本技術(shù)涉及一種基于熱管的地下鉆井類換熱系統(tǒng)，屬于地下鉆井類換熱。

背景技術(shù)：

1、煤炭地下氣化是將處于地下的煤炭進(jìn)行有控制地燃燒，通過對煤的熱作用及化學(xué)作用產(chǎn)生可燃?xì)怏w的過程。煤炭地下氣化是集建井、采煤、氣化工藝為一體的多學(xué)科開發(fā)潔凈能源與化工原料的新技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是只提取煤中含能組分，變物理采煤為化學(xué)采煤，因而具有安全性好、投資少、效率高、污染少等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為第二代采煤方法。煤炭地下氣化技術(shù)不僅可以回收礦井遺棄的煤炭資源，而且還可以用于開采井工難以開采或開采經(jīng)濟(jì)性、安全性較差的薄煤層、深部煤層、“三下”壓煤和高硫、高灰、高瓦斯煤層。地下氣化煤氣不僅可作為燃?xì)庵苯用裼煤桶l(fā)電，而且還可以用于提取純氫或作為合成油、二甲醚、氨、甲醇的原料氣。因此，煤炭地下氣化技術(shù)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，大大提高了煤炭資源的利用率和利用水平，是我國潔凈煤技術(shù)的重要研究和發(fā)展方向。

2、然而，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于煤氣化產(chǎn)生的高溫煤氣(溫度超過900℃)通過生產(chǎn)井輸送到地面的過程中，存在導(dǎo)致生產(chǎn)井套管熱腐蝕、變形或開裂的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅煤炭地下氣化生產(chǎn)井的安全運(yùn)行。因此，如何快速將煤氣中的熱量移除以降低煤氣生產(chǎn)井的溫度，成為確保煤炭地下氣化穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

3、熱管其結(jié)構(gòu)簡單，操作可靠，且不需外部能源輸入。熱管充分利用了熱傳導(dǎo)原理與相變介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導(dǎo)熱能力超過任何已知金屬。熱管可在各種環(huán)境條件下工作。本實(shí)用新型利用熱管的超強(qiáng)導(dǎo)熱能力，能夠快速傳遞煤氣的顯熱。與傳統(tǒng)的冷水噴淋方法相比，本方法不僅不會(huì)引起環(huán)境二次污染，而且有效避免了大量煤氣顯熱的損失，提高了能源利用率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于熱管的地下鉆井類換熱系統(tǒng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：一種基于熱管的地下鉆井類換熱系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括煤氣生產(chǎn)井(1)、熱管換熱器(2)、高壓水泵(3)、冷凝罐(4)、水煤氣變換裝置(5)、酸氣脫除裝置(6)；所述熱管換熱器(2)置于煤氣生產(chǎn)井(1)內(nèi)煤層的上覆巖層中；所述高壓水泵(3)出水口與熱管換熱器(2)進(jìn)水口連接且熱管換熱器(2)進(jìn)水口設(shè)置直管直至熱管換熱器(2)的底部；所述煤氣生產(chǎn)井(1)煤氣出口與冷凝罐(4)的進(jìn)口連接；冷凝罐(4)出口與水煤氣變換裝置(5)進(jìn)口連接；水煤氣變換裝置(5)出口與酸氣脫除裝置(6)進(jìn)口連接。

3、所述一種基于熱管的地下鉆井類換熱系統(tǒng)，其特征在于，所述熱管換熱器(2)熱管穿透熱管換熱器(2)管壁，熱管蒸發(fā)段(2-3)布置在熱管換熱器(2)的外壁，熱管冷凝段(2-2)布置在熱管換熱器(2)的內(nèi)壁，熱管蒸發(fā)段(2-3)和冷凝段(2-2)皆豎直布置，熱管蒸發(fā)段(2-3)和冷凝段(2-2)外壁可布置翅片。

4、所述一種基于熱管的地下鉆井類換熱系統(tǒng)，其特征在于，所述熱管換熱器(2)的熱管截面為圓形、橢圓形或多邊形。

5、所述一種基于熱管的地下鉆井類換熱系統(tǒng)，其特征在于，熱管換熱器(2)的熱管可根據(jù)煤氣生產(chǎn)井中煤氣溫度分布進(jìn)行布置，從底部往上可依次布置高溫?zé)峁堋⒅袦責(zé)峁芎偷蜏責(zé)峁堋?/p>

6、所述一種基于熱管的地下鉆井類換熱系統(tǒng)，其特征在于，所述煤氣生產(chǎn)井(1)的煤氣出口處設(shè)有溫度傳感器，該傳感器將溫度信息反饋至高壓水泵(3)，使其自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)水量，以保持煤氣生產(chǎn)井出口的煤氣溫度穩(wěn)定。

