一种可提高煤炭地下气化效率的多层复合喷嘴装置及其使用方法
技术领域
本发明属于煤炭地下气化技术领域，涉及一种煤炭地下气化辅助设备及工艺，特别是涉及一种可提高煤炭地下气化效率的多层复合喷嘴装置及其使用方法。
背景技术
煤炭地下气化是指在一定温度、压力下，在煤处于原位状态下，用气化剂对煤进行热化学加工，将煤中有机质转变为煤气的过程。以空气、富氧、水蒸气、二氧化碳或氢气为气化介质，使煤经过部分氧化和还原反应，将其在所含碳、氢等物质转化成为一氧化碳、氢、甲烷等可燃组分为主的气体产物的多相反应过程。对此气体产品进行进一步加工，可制得其它气体、液体燃烧料或化工产品。目前，煤炭地下气化通过钻孔或者巷道将煤炭在地层的原位空间进行点燃，使煤发生一系列的热作用以及化学作用，将固态的煤炭变化为气体状态运输到地表，但由于煤炭在地层原位条件下受到原位地应力的挤压，煤炭在地下处于一种压实状态，煤炭地下气化的气化剂只能在煤炭的表面进行氧化燃烧，对煤质要求高，气化效率较低，若采用多喷嘴多路控制系统，则增加设备投资和维护工作量。
发明内容
本发明的目的是针对目前煤炭地下气化过程中，煤炭受地层挤压影响，压实状态下的煤炭与气化剂燃烧不充分，氧耗高、气化效率低等不足，提出一种可提高煤炭气化效率的多层复合喷嘴装置及其使用方法，可解决现有技术中存在的不足，可进一步降低氧耗，提高气化效率。
本发明的技术方案：一种可提高煤炭地下气化效率的多层复合喷嘴装置，包括气化剂管道以及设置在气化剂管道头部的气化喷嘴；其特征在于：所述多层复合喷嘴装置还由高压水封闭腔体、旋转环和旋转调节机构连接组成；所述高压水封闭腔体是由水封闭内壁和水封闭外壁在所述气化剂管道外圆周上构成的环形腔体，所述高压水封闭腔体与所述气化剂管道内部相通，沿所述水封闭外壁的外圆周上均布设有多个出水孔，所述高压水封闭腔体的外部设有旋转环，所述旋转环上设有弧形缺口，所述旋转环的内壁与高压水封闭腔体的外壁配合连接后进行原地旋转运动，所述旋转环的外部套设有旋转调节机构，所述旋转环的外壁与所述旋转调节机构的内壁固定连接，在所述旋转调节机构的作用下带动旋转环上的弧形缺口相对出水孔进行转动，从而实现气化喷嘴在360°径向上对煤层进行切割。
所述高压水封闭腔体整体与气化剂管道焊接密封，水封闭外壁由高硬度合金制成，水封闭外壁的直径大于气化剂管道的外径，出水孔居中设置在水封闭外壁上，出水孔的数量不少于12个。
所述旋转环的宽度小于高压水封闭腔体的宽度，弧形缺口居中设置在旋转环上，弧形缺口的圆心角为60°，弧形缺口的宽度大于出水孔的孔径，旋转环由高硬度合金制成，旋转环卡接设置在水封闭外壁上，且两者之间形成间隙旋转配合。
所述气化喷嘴上设有温度传感器，通过气化剂管道内部的控制信号线连接至外部的控制装置上。
一种可提高煤炭气化效率的多层复合喷嘴装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：
(1)气化喷嘴向原始气化腔内部注入富氧水蒸气气化剂，将煤炭进行燃烧气化，形成高热值的煤炭地下气化的产出气；
(2)随着煤炭地下气化过程的进行，整个装置后退进行下一部分煤炭的气化燃烧；
(3)地面加压形成高压水，通过高压水管向高压水系统进行注水供能；
(4)高压水进入高压水封闭腔体内，形成环状高压水，高压水从有出水孔中喷射出来；
(5)通过旋转调节机构调节旋转环带动弧形缺口转动，实现360°各个方向上的出水，不仅可以实现对煤层在径向上煤层的有效切割，同时不会造成煤层过于破碎形成垮塌；
(6)在地面通过对安装在气化剂喷嘴侧壁的温度控制点进行温度的监控，反馈煤炭地下气化的效率和进程，进一步调控高压水系统对煤层的切割破碎程度，调控煤炭地下气化的进程和效率；
