[实用新型]用于煤炭地下气化工艺的热交换装置

说明书

本实用新型公开用于煤炭地下气化工艺的热交换装置，包括冷却剂输送管、热交换器、扶正器、仪表管柱和冷却剂喷头，冷却剂输送管包括内管和外管，内管插设于外管中，用于输送低温冷却剂，内管中安装有至少一个止回阀，外管用于输送高温冷却剂，热交换器安装于外管上，扶正器固定于外管的外壁上用于热交换装置的井下扶正和仪表管柱的固定，仪表管柱设于外管的外侧且固定于扶正器，冷却剂喷头安装于外管的右端。可以有效地控制井下合成气的温度，避免井下设备出现故障和损坏，减少冷却剂的用量且回收利用进行高温合成气的余热，显著地降低煤炭地下气化生产过程中的操作难度和项目施工成本，为现有技术带来了进步。

技术领域

本实用新型属于煤炭地下气化工艺设备技术领域，尤其涉及用于煤炭地下气化工艺的热交换装置。

背景技术

煤炭地下气化(ISC)是在氧化剂存在下通过地下煤层的燃烧和气化反应将煤直接转化为产品气的过程，所述产品气通常称为合成气，该合成气可以随后用作多种应用的原料，包括燃料生产、化学品生产和发电等。这种煤炭地下气化技术对于大多数煤藏都是适用的。鉴于有关采矿业的环保要求越来越严格和考虑到相关的人工成本和基建成本，这种技术无疑是很有吸引力的。煤炭气化工艺是将煤炭通过一系列的化学反应转变为合成气的过程。

地面钻井直通煤层，给氧化剂注入和产品气产出提供有效通道。一对钻井在地下连通或水平延伸构成一个实质上水平钻井通道(也可简称为煤层井道或连通通道)。该通道有助于氧化剂注入，燃空区生长和产品气输送。一个用于氧化剂注入的钻井称为“注入井”，另外一个用于生产产品气的钻井称为“产品井”。定向水平钻井和垂直钻井都可作为注入井或产品井。煤炭地下气化(ISC)可能在注入井和产品井之间还需要使用到一个或多个的垂直井(例如：功能井和辅助井)。

当煤层中有注入井、产品井和水平通道将二者连接起来时，此构造被称为一个煤炭地下气化(ISC)单元或井对。ISC单元包括燃烧区，气化区和热解区。其中，燃烧区在煤层中氧化剂注入点附近；气化区以放射状形态围绕在燃烧区周围或者在燃烧区下游，煤炭在气化区被气化、部分被氧化，从而生成产品气；热解区在气化区下游，煤的热解反应一般在这里发生。高温的产品气从气化区往下游流动，并最终从产品井井口输送到地面。

现有技术中，煤炭地下气化技术所面临的问题主要包括：粗合成气在井下输送至地表的过程中，粗合成气的温度可超过700℃，持续高温导致井下设备材料达到自身的屈服应力故障点，破坏煤炭地下气化工艺的连续生产。

实用新型内容

为解决上述现有技术中存在的至少一个技术问题，本实用新型的目的在于，提供新型的用于煤炭地下气化工艺的热交换装置，其结构简单，可以有效地主动控制井下合成气的温度，避免井下设备出现故障和损坏。

本实用新型通过如下技术方案实现：

用于煤炭地下气化工艺的热交换装置，包括冷却剂输送管、热交换器、扶正器、仪表管柱和冷却剂喷头，所述冷却剂输送管包括内管和外管，所述内管插设于所述外管中，用于输送低温冷却剂，所述内管中安装有至少一个止回阀，所述外管用于输送高温冷却剂，所述热交换器安装于所述外管上，所述扶正器固定于所述外管的外壁上用于热交换装置的井下扶正和所述仪表管柱的固定，所述仪表管柱设于所述外管的外侧且固定于所述扶正器，所述冷却剂喷头安装于所述外管的右端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述冷却剂喷头包括喷头本体、保护鞘、弹簧锁扣和压力开启喷嘴，所述喷头本体密封连接于所述外管的右端和所述外管的内侧连通，所述保护鞘套设于所述喷头本体上，所述弹簧锁扣的一端连接于所述喷头本体的右端，另一端连接于所述保护鞘的内侧，所述压力开启喷嘴安装于所述喷头本体和所述保护鞘之间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述压力开启喷嘴设有5至10个，一部分设置于所述喷头本体的侧面，另一部分设置于所述喷头本体的端部。

作为上述技术方案的进一步改进，所述喷头本体与所述外管设为一体式。