CN112761611B - 一种新型地下煤炭实时煤气化装置 - Google Patents
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Abstract
一种新型地下煤炭实时煤气化装置，包括自上而下依次设置的进水进空气导气部、上行走机构、水气化喷射机构、下行走机构和组合式煤炭切割粉碎机构，进水进空气导气部下端固定连接在上行走机构顶部，下行走机构与组合式煤炭切割粉碎机构固定连接，进水进空气导气部的供水管穿过上行走机构与水气化喷射机构连接，进水进空气导气部通过分气盘与组合式煤炭切割粉碎机构顶部连接。本发明通过在煤层中利用空气压差吹动叶片式破碎齿对煤层进行破碎形成煤粉，并实现煤粉与空气的一次混合，液态水通过吸收地下煤气化的热量进行气化，并注入到煤粉与空气混合物中，实现水蒸汽、空气、煤粉的气化反应，提高煤气化的效果。
Description
技术领域
本发明属于煤气化开采技术领域，具体涉及一种新型地下煤炭实时煤气化装置。
背景技术
地下煤气化即煤炭地下气化，煤炭地下气化是将处于地下的煤炭进行有控制地燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体（一氧化碳和氢气）的过程，燃烧后产生的可燃气体被抽出后收集起来，集建井、采煤、气化工艺为一体的多学科开发洁净能源与化工原料的新技术，其实质是只提取煤中含能组分，变物理采煤为化学采煤，因而具有安全性好、投资少、效率高、污染少等优点，被誉为第二代采煤方法。
而目前国内相关地下煤气化实时开采的装置较少，技术仍不是很成熟，因此亟需技术上的革新。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种新型地下煤炭实时煤气化装置，该装置结构紧凑，煤气化效果好，先将煤炭粉碎为煤粉，同时煤粉与空气混合，然后煤粉燃烧生成可燃气体。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种新型地下煤炭实时煤气化装置，包括自上而下依次设置的进水进空气导气部、上行走机构、水气化喷射机构、下行走机构和组合式煤炭切割粉碎机构，进水进空气导气部下端固定连接在上行走机构顶部，上行走机构底部与水气化喷射机构顶部通过上万向节组件连接，水气化喷射机构底部通过下万向节组件与下行走机构顶部连接，下行走机构底部与组合式煤炭切割粉碎机构顶部固定连接，进水进空气导气部的供水管穿过上行走机构与水气化喷射机构连接，进水进空气导气部的供空气管穿过上行走机构后与分气盘连接，分气盘位于下行走机构和水气化喷射机构之间，分气盘通过若干根穿过下行走机构的分气管与组合式煤炭切割粉碎机构顶部连接。
上行走机构和下行走机构的结构相同；上行走机构和下行走机构均包括呈六棱柱结构的柱体，柱体的中心线竖向设置，柱体的六个侧面均设有构造相同的电动式行走轮组件；电动式行走轮组件包括耐高温封装电池组件、耐高温电机组件、行走轮、伸缩柱和轮架，柱体侧部开设有两个上下间隔布置的导孔，导孔的中心线与柱体的中心线垂直相交，行走轮和伸缩柱均设有两个，伸缩柱的内端一体设有滑动连接在导孔内的圆环滑块，柱体在导孔的外端口设有套在伸缩柱外部用于阻挡圆环滑块的挡板，两个伸缩柱的外端通过螺钉与轮架连接，伸缩柱上套设有弹簧，弹簧两端分别与轮架和挡板顶压接触，两个行走轮转动连接在轮架上且上下间隔布置，高温封装电池组件为耐高温电机组件供电，耐高温电机组件通过带传动机构与上面的一个行走轮的轮轴传动连接；柱体内部沿轴线方向开设有六个上下通过的插孔，每个插孔均邻近一条棱边。
进水进空气导气部包括储料筒、进水金属软管和空气金属软管，储料筒下端固定连接在柱体的上端面中心处，储料筒内竖向设有将储料筒内部分隔为水室和空气室的竖向隔板，进水金属软管的下端与储料筒的水室连通，空气金属软管的下端与储料筒的空气室连通，储料筒的水室下部与供水管上端连接，供水管穿过上行走机构的柱体内的一个插孔向下延伸，储料筒的空气室下部与供空气管上端连接，供空气管穿过上行走机构的柱体内的另一个插孔向下延伸。
