CN203614085U - 一种煤炭地下气化点火装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种煤炭地下气化点火装置，涉及煤炭地下气化的技术领域，为提高点火成功率，以及在点火失败后便于下次点火工作而设计。所述煤炭地下气化点火装置包括第一管道、第二管道，所述第一管道用于插入钻孔内，其底端靠近点火煤层，所述第二管道插入所述第一管道内，并伸至所述第一管道的底端，所述第二管道底端设有点火机构；所述第一管道用于通入高压空气，所述第二管道用于通入可燃物，所述点火机构用于将所述可燃物点燃，并引燃附近的煤层。本实用新型主要用于进行煤炭地下气化点火。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤炭地下气化的技术领域，尤其涉及一种煤炭地下气化点火装置。
背景技术
煤炭地下气化技术是一种化学采煤的方法，将气化剂（空气或氧气、水蒸气等）和地下煤层充分接触，将处于地下的煤炭进行有控制地燃烧，通过对煤的热解作用以及化学作用产生可燃气体。
传统的煤炭地下气化点火过程一般在深度较深（200米以上）的钻孔内进行，由于钻孔内难免会存在地下水，因此为了保证点火成功，通常在钻孔的底部填充可燃物（如煤块或焦炭），通过点火装置点燃可燃物，使其引燃附近的煤层。但是由于可燃物在钻孔内具有一定的深度，且钻孔底部比较潮湿，使得可燃物在燃烧时熄灭的风险比较大，这样便无法引燃煤层，降低点火成功率，而且当点火不成功时，大量的煤块和焦炭会堵塞钻孔，钻孔的处理比较繁琐，对下次点火工作产生影响。
实用新型内容
本实用新型的实施例提供了一种煤炭地下气化点火装置，能够提高点火成功率，以及在点火失败后便于下次点火工作。
为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：
本实用新型实施例提供了一种煤炭地下气化点火装置，包括第一管道、第二管道，所述第一管道用于插入钻孔内，其底端靠近点火煤层，所述第二管道插入所述第一管道内，并伸至所述第一管道的底端，所述第二管道底端设有点火机构；所述第一管道用于通入高压空气，所述第二管道用于通入可燃物，所述点火机构用于将所述可燃物点燃，并引燃附近的煤层。
进一步地，还包括红外摄像机构，所述红外摄像机构用于采集点火过程中的温度和点火过程的图像。
可选地，所述红外摄像机构包括红外感光件和数据处理块，所述红外感光件可沿所述第一管道的轴向的往复移动，所述数据处理块设置在所述第一管道外，并与所述红外感光件连接。
具体地，所述红外感光件沿所述第一管道的轴向滑动连接有轨道，所述轨道固定在所述第二管道的外侧面上，所述红外感光件的顶端连接有牵引索，所述牵引索连接有驱动电机；在点火之前，所述红外感光件移动至所述点火机构的附近，在点火之后，所述红外感光件移动至远离所述点火机构的位置处。
进一步地，所述红外感光件的外侧包围有保护罩，所述保护罩上设有进风口和出风口，所述进风口的轴向垂直于所述第二管道的轴向、且与所述第二管道连通，所述出风口的轴向垂直于所述进风口的轴向，并朝向所述第一管道的底部。
进一步地，第二管道内套设有第三管道，所述第三管道用于通入所述可燃物。
进一步地，所述进风口处设有盖板，所述轨道的底端设有触控开关，所述触控开关用于控制所述盖板的打开和关闭；当所述保护罩触碰所述触控开关之前，所述盖板关闭，当所述保护罩触碰所述触控开关，所述盖板打开。
进一步地，所述第一空气管道由上管道和下管道沿轴向通过法兰连接而成，所述下管道固定在所述钻孔内、且伸出所述钻孔，所述上管道的一侧设有通孔，第二管道从所述通孔伸入至第一管道的内部。
可选地，所述可燃物为可燃气体。
可选地，所述可燃物为可燃液体，所述第二管道的底端设有雾化喷头。
