專(zhuān)利名稱(chēng):礦井乏氣燃料電池的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種礦井乏氣燃料電池，其實(shí)質(zhì)為一種對(duì)礦井中低濃度瓦斯氣體進(jìn)行氧化摧毀并產(chǎn)生電力的系統(tǒng)，包括礦井乏氣采集系統(tǒng)、礦井瓦斯抽取系統(tǒng)、礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統(tǒng)、礦井乏氣燃料電池反應(yīng)系統(tǒng)、照明供電系統(tǒng)和尾氣回收系統(tǒng)。礦井乏氣采集系統(tǒng)包含以下部件和裝置:礦井乏氣排風(fēng)井、百葉窗式集氣罩、帶旁路百葉窗閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。礦井乏氣燃料電池系統(tǒng)發(fā)的電直接用于照明供電。從礦井乏氣燃料電池系統(tǒng)出來(lái)的尾氣，經(jīng)尾氣回收系統(tǒng)回收二氧化碳循環(huán)利用，回收殘余氧氣以減少氧氣耗量，其余氣體直接排放到大氣中，排放的尾氣中幾乎不含甲烷氣體。
【專(zhuān)利說(shuō)明】礦井乏氣燃料電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及低濃度瓦斯利用，特別是針對(duì)礦井中超低濃度瓦斯氣體與氧進(jìn)行氧化反應(yīng)產(chǎn)生電力，確切的說(shuō)是利用礦井中超低濃度瓦斯氣體中的甲烷氣體與氧進(jìn)行氧化反應(yīng)產(chǎn)生電力。

【背景技術(shù)】
[0002]煤礦瓦斯是優(yōu)質(zhì)潔凈的氣體能源，但同時(shí)也是煤礦生產(chǎn)中最大的安全隱患。依據(jù)《煤層氣(煤礦瓦斯)排放標(biāo)準(zhǔn)(暫行)》(GB 21522-2008)的規(guī)定，甲烷體積濃度高于30%的瓦斯氣體(稱(chēng)為高濃度瓦斯)必須利用，禁止直接排放。而對(duì)于濃度低于30%的瓦斯氣體，由于甲烷含量極低，如果進(jìn)行提純分離，不論是用變壓吸附方法，還是用變溫吸附分離方法，面對(duì)含量巨大的空氣和微少的甲烷，都必然需要相對(duì)于甲烷產(chǎn)量更多的加壓耗能或加溫耗能。所耗的能量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)獲取甲烷的能量。不論從能源的角度，還是從經(jīng)濟(jì)的角度，都是行不通的。另外，由于瓦斯氣體中的甲烷含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了甲烷的空然比范圍，用直接燃燒的辦法處理也是行不通的。因此現(xiàn)有的礦井乏氣處理方式主要是采用通風(fēng)稀釋到1%的濃度及以下后直接排放到大氣中，俗稱(chēng)礦井乏氣。所以，這部分排放瓦斯一直都是當(dāng)作廢氣被放空，其價(jià)值一直沒(méi)有被重視。
[0003]中國(guó)每年因采煤向大氣排放的甲烷氣體達(dá)100億立方米，居世界第一，約占世界采煤排放甲烷總量的1/3。在中國(guó)煤礦排放的甲烷中，礦井乏氣占91%，是甲烷的最大工業(yè)排放源。因此，治理和利用礦井乏氣甲烷，通過(guò)氧化摧毀，并將反應(yīng)熱發(fā)電產(chǎn)生效益，對(duì)節(jié)能減排及環(huán)境保護(hù)有極其重要和緊迫的意義。目前國(guó)內(nèi)還未發(fā)現(xiàn)與礦井乏氣甲烷氧化燃料電池相關(guān)專(zhuān)利。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型在于提供一種礦井乏氣燃料電池，能將礦井中1%以下的超低濃度瓦斯配比成穩(wěn)定的濃度流量，之后進(jìn)入燃料電池裝置進(jìn)行氧化摧毀發(fā)電，可輸出用于照明供電的穩(wěn)定電流。在此過(guò)程中98%以上甲烷氣體將被摧毀，產(chǎn)生節(jié)能減排效益。
[0005]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種礦井乏氣燃料電池，是利用礦井低濃度瓦斯進(jìn)行氧化摧毀并產(chǎn)生電力的系統(tǒng)，其包含有礦井乏氣采集系統(tǒng)、礦井瓦斯抽取系統(tǒng)、礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統(tǒng)、礦井乏氣燃料電池反應(yīng)系統(tǒng)、照明供電系統(tǒng)和尾氣回收系統(tǒng)，礦井乏氣采集系統(tǒng)和礦井瓦斯抽取系統(tǒng)通過(guò)管道連接到礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統(tǒng)，礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統(tǒng)通過(guò)管道連接到礦井乏氣燃料電池反應(yīng)系統(tǒng)，礦井乏氣燃料電池反應(yīng)系統(tǒng)連接到尾氣回收系統(tǒng)和照明供電系統(tǒng)。