水气化喷射机构包括水汽发生筒、气化盘管、点火电极和水蒸汽喷嘴，水汽发生筒为竖向设置的圆筒体结构，水汽发生筒上端和下端分别与上万向节组件和下万向节组件连接，气化盘管缠绕并焊接在水汽发生筒的外圆，气化盘管的上端与供水管下端连接，气化盘管的出口端与水汽发生筒内部连通，水蒸汽喷嘴设置在水汽发生筒的下部并沿水汽发生筒的圆周方向设有若干个，水蒸汽喷嘴的进口与水汽发生筒内部连通，点火电极通过安装座设置在水汽发生筒的外圆上，水蒸汽喷嘴的喷射方向倾斜向外向上。
组合式煤炭切割粉碎机构包括空气储气筒、旋转破碎组件、空气喷嘴、喷气管和切割喷嘴，空气储气筒为竖向设置的圆筒体结构，分气盘底部通过对应穿过下行走机构的柱体内六个插孔内的六根分气管与空气储气筒上端面连接，分气管与下行走机构的柱体焊接为一体，空气储气筒内上部设有水平隔板，空气喷嘴设有若干个，若干个空气喷嘴均匀设置在水平隔板底面上并朝下喷射，旋转破碎组件、喷气管和切割喷嘴设有若干个，每个旋转破碎组件均包括转轴、风叶、叶片式破碎齿、转轴竖向设置，转轴转动连接在空气储气筒的底板上，转轴上端位于空气储气筒内部，转轴下端位于空气储气筒外部，风叶固定设在转轴上端部并位于空气喷嘴正下方，叶片式破碎齿固定设在转轴下端部，喷气管沿每个叶片式破碎齿的外圆周均匀布置若干个，喷气管上端连接在空气储气筒的底板上，空气喷嘴安装在喷气管上并倾斜向下喷射。
采用上述技术方案，本发明在工作使用前，首先在地面上竖向钻孔，钻到煤层后停止，接着将本发明的装置沿钻孔下放到钻孔的孔底（地面上设置卷扬机吊挂住挂环缓慢下放），组合式煤炭切割粉碎机构的底部接触煤层，然后将钻孔的孔口处设置用于收集煤气化后的燃气的密封连接管。
本发明在工作使用时，地面上的高压水通过进水金属软管先注入到储料筒的水室内，高压空气通过空气金属软管先注入到储料筒的空气室内，空气室内的高压空气通过供空气管向分气盘注气，分气盘再将高压空气均匀分布，通过六根分气管注入到空气储气筒内水平隔板的上部空间，高压空气再通过空气喷嘴向下喷射，喷射出的气流推动风叶旋转，风叶通过转轴带动叶片式破碎齿高速旋转，对煤层进行机械式切割破碎，由于每个叶片式破碎齿在高速旋转后间隔钻出来多个孔洞， 同时空气储气筒内部水平隔板下方的高压气流通过喷气管上的切割喷嘴向下喷射，对孔洞之间的煤层进行气流切割破碎，也对机械式切割破碎的较大煤块进行高压气流粉碎，形成漂浮的煤粉，这样就实现了空气和煤粉的均匀混合，空气和煤粉的混合物向上进入到高压空气通过水汽发生筒的外圆周，水汽发生筒的外圆形成圆环筒形的空气煤粉燃烧室，在点火电极自动点火，煤粉燃烧，燃烧过程中产生的部分热量被气化盘管所吸收，空气室内的水通过供水管注入到气化盘管内，通过气化盘管的液态水被加热气化，气化后的水进入到水汽发生筒内，再由水蒸汽喷嘴向外喷到空气煤粉燃烧室内，水蒸汽在高温下分解为氢气和氧气，氧气可对煤粉燃烧起到助燃在效果，由于空气和氧气在煤粉燃烧过程中不太充分，煤粉以及煤层中瓦斯燃烧后主要生成一氧化碳，一氧化碳、氢气和氮气、二氧化碳等混合气体通过钻孔向上返回到地面上进行收集储存。
本发明在竖向作业时，靠整个装置的重力以及卷扬机的吊放缓慢向下移动，当竖向移动到煤层下部时，就需要向水平方向移动，此时启动所有的耐高温电机组件，每个耐高温电机组件和耐高温封装电池组件都是成对设置，一个耐高温封装电池组件对应为一个耐高温电机组件提供电能，控制耐高温电机组件的输出功率大小进而控制各个耐高温电机组件的转速实现整个装置的转向，当转向为水平状态时，所有的耐高温电机组件的输出功率保持相同，上行走机构和下行走机构水平前行。
水气化喷射机构的两端分别通过万向节组件与两个行走机构转动连接，这样可方便本发明进行拐弯调整气化方向。上行走机构和下行走机构采用的弹簧，可使行走轮始终实现与切割后的煤层通道壁面的压接，并起到对整个装置的支撑作用，为防止伸缩柱在在导孔内脱出，采用挡板对伸缩柱内端的圆环滑块进行限位。
