一种煤田气化用预加热点火装置及煤田气化方法与流程

1.本发明涉及煤炭开采技术领域，特别是涉及一种煤田气化用预加热点火装置及煤田气化方法。


背景技术：

2.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。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。地下气化煤气不仅可作为燃气直接民用和发电，而且还可以用于提取纯氢或作为合成油、二甲醚、氨、甲醇的原料气。
3.与传统采煤和地面气化相比，煤炭的地下气化技术有以下优势：(1)可以回收传统方法开采不经济和无法开采的煤炭资源；(2)由于煤炭无须人工开采，地下气化最大限度的减少了矿工的健康和安全问题；(3)减少了地面沉陷，以及固体废物排放很少；(4)减少了对社会经济的影响；(5)投资少，煤气成本低。
4.煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。具体如下：
5.(i)由进气通道鼓入气化剂(空气、o2和h2o(g))，并在进气侧点燃煤层，气化剂中的o2遇煤燃烧产生co2，并释放大量的反应热，燃烧区称为氧化区，当气流中o2浓度接近于零时，燃烧反应结束、氧化区结束。氧化区的主要反应如下：
6.氧化反应(燃烧反应)：
7.c+o2＝＝co2+393.8mj/kmol
8.碳的部分氧化反应(不完全燃烧反应)：
9.2c+o2＝＝2co+221.1mj/kmol
10.co氧化反应(co燃烧反应)：
11.2co+o2＝＝2co2+570.1mj/kmol
12.(ii)氧化区结束后，则进入还原区，氧化区使还原区煤层处于炽热状态，在还原区co2与炽热的c还原成co，h2o(g)与炽热的c还原成co、h2等，由于还原反应是吸热反应，使煤层和气流温度逐渐降低，当温度降低到使还原反应程度较弱时，还原区结束。还原区的主要反应如下：
13.co2还原反应(发生炉煤气反应)：
14.co2+c＝＝2co+162.4mj/kmol
15.水蒸汽分解反应(水煤气反应)：
16.h2o+c＝＝h2+co+131.5mj/kmol
17.水蒸汽分解反应：
18.2h2o+c＝＝2h2+co2+90.0mj/kmol
19.co变换反应：
20.co+h2o＝＝h2+co2+41.0mj/kmol
21.碳的加氢反应：
22.c+2h2＝＝ch4+74.9mj/kmol
23.(iii)还原区结束后，气流温度仍然很高，对下游即干馏干燥区的煤层进行加热，释放出热解煤气，同时产生甲烷化反应。干馏干燥区的主要反应如下：
24.煤热解反应：
25.煤
→
ch4+h2+h2o+co+co2
26.甲烷化反应：
27.co+3h2＝＝ch4+h2o+206.4mj/kmol
28.2co+2h2＝＝ch4+co2+247.4mj/kmol
29.co2+4h2＝＝ch4+2h2o+165.4mj/kmol
30.从化学反应角度来讲，三个区域(即氧化区、还原区和干馏干燥区)没有严格的界限，氧化区和还原区也有煤的热解反应，三个区域的划分只是说在气化通道中氧化、还原、热解反应的相对强弱程度。经过这三个反应区以后，生成了含可燃组分主要是h2、co、ch4的煤气，气化反应区逐渐向出气口移动，因而保持了气化反应过程的不断进行。
31.在进行煤炭地下气化时，由于煤层处于的深度较深，温度低，有些地方湿度还很大，导致煤炭很难被点燃，即使点燃了，在没有大范围燃烧前也很容易熄灭，需要重新点燃，这就浪费大量的人力、物力和时间，增加了工作量，提高了成本。


