CN112627791A - 一种用于煤炭地下气化的移动点火系统、装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤炭地下气化技术领域，公开了一种用于煤炭地下气化的移动点火系统、装置及方法，由移动点火装置控制模块、高压可燃剂管路模块、温度传感器模块、通风模块、供电模块、电磁加热点火器和履带移动模块组成。本发明可以在设计点火处存在大量地下水的情况根据需求移动点火，克服传统点火技术无法在一次点火失败后迅速进行二次点火的问题；电磁感应加热系统可以较好的保护点火器结构且点火稳定，有效规避电点火等方法存在的打火缺陷，移动点火装置可以多次使用；在温控开关和温度传感器的双重作用下控制燃气输送，形成稳定火焰，杜绝燃爆现象；履带式移动系统可以通过钻孔内或套管内的复杂结构，方便操作。

Description

一种用于煤炭地下气化的移动点火系统、装置及方法

技术领域

本发明属于煤炭地下气化技术领域，尤其涉及一种用于煤炭地下气化的移动点火系统、装置及方法。

背景技术

目前，当今世界能源构成的基础仍然是以化石能源为主，煤炭将长期占据主体地位不可动摇。传统的煤炭开采、运输、使用方式会造成大量的煤炭资源浪费，受井工开采技术水平的限制，约有50％的煤炭资源遗弃在井下，老矿井遗弃的煤炭资源达300亿t以上；同时，传统的煤炭开采和利用方式也带来了许多安全和环境问题，如煤矿安全事故、职业病危害、地下水污染、温室气体排放、地表沉陷、重金属污染以及燃煤产生的粉尘造成的大气污染等等。作为第二代采煤法的煤炭地下气化技术(Underground Coal Gasification,UCG)被认为是解决上述问题的最佳途径。它是一个将煤炭在地下原位进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用和化学反应产生可燃气体的过程。煤炭地下气化技术将传统意义上的物理采煤转化为化学采气，并且将建井、采煤、地面气化三大工艺合而为一，具有产气成本低、安全性高和环境效益好等优点。UCG所产煤气的成本仅为地面气化炉气化的25～50％，可以作为燃气发电、锅炉燃料以及合成化工产品的原料气，显著降低发电或合成化工产品的成本。UCG还具有显著的环境效益，大大减小燃煤污染、煤矸石及灰渣的排放，有效解决目前燃煤引发的大气雾霾问题，且与碳捕集和封存技术相结合，可有效减少温室气体排放。UCG在世界范围内受到了广泛的重视，前苏联、欧洲、美国、日本、澳大利亚、中国及亚洲多个国家进行了大量的理论研究和工业性试验。因此，煤炭地下气化首先是一种煤炭的开发方法，是对传统煤炭开采方式的创新，被誉为第二代采煤法；从其效益来看，又是一种高碳资源低碳化开发清洁能源新技术。该技术在低品质(高硫、高灰)、急倾斜、薄煤层、深部煤层、“三下”压煤以及常规技术经济不可采等残滞留煤的开采利用方面具有广阔的应用前景。

近年来世界各主要产煤国都加大了煤炭地下气化技术的工业性实验以及产业化推广力度美国、澳大利亚、加拿大、南非、中国等进行了大量的现场试验，拉开了煤炭地下气化商业化推广及产业化的序幕。现有技术至今已进行了二十几次的现场试验，形成了有井式和无井式煤炭地下气化工艺。

煤炭地下气化技术是一项融合了多门学科的综合性能源开采技术。与地面煤气化工艺不同的是它在地下煤层原位构建气化炉，并在地下实现煤层的点火，经过一系列的物理和化学反应生产出以CO、H2和CH4为目标成分的煤气。地下气化技术实现了建井、采煤、地面气化三大工艺的合而为一，省去了庞大的煤炭开采、运输、洗选、气化等工艺和设备，因此具有安全性好、投资少、效益高、污染少等优点，被誉为第二代采煤法。

煤炭地下气化在气化炉建设完成后，在进行生产之前的第一步即设法将煤层点燃，然后气化产出煤气。但在地下进行煤层点火时，其一，由于煤层的特殊环境，点火操作时的可探测性和可观测性都比较差，再加上地下复杂的地质情况，难以将点火剂或点火装置准确无误的输送至设计点火位置，操作较为复杂；其二，在高地压的作用下，在煤层中构建气化炉时可能会沟通含水层，使待气化的煤层的气化通道和设计点火位置充满地下水，造成传统的点火方式点火困难甚至点火失败，造成巨大的人力和物力损失；其三，当前缺乏对点火过程的实时监控手段，无法及时掌握点火情况并做出相应调整。

