CN217354343U - 煤炭地下气化炉内视频监控装置 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例提供了一种煤炭地下气化炉内视频监控装置，包括：耐高温摄像头，用于进行煤炭地下气化炉内的视频监控；视频采集单元，用于对所述耐高温摄像头进行供电、视频存储和调控；耐高温防护罩，用于保护所述耐高温摄像头；低温惰气供气单元，用于为所述低温惰气供气管提供低温惰气；低温惰气供气管，用于向所述耐高温防护罩内通入低温惰气进行降温防护，并在在耐高温防护罩的外表面形成吹扫气幕；雾化水供水单元，用于定期为所述雾化水喷头供水；雾化水喷头，用于定期对耐高温防护罩的外表面喷雾化水进行清洗。

Description

煤炭地下气化炉内视频监控装置

技术领域

本文件涉及煤炭地下气化技术领域，尤其涉及一种煤炭地下气化炉内视频监控装置。

背景技术

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的过程。地下气化技术只提取煤中含能组分，变物理采煤为化学采煤，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。煤炭地下气化技术不仅可以回收矿井遗弃的煤炭资源，而且还可以用于开采井工难以开采或开采经济性、安全性较差的薄煤层、深部煤层、“三下”压煤和高硫、高灰、高瓦斯煤层。地下气化生产的煤气可作为燃气直接民用和发电，或者作为提取纯氢、合成油、二甲醚、氨、甲醇的原料气。因此，煤炭地下气化技术具有较好的经济效益和环境效益，大大提高了煤炭资源的利用率和利用水平，是我国洁净煤技术的重要研究和发展方向。

煤炭地下气化炉建设完成后，首先需要在煤炭地下气化炉内进行点火引燃煤层，之后进行煤炭地下气化工作面的稳定生产。为了更加直观地、可视化地获得煤炭地下气化炉内的点火过程以及煤炭地下气化炉火焰工作面的产气过程，需要在煤炭地下气化炉内安装视频监测装置，通过可视化地视频监测达到对煤炭地下气化炉内的点火、产气过程进行掌握和调控的目的。

为了合理高效的利用煤炭资源，国内外学者都在谋求有益于环境的采矿技术。德国科学家威廉·西蒙斯于1868年首先提出煤炭地下气化的理论概念。自1912年英国科学家首次在达勒姆煤田进行煤炭地下气化试验以来，苏联等世界主要产煤国家对煤炭地下气化技术高度重视，进行了很多次煤炭地下气化工业化试验研究。1979年在世界煤炭远景会议上，联合国就煤炭地下气化发展形势指出，发展煤炭地下气化技术是从根本上解决传统开采方法存在的一系列技术和环境问题的重要途径。最近几十年来，世界上很多国家(例如澳大利亚、中国、南非、加拿大等国)都在大力推进煤炭地下气化的工业性试验研究。煤炭地下气化技术(Underground Coal Gasification，UCG)是将煤炭直接在原位上通过人工控制技术进行燃烧以及化学作用而转变成工业燃料或化工原料的一种新型的煤炭资源流态化开采技术，其重新定义了“洁净煤”的含义，使煤炭的开采使用价值得到很大程度的提高。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，能够实现井下的无人开采，能从根本上避免各种矿难事故的发生，具有环保安全、采煤率高、经济效益高等诸多优势。

煤炭地下气化技术将地下煤层构筑成一个位于煤层中的煤气化炉，需要首先在煤层中进行点火，引燃煤层，然后通过煤炭地下气化炉内的气化剂注入管提供燃烧气化反应所需的气化剂(氧气、空气、水蒸汽等)。煤炭地下气化炉运行阶段，气化剂与煤体燃烧气化反应界面即为火焰工作面位置，火焰工作面煤壁扩展形态、结构、范围等参数，是煤炭地下气化过程精准控制的重要参数。由于煤炭地下气化火焰工作面温度高，最高可达1200～1600℃，且煤燃烧气化产生的粗煤气含大量的煤焦油、粉尘、酸性气体等，因此，煤炭地下气化炉内是一个充满高温且富含焦油、粉尘、烟气的粗煤气环境。在这样的环境下若实现对点火及火焰工作面的可视化监测是有相当大难度的。目前，国内外在煤炭地下气化炉内的点火和运行过程的可视化视频监测方面，尚没有可行的装置和技术方案。

现有技术一种煤炭地下气化可视化点火与监控装置，包括设置在煤炭地下的点火系统、位于所述点火系统一侧的视频监控系统和温度测定系统、以及与点火系统、视频监控系统和温度测定系统相连的地面控制系统。视频监控系统实时采集点火系统的点火过程图像。