本实用新型实施例提供的煤炭地下气化点火装置，包括第一管道、第二管道，所述第一管道的直径大于所述第二管道的直径，所述第一管道用于插入钻孔内，其底端靠近点火煤层，所述第二管道插入所述第一管道内，并伸至所述第一管道的底端，所述第二管道底端设有点火机构；所述第一管道用于通入高压空气，所述第二管道用于通入可燃物，所述点火机构用于将所述可燃物点燃，并引燃附近的煤层。在点火机构点火之前，首先可以向第一管道内通入高压空气，将钻孔底部的水分压入煤层中，并持续一段时间使点火煤层形成裂缝，然后向第二管道内注入可燃物，并启动点火机构，将可燃物点燃，从而引燃点火煤层。从上述可看出，在点火之前，钻孔底部的水分可以通过高压空气排出，并使钻孔的底部形成干燥的环境，使得可燃物在燃烧时熄灭的风险降低，提高点火成功率；在点火时，即使点火不成功，也不会使钻孔底部堵塞，简化钻孔的处理过程，便于下次点火。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例一提供的煤炭地下气化点火装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例一提供的煤炭地下气化点火装置的另一结构示意图；
图3为本实用新型实施例二提供的煤炭地下气化点火装置的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的煤炭地下气化点火装置中红外感光件移动至第二管道底端的示意图。
附图说明：
10-第一管道，11-上管道，12-下管道，110-法兰，120-法兰，20-第二管道，21-点火机构，22-雾化喷头，30-红外感光件，300-进风口300，301-出风口，31-轨道，32-牵引索，33-驱动电机，34-触控开关，35-保护罩，40-煤层，41-钻孔，50-第三管道。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型基于现有技术存在点火成功率低、点火钻孔容易堵塞的技术问题而提出了一种煤炭地下气化点火装置，参照图1所示，该煤炭地下气化点火装置包括第一管道10、第二管道20，第一管道10用于插入钻孔41内，其底端靠近点火煤层40，第二管道20插入第一管道10内，并伸至第一管道10的底端，第二管道20底端设有点火机构21；第一管道10用于通入高压空气，第二管道20用于通入可燃物，点火机构21用于将可燃物点燃，并引燃附近的煤层40。
在点火机构21点火之前，首先可以向第一管道10内通入高压空气，将钻孔41底部的水分等杂质压入煤层中，并持续一段时间使点火煤层形成裂缝，使得点火钻孔41与其它钻孔（出气孔或出气井）存在连通关系，在点火煤层中形成空气流动通道，有助于煤层的燃烧；然后向第二管道20内注入可燃物，并启动点火机构，将可燃物点燃，从而引燃点火煤层。从上述可看出，在点火之前，钻孔41底部的水分可以通过高压空气排出，并使钻孔41的底部形成干燥的环境，使得可燃物在燃烧时熄灭的风险降低，提高点火成功率；在点火时，即使点火不成功，也不会使钻孔底部堵塞，简化钻孔的处理过程，便于下次点火工作。
需要说明的是，上述第二管道20通入的可燃物可以为可燃气体，也可以为可燃液体，下面结合图1-图4分别对当可燃物为可燃气体，以及可燃物为可燃液体分别进行说明。
实施例一
如图1所示，煤炭地下气化点火装置包括第一管道10、第二管道20、红外摄像机构，其中，第一管道10用于插入钻孔41内，其底端靠近钻孔41的底端但不与钻孔的底端接触，这样可在第一管道10的底端和钻孔41的底端之间的煤层40为点火煤层；第二管道20插入第一管道10内，并伸至第一管道10的底端，且基本与第一管道10的底端相平，第二管道20的底端侧面设有点火机构21，红外摄像机构设置在第一管道10内，用于采集点火过程中的温度和点火过程的图像。在点火机构21点火之前，先向第一管道10内通入高压空气，将钻孔底部的水分压入煤层中，并持续一段时间使点火煤层形成裂缝，然后向第二管道20内注入可燃气体，并启动点火机构21，当可燃气体从第二管道20的底端流出时，点火机构21将其点燃，从而引燃点火煤层，在点火过程中，红外摄像机构通过红外线采集点火温度，通过摄像头采集点火过程的图像，这样以便能够实时监控点火情况。
这里需要说明的是，在点火过程中，第一管道10不是通入高压空气，而是通入助燃气体，例如氧气，这样有利于点火成功，提高点火的成功率。
