煤炭地下气化点火装置的制作方法

本实用新型涉及煤炭地下气化技术领域，具体而言，涉及一种煤炭地下气化点火装置。

背景技术：

煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热解作用以及化学作用而产生可燃气体的过程。要实现煤炭地下气化首先就要将地下的煤层点燃，将地下含水量很高的煤，甚至是被长时间浸泡过的煤点燃，是地下煤炭气化的一项关键技术。

煤炭地下气化主要有两种工艺：无井式地下气化和有井式地下气化。有井式地下气化是通过人工开拓巷道，在煤层中布置地下气化炉，人可以下到煤层中，在煤层中为气化做充分的准备工作。而无井式气化是通过钻孔打到煤层中，然后在煤层中点火气化。由于两种工艺不同，所以对点火技术的要求也不同，有井式地下气化炉的点火，由于人可以下到煤层中，在煤层中准备好点火设施，所以点火比较容易。而无井式地下气化炉的点火则相对要困难得多。

现有的点火技术有：电子点火器、乙炔点火、常明灯点火、等离子点火、焦炭点火、薪柴点火等。其中，电子点火器是利用打火产生的火花将可燃气体点燃，需要观察点火情况，然而，无井式地下气化炉的点火是在不可见的情况下进行的，则电子点火器点火无法准确掌握打火的情况，若点火不及时，容易造成爆燃。乙炔点火是用明火把乙炔点燃，再把点燃的乙炔送到待点燃处，然后送油进而实现点火。然而，点燃的乙炔很难运送至无井式地下气化炉内。常明灯点火是指在待点火的部位放上常明火，一旦有可燃气体出来就会被常明火点燃，但是在无井式地下气化炉内放置常明火，不易实现。等离子点火是利用直流电流(280--350A)在介质气压0.01-0.03Mpa的条件下接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T＞5000K的梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，并在几秒内迅速释放出挥发物，并使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。然而，等离子点火的设备较为复杂，投资成本较高。薪柴点火和焦炭点火均应用于有井式地下气化炉，将薪柴和焦炭放置于待点火的位置，对于无井式地下气化炉而言，由于地下情况不可见，所以薪柴和焦炭难以运送至待点火位置。因此，上述现有的点火方式均不适用于无井式地下气化炉。

现有专利CN200810119353.8，名称为一种煤炭地下强制氧化点火方式。本发明公开了利用煤炭自燃的特性，认为的进行强制氧化，点燃煤层，实现地下气化的点火，包括排水、加热和点火过程。排水采用压力排水的方法，通过多次的排水操作后，启动空气加热装置，然后通入氧气加强煤层燃烧。强制强化点火过程包括热空气强制氧化和氧气强制氧化，当煤气热值达到4.0MJ/Nm³时，认为强制氧化点火成功，进入后续的气化过程。

然而，上述专利中的煤炭地下强制氧化点火方式，向煤层中通入热空气和氧气强制氧化，以使煤气热值达到预设值来判断点火成功，这种方法需要浪费大量的热空气和氧气，并且，煤气热值难以控制，无法准确地确定点火是否成功，进而无法进行后续的气化反应。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型提出了一种煤炭地下气化点火装置，旨在解决现有技术中的点火方式并不适用于无井式地下气化炉的问题。

本实用新型提出了一种煤炭地下气化点火装置，该装置包括：输送管；其中，输送管用于置于进气钻孔的固井套管内，输送管的第一端与地面相连接，输送管的第二端悬置于煤层中，输送管用于向煤层中输送自燃气体；输送管与固井套管之间的间隙形成环形空间，环形空间的第一端为封闭端，第二端为敞口端且对应于煤层处，环形空间用于向煤层中输送助燃气体；自燃气体用于与助燃气体混合后自燃以点燃煤层。

