一種煤炭地下氣化高壓試驗臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種煤炭地下氣化高壓試驗臺，包括試驗用長筒形氣化爐，所述氣化爐軸向水平固定在支架上，在所述氣化爐內(nèi)軸向水平設(shè)置有反應(yīng)管，圍繞所述反應(yīng)管軸向外側(cè)設(shè)置有加熱層，加熱層中設(shè)置有多根硅碳加熱棒，加熱層外側(cè)與氣化爐外殼之間設(shè)置有保溫層，在氣化爐外殼的頂端垂直于反應(yīng)管并排設(shè)置有多個監(jiān)測組件測試管，所述氣化爐兩端面設(shè)有法蘭盤，在法蘭盤上設(shè)置有反應(yīng)管和壓力平衡層的進出氣通道以及硅碳加熱棒電接入電極。本實用新型結(jié)構(gòu)的氣密性好，具有加熱功能；通過支架上的兩根軸和底座梯形鋼架的支座、經(jīng)過阻尼減速器的調(diào)節(jié)，爐體能夠平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)一定角度，方便了煤樣的裝卸。
【專利說明】一種煤炭地下氣化高壓試驗臺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于煤炭地下氣化【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種煤炭地下氣化高壓試驗臺。

【背景技術(shù)】
[0002]煤炭地下氣化是將煤炭在地下進行可控制燃燒生產(chǎn)煤氣的技術(shù)。在煤炭地下氣化實施過程中，有不少環(huán)節(jié)需要利用高壓氣體對煤層進行處理，例如在點火技術(shù)方面，使用高壓氧氣對煤層進行強制氧化點火，又如在氣化通道貫通技術(shù)方面，用高壓空氣壓裂煤層以增大煤層滲透性。在這些技術(shù)環(huán)節(jié)的研究中，多數(shù)是以現(xiàn)場試驗的方法來加以研究，然而進行一次現(xiàn)場試驗會花費大量的人力物力，試驗周期較長，而且考慮到工程技術(shù)可行性，數(shù)據(jù)采集測點的分布可能會受到限制，不利于得到準確系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。基于這樣的現(xiàn)狀，亟待研發(fā)一種對煤進行高壓處理的煤炭地下氣化高壓試驗臺，它要能夠耐高壓、有優(yōu)良的氣密性，具有加熱功能，同時要求體積小、設(shè)備操作簡單、煤樣易于裝卸，方便在實驗室內(nèi)開展試驗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的是提出一種煤炭地下氣化高壓試驗臺，通過支架上的兩根軸和爐體中部軸承的連接、經(jīng)過阻尼減速器的調(diào)節(jié)，爐體能夠平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)一定角度，方便了煤樣的裝卸。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是:一種煤炭地下氣化高壓試驗臺，包括試驗用長筒形氣化爐，固定氣化爐的支架和支撐支架的底座，其中，所述氣化爐軸向水平固定在支架上，在所述氣化爐內(nèi)軸向水平設(shè)置有反應(yīng)管，圍繞所述反應(yīng)管軸向外側(cè)設(shè)置有加熱層，加熱層中設(shè)置有多根硅碳加熱棒，加熱層外側(cè)與氣化爐外殼之間設(shè)置有保溫層，在氣化爐外殼的頂端垂直于反應(yīng)管并排設(shè)置有多個監(jiān)測組件測試管，所述測試管從爐頂一直延伸至反應(yīng)管，在加熱層與反應(yīng)管之間設(shè)置有間隙是0.15mm至0.25mm的均溫壓力平衡層，所述氣化爐兩端面設(shè)有法蘭盤，在法蘭盤上設(shè)置有反應(yīng)管和壓力平衡層的進出氣通道以及硅碳加熱棒電接入電極。
[0005]方案進一步是:所述測試管中設(shè)置有測量氣化反應(yīng)管內(nèi)溫度的可拆卸熱電偶和氣體采樣通道。
[0006]方案進一步是:在所述反應(yīng)管上設(shè)置有直徑小于0.5的通孔，通孔與壓力平衡層連通。
[0007]方案進一步是:所述爐體外殼是由上下兩部分組成，所述反應(yīng)管兩端通過螺栓與法蘭盤固定，法蘭盤用螺栓與外殼固定。
[0008]方案進一步是:所述支架包括兩個平行設(shè)置的長方鋼，長方鋼上焊接有三個圓環(huán)形連接體，連接體與氣化爐相焊接，所述三個連接體分別位于爐體軸向中部以及兩端。
