CN113338934B - 一种深部煤炭流态化开采原位气化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深部煤炭流态化开采原位气化装置，包括采掘破碎舱、原位气化舱和充填输送舱，原位气化舱与充填输送舱依次设置在采掘破碎舱后方，原位气化舱包括煤炭气化舱与气体分离舱；各舱体间连接通过推进装置与前一节舱后端面边缘和后一节舱前端面边缘连接完成；本发明通过原位气化舱将采掘破碎舱输送的深部煤炭资源原位进行气化，以气态资源的形式输送至井下中转站，然后由井下中转站输送至地面，最终达到“地上无煤、井下无人”的绿色环保目标，实现深地煤炭资源开采的颠覆性转变。
Description
技术领域
本发明涉及一种深部煤炭原位转化装置，具体涉及一种深部煤炭流态化开采原位气化装置。
背景技术
目前，井工开采是我国地下煤炭资源开采的主要开采方式，其存在采出率低、留设煤柱多、成本高、安全性差等缺点，而且现有条件下井工开采的极限深度仅为1500m，不适合深部资源的开采。然而，我国近70%的固态资源分布在2000m以深，因此突破现有煤炭开采方式不足和开采极限深度，向深部要资源势必成为必然选择和重大现实需求。
2016年以来，有学者创新提出了深部煤炭资源流态化开采的颠覆性理论与技术构想，其核心思想是将深部固体矿产资源原位转换为气态、液态、气-固混合态等流态化资源，在井下实现无人智能化采选充及电气热转化利用。在此理论基础上，申请号为202010156902.X发明专利提出了一种适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构及方法，该专利指出在进行深部煤炭资源开采时只需布设一个水平大巷和一个流态资源井下中转站，流态化开采设备在井下开采时通过中转站进行物资补给和流态资源输出，但是该专利并没有明确流态化开采设备的具体结构及装置组成。因此，为了加快深部煤炭原位流态化开采的实现，设计一种深部煤炭流态化开采原位气化装置具有非常重要的意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种深部煤炭流态化开采原位气化装置，可在原位实现深部煤炭资源的气化，并以气态资源的形式在井下暂存。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种深部煤炭流态化开采原位气化装置，包括采掘破碎舱、原位气化舱与充填输送舱，原位气化舱与充填输送舱依次设置在采掘破碎舱后方，采掘破碎舱的后端面边缘通过推进装置与原位气化舱前端面边缘连接，原位气化舱的后端面边缘通过推进装置与充填输送舱前端面边缘连接。
进一步的，所述原位气化舱包括煤炭气化舱与气体分离舱；煤炭气化舱的后端面边缘通过推进装置与气体分离舱前端面边缘连接。
进一步的，所述煤炭气化舱内部设有水煤浆制备设备、储水站、水煤浆泵、气化炉、煤粉制备室、高压气化装置、甲烷和水蒸汽反应装置和供电站；水煤浆制备设备、高压气化装置与煤粉制备室连接，储水站、水煤浆泵与水煤浆制备设备连接，气化炉分别与储水站、水煤浆泵连接，储水站、甲烷和水蒸汽反应装置与高压气化装置连接。
进一步的，所述气体分离舱内部设有净化塔、储氧站、气体分离装置、炭化装置和煅烧炉，储氧站、炭化装置与煅烧炉连接，气体分离装置与净化塔连接，净化塔、储氧站与气化炉连接，炭化装置与甲烷和水蒸汽反应装置连接。
进一步的，所述充填输送舱前端面边缘通过推进装置与气体分离舱的后端面边缘连接；充填输送舱内部设有CO储藏室、CH4储藏室、H2储藏室和CO2储藏室，CO储藏室、CH4储藏室、H2储藏室均与气体分离装置连接，高压气化装置、甲烷和水蒸汽反应装置均与CH4储藏室连接，高压气化装置、炭化装置均与H2储藏室连接，CO2储藏室与煅烧炉连接。
进一步的，还包括排渣输送带，排渣输送带前端设置在煤炭气化舱中，穿过气体分离舱，后端设置在充填输送舱后端部。
与现有技术相比，本发明通过原位气化舱将采掘破碎舱输送的深部煤炭资源原位进行气化，以气态资源的形式输送至井下中转站，然后由井下中转站输送至地面，最终达到“地上无煤、井下无人”的绿色环保目标，实现深地煤炭资源开采的颠覆性转变。
附图说明
图1为本发明总体示意图；
图2为本发明原位气化舱及充填输送舱示意图；
图3为本发明原位气化舱及充填输送舱A-A向示图；
