一种煤炭地下气化生产井煤气输送温度控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种煤炭地下气化生产井煤气输送温度控制系统及方法。
背景技术
煤炭地下气化是从注入井将气化剂注入至火源工作面，地下煤炭在原位进行有控制的燃烧，通过煤的热解以及煤与氧气、水蒸汽发生的一系列化学反应，产生含有氢气、一氧化碳和甲烷等气体的粗煤气，粗煤气通过生产井将煤气输
送至地面后进行利用。该技术具有安全、环保、节能等特点。
在煤炭进行燃烧过程中，会产生大量的热量，大部分热量由煤气携带，因此产生的煤气温度较高，高温对生产井破坏是巨大了，主要表现为生产井套管变形或断裂，导致生产井无法出气，影响了气化的正常运行。通常解决高温煤气的方法有三个，一是设立多个生产井，互为备用关系，当一个生产井破坏后启动另一个生产井，保持出气的连续性。二是使用特种钢材，克服高温的影响，延长生产井的使用寿命。三是设置多层生产井结构，通过注入低温惰性气体的方式，通过气气混合的方式进行降温。无论是哪个方法，都无法解决生产井安
全生产问题，同时，前两个方法的投资较高，第三个方法相对前两个投资有所降低，但气气换热效果不是很理想，同时增加了后系统处理难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤炭地下气化生产井煤气输送温度控制系统及方法。控制系统自动对生产井内的煤气进行降温，使煤气温度控制在生产井套
管要求的温度以下，有效的解决了因高温对生产井进行的破坏，降低了投资，保障了气化连续稳定运行。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种煤炭地下气化生产井煤气输送温度控制系统，包括地下气化炉的煤气输出竖井管，竖井管地面出口连接地面煤气处理系统，竖井管地面出口与地面煤气处理系统之间设置有煤气温度、流量、压力、成分测试站，其中，在地面从竖井管的管口向下伸进至竖井管底部设置降温管，降温管延长度间隔设置封堵形成多段封堵管，在每一段封堵管侧壁分布设置有雾化喷水嘴，每一段封堵管单独连接有输水管，在每一段封堵管底端封闭端侧壁伸出设置温度传感器，温度传感器信号线从竖井管管口引出连接至一个喷水控制器；在地面设置有冷却水罐，每一段封堵管的输水管分别通过各自的变频泵连接冷却水罐，喷水控制器分别连接变频泵的控制端以及煤气温度、流量、压力、成分测试站，在井竖管连接地面煤气处理系统的管路上设置有煤气除湿分离器，煤气除湿分离器收集的水经冷却后回送至冷却水罐。
方案进一步是：所述每一段封堵管的长度不小于10米。
方案进一步是：所述降温管是将输水管贴附在降温管内侧壁或外侧壁与降温管一体结构形成的复合降温管。
一种煤炭地下气化生产井煤气输送温度控制方法，是基于所述煤气输送温度控制系统的控制方法，煤炭地下气化生产井开始产生煤气，其中，首先根据竖井管的材质按照不高于可承受温度的70%从最底端封堵管开始向上依次按照温度递增梯度设置启动喷水的温度阈值和各温度阈值的温度波动上限，实时监控降温管各封堵段温度传感器，随着注入井开始增大气化剂的注入流量，产生煤气的温度开始升高，当最底端封堵管温度传感器的温度达到喷水的温度阈值时，启动最底端封堵管输水管的变频泵最底端封堵管喷水，同理，依次各段封堵段依据各自温度传感器是否达到各自温度阈值启动或停止喷水；其中，当温度波动达到波动上限时，调整变频泵增大输水管的喷水流量。
方案进一步是：所述温度递增梯度根据封堵管的数量确定，温度递增梯度不大于5摄氏度。
方案进一步是：所述温度波动上限是2摄氏度。
方案进一步是：所述封堵管的总喷水流量小于煤气含水控制阈值以保证煤气在竖井管中正常输送，煤气含水控制阈值是通过公式（1）确定：
C = V × Q / H 公式（ 1）
其中：
C:泵的注水量，t/h(吨每小时)；
V:煤气流量，由流量计测出，Nm3/h；
Q:煤气的热量，单位体积煤气含有的热量，煤气的热量通过公式（2）获得：
Q=ΣV%×c/100×（T1-T0） 公式（2）
V%:煤气中的各组分体积分数；
c：煤气中各组分的比热容,是常数；
T1: 竖井管地面出口测到的煤气温度；
T0:要求降温后要求达到的温度；
H：水的气化潜热系数，与测得的煤气压力P有关，是已知数，根据压力P 可以查到H的大小。
方案进一步是：当竖井管地面出口测到的煤气温度等于或高于竖井管可承受温度时，发出警告，并减少气化剂的注入流量。
本发明的有益效果是：控制系统自动对生产井内的煤气进行降温，使煤气
温度控制在生产井套管要求的温度以下，有效的解决了因高温对生产井进行的破坏，降低了投资，保障了气化连续稳定运行，将煤气的温度控制在所需的温度范围内，保护了生产井，使气化运行更加稳定。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图；
图2是在竖井管中封堵管结构是与图。
具体实施方式
实施例1：
