一种多功能高压气化实验系统技术方案

一种多功能高压气化实验系统，包括水平设置的基座，基座上设有支架，支架上设有气化炉，气化炉呈顶部敞口的长方体箱体结构，气化炉的长度方向沿左右水平方向设置，基座上在气化炉的前侧和后侧分别设有若干根前立柱和后立柱，前立柱和后立柱的数量相等且前后一一对应，前后对应的前立柱和后立柱上端之间设有位于气化炉正上方的法向加压装置，气化炉的左侧和右侧分别设有进气管和出气管，气化炉内部设有煤层模拟保温结构。本实用新型专利技术能够根据目标煤层的地质资料对煤体实现相应的静水压力模拟过程，可以根据目标煤层的深度预设法相压力，亦可以根据煤层深度的变化实现法向加压的变化，能够更好的模拟地下实际气化过程。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能高压气化实验系统
本技术属于煤炭气化
，具体涉及一种多功能高压气化实验系统。
技术介绍
煤炭地下气化技术从根本上改变了煤炭的开采与利用方式，它是将地下赋存的煤在原位进行有控制地燃烧、通过热作用及化学作用产生可燃气体（CO、CH4、H2等）、综合开发清洁能源的工艺过程。产生的可燃气体可以联合循环发电、提取纯氢以及用作化工原料气、工业燃料气、城市民用煤气等。该工艺过程集合了建井完井、地下采煤和煤气化工艺技术，具有安全性好、投资小、效益高、污染少等优点。在煤炭地下气化工业化生产前，煤炭地下气化往往进行中试试验，可以改进、完善实验室成果和理论成果，消除各种不确定性因素，取得可靠的数据，使之与其他相关技术匹配，与生产实际相符合，从而使新技术顺利应用到工业生产中。现有技术中存在以下缺陷：现有的实验室煤炭地下气化装置无法模拟目标煤层所受的地应力，即静水压力。
技术实现思路
本技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种提供不同法向压力以及模拟不同状态下静水压力的多功能高压气化实验系统。为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：一种多功能高压气化实验系统，包括水平设置的基座，基座上设有支架，支架上设有气化炉，气化炉呈顶部敞口的长方体箱体结构，气化炉的长度方向沿左右水平方向设置，基座上在气化炉的前侧和后侧分别设有若干根前立柱和后立柱，前立柱和后立柱的数量相等且前后一一对应，前后对应的前立柱和后立柱上端之间设有位于气化炉正上方的法向加压装置，气化炉的左侧和右侧分别设有进气管和出气管，气化炉内部设有煤层模拟保温结构。煤层模拟保温结构包括自外向内依次设置的耐压层、密封层、保温层和耐火层，耐压层、密封层、保温层和耐火层沿横向和纵向的截面均呈多层“回”字结构，耐火层的内部空间为炉膛，炉膛内部自下到上依次铺设有下部岩层模拟材料层、中部填充煤层、上部顶板模拟材料岩层，耐压层、密封层、保温层和耐火层的左侧部、右侧部以及中部填充煤层沿左右水平方向预留有一条贯通的气化通道，气化通道的左端与进气管对接连通，气化通道的右端与出气管对接连通。耐火层是由耐火砖铺接而成，耐火砖使用耐热水泥作为粘结剂；保温层是在耐火层外侧表面设置一层纳米气凝胶绝热材料；密闭层是在保温层外部使用钢板拼接的箱体结构，该箱体结构顶部的一块钢板为活动板，该活动板的大小与箱体结构顶部敞口的大小一致；耐压层在密闭层外部由混凝土浇筑形成的混凝土层。由进气管沿气化通道伸入到中部填充煤层左侧边设有点火装置。法向加压装置包括固定架、液压缸、承压柱、支撑座和加压板，固定架的前后两端分别固定连接在前立柱和后立柱上端，液压缸上端水固定设置在固定架底部，加压板水平设置在耐压层上表面，支撑座固定设置在加压板上表面，承压柱固定设在支撑座上，液压缸和与承压柱的中心线重合且该中心线沿垂直方向设置。承压柱上安装有橡胶缓冲垫；法向加压装置沿左右方向间隔设有三个。采用上述技术方案，一种多功能高压气化实验系统的实验方法，包括以下步骤：（1）根据具体实验要求在气化炉内部中设置煤层模拟保温结构，出气管连接气化产物收集装置，在煤层模拟保温结构顶部设置加压板，在固定架上安装液压缸，使液压缸下端对准承压柱，然后将液压缸通过高压管连接液压系统；（2）根据实验的预制要求即中部填充煤层的实际采深，使用如下公式计算中部填充煤层的静水压力，F=γ*H，F为静水压力，γ为岩石的容重，H为深度，计算得到的静水压力数值输入到法向加压装置控制台，通过法向加压装置控制台操控液压系统的液压缸进行预制静水压力的加载，液压缸向下伸长顶压承压柱,承压柱通过支撑座驱动加圧板对煤层模拟保温结构施加压力，从而模拟中部填充煤层的压力情况；（3）通过进气管向煤层模拟保温结构内部的气化通道内安装点火装置，启动点火装置，对中部填充煤层进行点火，点火完成后进行气化实验，并通过气化产物收集装置对气化产物进行收集；（4）通过对不同压力情况下的收集的气化产物进行分析，得出不同压力及不同煤层深度对于煤炭地下气化过程的影响。