现有技术还公开了一种用于煤炭地下气化工艺的井下视频工具系统，包括主题壳体以及安装于主体壳体内的摄像装置、供电设备和数据存储设备，主体壳体的左端连接有主体护罩，主体护罩为透明材质；主体护罩内以及主体壳体内均设有气体通道，主体护罩的气体通道内设有防污工具，防污工具穿透主体护罩的外表面；该视频工具系统安装在无井式地下气化工艺的地面定向钻内的连续油管前端，通过连续油管输送氮气到防污工具，对红外线镜头外围的空间进行吹扫。可以实现对气化炉内的视频检测。

上述视频工具需要安装在地面定向钻井内的连续油管上，有连续油管输送到煤炭地下气化炉内进行检测，该技术方案适用于煤炭地下气化炉非运行状态下的炉内视频检测，无法适用于煤炭地下气化炉点火过程和运行过程的监测。因为，安装该视频工具后会影响煤炭地下气化炉运行时的连续油管内的气化剂输送，因此，该技术方案解决的是煤炭地下气化炉非运行状态下的炉内状况视频检测。

综上所述，现有技术存在的缺点主要有以下几点：

(1)现有技术方案无法同时对煤炭地下气化炉内点火过程和运行过程进行视频监测；所提出的技术方案只能在煤炭地下气化非运行状态下的炉内视频检测，并非对煤炭地下气化点火和运行过程中的视频监测。

(2)现有技术方案没有考虑煤炭地下气化点火和运行阶段的地下气化炉内的高温且富含焦油、粉尘、烟气的粗煤气环境，也并没有针对性地提出耐高温保护装置、焦油粉尘黏附在视频镜头上的吹扫、清洁装置，因此不能胜任煤炭地下气化炉点火和运行状态下的长时间、高可靠性、高清晰度的可视化监测任务。

综上所述，现有技术中，煤炭地下气化炉点火和运行阶段，所产生的的高温煤气不但温度高，而且煤气中含有大量的煤焦油、粉尘、烟气、酸性腐蚀气体等；高温会影响视频监测装置的使用寿命，烟气中所含的煤焦油、粉尘等会黏附到视频监测装置的镜头，从而造成视频清晰度差，模糊不清，可视化效果差；传统的视频监测装置不能调整视角，角度固定，不利于对煤炭地下气化炉较大范围内的视频监测。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种煤炭地下气化炉内视频监控装置，旨在解决现有技术中的上述问题。

本实用新型提供一种煤炭地下气化炉内视频监控装置，包括：

耐高温摄像头，内置于耐高温防护罩内，用于进行煤炭地下气化炉内的视频监控；

视频采集单元，与所述耐高温摄像头连接，用于对所述耐高温摄像头进行供电、视频存储和调控；

耐高温防护罩，设置于耐高温摄像头外部，用于保护所述耐高温摄像头；

低温惰气供气单元，与低温惰气供气管连接，用于为所述低温惰气供气管提供低温惰气；

低温惰气供气管，与所述低温惰气供气单元连接，用于向所述耐高温防护罩内通入低温惰气进行降温防护，并在在耐高温防护罩的外表面形成吹扫气幕；

雾化水供水单元，与雾化水喷头连接，用于定期为所述雾化水喷头供水；

雾化水喷头，与所述雾化水供水单元连接，用于定期对耐高温防护罩的外表面喷雾化水进行清洗。

本实用新型采用耐高温防护罩对摄像头进行隔离防护，采用低温惰性气体对防护罩内的摄像头进行降温和高温烟气隔离保护，同时对耐高温玻璃外表面的高温烟气和焦油进行惰性气体吹扫；采用耐高温玻璃作为摄像头的保护镜面，且采用雾化水对耐高温玻璃外表面进行雾化水清洗，清洗耐高温玻璃外表面积聚的焦油和粉尘，保证视频画面的清晰度。本实用新型实现了对煤炭地下气化炉内点火及运行阶段的长时间、高可靠、高清晰度的视频监控，克服了摄像头在高温环境下寿命短，镜头被焦油、粉尘黏附导致视频画面模糊不清等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个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说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的煤炭地下气化炉内视频监控装置的示意图；

