【技术实现步骤摘要】
本公开涉及煤层资源的开发与利用领域，尤其涉及一种热烟气改性极薄煤层原位燃烧协同水蒸气发电的方法。
技术介绍
1、我国薄煤层的可采储量占全部煤层可采储量的20％以上，产量却只占全国总产量的8％左右。与主力煤层相比，薄煤层含气量差、开采难度大、成本高、效益低，长期被视为煤层气开发中的边际资源。而薄煤层中的极薄煤层则由于煤层厚度小开采困难等因素往往不会进行开发利用。然而，近年来，针对极薄煤层的化学气化法则是将煤层进行气化反应产生可燃性气体进行抽提，而化学反应的低效率和煤层断层等环境开放性对化学气化法有极大的影响。
技术实现思路
1、技术问题：
2、提供一种适用于极薄不可采煤层的原位燃烧协同水蒸气发电方法及系统，同步实现煤层气的抽采和极薄煤层原位燃烧热能的高效提取。
3、技术方案：
4、一方面，提供一种热烟气改性极薄煤层原位燃烧协同水蒸气发电的方法，其包括如下步骤：
5、(1)将极薄煤层划分为燃烧区和位于所述燃烧区四周的非燃烧区；由地面向燃烧区施工抽采井和至少一个注气井；其中，抽采井与注气井之间的区域能够覆盖燃烧区；
6、(2)热烟气改性极薄煤层：通过注气设备由注气井向燃烧区中注入热烟气，以使极薄煤层的燃烧区的煤层裂隙扩展、增多，增大燃烧区的煤层透气性，同时利用抽采设备由抽采井对经所述热烟气的驱替作用产出的煤层气进行抽采，将所得抽采气体输送至煤层气提纯装置进行提纯利用；直至所得抽采气体中二氧化碳的浓度达到50％时，停止注气和抽采作
7、(3)由地面向位于燃烧区的相对的两侧的非燃烧区分别施工竖井一和竖井二；紧邻竖井一和竖井二分别施工沿极薄煤层方向上的两个钻孔作业面；由钻孔作业面施工多个沿极薄煤层方向上的顺层钻孔，其中顺层钻孔贯穿燃烧区；顺层钻孔的内部嵌套耐火水管；在两个钻孔作业面分别设置进水总管和出气总管，耐火水管的第一端与进水总管连接，耐火水管的第二端与出气总管连接；进水总管由竖井一延伸至地面，并与水源连通，进水总管上设置有进水泵和进水阀；出气总管由竖井二延伸至地面，并与蒸汽发电机连通，出气总管上设置有水蒸气压力表和出气阀；
8、(4)砌筑耐火墙：在燃烧区与非燃烧区的交界处砌筑耐火墙，其中耐火墙能够将两个钻孔作业面同燃烧区分隔开，以在后续极薄煤层的燃烧区原位自燃时对两个钻孔作业面、竖井一和竖井二进行保护；
9、(5)开启进水阀和出气阀，开启进水泵以将水源由进水总管注入至耐火水管中，直至全部管路中水含量达到80％时，停止注水，同时关闭进水阀和出气阀；然后，通过注气设备由注气井向燃烧区中注入空气，以诱导极薄煤层原位自燃，同时利用抽采设备由抽采井对极薄煤层原位自燃所产出的尾气进行抽采，将所得抽采气体输送至尾气处理装置净化后排放，与此同时，极薄煤层原位自燃产生的高温能够对耐火水管中的水进行加热并产出水蒸气；通过水蒸气压力表能够实时监测出气总管中的水蒸气压力，待出气总管中的水蒸气压力达到蒸汽发电机的工作压力时，开启出气阀门，以使水蒸气通入蒸汽发电机中进行发电；蒸汽发电机所产电能通过输电线路输送至电力用户，蒸汽发电机发电后的蒸汽输送至热力用户，以回收水蒸气中的剩余热能。
10、另一方面，提供一种热烟气改性极薄煤层原位燃烧协同水蒸气发电系统，其包括：极薄煤层、注气抽采子系统、注水回热子系统、水蒸气发电子系统和耐火墙；所述极薄煤层划分为燃烧区和位于所述燃烧区四周的非燃烧区；所述耐火墙设置于所述燃烧区与所述非燃烧区的交界处；所述注气抽采子系统包括抽采井、抽采设备、煤层气提纯装置、尾气处理装置、至少一个注气井和至少一个注气设备；所述抽采井和所述注气井均由地面延伸至所述燃烧区，且所述抽采井与所述注气井之间的区域能够覆盖所述燃烧区；所述注气设备被配置为向所述注气井中注入热烟气或空气；所述抽采设备被配置为从所述抽采井中抽采经所述热烟气的驱替作用产出的煤层气或所述燃烧区在所述空气作用下自燃所产出的尾气；所述煤层气提纯装置与所述抽采设备连通，以将所述煤层气输送至所述煤层气提纯装置进行处理；所述尾气处理装置与所述抽采设备连通，以将所述尾气输送至所述尾气处理装置进行处理；所述注水回热子系统包括竖井一、竖井二、两个钻孔作业面、多个沿所述极薄煤层方向上的顺层钻孔、水源、进水泵、进水阀、进水总管、耐火水管、出气总管、水蒸气压力表和出气阀；所述竖井一、所述竖井二由地面