本發(fā)明涉及煤層氣化，尤其涉及一種煤層原位轉(zhuǎn)化熱能系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、煤層原位轉(zhuǎn)化技術(shù)集建井、采煤和轉(zhuǎn)化為一體，可極大地縮短供暖環(huán)節(jié)，從而可降低碳排放以及經(jīng)濟(jì)成本。有研究利用煤層原位轉(zhuǎn)化的方式，在建井后的煤層內(nèi)，將煤炭點(diǎn)燃后，通入含氧組分，燃燒煤層產(chǎn)生熱量排至地表，或者在煤層原位氣化的基礎(chǔ)上將煤氣顯熱交換后利用熱能。該傳統(tǒng)的煤層原位燃燒或氣化的方式為地下致密煤層與氧化劑或氣化劑的自發(fā)反應(yīng)，為半自然力控制，轉(zhuǎn)化效率低、生產(chǎn)強(qiáng)度??；此外，地下煤層環(huán)境復(fù)雜，煤層夾矸、地下涌水以及反應(yīng)腔的擴(kuò)大均對(duì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，常遇到熄火導(dǎo)致生產(chǎn)暫停問(wèn)題，需要重新在煤層點(diǎn)火建立火區(qū)，煤層點(diǎn)火時(shí)間需3~7天，穩(wěn)定供應(yīng)熱力問(wèn)題突出。

2、所以，目前地表煤炭轉(zhuǎn)化熱能的方式存在碳排放量大、經(jīng)濟(jì)成本高、固廢堆積問(wèn)題，更為先進(jìn)的煤層原位轉(zhuǎn)化熱能方式則存在轉(zhuǎn)化效率低、生產(chǎn)強(qiáng)度小和難以穩(wěn)定供應(yīng)熱力的問(wèn)題。針對(duì)目前煤層原位轉(zhuǎn)化熱能方式則存在轉(zhuǎn)化效率低、生產(chǎn)強(qiáng)度小和難以穩(wěn)定供應(yīng)熱力的問(wèn)題，亟需一種高效、穩(wěn)定的煤層原位轉(zhuǎn)化熱能系統(tǒng)和方法，將地下煤層直接轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的熱力產(chǎn)品。

3、在背景技術(shù)部分中公開(kāi)的上述信息僅僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構(gòu)成本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種煤層原位轉(zhuǎn)化熱能系統(tǒng)和方法，針對(duì)目前煤層原位轉(zhuǎn)化熱能方式則存在轉(zhuǎn)化效率低、生產(chǎn)強(qiáng)度小和難以穩(wěn)定供應(yīng)熱力的問(wèn)題，對(duì)以含氧組分為主的反應(yīng)介質(zhì)激發(fā)、離解等方式產(chǎn)生激發(fā)態(tài)原子或分子、基態(tài)原子或分子、正離子、負(fù)離子等活性粒子在地下煤層，就地將煤炭資源高效轉(zhuǎn)化為高品位的熱能產(chǎn)品，系統(tǒng)解決常規(guī)煤層原位轉(zhuǎn)化熱能方式存在的轉(zhuǎn)化效率低、生產(chǎn)強(qiáng)度小和難以穩(wěn)定供應(yīng)熱力問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

2、本發(fā)明的一種煤層原位轉(zhuǎn)化熱能系統(tǒng)包括：

3、轉(zhuǎn)化通道，其由地表垂直穿過(guò)覆蓋層和煤層上沿后逐漸向水平方向偏轉(zhuǎn)在煤層內(nèi)形成非垂直通道，以非垂直通道在煤層延伸預(yù)定距離的坐標(biāo)為靶點(diǎn)，同樣由地表垂直穿過(guò)覆蓋層和煤層上沿，由煤層逐漸向靶點(diǎn)偏轉(zhuǎn)直至貫通所述非垂直通道；

4、轉(zhuǎn)化組件，其包括，

5、轉(zhuǎn)化管，其設(shè)在所述轉(zhuǎn)化通道內(nèi)，轉(zhuǎn)化管一端在地表連接轉(zhuǎn)化管驅(qū)動(dòng)裝置和注入裝置，在非垂直通道中的另一端連接高能裝置，轉(zhuǎn)化管內(nèi)設(shè)有同軸注入管，注入管內(nèi)包裹反應(yīng)介質(zhì)注入管、冷卻介質(zhì)注入管和電源線纜，

6、轉(zhuǎn)化管驅(qū)動(dòng)裝置，其設(shè)于地表以可控地移動(dòng)轉(zhuǎn)化管，

7、注入裝置，其連接所述轉(zhuǎn)化管驅(qū)動(dòng)裝置且連接所述注入管及以控制反應(yīng)介質(zhì)注入量及冷卻介質(zhì)進(jìn)路回路流量，注入裝置設(shè)置多個(gè)反應(yīng)介質(zhì)注入口、冷卻介質(zhì)注入口、電源線纜以及相對(duì)應(yīng)的閥門(mén)、開(kāi)關(guān)，