[0009]方案進一步是:所述氣化爐中部連接體上、沿爐體水平徑向前后分別固定有旋轉(zhuǎn)軸，在所述底座上與旋轉(zhuǎn)軸想對應(yīng)位置設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸支撐座，所述旋轉(zhuǎn)軸和底座上的旋轉(zhuǎn)軸支撐座連接；所述底座包括兩個分開的梯形鋼架，兩個鋼架之間通過鋼板焊接相連，每個鋼架底部分別對稱裝有兩只輪子，在兩個鋼架頂端中心分別設(shè)置了所述旋轉(zhuǎn)軸支撐座，所述旋轉(zhuǎn)軸穿過旋轉(zhuǎn)軸支撐座與鋼架上設(shè)置的阻尼減速器連接，調(diào)節(jié)阻尼減速器，爐體隨支架在所述底座鋼架上平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動。
[0010]本實用新型帶來的有益效果是:爐體結(jié)構(gòu)的氣密性好，具有加熱功能；通過支架上的兩根軸和底座梯形鋼架的支座、、經(jīng)過阻尼減速器的調(diào)節(jié)，爐體能夠平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)一定角度，方便了煤樣的裝卸。
[0011]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作一詳細描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型試驗臺主視圖；
[0013]圖2是本實用新型試驗臺俯視圖；
[0014]圖3是本實用新型試驗臺左視圖；
[0015]圖4是本實用新型試驗臺氣化爐結(jié)構(gòu)剖面圖。

【具體實施方式】
[0016]一種煤炭地下氣化高壓試驗臺，如圖1至圖4所示，所述試驗臺包括試驗用長筒形氣化爐1，固定氣化爐的支架2和支撐支架的底座3，其中，所述氣化爐軸向水平固定在支架上，在所述氣化爐內(nèi)軸向水平設(shè)置有反應(yīng)管1-1，圍繞所述反應(yīng)管軸向外側(cè)設(shè)置有加熱層，加熱層中設(shè)置有多根硅碳加熱棒1-3，加熱層外側(cè)與氣化爐外殼1-5之間設(shè)置有保溫層1-4，在氣化爐外殼的頂端垂直于反應(yīng)管并排設(shè)置有多個監(jiān)測組件測試管1-6，所述測試管從爐頂一直延伸至反應(yīng)管，在加熱層與反應(yīng)管之間設(shè)置有間隙是0.15mm至0.25mm的均溫壓力平衡層1-2，所述氣化爐兩端面設(shè)有法蘭盤1-7，在法蘭盤上設(shè)置有反應(yīng)管和壓力平衡層的進出氣通道1-8以及硅碳加熱棒電接入電極1-9。
[0017]測試管與反應(yīng)管的交接處全部被焊住，氣體無法從壓力平衡層進入測試管，也無法外漏。
[0018]實施例中:所述測試管中設(shè)置有測量氣化反應(yīng)管內(nèi)溫度的可拆卸熱電偶和氣體采樣通道。
[0019]實施例中:在所述反應(yīng)管上設(shè)置有直徑小于0.5的通孔1-10，通孔與壓力平衡層連通，氣體可從此處自由進出反應(yīng)管與壓力平衡層。
[0020]實施例中:所述爐體外殼是由上下兩部分組成，所述反應(yīng)管兩端通過螺栓與法蘭盤固定，法蘭用螺栓與外殼固定；安裝時先安裝反應(yīng)管再組裝外殼，反應(yīng)管是通過兩端法蘭盤固定在外殼內(nèi)的，反應(yīng)管因為有壓力平衡層，不與外殼直接接觸；壓力平衡層的作用是平衡反應(yīng)管內(nèi)外管壁所受到的壓力，防止在高壓下反應(yīng)管受壓變形。
[0021]實施例中:如圖1和圖2所示，所述支架包括兩個平行設(shè)置的長方鋼2-1，長方鋼上焊接有三個圓環(huán)形的連接體2-2，連接體與氣化爐相焊接，所述三個連接體分別位于爐體軸向中部以及兩端；每個連接體由四塊鋼板組成，四塊鋼板均環(huán)繞著爐體外壁焊接，其中上下兩塊鋼板間用螺栓加固連接；在支架上正面，安裝有儀表盤2-4。
