单个钻孔的盲孔炉煤炭地下气化过程中，为防止高温煤气对钻孔的破坏，可以考虑喷淋水降温 。

1、基础计算

试验对应现场工程为：产气规模30万标方/天，钻孔内煤气1000℃，压力10MPa；煤气组成如下表1所示。

表1 煤气组成

喷淋水温度20℃，压力11MPa。不考虑钻孔内煤气向地层的导热损失，通过热量平衡计算出不同喷淋水量下出口煤气的温度及汽相分率，如图1所示。

图1 不同喷淋水量下出口煤气的温度及汽相分率

从图1可以看出，水量110 kg/min时，出口煤气温度234℃，汽相分率0.957，即气流中有液态水出现。如果以不出现液态水为限，则喷淋水量不能大于100kg/min。如果以纯氮气代替煤气计算，该值为80kg/min。

2、模型试验装置

（1）采用氮气代替煤气开展试验。为保证工艺压力10MPa以上，高压钢瓶满气压力按12MPa计，钢瓶压力从12MPa下降至10MPa时，总供气量约0.8标方。

（2）试验时，氮气流量为20标升/min，两个高压钢瓶联用，可保证1小时以上的用气。

（3）试验过程中，假设气流通道为绝热，为保证气流中不出现液态水，最大注水量约为8ml/min，注水压力11MPa，由高压计量泵供给。

（4）试验装置气流通道内径为8mm，材质为耐高温特种钢。气流加热段长度不小于50cm，在加热段出口设置水喷淋，喷淋点后的气流通道长度不小于50cm。

（5）主体装置的总长度约120cm，外径约50cm。内部设置保温隔热材料，尽可能降低气流通过热传导的热损失。主体装置垂直放置，模拟气流从钻孔底部排至地面的过程。

（6）氮气从钢瓶引出后，通过高压气体质量流量控制器，稳定供气流量不变；喷淋降温后的气流出主体装置后，先经过高压汽液分离器，将冷凝水分离。高压汽液分离器带冷却水夹套。可配置制冷机，制取5℃以下的冷却水，供汽液分离器使用。分离液态水后的气流，通过高压背压阀，控制整个试验系统的压力稳定在10MPa。

（7）主体装置内部设置气体加热元件，通过PID控制，将气体温度稳定至1000℃。从喷淋点开始，每间隔10cm设置1个温度传感器，实时测量气流通道的温度。

3、试验数据采集分析系统

采用国产控制软件，实现试验数据的实时采集与分析，通过编写控制脚本，实时显示气流通道内的温度及热量变化。

北京中矿天融科技有限公司

煤炭行业煤炭地下气化工程研究中心

2021年1月17日