图2是本实用新型实施例的煤炭地下气化炉内视频监控装置的局部放大侧视图；

图3是本实用新型实施例的装置耐高温防护罩的正视图。

具体实施方式

本实用新型实施例主要提供了一种用于煤炭地下气化炉内视频监控的装置，主要实现对煤炭地下气化炉内的点火过程和运行过程的可视化监测。采用可调角度耐高温防护罩对可调角度摄像头进行隔离防护，采用低温惰性气体对防护罩内的摄像头进行降温和高温烟气隔离保护，同时对耐高温玻璃外表面的高温烟气和焦油进行惰性气体吹扫；采用耐高温玻璃作为摄像头的保护镜面，且采用雾化水对耐高温玻璃外表面进行雾化水清洗，清洗耐高温玻璃外表面积聚的焦油和粉尘，保证视频画面的清晰度。本实用新型实现了对煤炭地下气化炉内点火及运行阶段的长时间、高可靠、高清晰度的视频监控，克服了摄像头在高温环境下寿命短，镜头被焦油、粉尘黏附导致视频画面模糊不清等问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个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说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。

根据本实用新型实施例，提供了一种煤炭地下气化炉内视频监控，实现了对煤炭地下气化炉内点火及运行阶段的长时间、高可靠、高清晰度的视频监控，克服了摄像头在高温环境下寿命短，镜头被焦油、粉尘黏附导致视频画面模糊不清等问题。图1是本实用新型实施例的煤炭地下气化炉内视频监控的示意图，如图1所示，根据本实用新型实施例的煤炭地下气化炉内视频监控具体包括：

耐高温摄像头，内置于耐高温防护罩内，用于进行煤炭地下气化炉内的视频监控；所述耐高温摄像头安装于煤炭地下气化炉倾向下部的隔离密闭的内壁上，所述耐高温摄像头为可调角度和焦距的耐高温摄像头。所述耐高温摄像头的上部设置有钢架，用于保护所述耐高温摄像头。

视频采集单元，与所述耐高温摄像头连接，用于对所述耐高温摄像头进行供电、视频存储和调控；

耐高温防护罩，设置于耐高温摄像头外部，用于保护所述耐高温摄像头；所述耐高温防护罩为圆锥状和喇叭口的耐高温金属防护罩，一端和低温惰气供气管相连，另一端的端面嵌装有耐高温玻璃，所述耐高温玻璃与耐高温防护罩连接处留有出气孔。

低温惰气供气单元，与低温惰气供气管连接，用于为所述低温惰气供气管提供低温惰气；

低温惰气供气管，与所述低温惰气供气单元连接，用于向所述耐高温防护罩内通入低温惰气进行降温防护，并在在耐高温防护罩的外表面形成吹扫气幕；所述低温惰气供气管安装在气化炉下部隔离密闭中，且所述低温惰气供气管内嵌装有固定杆。所述耐高温摄像头固定在低温惰气供气管内的固定杆上。所述低温惰气供气管喷出惰气对耐高温摄像头和耐高温玻璃进行降温防护，由所述出气孔排出吹扫耐高温玻璃的外表面，在耐高温玻璃的外表面形成低温惰气气幕。

雾化水供水单元，与雾化水喷头连接，用于定期为所述雾化水喷头供水；

雾化水喷头，与所述雾化水供水单元连接，用于定期对耐高温防护罩的外表面喷雾化水进行清洗。

所述视频采集单元、低温惰气供气单元以及雾化水供水单元安装于煤炭地下气化炉倾向下部的隔离密闭外的巷道内。

以下对本实用新型实施例的上述技术方案进行详细说明。

如图1-图3嗾使，主要包括耐高温摄像头9及视频采集单元14、耐高温防护罩10、低温惰气供气单元13、雾化水供水单元15。在煤炭地下气化炉倾向下部的隔离密闭4内壁上，安装可调角度的耐高温摄像头9，该耐高温摄像头9内置于耐高温防护罩10内，内部通有低温惰气进行降温防护，并在耐高温防护罩10的耐高温玻璃10-3外表面形成吹扫气幕，在耐高温防护罩10上部设置雾化水喷头17，可定期对耐高温玻璃10-3外表面喷雾化水清洗。为了防止上部的煤体和岩体垮落对视频监测装置造成破坏，在视频监测装置上部布置钢架18进行防护。

所述耐高温摄像头9是连接在耐高温防护罩10内的可调角度、调焦距、耐高温摄像头，固定在低温惰气供气管12内的固定杆11上，在煤炭地下气化炉下部的隔离密闭4外的巷道5内布置有视频采集单元14，可对耐高温摄像头 9进行供电、视频存储和调控。