7、所述一種基于熱管的地下鉆井類換熱系統(tǒng)，其特征在于，所述熱管換熱器(2)出水口中高壓水蒸汽作為ucg氣化劑，或用于取暖、發(fā)電。

8、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

9、1、本實(shí)用新型有效解決了煤炭地下氣化產(chǎn)生的高溫煤氣(溫度超過900℃)通過生產(chǎn)井輸送到地面的過程中，導(dǎo)致生產(chǎn)井套管熱腐蝕、變形或開裂等問題，確保煤炭地下氣化穩(wěn)定運(yùn)行。

10、2、本實(shí)用新型利用熱管的超強(qiáng)導(dǎo)熱能力，能夠快速傳遞煤氣的顯熱。與傳統(tǒng)的冷水噴淋方法相比，本方法不僅不會(huì)引起環(huán)境二次污染，而且有效避免了大量煤氣顯熱的損失，提高了能源利用率。

11、3、本實(shí)用新型的熱管換熱器具有結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、自主輸熱等優(yōu)點(diǎn)。相較于甲烷重整反應(yīng)器換熱，它不需要外部驅(qū)動(dòng)力，設(shè)備投資較少，且后期維護(hù)成本低。

12、4、本實(shí)用新型熱管換熱器換熱后的中高壓水蒸汽可作為ucg氣化劑或用于取暖、發(fā)電等。

13、5、本實(shí)用新型可用于地下氣化盲孔爐的高溫煤氣和氣化劑換熱，也可用于地?zé)峋娜帷?/p>

技術(shù)特征：

1.一種基于熱管的地下鉆井類換熱系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括煤氣生產(chǎn)井(1)、熱管換熱器(2)、高壓水泵(3)、冷凝罐(4)、水煤氣變換裝置(5)、酸氣脫除裝置(6)；所述熱管換熱器(2)置于煤氣生產(chǎn)井(1)內(nèi)煤層的上覆巖層中；所述高壓水泵(3)出水口與熱管換熱器(2)進(jìn)水口連接且熱管換熱器(2)進(jìn)水口設(shè)置直管直至熱管換熱器(2)的底部；所述煤氣生產(chǎn)井(1)煤氣出口與冷凝罐(4)的進(jìn)口連接；冷凝罐(4)出口與水煤氣變換裝置(5)進(jìn)口連接；水煤氣變換裝置(5)出口與酸氣脫除裝置(6)進(jìn)口連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于熱管的地下鉆井類換熱系統(tǒng)，其特征在于，所述熱管換熱器(2)熱管穿透熱管換熱器(2)管壁，熱管蒸發(fā)段(2-3)布置在熱管換熱器(2)的外壁，熱管冷凝段(2-2)布置在熱管換熱器(2)的內(nèi)壁，熱管蒸發(fā)段(2-3)和冷凝段(2-2)皆豎直布置，熱管蒸發(fā)段(2-3)和冷凝段(2-2)外壁可布置翅片。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于熱管的地下鉆井類換熱系統(tǒng)，其特征在于，所述熱管換熱器(2)的熱管截面為圓形、橢圓形或多邊形。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于熱管的地下鉆井類換熱系統(tǒng)，其特征在于，熱管換熱器(2)的熱管可根據(jù)煤氣生產(chǎn)井中煤氣溫度分布進(jìn)行布置，從底部往上可依次布置高溫?zé)峁堋⒅袦責(zé)峁芎偷蜏責(zé)峁堋?/p>

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于熱管的地下鉆井類換熱系統(tǒng)，其特征在于，所述煤氣生產(chǎn)井(1)的煤氣出口處設(shè)有溫度傳感器，該傳感器將溫度信息反饋至高壓水泵(3)，使其自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)水量，以保持煤氣生產(chǎn)井出口的煤氣溫度穩(wěn)定。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于熱管的地下鉆井類換熱系統(tǒng)，其特征在于，所述熱管換熱器(2)出水口中高壓水蒸汽作為ucg氣化劑，或用于取暖、發(fā)電。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)涉及一種基于熱管的地下鉆井類換熱系統(tǒng)，本系統(tǒng)熱管換熱器設(shè)置在生產(chǎn)井中，熱管蒸發(fā)段布置在熱管換熱器的外壁熱源為煤炭地下氣化產(chǎn)生的高溫煤氣，熱管冷凝段布置在熱管換熱器的內(nèi)壁和水換熱；熱管換熱器的進(jìn)水口設(shè)置直管接通到熱管換熱器的底部，熱管換熱器的出水口設(shè)置在地面；所述氣化爐產(chǎn)生的煤氣經(jīng)過熱管換熱器降溫后依次進(jìn)入冷凝罐、水煤氣變換裝置、酸氣脫除裝置凈化后可用于制氫、合成天然氣、IGCC發(fā)電等。本技術(shù)利用熱管高熱傳導(dǎo)性和自主輸熱特性來快速降低煤炭地下氣化生產(chǎn)井的溫度，為煤炭地下氣化的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障，該方法提高了能源的利用率，并且有效避免了大量煤氣顯熱的損失。

技術(shù)研發(fā)人員：李澤陽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：李澤陽
技術(shù)研發(fā)日：20240331
技術(shù)公布日：2025/1/9