一种煤炭地下气化点火装置及方法与流程

本发明涉及煤炭地下气化，尤其涉及一种煤炭地下气化点火装置及方法。

背景技术：

1、煤炭地下气化是煤炭资源清洁开发利用的重要途径之一。煤炭地下气化是将地下煤炭原位进行有控制的燃烧气化，通过煤的热化学作用而生产h2、ch4、co等可燃气体的过程。其不仅可以回收矿井遗弃的煤炭资源，而且还可以用于常规井工开采困难或开采经济性、安全性差的薄煤层、深部煤层和高硫、高灰、高瓦斯煤层。

2、煤炭地下气化工艺分矿井式气化和钻井式气化两种。矿井式地下气化是通过井工开挖矿道，在煤层中人工布置地下气化炉，需要人工下井作业。钻井式气化是通过定向钻井技术和连续油管技术，在煤层中构建气化通道，并点燃煤层气化。一般中深部煤层冲击地压大、岩层温度高、含水量高，井工作业安全性、经济性差，因此，采用钻井式地下气化工艺，首要问题之一是煤炭点火，钻井式地下气化的常用点火方法有焦炭点火和电点火两种。焦炭点火一般是直井自由投放炙热焦炭，有堵塞钻孔、遇水熄灭的风险，可靠性不高。电点火法利用电阻丝做成的密闭电点火器直接加热煤层点火，井下可能出现电点火器与煤层接触不好的情况，另外地下有水点火时间太长。

3、在现有技术中，专利cn201911177619.9公开了一种无井式煤炭地下气化点火方法，它采用点火弹燃烧产生的高温火焰，在u型井水平段的煤层射孔部位加热煤炭使之燃烧。该方法从抽水装置取出到点火装置下井有一定时间间隔，煤层渗水增多，另外点火弹燃烧时间短，可能造成煤炭点火失败。

4、专利cn201610716989.5公开了一种用于煤炭地下气化过程的点火设备，包括彼此按顺序连接的输送装置、断开装置、点火引信和一个或多个燃料包，其中多个燃料包彼此串联。燃料包为铝热剂，是铝粉和金属氧化物的颗粒混合物，提供20秒至10分钟的点火时间。该方法虽然能实现多次点火，但铝热反应温度达2000～3000℃，远远超过煤炭灰熔点，可能造成煤炭瞬间熔融和套管融化坍塌问题，阻碍煤炭燃烧气化，另外铝热剂燃烧时间不够长，对于深部含水煤层点火困难。

5、专利cn201821527235.6公开了一种用于煤炭地下气化工艺的光纤激光点火系统，利用可以提供2～10kw能量的多根铠装光纤和激光源、激光头，产生高能激光束点燃煤层。但受安装尺寸限制和经济性考量，激光点火在煤炭地下气化中尚无应用案例。

技术实现思路

1、基于以上现有技术的不足，本发明提供了一种煤炭地下气化点火装置及方法，利用在双层连续管的内管设置小型风力发电装置，在管道气体吹扫过程产生可靠的电能，通过蓄电池及控制模块，控制电点火器发火点燃燃料，产生稳定火焰加热套管及煤层，实现井下煤炭点火。