当前煤炭地下气化技术还存在许多方面的问题，这也是制约其实现产业化和大规模商业化用途的原因。煤炭地下气化生产是将煤层在地下进行有控制的燃烧并将所产煤气提取出来供给民用或发电，所以地下气化要进行生产的第一步便是将煤层点燃，之后加以控制才能稳定生产煤气，点火过程的成败直接影响到气化的成败与能否顺利进行。但当今的煤炭地下气化点火技术都或多或少存在一定的缺陷，不能适应地下复杂多变的地质环境。在地下高地压，煤层点火处富含地下水的情况十分常见，且由于点火过程的可探测性和可观测性比较差，点火剂甚至无法到达有效点火点，现有的技术和方案有很大的机率造成点火操作的失败，重新进行点火会造成巨大的人力物力损失，有些气化炉甚至需要重新钻孔布置点火方案，破坏了气化炉的完整性，给之后气化过程的顺利进行造成一定的困难。

煤炭地下气化炉按照气化通道可以分为无井式气化炉和有井式气化炉，无井式气化炉是在地面通过打钻孔的方式进行布置，有井式气化炉是利用人工掘巷的方式布置且常用作废弃矿井的气化工作。在无井式气化炉中，传统的点火方式一般为强迫点火，常用的强迫点火方式是向钻孔中投入点燃的煤炭，然后向钻孔内供风，用投入的燃烧的煤炭产生的热量点燃待气化的煤层，但此方法在富含水的煤层点火往往会因水蒸发过度吸收热量导致点火失败。在无井式气化炉内还常采用电点火的方式，利用电加热点燃布置在点火处的易燃物产生高温进而引燃煤层，但实施此方法时电热装置容易短路导致失败。在有井式气化炉进行点火操作时，通常人工在气化通道内布置由电加热盘等制作而成的点火装置，并通过导线进行通电加热点火，此方法与无井式的电点火方法类似，同样容易出现短路的问题。在深部煤层中进行气化时，常采用一些特殊的点火方式，如硅烷点火法、化学凝固点火剂点火法等，但因深部煤层的可观测性和可探测性都较差，此类点火方式也有较大的失败机率。

此外，国内外学者和机构还提出了一系列特殊的点火方法和点火装置：公开号CN103726818A的中国专利“一种地下气化点火方法”提出一种打造定向钻井和垂直井构建地下气化炉，并通过冷态压裂的方法对煤层预贯通，在定向钻井末端的垂直井中点火，通过互换进出气孔达到点燃煤层并贯通气化通道的方法，但此方法工艺十分复杂，需要构架额外的垂直钻井，前期建炉投资大且点火失败后没有补救措施；公开号CN101864941A的中国专利“超深层煤炭地下气化技术”提出了一种在800m～3000m适用的地下气化工艺和点火方法，其在深层燃烧处一条通道后往两侧打水平井并布置耐高温可伸缩点火器，通过空压机压力采用丁烷和电点火。此方法前期需要往深部煤层大量钻井，耗资巨大，且在深部煤层利用丁烷电点火稳定性差，控制难度大，容易在点火时发生燃爆；公开号CN108729916A的中国专利“一种地下气化炉煤层点火装置及后退重复点火气化方法”提出一种适用于在水平井设置有分段式注气点工艺的气化炉点火装置，该装置利用升降卷管机拖动煤层点火装置来弥补燃烧空腔不能触发下一个注气点而出现灭火不能继续生产的情况，该装置在适用性方面存在较大的缺陷，在具有通道护管的气化炉进行使用时，点火装置不能顺利的通过护管之间的连接卡扣和气化通道中可能存在的煤块凸起等情况，其点火装置容易出现在气化炉中卡住不能使用的情况；公开号CN107461188A的中国专利“煤炭地下气化点火装置及点火方法”提出一种点火装置，该装置设置有联通地面和煤层输送管，利用输送管输送自燃气体，输送管和固井套管之间的环形空间输送助燃气体至煤层来实现点火；公开号CN204327059U的实用新型专利“点火装置”对上述装置进行了改进，设置了内管和外管，外管套在内管外，内管输送燃料气体，内管与外管之间的空间输送助燃气体，在煤层处设置点火盘实现气体混合和点燃；公开号为CN203614085U的使用新型专利“一种煤炭地下气化点火装置”也在上述专利基础上进行了改进，其在内管底部设置点火机构，可以实现引燃点火点及附近煤层的效果，但上述几种装置的套管输气方式存在一定隐患，燃料气体与助燃气体在输送过程中可能存在泄露混合的情况，点火会发生燃爆破坏点火装置，安全性较差；公开号CN101382066B的中国专利“含水煤层控水引燃器”提出一种通过利用电阻丝通电发热进行点火的装置，该装置首先蒸发掉煤层点火处的水分而后实现升温点火，但该装置对含水量较大的点火点进行点火操作时需要消耗大量电能，且电路易发生短路故障；公开号CN102635346A的中国专利“煤炭地下气化移动点火装置”提出一种携带移动装置的点火系统，且实现了助燃剂与可燃剂的分离，但该系统的移动装置不够完善，仅可实现移动点火，应用于有注气套管工艺的气化炉时容易卡在套管卡扣处，且点火供风需要额外钻井，增加了施工成本。