进一步地，上述煤炭地下气化点火装置中，输送管还用于向煤层中输送产热气体，产热气体与自燃气体相混合。

进一步地，上述煤炭地下气化点火装置还包括：喷嘴座和至少一个喷嘴；其中，喷嘴座与输送管的第二端相连接，喷嘴座开设有至少一个喷射口，各喷嘴与各喷射口一一对应连接。

进一步地，上述煤炭地下气化点火装置中，喷嘴座与输送管的第二端可拆卸连接。

进一步地，上述煤炭地下气化点火装置中，每个喷嘴与对应的喷射口可拆卸连接。

进一步地，上述煤炭地下气化点火装置中，各喷射口沿喷嘴座的周向均匀分布。

进一步地，上述煤炭地下气化点火装置中，输送管的第一端与地面可拆卸连接。

进一步地，上述煤炭地下气化点火装置还包括：连接装置；其中，连接装置设置于输送管与固井套管之间，连接装置用于封堵环形空间的第一端；连接装置开设有用于向环形空间内输送助燃气体的气体输入口。

进一步地，上述煤炭地下气化点火装置还包括：密封件；其中，密封件设置于环形空间内且置于连接装置的下方。

本实用新型中，通过输送管向煤层中输送自燃气体，通过环形空间向煤层中输送助燃气体，利用自燃气体与助燃气体混合后的自燃进而点燃煤层，能够更为方便、快捷地点燃煤层，易于实施，并且，无需浪费热空气或者氧气，使得煤层燃烧便于控制，能够准确地确保煤层的点火，尤其是适用于无井式地下气化炉，解决了现有技术中的点火方式并不适用于无井式地下气化炉的问题，确保了后续煤气化反应的进行，同时，结构简单，便于实施。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的煤炭地下气化点火装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的煤炭地下气化点火装置在煤层中的结构示意图；

图3为图1中A处的局部放大图；

图4为本实用新型实施例提供的煤炭地下气化点火装置的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本领域技术人员应该理解，煤炭地下气化技术包括：进气钻孔、出气钻孔和气化通道，其中，进气钻孔用于向煤层中输送气化剂，气化剂在气化通道内与煤层发生气化反应生成高温煤气，高温煤气通过出气钻孔排出至地面。具体地，进气钻孔内一般设置有固井套管，固井套管用于对进气钻孔进行支护，起到对进气钻孔进行加固的作用。出气钻孔内也会设置有固井套管，固井套管对出气钻孔进行支护加固。在具体实施时，进气钻孔在煤层中为裸孔，以便于进气钻孔输送的气化剂更好地与煤层进行气化反应。

参见图1和图2，图中示出了本实用新型实施例提供的煤炭地下气化点火装置的优选结构。如图所示，煤炭地下气化点火装置可以包括：输送管1。其中，输送管1用于设置于进气钻孔的固井套管2内，输送管1的第一端(图1所示的上端)与地面7相连接，输送管1的第二端(图1所示的下端)为自由端，并且，输送管1的第二端悬置于煤层8中，输送管1用于向煤层8中输送自燃气体。具体地，输送管1的第二端置于煤层8的待点火部位。其中，自燃气体可以为硅烷或者乙硼烷，当然，也可以为其他的自燃气体，本实施例对此不作任何限制。

具体实施时，输送管1的第二端或者输送管1靠近第二端的部分的材质为耐高温的不锈钢或合金钢。在本实施例中，输送管1距离第二端10-15m的部分的材质为耐高温的不锈钢或合金钢。输送管1的其余部分可以为标准的石油套管。

输送管1的第一端与地面7可以为固定连接，以使输送管1保持稳定的状态，确保输送管1的稳定工作。具体实施时，该固定连接方式可以根据实际情况来确定，本实施例对此不作任何限制。当然，输送管1的第一端也可以与地面7为可拆卸连接，一方面，能够使得输送管1保持稳定的状态，另一方面，输送管1可以根据实际情况拆卸下来，便于重复使用，节约资源。优选的，输送管1的第一端与地面7为可拆卸连接。