[0007]其中，礦井乏氣采集系統(tǒng)包含以下部件和裝置:礦井乏氣排風(fēng)井、百葉窗式集氣罩、帶旁路百葉窗閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。百葉窗式集氣罩安裝在風(fēng)井排放口上方，百葉窗式集氣罩帶有帶旁路百葉窗閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥位于百葉窗式集氣罩和匯集管道前，風(fēng)井通過(guò)匯集管道與集氣管道連接，集氣管道連接到礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統(tǒng)。
[0008]本實(shí)用新型礦井乏氣燃料電池的優(yōu)點(diǎn)是:直接利用礦井乏氣經(jīng)氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電能，省去了中間轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程，節(jié)省了大量空間和設(shè)備費(fèi)用，設(shè)施建造方便，高效節(jié)能。
[0009]本實(shí)用新型礦井乏氣燃料電池具有的特點(diǎn)是:循環(huán)利用二氧化碳?xì)怏w，進(jìn)一步減少二氧化碳的排放，這對(duì)緩解溫室效應(yīng)有不可磨滅的貢獻(xiàn)。
[0010]本實(shí)用新型礦井乏氣燃料電池具有的特點(diǎn)是:回收尾氣中的殘余氧氣，減少了氧氣的耗量，節(jié)約了成本。
[0011]本實(shí)用新型礦井乏氣燃料電池具有的特點(diǎn)是:將制造大批就業(yè)崗位，有效緩解就業(yè)壓力，充分體現(xiàn)煤礦生產(chǎn)中“以人為本”的理念。礦井作業(yè)安全問(wèn)題將被有效遏制，這對(duì)保障煤礦財(cái)產(chǎn)及礦工生命安全將起到非常積極的作用。由于乏氣占煤礦瓦斯排放甲烷總量的70%，解決掉乏氣的利用問(wèn)題就解決掉了較大的煤礦安全隱患，無(wú)論從社會(huì)還是煤礦自身來(lái)講，都很好地做到了 “名利雙收”的目的，體現(xiàn)了 “以人為本”的科學(xué)發(fā)展觀。
[0012]本實(shí)用新型礦井乏氣燃料電池具有的特點(diǎn)是:填補(bǔ)了一個(gè)領(lǐng)域的空白，其推廣應(yīng)用也將開(kāi)創(chuàng)一個(gè)煤礦瓦斯利用的新局面，為促進(jìn)我國(guó)煤礦可持續(xù)發(fā)展起到重要的作用，同時(shí)也為我國(guó)節(jié)能減排工作，找到一條新路子，分擔(dān)一部分壓力。
[0013]本實(shí)用新型礦井乏氣燃料電池具有的特點(diǎn)是:利用礦井乏氣燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，就可以將溫室氣體問(wèn)題變成一個(gè)為企業(yè)創(chuàng)造效益的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

【附圖說(shuō)明】

[0014]圖1為按照本實(shí)用新型的工作流程示意圖。
[0015]圖2為按照本實(shí)用新型的礦井乏氣采集與混合過(guò)程的示意圖；
[0016]圖3為按照本實(shí)用新型的反應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖中各部件編號(hào)分別為:1_礦井乏氣排風(fēng)井；2-百葉窗式集氣罩；3_電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；4_匯集管道；5_碳鋼集氣管道；6_礦井瓦斯抽取系統(tǒng)；7-礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統(tǒng)；8-瓦斯注入柵極；9_甲烷檢測(cè)器；10_流量配送閥；11_流量計(jì)；12_溫度計(jì)；13-壓力變送器；14-流量配送器。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案作進(jìn)一步的描述:
[0019]按照本實(shí)用新型的礦井乏氣燃料電池系統(tǒng)其包含有礦井乏氣采集系統(tǒng)、礦井瓦斯抽取系統(tǒng)、礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統(tǒng)、礦井乏氣燃料電池反應(yīng)系統(tǒng)、照明供電系統(tǒng)和尾氣回收系統(tǒng)，連接流程圖如圖1所示。其中，礦井乏氣采集與混合的流程圖如圖2所示，其包含礦井乏氣排風(fēng)井1，百葉窗式集氣罩2，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥3，匯集管道4，碳鋼集氣管道5，礦井瓦斯抽取系統(tǒng)6，礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統(tǒng)7，礦井瓦斯注入柵極8，甲烷檢測(cè)器9，甲烷檢測(cè)器10，流量計(jì)11，溫度計(jì)12，壓力變送器13和流量配送器14。百葉窗式集氣罩2安裝在乏氣井I排放口上方，帶旁路百葉窗閥，采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥3安裝在集氣罩后，其位于百葉窗式集氣罩2和匯集管道4前，乏氣井I通過(guò)匯集管道4與碳鋼集氣管道5連接，碳鋼集氣管道5與煤礦瓦斯抽采泵站6的運(yùn)輸管道分別連接礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統(tǒng)7，然后與礦井乏氣燃料電池反應(yīng)系統(tǒng)連接，甲烷檢測(cè)器9連接到礦井瓦斯抽取系統(tǒng)的運(yùn)輸管道上，用于檢測(cè)抽采泵站的瓦斯注入濃度?；旌虾蠓膺\(yùn)送管道上包括礦井瓦斯注入柵極8、甲烷檢測(cè)器10、流量計(jì)11、溫度計(jì)12和壓力變送器13。礦井乏氣燃料電池反應(yīng)系統(tǒng)裝置如附圖3所示，礦井乏氣燃料電池反應(yīng)系統(tǒng)裝置發(fā)出的電直接用于照明供電，產(chǎn)生的尾氣通入尾氣回收系統(tǒng)，回收二氧化碳和氧氣，循環(huán)使用二氧化碳，減少氧氣損失，回收裝置之后其他氣體直接排放到大氣中。
[0020]礦井中的乏氣(濃度為0.1~1%)通過(guò)百葉窗式集氣罩收集，調(diào)節(jié)閥可調(diào)節(jié)其收集時(shí)的流速大小，收集以后的乏氣通過(guò)碳鋼集氣管道的運(yùn)輸然后與抽采瓦斯(濃度為1~30%)在礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統(tǒng)中混合，瓦斯抽采入口安裝有甲烷檢測(cè)器，用于檢測(cè)抽采瓦斯的甲烷濃度，摻混管道依次安裝有礦井瓦斯注入柵極、流量計(jì)、溫度計(jì)、甲烷檢測(cè)器和壓力變送器，用于檢測(cè)計(jì)算甲烷的混合情況。瓦斯在摻混管道中混合成濃度為1-4%的乏氣后進(jìn)入礦井乏氣燃料電池反應(yīng)系統(tǒng)。礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統(tǒng)通過(guò)管道與礦井乏氣燃料電池反應(yīng)系統(tǒng)連接。反應(yīng)后的尾氣進(jìn)入尾氣回收系統(tǒng)的回收二氧化碳和氧氣，剩余氣體直接排放到大氣中，排放的氣體經(jīng)反應(yīng)后幾乎不含甲烷。
【權(quán)利要求】
1.一種礦井乏氣燃料電池，是利用礦井低濃度瓦斯進(jìn)行氧化摧毀并產(chǎn)生電力的系統(tǒng)，其包含有礦井乏氣采集系統(tǒng)、礦井瓦斯抽取系統(tǒng)、礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統(tǒng)、礦井乏氣燃料電池反應(yīng)系統(tǒng)、照明供電系統(tǒng)和尾氣回收系統(tǒng)，礦井乏氣采集系統(tǒng)和礦井瓦斯抽取系統(tǒng)通過(guò)管道連接到礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統(tǒng)，礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統(tǒng)通過(guò)管道連接到礦井乏氣燃料電池反應(yīng)系統(tǒng)，礦井乏氣燃料電池反應(yīng)系統(tǒng)連接到尾氣回收系統(tǒng)和照明供電系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井乏氣燃料電池，其特征在于:礦井乏氣采集系統(tǒng)包含以下部件和裝置:礦井乏氣排風(fēng)井、百葉窗式集氣罩、帶旁路百葉窗閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井乏氣燃料電池，其特征在于:百葉窗式集氣罩安裝在礦井乏氣排風(fēng)井排放口上方，百葉窗式集氣罩帶有帶旁路百葉窗閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥位于百葉窗式集氣罩和匯集管道前，風(fēng)井通過(guò)匯集管道與集氣管道連接，集氣管道連接到礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】E21F7-00GK204289612SQ201420728272
【發(fā)明者】劉長(zhǎng)春, 李正瓊, 張術(shù)雄, 伍圣超 [申請(qǐng)人]劉長(zhǎng)春