传统的煤炭地下气化煤层点火方法存在的弊端比较明显：强迫点火的方法在富含地下水水的煤层中应用时会因水的蒸发吸收大量热量，导致投入钻孔内的炙热煤炭熄灭或温度不足以点燃气化煤层；电点火是在气化通道内布置电加热盘等加热装置，通过供电使加热盘升温点燃放置在点火处的易燃物进而引燃煤层，在含水、压力等外在条件下，电点火器很容易损坏，发生短路等故障；硅烷点火法对安全的要求极高，且硅烷十分昂贵不易进行大规模的煤炭地下气化点火；化学凝固剂点火法存在投放困难等问题。在当前提出的诸多新技术中，也存在着一定的技术问题：公开号CN103726818A的中国专利“一种地下气化点火方法”提出了一种建炉和点火的方法，但此方法前期投入大，准备工作多，需要打较多的垂直钻井才能更好的实施，且在一次点火失败后没有补救措施；公开号CN101864941A的中国专利“超深层煤炭地下气化技术”提出了一种建炉工艺和耐高温可伸缩式点火器，利用电力点燃丁烷进行点火，此方法发工艺复杂，资金投入大，且对安全性和稳定性的要求较高；公开号CN108729916A的中国专利“一种地下气化炉煤层点火装置及后退式重复点火气化方法”，该装置在适用性方面存在较大的缺陷，在具有通道护管的气化炉进行使用时，点火装置不能顺利的通过护管之间的连接卡扣和气化通道中可能存在的煤块凸起等情况，其点火装置容易出现在气化炉中卡住不能使用的情况；公开号CN107461188A的中国专利“煤炭地下气化点火装置及点火方法”提出的点火系统存在安全隐患，且不能够实现二次点火；公开号CN101382066B的中国专利“含水煤层控水引燃器”的点火装置对含水量较大的点火点进行点火操作时需要消耗大量电能，且电路易发生短路故障；公开号CN102635346A的中国专利“煤炭地下气化移动点火装置”在应用于有注气套管工艺的气化炉时容易卡在套管卡扣处，且点火供风需要额外钻井，增加了施工成本。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

传统的煤炭地下气化煤层的点火技术存在的可控性差、稳定性不足、点火效率低以及安全系数较低的问题。本发明为了实现对煤炭地下气化的有效和快速点火，提出一种用于煤炭地下气化的移动点火系统、装置及方法，本发明中的移动点火装置较现有点火装置来说，提高了可操控性和稳定性，并且在点火效率和安全性上也有较大的提升。

解决以上问题及缺陷的难度为：

要根据进气通道和通道护管的具体实际数据来设计移动点火装置的轮距、高度等具体参数参数，无法设计一种通用型号的移动点火装置；

选用燃点较低且热值较高的可燃气体作为燃气，确保燃气自身能被电磁感应产热引燃并产生热量引燃煤层；

在合适的位置布置热电偶作为监测点火进度的信号传输装置；

控制电流将电磁感应装置温度控制在一定范围内避免失磁。

解决以上问题及缺陷的意义为：

通过合理完善的解决上述问题及缺陷，可以使煤炭地下气化在实际应用过程中进行点火操作时拥有一种相对传统点火方式的一种更好的选择，在点火阶段确保煤层能点燃以及对万一点不燃进行相应的技术操作进行二次点火，可以在煤炭地下气化点火阶段大大提高点火的成功率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于煤炭地下气化的移动点火系统、装置及方法。