8、高能裝置，其經(jīng)由注入管提供的反應(yīng)介質(zhì)產(chǎn)生高溫高活性的含氧組分粒子以將煤層轉(zhuǎn)化為熱氣體；

9、采收組件，其包括，

10、采收管驅(qū)動(dòng)裝置，其設(shè)于地面以可控地移動(dòng)采收管，

11、采收裝置，其設(shè)于所述采收管驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)且與采收管的地表端出口連接，采收裝置設(shè)置多個(gè)用于將熱氣體輸出的出口閥門(mén)，

12、采收管，其一端在地表連接采收裝置和采收管驅(qū)動(dòng)裝置，伸入煤層的另一端的末端為敞口，

13、測(cè)溫裝置，其設(shè)于采收管內(nèi)部以監(jiān)測(cè)煤層和采收管內(nèi)的熱氣體溫度分布，

14、綜合測(cè)試裝置，其布置于采收管地表部分以測(cè)試采收熱氣體流量、組分和壓力參數(shù)。

15、所述的一種煤層原位轉(zhuǎn)化熱能系統(tǒng)中，反應(yīng)介質(zhì)包括空氣、純氧、不同體積分?jǐn)?shù)的氧氣和氮?dú)饣旌蠚?、不同體積分?jǐn)?shù)的氧氣和二氧化碳、不同體積分?jǐn)?shù)的氧氣和水、不同體積分?jǐn)?shù)的氧氣和可燃?xì)怏w以及以上氣體的組合。

16、所述的一種煤層原位轉(zhuǎn)化熱能系統(tǒng)中，所述高能裝置激發(fā)或離解反應(yīng)介質(zhì)產(chǎn)生高溫高活性的含氧組分粒子，含氧組分粒子包括激發(fā)態(tài)原子或分子、基態(tài)原子或分子、正離子、負(fù)離子。

17、所述的一種煤層原位轉(zhuǎn)化熱能系統(tǒng)中，所述高能裝置包括等離子體發(fā)生器或高能燃燒器。

18、所述的一種煤層原位轉(zhuǎn)化熱能系統(tǒng)中，所述轉(zhuǎn)化管驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化管執(zhí)行移動(dòng)精度至0.1m的前伸和后撤動(dòng)作，所述采收管驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)采收管執(zhí)行移動(dòng)精度至0.1m的前伸和后撤動(dòng)作。

19、所述的一種煤層原位轉(zhuǎn)化熱能系統(tǒng)中，所述采收管外部包覆保溫層，內(nèi)部設(shè)置夾層。

20、所述的一種煤層原位轉(zhuǎn)化熱能系統(tǒng)中，所述夾層為熱氣體環(huán)空夾層或包裹電阻加熱絲的加熱絲夾層。

21、所述的一種煤層原位轉(zhuǎn)化熱能系統(tǒng)中，測(cè)溫裝置包括單支多點(diǎn)測(cè)溫的熱電偶，熱電偶測(cè)溫范圍50~1700℃。

22、所述的一種煤層原位轉(zhuǎn)化熱能系統(tǒng)中，熱電偶長(zhǎng)度與采收管一致，測(cè)溫點(diǎn)在采收管末端分布密集，遠(yuǎn)末端方向測(cè)溫點(diǎn)稀疏。

23、煤層原位轉(zhuǎn)化熱能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化方法包括，

24、由地表垂直穿過(guò)覆蓋層和煤層上沿后逐漸向水平方向偏轉(zhuǎn)在煤層內(nèi)形成非垂直通道，以非垂直通道在煤層延伸預(yù)定距離的坐標(biāo)為靶點(diǎn)，同樣由地表垂直穿過(guò)覆蓋層和煤層上沿，由煤層逐漸向靶點(diǎn)偏轉(zhuǎn)直至貫通所述非垂直通道以形成轉(zhuǎn)化通道；

25、轉(zhuǎn)化管在轉(zhuǎn)化通道內(nèi)由地表伸入煤層，轉(zhuǎn)化管一端在地表連接轉(zhuǎn)化管驅(qū)動(dòng)裝置和注入裝置，另一端在地表連接高能裝置，并下放至煤層，注入管位于轉(zhuǎn)化管內(nèi)，與轉(zhuǎn)化管同軸，注入管內(nèi)包裹反應(yīng)介質(zhì)注入管、冷卻介質(zhì)注入管和電源線纜，注入管隨轉(zhuǎn)化管分別連接轉(zhuǎn)化管驅(qū)動(dòng)裝置和注入裝置以及高能裝置，采收管一端在地表連接采收裝置和采收管驅(qū)動(dòng)裝置，另一端伸入煤層中，采收裝置設(shè)于所述采收管驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)且與采收管的地表端出口連接；