延伸至位于所述燃烧区的相对的两侧的所述非燃烧区，两个所述钻孔作业面分别紧邻所述竖井一或所述竖井二设置，且被配置为施工所述顺层钻孔；所述顺层钻孔贯穿所述燃烧区；所述顺层钻孔的内部嵌套所述耐火水管；所述进水总管通过所述竖井一，并与所述耐火水管的第一端连通；所述进水总管与所述水源连通；所述进水泵和所述进水阀设置于所述进水总管上；所述出气总管通过所述竖井二，并与所述耐火水管的第二端连通；所述水蒸气压力表和所述出气阀设置于所述出气总管上；所述水蒸气发电子系统包括蒸汽发电机、输电线路、电力用户和热力用户；通过所述输电线路连接所述蒸汽发电机和所述电力用户；所述蒸汽发电机与所述热力用户连接，以利用所述蒸汽发电机的蒸汽剩余热能。
11、在一些实施例中，注气井和注气设备的数量为两个；两个注气井分别邻近两个钻孔作业面设置；抽采井位于两个注气井的中间。
12、有益效果：
13、1、本专利技术方法利用高温热烟气对极薄煤层进行热改性，即通过热烟气的热作用促使煤层裂隙逐渐发育并相互连接，以形成整体性的裂隙网络，增大煤层渗透率，为后续极薄煤层原位自燃提供良好的气体环境。同时利用烟气气体组分对煤层气进行驱替，从而实现对煤层气体运移环境的改善，保证了气流在煤层中的流动性，为后续极薄煤层原位燃烧提供气体条件。通过顺层钻孔嵌套耐火水管的方式组建能够搭配极薄煤层原位燃烧的注水回热子系统，随后由注气井向燃烧区输送极薄煤层原位燃烧所需要的空气，以诱导极薄煤层发生自燃，同时抽采井对燃烧所产生的尾气进行抽采，从而大大降低了极薄煤层原位燃烧时抑燃气体的含量，改善了极薄煤层原位燃烧的燃烧效果。利用极薄煤层自燃释放的热能将水转化为高温的水蒸气，从而实现对极薄煤层原位燃烧热能的提取。
14、2、本专利技术方法在热烟气改性极薄煤层中，所得抽采气体以煤层气为主，故将所得抽采气体送往煤层气提纯装置中进行提纯利用。当所得抽采气体中二氧化碳的含量达到50％以上时，说明极薄煤层在热烟气的作用下孔隙连通性和煤层气驱替程度已达到较高的水平，此时停止热烟气的注入，但仍然保持抽采作业，且抽采气体应送至尾气处理装置中进行净化排放。
15、3、本专利技术的极薄煤层原位燃烧所形成的热-水-气系统，相比化学气化法更加稳定。本专利技术使用的水蒸气发电技术成熟，易于推广使用，水蒸气发电后还能够回收水蒸气中剩余的热能，供应热力用户。因此，本专利技术的方法能够实现能源多极化利用。
16、4、本专利技术的方法同步实现了对地下不可采的极薄煤层的煤炭资源进行开发利用，能源开发过程稳定可控，煤炭资源提取多级高效和不产生二次污染。
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1.一种热烟气改性极薄煤层原位燃烧协同水蒸气发电的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的热烟气改性极薄煤层原位燃烧协同水蒸气发电的方法，其特征在于，注气井和注气设备的数量为两个；两个注气井分别邻近两个钻孔作业面设置；抽采井位于两个注气井的中间。
3.一种热烟气改性极薄煤层原位燃烧协同水蒸气发电系统，其特征在于，包括：极薄煤层、注气抽采子系统、注水回热子系统、水蒸气发电子系统和耐火墙；
4.根据权利要求3所述的热烟气改性极薄煤层原位燃烧协同水蒸气发电系统，其特征在于，所述注气抽采子系统包括两个注气井和两个注气设备；两个所述注气井分别邻近两个所述钻孔作业面设置；所述抽采井位于两个所述注气井的中间。
【技术特征摘要】
1.一种热烟气改性极薄煤层原位燃烧协同水蒸气发电的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的热烟气改性极薄煤层原位燃烧协同水蒸气发电的方法，其特征在于，注气井和注气设备的数量为两个；两个注气井分别邻近两个钻孔作业面设置；抽采井位于两个注气井的中间。
3.一种热烟气改性极薄煤层原位燃烧协同...
【专利技术属性】
技术研发人员：林柏泉，查伟，刘统，马顺庆，林明华，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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