技术实现要素：

32.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种煤田气化用预加热点火装置及煤田气化方法。
33.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
34.一种煤田气化用预加热点火装置，包括深入煤炭层的进气孔和出气孔，所述进气孔、所述出气孔内部均固定有防护套管，所述进气孔内壁上固定有深入煤炭层的点火固定杆，所述点火固定杆下端部固定有点火器，所述进气孔内部的所述防护套管上端管口处通过管箍固定有供氧管，所述供氧管靠近所述防护套管的一端固定有入口温度监测器，所述供氧管另一端通过管箍连接有制氧机，所述供氧管中部通过管箍安装有加热管，所述出气孔内部的所述防护套管上端管口处通过管箍固定有气体收集管，所述气体收集管上固定有出口温度监测器。
35.进一步的，所述供氧管与所述制氧机之间安装有增压泵。
36.进一步的，所述加热管包括保温套管，所述保温套管内部卡嵌固定有笼式加热器，所述保温套管外壁上通过螺钉固定有温控器，所述温控器与所述笼式加热器电连接。
37.进一步的，所述笼式加热器包括两片环形的固定盘，两片所述固定盘之间环形阵列固定有6-12根电发热管，所述电发热管与所述温控器电连接。
38.进一步的，所述出气孔内部的所述防护套管上端内部镶嵌有防火笼，所述防火笼内垂直等间距焊接有若干个隔火板，所述隔火板上阵列成型有透气孔，相邻两块所述隔火板上的所述透气孔相互错位。
39.进一步的，所述进气孔内部设置有输氧软管，所述输氧软管下端位于所述进气孔
底部，所述输氧软管上端紧连接固定在所述供氧管上。
40.本发明还公开了一种应用上述煤田气化用预加热点火装置的煤田气化方法，包括以下步骤：
41.步骤一：钻井，由地面向煤层进行钻井，包含进气孔、出气孔,，进气孔与出气孔的间距为10-50米，钻孔之后向所述进气孔与所述出气孔内安装防护套管，所述进气孔内安装点火固定杆和点火器，防护套管与进气孔、出气孔直接间隙浇筑混凝土砂浆进行固定；
42.步骤二：管道安装，在出气孔上端孔口处安装气体收集管，在进气孔上端孔口出安装供氧管，供氧管与制氧机安装在一起，在供氧管上安装加热管；
43.步骤三：注氧，启动制氧机和加热管，制氧机产生富氧气体通过供氧管进入进气孔内，氧气从加热管内部通过时，吸收加热管产生的热量变成高温氧气，高温氧气通过进气孔进入煤炭空隙内；
44.步骤四：安全检测，在点火前对管道内压力、氧气含量、瓦斯含量进行检测，确保安全；
45.步骤五：点火，在出口温度监测器检测到排出的气体温度比初始检测时提高10℃时进行点火准备，封闭气体收集管的管道，通过点火器点燃煤炭和瓦斯；
46.步骤六：在点火6-10h后开启气体收集管，收集煤炭气化产生的煤气。
47.进一步的，所述步骤一中，钻井后利用高压气体将钻井内的钻屑、岩粉、水吹出，然后对地面上除钻井外的透气孔、其他钻孔、裂缝进行密封。
48.进一步的，所述步骤二中，在进气孔内的防护套管内安装输氧软管，然后将输氧软管上端与供氧管连接，输氧软管下端到达进气孔底部。
49.进一步的，所述步骤三中，在加热管与制氧机直接安装有增压泵，根据入口温度监测器检测的进气温度调节增压泵的功率。
50.本发明的有益效果在于：利用加热管可以对注入钻井内的氧气进行加热，从而在保证煤层内部氧气浓度的情况下，提高煤层内部的温度，方便点火后煤炭快速引燃燃烧，缩短煤炭气化时间；煤炭气化产生的大量高温气体即可以进一步加热煤层，又可以撑裂煤层，便于气化后气体流通，方便气化后煤气排出。
附图说明
51.为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
52.图1是本发明的煤田气化用预加热点火装置结构简图；
53.图2是本发明的加热管剖视图；
54.图3是本发明的笼式加热器结构简图；
55.图4是本发明的防火笼剖视图。
56.附图标记说明：
57.1、进气孔；2、制氧机；3、增压泵；4、供氧管；5、加热管；6、入口温度监测器；7、出口温度监测器；8、气体收集管；9、防护套管；10、出气孔；11、防火笼；12、点火器；13、点火固定
杆；14、保温套管；15、笼式加热器；16、温控器；17、固定盘；18、电发热管；19、隔火板；20、透气孔；21、输氧软管。