本发明是这样实现的，一种用于煤炭地下气化的移动点火系统包括：

控制模块、高压可燃剂管路模块、温度传感器模块、通风模块、供电模块、电磁加热点火器和履带式移动模块。

所述控制模块控制履带式移动装置使点火装置能够顺利到达气化炉设计点火位置，控制模块主要包括人员在通风行人巷里操作的控制器、控制器与移动点火装置相连的线路等，该模块的主要功能即在地下气化炉外控制移动点火装置进行前进后退等操作；

所述通风模块通过气化炉进气钻孔提供新鲜风流，排气钻孔的抽风机控制气体流动，通风模块主要包括布置在气化炉进气钻孔的通风机和布置在排气钻孔的抽风机以及地下气化炉内的气流通道组成，通过压风机和抽风机的协调配合控制气化炉内的气体流量、流速和压力等参数；

所述电磁加热点火器用于将通过高压可燃剂管路模块中的燃气管路输出的高压可燃剂点燃，提供持续稳定的高温火焰输出，其原理为电磁感应加热原理，利用交变电流使电磁螺线圈内部的高碳铁发热，通过热传导使感应点火头升温，温度可以远远超过燃气管辂输送的可燃剂燃点，以点燃燃气形成火焰；

所述履带式移动装置用于使点火装置顺利通过钻孔内的凸起和使用注气套管工艺的气化炉存在的套管间连接卡扣，本发明主要应用于一种窄条带式地下气化炉型，该炉型在气流通道内装有保护套管和热熔式移动注气管路，移动点火装置需要在其内部行进至设计点火位置，移动点火装置的履带式移动系统根据注气管路的参数调整轮距等尺寸参数，使移动点火装置可以顺利通过管内复杂的地形；

所述温度传感器模块包括布置在移动点火装置和气化炉内的温度传感器，用于监测气化炉内的点火进度，煤层点燃后，会在一定时间内产生温度随时间变化而逐渐升高的煤气，布置在移动点火装置和气化炉内的温度传感器可以监测到这些变化然后确定点火的进度。

在设计点火位置存在地下水导致点火困难甚至无法点燃的情况时，该装置可以实现二次点火；点火操作时可以采用移动后退式点火，将设计待点火点位置附近煤层点燃，确保点火成功；也可以利用移动点火进行煤层预热，迅速提高氧化带温度，提高煤气产量；且利用电磁加热点火器可以最大限度的保证设备运行的稳定性，避免出现设备故障导致的点火失败问题。

本发明的另一目的在于提供一种用于煤炭地下气化的移动点火装置包括移动点火装置、燃气供给装置、通风装置、监控装置和供电装置。

所述移动点火装置包括：耐压隔热外壳、电磁感应加热螺线圈、感应点火头、感温热电偶、燃气喷嘴和履带式移动装置，燃气喷嘴上装有温控开关。耐压隔热外壳采用隔热且刚度较强的材料制作而成，用于保护移动点火装置内部的元器件不受外界的高温高压环境的影响，所述移动点火装置元件除履带式移动装置和燃气喷嘴外均包裹在耐高温外壳中，移动装置置于耐压隔热外壳整体之下。

感应点火头和燃气喷嘴位于移动点火装置的顶端，点火后形成垂直向上方向的喷焰。移动点火装置的尾端为连接点火装置的控制线路、电路和燃气供应管路，所述控制线路连通至布置在气化炉外的通风行人巷内的控制台，电路和燃气供应管路通过进气钻孔连接至地面。

电磁感应加热螺线圈位于耐高温外壳之中，电磁感应加热螺线圈与置于其中的高碳铁之间安装非金属隔热材料，避免升温破环螺线圈结构。履带式移动装置由耐高温且隔热性较好的材料制作，通过移动点火装置的电路和控制线路与地面连接。

所述燃气供给装置包括：地面燃气储存装置、地面加压装置和燃气输送管道。地面燃气储存装置内存储的高热值燃气经地面加压装置后通过位于进气钻孔内部的燃气输送管道输入，燃气输送管道一端连接地面加压装置，另一端连接移动点火装置，燃气经由移动点火装置前端的燃气喷嘴输出。

所述通风装置包括：布置在进气钻孔的通风机和布置在排气钻孔的抽风机，可以根据点火的进程进行相应的开启和关闭操作，以控制地下气化炉内气流通道的气体流量、流速和气压等。

