一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置，用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐進(jìn)行煤層涌水先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，包括涌水高壓容器、涌水主管、涌水支管、高壓氮?dú)馄?；所述涌水高壓容器設(shè)有進(jìn)水口、涌水口、加壓口；所述進(jìn)水口連接水源，所述加壓口連接所述高壓氮?dú)馄?，所述涌水口連接涌水主管，所述涌水主管連接到煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐的爐內(nèi)、與爐內(nèi)的多支水平方向設(shè)置的涌水支管連接；在每支所述涌水支管上設(shè)有多個(gè)朝向下方的涌水孔；本實(shí)用新型的有益效果是：可以對(duì)涌水條件下的煤炭地下氣化過(guò)程進(jìn)行模擬，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以預(yù)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)煤炭地下氣化涌水參數(shù)對(duì)煤氣產(chǎn)品質(zhì)量的影響，獲取影響煤氣質(zhì)量的臨界涌水量，提前對(duì)氣化工藝進(jìn)行調(diào)整。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于煤炭地下氣化實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭地下氣化是針對(duì)煤層的原位氣化，可視為傳統(tǒng)煤炭資源開(kāi)采工藝的輔助技術(shù)。即傳統(tǒng)煤炭開(kāi)采技術(shù)開(kāi)采不經(jīng)濟(jì)或無(wú)法開(kāi)采的煤炭資源，或經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)煤炭開(kāi)采技術(shù)開(kāi)采后的殘留煤層，均可嘗試?yán)妹禾康叵職饣姆椒ㄟM(jìn)行氣化開(kāi)采，將煤中的化學(xué)能利用化學(xué)的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并在地面以煤氣利用的方式進(jìn)行能源的利用。然而，煤炭地下氣化技術(shù)的廣泛應(yīng)用受煤層水文地質(zhì)條件的影響，甚至制約該技術(shù)的發(fā)展。水文地質(zhì)條件對(duì)煤炭地下氣化技術(shù)的影響主要體現(xiàn)在煤層賦存條件下來(lái)自圍巖的涌水。一定量的涌水可以參與煤層氣化反應(yīng)，發(fā)生水蒸汽的分解反應(yīng)，獲得大量的氫氣，改善地下氣化煤氣的品質(zhì)。當(dāng)煤層圍巖涌水量超過(guò)一定值之后，過(guò)量的涌水消耗煤層燃燒反應(yīng)所釋放的熱量，降低了煤層還原反應(yīng)所需的熱量，遏制水煤氣反應(yīng)的發(fā)生，降低了煤氣的品質(zhì)，惡化了煤炭地下氣化條件。因而，煤層圍巖的涌水條件將是開(kāi)展煤炭地下氣化的先決條件，也是選擇煤炭氣化場(chǎng)址的重要影響因素。為了獲取某一潛在氣化場(chǎng)址對(duì)煤炭地下氣化反應(yīng)過(guò)程穩(wěn)定性的影響，需通過(guò)煤炭地下氣化實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行煤層涌水先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，獲取對(duì)煤層氣化產(chǎn)生積極影響的涌水量臨界值，進(jìn)而指導(dǎo)氣化場(chǎng)址選擇以及工藝運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化?，F(xiàn)有技術(shù)是采用氣化爐進(jìn)行煤炭地下氣化實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)，在氣化爐內(nèi)的涌水管路直接與水管連接，利用水管的壓力將水注入涌水管路中，為了優(yōu)化涌水效果，在氣化爐內(nèi)涌水管外包裹2-3層石棉布，可模擬圍巖涌水的滲流效果。但當(dāng)氣化爐內(nèi)的壓力逐漸升高之后，水管的壓力無(wú)法將水壓入涌水管中，導(dǎo)致涌水管失去涌水的功效，中斷了涌水的連續(xù)性，且有氣化爐內(nèi)煤氣反流入水管系統(tǒng)的可能，造成潛在的危險(xiǎn)。而且現(xiàn)有系統(tǒng)是無(wú)法模擬深部煤層的氣化實(shí)驗(yàn)，有一定局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是提出一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置的技術(shù)方案；調(diào)節(jié)涌水系統(tǒng)的壓力，使涌水壓力與氣化爐狀態(tài)壓力適時(shí)相匹配，實(shí)現(xiàn)深部煤層圍巖涌水模擬實(shí)驗(yàn)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置，用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐進(jìn)行煤層涌水先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，包括涌水高壓容器、涌水主管、涌水支管、高壓氮?dú)馄?