[0022]實施例中:為了能將爐體轉(zhuǎn)動，如圖1、圖2、圖3所示，所述氣化爐中部連接體上、沿爐體水平徑向前后分別固定有旋轉(zhuǎn)軸3-2，在所述底座上與旋轉(zhuǎn)軸想對應(yīng)位置設(shè)置有含有軸承的旋轉(zhuǎn)軸支撐座2-3，所述旋轉(zhuǎn)軸和底座上的旋轉(zhuǎn)軸支撐座連接；所述底座包括兩個分開的梯形鋼架3-1，兩個鋼架之間通過鋼板焊接相連，每個鋼架底部分別對稱裝有兩只輪子，在兩個鋼架頂端中心分別設(shè)置了所述旋轉(zhuǎn)軸支撐座，所述旋轉(zhuǎn)軸穿過旋轉(zhuǎn)軸支撐座與鋼架上設(shè)置的阻尼減速器3-3連接，調(diào)節(jié)阻尼減速器，爐體隨支架在所述底座鋼架上平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動。所述的兩根旋轉(zhuǎn)軸連接了支架與底座，既是旋轉(zhuǎn)軸，也是承重軸；爐體隨支架能夠平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動，并能維持在某一角度靜止，爐體的最大旋轉(zhuǎn)角度為-10度至60度，設(shè)計這樣一個旋轉(zhuǎn)功能是為了使煤樣易于裝卸。在底座正面，設(shè)計有一個固定插銷3-4，用于在氣化爐閑置時將其固定為水平狀態(tài)。
[0023]所述實施例中:氣化爐爐體直徑250mm，反應(yīng)管直徑80mm，反應(yīng)管長1800mm，法蘭直徑350mm在所述爐體外殼的頂端縱向并排設(shè)置監(jiān)測組件測試管是有8個，從進氣口開始依次編號為#1_#8，用于采集反應(yīng)管中溫度壓力數(shù)據(jù)，它們之間的間距為200mm。
[0024]與煤炭地下氣化高壓試驗臺配套使用的還有程序升溫系統(tǒng)，用以控制硅碳棒的加熱溫度；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于在線采集監(jiān)測組件的溫度壓力數(shù)據(jù)，這兩部分獨立于爐體且比較常規(guī)，故不再贅述。
[0025]上述實驗臺可以進行煤的加壓引燃試驗、煤的氣體壓裂等試驗，下面以兩個實際的試驗例子來說明所述煤炭地下氣化高壓試驗臺的操作方法。
[0026]例1.褐煤加壓引燃試驗
[0027]步驟1:將試驗用煤破碎，篩選其中2-3cm粒徑的煤塊作為試驗煤樣，將煤樣置于干燥箱中，100°c下干燥3小時；
[0028]步驟2:在煤炭地下氣化高壓試驗爐內(nèi)裝入適量瓷球，讓其充滿反應(yīng)管對應(yīng)監(jiān)測組件#8-#5的部分(由于點火試驗無需完全燃燒，且為縮短點火周期，提高后期數(shù)據(jù)處理分析效果，因此僅需在#2-#5位置裝填煤樣)，之后加入篩選均勻的煤樣，無需夯實。記錄填入煤樣質(zhì)量，控制在1.8kg左右。裝填完畢后連接好進氣管道和監(jiān)測組件上的熱電偶、壓力傳感器；
[0029]步驟3:打開實驗數(shù)據(jù)在線采集系統(tǒng)軟件，靜態(tài)運行20min以檢查穩(wěn)定性；
[0030]步驟4:開啟進氣端氮氣鋼瓶，高壓氣化爐內(nèi)壓力隨著不斷充入氮氣逐漸上升，待達到實驗設(shè)定壓力為止，靜止約30min以觀察氣化爐氣密性，之后開啟氧氣鋼瓶，同時開啟程序升溫儀，升溫速率設(shè)定1.0°C /min,上限溫度設(shè)定300°C，記錄實驗時間；在有空氣流通條件下，試驗過程中開啟出氣口閥門；
[0031]步驟5:實時觀測氣化爐內(nèi)煤層壓力及溫度值，待測孔溫度值達到70°C起，開始取出口氣體。由于填煤情況，采集2#、3#、4#和5#氣體，且從70°C起，每隔10°C取一次氣體，相應(yīng)測孔達到相應(yīng)溫度即采集一次氣體，直至點火成功后再取一次氣體為止。點火成功后需及時打開泄壓閥；
[0032]步驟6:實驗結(jié)束后，先關(guān)閉氧氣及氮氣鋼瓶，再關(guān)閉程序升溫儀和在線監(jiān)測系統(tǒng)，待放空爐內(nèi)壓力后方可結(jié)束實驗；
[0033]步驟7:利用氣相色譜儀分析所采集氣體，同時收集試驗后煤樣并利用傅里葉紅外光譜分析儀對比分析實驗前后煤樣官能團變化。
[0034]例2.褐煤氮氣壓裂試驗
[0035]步驟1:用磨煤機將煤塊磨碎，篩出10目的煤粉，加入相對于煤粉質(zhì)量10%的粘結(jié)劑以及少量的水，將其混合均勻具有粘性。
[0036]步驟2:為了使煤粉能夠填實，將#2_#8監(jiān)測組件上的熱電偶拆下，只留下#1熱電偶。旋轉(zhuǎn)爐體至60°，將煤粉填入爐內(nèi)，用特制的填煤工具將煤粉均勻充滿整個反應(yīng)管，并搗實。最后將爐體重新調(diào)整為水平狀態(tài)。
[0037]步驟3:安裝法蘭，連接管件，將反應(yīng)管和壓力平衡管的進氣口接入氮氣鋼瓶，打開進氣閥門，觀察壓力表讀數(shù)是否穩(wěn)定，使用泡沫水檢查管件接口處是否漏氣；調(diào)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，檢查數(shù)據(jù)采集軟件、各傳感器、儀表是否工作正常。