输送管1在固井套管2内呈悬空状态，即输送管1与固井套管2不接触，则输送管1与固井套管2之间具有预设间隙，该预设间隙可以根据实际情况来确定，本实施例对此不作任何限制。输送管1与固井套管2之间的预设间隙形成一个环形空间3，该环形空间3的第一端(图1所示的上端)为封闭端，环形空间3的第二端(图1所示的下端)为敞口端且为自由端。具体地，环形空间3的第一端为封闭端的实现方式可以为：在输送管1与固井套管2之间设置密封装置，通过密封装置对环形空间3的第一端进行密封；或者，在输送管1的第一端设置遮盖装置，该遮盖装置用于遮盖环形空间3的第一端，当然，并不局限于此，只要能够实现环形空间3的第一端密封即可，本实施例对此不做任何限制。

环形空间3的第二端对应于煤层8处，环形空间3用于向煤层8中输送助燃气体。具体地，环形空间3的第一端可以设置有气体输入口4，气体输入口4用于向环形空间3内输送助燃气体。环形空间3的第二端用于将助燃气体输送至煤层8中。其中，助燃气体可以为空气或者氧气。

自燃气体用于与助燃气体混合后自燃进而点燃煤层8，具体地，利用自燃气体的自身特性在与助燃气体混合后进行自燃，从而实现点火，进而点燃煤层8。

具体实施时，自燃气体的压力范围为0.05MPa～6MPa，助燃气体的压力范围为0.05MPa～15MPa。

具体实施时，在地面7上，输送管1的第一端可以通过自燃气体管道与自燃气体储气瓶相连接，自燃气体储气瓶用于储存自燃气体，并通过自燃气体管道向输送管1输送自燃气体。在自燃气体管道上可以设置有用于控制自燃气体是否输送的自燃气体阀门、用于监测自燃气体压力的压力表和用于监测自燃气体流量的流量表。

具体实施时，气体输入口4可以通过助燃气体管道与助燃气体储气瓶相连接。助燃气体储气瓶用于储存助燃气体，并通过助燃气体管道向环形空间3内输送助燃气体。在助燃气体管道上可以设置有用于控制助燃气体是否输送的助燃气体阀门、用于监测助燃气体压力的压力表和用于监测助燃气体流量的流量表。

具体实施时，输送管1的第一端可以伸出至地面7以上，则输送管1的一部分置于地面7以上。输送管1靠近第一端的侧壁可以开设有第一开口11，则第一开口11设置于输送管1置于地面7以上部分的侧壁。该第一开口11可以通过氮气管道与氮气储气瓶相连接。氮气储气瓶用于储存氮气，并通过氮气管道向输送管1输送氮气。通过氮气对输送管1内残留的氧气或者空气进行置换，以避免自燃气体与氧气或者空气在输送管1内燃烧，导致输送管1的损坏。在氮气管道上可以设置有用于控制氮气是否输送的氮气阀门、用于监测氮气压力的压力表和用于监测氮气流量的流量表。

具体实施时，固井套管2的底部(图1所示的下端)置于煤层8中，则输送管1的第二端略置于固井套管2的下部，使得环形空间3输送的助燃气体和输送管1输送的自燃气体能够在输送管1的第二端进行混合，以确保助燃气体和自燃气体混合后自燃更好地点燃煤层8，避免输送管1的第二端与固井套管2的底部相差较多导致助燃气体和自燃气体未在煤层8处进行混合自燃。

具体实施时，由于输送管1由地面7穿设至煤层8中，所以输送管的长度较长。在具体使用时，可以将输送管1分为多支段，相邻两个支段之间可以通过螺纹连接或者焊接连接。

点火过程为：输送管1的第二端置于煤层8的待点火部位。打开氮气阀门，用氮气吹扫输送管1，通过氮气置换输送管1内残留的氧气或者空气。当氮气的通入量充满输送管1或者多于输送管1的体积时，关闭氮气，同时打开自燃气体阀门和助燃气体阀门。自燃气体由输送管1输送至煤层8中，助燃气体通过环形空间3输送至煤层8中，自燃气体与助燃气体在煤层8处进行混合后自燃，形成20-50cm的火焰。利用火焰干燥煤层8，并使煤层8温度达到着火点，进而引燃煤层8。