；所述涌水高壓容器設(shè)有進(jìn)水口、涌水口、加壓口 ；所述進(jìn)水口連接水源，所述加壓口連接所述高壓氮?dú)馄?，所述涌水口連接涌水主管，所述涌水主管連接到煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐的爐內(nèi)、與爐內(nèi)的多支水平方向設(shè)置的涌水支管連接；在每支所述涌水支管上設(shè)有多個(gè)朝向下方的涌水孔。
[0005]更進(jìn)一步，所述涌水高壓容器是工作壓力大于0.6MPa的高壓金屬容器。[0006]更進(jìn)一步，所述涌水高壓容器設(shè)有液位計(jì)和壓力表。
[0007]更進(jìn)一步，所述涌水高壓容器的進(jìn)水口設(shè)有進(jìn)水閥，涌水高壓容器的涌水口設(shè)有涌水閥，涌水高壓容器的加壓口設(shè)有加壓閥；涌水高壓容器還設(shè)有泄壓閥。
[0008]更進(jìn)一步，為了防止涌水支管中的水倒流回涌水高壓容器，在所述涌水主管上設(shè)有止逆閥。
[0009]更進(jìn)一步，在位于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐爐外的所述涌水主管上設(shè)有壓力變送器和流量計(jì)。
[0010]更進(jìn)一步，在煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐內(nèi)設(shè)有多條連通涌水主管與涌水支管的涌水分布管，每條涌水分布管連接多支涌水支管；涌水支管的一端連通涌水分布管，涌水支管的另一端是封閉端。
[0011]更進(jìn)一步，所述涌水主管的外徑為8mm,所述涌水分布管的外徑為8mm,所述涌水支管的外徑為8mm ;有兩條互相平行設(shè)置的涌水分布管，每條涌水分布管連接多支水平設(shè)置的涌水支管，涌水支管的軸線(xiàn)與涌水分布管的軸線(xiàn)垂直；涌水支管的長(zhǎng)度為200mm，相鄰兩支涌水支管的間距為300mm。
[0012]所述涌水支管的涌水孔的孔徑為1.0mm ;涌水孔以與垂線(xiàn)35°夾角的方向朝向下方，多個(gè)涌水孔在垂線(xiàn)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布，相鄰涌水孔在涌水支管軸線(xiàn)方向的間距為15mm。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是:可以對(duì)涌水條件下的煤炭地下氣化過(guò)程進(jìn)行模擬，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以預(yù)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)煤炭地下氣化涌水參數(shù)對(duì)煤氣產(chǎn)品質(zhì)量的影響，獲取影響煤氣質(zhì)量的臨界涌水量，提前對(duì)氣化工藝進(jìn)行調(diào)整，可降低現(xiàn)場(chǎng)涌水條件下氣化工藝的不確定性影響，消除不必要的現(xiàn)場(chǎng)涌水試驗(yàn)，減少現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)原料的投入，降低試驗(yàn)成本。
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作一詳細(xì)描述。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖3是本實(shí)用新型涌水支管結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖4是本實(shí)用新型涌水支管截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1、圖2、圖3、圖4，一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置，用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐進(jìn)行煤層涌水先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，包括涌水高壓容器10、涌水主管21、涌水支管22、高壓氮?dú)馄?0 ;所述涌水高壓容器設(shè)有進(jìn)水口 11、涌水口 12、加壓口 13 ;所述進(jìn)水口連接水源，所述加壓口連接所述高壓氮?dú)馄?，所述涌水口連接涌水主管，所述涌水主管連接到煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐40的爐內(nèi)、與爐內(nèi)的多支水平方向設(shè)置的涌水支管連接；在每支所述涌水支管上設(shè)有多個(gè)朝向下方的涌水孔22a。
[0020]所述涌水高壓容器是工作壓力大于0.6MPa的高壓金屬容器。