对于红外摄像装置而言，其包括红外感光件和数据处理块，其中，红外感光件和数据处理块可以是分开设置的两个结构，或者是集成的一个结构。
对于红外感光件和数据处理块是分开设置的结构，红外感光件30设置在第一管道10内，且可以沿着第一管道10的轴向往复移动，数据处理块（图中未示）设置在第一管道10的外部，其与红外感光件30连接，且与电控装置连接。
其中，红外感光件30的移动是通过与其连接的驱动机构来实现的，继续参阅图1，驱动机构包括轨道31、牵引索32、以及驱动电机33，轨道31可通过焊接的方式沿轴向固定在第二管道20的外侧面上，与第二管道20形成一体的结构，红外感光件30的顶端连接有牵引索32，牵引索32连接有驱动电机33，在驱动电机33的驱动下，牵引索32牵引红外感光件30沿轴向上下移动。在点火成功之前，红外感光件30在牵引索32的作用下移动至点火机构21的附近，在点火成功之后，红外感光件30在牵引索32的作用下移动至远离点火机构21的位置处，这样能够对红外感光件30起到较好的保护作用，这是因为在点火的过程中（在点火成功之前），点火处的温度较低，此时红外感光件30沿第一管道10的轴向向下移动至点火机构21的附近，即第二管道20的底端，这样通过红外感光件30接收来自点火处的光，并通过数据处理块将接收到的光转化为电信号并处理为可见的图像，从而能够直观的监测到点火处实时的温度和图像，并且能够通过调节通入第二管道20内的进风量，以保证能够点火成功。在点火成功之后，点火机构21能使可燃气持续燃烧，且提供温度大于可燃气体的着火点，以确保能在钻孔底部形成一个持续高温区，保证可燃液体能够持续燃烧，为了不使高温对红外感光件30产生影响，将红外感光件30沿第一管道10的轴向向上移动至远离点火机构21的位置处，对红外感光件30起到保护作用。
在红外感光件30的移动的过程中，为避免对红外感光件30产生损坏，可以在红外感光件30的外侧包围保护罩35，对红外感光件30起到较好的保护作用，其中，保护罩30的顶端连接牵引索32，保护罩30与轨道31通过内扣滚珠轴承沿轴向滑动连接，这样可减少阻力并且能够防止保护罩30脱离轨道31。另外，在点火过程中，钻孔底端也会具有相对较高的温度，此时位于第二管道20的底端的红外感光件30的温度也会升高，此时通过散热装置可以对红外感光件30进行冷却，散热装置可集成在保护罩35内，但是作为本实用新型更为可选的方案，可以不用单独设置散热装置，而是通过风冷的方式对红外感光件30进行冷却，如图4所示，在保护罩35朝向第二管道20的一侧设有进风口300，进风口300的轴向垂直于第二管道20的轴向、且与第二管道20连通，保护罩35朝向第一管道10底部的一侧设有出风口301，出风口301的轴向垂直于述进风口300的轴向，这样进风口300和出风口301之间形成散热通道，第一管道10内的气流以及第二管道20内的气流进入散热通道内，从而可以对红外感光件30进行冷却。
由于进风口300更靠近于第二管道20，因此在实际上，红外感光件30的冷却更多是通过第二管道20内的气流来进行冷却。从上述内容可以知道，第二管道20内用于通入可燃物，当可燃物从保护罩35内的散热通道流出时，则会影响可燃物的含量，对点火成功产生影响，为避免这一情况的发生，可以在第二管道20内同心套入第三管道50，第三管道50伸入第二管道20的底端，这样可以向第三管道50通入可燃物，向第二管道20通入的空气，使得第三管道50内的可燃气为点燃煤层中煤壁使用，第二管道20内的空气可以为红外摄像头装置提供风冷的气流，从而实现即能够对红外感光件起到冷却效果，又能保证不会减少可燃物的含量，避免对点火成功产生影响。
当红外感光件30远离钻孔41的底端时，此时红外感光件30的温度并不是很高，因此不需要进行散热，此时可以使进风口300关闭，为此，作为本实施例可选地方案，在进风口300处可以设置用于打开和关闭进风口300的盖板，盖板的打开和关闭通过设置在轨道31底端触控开关34来控制。在红外感光件30远离钻孔41的底端，或向下移动的过程中，保护罩35还未触碰触控开关34，此时盖板处于关闭状态；在红外感光件30位于钻孔41的底端时，保护罩35触碰触控开关34，此时盖板（这里不是阀门体积太大不能实现此过程）打开，使得进风口300和出风口301之间的散热通道处于空气流通状态。当然，在出风口301处也可以设有盖板，其打开和关闭的时间与上述相同。