所述供电装置和监控装置由移动点火装置连接通风行人巷内的控制台，再通过线路连接至地面，工作人员在控制台可以完成对移动点火装置的行进控制操作。

进一步，所述移动点火装置的外壳为耐高温隔热材料，燃气供应管路和电路均用耐高温隔热套管包裹。

进一步，所述移动点火装置的耐压隔热外壳上装有若干温度传感器，通过电路将信号汇总后输送至地面监控系统。

进一步，所述移动点火装置的履带式移动装置采用耐高温抗压材料制作。

进一步，所述燃气喷嘴装有温控开关，点火头达到预设温度后开启。

本发明所提供的一种移动点火装置主要应用于一种窄条带式煤炭地下气化炉型，需要在注气管路内行进。气化炉的管路内径要根据具体的煤层赋存状态(如煤层倾角、厚度)以及气化炉的地质储量、气化规模、服务年限、产气规模的确定，本发明提供的移动点火装置要适应注气管路的尺寸要求，故一般尺寸高度为200～300mm，轮距为150～200mm，具体尺寸要根据实际情况进行设计。

本发明的另一目的在于提供一种用于煤炭地下气化的移动点火方法，所述用于煤炭地下气化的移动点火方法包括：

步骤一：建设一种窄条带式地下气化炉型完成后，根据实际气化炉钻孔和套管尺寸制作移动点火装置，进行点火操作时在井下通风行人巷中打开注气通道阀门，放入移动点火装置，在井下通风行人巷中控制移动点火装置在注气管路中行进，抵达设计点火点；

步骤二：移动点火装置到达设计点火位置后，向移动点火装置中的电磁螺线圈通入交流电，电磁螺线圈中内置的高碳铁受磁感线切割开始升温，通过热传导至感应电火头升温，移动点火装置上安装的温度传感器监测温度变化情况，并将数据信号传输至通风行人巷；

步骤三：开启布置在排气钻井外的抽风机，对气化炉进行抽气，在气化炉内形成负压；

步骤四：感应点火头温度升高至500℃之后，燃气喷嘴上的温控开关打开，通过燃气供应管路向移动点火装置开始注入高压乙炔，在燃气喷嘴处形成喷焰加热待气化煤层；

步骤五：通过布置在气化通道与排气通道交界的温度监测点处的热电偶传回的温度检测数据情况判断煤层点火情况；

步骤六：布置在气化通道与排气通道交界的温度监测点的热电偶数值达到800℃后，从井下通风行人巷中注气管路阀门撤出移动点火装置，关闭注气管路阀门，从注气钻井向气化炉内通入富氧；

步骤七：继续监测移动点火装置上和布置在气化通道与排气通道处的温度监测点的温度变化情况；

步骤八：若温度传感器温度一直升高，超过800℃后并趋于稳定，说明点火成功，开始气化生产；若温度出现持续下降，则重复步骤一至步骤七操作。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

(1)本发明采用履带式移动装置进行控制移动，对钻孔内部、注气通道内部卡扣和气化通道内复杂的地形和结构具有更好的适应性，且不受气化炉型限制，能够准确携带点火器抵达设定点火处。

(2)改进点火方式，当前点火方式主流为电火花引燃燃气，此方法安全性和稳定性不足，本发明采用电磁感应加热点火的方式，此方法不受地下水影响，不会出现短路等情况，在对保护点火装置内部结构和提高点火稳定性方面有优势。

(3)提出温控开关，在点火头升温至燃点前阻断燃气输出，避免燃气与氧气混合遇热发生爆炸，提高了整体系统的安全性。

本发明可以在设计点火处存在大量地下水的情况根据需求移动点火；可以克服传统点火技术无法在一次点火失败后迅速进行二次点火的问题；电磁感应加热系统可以较好的保护点火器结构且点火稳定，有效规避电点火等方法存在的打火缺陷，移动点火装置可以多次使用；在温控开关和温度传感器的双重作用下控制燃气输送，形成稳定火焰，杜绝燃爆现象；履带式移动系统可以通过钻孔内或套管内的复杂结构，方便操作。本发明提供的用于煤炭地下气化的移动点火装置主要应用于一种窄条带式地下气化炉，但对其他气化炉型也有较好的适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本发明实施例提供的用于煤炭地下气化的移动点火装置的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的的结构示意图。

