专利名称：分离控制注气点煤炭地下气化炉及其工艺方法
技术领域：
本发明属于煤炭地下气化技术领域，特别涉及一种分离控制注气点煤炭地下气化炉及其工艺方法，适用于富氧加水蒸汽煤炭地下气化生产化工合成气和中热值煤气。
背景技术：
目前煤炭地下气化生产都采用空气作气化剂，空气煤气热值低，用途有限，采用富氧加水蒸汽作气化剂，可显著的提高煤气组分、热值及其生产过程的稳定性。但对于有井式“长通道、大断面”地下煤炭气化炉来说，富氧加水蒸汽气化将会产生钻孔底部巷道四周煤壁燃烧现象，使供风巷出现钻孔底部巷道冒落堵塞，使供气量和煤气产量降低，另外如用供风巷直接供氧，煤层因受热产生的热解煤气将进入供风巷和氧气混合发生爆炸，危及气化系统的安全，因此，富氧加水蒸汽地下气化目前在我国还没有现场试验和生产的实例，即没有形成可行的工艺和气化炉结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于富氧加水蒸汽气化的分离控制注气点煤炭地下气化炉及其工艺方法。
该气化炉由地面控制系统和地下炉体组成，地下炉体采用U型结构，分为非煤层区和煤层区，在非煤层区中间设置有供风孔，在供风孔两侧设置有出气孔，供风孔和出气孔向上分别与地面控制系统相连；在煤层区中间设置有供风巷，在供风巷两侧设有煤气通道，供风孔和供风巷相连，出气孔和煤气通道相连；其特点是，在供风孔和供风巷中铺设有供氧管，供氧管上连接有数个按一定距离分开的注气点控制四通管；在注气点控制四通管底部设置支撑；在供风巷中接近四通管处设置温度传感器；对应四通管上，翻板A和翻板B位置沿供风巷两侧煤层中，设有盲孔，形成羽状气化炉，该盲孔可起动疏松煤层，形成新的气化工作面的作用。
所述的四通管包括，翻板A、翻板B、翻板C、低熔点金属预拉紧杆、电控加热丝、不锈钢拉线，翻板A、翻板B通过低熔点金属预拉紧杆被固定在四通管的两侧出风端口上，翻板C被安装在了四通管的下部氧气通道上，电控加热丝绕装在低熔点金属预拉紧杆上，不锈钢拉线一端接在翻板C上，另一端接在翻板B上。
所述的供风孔与出气孔、供风巷与煤气通道的距离控制在30m～50m；所述的供风巷与煤气通道长度控制在100m～300m；所述供氧管与注气点控制四通管的连接采用法兰连接；所述供氧管上安装的注气点控制四通管之间距离为15至25米之间；所述供氧管为普通螺旋焊接钢管；所述在注气点控制四通管底部设置支撑为煤堆，高度0.3-0.7米；所述盲孔，直径为0.15-0.25米，向下偏斜，与水平线夹角为5-15度，长度的终点距离煤气通道为13-17米；一种分离控制注气点煤炭地下气化工艺方法，该方法是在分离控制注气点煤炭地下气化炉中实现的，该气化炉设有供风孔和供风巷，出气孔和煤气通道，在供风孔和供风巷中铺设有供氧管，供氧管上连接有数个按一定距离分开的注气点控制四通管；四通管处设置温度传感器；对应四通管上的翻板A和翻板B位置沿供风巷两侧煤层中，设有盲孔；该工艺方法执行如下步骤a.向气化炉中供入空气，点火，产生煤气通过供氧管送入空气，在供风巷底部煤层气化区点火，产生煤气；b.控制出口煤气组分中氧含量在供风巷底部气化工作面点火后，产生的煤气经两侧煤气通道和出气孔送出，检测两个出气孔出口煤气体组分，当出口煤气组分中氧含量在1％以下时，在供氧管中添加氧气，促进炉底燃烧，逐渐提高供氧量，降低空气流量，当出口煤气组分中氧含量等于或大于1％时，减少供氧量，控制出口煤气组分中氧含量始终在1％以下，在保持出口煤气组分中氧含量始终在1％以下时，逐渐提高供氧量达到设计供氧量，降低空气流量，直至停止供空气；c.分离供气在供氧管与供风孔和供风巷之间的环形空间里送入水蒸汽，阻断煤层气化区燃烧的热解煤气进入供风巷，实现分离供气，这样有效地防止了孔底燃烧和热解煤气进入供风巷与氧气混合产生爆炸；d.控制两侧煤炭气化层同步气化测量两侧出气孔的煤气组分、流量、温度和压力，计算出两侧分别燃烧的煤量，通过出口调节阀，调整煤气压力和流量参数，保证两侧燃烧的煤量相等，实现两侧煤层同步气化；e.供气点上移控制通过供风巷中供氧管上连接的数个按一定距离分开的注气点控制四通管处设置的温度传感器，观察气化工作面的上移情况，随着气化面的燃烧上移，当距离气化面最近的温度传感器测得温度大于800℃时，给与之相邻的四通管中的电控加热丝通电加热，使低熔点金属预拉紧杆熔断，打开四通管中旁通翻板A和翻板B，拉动不绣钢丝拉线，转动翻板C到截止密封档环处，阻挡含氧气体下行，使含氧气体由旁通口流出，使供气点上移，实现供气点的上移控制。