具体实施时，助燃气体为氧气或者空气。煤层8点燃后产生的烟气可以由出气钻孔排出。出气钻孔内可以设置有取样装置，取样装置用于收集该烟气。取样装置可与地面7上的气体分析装置相连接，气体分析装置用于接收取样装置输送的烟气，并对烟气进行分析，根据烟气中的氧含量来判断地下煤层8是否被点燃。当烟气中的氧含量逐渐降低，并且，氢气、一氧化碳、甲烷等有效组分持续增加时，表明点火成功。在点火初期，氧气含量较低，可以增大氧气的供给量，这样，可以通过氧气的消耗量来判断煤层8的燃烧情况。

具体实施时，当输送管1的第一端与地面7为可拆卸连接时，引燃煤层8后，可以将输送管1从进气钻孔内取出，进行重复利用。

可以看出，本实施例中，通过输送管1向煤层8中输送自燃气体，通过环形空间3向煤层8中输送助燃气体，利用自燃气体与助燃气体混合后的自燃进而点燃煤层8，能够更为方便、快捷地点燃煤层8，易于实施，并且，无需浪费热空气或者氧气，使得煤层8燃烧便于控制，能够准确地确保煤层8的点火，尤其是适用于无井式地下气化炉，解决了现有技术中的点火方式并不适用于无井式地下气化炉的问题，确保了后续煤气化反应的进行，同时，结构简单，便于实施。

继续参见图1和图2，上述实施例中，输送管1还用于向煤层8中输送产热气体，产热气体与自燃气体相混合，以形成混合气体。混合气体再与助燃气体混合后自燃，进而引燃煤层8。具体地，自燃气体与产热气体可以在输送管1内进行混合，形成的混合气体由输送管1的第二端输送至煤层8中。产热气体用于提高自燃气体的热值，以加快煤层8点燃的速度。其中，产热气体可以为液化石油气、天然气、烷烃气体中的一种或几种的混合气体。烷烃气体可以为甲烷、乙烷、丙烷等。

当自燃气体为硅烷或者乙硼烷时，硅烷和乙硼烷的热值比较低，单独只用硅烷或者乙硼烷与氧气或者空气混合后自燃点燃煤层8较为困难，所需的时间较长，因此，将产热气体与硅烷或者乙硼烷进行混合，以提高硅烷或者乙硼烷的热值，进而快速地点燃煤层8。

具体实施时，产热气体的压力范围为0.02MPa～0.5MPa，自燃气体与产热气体的混合气体中自燃气体的浓度为1％～50％，产热气体的浓度为50％～99％。助燃气体与混合气体的比例大于10。

具体实施时，在输送管1靠近第一端的侧壁可以开设有第二开口12，则第二开口12设置于输送管1置于地面7以上部分的侧壁。该第二开口12可以通过产热气体管道与产热气体储气瓶相连接。产热气体储气瓶用于储存产热气体，并通过产热气体管道向输送管1输送产热气体。在产热气体管道上可以设置有用于控制产热气体是否输送的产热气体阀门、用于监测产热气体压力的压力表和用于监测产热气体流量的流量表。

可以看出，本实施例中，通过输送管1向煤层8中输送产热气体，使得产热气体与自燃气体进行混合，混合后的混合气体再与助燃气体进行混合自燃，进而点燃煤层8，产热气体能够有效地提高自燃气体的热值，加快煤层8的点燃，提高了点火的效率。

