罐9、电动机8、变速器18和小型螺旋输送机10均为现有常规技术，具体构造不再赘述。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.煤炭地下气化炉助燃材料注入系统，其特征在于：包括控制中心、气化剂供应系统、助燃材料供应系统、注气管道、出气管道、气象色谱仪和温度传感器，气化剂供应系统的出口和助燃材料供应系统的出口均与注气管道的进口连接，注气管道的出口与气化炉的进口连接，出气管道的进口与气化炉的排气口连接，控制中心、气化剂供应系统、助燃材料供应系统和气象色谱仪均设置在地面上，气象色谱仪的监测端，温度传感器设置在邻近气化炉处，气化炉上设有点火装置，控制中心通过同轴电缆分别与气化剂供应系统、助燃材料供应系统、气象色谱仪、温度传感器和点火装置连接。

2.根据权利要求1所述的煤炭地下气化炉助燃材料注入系统，其特征在于：气化剂供应系统包括气化剂调配装置，气化剂调配装置的出气口通过供气管与注气管道的进口连接，供气管上设有流量调节阀和流量计。

3.根据权利要求2所述的煤炭地下气化炉助燃材料注入系统，其特征在于：助燃材料供应系统包括支架、助燃剂储集罐、电动机、变速器和小型螺旋输送机，电动机、变速器和小型螺旋输送机均设置在支架上，电动机通过变速器与小型螺旋输送机的动力输入端传动连接，小型螺旋输送机的一端顶部设置有进料口，小型螺旋输送机的另一端底部设置有出料口，助燃剂储集罐下端口与小型螺旋输送机的进料口连接，小型螺旋输送机的出料口与注气管道的进口连接。

4.根据权利要求3所述的煤炭地下气化炉助燃材料注入系统，其特征在于：小型螺旋输送机的螺旋输送轴的直径为100 mm，螺旋输送轴上的螺旋叶片的螺距为100 mm，螺旋输送轴的长度1 m；变速器的转速分为三个档位：71 r/min、90 r/min、112 r/min，该转速与小型螺旋输送机对应的输送能力为1.1 m³/h、1.4 m³/h、1.9 m³/h 。

5.采用如权利要求4所述的煤炭地下气化炉助燃材料注入系统的注入方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）在目标煤层处设置气化炉，安装并对应连接煤炭地下气化炉助燃材料注入系统，；

（2）启动气化剂调配装置，用纯氧作为气化剂，通过注气管道注入到目标煤层内的气化炉位置，气化剂的流速为20～60 L/h；

（3）控制中心控制点火装置开始点火，启动电动机，并调节变速器的转速调为最高转速112 r/min，电动机通过变速器带动小型螺旋输送机将助燃剂储集罐中的助燃材料源源不断输送到注气管道的进口；

（4）在气化剂气体的吹动下，助燃剂被不断的输送到气化炉的点火位置，并参与燃烧产生大量的热量，促进点火成功，减少点火时间，增大点火成功概率；

（5）气化炉被点火成功后对煤炭进行气化，气化生成的气体产物通过出气管道排出，温度传感器实时监气体产物的温度，气象色谱仪实时检测气体产物中的组分；

（6）气象色谱仪和温度传感器将实时检测到的数据传输到控制中心，当温度传感器监测到的气体产物温度越来越高并逐渐稳定，并且气象色谱仪检测气体产物中的 H₂、CO、CH₄、CO₂的含量也达到要求说明点火成功；

（7）随后控制中心对气化剂调配装置发布指令降低气化剂中氧气含量，提高空气和水蒸气的含量，并且对助燃剂供应系统的电动机发布关机指令；

（8）当温度传感器监测到的温度越来越低，气象色谱仪检测的产物气体的组分也不符合要求时，说明气化过程进行困难，温度传感器和/或气象色谱仪检测将信号传输给控制中心，控制中心对气化剂调配装置发布指令适当增加气化剂中氧气的含量，并对助燃剂供应系统发布开机指令；

（9）当温度传感器监测到的温度和气象色谱仪检测到的气体产物都恢复正常并稳定时，重复步骤（6）和（7）。