本发明的有益效果是，由于使用了分离控制注气点煤炭地下气化炉及工艺方法，克服了富氧加水蒸汽气化将会产生钻孔底部巷道四周煤壁燃烧现象，避免了供风巷出现钻孔底部巷道冒落堵塞，保证了煤气产量和质量；防止了供风巷直接供氧，煤层因受热产生的热解煤气将进入供风巷和氧气混合而发生爆炸，保证了气化系统的安全；同时通过注气点的控制和对应的疏松盲孔，增加了气化过程的可控性和稳定性。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
图1为本发明气化炉系统图；图2为本发明注气点控制四通管结构图；图3为本发明工艺流程图。
具体实施例方式
图1表明了地下气化炉的U型结构，其中，在非煤层区5开有供风孔2，供风孔2两侧开有出气孔4，供风孔2、出气孔4向上分别连接到了地面控制系统1，在煤层区7开有供风巷12，供风巷12两侧开有煤气通道6，煤气通道6与出气孔4相连，供风巷12与供风孔2相连，供风孔2与出气孔4、供风巷12与煤气通道6的距离为40m；供风巷12与煤气通道6长度为200m。
在供风巷12和煤气通道6的底部设有煤层气化区10，煤层气化区10随着煤层的气化燃烧而上移，在供风巷12的两侧煤层区7中设有盲孔11，盲孔之间的间距为20米，采用螺旋钻机施工，直径为200mm，长度的终点距离煤气通道6为15米并向下偏斜，与水平线夹角为10度，形成羽状气化炉，该盲孔11可起到疏松煤层，形成新的气化工作面的作用。
在供风孔2和供风巷12中装有一条无缝供氧管3，向上连接到地面控制系统1，向下通到煤层气化区10，该供氧管3为普通螺旋焊接钢管；供氧管3在供风巷12区间，每隔20米安装一个四通管8，四通管8的左右两侧出风端口位置与盲孔11相对应，四通管8与供氧管3是通过法兰按图中箭头所示气流方向相连接，在供氧管3上的四通管8底部通过煤堆9支撑，高度距巷道地面0.5米，在供氧管3上的四通管8处装有温度传感器13。
图2示意了注气点控制四通管的内部结构，四通管通过上下两端的法兰21按图中箭头所示串接在供氧管8上，其中翻板C14，它被安装在了四通管8的下部氧气通道上，它以a-b为轴可以转动并接有一条控制转动的不锈钢拉线17的一端，不锈钢拉线17的另一端接在翻板B16上，翻板C14的初始状态是平行于管壁，允许气体通过；翻板A15和翻板B16通过低熔点金属预拉紧杆20，分别安装在了四通管8的左右两侧端口上，低熔点金属预拉紧杆20上绕装有电控加热丝18，电控加热丝18上的电控引线经翻板B16上开的小孔引出；当电控加热丝18加电发热将低熔点金属预拉紧杆20熔断，翻板A15和翻板B16由于自重而脱落打开四通管8的左右两侧通道，而由于翻板B16的脱落，通过固定在翻板B16上面的不锈钢拉线17拉动翻板C14，以a-b为轴转动90度，将图中箭头所示气流挡住，气流沿打开的四通管8左右两侧通道流出。