图4是本发明实施例提供的移动点火装置行进经过凸起障碍物示意图。

图5是本发明实施例提供的进气钻井内套管截面示意图。

图6是本发明实施例提供的移动点火装置在套管内行进示意图。

图7是本发明实施例提供的移动点火装置在套管末端点火示意图。

图8是本发明实施例提供的移动点火装置的二次点火示意图。

图9是本发明实施例提供的一种窄条带式气化炉俯视图。

图10是本发明实施例提供的一种窄条带式气化炉侧视图。

图中：1、移动点火装置；1-1、耐压隔热外壳；1-2、燃气供应管路；1-3、温控开关；1-4、燃气喷嘴；1-5、电磁螺线圈；1-6、隔热材料；1-7、高碳铁；1-8、感应点火头；1-9、电路；1-10、履带式移动系统；1-11、温度传感器；1-12、隔热套管；2、注气管路；2-、1通道护管；2-2、注气管路；3、底板；3-1、通风行人巷；3-2、注气管路阀门；4、煤层；4-1、破裂的煤层；4-2、垮落的煤层；4-3、停采线；4-4、设计点火位置；5、顶板；6、注气通道；6-1、进气通道岩石段；7、排气通道；8、注气钻井；9、排气钻孔；10、抽风机；11、温度监测点。

图11是本发明实施例提供的用于煤炭地下气化的移动点火方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于煤炭地下气化的移动点火装置及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1至图3所示，本发明实施例提供的用于煤炭地下气化的移动点火装置的主要结构都保护在耐压隔热外壳1-1之中，地下移动点火装置1远离设计点火点4-4的一端末端由燃气供应管路1-2和电路1-9在隔热套管1-12的包裹连通至通风行人巷3-1后再通过注气钻井8连接至地面，燃气与电力经隔热套管1-12内部的电路1-9和燃气供应管路1-2输入地下的移动点火装置1，后经燃气喷嘴1-4输出，燃气喷嘴1-4受温控开关1-3控制，当电磁感应螺线圈1-5通电后置于其中的高碳铁1-7升温，传热至感应点火头1-8，温度达到一定值后温控开关1-3打开，燃气输出后受感应点火头1-8高温引燃，高碳铁1-7与电磁加热螺线圈1-5之间由隔热材料1-6阻隔，保护装置结构内部不受高温破坏，移动点火装置的耐压隔热外壳1-1外部安装有若干个感温热电偶1-11，经由电路1-9与通风行人巷3-1连接，履带式移动系统1-10位于点火装置主体下方，由电路1-9连接至地面进行供能和控制。

如图4所示，为本发明实施例提供的用于煤炭地下气化的移动点火装置的移动点火装置1行进经过凸起障碍物示意图。所述移动点火装置1在煤层底板3行进过程中遇到凸起或障碍物时履带式移动系统1-10能顺利通过，保证移动点火装置1能够准确抵达设计点火位置4-4。

图5为本发明实施例提供的进气通道内套管截面示意图，进气通道内套管主要由外侧的通道护管2-1和注气管路2-2组成，为实现移动注气，该套管内部存在卡扣等结构。

图6为本发明实施例提供的移动点火装置1在套管内行进示意图，本装置可依据矿井实际情况更改移动点火装置1设计尺寸适应管路。

图7为本发明实施例提供的移动点火装置1在套管末端点火示意图。移动点火装置1经过进气钻孔6中的套管2后到达设计点火位置4-4进行点火操作。

图8为本发明实施例提供的移动点火装置1二次点火示意图。在发生意外熄火等情况后可将移动点火装置1后撤，进行二次点火。

本发明实施例提出一种应用于地下气化移动点火装置上的履带式移动装置，对钻孔内部、套管内部连接卡扣处和气化通道内复杂的地形和结构有很好的适应性，主要应用于安装有热熔性移动注气管路的窄条带气化炉，如图9和图10所示，其他炉型也有很好的适应性。

本发明实施例提出一种电磁感应加热点火的方式，感应点火头温度可以迅速升温超过燃气燃点，顺利实现点火的同时保护点火装置内部结构不受高温破坏。

本发明实施例提出一种在燃气输出口上的温控开关装置，设定温度为燃气燃点，达到燃点后开启温控开关输出燃气形成稳定喷焰，提高点火安全性，避免发生爆炸，保护点火装置和气化煤层。