参见图3和图4，图中示出了煤炭地下气化点火装置中喷嘴座的优选结构。如图所示，上述各实施例中，煤炭地下气化点火装置还可以包括：喷嘴座5和至少一个喷嘴6。其中，喷嘴座5与输送管1的第二端相连接，具体地，喷嘴座5可以与输送管1为固定连接，如：焊接连接等；当然，喷嘴座5也可以与输送管1的第二端为可拆卸连接，如：螺纹连接等，本实施例对此不作任何限制。优选的，喷嘴座5与输送管1的第二端为可拆卸连接。

喷嘴座5开设有至少一个喷射口，各喷嘴6与各喷射口为一一对应连接。具体地，喷嘴6的数量与喷射口的数量相同且一一对应。每个喷嘴6均与对应的喷射口相连接，该连接方式可以为固定连接，如：焊接连接等；当然，也可以为可拆卸连接，如：螺纹连接等，本实施例对此不作任何限制。优选的，每个喷嘴6均与对应的喷射口可拆卸连接。在本实施例中，喷射口为4个，喷嘴6也为4个，各喷嘴6与各喷射口一一对应设置。

优选的，各喷射口沿喷嘴座5的周向均匀分布，即各喷嘴6沿沿喷嘴座5的周向均匀分布，以使输送管1内的自燃气体或者自燃气体和产热气体的混合气体均匀地输送至煤层8中。

具体实施时，喷嘴座5和喷嘴6的材质均为耐高温不锈钢或合金钢。

优选的，喷嘴座5与输送管1的第二端可拆卸连接；和/或，每个喷嘴6与对应的喷射口可拆卸连接。喷嘴座5与输送管1的第二端可拆卸连接，能够使得喷嘴座5可由输送管1的第二端拆卸下来，便于喷嘴座5的更换，并且，可以根据实际情况来调整自燃气体或者自燃气体和产热气体的混合气体的喷出方式。每个喷嘴6与对应的喷射口可拆卸连接，能够使得各喷嘴6便于拆卸，进而便于喷嘴6的更换。

可以看出，本实施例中，通过设置喷嘴座5和喷嘴6，能够使得输送管1内的自燃气体或者自燃气体和产热气体的混合气体更均匀地喷洒至煤层8中，便于煤层8的点燃，并且，结构简单，易于实施。

参见图1和图2，上述各实施例中，环形空间3的第一端为封闭端的实现方式有很多种，在本实施例中仅仅介绍其中的一种，但并不限于此种方式。煤炭地下气化点火装置还可以包括：连接装置。其中，连接装置设置于输送管1与固井套管2之间，具体地，连接装置对应于环形空间3，并且，连接装置设置于输送管1的第一端与固井套管2之间，即连接装置设置于环形空间3的第一端，连接装置用于封堵环形空间3的第一端。

具体实施时，连接装置可以为环形的连接板，该连接板对应于环形空间3的第一端，并且，连接板的内壁与输送管1的外壁相连接，连接板的外壁可以与固井套管2相卡接，这样，当输送管1的第一端与地面7可拆卸连接时，能够使连接板可跟随输送管1一起拆卸下来。

连接装置开设有气体输入口4，该气体输入口4用于向环形空间3内输送助燃气体。当连接装置为环形的连接板时，气体输入口4开设于该连接板。

可以看出，本实施例中，通过连接装置对环形空间3的第一端进行密封，结构简单，易于实施。

上述实施例中，煤炭地下气化点火装置还可以包括：密封件。其中，密封件设置于环形空间3内，并且，密封件置于连接装置的下部。密封件可以为密封圈。这样，通过密封件能够有效地对环形空间3的第一端进行密封，以确保助燃气体顺利地输送至煤层8中。

综上所述，本实施例中，能够更为方便、快捷地点燃煤层8，易于实施，并且，无需浪费热空气或者氧气，使得煤层8燃烧便于控制，能够准确地确保煤层8的点火，尤其是适用于无井式地下气化炉，确保了后续煤气化反应的进行，同时，结构简单，便于实施。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。