2、根据本发明的一方面，一种煤炭地下气化点火装置，包括设置于地面上的燃料注入系统、供气系统，和设置于地下u型井内的风力发电装置、电点火器；

3、还包括连续管，所述燃料注入系统和供气系统通过连续管与电点火器连接；所述供气系统用于提供置换气体和富氧气体；

4、所述u型井包括竖直的注入井段、水平井段、竖直的生产井段；

5、所述风力发电装置设置于u型井的注入井段，电点火器设置于水平井段，两者通过铠装电缆连接。

6、进一步地，所述所述连续管为双层，包括内管和外管，其内管用于流通燃料，内管与外管之间用于流通富氧气体。

7、所述置换气体用于对u型井进行气驱排水，以及置换排出连续管内的氧气或燃料，置换气体选择不含氧、不可燃的气体，如氮气、氦气等。

8、进一步地，所述风力发电装置设置于所述连续管的内管中，以内管中的吹扫气流为动力源进行发电。

9、进一步地，所述电点火器包括套管,以及沿燃料流通方向依次设在套管内的控制模块、蓄电池、双卡套接头、燃料管道、电点火头、喷嘴；

10、所述燃料管道上设有阻火器和燃料单向阀；

11、所述燃料管道与套管之间为氧气流道，氧气流道内设置有氧气单向阀；

12、所述燃料管道与氧气流道的出口端均连通于电点火头；

13、所述套管内还设有热电偶。

14、进一步地，所述电点火器还包括设置于地面上的监测系统，所述热电偶通过电缆与监测系统连接。

15、进一步地，所述控制模块和蓄电池分别通过电缆与电点火头连接；

16、所述双卡套接头一端与连续管内管连接，另一端与燃料管道连接；所述套管与连续管外管连接。

17、根据本发明的另一方面，提供了一种煤炭地下气化点火方法，包括以下步骤：

18、将安装于连续管前端的电点火器下放送到u型井水平段预定点火位置；

19、采用氮气对u型井进行气驱排水、排气；

20、启动风力发电装置对电点火器充电；

21、向连续管内管注入燃料，向连续管内管外管之间注入富氧气体；

22、电点火器按程序工作产生电火花，维持燃料及富氧气体注入，产生稳定火焰持续加热套管及煤层；

23、通过煤层温度监测和生产井尾气组分监测，综合判断井下煤炭被点燃后，停止燃料供应，继续通富氧气体，维持煤炭燃烧；

24、向u型井煤炭燃烧区域注水，通过所述u型井的生产井，将井内燃烧后产生的气体排到地面处理。

25、进一步地，所述电点火器蓄电池设有充电开关，当电量达到高阈值充电开关断开；当电量达到低阈值充电开关闭合。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、本发明提供了一种煤炭地下气化点火装置及方法，安装于燃料管道的小型风力发电装置，以内管中的吹扫气流为动力源，在内管置换气体吹扫时运行发电，对蓄电池充电；在燃料点火阶段，电点火器产生电火花点燃燃料，产生稳定火焰持续加热套管及煤层，最终点燃井下煤炭。本发明的点火装置以井筒吹扫氮气气流为能源，小型风力发电装置与电点火器连接的铠装电缆长度短，连接可靠性高；并且本发明点火装置可以实现多次重复充电和多次重复点火，燃料供应可靠，点火时间可控，加热功率可调节；最后本发明点火装置操作简单，点火安全性高，可多次重复点火，环境适应性好，可靠性高。

技术特征：

1.一种煤炭地下气化点火装置，其特征在于，包括设置于地面上的燃料注入系统、供气系统，和设置于地下u型井内的风力发电装置、电点火器；

2.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化点火装置，其特征在于，所述连续管为双层，包括内管和外管，其内管用于流通燃料，内管与外管之间用于流通富氧气体。

3.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化点火装置，其特征在于，所述风力发电装置与电点火器通过铠装电缆连接。

4.根据权利要求2所述的一种煤炭地下气化点火装置，其特征在于，所述风力发电装置设置于所述连续管的内管中。

5.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化点火装置，其特征在于，所述电点火器包括套管，以及沿燃料流通方向依次设在套管内的控制模块、蓄电池、双卡套接头、燃料管道、电点火头、喷嘴；

6.根据权利要求5所述的一种煤炭地下气化点火装置，其特征在于，还包括设置于地面上的监测系统，所述热电偶通过电缆与监测系统连接。

7.根据权利要求5所述的一种煤炭地下气化点火装置，其特征在于，所述控制模块和蓄电池分别通过电缆与电点火头连接；

8.一种煤炭地下气化点火方法，其特征在于，基于权利要求1-7任意一项所述的点火装置，通过如下步骤点火：

9.根据权利要求8所述一种煤炭地下气化点火方法，其特征在于，其特征在于，还包括步骤：

10.根据权利要求8所述一种煤炭地下气化点火方法，其特征在于，所述电点火器蓄电池设有充电开关，当电量达到高阈值充电开关断开，当电量达到低阈值充电开关闭合。

技术总结
本发明涉及煤炭地下气化技术领域，公开了一种煤炭地下气化点火装置及方法，本发明利用在双层连续管的内管设置小型风力发电装置，在管道气体吹扫过程产生可靠的电能，通过蓄电池及控制模块，控制电点火器发火点燃燃料，产生稳定火焰加热套管及煤层，实现井下煤炭点火。本发明点火装置可以实现多次重复充电和多次重复点火，燃料供应可靠，点火时间可控，加热功率可调节；最后本发明点火装置操作简单，点火安全性高，可多次重复点火，环境适应性好，可靠性高。

技术研发人员：杨宏辉,储广峰,陈竑希,陈龙,张全来,肖天成,邹云,周东来
受保护的技术使用者：武汉三江航天远方科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15