图中：1、煤炭气化舱；101、水煤浆制备设备；102、储水站；103、水煤浆泵；104、气化炉；1041、气化室；1042、冷却室；1043、排渣管道；1044、冷却室排水管道；1045、粗煤气管道；105、煤粉制备室；1051、煤管道；106、煤炭气化舱液压站；107、高压气化装置；1071、高压气化装置甲烷管道；1072、高压气化装置供氢管道；1073、水蒸汽管道；1074、高压气化装置排渣管道；108、甲烷和水蒸汽反应装置；109、供电站；2、推进装置；3、气体分离舱；301、净化塔；3011、除尘室；3012、脱硫室；3013、脱碳室；3014、干燥室；3015、净化气管道；302、储氧站；303、气体分离装置；304、炭化装置；3041、CaCO3管道；305、煅烧炉；3051、CaO管道；3052、煅烧炉供煤管道；3053、煅烧炉排渣管道；306、气体分离舱液压站；4、充填输送舱；401、CO储藏室；402、CH4储藏室；403、H2储藏室；404、CO管道；405、CH4管道；406、H2管道；407、充填输送舱液压站；408、CO2储藏室；409、CO2管道；5、排渣输送带。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：如图1所示，包括采掘破碎舱、原位气化舱与充填输送舱4，原位气化舱与充填输送舱4依次设置在采掘破碎舱后方，采掘破碎舱的后端面边缘通过推进装置2与原位气化舱前端面边缘连接，原位气化舱的后端面边缘通过推进装置2与充填输送舱4前端面边缘连接；采掘破碎舱作用为掘进开采煤层，在内部进行破碎后输送至原位气化舱中进行原位气化，转化成气态资源的形式在充填输送舱4中暂存并输送至井下中转站后传输至地面。
装置运行时，煤炭气化舱1前面的推进装置2的液压缸伸出，推动采掘破碎舱前进；当采掘破碎舱达到最大行程后，煤炭气化舱1后面的推进装置2的液压缸伸出向前推煤炭气化舱1的同时，煤炭气化舱1前面的推进装置2的液压缸缩回前拉煤炭气化舱1，使煤炭气化舱1完成一个迈步行程；接着，当煤炭气化舱1达到最大行程后，气体分离舱3后面的推进装置2的液压缸伸出向前推气体分离舱3的同时，气体分离舱3前面的推进装置2的液压缸缩回前拉气体分离舱3，使气体分离舱3也完成一个迈步行程；最后，充填输送舱4前面的推进装置2的液压缸缩回前拉充填输送舱4，使其也完成一个迈步动作；如此一来，装置整体完成一个迈步动作。由于整个装置是矩形的，不需要来自左右两边的支撑力，即使左右两侧煤层为开采过的空区域时，依然可以正常运转。
如图2和图3所示，原位气化舱包括煤炭气化舱1与气体分离舱3，煤炭气化舱1的后端面边缘通过推进装置2与气体分离舱3前端面边缘连接。
煤炭气化舱1内部设有水煤浆制备设备101、储水站102、水煤浆泵103、气化炉104、煤粉制备室105、煤炭气化舱液压站106、高压气化装置107、甲烷和水蒸汽反应装置108和供电站109；煤炭气化舱液压站106与其前侧面的推进装置2连接提供动力；煤粉制备室105通过煤管道1051与采掘破碎舱连通，破碎后的煤通过煤管道1051进入到煤粉制备室105。
气化炉104上部和下部分别为气化室1041、冷却室1042，水煤浆制备设备101、高压气化装置107与煤粉制备室105连接，储水站102、水煤浆泵103与水煤浆制备设备101连接，气化室1041与水煤浆泵103连接，冷却室1042底部分别与储水站102、冷却室排水管道1044连接，冷却室排水管道1044尾部延伸至充填输送舱4尾端，储水站102与高压气化装置107连接，甲烷和水蒸汽反应装置108通过水蒸汽管道1073与高压气化装置107连接。
气体分离舱3内部设有净化塔301、储氧站302、气体分离装置303、炭化装置304、煅烧炉305和气体分离舱液压站306，气体分离舱液压站306与其前侧面的推进装置2连接提供动力；净化塔301由上至下分别为除尘室3011、脱硫室3012、脱碳室3013和干燥室3014，储氧站302与煅烧炉305连接，炭化装置304分别通过CaCO3管道3041、CaO管道3051与煅烧炉305连接，煤粉制备室105通过煅烧炉供煤管道3052与煅烧炉305连接。
气体分离装置303通过净化气管道3015与干燥室3014连接，除尘室3011通过粗煤气管道1045与气化室1041连接，储氧站302与气化炉104连接，炭化装置304与甲烷和水蒸汽反应装置108连接。
充填输送舱4内部设有CO储藏室401、CH4储藏室402、H2储藏室403、充填输送舱液压站407和CO2储藏室408，充填输送舱液压站407与其前侧面的推进装置2连接提供动力；CO储藏室401、CH4储藏室402、H2储藏室403均与气体分离装置303连接，高压气化装置107、甲烷和水蒸汽反应装置108均通过高压气化装置甲烷管道1071与CH4储藏室402连接，高压气化装置107、炭化装置304均通过高压气化装置供氢管道1072与H2储藏室403连接，CO2储藏室408与煅烧炉305连接。
