CN111022026A - 一种用于煤炭地下气化过程中的余热发电装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于煤炭地下气化过程中的余热发电装置，包括井筒，所述井筒外壁和内壁螺旋缠绕有相连接的螺线管，所述井筒外壁的螺线管外侧套设有保护管；S1：向井筒外壁的螺线管内注入冷水,冷水沿着井筒运移至煤炭地下气化的气化反应腔上部，冷水变为循环热水；S2：循环热水沿井筒内部的螺线管螺旋上升至地表；S3：地表设置有热水发电装置，循环热水进入热水发电装置后，转化为电能进行发电，并且高温热水变为温度较低的冷水；S4：冷水通过加压泵再次进入井筒外的螺线管，进入下一个循环。本发明中合理利用了煤炭地下气化过程中产生的热量，将热量用于发电，减少了发电的消耗，提高的煤炭地下气化的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭气化余热开发技术领域，特别是涉及一种用于煤炭地下气化过程中的余热发电装置及方法。
背景技术
煤炭地下气化(Underground Coal Gasification，UCG)是一种不将煤炭开采至地表，煤直接在地下进行前期处理的一种特殊的煤炭开发方式。通过钻孔或者巷道将煤炭在地层的原位空间进行点燃，使煤发生一系列的热作用以及化学作用，将固态的煤炭变化为气体状态运输到地表。但是煤炭地下气化后产生的高温产出气蕴含的大量能量被浪费在气化通道以及地层中。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种将煤炭地下气化的高温产出气的热量利用起来，避免散失在地层中的装置及方法。
本发明所采用的技术方案是：一种用于煤炭地下气化过程中的余热发电装置，包括井筒，所述井筒外壁和内壁螺旋缠绕有相连接的螺线管，所述井筒外壁的螺线管外侧套设有保护管。
进一步地，所述螺线管的直径远小于井筒直径，并且螺线管为铜制品。
进一步地，所述井筒外壁的相邻两圈螺线管相切。
进一步地，所述井筒内壁的相邻两圈螺线管之间的垂直间距为3-5cm。
进一步地，所述保护管与井筒外壁的螺线管之间水平间距2-3mm。
进一步地，所述保护管的内壁喷涂1-2mm厚隔热反射涂料进行保温。
一种利用权利要求1所述的余热发电装置的余热发电方法，
S1：向井筒外壁的螺线管内注入冷水, 冷水沿着井筒运移至煤炭地下气化的气化反应腔上部，冷水收集井筒内部高热气体逐渐加热，变为循环热水；
S2：循环热水沿井筒内部的螺线管螺旋上升至地表；
S3：地表设置有热水发电装置，循环热水进入热水发电装置后，转化为电能进行发电，并且高温热水变为温度较低的冷水；
S4：冷水通过加压泵再次进入井筒外的螺线管，进入下一个循环。
进一步地，在上述S3中，所述热水发电装置与井筒内壁的螺线管相连接，循环热水进入热水发电装置后转化为电能进行发电。
进一步地，在上述S4中，所述热水发电装置与加压泵相连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、合理利用了煤炭地下气化过程中产生的热量，将热量用于发电，减少了发电的消耗，提高的煤炭地下气化的经济效益。
2、将煤炭地下气化的产出气热量利用起来，避免了产出气的热量传导到邻近地层中，对邻近地层造成影响。
3、重复使用循环水，减少了水资源的消耗，降低了资源浪费和环境的污染。
4、从地面运移至地表的循环热水进入地面处理装置后，可以连同煤炭地下气化的产出气热量共同开发利用，降低的热量发电的装置成本。
附图说明
图1为本发明中用于煤炭地下气化过程中的余热发电装置的结构示意图；
图2为本发明中用于煤炭地下气化过程中逸散的热量发电方法的结构示意图。
其中：1-螺线管，2-井筒，3-加压泵，4-保护管，5-注气井，6-气化反应腔，7-煤层，8-气化产气井，9-热水发电装置。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
如图2所示为煤炭地下气化的整个过程的流程剖面图，其中，井为煤炭地下气化的注气井5，主要用来向煤层7内部注入低温的气化剂，如H2O、O2等的混合气体，对整个气化过程的速率等进行调控，低温的气化剂呈气体状态，被地面设备注入煤层7的气化水平井段中，气化剂进入气化反应腔6，富氧-水蒸气等的气化剂和气化反应腔6周围的煤层发生复杂的物理化学反应：氧化、还原、干馏、气化等，反应生成大量温度、压力很高的混合气体。混合气体顺着煤炭地下气化的气化产气井8，穿过地层，到达地表，进行后续处理，在这个过程中高温气体因热辐射等原因，高温气体运移至地表已被地层降温，大量的热量散失在煤层7的上覆地层中。