步骤（1）中设置煤层模拟保温结构的具体过程为：A、先在进气管和出气管内部穿设一根沿左右水平方向穿过气化炉内部的管道；B、在气化炉内底部和四周侧壁支设模板，浇筑混凝土，凝固后形成耐压层；C、在耐压层的内壁放置一个顶部敞口的箱体结构形成密封层；D、在密封层内壁设置一层纳米气凝胶绝热材料形成保温层；E、接着在保温层的内壁砌制耐火砖形成耐火层；F、在耐火层内部形成的炉膛自下到上依次设置下部岩层模拟材料层、中部填充煤层和上部顶板模拟材料岩层；G、在上部顶板模拟材料岩层的上表面砌制耐火砖与以设置好的耐火层顶部的四周对接；H、在耐火层的顶面设置一层纳米气凝胶绝热材料与设置好的保温层的顶部四周对接；I、在保温层表面铺设有一块钢板，钢板与保温层上表面大小相等；J、在钢板上表面浇筑混凝土，与已浇筑好的耐压层顶部四周对接。步骤（2）中静水压力是普通深部煤层状态时，即煤层为水平状态，三个液压缸同时对三个加压板进行压力值相同的静水压力加载，进而模拟中部填充煤层的在气化过程中面对的深部压力情况。步骤（2）中静水压力是深部倾斜煤层状态时，即煤层处于倾斜状态，根据实验要求计算目标静水压力后，结合目标煤层的倾斜情况计算出气化炉内部左中右三块区域所承受压力的不同，进而计算三个法向加压装置的施加压力的数值，将三个不同的静水压力值分别通过液压缸对加压板进行相应的压力值，进而模拟中部填充煤层的在气化过程中面对的压力情况。本技术与常规技术相比有如下特点及优势：1、使用基座和支架对高压气化炉进行固定，可以使高压气化炉在实验过程中更加稳定；2、使用法向加压装置可以对气化炉施加法向压力，能够模拟煤炭地下气化时煤层所承受的静水压力，更真实的反应目标煤层的实际反应情况；3、法向加压装置数量并排设置三个，可提供三种不同的压力，也可以提供相同的压力，从而适应即煤层为水平状态或倾斜状态的气化实验，功能更加多样。法向加压装置采用液压缸作为动力，可提供的压力更大且具有良好的均匀性，并在高压气化炉上设有加压板，可以实现对于高压气化炉的均匀加压；4、法向加压装置的液压缸通过液压系统控制,液压系统由法向加压装置控制台(控制器)相连接，可以实现对于法向压力的控制，从而模拟压力变化过程，更加贴近目标煤层状态；5、在气化炉煤层模拟保温结构，不仅能够更好地模拟煤炭在井下的结构状态，而且具有良好的保温性，为煤炭气化过程中提供更为理想的环境；6、橡胶缓冲垫起到减轻液压缸对承压柱有较大冲击的作用，保温层上表面铺设的一块钢板为活动板，这样在法向压力的作用下，可通过活动板将模拟的静水压力传递到中部填充煤层（目标煤层）。综上所述，本技术能够根据目标煤层的地质资料对煤体实现相应的静水压力模拟过程，可以根据目标煤层的深度预设法相压力，亦可以根据煤层深度的变化实现法向加压的变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能高压气化实验系统，其特征在于：包括水平设置的基座，基座上设有支架，支架上设有气化炉，气化炉呈顶部敞口的长方体箱体结构，气化炉的长度方向沿左右水平方向设置，基座上在气化炉的前侧和后侧分别设有若干根前立柱和后立柱，前立柱和后立柱的数量相等且前后一一对应，前后对应的前立柱和后立柱上端之间设有位于气化炉正上方的法向加压装置，气化炉的左侧和右侧分别设有进气管和出气管，气化炉内部设有煤层模拟保温结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能高压气化实验系统，其特征在于：包括水平设置的基座，基座上设有支架，支架上设有气化炉，气化炉呈顶部敞口的长方体箱体结构，气化炉的长度方向沿左右水平方向设置，基座上在气化炉的前侧和后侧分别设有若干根前立柱和后立柱，前立柱和后立柱的数量相等且前后一一对应，前后对应的前立柱和后立柱上端之间设有位于气化炉正上方的法向加压装置，气化炉的左侧和右侧分别设有进气管和出气管，气化炉内部设有煤层模拟保温结构。


2.根据权利要求1所述的一种多功能高压气化实验系统，其特征在于：煤层模拟保温结构包括自外向内依次设置的耐压层、密封层、保温层和耐火层，耐压层、密封层、保温层和耐火层沿横向和纵向的截面均呈多层“回”字结构，耐火层的内部空间为炉膛，炉膛内部自下到上依次铺设有下部岩层模拟材料层、中部填充煤层、上部顶板模拟材料岩层，耐压层、密封层、保温层和耐火层的左侧部、右侧部以及中部填充煤层沿左右水平方向预留有一条贯通的气化通道，气化通道的左端与进气管对接连通，气化通道的右端与出气管对接连通。


3.根据权利要求2所述的一种多功能...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏发强，荆士杰，于光磊，范伟涛，张文艳，南华，王伟林，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：新型
国别省市：河南;41