CN203925463U - 一种地下气化工艺模拟试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种地下气化工艺模拟试验装置，包括气化炉和进气***，所述气化炉包括壳体，该壳体内部设置有炉膛，并且该壳体和该炉膛之间贯通设置有至少一个人孔和至少两个辅助孔以及至少一个煤气出口；所述进气***设置在所述气化炉外，该进气***的气源连接第一注入管并通过一所述辅助孔向所述炉膛内部输入气化剂；所述装置还包括取样进样***，该取样进样***的取样进样装置连接第二注入管并通过一所述辅助孔向所述炉膛中输入煤气或者采集该炉膛中的样本进行分析；通过移动该第一注入管和该第二注入管使第一注入口和第二注入口改变在所述炉膛中的注入点位置；以实现对连续油管控制注气点后退的技术提供实验模拟情景。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤炭地下气化设备，尤其涉及一种地下气化工艺模拟试验装置。
背景技术
煤炭地下气化是在地下将煤层在地下点燃，注入空气、氧气和水蒸汽等气化剂，通过对气化剂的调解，控制地下煤炭有效燃烧。该技术为地下反应，地面不可视，因此预先采用试验装置进行模拟可以有效的获得试验参数，以方便对现场生产的工艺控制提供依据。针对目前采用连续油管控制的注气点后退气化技术，由现场生产获得工艺参数，耗资较大，针对该技术的模拟试验装置可以有效模拟后退式引火，后退式气化等工艺，对实际生产提供参数支持。并且，本装置能够根据实际需求，对指定位置进行采样(煤气及水样)分析，同时也能够对指定位置进行注入气体或者液体。以此来建立整个地下气化过程中的浓度场，污染物分布，以及提高气化效果(注入催化剂等)的***。
发明专利CN200910135795.6公开了一种地下煤的气化中试试验气化炉及其工艺方法，该工艺包括气体供应***、气化炉、测温测压测组分***、高温摄像***、煤气净化***。气化炉可以在高温和加压条件下进行气化试验。气化炉充分考虑了地下煤气化过程中加压的情况，满足了中试试验中对煤气化加压的需求，可以对常压、加压地下煤气化以及燃烧点后退等工艺实验进行考察。气化炉设置了多个测温、测压、测气体组分***和高温视觉监控***，可对中试试验过程中的各种参数进行在线监测和实时控制。但是该专利中所涉及到的燃烧点后退，是简单的进气管道的变化，并没有实现人工控制注气点任意后退距离调整气化炉工作状态的目的，无法对连续油管控制注气点后退的技术提供实验模拟情景。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种地下气化工艺模拟试验装置，以实现通过人工控制注气点任意后退距离来调整气化炉工作状态的目的。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种地下气化工艺模拟试验装置，包括气化炉和进气***，所述气化炉包括壳体，该壳体内部设置有用于装入煤料的炉膛，该炉膛与该壳体之间设置有耐火材料层，并且该壳体和该炉膛之间贯通设置有至少一个人孔和至少两个辅助孔以及至少一个煤气出口；其中：所述进气***设置在所述气化炉外，该进气***包括气源和可移动设置的第一注入管，该气源连接该第一注入管并通过一所述辅助孔向所述炉膛内部输入气化剂；所述地下气化工艺模拟试验装置还包括取样进样***，该取样进样***包括取样进样装置和可移动设置的第二注入管，该取样进样装置连接该第二注入管并通过一所述辅助孔向所述炉膛中输入煤气或者采集该炉膛中的样本进行分析；该第一注入管和该第二注入管伸入该炉膛内部分别形成有第一注入口和第二注入口，并且通过该第一注入管和该第二注入管的移动可使该第一注入口和该第二注入口在该炉膛中改变注入点的位置。
作为上述技术方案的一种改进，其中，所述第一注入管和所述第二注入管分别通过设置在第一注入管上的第一绞盘机构和设置在第二注入上的第二绞盘机构实现移动。
作为上述技术方案的一种改进，其中，每个所述辅助孔处采用密封结构进行密封。