本发明实施例提出一种通过布置在移动点火装置和气化炉内的温度传感器监测的信号判断点火受否成功的方法，实时掌控点火进度。

如图11所示，本发明实施例提供的用于煤炭地下气化的移动点火方法包括：

S101，建设一种窄条带式地下气化炉型完成后，在井下通风行人巷中打开注气通道阀门，放入移动点火装置，在井下通风行人巷中控制移动点火装置在注气管路中行进，抵达设计点火点；

S102，移动点火装置到达设计点火位置后，向移动点火装置中的电磁螺线圈通入交流电，电磁螺线圈中内置的高碳铁受磁感线切割开始升温，通过热传导至感应电火头升温，移动点火装置上安装的温度传感器监测温度变化情况，并将数据信号传输至通风行人巷；

S103，开启布置在排气钻井外的抽风机，对气化炉进行抽气，在气化炉内形成负压；

S104，感应点火头温度升高至500℃之后，燃气喷嘴上的温控开关打开，通过燃气供应管路向移动点火装置开始注入高压乙炔，在燃气喷嘴处形成喷焰加热待气化煤层；

S105，通过布置在气化通道与排气通道交界的温度监测点处的热电偶传回的温度检测数据情况判断煤层点火情况；

S106，布置在气化通道与排气通道交界的温度监测点的热电偶数值达到一定值后，从井下通风行人巷中注气管路阀门撤出移动点火装置，关闭注气管路阀门，从注气钻井向气化炉内通入富氧；

S107，继续监测移动点火装置上和布置在气化通道与排气通道处的温度监测点的温度变化情况；

S108，若温度传感器温度一直升高，说明点火成功，开始气化生产；若温度出现持续下降，则重复步骤S101至步骤S107操作。

本发明实施例中的地下移动点火装置1的耐压隔热外壳1-1上装有若干温度传感器1-11，通过电路1-9将信号汇总后输送至地面监控系统，根据不同位置测温热电偶1-11的升温情况判断气化煤层的点火进度。若设计点火点处地下水较多出现点火困难或无法点火的情况，由地面监控系统控制地下移动气化装置1的履带式移动系统1-10进行前进或后退，同时感应点火头1-8持续加热，到达合适位置后温控开关1-3受热开启，形成稳定喷焰加热气化煤层4至点燃。

本发明实施例中通入的燃气为高热值易燃气体，以乙炔为最优方案。

本发明实施例中的燃气供应管路1-2和电路1-9均包裹在耐高温隔热套管1-12中，履带式移动系统1-10和燃气喷嘴1-4均采用耐高温耐压材料制作，隔热装置1-6为耐高温隔热材料，厚度以不超过2cm为宜且不导电。

通过上述实施例可以看出，本发明可以很好的克服无井式地下气化中点火装置无法顺利输送至点火点位置的问题，可以克服点火过程中突然熄火或无法引燃的问题，能够及时进行二次点火避免重新钻井；同时温控开关在达到一定设定温度后才打开并向燃气管辂中输入燃气，安全性高避免发生燃爆现象破坏气化煤层和点火装置；多测温热电偶设计可以保证信号采集的稳定和准确，在地面控制系统及时对点火装置进行有效控制。确保点火成功后可经进气钻井将移动点火装置撤出，实现反复使用。因此，综上所述，本发明具有稳定性好、适应性强、安全系数高、操作简单、经济性好和点火成功率高等优点。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种的用于煤炭地下气化的移动点火装置，其特征在于，所述用于煤炭地下气化的移动点火装置包括；

移动点火装置，包括耐压隔热外壳、电磁感应加热螺线圈、感应点火头、感温热电偶、燃气喷嘴和履带式移动装置；

燃气供给装置，包括地面燃气储存装置、地面加压装置和燃气输送管道；

通风装置，包括布置在进气钻孔的通风机和布置在排气钻孔的抽风机；

供电装置和监控装置，由移动点火装置连接通风行人巷内的控制台，再通过线路连接至地面。

2.如权利要求1所述的用于煤炭地下气化的移动点火装置，其特征在于，所述燃气喷嘴上装有温控开关，所述感应点火头和燃气喷嘴位于移动点火装置的顶端，移动点火装置的尾端为点火装置的控制线路、电路和燃气供应管路，所述燃气供应管路连通至气化炉外的通风行人巷，电路和燃气供应管路通过进气钻孔连接至地面。