[0021]所述涌水高壓容器設(shè)有液位計(jì)14和壓力表15。
[0022]所述涌水高壓容器的進(jìn)水口設(shè)有進(jìn)水閥16，涌水高壓容器的涌水口設(shè)有涌水閥17，涌水高壓容器的加壓口設(shè)有加壓閥18 ;涌水高壓容器還設(shè)有泄壓閥19。[0023]在所述涌水主管上設(shè)有止逆閥50。
[0024]在位于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐爐外的所述涌水主管上設(shè)有壓力變送器60和流量計(jì)70。
[0025]在煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐內(nèi)設(shè)有多條連通涌水主管與涌水支管的涌水分布管23，每條涌水分布管連接多支涌水支管；涌水支管的一端連通涌水分布管，涌水支管的另一端是封閉端。
[0026]實(shí)施例一:
[0027]如圖1、圖2、圖3、圖4，一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置，用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐進(jìn)行煤層涌水先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，包括涌水高壓容器10、涌水主管21、涌水支管22、高壓氮?dú)馄?0 ;所述涌水高壓容器設(shè)有進(jìn)水口 11、涌水口 12、加壓口 13 ;所述進(jìn)水口連接水源，所述加壓口連接所述高壓氮?dú)馄浚鲇克谶B接涌水主管。
[0028]煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐是氣化爐，氣化爐的內(nèi)部尺寸為4450X1120X 1570mm(長(zhǎng)X寬X高)。
[0029]涌水高壓容器是工作壓力為1.0MPa的高壓金屬容器。
[0030]涌水高壓容器設(shè)有玻璃板液位計(jì)14和壓力表15。
[0031]涌水高壓容器的進(jìn)水口設(shè)有進(jìn)水閥16，涌水高壓容器的涌水口設(shè)有涌水閥17，涌水高壓容器的加壓口設(shè)有加壓閥18 ;涌水高壓容器還設(shè)有泄壓閥19。
[0032]在涌水主管上設(shè)有止逆閥50。
[0033]在位于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐爐外的所述涌水主管上設(shè)有壓力變送器60和流量計(jì)70。
[0034]在煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐內(nèi)設(shè)有兩條連通涌水主管與涌水支管的涌水分布管，兩條涌水分布管互相平行設(shè)置，每條涌水分布管連接多支涌水支管；多支涌水支管水平設(shè)置，涌水支管的軸線(xiàn)與涌水分布管的軸線(xiàn)垂直；涌水支管的一端連通涌水分布管，涌水支管的另一端是封閉端。
[0035]涌水主管的外徑為8mm,所述涌水分布管的外徑為8mm,所述涌水支管的外徑為8mm ;涌水支管的長(zhǎng)度為200mm,相鄰兩支涌水支管的間距L=300mm。
[0036]涌水支管的涌水孔22a的孔徑D=L Omm ;涌水孔與垂線(xiàn)的夾角A=35°，朝向下方。多個(gè)涌水孔在垂線(xiàn)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布，相鄰涌水孔在涌水支管軸線(xiàn)方向的間距S=15mm。
[0037]煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:
[0038]首先，在煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐內(nèi)布置好煤層81和直接頂板82，煤層厚度為400mm,直接頂厚度為200mm。將涌水分布管布置在直接頂板上，涌水分布管連通涌水支管，涌水支管之間的間距為300mm。然后將涌水分布管與氣化爐外的涌主管連接，并保證氣化爐與涌水系統(tǒng)之間的密封性。
[0039]將涌水高壓容器的進(jìn)水閥與水源連接在一起，并關(guān)閉加壓閥、泄壓閥和涌水閥。打開(kāi)進(jìn)水閥向涌水高壓容器注水，同時(shí)注意觀(guān)察水位計(jì)。當(dāng)水位顯示達(dá)到設(shè)定最高值之后，關(guān)閉進(jìn)水閥，停止向系統(tǒng)加水。本實(shí)施例中，水位顯示設(shè)定的最高值為1200_。
[0040]當(dāng)煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐進(jìn)行到需要向煤層涌水時(shí)，打開(kāi)加壓閥，緩慢開(kāi)啟高壓氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥，隨時(shí)觀(guān)察壓力表示值。當(dāng)壓力表示值略大于氣化爐運(yùn)行壓力時(shí)，氣化爐的運(yùn)行壓力為200Kpa。停止調(diào)節(jié)高壓氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥31，并緩慢打開(kāi)涌水高壓容器底部的涌水閥，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)壓力變送器和流量計(jì)的數(shù)值進(jìn)行在線(xiàn)采集，并在上位機(jī)界面顯示。在實(shí)施涌水模擬過(guò)程中，隨時(shí)注意壓力表的數(shù)值，確保該數(shù)值大于氣化爐的運(yùn)行壓力。