作为上述技术方案的一种改进，其中，所述密封结构为法兰密封结构，该法兰密封结构为设置在所述辅助孔的内法兰片通过紧固件与气化炉外部的外法兰片连接，并且该外法兰片设置在该内法兰片的外周使中间形成置物空间，在该置物空间中填充有软填料，通过调整该紧固件使该软填料受到挤压，实现法兰的密封作用。
作为上述技术方案的一种改进，其中，所述炉膛内部在第二注入管的注入点附近还设置有点火装置。
作为上述技术方案的一种改进，其中，所述气化炉的人孔采用气化炉密封装置进行密封，该气化炉密封装置为密封圈或者密封封头。
作为上述技术方案的一种改进，其中，在所述炉膛内部的不同位置处还设有多个热电偶。
作为上述技术方案的一种改进，其中，所述煤气出口为底端设置在所述炉膛内部，上端通过所述人孔与外界连通的管路。
作为上述技术方案的一种改进，其中，所述第一注入管和所述第二注入管为金属软管或者波纹软管或者橡胶软管或者塑料软管。
作为上述技术方案的一种改进，其中，所述取样进样***设置在所述气化炉的上部。
通过将本实用新型与现有技术进行对比，可知本实用新型通过在地下气化工艺模拟试验装置中将进气***的第一注入口和取样进样***的第二注入口，分别通过第一注入管和第二注入管的可移动形式，改变在气化炉的炉膛中所形成的注入口的位置，从而可对气化炉中的注入点位置做任意调整，从而实现对连续油管控制注气点后退、前进或往复式气化工艺的技术提供实验模拟情景。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种地下气化工艺模拟试验装置的剖面结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种法兰密封结构连接的剖面结构图；
图3为本实用新型实施例提供的另一种取样进样装置设置形式的剖面结构示意图。
具体实施方式
本实用新型实施例提供的一种地下气化工艺模拟试验装置的剖面结构示意图如图1所示，具体包括：气化炉1、进气***2以及取样进样***3，气化炉1包括壳体11，壳体11采用耐压材料，该壳体11内部设置有用于装入煤料的炉膛12，炉膛12与壳体11之间设置有耐火材料层以便承受气化炉1内模拟实验所添加的压力。并且壳体11和炉膛12之间贯通设置有至少一个人孔13和至少两个用于进出管路的辅助孔，以及至少一个用于输出煤气的煤气出口15；进气***2通过第一注入管22向所述炉膛12中输入气化剂，取样进样***3通过第二注入管32向该炉膛12中输入煤气或者采集样本，并且第一注入管22和第二注入管32可移动设置，通过移动第一注入管22和第二注入管32可以改变炉膛12中的第一注入口24和第二注入口34的注入位置；在炉膛12中的第二注入口34附近还设置有点火装置。从而实现通过人工控制注气点任意后退距离来调整气化炉1工作状态，从而对连续油管控制注气点后退的技术提供实验模拟情景。
人孔13中还设置有气化炉密封装置14，该气化炉密封装置14为密封圈或者密封封头，图1中所示气化炉密封装置14采用密封封头，用于在不使用人孔13的情况下将气化炉1进行密封，以使气化炉1中具有良好的模拟实验环境。气化炉1的煤气出口15通过人孔13设置，其底端设置在所述炉膛12中，上端通过人孔13与外界连通，用于将气化炉1内反应生成的煤气进行排出。当然，煤气出口15也可以设置在气化炉1的其他位置处，只要不影响煤气的正常排出。
进气***2设置在所述气化炉1外，进气***2包括气源21和可移动设置的第一注入管22，气源21出口连接第一注入管22，第一注入管22通过气化炉1上一辅助孔延伸设置进气化炉1的炉膛12中并在炉膛12内形成有第一注入口24，通过该第一注入口24向炉膛12内部输入气化剂。
取样进样***3包括:取样进样装置31和可移动设置的第二注入管32，取样进样装置31连接第二注入管32，第二注入管32通过气化炉1上一辅助孔延伸设置进气化炉1的炉膛12中并在炉膛12内形成有第二注入口34，通过该第二注入口34向炉膛12中输入煤气或者采集炉膛12中的样本进行分析。并且第一注入口24和第二注入口34之间设置一定距离，示例性的，可以设置为相差15cm。通过取样进样***对气化炉内部的样本进行取样，能够获取相应的工艺参数，进而进行分析处理。