增设排渣输送带5，排渣输送带5前端设置在煤炭气化舱1中，穿过气体分离舱3，后端设置在充填输送舱4后端部。高压气化装置排渣管道1074、煅烧炉排渣管道3053、气化炉104的排渣管道1043的出口位于排渣输送带5上方，工作时产生的废渣可由排渣输送带5排放到原位气化舱之外。
水煤浆制备设备101接收来自煤粉制备室105的煤粉及储水站102的水并加入添加剂制得水煤浆，由水煤浆泵103输送至气化炉104进行气化，气化产生的废渣在冷却室1042冷却后由排渣管道1043排放至排渣输送带5，冷却室1042冷却水由储水站102提供，废水通过冷却室排水管道1044排出，气化炉104所需氧气由储氧站302提供；净化塔301对气化的粗煤气进行净化，净化后的煤气输送至气体分离装置303进行分离，分离出的CO、CH4、H2分别输送至CO储藏室401、CH4储藏室402、H2储藏室403；高压气化装置107以煤粉制备室105中的煤粉及通过高压气化装置供氢管道1072输送的H2为原料，在高压下气化，生成的CH4通过高压气化装置甲烷管道1071，一部分直接输送至CH4储藏室402，另一部分与反应放热制得的水蒸汽在甲烷和水蒸汽反应装置108中反应生成H2和CO2，CO2与CaO在炭化装置304中反应生成CaCO3，H2则输送至H2储藏室403，CaCO3通过CaCO3管道3041进入煅烧炉305进行煅烧，生成CaO与CO2，CaO和CaCO3实现循环利用，CO2输送至CO2储藏室408；在本发明停靠在井下中转站进行水及其他资源补给时，CO储藏室1101、CH4储藏室402、H2储藏室403、CO2储藏室408分别通过CO管道404、CH4管道405、H2管道406、CO2管道409将充填输送舱4中的气态资源输送至井下中转站；供电站109电力由井下中转站通过导线提供，再由供电站109分配至各用电设备。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种深部煤炭流态化开采原位气化装置，其特征在于，包括采掘破碎舱、原位气化舱和充填输送舱（4），原位气化舱与充填输送舱（4）依次设置在采掘破碎舱后方，采掘破碎舱的后端面边缘通过推进装置（2）与原位气化舱前端面边缘连接，原位气化舱的后端面边缘通过推进装置（2）与充填输送舱（4）前端面边缘连接；
所述原位气化舱包括煤炭气化舱（1）与气体分离舱（3）；煤炭气化舱（1）的后端面边缘通过推进装置（2）与气体分离舱（3）前端面边缘连接；
所述煤炭气化舱（1）内部设有水煤浆制备设备（101）、储水站（102）、水煤浆泵（103）、气化炉（104）、煤粉制备室（105）、高压气化装置（107）、甲烷和水蒸汽反应装置（108）和供电站（109）；水煤浆制备设备（101）、高压气化装置（107）与煤粉制备室（105）连接，储水站（102）、水煤浆泵（103）与水煤浆制备设备（101）连接，气化炉（104）分别与储水站（102）、水煤浆泵（103）连接，储水站（102）、甲烷和水蒸汽反应装置（108）与高压气化装置（107）连接。
2.根据权利要求1所述的一种深部煤炭流态化开采原位气化装置，其特征在于：所述气体分离舱（3）内部设有净化塔（301）、储氧站（302）、气体分离装置（303）、炭化装置（304）和煅烧炉（305），储氧站（302）、炭化装置（304）与煅烧炉（305）连接，气体分离装置（303）与净化塔（301）连接，净化塔（301）、储氧站（302）与气化炉（104）连接，炭化装置（304）与甲烷和水蒸汽反应装置（108）连接。
3.根据权利要求2所述的一种深部煤炭流态化开采原位气化装置，其特征在于：所述充填输送舱（4）前端面边缘通过推进装置（2）与气体分离舱（3）的后端面边缘连接；充填输送舱（4）内部设有CO储藏室（401）、CH4储藏室（402）、H2储藏室（403）和CO2储藏室（408），CO储藏室（401）、CH4储藏室（402）、H2储藏室（403）均与气体分离装置（303）连接，高压气化装置（107）、甲烷和水蒸汽反应装置（108）均与CH4储藏室（402）连接，高压气化装置（107）、炭化装置（304）均与H2储藏室（403）连接，CO2储藏室（408）与煅烧炉（305）连接。
4.根据权利要求1所述的一种深部煤炭流态化开采原位气化装置，其特征在于：还包括排渣输送带（5），排渣输送带（5）前端设置在煤炭气化舱（1）中，穿过气体分离舱（3），后端设置在充填输送舱（4）后端部。
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