3.如权利要求1所述的用于煤炭地下气化的移动点火装置，其特征在于，所述地面燃气储存装置内存储的高热值燃气经地面加压装置后通过位于进气钻孔内部的燃气输送管道输入，燃气输送管道一端连接地面加压装置，另一端连接移动点火装置，燃气经由移动点火装置前端的燃气喷嘴输出。

4.如权利要求1所述的用于煤炭地下气化的移动点火装置，其特征在于，所述移动点火装置的电磁感应加热螺线圈、感应点火头和感温热电偶均包裹在耐压隔热外壳中，所述履带式移动装置置于耐压隔热外壳之下。

5.如权利要求1所述的用于煤炭地下气化的移动点火装置，其特征在于，所述移动点火装置的耐压隔热外壳上装有若干温度传感器，通过电路将信号汇总后输送至地面监控系统。

6.如权利要求1所述的用于煤炭地下气化的移动点火装置，其特征在于，所述移动点火装置的履带式移动装置采用耐高温抗压材料制作。

7.如权利要求1所述的用于煤炭地下气化的移动点火装置，其特征在于，所述燃气喷嘴装有温控开关，点火头达到预设温度后开启。

8.一种用于煤炭地下气化的移动点火方法，其特征在于，所述用于煤炭地下气化的移动点火方法包括：

步骤一：构建窄条带式地下气化炉型，在井下通风行人巷中打开注气通道阀门，放入移动点火装置，在井下通风行人巷中控制移动点火装置在注气管路中行进，抵达设计点火点；

步骤二：移动点火装置到达设计点火位置，向移动点火装置中的电磁螺线圈通入交流电，电磁螺线圈中内置的高碳铁受磁感线切割开始升温，通过热传导至感应电火头升温，移动点火装置上安装的温度传感器监测温度变化情况，并将数据信号传输至通风行人巷；

步骤三：开启布置在排气钻井外的抽风机，对气化炉进行抽气，在气化炉内形成负压；

步骤四：感应点火头温度升高至500℃，燃气喷嘴上的温控开关打开，通过燃气供应管路向移动点火装置开始注入高压乙炔，在燃气喷嘴处形成喷焰加热待气化煤层；

步骤五：通过布置在气化通道与排气通道交界的温度监测点处的热电偶传回的温度检测数据情况判断煤层点火情况；

步骤六：气化通道与排气通道交界的温度监测点的热电偶数值达到设定值后，从井下通风行人巷中注气管路阀门撤出移动点火装置，关闭注气管路阀门，从注气钻井向气化炉内通入富氧；

步骤七：进一步监测移动点火装置上和布置在气化通道与排气通道处的温度监测点的温度变化情况；

步骤八：若温度传感器温度升高，开始气化生产；若温度出现持续下降，则重复步骤一至步骤七操作。

9.一种实施权利要求8所述用于煤炭地下气化的移动点火方法的用于煤炭地下气化的移动点火系统，其特征在于，所述用于煤炭地下气化的移动点火系统包括：

控制模块，用于控制履带式移动装置使点火装置能够顺利到达气化炉设计点火位置；

通风模块，用于通过气化炉进气钻孔提供新鲜风流，排气钻孔的抽风机控制气体流动；

电磁加热点火器，用于将通过高压可燃剂管路模块中的燃气管路输出的高压可燃剂点燃，提供持续稳定的高温火焰输出；

履带式移动装置，用于使点火装置顺利通过钻孔内的凸起和使用注气套管工艺的气化炉存在的套管间连接卡扣；

温度传感器模块，包括布置在移动点火装置和气化炉内的温度传感器，用于监测气化炉内的点火进度。

10.如权利要求9所述的用于煤炭地下气化的移动点火系统，其特征在于，所述控制模块包括在通风行人巷里操作的控制器、控制器与移动点火装置相连的线路；在地下气化炉外控制移动点火装置进行前进后退操作；

所述通风模块包括布置在气化炉进气钻孔的通风机和布置在排气钻孔的抽风机以及地下气化炉内的气流通道组成，通过压风机和抽风机的协调配合控制气化炉内的气体流量、流速和压力参数；

所述电磁加热点火器，利用交变电流使电磁螺线圈内部的高碳铁发热，通过热传导使感应点火头升温，温度超过燃气管辂输送的可燃剂燃点，以点燃燃气形成火焰；

所述履带式移动装置的履带式移动系统根据注气管路的参数调整轮距等尺寸参数，使移动点火装置通过管内复杂的地形。

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