所述耐高温防护罩10是呈圆锥状、喇叭口的耐高温金属防护罩10-1，该耐高温防护罩10一端和低温惰气供气管路12相连，另一端的端面是耐高温玻璃10-3。该耐高温玻璃10-3嵌装在耐高温防护罩10-1上，周边留有出气孔10-2。

所述低温惰气供气管路12是安装在气化炉下部隔离密闭4中的低温、二氧化碳或氮气的通气管路，且该管路内嵌装有耐高温摄像头9的固定杆11。

所述低温惰性气体由位于煤炭地下气化炉下部隔离密闭4外巷道5内的低温惰气供气单元13提供，是由液态惰性气体储罐经气化器气化后提供的低温惰性气体，该惰性气体可以为二氧化碳气体和氮气。该低温惰性气体进入到低温惰气供气管路12内，对耐高温摄像头9和耐高温玻璃10-3进行降温防护，最后由耐高温玻璃10-3与耐高温防护罩10-1连接处的出气孔10-2排出，排气的低温惰气可吹扫耐高温玻璃10-3外表面，在耐高温玻璃10-3外表面形成低温惰气气幕，防止煤炭地下气化炉内粗煤气中的焦油、粉尘黏附在耐高温玻璃 10-3外表面。

所述雾化水喷头17是设置在耐高温防护罩10上部的雾化水喷头，由处于煤炭地下气化炉下部隔离密闭4外巷道内的雾化水供水单元15提供雾化水，经布置于隔离密闭4内的供水管16为雾化水喷头17供水，雾化水喷头17定期对耐高温玻璃10-3外表面进行喷洒含清洁剂的雾化水，定期清洗耐高温玻璃10-3外表面，防止可能初选的粗煤气中的焦油、粉尘黏附在耐高温玻璃外表面。

综上所述，采用本实用新型实施例的技术方案，可实现对煤炭地下气化炉点火和运行过程的可视化监测。采用耐高温防护罩对摄像头进行隔离防护，采用低温惰性气体对防护罩内的摄像头进行降温和高温烟气隔离保护，同时对耐高温玻璃外表面的高温烟气和焦油进行惰性气体吹扫；采用耐高温玻璃作为摄像头的保护镜面，且采用雾化水对耐高温玻璃外表面进行雾化水清洗，清洗耐高温玻璃外表面积聚的焦油和粉尘，保证视频画面的清晰度。本实用新型的耐高温摄像头可调整角度监测到点火平巷内的点火器工作引燃煤层的过程；尤其是在煤炭地下气化炉运行过程中，本视频监测装置通过角度调控和焦距调整能实现可视化监测到火焰工作面的分布范围、煤体燃烧、燃空区扩展、顶板垮冒、灰渣沉积等。

本实用新型实施例实现了对煤炭地下气化炉内点火及运行阶段的长时间、高可靠、高清晰度的视频监控，克服了摄像头在高温环境下寿命短，镜头被焦油、粉尘黏附导致视频画面模糊不清等问题。

根据本实用新型实施例的用于煤炭地下气化炉内视频监控的方法，包括以下步骤：

步骤1，设备安装与调试

煤炭地下气化炉的斜向下部为煤炭地下气化炉的点火平巷3，主要布置一些点火材料用于引燃煤层2。点火平巷3与外部巷道5之间为煤炭地下气化炉下部的隔离密闭4。点火平巷3布置好后，在修建隔离密闭4时，在隔离密闭 4的上部安装耐高温防护罩10、耐高温摄像头9、耐高温摄像头固定杆11、低温惰气供气管路12、雾化水喷头17及雾化水供水管16。在耐高温防护罩10 上部搭建钢架18进行防护。

视频监测设备安装到位后，对耐高温摄像头9可调角度进行测试，尽量扩大摄像头9在水平方向和垂直方向的可视化角度；开启低温惰气供气单元13，检查耐高温防护罩10-1与耐高温玻璃10-3边缘的出气孔10-2风量大小和方向，尽量让低温惰气在耐高温玻璃10-3外表面形成低温惰气保护气幕；开启雾化水供水单元15，检查雾化水喷头17喷水效果和角度，使雾化水喷洒在耐高温玻璃10-3外表面。

步骤2，地下气化炉点火过程视频监测

煤炭地下气化炉下部的点火平巷3主要用于填装点火引燃材料，当煤炭地下气化炉开始点火后，本实用新型提供的视频监测装置开始工作，低温惰气吹扫持续工作、雾化水喷水17可根据视频画面清晰度效果间歇式工作；本实用新型的耐高温摄像头9可调整角度监测到点火平巷3内的点火器工作引燃煤层的过程。

