[发明专利]动力煤地下原位可控燃烧采热和碳埋藏一体系统及方法

说明书

本发明公开了一种动力煤地下原位可控燃烧采热和碳埋藏一体系统，水平井位于实施原位燃烧煤层内靠底部位置处，助燃供气管通过竖直井后沿水平井铺设，热交换循环液管通过竖直井沿水平井铺设后再由竖直井接出，电点火装置安装在助燃供气管的前端，助燃供气管的水平段采用筛管结构并采用高温自融材料封孔，助燃供气管、热交换循环液管与竖直井的井壁之间设置有封孔结构，井内安装有压力传感器，热交换循环液管与地面热交换器相连用于发电或供热；还公开了动力煤地下原位可控燃烧采热和碳埋藏一体方法；能实现煤层地下原位可控持续燃烧，能将燃烧热充分采出和利用，并将碳进行地下原位埋藏。

技术领域

本发明涉及煤炭开采的热能利用及环保技术领域。

背景技术

目前，动力煤主要通过煤炭开采作业采出到地表，经洗选后运至热电厂、供热厂等电力和热能供应厂家，经燃烧产热、发电，为电力和热能需求者提供能源。中国已承诺2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和目标。根据国内外相关研究机构的估计，我国能源行业是碳排放的主要行业，煤炭燃烧利用过程排放的CO₂是我国能源行业碳排放的主体，占我国碳排放的55％以上。动力煤的主要利用方向是燃烧产生热能，其热能主要用于发电，是煤炭排放CO₂的主体。为实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标，需要发展低排放至零排放动力煤的燃烧及热利用技术，从根本上解决动力煤燃烧利用过程中的碳排放问题。

煤炭地下燃烧技术已经发展了几十年，近十年来，煤炭地下燃烧主要用于煤炭地下气化，获取煤制气等物质产物。煤炭地下气化产生大量热能，但由于不是煤炭地下气化关注的重点，气化产生热能没有得到很好的利用，造成极大的热能浪费，另外获取的煤制气在再次燃烧的过程中仍存在碳排放问题。

发明内容

本发明旨在提供一种煤层地下原位可控持续燃烧，能将燃烧热充分采出和利用，并将碳进行地下原位埋藏的动力煤应用技术。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种动力煤地下原位可控燃烧采热和碳埋藏一体系统，包括竖直井、水平井、助燃供气管、热交换循环液管和电点火装置，所述水平井位于实施原位燃烧煤层内靠底部位置处，水平井与竖直井相通，助燃供气管通过竖直井后沿水平井铺设，热交换循环液管通过竖直井沿水平井铺设后再由竖直井接出，所述电点火装置安装在助燃供气管的前端，助燃供气管的前端设置有正对电点火装置的出气口，助燃供气管的水平段采用筛管结构并采用高温自融材料封孔，所述助燃供气管、热交换循环液管与竖直井的井壁之间设置有封孔结构，井内安装有压力传感器，所述热交换循环液管与地面热交换器相连用于发电或供热。

作为上述方案的优选，所述竖直井与水平井各一个，水平井的一端与竖直井的下端相通，整体呈“L”型，所述热交换循环液管、助燃供气管呈“L”型并沿着竖直井和水平井铺设；所述热交换循环液管采用双层套管结构，外套管的前端封闭，内套管的前端敞开与外套管相通；所述助燃供气管在热交换循环液管外平行设置或套装在热交换循环液管外。

进一步优选为，所述水平井采用多个分水平井的结构形式，每个水平井的一端分别与竖直井的下端相通；相应地，所述热交换循环液管、助燃供气管的水平段采用分支管结构，并在每个分水平井内布置一个分支管。

进一步优选为，所述竖直井两个，水平井一个，水平井的两端分别与各自对应的竖直井的下端相通，整体呈“U”型；所述热交换循环液管呈“U”型并沿着两个竖直井和一个水平井铺设，所述助燃供气管呈“L”型并沿着一个竖直井和一个水平井铺设，助燃供气管平行铺设在热交换循环液管的“L”外或套装在热交换循环液管的“L”段外。

进一步优选为，所述水平井采用多个分水平井的结构形式，每个水平井的两端分别与各自对应的竖直井的下端相通；相应地，所述热交换循环液管、助燃供气管的水平段采用分支管结构，并在每个分水平井内布置一个分支管。

进一步优选为，所述助燃供气管、热交换循环液管与竖直井的井壁之间采用高强度水泥砂浆封孔，压力传感器安装在助燃供气管靠井口的内壁上。