一种适用于煤炭地下气化的移动注气装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于煤炭地下气化的移动注气装置及方法，所述注气通道钻孔为布置于气化炉煤层底板之上的钻孔通道，作为气化剂的注入通道，该注气通道为煤层内钻孔通道，钻井方向可沿煤层倾斜或者水平方向，注气通道长度受煤层钻孔工艺和煤层地质条件的限制；本发明专利技术可以实现在地下气化炉运行过程中，随着反应工作面的定向移动，注气管路根据火焰工作面位置而较为精准的、小尺寸范围的间隔移动注气。从而保证火焰工作面形成稳定的气流状态和稳态的气化反应界面形态结构；本发明专利技术无需人工到气化炉注气通道内施工，无需在气化炉外构筑复杂的密闭墙结构，提高了气化炉构建效率。

Movable gas injection device and method suitable for underground gasification of coal

The invention discloses a mobile gas injection device and method suitable for underground coal gasification, the gas injection channel is arranged in the borehole drilling channel gasifier coal seam floor above, as gasification agent injection channel, the gas injection channel for coal seam in the drilling channel, the direction of drilling along the inclined seam or horizontal direction. Limit the gas injection channel length from coal seam drilling technology and the geological condition of coal seam; the invention can be implemented in the operation of underground gasification process, with the orientation of the moving reaction, gas injection pipeline according to the position of flame and the more accurate working face, small size mobile gas injection interval. Thus, the stable air flow state and steady gasification reaction interface morphology structure are ensured in the flame working face; the invention does not need to be constructed in the gas injection channel of the gasifier, and the complex airtight wall structure is not needed outside the gasifier, so as to improve the construction efficiency of the gasifier.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于煤炭地下气化的移动注气装置及方法
本专利技术涉及的是煤炭地下气化
，具体的说是一种适用于煤炭地下气化的移动注气装置及方法。
技术介绍
煤炭地下气化技术是采用化学开采方法将煤炭在地下原位直接进行燃烧气化产生可燃气体。煤炭地下气化是一种新型的原位煤层流态化开采方法，也是一种高碳资源低碳化开发清洁能源新技术，属于资源与环境协调的煤炭绿色开采技术体系。煤炭地下气化将建井、采煤、气化三大工艺合而为一，以其产气成本低、安全性高和环境效益好的优点，具有良好的经济效益、环境效益和安全效益，是煤炭资源绿色开采技术。煤炭地下气化在世界范围内受到了广泛的重视，前苏联、欧洲、美国、日本、澳大利亚、中国及亚洲多个国家进行了大量的理论研究和工业性试验，该技术在低品质(高硫、高灰)、急倾斜、薄煤层、深部煤层、“三下”压煤以及常规技术经济不可采等残滞留煤的开采利用方面具有很好的适应性。