步骤3，地下气化炉运行过程视频监测

当煤炭地下气化炉点火成功后，点火平巷3内引燃材料及周边煤体燃烧后形成燃空区8，并且随着煤炭地下气化的进行，煤炭地下气化炉内燃空区8范围逐渐增大。煤炭地下气化炉内燃空区8将向火焰工作面6推进方向、两侧煤壁方向扩展，并且煤层顶板1将出现局部热损伤垮落，燃空区8底部将出现煤灰残留和损伤垮落顶板堆积7。随着火焰工作面6的推进，火焰工作面6高温区将逐渐远离点火平巷3出的视频监测装置，因此该视频监测装置处的温度值将会逐渐降低，且由于火焰工作面6所产生的高温煤气并不流经本视频监测装置位置，因此本视频监测装置处的焦油、粉尘含量将逐渐降低，将有利于延长本视频监测装置的使用寿命。本视频监测装置通过角度调控和焦距调整能实现可视化监测到火焰工作面6的分布范围、煤体燃烧、燃空区扩展、顶板垮冒、灰渣沉积等。

与现有技术方案相比较，本实用新型实施例的技术方案具有优点如下：

1.可实现对煤炭地下气化炉点火和运行过程的可视化监测。采用耐高温防护罩对摄像头进行隔离防护，采用低温惰性气体对防护罩内的摄像头进行降温和高温烟气隔离保护，同时对耐高温玻璃外表面的高温烟气和焦油进行惰性气体吹扫；

2.采用耐高温玻璃作为摄像头的保护镜面，且采用雾化水对耐高温玻璃外表面进行雾化水清洗，清洗耐高温玻璃外表面积聚的焦油和粉尘，保证视频画面的清晰度。

3.本实用新型的耐高温摄像头可调整角度监测到点火平巷内的点火器工作引燃煤层的过程；尤其是在煤炭地下气化炉运行过程中，本视频监测装置通过角度调控和焦距调整能实现可视化监测到火焰工作面的分布范围、煤体燃烧、燃空区扩展、顶板垮冒、灰渣沉积等。

4.本实用新型实现了对煤炭地下气化炉内点火及运行阶段的长时间、高可靠、高清晰度的视频监控，克服了摄像头在高温环境下寿命短，镜头被焦油、粉尘黏附导致视频画面模糊不清等问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种煤炭地下气化炉内视频监控装置，其特征在于，包括：

耐高温摄像头，内置于耐高温防护罩内，用于进行煤炭地下气化炉内的视频监控；

视频采集单元，与所述耐高温摄像头连接，用于对所述耐高温摄像头进行供电、视频存储和调控；

耐高温防护罩，设置于耐高温摄像头外部，用于保护所述耐高温摄像头；

低温惰气供气单元，与低温惰气供气管连接，用于为所述低温惰气供气管提供低温惰气；

低温惰气供气管，与所述低温惰气供气单元连接，用于向所述耐高温防护罩内通入低温惰气进行降温防护，并在耐高温防护罩的外表面形成吹扫气幕；

雾化水供水单元，与雾化水喷头连接，用于定期为所述雾化水喷头供水；

雾化水喷头，与所述雾化水供水单元连接，用于定期对耐高温防护罩的外表面喷雾化水进行清洗。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耐高温摄像头安装于煤炭地下气化炉倾向下部的隔离密闭的内壁上。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耐高温摄像头为可调角度和焦距的耐高温摄像头。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耐高温摄像头的上部设置有钢架，用于保护所述耐高温摄像头。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述低温惰气供气管安装在气化炉下部隔离密闭中。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述低温惰气供气管内嵌装有固定杆。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述耐高温摄像头固定在低温惰气供气管内的固定杆上。

8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述视频采集单元、低温惰气供气单元以及雾化水供水单元安装于煤炭地下气化炉倾向下部的隔离密闭外的巷道内。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耐高温防护罩为圆锥状和喇叭口的耐高温金属防护罩，一端和低温惰气供气管相连，另一端的端面嵌装有耐高温玻璃，所述耐高温玻璃与耐高温防护罩连接处留有出气孔。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述低温惰气供气管喷出惰气对耐高温摄像头和耐高温玻璃进行降温防护，由所述出气孔排出吹扫耐高温玻璃的外表面，在耐高温玻璃的外表面形成低温惰气气幕。

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