综上所述，本发明原理科学，设计新颖，结构紧凑，通过在煤层中利用空气压差吹动叶片式破碎齿对煤层进行破碎形成煤粉，并实现煤粉与空气的一次混合，液态水通过吸收地下煤气化的热量进行气化，并注入到煤粉与空气混合物中，进一步实现水蒸汽、空气、煤粉的气化反应，提高煤气化的效果，气化合成气通过气化后的通道和钻孔返回到地面进行收集，本发明的结构可实现自动在煤层中前行工作并且可以根据煤层的层面方向实现转弯行进。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的轴向剖视图；
图3是图1中上行走机构的放大图；
图4是图1中水气化喷射机构的放大图
图5是图2中水气化喷射机构的放大图；
图6是图2中组合式煤炭切割粉碎机构的放大图；
图7是图6中旋转破碎组件的立体结构示意图。
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。
如图1-图7所示，本发明的一种新型地下煤炭实时煤气化装置，包括自上而下依次设置的进水进空气导气部、上行走机构2、水气化喷射机构3、下行走机构4和组合式煤炭切割粉碎机构5，进水进空气导气部下端固定连接在上行走机构2顶部，上行走机构2底部与水气化喷射机构3顶部通过上万向节组件6连接，水气化喷射机构3底部通过下万向节组件7与下行走机构4顶部连接，下行走机构4底部与组合式煤炭切割粉碎机构5顶部固定连接，进水进空气导气部的供水管8穿过上行走机构2与水气化喷射机构3连接，进水进空气导气部的供空气管9穿过上行走机构2后与分气盘10连接，分气盘10位于下行走机构4和水气化喷射机构3之间，分气盘10通过若干根穿过下行走机构4的分气管11与组合式煤炭切割粉碎机构5顶部连接。
上行走机构2和下行走机构4的结构相同；上行走机构2和下行走机构4均包括呈六棱柱结构的柱体12，柱体12的中心线竖向设置，柱体12的六个侧面均设有构造相同的电动式行走轮组件；电动式行走轮组件包括耐高温封装电池组件13、耐高温电机组件14、行走轮15、伸缩柱16和轮架17，柱体12侧部开设有两个上下间隔布置的导孔18，导孔18的中心线与柱体12的中心线垂直相交，行走轮15和伸缩柱16均设有两个，伸缩柱16的内端一体设有滑动连接在导孔18内的圆环滑块19，柱体12在导孔18的外端口设有套在伸缩柱16外部用于阻挡圆环滑块19的挡板20，两个伸缩柱16的外端通过螺钉与轮架17连接，伸缩柱16上套设有弹簧21，弹簧21两端分别与轮架17和挡板20顶压接触，两个行走轮15转动连接在轮架17上且上下间隔布置，高温封装电池组件13为耐高温电机组件14供电，耐高温电机组件14通过带传动机构与上面的一个行走轮15的轮轴传动连接；柱体12内部沿轴线方向开设有六个上下通过的插孔22，每个插孔22均邻近一条棱边。
进水进空气导气部包括储料筒23、进水金属软管24和空气金属软管25，储料筒23下端固定连接在柱体12的上端面中心处，储料筒23内竖向设有将储料筒23内部分隔为水室和空气室的竖向隔板26，进水金属软管24的下端与储料筒23的水室连通，空气金属软管25的下端与储料筒23的空气室连通，储料筒23的水室下部与供水管8上端连接，供水管8穿过上行走机构2的柱体12内的一个插孔22向下延伸，储料筒23的空气室下部与供空气管9上端连接，供空气管9穿过上行走机构2的柱体12内的另一个插孔22向下延伸。
水气化喷射机构3包括水汽发生筒27、气化盘管28、点火电极29和水蒸汽喷嘴30，水汽发生筒27为竖向设置的圆筒体结构，水汽发生筒27上端和下端分别与上万向节组件6和下万向节组件7连接，气化盘管28缠绕并焊接在水汽发生筒27的外圆，气化盘管28的上端与供水管8下端连接，气化盘管28的出口端与水汽发生筒27内部连通，水蒸汽喷嘴30设置在水汽发生筒27的下部并沿水汽发生筒27的圆周方向设有若干个，水蒸汽喷嘴30的进口与水汽发生筒27内部连通，点火电极29通过安装座设置在水汽发生筒27的外圆上，水蒸汽喷嘴30的喷射方向倾斜向外向上。