图3所示为本实用新型实施例另一种取样进样***6的设置方式，该取样进样***6包括设置在气化炉1上部的取样进样装置61，以及通过气化炉1上部的辅助孔延伸设置进炉膛12中的第二注入管62，和控制第二注入管62移动的绞盘机构63，根据实际的模拟试验环境的需要，第二注入管62在炉膛12的中部或者上部形成的第二注入口64。
第一注入管22和该第二注入管32的材质为：金属软管或者波纹软管或者橡胶软管或者塑料软管。并且该第一注入管22和该第二注入管32的移动可以通过人工的方式进行控制，通过将注入管在气化炉1外部预留出一定长度的余量，一种方式是采用手动控制第一注入管22和第二注入管32的预留长度来改变炉膛12内部第一注入口24和第二注入口34的注入位置；另一种方式是注入管本身的结构为可伸缩型的结构，通过其本身的长度进行伸缩调节即可以达到控制两个注入口在炉膛12中的注入点位置；再另一种方式是将注入管设置在一个绞盘机构上，通过该绞盘机构分别控制第一注入管22和第二注入管32的长短，从而改变第一注入口24和第二注入口34在炉膛12中的注入点位置。上述绞盘机构是现有技术中可带动注入管移动的绞盘机构，可以是通过电力驱动的两个同平面设置的旋转盘，而两个旋转盘的中间可以置入并夹紧注入管，随着电力驱动，两个旋转盘缓慢转动，同时带动并控制注入管的相对移动。
注入管从气化炉1的辅助孔处延伸设置进炉膛12中，在每个辅助孔位置处都设置有相应的密封结构对辅助孔进行密封，可以通过注塑密封件、密封垫圈或者填料等密封结构进行密封。图2所示为本实用新型实施例中提供的一种法兰密封结构5，该法兰密封结构5包括内法兰片52和外法兰片51，外法兰片51为顶部和底部设有凸台的空心圆柱状结构，内法兰片52为底部设有凸台的空心圆柱状结构，外法兰片51的空心圆柱部分511和内法兰片52的空心圆柱部分521嵌套在一起，中间形成置物空间，该置物空间中填充有软填料53，内法兰片52底部的凸台和外法兰片51底部的凸台设置有固定孔，同于通过紧固件54将气化炉1内部的内法兰片52和与气化炉1外部的外法兰片51连接，并且调整该紧固件54可使该软填料53受到挤压，从而实现法兰密封结构5的密封作用。采用这种法兰密封结构5的密封效果优于普通的垫圈，并且采用这种可拆卸的密封方式，便于拆卸和维修。
并且在炉膛12中的多个位置处设置有热电偶16，用于直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度，各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构大致相同。
通过本实用新型实施例提供的地下气化工艺模拟试验装置可以模拟如下工艺条件，进而获得相应条件下的工艺参数及控制方法。
1、在空气/富氧气化过程中，能够获得不同流速下，不同后退距离注气条件下的温度场分布，进而获得火焰工作面的移动速度(正向，逆向)，以及煤气组分与工艺参数之间的关系。
2、通过取样进样装置，可以对气化炉内的不同位置处进行气体样品的采集，以此来获得炉内工作区域的浓度场分布。
3、通过取样进样装置，可以模拟地下涌入水(可以匀速也可以短时间大量输入，模拟煤层内部水流，或者积水涌入)，同时在涌入水之后可以对燃空区积水进行不同时间段的采样，获得燃空区水质及污染物分布情况。
4、通过取样进样装置，可以向工作区域注入催化剂或者有机废水，通过对工艺的调节，来模拟对地下气化进行催化气化及污水回注处理工艺。
5、通过绞盘机构改变注入点的位置以及改变注入方式(在煤层顶板上方加入溶解剂等物质)，可以模拟顶板冒落及顶板上涌水效果从而对实验数据进行分析。
上述试验装置的实验过程为：根据试验需求，向炉膛12中装入适量的煤。将第一注入管22预置到适当高度，通过旋紧紧固件54押紧外法兰片51及内法兰片52之间的软填料，进而将气化炉1的辅助孔位置处进行密封，保证炉内气体不会向外泄露。同时将第二注入管32放置在需求位置，在第二注入口34附近放入点火装置，根据实际情况在气化炉1内的不同位置处，例如在煤层内部设置多个热电偶，将气化炉1密封装置进行密封，进而密封整个气化炉1。
