一种煤炭地下气化模拟实验装置制造方法
【专利摘要】一种煤炭地下气化模拟实验装置适用于实验室进行煤炭地下气化模拟实验。它包括气化炉体，固定于气化炉体上的炉盖，设置在气化炉体下部的气化通道，且位于气化炉体的气化空间内的气化通道段为与气化炉体的气化空间相连通的条形槽口，气化通道两端为封闭式结构；在气化通道的条形槽口段的中间位置设置气流挡板，在气流挡板的两侧设置进气管和出气管，进气管和出气管的上端穿过炉盖延伸至炉盖之外，进气管和出气管的下端穿过粘土充填层、实体煤层止于条形槽口上方；安装在气化通道一端的点火装置的点火头设置于进气管附近；热电偶以水平布置的方式设置在炉膛中。本实用新型操作简便、易于控制、安全可靠,可模拟实体煤地下气化过程，获取有效数据。
【专利说明】一种煤炭地下气化模拟实验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种适用于实验室对各种煤进行煤炭地下气化模拟实验，为现场开展煤炭地下气化工程提供相关数据和资料的煤炭地下气化模拟实验装置。
【背景技术】
[0002]煤炭地下气化(Underground Coal Gasificat1n)是直接在地下将煤炭进行有控制的燃烧而转化成气体燃料或化工原料的一种煤炭资源开发技术。该技术集建井、采煤、煤炭气化三大工艺为一体，变传统的物理采煤为化学采煤，具有安全性好，投资少、效率高、污染少等优点，深受世界各国重视，被誉为第二代采煤方法，特别适用于回收老矿井遗弃煤炭资源，难以开采或开采经济性和安全性较差的薄煤层、深部煤层、“三下”压煤和安全性较差的低品位煤层。
[0003]煤炭地下气化具有可观的经济效益和良好的环境效应，其煤气成本仅为地面气化的25-50%，合成氨生产成本降低约43%，发电成本降低27%，生产天然气代用品成本降低10-18%。煤炭地下气化将大大减少燃煤污染、煤矸石及灰渣的排放等，且与C02的捕获与封存技术相结合可能有特殊的应用前景。因此，煤炭地下气化被誉为绿色开采技术，也是煤炭安全洁净利用的重要途径。
[0004]近年来世界主要产煤国家加大了煤炭地下气化试验与商业化力度，美国、俄罗斯、印度、加拿大、澳大利亚、新西兰等在2002-2010年间进行了大量的煤炭地下气化现场试验，拉开了煤炭地下气化商业化的序幕。我国于1958年开始煤炭地下气化试验，1992年制定的《国家科学技术中长期发展纲要》将煤炭地下气化技术列为战略目标和关键技术之一。2010年国家发改委等6部委联合发布的《中国资源综合利用技术政策大纲》(2010年第14号)明确提出，“十二五”期间将大力推进煤炭地下气化技术的产业化。
[0005]煤炭地下气化技术是一项耗资巨大的工程，且气化过程受气化炉温度场、鼓风速率及煤层涌水量等多种因素制约。因此，在进行现场煤炭地下气化实验之前，有必要根据不同的地质条件和煤质特征对特定矿区的煤炭地下气化工艺及方法进行考察和探索，这就需要构建煤炭地下气化模拟实验装置，模拟实体煤地下气化过程。然而，目前适用于煤炭地下气化过程的气化炉实验装置相当缺乏。此外，由于煤炭地下气化是在位于地下数百米(甚至千米)深处的实体煤中进行，受上位煤岩及含水层的影响，气化过程中将承受一定压力作用，因此，现有的常压或有压地面气化炉并不适用于煤炭地下气化。因此，根据煤炭地下气化工艺的特点及要求，研发一种在实验室能够模拟煤炭地下气化实际过程的气化模拟实验装置至关重要。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的正是针对现有技术中存在的不足之处而提供一种操作简便、易于控制的煤炭地下气化模拟实验装置。
[0007]本实用新型的目的可通过下述技术措施来实现:
[0008]本实用新型的煤炭地下气化模拟实验装置包括气化炉体，通过连接件以及石墨密封垫圈固定于气化炉体上的炉盖，以贯穿气化炉体的方式设置在气化炉体下部的气化通道，且位于气化炉体的气化空间内的气化通道段为与气化炉体的气化空间相连通的条形槽口，所述气化通道两端为封闭式结构；在所述气化通道的条形槽口段的中间位置设置有气流挡板，在气流挡板的两侧分别设置有进气管和出气管，所述进气管和出气管的上端穿过炉盖延伸至炉盖之外，所述进气管和出气管的下端穿过粘土充填层、实体煤层止于条形槽口上方；安装在气化通道一端的用于点燃实体煤层的点火装置的点火头设置于进气管附近；用于测定气化空间温度分布的若干根热电偶以水平布置的方式设置在气化炉体炉膛中。
[0009]本实用新型中所述热电偶由十根均布的热电偶构成，且沿水平方向从气化炉体侧面插入炉膛中，并通过电连接的方式与外置温度控制装置相连接。
[0010]本实用新型在气化通道两端分别设置有安全阀。
[0011]更具体说:本实用新型的炉盖通过螺栓固定于气化炉体上，中间以石墨垫圈密封，形成密闭的气化空间；气化通道穿过气化炉体下端，并通过焊接方式固定于气化炉体上，位于气化空间中的气化通道部分切割成半圆形开口，与气化炉体的气化空间相连通，使整个气化通道形成一个凹字形圆柱体；气化通道两端采用法兰盘端盖密封，气化通道中间设置气流挡板；位于气流挡板两侧的进气管和出气管的上端穿过炉盖、下端穿过气化炉的气化空间，止于气化通道成半圆形开口水平面，并与该水平面相平齐，且均通过法兰盘固定(密封)于炉盖上。点火装置的加热电源通过螺栓固定密封于气化通道左边端盖上，10根热电偶沿水平方向从气化炉体侧面插入炉膛中，并分布在气化空间内不同位置，用于测定气化空间的温度分布。10根热电偶均固定(密封)于气化炉体侧面，并外接温度控制柜。安全阀安装在气化通道两端，用于安全防护。
[0012]这样，当进行煤炭地下气化模拟实验时，先将采集好的实体块煤装入气化炉炉膛内的指定区域，并预先将进气管和出气管埋入实体煤中，接着在气化空间实体煤周围区域添满粘土、夯实，形成一个密实的气化空间。然后，利用电钻从炉体侧面对气化空间中的实体煤进行钻孔，布置好热电偶并密封。盖上炉盖，固定密封炉盖、进气管和出气管后，在气化通道中布置点火装置即可实施煤炭地下气化模拟实验。煤炭气化过程中，先从进气管通入氧气，并开启点火装置，实现煤炭地下气化的点火，通过点火附近布置的热电偶可检测点火是否成功。点火成功后，切换气化剂供给，从进气管注入合适流量的气化剂进行煤炭地下气化实验，并在气化过程稳定后，通过出气口采取气体样品，分析煤气组分及含量。气化过程中可以通过更换不同的气化剂(水蒸气、二氧化碳及富氧空气等)来实现不同气化工艺，操作简便、安全；通过不同位置热电偶(带控制柜)所监测到的温度，可以掌握气化工作面的推进情况；气化结束后，经一段时间降温，打开气化通道端盖，通过分析采集的气化残渣，可以了解煤炭地下气化进行的程度及残渣组成情况，便于指导后续气化实验。此外，在煤炭地下气化过程中，若发生出气管严重堵塞，引起气化炉内局部气压过高等现象，安全阀将被顶起泄压，有效保护气化炉和操作人员安全。
[0013]本实用新型的有益效果如下:
[0014]利用本实用新型可以模拟实体煤地下气化实际过程，并获取有效的煤炭地下气化相关数据，为开展煤炭地下气化工程提供可靠的技术参数。整过地下气化过程操作简便、易于控制、安全可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的结构示意图。
[0016]图中标号名称:1、气化炉体，2、炉盖，3、螺栓，4、气化通道，5、点火装置，6、气流挡板，7、进气管，8、出气管，9、热电偶，10、气化通道左边端盖，11、气化通道右边端盖，12、第一安全阀，13、第二安全阀，14粘土充填层，15实体煤层。
【具体实施方式】
[0017]本实用新型以下将结合实施例(附图)作进一步描述:
[0018]如图1所示，本实用新型的煤炭地下气化模拟实验装置包括气化炉体1，通过螺栓3以及石墨密封垫圈固定于气化炉体1上的炉盖2，以贯穿气化炉体1的方式设置在气化炉体下部的气化通道4，且位于气化炉体的气化空间内的气化通道4段为与气化炉体的气化空间相连通的条形槽口，所述气化通道4两端为封闭式结构；在所述气化通道4的条形槽口段的中间位置设置有气流挡板6，在气流挡板6的两侧分别设置有进气管7和出气管8，所述进气管7和出气管8的上端穿过炉盖2延伸至炉盖之外，所述进气管7和出气管8的下端穿过粘土充填层、实体煤层止于条形槽口上方；安装在气化通道一端的用于点燃实体煤层的点火装置5的点火头设置于进气管7附近；用于测定气化空间温度分布的十根均布的热电偶9沿水平方向从气化炉体1侧面插入炉膛中，并通过电连接的方式与外置温度控制装置相连接；在气化通道4两端分别设置有安全阀。
[0019]更具体说:气化炉体1和炉盖2外壳均采用承压不锈钢板焊接而成，炉膛内壁采用耐火保温板材料隔热保温。气化通道4穿过气化炉体1下端，并通过焊接方式固定于气化炉体2上，气化通道4采用不锈圆管制成，并将位于气化空间中的部分切割成半圆形开口，使整个气化通道形成一个凹字形圆柱体，便于气化过程中收集气化残渣。气化通道4两端采用气化通道左边端盖10和气化通道右边端盖11密封，气化通道4中间设置气流挡板6，用于改变气化剂的气流方向，防止气化剂未参与气化反应直接从出气口流出。位于气流挡板两侧的进气管7和出气管8的上端穿过炉盖2、下端穿过气化炉的气化空间，止于气化通道成半圆形开口水平面，并与该水平面相平齐，且均通过法兰盘固定(密封)于炉盖上。点火装置5设置于气化通道4中，点火头位于进气管7附近，并采用电加热方式实现点火，其加热电源通过螺栓固定密封于气化通道4左边端盖10上。十根热电偶9沿水平方向从气化炉体1侧面插入炉膛中，并分布在气化空间内不同位置，用于测定气化空间的温度分布，便于了解气化进程，并实现对气化过程的调控。10根热电偶9均固定(密封)于气化炉体1侧面，并外接温度控制柜。第一安全阀12和第二安全阀13安装在气化通道4两端，用于安全防护，当气化过程中气化炉内压力超过一定范围后将被自动顶起泄压，有效保护气化炉和操作人员安全。
[0020]煤炭地下气化模拟实验时，先将采集好的实体块煤装入气化炉炉膛内的指定区域，并预先将进气管7和出气管8埋入实体煤中，接着在气化空间实体煤周围区域填满粘土，夯实，形成一个密实的气化空间。然后，利用电钻从气化炉1侧面对气化空间中的实体煤进行钻孔，布置好热电偶9并密封。盖上炉盖2，固定和密封好炉盖2、进气管7及出气管8后，在气化通道4中布置点火装置5即可实施煤炭地下气化模拟实验。
【权利要求】
1.一种煤炭地下气化模拟实验装置，其特征在于:它包括气化炉体(1)，通过连接件以及石墨密封垫圈固定于气化炉体(I)上的炉盖(2)，以贯穿气化炉体(I)的方式设置在气化炉体下部的气化通道(4)，且位于气化炉体的气化空间内的气化通道(4)段为与气化炉体的气化空间相连通的条形槽口，所述气化通道(4)两端为封闭式结构；在所述气化通道(4)的条形槽口段的中间位置设置有气流挡板(6)，在气流挡板(6)的两侧分别设置有进气管(7)和出气管(8)，所述进气管(7)和出气管(8)的上端穿过炉盖(2)延伸至炉盖之外，所述进气管(7)和出气管(8)的下端穿过粘土充填层、实体煤层止于条形槽口上方；安装在气化通道(4) 一端的用于点燃实体煤层的点火装置(5)的点火头设置于进气管(7)附近；用于测定气化空间温度分布的若干根热电偶(9)以水平布置的方式设置在气化炉体(I)炉膛中。
2.根据权利要求1所述的煤炭地下气化模拟实验装置，其特征在于:所述十根均布的热电偶(9)沿水平方向从气化炉体(I)侧面插入炉膛中，并通过电连接的方式与外置温度控制装置相连接。
3.根据权利要求1所述的煤炭地下气化模拟实验装置，其特征在于:在气化通道(4)两端分别设置有安全阀。
【文档编号】E21B43/295GK204175276SQ201420629594
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】谌伦建, 邢宝林, 徐冰, 仪桂云, 郭晖, 黄光许, 李郑鑫, 苏毓, 张乐 申请人:河南理工大学