组合式煤炭切割粉碎机构5包括空气储气筒31、旋转破碎组件32、空气喷嘴33、喷气管34和切割喷嘴35，空气储气筒31为竖向设置的圆筒体结构，分气盘10底部通过对应穿过下行走机构4的柱体12内六个插孔22内的六根分气管11与空气储气筒31上端面连接，分气管11与下行走机构4的柱体12焊接为一体，空气储气筒31内上部设有水平隔板40，空气喷嘴33设有若干个，若干个空气喷嘴33均匀设置在水平隔板40底面上并朝下喷射，旋转破碎组件32、喷气管34和切割喷嘴35设有若干个，每个旋转破碎组件32均包括转轴36、风叶39、叶片式破碎齿37、转轴36竖向设置，转轴36转动连接在空气储气筒31的底板上，转轴36上端位于空气储气筒31内部，转轴36下端位于空气储气筒31外部，风叶39固定设在转轴36上端部并位于空气喷嘴33正下方，叶片式破碎齿37固定设在转轴36下端部，喷气管34沿每个叶片式破碎齿37的外圆周均匀布置若干个，喷气管34上端连接在空气储气筒31的底板上，空气喷嘴33安装在喷气管34上并倾斜向下喷射。
本发明在工作使用前，首先在地面上竖向钻孔，钻到煤层后停止，接着将本发明的装置沿钻孔下放到钻孔的孔底（地面上设置卷扬机吊挂住挂环缓慢下放），组合式煤炭切割粉碎机构5的底部接触煤层38，然后将钻孔的孔口处设置用于收集煤气化后的燃气的密封连接管。
本发明在工作使用时，地面上的高压水通过进水金属软管24先注入到储料筒23的水室内，高压空气通过空气金属软管25先注入到储料筒23的空气室内，空气室内的高压空气通过供空气管9向分气盘10注气，分气盘10再将高压空气均匀分布，通过六根分气管11注入到空气储气筒31内水平隔板40的上部空间，高压空气再通过空气喷嘴33向下喷射，喷射出的气流推动风叶39旋转，风叶39通过转轴36带动叶片式破碎齿37高速旋转，对煤层38进行机械式切割破碎，由于每个叶片式破碎齿37在高速旋转后间隔钻出来多个孔洞， 同时空气储气筒31内部水平隔板40下方的高压气流通过喷气管34上的切割喷嘴35向下喷射，对孔洞之间的煤层38进行气流切割破碎，也对机械式切割破碎的较大煤块进行高压气流粉碎，形成漂浮的煤粉，这样就实现了空气和煤粉的均匀混合，空气和煤粉的混合物向上进入到高压空气通过水汽发生筒27的外圆周，水汽发生筒27的外圆形成圆环筒形的空气煤粉燃烧室，在点火电极29自动点火，煤粉燃烧，燃烧过程中产生的部分热量被气化盘管28所吸收，空气室内的水通过供水管8注入到气化盘管28内，通过气化盘管28的液态水被加热气化，气化后的水进入到水汽发生筒27内，再由水蒸汽喷嘴30向外喷到空气煤粉燃烧室内，水蒸汽在高温下分解为氢气和氧气，氧气可对煤粉燃烧起到助燃在效果，由于空气和氧气在煤粉燃烧过程中不太充分，煤粉以及煤层38中瓦斯燃烧后主要生成一氧化碳，一氧化碳、氢气和氮气、二氧化碳等混合气体通过钻孔向上返回到地面上进行收集储存。
本发明在竖向作业时，靠整个装置的重力以及卷扬机的吊放缓慢向下移动，当竖向移动到煤层38下部时，就需要向水平方向移动，此时启动所有的耐高温电机组件14，每个耐高温电机组件14和耐高温封装电池组件13都是成对设置，一个耐高温封装电池组件13对应为一个耐高温电机组件14提供电能，控制耐高温电机组件14的输出功率大小进而控制各个耐高温电机组件14的转速实现整个装置的转向，当转向为水平状态时，所有的耐高温电机组件14的输出功率保持相同，上行走机构2和下行走机构4水平前行。