[0041]涌水模擬過(guò)程中，通過(guò)水位顯示對(duì)涌水高壓容器水位進(jìn)行觀(guān)察，當(dāng)涌水高壓容器水位低于設(shè)定最小值時(shí)，(50_)，關(guān)閉涌水閥，關(guān)閉氮?dú)夤?jié)閥，然后再關(guān)閉加壓閥。并緩慢開(kāi)啟泄壓閥，逐漸釋放涌水高壓容器內(nèi)的氮?dú)?，降低系統(tǒng)壓力。本實(shí)施例中，涌水高壓容器水位最小值設(shè)定為50_。當(dāng)涌水高壓容器內(nèi)的壓力釋放完畢之后，關(guān)閉泄壓閥，打開(kāi)進(jìn)水閥，向涌水高壓容器內(nèi)加水，準(zhǔn)備下一次模擬過(guò)程。
[0042]當(dāng)煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐中的壓力大于涌水高壓容器時(shí)，在涌水主管上的止逆閥可以防止涌水支管中的水倒流回涌水高壓容器。
【權(quán)利要求】
1.一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置，用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐進(jìn)行煤層涌水先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，包括涌水高壓容器、涌水主管、涌水支管、高壓氮?dú)馄?；其特征在于，所述涌水高壓容器設(shè)有進(jìn)水口、涌水口、加壓口 ；所述進(jìn)水口連接水源，所述加壓口連接所述高壓氮?dú)馄?，所述涌水口連接涌水主管，所述涌水主管連接到煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐的爐內(nèi)、與爐內(nèi)的多支水平方向設(shè)置的涌水支管連接；在每支所述涌水支管上設(shè)有多個(gè)朝向下方的涌水孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置，其特征在于，所述涌水高壓容器是工作壓力大于0.6MPa的高壓金屬容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置，其特征在于，所述涌水高壓容器設(shè)有液位計(jì)和壓力表。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置，其特征在于，所述涌水高壓容器的進(jìn)水口設(shè)有進(jìn)水閥，涌水高壓容器的涌水口設(shè)有涌水閥，涌水高壓容器的加壓口設(shè)有加壓閥；涌水高壓容器還設(shè)有泄壓閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置，其特征在于，在所述涌水主管上設(shè)有止逆閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置，其特征在于，在位于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐爐外的所述涌水主管上設(shè)有壓力變送器和流量計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置，其特征在于，在煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)爐內(nèi)設(shè)有多條連通涌水主管與涌水支管的涌水分布管，每條涌水分布管連接多支涌水支管；涌水支管的一端連通涌水分布管，涌水支管的另一端是封閉端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置，其特征在于，所述涌水主管的外徑為8mm，所述涌水分布管的外徑為8mm，所述涌水支管的外徑為8mm ;有兩條互相平行設(shè)置的涌水分布管，每條涌水分布管連接多支水平設(shè)置的涌水支管，涌水支管的軸線(xiàn)與涌水分布管的軸線(xiàn)垂直；涌水支管的長(zhǎng)度為200mm，相鄰兩支涌水支管的間距為300mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于煤炭地下氣化模型實(shí)驗(yàn)的涌水模擬裝置，其特征在于，所述涌水支管的涌水孔的孔徑為1.0mm;涌水孔以與垂線(xiàn)35°夾角的方向朝向下方，多個(gè)涌水孔在垂線(xiàn)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布，相鄰涌水孔在涌水支管軸線(xiàn)方向的間距為15mm。
【文檔編號(hào)】E21B43/295GK203702121SQ201420055842
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】梁杰, 席建奮, 王張卿, 梁鯤, 邊嘨林, 王旋, 朱漢青 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)