26、由注入裝置注入反應(yīng)介質(zhì)，由綜合測(cè)試裝置流量數(shù)據(jù)反饋轉(zhuǎn)化通道和采收管是否暢通，確認(rèn)轉(zhuǎn)化通道和采收管暢通后，由注入裝置注入反應(yīng)介質(zhì)和冷卻介質(zhì)，啟動(dòng)高能裝置，逐步調(diào)整反應(yīng)介質(zhì)流量和高能裝置功率，保持高能裝置負(fù)荷在10%~50%之間，出口氣體中除注入的惰性氣體外，co2體積分?jǐn)?shù)大于10%，表明煤層轉(zhuǎn)化生產(chǎn)開(kāi)始；轉(zhuǎn)化生產(chǎn)過(guò)程中，測(cè)溫裝置反饋溫度在1000℃，綜合測(cè)試裝置反饋流量為反應(yīng)介質(zhì)注入流量為1.1倍以上時(shí)，表明煤層轉(zhuǎn)化生產(chǎn)正常，采收管與高能裝置距離正常；

27、轉(zhuǎn)化生產(chǎn)過(guò)程中，如果測(cè)溫裝置反饋溫度低于1000℃而綜合測(cè)試裝置反饋流量保持為反應(yīng)介質(zhì)注入流量1.1倍以上，向高能裝置方向移動(dòng)采收管，直至測(cè)溫裝置反饋溫度在1000℃，停止移動(dòng)；當(dāng)測(cè)溫裝置反饋溫度在1000℃，但綜合測(cè)試裝置反饋流量持續(xù)下降后，提高反應(yīng)介質(zhì)注入流量和高能裝置功率，使轉(zhuǎn)化反應(yīng)負(fù)荷提高至60%~100%；測(cè)溫裝置反饋溫度和綜合測(cè)試裝置反饋流量均開(kāi)始下降后，保持高能裝置啟動(dòng)狀態(tài)，后撤移動(dòng)轉(zhuǎn)化管5~50m，轉(zhuǎn)化管后撤完畢后，前伸移動(dòng)采收管5~50m，繼續(xù)煤層轉(zhuǎn)化生產(chǎn)；如果測(cè)溫裝置反饋溫度持續(xù)升高超過(guò)1000℃，但綜合測(cè)試裝置反饋流量穩(wěn)定，后撤采收管，直至氣體溫度降低并穩(wěn)定在1000℃；測(cè)溫裝置反饋溫度和綜合測(cè)試裝置反饋流量均持續(xù)升高，降低反應(yīng)介質(zhì)注入流量和高能裝置功率，直至氣體溫度和出口氣體流量維持在正常區(qū)間；

28、如此循環(huán)調(diào)整生產(chǎn)，轉(zhuǎn)化管驅(qū)動(dòng)裝置和采收管驅(qū)動(dòng)裝置移動(dòng)距離接近于非垂直通道距離時(shí)，關(guān)閉高能裝置電源，停止反應(yīng)介質(zhì)注入，維持冷卻介質(zhì)注入，并分別向地表撤出轉(zhuǎn)化管和采收管。

29、在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的一種煤層原位轉(zhuǎn)化熱能系統(tǒng)及方法，具有以下有益效果：通過(guò)包括但不限于等離子體、高能燃燒器等對(duì)以含氧組分為主的反應(yīng)介質(zhì)激發(fā)、離解等方式，產(chǎn)生激發(fā)態(tài)原子或分子、基態(tài)原子或分子、正離子、負(fù)離子等活性粒子，在地下煤層，就地將煤炭資源高效轉(zhuǎn)化為高品位的熱能產(chǎn)品，轉(zhuǎn)化效率高，生產(chǎn)強(qiáng)度大，副產(chǎn)物少，環(huán)境友好，并依據(jù)煤層地下原位轉(zhuǎn)化技術(shù)特性，公開(kāi)了煤層原位等離子體轉(zhuǎn)化熱能調(diào)控方法，操作性強(qiáng)，可保障穩(wěn)定供熱，采收管外部包覆保溫層，內(nèi)部設(shè)置夾層，夾層內(nèi)包括但不限于通入熱氣體或包裹電阻加熱絲等，防止熱氣熱量散失，最大限度采收熱量。系統(tǒng)解決常規(guī)煤層原位轉(zhuǎn)化熱能方式存在的轉(zhuǎn)化效率低、生產(chǎn)強(qiáng)度小和難以穩(wěn)定供應(yīng)熱力問(wèn)題，可用于煤炭、泥炭、油砂、煤矸石、油頁(yè)巖、稠油層等碳基能源的開(kāi)發(fā)和利用。