水气化喷射机构3的两端分别通过万向节组件与两个行走机构转动连接，这样可方便本发明进行拐弯调整气化方向。上行走机构2和下行走机构4采用的弹簧21，可使行走轮15始终实现与切割后的煤层38通道壁面的压接，并起到对整个装置的支撑作用，为防止伸缩柱16在在导孔18内脱出，采用挡板20对伸缩柱16内端的圆环滑块19进行限位。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种新型地下煤炭实时煤气化装置，其特征在于：包括自上而下依次设置的进水进空气导气部、上行走机构、水气化喷射机构、下行走机构和组合式煤炭切割粉碎机构，进水进空气导气部下端固定连接在上行走机构顶部，上行走机构底部与水气化喷射机构顶部通过上万向节组件连接，水气化喷射机构底部通过下万向节组件与下行走机构顶部连接，下行走机构底部与组合式煤炭切割粉碎机构顶部固定连接，进水进空气导气部的供水管穿过上行走机构与水气化喷射机构连接，进水进空气导气部的供空气管穿过上行走机构后与分气盘连接，分气盘位于下行走机构和水气化喷射机构之间，分气盘通过若干根穿过下行走机构的分气管与组合式煤炭切割粉碎机构顶部连接；
水气化喷射机构包括水汽发生筒、气化盘管、点火电极和水蒸汽喷嘴，水汽发生筒为竖向设置的圆筒体结构，水汽发生筒上端和下端分别与上万向节组件和下万向节组件连接，气化盘管缠绕并焊接在水汽发生筒的外圆，气化盘管的上端与供水管下端连接，气化盘管的出口端与水汽发生筒内部连通，水蒸汽喷嘴设置在水汽发生筒的下部并沿水汽发生筒的圆周方向设有若干个，水蒸汽喷嘴的进口与水汽发生筒内部连通，点火电极通过安装座设置在水汽发生筒的外圆上，水蒸汽喷嘴的喷射方向倾斜向外向上。
2.根据权利要求1所述的一种新型地下煤炭实时煤气化装置，其特征在于：上行走机构和下行走机构的结构相同；上行走机构和下行走机构均包括呈六棱柱结构的柱体，柱体的中心线竖向设置，柱体的六个侧面均设有构造相同的电动式行走轮组件；电动式行走轮组件包括耐高温封装电池组件、耐高温电机组件、行走轮、伸缩柱和轮架，柱体侧部开设有两个上下间隔布置的导孔，导孔的中心线与柱体的中心线垂直相交，行走轮和伸缩柱均设有两个，伸缩柱的内端一体设有滑动连接在导孔内的圆环滑块，柱体在导孔的外端口设有套在伸缩柱外部用于阻挡圆环滑块的挡板，两个伸缩柱的外端通过螺钉与轮架连接，伸缩柱上套设有弹簧，弹簧两端分别与轮架和挡板顶压接触，两个行走轮转动连接在轮架上且上下间隔布置，高温封装电池组件为耐高温电机组件供电，耐高温电机组件通过带传动机构与上面的一个行走轮的轮轴传动连接；柱体内部沿轴线方向开设有六个上下通过的插孔，每个插孔均邻近一条棱边。
3.根据权利要求2所述的一种新型地下煤炭实时煤气化装置，其特征在于：进水进空气导气部包括储料筒、进水金属软管和空气金属软管，储料筒下端固定连接在柱体的上端面中心处，储料筒内竖向设有将储料筒内部分隔为水室和空气室的竖向隔板，进水金属软管的下端与储料筒的水室连通，空气金属软管的下端与储料筒的空气室连通，储料筒的水室下部与供水管上端连接，供水管穿过上行走机构的柱体内的一个插孔向下延伸，储料筒的空气室下部与供空气管上端连接，供空气管穿过上行走机构的柱体内的另一个插孔向下延伸。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种新型地下煤炭实时煤气化装置，其特征在于：组合式煤炭切割粉碎机构包括空气储气筒、旋转破碎组件、空气喷嘴、喷气管和切割喷嘴，空气储气筒为竖向设置的圆筒体结构，分气盘底部通过对应穿过下行走机构的柱体内六个插孔内的六根分气管与空气储气筒上端面连接，分气管与下行走机构的柱体焊接为一体，空气储气筒内上部设有水平隔板，空气喷嘴设有若干个，若干个空气喷嘴均匀设置在水平隔板底面上并朝下喷射，旋转破碎组件、喷气管和切割喷嘴设有若干个，每个旋转破碎组件均包括转轴、风叶、叶片式破碎齿、转轴竖向设置，转轴转动连接在空气储气筒的底板上，转轴上端位于空气储气筒内部，转轴下端位于空气储气筒外部，风叶固定设在转轴上端部并位于空气喷嘴正下方，叶片式破碎齿固定设在转轴下端部，喷气管沿每个叶片式破碎齿的外圆周均匀布置若干个，喷气管上端连接在空气储气筒的底板上，空气喷嘴安装在喷气管上并倾斜向下喷射。
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