(7)随着煤炭地下气化过程的进行，燃控区不断地扩大，煤炭地下气化面的不断后退，整个装置后退，进行下一阶段的煤层切割破碎工作。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种可提高煤炭气化效率的多层复合喷嘴装置及其使用方法，装置结构新颖，使用方法原理清晰，通过调节旋转调节机构带动旋转环上的弧形缺口相对出水孔进行转动，从而实现气化喷嘴在360°径向上对煤层进行有效切割，本发明与现有的气化喷嘴相比，与现有技术相比，经高压水润试过的煤炭进行地下气化时，可有效提高煤炭气化产出气中CO的含量，提高产出气的热值，可调控的高压水控制系统，能有效的在一定程度上对煤层各个方向上的切割、提效。可有效的在地面对煤炭地下气化的过程进行干预，增大了煤炭原位条件下与气化剂的接触面积，提高煤炭地下气化的气化效率。
附图说明
图1 为本发明立体结构示意图。
图2 为本发明平面结构示意图。
图中：气化喷嘴1、高压水封闭腔体2、水封闭内壁3、水封闭外壁4、旋转环5、弧形缺口6、出水孔7、气化剂管道8、温度传感器9、旋转调节机构10。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1-2所示，一种可提高煤炭地下气化效率的多层复合喷嘴装置，由气化剂管道8、气化喷嘴1、高压水封闭腔体2、旋转环5和旋转调节机构9连接组成；高压水封闭腔体2是由水封闭内壁3和水封闭外壁4在气化剂管道8外圆周上构成的环形腔体，高压水封闭腔体2与气化剂管道8内部相通，沿水封闭外壁4的外圆周上均布设有多个出水孔7，高压水封闭腔体2的外部设有旋转环5，旋转环5上设有弧形缺口6，旋转环5的内壁与高压水封闭腔体2的外壁配合连接后进行原地旋转运动，旋转环5的外部套设有旋转调节机构9，旋转环5的外壁与旋转调节机构9的内壁固定连接，在旋转调节机构9的作用下带动旋转环5上的弧形缺口6相对出水孔7进行转动，从而实现气化喷嘴1在360°径向上对煤层进行切割。
如图1-2所示，一种可提高煤炭地下气化效率的多层复合喷嘴装置，高压水封闭腔体2整体与气化剂管道8焊接密封，水封闭外壁4由高硬度合金制成，水封闭外壁4的直径大于气化剂管道8的外径，出水孔7居中设置在水封闭外壁4上，出水孔7的数量不少于12个；旋转环5的宽度小于高压水封闭腔体2的宽度，弧形缺口6居中设置在旋转环5上，弧形缺口6的圆心角为60°，弧形缺口6的宽度大于出水孔7的孔径，旋转环5由高硬度合金制成，旋转环5卡接设置在水封闭外壁4上，且两者之间形成间隙旋转配合；气化喷嘴1上设有温度传感器9，通过气化剂管道8内部的控制信号线连接至外部的控制装置上。
如图1-2所示，一种可提高煤炭地下气化效率的多层复合喷嘴装置的使用方法，步骤如下：
(1)气化喷嘴向原始气化腔内部注入富氧水蒸气气化剂，将煤炭进行燃烧气化，形成高热值的煤炭地下气化的产出气；
(2)随着煤炭地下气化过程的进行，整个装置后退进行下一部分煤炭的气化燃烧；
(3)地面加压形成高压水，通过高压水管向高压水系统进行注水供能；
(4)高压水进入高压水封闭腔体内，形成环状高压水，高压水从有出水孔中喷射出来；
(5)通过旋转调节机构调节旋转环带动弧形缺口转动，实现360°各个方向上的出水，不仅可以实现对煤层在径向上煤层的有效切割，同时不会造成煤层过于破碎形成垮塌；
(6)在地面通过对安装在气化剂喷嘴侧壁的温度控制点进行温度的监控，反馈煤炭地下气化的效率和进程，进一步调控高压水系统对煤层的切割破碎程度，调控煤炭地下气化的进程和效率；
(7)随着煤炭地下气化过程的进行，燃控区不断地扩大，煤炭地下气化面的不断后退，整个装置后退，进行下一阶段的煤层切割破碎工作。