试验开始时，通过进气***2将气化剂注入炉膛12中，使用低浓度富氧点火，确认点火成功后开始按照试验方案进行实验。一阶段实验结束后，使用绞盘机构33将第二注入管32后撤一段距离，继续进行实验；并且通过绞盘机构23调整第一注入管22，可以不用调整气源21的位置，进而达到调整第一注入口24的注气点的目的。采样装置与中央处理器连接，采样测量后的结果通过信号线传输到中央处理器并在显示终端显示，从而对对气化炉1内的燃烧情况就行监控，反应生成的煤气则由煤气出口15排放至外部。
综上所述，本实用新型实施例通过将地下气化工艺模拟试验装置的进气***和取样进样***的注入管设置为可调整的形式，从而任意控制调整气化炉内的第一注入口和第二注入口的位置，从而改变试验中的注入点位置，可以实现人工控制注气点任意后退距离调整气化炉工作状态，对连续油管控制注气点后退、前进或往复式气化工艺的技术提供实验模拟情景。
而且采样进样***可以对不同的实验环境进行模拟，可以对后退式气化工艺和垂直涌水(顶板冒落涌水)进行模拟试验，获取后退式注气对涌水时气化的影响及优势；而且能够对不同气化工艺条件下(气化中及气化后)的指定位置进行煤气组分以及其他样本进行取样，能够获取相应的工艺参数，进而分析处理，获取浓度场分布，为建炉提供基础数据，并且可以对指定位置进行污水的分层提取，对污染物生成及污染物迁移进行模拟。
Claims (10)
1.一种地下气化工艺模拟试验装置，包括气化炉和进气***，所述气化炉包括壳体，该壳体内部设置有用于装入煤料的炉膛，该炉膛与该壳体之间设置有耐火材料层，并且该壳体和该炉膛之间贯通设置有至少一个人孔和至少两个辅助孔以及至少一个煤气出口；其特征在于：所述进气***设置在所述气化炉外，该进气***包括气源和可移动设置的第一注入管，该气源连接该第一注入管并通过一所述辅助孔向所述炉膛内部输入气化剂；所述地下气化工艺模拟试验装置还包括取样进样***，该取样进样***包括取样进样装置和可移动设置的第二注入管，该取样进样装置连接该第二注入管并通过一所述辅助孔向所述炉膛中输入煤气或者采集该炉膛中的样本进行分析；该第一注入管和该第二注入管伸入该炉膛内部分别形成有第一注入口和第二注入口，并且通过该第一注入管和该第二注入管的移动可使该第一注入口和该第二注入口在该炉膛中改变注入点的位置。
2.根据权利要求1所述的一种地下气化工艺模拟试验装置，其特征在于：所述第一注入管和所述第二注入管分别通过设置在第一注入管上的第一绞盘机构和设置在第二注入上的第二绞盘机构实现移动。
3.根据权利要求1所述的一种地下气化工艺模拟试验装置，其特征在于：每个所述辅助孔处采用密封结构进行密封。
4.根据权利要求3所述的一种地下气化工艺模拟试验装置，其特征在于：所述密封结构为法兰密封结构，该法兰密封结构为设置在所述辅助孔的内法兰片通过紧固件与气化炉外部的外法兰片连接，并且该外法兰片设置在该内法兰片的外周使中间形成置物空间，在该置物空间中填充有软填料，通过调整该紧固件使该软填料受到挤压，实现法兰的密封作用。
5.根据权利要求1所述的一种地下气化工艺模拟试验装置，其特征在于：所述炉膛内部在第二注入管的注入点附近还设置有点火装置。
6.根据权利要求1所述的一种地下气化工艺模拟试验装置，其特征在于：所述气化炉的人孔采用气化炉密封装置进行密封，该气化炉密封装置为密封圈或者密封封头。
7.根据权利要求1所述的一种地下气化工艺模拟试验装置，其特征在于：在所述炉膛内部的不同位置处还设有多个热电偶。
8.根据权利要求1所述的一种地下气化工艺模拟试验装置，其特征在于：所述煤气出口为底端设置在所述炉膛内部，上端通过所述人孔与外界连通的管路。
9.根据权利要求1所述的一种地下气化工艺模拟试验装置，其特征在于：所述第一注入管和所述第二注入管为金属软管或者波纹软管或者橡胶软管或者塑料软管。
10.根据权利要求1至9任一项权利要求所述的一种地下气化工艺模拟试验装置，其特征在于：所述取样进样***设置在所述气化炉的上部。
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