除此之外，煤炭地下气化所产煤气成本仅为地面气化炉气化的25-50％，可以作为燃气发电、锅炉燃料以及合成化工产品的原料气，显著降低发电或合成化工产品的成本。煤炭地下气化还具有显著的环境效益，大大减小燃煤污染、煤矸石及灰渣的排放，有效解决目前燃煤引发的大气雾霾问题，且与碳捕集和封存技术相结合，可有效减少温室气体排放，具有广阔的应用前景。煤炭地下气化属于原位实体煤层气化过程，气化煤层不能移动，燃烧反应界面随注气而移动，因此这就要求气化剂注入点能随着火焰工作面的移动而定向移动，使注入点注入的气化剂能直接就近地输送到火焰工作面反应界面位置。现阶段对于注气和燃烧控制方面的技术手段和装备不多，根据查阅已公开中国专利，公开号CN1298058A的中国专利“一种于矿井内生产煤气的地下气化炉”，其结构缺乏注气管在煤层中的注气控制装置，因此不能实现对注气和燃烧的有效控制。公开号CN1112188A的中国专利“拉管注气点后退式煤层气化方法”采用在注气管线内再植入一小直径操作管线，当欲后撤注气点时，将操作管线向外拉出一段距离，并向操作管线内注入易燃流体，使该流体在操作管线的管口处燃烧，将注气管线熔断并使注气点后退。该方法需要人为操作，工艺复杂，且增加了气化炉注气端的密闭难度，每次操作都要注入可燃气体，对气化炉稳定气化过程造成影响。公开号CN1169501A的中国专利“换管注气点后退式煤层气化方法”是在煤层生产巷道内放入多条输气管实现注气点后退，采用束管逐管接替注气式注气点后退方法，此种方法工艺复杂、气化管线布设成本高，难以实现有效精准操作和大规模应用，且该工艺仅适用于埋藏较浅的煤田气化。公开号CN103277082B的中国专利“一种注气点后退式煤炭地下气化系统及工艺”通过在气化剂注入巷道轴向依次设置多个注气口，并通过布置在注气管上的热熔式开启装置来控制注气口的开启，由温度传感器监测煤壁内温度，由控制器控制热熔式开启装置。该控制注气管注气的方法需要人工进入注气巷布设相关装置，工序复杂且安全性和可靠性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供了一种适用于煤炭地下气化的移动注气装置及方法，该移动注气装置设计合理、可靠性高、移动注气效果好，主要解决了随着地下气化火焰工作面的定向移动而移动注气的问题。使注气通道所注气化剂能直接就近输送到火焰工作面位置，保证地下气化火焰工作面反应界面保持稳定的形态结构，保障地下气化炉的稳定运行和安全高效产气。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种适用于煤炭地下气化的移动注气装置，包含注气通道钻孔、注气通道护管、注气管路、热熔式弹性连接器、卡扣式连接器；所述注气通道钻孔为布置于气化炉煤层底板之上的钻孔通道，作为气化剂的注入通道，该注气通道为煤层内钻孔通道，钻井方向可沿煤层倾斜或者水平方向，注气通道长度受煤层钻孔工艺和煤层地质条件的限制；所述注气通道护管为布置于注气通道内的筛管，筛管圆周布置有小孔，所注气化剂可以通过小孔扩散到气化反应工作面附近；所述注气管路为布置于注气通道筛管内的管路，是气化剂的输送通道；所述热熔式弹性连接器布置于注气管路的一定位置，当气化反应工作面到达该装置位置时，在温度的作用下，该装置断开形成新的注气口，由新的注气口为气化反应工作面提供气化剂；所述卡扣式连接器是注气管路的连接装置，两段首尾连接的注气管路在卡扣式连接器的作用下连接在一起。进一步，所述热熔式弹性连接器包括热熔式螺栓、凹式对接法兰和内嵌式弹簧；所述热熔式螺栓为注气管路上的连接装置，当温度达到一定值后，在一定时间下可以熔断；所述凹式对接法兰为注气管路上的连接装置，该法兰有凹槽，内部嵌装有弹簧装置；所述内嵌式弹簧安装于凹式对接法兰内部，凹式对接法兰连接时该弹簧处于压缩状态，当温度达到一定值后，在一定时间下热熔式螺栓熔断，在内嵌式弹簧的弹性力作用下，在凹式对接法兰连接处，注气管路断开，形成新的注气管路开口。进一步，所述卡扣式连接器包括凹槽法兰盘、普通法兰盘、卡舌、弹簧和卡舌槽；所述普通法兰盘、卡舌、弹簧和卡舌槽构成卡扣式连接器的卡头部分；所述凹槽法兰盘为卡扣式连接器的卡槽部分。进一步，所述卡头部分沿圆周布置有多个卡舌，卡舌底端连接有弹簧，并整体嵌入卡舌槽内，卡头部分布置有一个焊接于注气管路上的普通法兰盘。进一步，所述卡槽部分为焊接于注气管路上的带有凹槽的法兰盘，当卡头部分行进到上一节注气管的卡槽位置时，卡舌受力压缩到卡舌槽内，然后弹出并卡在凹槽法兰盘内，完成两节注气管路的对接。