对于红外感光件和数据处理块是集成的红外摄像结构，可以将该集成的红外摄像结构设置在第一管道10内，并与外部第一管道10外部的电控装置电连接。对于该红外摄像结构设置的方式，除了数据处理块的设置方式不同之外，其它基本与前文内容相同，只需将前文中的红外感光件替换为红外摄像结构即可。
由于数据处理块的数据处理功能在整个红外摄像机构中起到重要的作用，因此在红外感光件和数据处理块时分开设置的结构时，可以避免高温对数据处理块产生影响，这样也可以作为本实施例中一种较为优选的方案。
前文提到第二管道20是插入在第一管道10内的，具体的插入方式再次参照图1，第一管道10中位于钻孔41上方的侧面设有通孔，第二管道20的一端从该通孔伸入至第一管道10的底端，且与第一管道10的底端基本相齐平，第二管道20的另一端位于通孔的外部，第二管道20中伸入第一管道10内的外侧面焊接轨道31；或者可以使第二管道20直接从第一管道10的上端直接通入第一管道10的底端。
本领域技术人员可以理解的是，第一管道10和第二管道20均为钢制材料制成，因此第一管道10和第二管道20实际为一个通过焊接方连接而成的一体结构。还可以知道的是，煤炭地下气化点火装置一旦放在点火钻孔内后，根据其应用的情况（点火钻孔深度深，钻孔不方便等），煤炭地下气化点火装置的更换周期比较长，因此本领域内通常将第一管道10彻底固定在钻孔内。
由于钻孔的深度较深，因此第一管道10对应地长度也比较长，为了便于制作，可以将第一管道10分为两部分，分别为上管道11和下管道12，其中，下管道12完全固定在钻孔内，其底端与第一管道10的底端相平、顶端与伸出钻孔，上管道11沿轴向与下管道12连接而成，上管道11的侧面还设有能够伸入第二管道20的通孔，且上管道11和第二管道20相互焊接呈一体结构。
不过在需要更换点火机构，或者需要对钻孔进行处理时，由于下管道12完全固定在钻孔内，因此需要更换上管道11才能实现更换。为了便于更换上管道11，如图2所示，可以将上管道11和下管道12通过法兰110和法兰120连接。
第一管道10除了采用上管道11和下管道12通过法兰连接来实现更换的目的，还可以采用切割的方式来实现，即第一管道10本身为一体式结构，通过切割工艺将上管道11切除，然后将需要更换的上管道11焊接在下管道12上。
根据上述内容，本实施例提高的煤炭地下气化点火装置的实现过程为：
1）点火前预处理
向第一管道10内鼓入高压空气，将点火孔内水等其他杂质压入煤层中，在孔底形成较干燥的裸露煤壁，并通过高压实现点火孔与其他钻孔（出气孔或出气井）连通，在点火煤层中形成空气流动通道，有助于煤层的燃烧；
2）点火过程
前期点火加压完毕后，保持第一管道10内的供风状态（有助于点火成功），并向第二管道20向点火钻孔的底端内通入可燃气，在通入的初期阶段，第二管道20内的进气流量较小，红外摄像装置在牵引索32下移至点火钻孔的底端。启动点火机构21，可燃气在钻孔的底端点燃，根据摄像头采集的数据对可燃气的进风量进行适当调节，逐渐扩大点火面温度，进而引燃钻孔底端裸露的煤层。同时与点火钻孔连通的出气孔进行出气取样，待发现出气组分中二氧化碳浓度约为2%时，并且氧气浓度也较空气组分小，可以确定点火井和出气井存在着空气流动通道，且可燃气已经充分燃烧。继续对煤气组分进行取样检测检测到二氧化碳含量持续上升时，则可以确定点火成功。
3）点火过程中红外感光件的运动过程
下降过程，在可燃气通入第二管道20的过程中，红外摄像装置处于点火钻孔40的顶端，此时进风口300处于关闭状态。操作人员打开驱动电机33，红外摄像装置在牵引索32的牵引下沿轨道31向下移动。当红外摄像装置下移至点火钻孔的底端时，保护罩接触触控开关34，进风口300打开，使进风口300和出风口301连通，实现对红外感光件30风冷降温，气流方向如图4所示的箭头方向。