一种煤炭地下气化生产井煤气输送温度控制系统，如图1和图2所示，所述煤炭地下气化生产井煤气输送温度控制系统包括地下气化炉的煤气输出竖井管1，竖井管地面出口连接地面煤气处理系统2或者是煤气利用系统，竖井管地面出口与地面煤气处理系统之间设置有煤气温度、流量、压力、成分测试站3，其中，在地面从竖井管的管口向下伸进至竖井管底部设置降温管4，降温管是金属软管，如图1所示可以盘起来输送。如图2所示，降温管4延长度间隔设置封堵401形成多段封堵管402，每一段封堵管的长度不小于10米，在每一段封堵管侧壁分布设置有雾化喷水嘴403，雾化喷水嘴是在封堵管侧壁开多圈小口，小口采用锥形结构或十字结构，可以将水雾化，当煤气通过连续油管雾化段时，雾化的水和煤气进行换热，从而达到降温的保护生产井的效果。每一段封堵管单独连接有输水管5，所述降温管是将输水管贴附在降温管内侧壁或外侧壁与降温管一体结构形成的复合降温管，在每一段封堵管底端封闭端侧壁伸出设置温度传感器6，其中：每一个封堵401设置有两个封堵密封板401-1和401-2，温度传感器6从两个封堵密封板401-1和401-2之间引出，将测温点与水隔离开。测温点位于密封下部，并固定在降温管4管壁上，因其先接触煤气，不受水的影响，测到的温度为换热前煤气的温度。温度传感器信号线从竖井管管口引出连接至一个喷水控制器（图中未示出）；在地面设置有冷却水罐7，每一段封堵管的输水管分别通过各自的变频泵8连接冷却水罐7，喷水控制器分别连接变频泵8的控制端以及煤气温度、流量、压力、成分测试站3，在井竖管连接地面煤气处理系统2的管路上设置有煤气除湿分离器9，煤气除湿分离器收集的水经冷却后回送至冷却水罐7。煤气温度、流量、压力、成分测试站3对除湿分离前后的煤气进行温度、流量、压力、成分进行测试分析，并将分析结果送至喷水控制器对水的总量进行控制。
实施例2：
一种煤炭地下气化生产井煤气输送温度控制方法，是基于实施例1所述煤炭地下气化生产井煤气输送温度控制系统的控制方法，因此，实施例1的内容适用于本实施例，在完成了系统的设置之后，首先根据竖井管的材质按照不高于可承受温度的70%从最底端封堵管开始向上依次按照温度递增梯度设置启动喷水的温度阈值和各温度阈值的温度波动上限；煤炭地下气化生产井开始产生煤气，实时监控降温管各封堵段温度传感器，随着注入井开始增大气化剂的注入流量，产生煤气的温度开始升高，当最底端封堵管温度传感器的温度达到喷水的温度阈值时，启动最底端封堵管输水管的变频泵最底端封堵管喷水，同理，依次各段封堵段依据各自温度传感器是否达到各自温度阈值启动或停止喷水；其中，当温度波动达到波动上限时，调整变频泵增大输水管的喷水流量。
其中：所述温度递增梯度根据封堵管的数量确定，本实施例温度递增梯度不大于5摄氏度。所述温度波动上限是2摄氏度。
实施例中，尽管实行了降温控制，但过多的含水量将会影响煤气在竖井管中的输送，也会影响煤气的质量，因此要对降温输入冷却水的总量进行控制，其控制方法是：所述封堵管的总喷水流量小于煤气含水控制阈值以保证煤气在竖井管中正常输送，煤气含水控制阈值是通过公式（1）确定：
C = V × Q / H 公式（ 1）
其中：
C:泵的注水量，t/h(吨每小时)；
V:煤气流量，由流量计测出，Nm3/h(标方每小时)；
Q:煤气的热量，单位体积煤气含有的热量，和煤气组分有关，煤气组分由在线的煤气温度、流量、压力、成分测试站3时时监测，煤气的热量通过公式（2）获得：
Q=ΣV%×c/100×（T1-T0） 公式（2）
V%:煤气中的各组分体积分数；
c：煤气中各组分的比热容,是常数；
T1: 竖井管地面出口测到的煤气温度；
T0:要求降温后要求达到的温度；
H：水的气化潜热系数，是已知数，在直接换热过程中，对温度影响较大的主要是水的气化潜热，与测得的煤气压力P有关，根据压力P 可以查到H的大小。
在总量的控制下，实时通过变频泵调节各段封堵管的输水压力和流量，而当达到煤气含水控制阈值时仍然未能控制住温升，也就是：当竖井管地面出口测到的煤气温度等于或高于竖井管可承受温度时，喷水控制器发出警告，并通知减少气化剂的注入流量。
下面是一个具体的实施例：
一生产井，该生产井设计可输送煤气能力为10000Nm3/h。生产套管、即竖井管耐温能力为250摄氏度，气化炉运行时2.5Ma。首先将连续油管、即降温管4下放至生产套管底部。系统设置降温管控制温度为220~240摄氏度。此时注入井开始通入少量气化剂并点燃煤层。一段时间后，位于连续管最下端封堵管的测温传感器侧到的煤气温度为200摄氏度，系统泵未启动，当注入井开始增大气化剂的流量，位于地面的自控阀门开始控制气化炉压力在2.3~2.7MPa。随着气化炉注入井气化剂增大，测到的温度上升到220摄氏度，变频泵开始启动进行注水。通过观察测温传感器温度在200摄氏度，说明系统运行正常.保持其他参数不变，逐步加大注入气化剂的量，使生产井煤气流量达到10000 Nm3/h；当生产井输送煤气量较大时，如果出现通过一次降温后，温度仍然较高情况，采用二次或多次降温；当出现降温因注水量过大，导致对煤气的输送产生影响时就要通知减少气化剂的注入流量、发出警告。