参见图3，通过完成上述气化炉的结构布局，它的工艺方法步骤是这样实现的3-1向气化炉中供入空气，点火，产生煤气通过供氧管3向气化炉中送入空气，在供风巷12底部煤层气化区10点火，产生煤气；3-2测量煤气中的氧含量在供风巷12底部煤层气化区10点火后，产生的煤气沿两侧的煤气通道6和出气孔4产出，检测两个出气孔4出口煤气体组分；3-3判断氧含量是否在1％以下；3-4如果低于1％，增加供氧量；在供氧管3中添加氧气，逐渐提高供氧量，降低空气流量，返回3-2；3-5如果接近或等于1％，减少供氧；返回3-2；3-2、3-3、3-4、3-5为在线实时监测控制，以促进煤层气化区10的燃烧，提高煤气的产出量；同时控制出口煤气组分中氧含量始终保持在1％以下；3-6分离供气在供氧管3与供风孔2和供风巷12之间的环形空间里、送入水蒸汽，阻断煤层气化区10燃烧的热解煤气进入供风巷12，实现分离供气，这样有效地防止了孔底燃烧和热解煤气进入供风巷12与氧气混合产生爆炸；3-2至3-6是在保持出口煤气组分中氧含量始终在1％以下时，逐渐提高供氧量达到设计供氧量，降低空气流量，直至停止供空气向炉内供水蒸汽，进入正常的富氧-水蒸汽气化生产过程；3-7控制两侧气化层同步气化氧气和水蒸汽在气化区10与煤层反应后，形成两侧同步气化，产生的煤气由煤气通道6到出气孔4排出，测量两个出气孔4的煤气组分、流量、温度和压力，计算出两侧分别燃烧的煤量，通过出口调节阀，调整煤气压力和流量参数，保证两侧燃烧的煤量相等，实现两侧煤层同步气化；
3-8供气点上移的控制通过供风巷12中供氧管3上连接的数个按一定距离分开的注气点控制四通管8处设置的温度传感器13，观察煤炭气化工作面的上移情况，随着煤炭气化面的燃烧上移，当距离气化面最近的热电偶测得温度大于800℃时，给与之相邻的四通管8中的电控加热丝23通电加热，使低熔点金属预拉紧杆21熔断，打开四通管中旁通翻板A25和翻板B20，拉动不绣钢丝拉线18，转动翻板C26到截止密封档环16处，阻挡含氧气体下行，使含氧气体由旁通口流出，使供气点上移，实现供气点的上移控制；3-9完成气化生产通过3-8将供风点上移到一个新盲孔11上供风，氧气将沿供风巷20m长的煤壁面流动，同时向新的盲孔11里渗透燃烧，形成一个新的20m宽的煤炭气化区，维持气化过程的连续进行，以此类推，直至将煤层气化到非煤层底部附近的停烧线。
权利要求
1.一种分离控制注气点煤炭地下气化炉，由地面控制系统(1)和地下炉体组成，地下炉体分为非煤层区(5)和煤层区(7)，在非煤层区(5)中间设置有供风孔(2)，在供风孔(2)两侧设置有出气孔(4)，供风孔(2)和出气孔(4)向上分别与地面控制系统(1)相连；在煤层区(7)中间设置有供风巷(12)，在供风巷(12)两侧设有煤气通道(6)，供风孔(2)和供风巷(12)相连，出气孔(4)和煤气通道(6)相连；其特征在于在供风孔(2)和供风巷(12)中铺设有供氧管(3)，供氧管(3)上连接有数个按一定距离分开的注气点控制四通管(8)；在注气点控制四通管(8)底部设置支撑(9)；在供风巷(12)中接近四通管(8)处设置温度传感器(13)；对应四通管(8)上，翻板A(25)和翻板B(20)位置沿供风巷(12)两侧煤层(7)中，设有盲孔(11)。
2.根据权利要求1所述的一种分离控制注气点煤炭地下气化炉，其特征在于，所述的四通管(8)包括，翻板A(15)、翻板B(16)、翻板C(14)、低熔点金属预拉紧杆(20)、电控加热丝(18)、不锈钢拉线(17)，翻板A(15)、翻板B(16)通过低熔点金属预拉紧杆(20)被固定在四通管(8)的两侧出风端口上，翻板C(14)被安装在了四通管(8)的下部氧气通道上，电控加热丝(18)绕装在低熔点金属预拉紧杆(20)上，不锈钢拉线(17)一端接在翻板C(14)上，另一端接在翻板B(16)上。
3.根据权利要求1所述的一种分离控制注气点煤炭地下气化炉，其特征在于，所述的供风孔(2)与出气孔(4)、供风巷(12)与煤气通道(6)的距离控制在30m～50m。
4.根据权利要求1所述的一种分离控制注气点煤炭地下气化炉，其特征在于，所述的供风巷与煤气通道(6)长度控制在100m～300m。
5.根据权利要求1所述的一种分离控制注气点煤炭地下气化炉，其特征在于，所述供氧管(3)与注气点控制四通管(8)的连接采用法兰连接。
6.根据权利要求1所述的一种分离控制注气点煤炭地下气化炉，其特征在于，所述供氧管(3)上安装的注气点控制四通管(8)之间距离为15至25米之间。
