[發明專利]煤炭地下氣化爐二維平面溫度場的實時監測方法

有效

• 申請號: 201210226183.X
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102721485A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 梁桂玲;王克峰;董勝龍;賀巖;黃忠;焦彬端;楊蘭和
• 申請（專利權）人: 新奧氣化采煤有限公司
• 主分類號: G01K13/02
• 分類號: G01K13/02;G01K7/02
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術領域

本發明涉及一種煤炭地下氣化爐二維平面溫度場的實時監測方法。

背景技術

煤炭地下氣化是將處于地下的煤炭進行有控制地燃燒，通過對煤的熱作用及化學作用產生可燃氣體的過程。具有安全性好、投資少、效益高、污染少等優點，深受世界各國的重視，被譽為第二代采煤方法。

煤炭地下氣化在煤層中的氣化通道里進行，煤層點火后，從進氣孔鼓入氣化劑，使煤層燃燒、氣化，煤氣由出氣孔排出。煤炭地下氣化過程實際上是一個自熱平衡過程，依靠煤燃燒產生的熱量建立起理想的溫度場，有利于可燃氣體生成反應的進行，使煤氣中H₂、CO、CH₄等有效成分增加，煤氣熱值提高。可見，溫度場不僅是一切反應的基礎，它還間接反應氣化爐的燃燒狀態。因此，選取有效的、能連續記錄和判斷地下氣化爐溫度場分布的探測方法和解釋手段，對地下氣化的穩定控制有著至關重要的作用。

現有技術對判斷地下氣化爐溫度場分布提出了一些技術方案。例如以下介紹的現有技術一到現有技術五。

現有技術一：“溫度測定法”，利用測溫傳感器與相關儀表相結合測取煤或圍巖溫度的溫度測定法。新奧氣化采煤有限無井式地下氣化采用的就是這種測溫方法，這也是是目前國內外在煤炭地下氣化最廣泛應用的一種方法。測溫傳感器主要有熱電偶、鉑電阻、數字溫度傳感器等。把溫度傳感器通過鉆孔布置在待氣化的煤層，根據傳感器溫度變化來確定高溫點的位置、發展變化速度。此方法受外界干擾少，測定準確，煤溫只要升高，傳感器位置合適，就能有效探測。這種方法受煤體溫度場傳導速度的限制，測溫傳感器布置數量和測溫鉆孔施工的影響，從而額外增加了工作量和費用，在現場的工業化生產中，成本高，難于推廣。從現場使用效果來看，存在工作環境帶有強酸性、強腐蝕性，工作溫度較高(最高達1300℃)造成熱電偶極易損壞；熱電偶低壓下放過程中的移動密封如何解決等問題，給熱電偶的使用帶來諸多問題，目前還未有有效的解決方案。

現有技術二：文獻“煤炭地下氣化燃空區煤層擴展模型與試驗研究”，依據質量守恒、能量守恒和化學組分平衡描述了煤炭地下氣化過程，建立了燃空區煤層擴展數學模型。通過模型試驗進行對比，描述了20h溫度場的分布。這種方法的缺點是邊界條件的設定為假設理想狀況，利用了300℃溫度點為界限來確定燃空區的邊界，未考慮熱影響區，很難進行現場驗證與應用。

現有技術三：文獻“煤炭地下氣化動態溫度場CFD計算與分析”，在煤炭地下氣化過程數學模擬的基本前提和假設的基礎上，建立了煤炭地下氣化過程動態溫度場的數學模型，應利用PHOENICS軟件進行計算，得到溫度場擴展彩色云圖，計算結果與模型試驗實測結果進行了對比，具有一定的差異，但整體趨勢是一致的。這種方法的缺點是，在模型計算中進行了大量的簡化，并認為煤層是均質的。沒有考慮到煤炭地下氣化反應的復雜性，難以實際應用。

現有技術四：文獻“測氡法探測地下氣化燃燒區及移動速度研究”，在分析了測氡法應用于確定燃燒區范圍和移動速度可行性的基礎上，提出了采用測氡法對急傾斜煤層中煤炭地下氣化燃燒區范圍和移動速度進行監測的有益探索。這種方法的缺點是：采用活性炭測氡法，屬離線分析，探測周期較長，一般為5-10d，不能實時監測火區變化，給工藝的及時調控帶來一些困難。到目前為止，利用氡探測技術只能反映地下氣化火區的位置和運移趨勢，地面氡與地下燃燒區溫度場的分布及其變化之間的規律研究方面未見專利和相關研究報道。又例如，申請號為200910150724.3的中國發明專利，公開了“一種煤炭地下氣化爐燃燒狀態確定方法、系統和裝置”其采用的就是活性炭測氡法，采用離線分析，不能實時監測火區變化。

現有技術五：文獻“煤層隱蔽火源紅外成像探測技師的應用研究”，利用物體的溫度不同紅外輻射量場也不同的原理，運用紅外成像技術探測疑似自燃煤體以及周邊巖體，從而確定自燃性質及范圍。在國內外這一方法已較廣泛用于地面煤堆自燃和井下煤炭自燃火源的探測。國內兗州、開灤、徐州等礦區采用紅外測溫儀測定井下煤壁溫度。紅外測溫儀是測取點溫，紅外成像儀是掃描成像測取溫度。在國內，紅外熱成像儀井下沒見應用，而在煤田地質調查、地震預報、地下水探測、巖突、巖爆等方面得到了應用。現有技術五的缺點是，無井式氣化是通過鉆井來構建氣化爐，首先不能保證鉆孔的準直度，并且井下溫度超過儀器的工作溫度，化學環境惡劣，不能將儀器安裝在鉆孔下故無法使用。另外紅外測溫儀測只能測點溫，無法綜合準確判斷煤的燃燒區域。