具体实施方式
58.下面将结合实施例对本发明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。
59.如图1-图4所示，一种煤田气化用预加热点火装置，包括深入煤炭层的进气孔1和出气孔10，进气孔1、出气孔10内部均固定有防护套管9，进气孔1内壁上固定有深入煤炭层的点火固定杆13，点火固定杆13下端部固定有点火器12，方便点燃瓦斯和煤炭，通过燃烧产生一氧化碳和二氧化碳对煤田进行气化，进气孔1内部的防护套管9上端管口处通过管箍固定有供氧管4，进气孔1内部设置有输氧软管21，输氧软管21下端位于进气孔1底部，输氧软管21上端紧连接固定在供氧管4上，保证高压高浓度氧气可以直接进入钻井底部，并渗透进入煤层内，供氧管4靠近防护套管9的一端固定有入口温度监测器6，用于检测高压高浓度氧气经过加热后的温度高低，供氧管4另一端通过管箍连接有制氧机2，供氧管4与制氧机2之间安装有增压泵3，用于施加压力，控制气体的流通速度，供氧管4中部通过管箍安装有加热管5，可以产生热量对高压高浓度氧气进行加热，出气孔10内部的防护套管9上端管口处通过管箍固定有气体收集管8，方便收集煤田气化产生的气体，气体收集管8上固定有出口温度监测器7，用于检测从钻井排出的气体的温度，入口温度监测器6、出口温度监测器7的型号均为wr-200。
60.本实施例中，加热管5包括保温套管14，保温套管14内部卡嵌固定有笼式加热器15，保温套管14外壁上通过螺钉固定有温控器16，温控器16与笼式加热器15电连接，笼式加热器15包括两片环形的固定盘17，两片固定盘17之间环形阵列固定有6-12根电发热管18，电发热管18与温控器16电连接，电发热管18外部为钢管，内部为螺旋状的电发热丝，电发热管18通电后发热产生200℃-500℃的高温，高浓氧气从笼式加热器15内部通过时，吸收热量变成高温氧气，并将热量带入钻井内部对煤层进行加热。
61.本实施例中，出气孔10内部的防护套管9上端内部镶嵌有防火笼11，防火笼11内垂直等间距焊接有若干个隔火板19，隔火板19上阵列成型有透气孔20，相邻两块隔火板19上的透气孔20相互错位，烟气可以通过，火焰被阻拦，可以避免火焰从防护套管9内跑出烧毁气体收集管8。
62.本发明还公开了一种应用上述煤田气化用预加热点火装置的煤田气化方法，包括以下步骤：包括以下步骤：
63.步骤一：钻井，由地面向煤层进行钻井，包含进气孔1、出气孔10，进气孔1、出气孔10的直径均为106mm，进气孔1与出气孔10的间距为30米，进气孔1、出气孔10均深入煤层，钻孔之后向进气孔1与出气孔10内安装防护套管9，在进气孔1内安装点火固定杆13和点火器12，防护套管9与进气孔1、出气孔10直接间隙浇筑混凝土砂浆进行固定；
64.步骤二：管道安装，在出气孔10上端孔口处安装气体收集管8，在进气孔1上端孔口出安装供氧管4，供氧管4与制氧机2安装在一起，在供氧管4上安装加热管5，在进气孔1内的
防护套管9内安装输氧软管21，然后将输氧软管21上端与供氧管4连接，输氧软管21下端到达进气孔1底部；
65.步骤三：注氧，启动制氧机2和加热管5，制氧机2产生富氧气体通过供氧管4进入进气孔1内，利用纯氧柱塞泵将气体加压至80-100kg/cm2，氧气从加热管5内部通过时，吸收加热管5产生的热量变成高温氧气，高温氧气通过进气孔1进入煤炭空隙内，在加热管5与制氧机2直接安装有增压泵3，根据入口温度监测器6检测的进气温度调节增压泵3的功率，当温度较高时，可以增大增压泵3的功率，提高供氧速度，当温度低时，可以减小增压泵3的功率或关闭增压泵3，保证进入钻井内的气体可以携带大量的热量；
66.步骤四：安全检测，在点火前对管道内压力、氧气含量、瓦斯含量进行检测，确保安全；
67.步骤五：点火，在出口温度监测器7检测到排出的气体温度比初始检测时提高10℃时进行点火准备，封闭气体收集管8的管道，通过点火器12点燃煤炭和瓦斯；
68.步骤六：在点火6-10h后开启气体收集管8，收集煤炭气化产生的煤气。
69.本实施例中，步骤一中，钻井后利用高压气体将钻井内的钻屑、岩粉、水吹出，然后对地面上除钻井外的透气孔20、其他钻孔、裂缝进行密封。
70.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