上升过程，在数据收集完毕或红外感光件30温度较高时，需要红外摄像装置上升时。其运动过程与下降过程相反，红外摄像装置远离点火钻孔底端，并且保护罩35与接触开关不接触，此时进风口300自动关闭。
实施例二
本实施例中的可燃物为可燃液体，与实施例一不同的是，如图3所示，第二管道20的底端设有雾化喷头22，具体地，可以是在第二管道20的底端焊接圆锥头，圆锥头上设有例如6-8个出液孔，可燃液体通过该雾化喷头22喷出可燃雾，通过点火机构21将可燃雾点燃，从而在钻孔底端形成高温区，并引燃其附近的煤层，实现点火。
以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种煤炭地下气化点火装置，其特征在于，包括第一管道、第二管道，所述第一管道用于插入钻孔内，其底端靠近点火煤层，所述第二管道插入所述第一管道内，并伸至所述第一管道的底端，所述第二管道底端设有点火机构；所述第一管道用于通入高压空气，所述第二管道用于通入可燃物，所述点火机构用于将所述可燃物点燃，并引燃附近的煤层。
2.根据权利要求1所述的煤炭地下气化点火装置，其特征在于，还包括红外摄像机构，所述红外摄像机构用于采集点火过程中的温度和点火过程的图像。
3.根据权利要求2所述的煤炭地下气化点火装置，其特征在于，所述红外摄像机构包括红外感光件和数据处理块，所述红外感光件可沿所述第一管道的轴向的往复移动，所述数据处理块设置在所述第一管道外，并与所述红外感光件连接。
4.根据权利要求3所述的煤炭地下气化点火装置，其特征在于，所述红外感光件沿所述第一管道的轴向滑动连接有轨道，所述轨道固定在所述第二管道的外侧面上，所述红外感光件的顶端连接有牵引索，所述牵引索连接有驱动电机；在点火之前，所述红外感光件移动至所述点火机构的附近，在点火之后，所述红外感光件移动至远离所述点火机构的位置处。
5.根据权利要求3所述的煤炭地下气化点火装置，其特征在于，所述红外感光件的外侧包围有保护罩，所述保护罩上设有进风口和出风口，所述进风口的轴向垂直于所述第二管道的轴向、且与所述第二管道连通，所述出风口的轴向垂直于所述进风口的轴向，并朝向所述第一管道的底部。
6.根据权利要求5所述的煤炭地下气化点火装置，其特征在于，第二管道内套设有第三管道，所述第三管道用于通入所述可燃物。
7.根据权利要求5所述的煤炭地下气化点火装置，其特征在于，所述进风口处设有盖板，所述轨道的底端设有触控开关，所述触控开关用于控制所述盖板的打开和关闭；当所述保护罩触碰所述触控开关之前，所述盖板关闭，当所述保护罩触碰所述触控开关，所述盖板打开。
8.根据权利要求1-7任一项所述的煤炭地下气化点火装置，其特征在于，所述第一空气管道由上管道和下管道沿轴向通过法兰连接而成，所述下管道固定在所述钻孔内、且伸出所述钻孔，所述上管道的一侧设有通孔，第二管道从所述通孔伸入至第一管道的内部。
9.根据权利要求1-7任一项所述的煤炭地下气化点火装置，其特征在于，所述可燃物为可燃气体。
10.根据权利要求1-7任一项所述的煤炭地下气化点火装置，其特征在于，所述可燃物为可燃液体，所述第二管道的底端设有雾化喷头。
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| CN108266170A (zh) * | 2018-01-22 | 2018-07-10 | 苏州大学 | 推进式页岩气燃烧开采装置及方法 |
| CN109339788A (zh) * | 2018-11-15 | 2019-02-15 | 杨昌玮 | 一种控制地下煤自燃并开发利用的方法 |
| CN110939424A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-03-31 | 西安物华巨能爆破器材有限责任公司 | 一种无井式煤炭地下气化点火方法 |
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