7.根据权利要求1所述的一种分离控制注气点煤炭地下气化炉，其特征在于，所述供氧管(3)为普通螺旋焊接钢管。
8.根据权利要求1所述的一种分离控制注气点煤炭地下气化炉，其特征在于，所述注气点控制四通管(8)底部设置支撑(9)为煤堆，高度0.3-0.7米。
9.根据权利要求1所述的一种分离控制注气点煤炭地下气化炉，其特征在于，所述盲孔(11)，直径为0.15-0.25米，向下偏斜，与水平线夹角为5-15度，长度的终点距离煤气通道为13-17米。
10.一种分离控制注气点煤炭地下气化工艺方法，其特征在于，该方法是在分离控制注气点煤炭地下气化炉中实现的，该气化炉设有供风孔(2)和供风巷(12)，出气孔(4)和煤气通道(6)，在供风孔(2)和供风巷(12)中铺设有供氧管(3)，供氧管(3)上连接有数个按一定距离分开的注气点控制四通管(8)；四通管(8)处设置温度传感器(13)；对应四通管(8)上的翻板A(15)和翻板B(16)位置沿供风巷(12)两侧煤层中，设有盲孔(11)；该工艺方法执行如下步骤a.向气化炉中供入空气，点火，产生煤气通过供氧管(3)送入空气，在供风巷(12)底部煤层气化区(10)点火，产生煤气；b.控制出口煤气组分中氧含量在供风巷(12)底部气化工作面(10)点火后，产生的煤气经两侧煤气通道(6)和出气孔(4)送出，检测两个出气孔(4)出口煤气体组分，当出口煤气组分中氧含量在1％以下时，在供氧管(3)中添加氧气，促进炉底燃烧，逐渐提高供氧量，降低空气流量，当出口煤气组分中氧含量等于或大于1％时，减少供氧量，控制出口煤气组分中氧含量始终在1％以下，在保持出口煤气组分中氧含量始终在1％以下时，逐渐提高供氧量达到设计供氧量，降低空气流量，直至停止供空气；c.分离供气在供氧管(3)与供风孔(2)和供风巷(12)之间的环形空间里、送入水蒸汽，阻断煤层气化区燃烧的热解煤气进入供风巷，实现分离供气，这样有效地防止了孔底燃烧和热解煤气进入供风巷与氧气混合产生爆炸；d.控制两侧煤炭气化层同步气化测量两侧出气孔(4)的煤气组分、流量、温度和压力，计算出两侧分别燃烧的煤量，通过出口调节阀，调整煤气压力和流量参数，保证两侧燃烧的煤量相等，实现两侧煤层(7)同步气化；e.供气点上移的控制通过供风巷(12)中供氧管(3)上连接的数个按一定距离分开的注气点控制四通管(8)处设置的温度传感器(13)，观察气化工作面的上移情况，随着气化面的燃烧上移，当距离气化面最近的温度传感器(13)测得温度大于800℃时，对四通管(8)中的电控加热丝(23)加电，使低熔点金属预拉紧杆(21)熔断，打开四通管(8)中旁通翻板A(25)和翻板B(20)，拉动不绣钢丝拉线(18)，转动翻板C(26)到截止密封档环(16)处，阻挡含氧气体下行，使含氧气体由旁通口流出，使供气点上移至一个新的盲孔疏松区，实现供气点的上移控制和对气化工作面的上移控制。
全文摘要
一种分离控制注气点煤炭地下气化炉及其工艺方法，该方法是在分离控制注气点煤炭地下气化炉中实现的，该气化炉设有供风孔(2)和供风巷(12)，出气孔(4)和煤气通道(6)，在供风孔(2)和供风巷(12)中铺设有供氧管(3)，供氧管(3)上连接有数个按一定距离分开的注气点控制四通管(8)；四通管(8)处设置温度传感器(13)；对应四通管(8)上的翻板A(25)和翻板B(20)位置沿供风巷(12)两侧煤层中，设有盲孔(11)。本发明克服了富氧加水蒸汽气化将会产生钻孔底部巷道四周煤壁燃烧现象，避免了供风巷出现钻孔底部巷道冒落堵塞，保证了煤气产量和质量；防止了供风巷直接供氧，保证了气化系统的安全；同时通过注气点的控制和对应的疏松盲孔，增加了气化过程的可控性和稳定性。
文档编号E21B43/295GK1982647SQ20051013420
公开日2007年6月20日 申请日期2005年12月12日 优先权日2005年12月12日
发明者梁杰, 徐传洲, 李文军 申请人:中国矿业大学(北京)