技术特征：
1.一种煤田气化用预加热点火装置，其特征在于：包括深入煤炭层的进气孔(1)和出气孔(10)，所述进气孔(1)、所述出气孔(10)内部均固定有防护套管(9)，所述进气孔(1)内壁上固定有深入煤炭层的点火固定杆(13)，所述点火固定杆(13)下端部固定有点火器(12)，所述进气孔(1)内部的所述防护套管(9)上端管口处通过管箍固定有供氧管(4)，所述供氧管(4)靠近所述防护套管(9)的一端固定有入口温度监测器(6)，所述供氧管(4)另一端通过管箍连接有制氧机(2)，所述供氧管(4)中部通过管箍安装有加热管(5)，所述出气孔(10)内部的所述防护套管(9)上端管口处通过管箍固定有气体收集管(8)，所述气体收集管(8)上固定有出口温度监测器(7)。2.根据权利要求1所述的一种煤田气化用预加热点火装置，其特征在于：所述供氧管(4)与所述制氧机(2)之间安装有增压泵(3)。3.根据权利要求1所述的一种煤田气化用预加热点火装置，其特征在于：所述加热管(5)包括保温套管(14)，所述保温套管(14)内部卡嵌固定有笼式加热器(15)，所述保温套管(14)外壁上通过螺钉固定有温控器(16)，所述温控器(16)与所述笼式加热器(15)电连接。4.根据权利要求3所述的一种煤田气化用预加热点火装置，其特征在于：所述笼式加热器(15)包括两片环形的固定盘(17)，两片所述固定盘(17)之间环形阵列固定有6-12根电发热管(18)，所述电发热管(18)与所述温控器(16)电连接。5.根据权利要求1所述的一种煤田气化用预加热点火装置，其特征在于：所述出气孔(10)内部的所述防护套管(9)上端内部镶嵌有防火笼(11)，所述防火笼(11)内垂直等间距焊接有若干个隔火板(19)，所述隔火板(19)上阵列成型有透气孔(20)，相邻两块所述隔火板(19)上的所述透气孔(20)相互错位。6.根据权利要求1所述的一种煤田气化用预加热点火装置，其特征在于：所述进气孔(1)内部设置有输氧软管(21)，所述输氧软管(21)下端位于所述进气孔(1)底部，所述输氧软管(21)上端紧连接固定在所述供氧管(4)上。7.一种应用权利要求1-6任意一项所述煤田气化用预加热点火装置的煤田气化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：钻井，由地面向煤层进行钻井，包含进气孔(1)、出气孔(10)，进气孔(1)与出气孔(10)的间距为10-50米，钻孔之后向所述进气孔(1)与所述出气孔(10)内安装防护套管(9)，进气孔(1)内安装点火固定杆(13)和点火器(12)，防护套管(9)与进气孔(1)、出气孔(10)直接间隙浇筑混凝土砂浆进行固定；步骤二：管道安装，在出气孔(10)上端孔口处安装气体收集管(8)，在进气孔(1)上端孔口出安装供氧管(4)，供氧管(4)与制氧机(2)安装在一起，在供氧管(4)上安装加热管(5)；步骤三：注氧，启动制氧机(2)和加热管(5)，制氧机(2)产生富氧气体通过供氧管(4)进入进气孔(1)内，氧气从加热管(5)内部通过时，吸收加热管(5)产生的热量变成高温氧气，高温氧气通过进气孔(1)进入煤炭空隙内；步骤四：安全检测，在点火前对管道内压力、氧气含量、瓦斯含量进行检测，确保安全；步骤五：点火，在出口温度监测器(7)检测到排出的气体温度比初始检测时提高10℃时进行点火准备，封闭气体收集管(8)的管道，通过点火器(12)点燃煤炭和瓦斯；步骤六：在点火6-10h后开启气体收集管(8)，收集煤炭气化产生的煤气。8.根据权利要求7所述的一种应用煤田气化用预加热点火装置的煤田气化方法，其特
征在于：所述步骤一中，钻井后利用高压气体将钻井内的钻屑、岩粉、水吹出，然后对地面上除钻井外的透气孔(20)、其他钻孔、裂缝进行密封。9.根据权利要求7所述的一种应用煤田气化用预加热点火装置的煤田气化方法，其特征在于：所述步骤二中，在进气孔(1)内的防护套管(9)内安装输氧软管(21)，然后将输氧软管(21)上端与供氧管(4)连接，输氧软管(21)下端到达进气孔(1)底部。10.根据权利要求7所述的一种应用煤田气化用预加热点火装置的煤田气化方法，其特征在于：所述步骤三中，在加热管(5)与制氧机(2)直接安装有增压泵(3)，根据入口温度监测器(6)检测的进气温度调节增压泵(3)的功率。

技术总结
本发明公开了一种煤田气化用预加热点火装置及煤田气化方法，包括深入煤炭层的进气孔和出气孔，所述进气孔、所述出气孔内部均固定有防护套管，所述进气孔内壁上固定有深入煤炭层的点火固定杆，所述点火固定杆下端部固定有点火器，所述进气孔内部的所述防护套管上端管口处通过管箍固定有供氧管，所述供氧管靠近所述防护套管的一端固定有入口温度监测器。有益效果在于：利用加热管可以对注入钻井内的氧气进行加热，从而在保证煤层内部氧气浓度的情况下，提高煤层内部的温度，方便点火后煤炭快速引燃燃烧，缩短煤炭气化时间；煤炭气化产生的大量高温气体即可以进一步加热煤层，又可以撑裂煤层，便于气化后气体流通，方便气化后煤气排出。排出。排出。


技术研发人员：刘云山 李广余 刘念秋山 张梦萦 范文武
受保护的技术使用者：安徽顺安矿建工程有限公司
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/8