[0038]步驟4:確認設(shè)備調(diào)試好后進行試驗。打開反應(yīng)管進氣閥門，使反應(yīng)管內(nèi)的壓力達到1MP，之后打開壓力平衡管的進氣閥門，同樣調(diào)節(jié)壓力到1MP，觀察8個監(jiān)測組件上壓力變送器的壓力數(shù)據(jù)，待其穩(wěn)定后，打開出氣閥門。每5分鐘觀測記錄一次8個測點的壓力數(shù)據(jù)和出氣口的流量數(shù)據(jù)，采集8組數(shù)據(jù)后進行下一步。
[0039]步驟5:啟動程序升溫系統(tǒng)，調(diào)整升溫速率為1.(TC /min，待溫度達到40°C、50°C、60 V、70°C、80°C、90°C、100°C時，記錄下各個測點的壓力以及出口氣體流量數(shù)據(jù)。
[0040]步驟6:在溫度達到100°C后，停止試驗，關(guān)閉升溫系統(tǒng)，關(guān)閉反應(yīng)管及壓力平衡管的進氣閥門，保持出氣閥門暢通，卸除爐內(nèi)的壓力。泄壓完畢后，關(guān)閉出氣口閥門，拆下前后部法蘭，旋轉(zhuǎn)爐體至合適位置，將煤樣卸出。最后把爐體放平，將試驗臺打掃干凈。
【權(quán)利要求】
1.一種煤炭地下氣化高壓試驗臺，包括試驗用長筒形氣化爐，固定氣化爐的支架和支撐支架的底座，其特征在于，所述氣化爐軸向水平固定在支架上，在所述氣化爐內(nèi)軸向水平設(shè)置有反應(yīng)管，圍繞所述反應(yīng)管軸向外側(cè)設(shè)置有加熱層，加熱層中設(shè)置有多根硅碳加熱棒，加熱層外側(cè)與氣化爐外殼之間設(shè)置有保溫層，在氣化爐外殼的頂端垂直于反應(yīng)管并排設(shè)置有多個監(jiān)測組件測試管，所述測試管從爐頂一直延伸至反應(yīng)管，在加熱層與反應(yīng)管之間設(shè)置有間隙是0.15_至0.25_的均溫壓力平衡層，所述氣化爐兩端面設(shè)有法蘭盤，在法蘭盤上設(shè)置有反應(yīng)管和壓力平衡層的進出氣通道以及硅碳加熱棒電接入電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤炭地下氣化高壓試驗臺，其特征在于，所述測試管中設(shè)置有測量氣化反應(yīng)管內(nèi)溫度的可拆卸熱電偶和氣體采樣通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤炭地下氣化高壓試驗臺，其特征在于，在所述反應(yīng)管上設(shè)置有直徑小于0.5的通孔，通孔與壓力平衡層連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤炭地下氣化高壓試驗臺，其特征在于，所述爐體外殼是由上下兩部分組成，所述反應(yīng)管兩端通過螺栓與法蘭盤固定，法蘭盤用螺栓與外殼固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤炭地下氣化高壓試驗臺，其特征在于，所述支架包括兩個平行設(shè)置的長方鋼，長方鋼上焊接有三個圓環(huán)形連接體，連接體與氣化爐相焊接，所述三個連接體分別位于爐體軸向中部以及兩端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤炭地下氣化高壓試驗臺，其特征在于，所述氣化爐中部連接體上、沿爐體水平徑向前后分別固定有旋轉(zhuǎn)軸，在所述底座上與旋轉(zhuǎn)軸想對應(yīng)位置設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸支撐座，所述旋轉(zhuǎn)軸和底座上的旋轉(zhuǎn)軸支撐座連接；所述底座包括兩個分開的梯形鋼架，兩個鋼架之間通過鋼板焊接相連，每個鋼架底部分別對稱裝有兩只輪子，在兩個鋼架頂端中心分別設(shè)置了所述旋轉(zhuǎn)軸支撐座，所述旋轉(zhuǎn)軸穿過旋轉(zhuǎn)軸支撐座與鋼架上設(shè)置的阻尼減速器連接，調(diào)節(jié)阻尼減速器，爐體隨支架在所述底座鋼架上平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動。
【文檔編號】E21B47/00GK204152497SQ201420597451
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】梁杰, 朱漢青, 梁鯤, 邊嘨林, 馬佳, 段永亮, 田海洋, 盛訓(xùn)超 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)