如图1所示,为充分利用这部分热量，特设置以下装置：一种用于煤炭地下气化过程中的余热发电装置，包括井筒2，所述井筒2外壁和内壁螺旋缠绕有相连接的螺线管1，所述井筒2外壁的螺线管1外侧套设有保护管4，防止地层损伤螺线管1以及减少热量流失；内壁的螺线管1直接接触高温气体，便于循环水与高温气体的热交换。
在上述实施例中，所述螺线管1的直径远小于井筒2直径，这有利于加大接触面积，充分回收热量；并且螺线管1为铜制品，井筒2外壁的相邻两圈螺线管1相切，减少螺线管1缝隙间的热量损失，井筒2内壁的相邻两圈螺线管1之间的垂直间距为3-5cm，减少井筒2的重量，方便施工和稳定，同时减少成本；所述保护管4与井筒2外壁的螺线管1之间水平间距2-3mm，设置间距是为了隔热，保护管4的内壁还喷涂1-2mm厚隔热反射涂料进行保温，避免高温损坏保护管4。
将煤炭地下气化的产气通道的井筒2设计为双层双螺旋结构来回收利用热量，在煤炭地下气化的产气通道的井壁内外，设置螺旋管1来回收利用热量。具体方式如下：冷水从井筒2外壁的螺线管1绕着高温的井筒2流通至煤炭地下气化的气化反应腔6上部，在这个过程中冷水收集井筒2内部高热气体散发出来的热量，冷水被逐渐加热，当循环热水螺旋运移至底部时，螺线管1绕至井筒2内部，从井筒2内壁螺旋往上返回地表。
经过双螺线管加热的高温热水到达地面，进入了地面的热水发电装置进行循环，热水经过热水发电装置9后，温度降低，再一次进入，井筒2外侧的螺线管1，进入下一个加热过程。
内外侧双螺线管的优点是，二次加热循环水，有利于水温的提高；外壁的螺线管1收集最外侧的热量，进行预热，内壁螺线管1进行二次加热，不仅保持了从井筒2外侧循环的热水，返回地面时不会冷却，同时对高温气体的热量进行了预吸收，减少外侧热量吸收不及时的弊端。同时，螺线管1设计为直径远小于井筒2直径，这有利于加大接触面积，充分回收热量；螺线管1外侧有井筒2作为保护，防止地层损伤螺线管1以及减少热量流失；内侧的螺线管2直接接触高温气体，便于循环水与高温气体的热交换。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于煤炭地下气化过程中的余热发电装置，其特征在于：包括井筒，所述井筒外壁和内壁螺旋缠绕有相连接的螺线管，所述井筒外壁的螺线管外侧套设有保护管。
2.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化过程中余热发电装置，其特征在于：所述螺线管的直径远小于井筒直径，并且螺线管为铜制品。
3.根据权利要求1或2所述的用于煤炭地下气化过程中余热发电装置，其特征在于：所述井筒外壁的相邻两圈螺线管相切。
4.根据权利要求1或2所述的用于煤炭地下气化过程中余热发电装置，其特征在于：所述井筒内壁的相邻两圈螺线管之间的垂直间距为3-5cm。
5.根据权利要求1或2所述的用于煤炭地下气化过程中余热发电装置，其特征在于：所述保护管与井筒外壁的螺线管之间水平间距2-3mm。
6.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化过程中余热发电装置，其特征在于：所述保护管的内壁喷涂1-2mm厚隔热反射涂料进行保温。
7.一种利用权利要求1所述的余热发电装置的余热发电方法，其特征在于：
S1：向井筒外壁的螺线管内注入冷水, 冷水沿着井筒运移至煤炭地下气化的气化反应腔上部，冷水收集井筒内部高热气体逐渐加热，变为循环热水；
S2：循环热水沿井筒内部的螺线管螺旋上升至地表；
S3：地表设置有热水发电装置，循环热水进入热水发电装置后，转化为电能进行发电，并且高温热水变为温度较低的冷水；
S4：冷水通过加压泵再次进入井筒外的螺线管，进入下一个循环。
8.根据权利要求7所述的余热发电方法，其特征在于：在上述S3中，所述热水发电装置与井筒内壁的螺线管相连接，循环热水进入热水发电装置后转化为电能进行发电。
9.根据权利要求7所述的余热发电方法，其特征在于：在上述S4中，所述热水发电装置与加压泵相连接。
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