一种适用于煤炭地下气化的移动注气方法，包括以下步骤：步骤1，沿煤层底板钻进煤层注气通道钻孔根据煤层地质结构特点，可沿煤层底板的倾向或者走向布置煤层注气通道钻孔，注气通道钻孔整体位于煤层中，底部为煤层底板的岩层；步骤2，铺设注气通道护管根据煤层注气通道钻孔煤壁的成孔完整情况，有选择的铺设或者不铺设；当煤体较硬、成孔性较好时，可以不铺设注气通道护管；当煤体较软、结构破碎且成孔性较差时，铺设注气通道护管；根据钻孔拐弯半径对铺设注气通道护管单节长度的要求，一般单节注气通道护管长度不大于6m；注气通道护管起到支撑钻孔通道空间的作用，防止煤壁塌落阻塞注气通道空间，影响注气管路铺设以及气化剂注入；步骤3，铺设注气管路所述注气管路沿注气通道钻孔后退式布置，首节注气管路布置于注气通道的最前端的点火点位置；注气管路两端布置有一组卡扣式连接器，首端为卡头部分，尾端为卡槽部分；相邻的两节注气管路通过卡扣式连接器相连，该卡扣连接为永久式连接，不可拆卸；所述注气管路完成在注气通道钻孔内的铺设后，注气管路末端连接气化炉外部的注气管路，通过外部的注气管路可实现对气化炉内注气通道的气化剂注入；为了保证气化炉内注气与气化炉外环境的隔绝，在气化炉注气通道末端部分(气化炉结束运行端)，填充耐高温水泥密闭材料，将气化炉注气通道和外部环境完全隔绝，保证气化炉内部的气密性；步骤4，后退式移动注气控制煤炭地下气化炉点火运行后，在点火点位置，也即注气管前端，沿垂直于注气通道的气化通道逐渐扩展形成火焰工作面；随着气化炉的运行，火焰工作面将形成一定的形态结构；从注气点到气化炉排气点，在气化通道内沿气流流动方向将形成气化工作面横向“三带”，即氧化带、还原带和干馏干燥带，气化剂中注入的氧气基本消耗于氧化带范围；气化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于煤炭地下气化的移动注气装置，其特征在于：包含注气通道钻孔、注气通道护管、注气管路、热熔式弹性连接器、卡扣式连接器；所述注气通道钻孔为布置于气化炉煤层底板之上的钻孔通道，作为气化剂的注入通道，该注气通道为煤层内钻孔通道，钻井方向可沿煤层倾斜或者水平方向，注气通道长度受煤层钻孔工艺和煤层地质条件的限制；所述注气通道护管为布置于注气通道内的筛管，筛管圆周布置有小孔，所注气化剂可以通过小孔扩散到气化反应工作面附近；所述注气管路为布置于注气通道筛管内的管路，是气化剂的输送通道；所述热熔式弹性连接器布置于注气管路的一定位置，当气化反应工作面到达该装置位置时，在温度的作用下，该装置断开形成新的注气口，由新的注气口为气化反应工作面提供气化剂；所述卡扣式连接器是注气管路的连接装置，两段首尾连接的注气管路在卡扣式连接器的作用下连接在一起。

【技术特征摘要】
1.一种适用于煤炭地下气化的移动注气装置，其特征在于：包含注气通道钻孔、注气通道护管、注气管路、热熔式弹性连接器、卡扣式连接器；所述注气通道钻孔为布置于气化炉煤层底板之上的钻孔通道，作为气化剂的注入通道，该注气通道为煤层内钻孔通道，钻井方向可沿煤层倾斜或者水平方向，注气通道长度受煤层钻孔工艺和煤层地质条件的限制；所述注气通道护管为布置于注气通道内的筛管，筛管圆周布置有小孔，所注气化剂可以通过小孔扩散到气化反应工作面附近；所述注气管路为布置于注气通道筛管内的管路，是气化剂的输送通道；所述热熔式弹性连接器布置于注气管路的一定位置，当气化反应工作面到达该装置位置时，在温度的作用下，该装置断开形成新的注气口，由新的注气口为气化反应工作面提供气化剂；所述卡扣式连接器是注气管路的连接装置，两段首尾连接的注气管路在卡扣式连接器的作用下连接在一起。2.根据权利要求1所述的一种适用于煤炭地下气化的移动注气装置，其特征在于：所述热熔式弹性连接器包括热熔式螺栓、凹式对接法兰和内嵌式弹簧；所述热熔式螺栓为注气管路上的连接装置，当温度达到一定值后，在一定时间下可以熔断；所述凹式对接法兰为注气管路上的连接装置，该法兰有凹槽，内部嵌装有弹簧装置；所述内嵌式弹簧安装于凹式对接法兰内部，凹式对接法兰连接时该弹簧处于压缩状态，当温度达到一定值后，在一定时间下热熔式螺栓熔断，在内嵌式弹簧的弹性力作用下，在凹式对接法兰连接处，注气管路断开，形成新的注气管路开口。3.根据权利要求1所述的一种适用于煤炭地下气化的移动注气装置，其特征在于：所述卡扣式连接器包括凹槽法兰盘、普通法兰盘、卡舌、弹簧和卡舌槽；所述普通法兰盘、卡舌、弹簧和卡舌槽构成卡扣式连接器的卡头部分；所述凹槽法兰盘为卡扣式连接器的卡槽部分。4.根据权利要求3所述的一种适用于煤炭地下气化的移动注气装置，其特征在于：所述卡头部分沿圆周布置有多个卡舌，卡舌底端连接有弹簧，并整体嵌入卡舌槽内，卡头部分布置有一个焊接于注气管路上的普通法兰盘。5.根据权利要求3所述的一种适用于煤炭地下气化的移动注气装置，其特征在于：所述卡槽部分为焊接于注气管路...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛林，程卫民，谢军，刘震，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37