矿井乏气燃料电池制造技术

本实用新型专利技术涉及一种矿井乏气燃料电池，其实质为一种对矿井中低浓度瓦斯气体进行氧化摧毁并产生电力的系统，包括矿井乏气采集系统、矿井瓦斯抽取系统、矿井乏气与瓦斯气体混合系统、矿井乏气燃料电池反应系统、照明供电系统和尾气回收系统。矿井乏气采集系统包含以下部件和装置:矿井乏气排风井、百叶窗式集气罩、带旁路百叶窗阀和电动调节阀。矿井乏气燃料电池系统发的电直接用于照明供电。从矿井乏气燃料电池系统出来的尾气，经尾气回收系统回收二氧化碳循环利用，回收残余氧气以减少氧气耗量，其余气体直接排放到大气中，排放的尾气中几乎不含甲烷气体。

【技术实现步骤摘要】
矿井乏气燃料电池
本技术涉及低浓度瓦斯利用，特别是针对矿井中超低浓度瓦斯气体与氧进行氧化反应产生电力，确切的说是利用矿井中超低浓度瓦斯气体中的甲烷气体与氧进行氧化反应产生电力。
技术介绍
煤矿瓦斯是优质洁净的气体能源，但同时也是煤矿生产中最大的安全隐患。依据《煤层气(煤矿瓦斯)排放标准(暂行)》(GB 21522-2008)的规定，甲烷体积浓度高于30%的瓦斯气体(称为高浓度瓦斯)必须利用，禁止直接排放。而对于浓度低于30%的瓦斯气体，由于甲烷含量极低，如果进行提纯分离，不论是用变压吸附方法，还是用变温吸附分离方法，面对含量巨大的空气和微少的甲烷，都必然需要相对于甲烷产量更多的加压耗能或加温耗能。所耗的能量，远远超过获取甲烷的能量。不论从能源的角度，还是从经济的角度，都是行不通的。另外，由于瓦斯气体中的甲烷含量远远超出了甲烷的空然比范围，用直接燃烧的办法处理也是行不通的。因此现有的矿井乏气处理方式主要是采用通风稀释到1%的浓度及以下后直接排放到大气中，俗称矿井乏气。所以，这部分排放瓦斯一直都是当作废气被放空，其价值一直没有被重视。 中国每年因采煤向大气排放的甲烷气体达100亿立方米，居世界第一，约占世界采煤排放甲烷总量的1/3。在中国煤矿排放的甲烷中，矿井乏气占91%，是甲烷的最大工业排放源。因此，治理和利用矿井乏气甲烷，通过氧化摧毁，并将反应热发电产生效益，对节能减排及环境保护有极其重要和紧迫的意义。目前国内还未发现与矿井乏气甲烷氧化燃料电池相关专利。
技术实现思路
本技术在于提供一种矿井乏气燃料电池，能将矿井中1%以下的超低浓度瓦斯配比成稳定的浓度流量，之后进入燃料电池装置进行氧化摧毁发电，可输出用于照明供电的稳定电流。在此过程中98%以上甲烷气体将被摧毁，产生节能减排效益。 为达到上述目的，本技术采用以下技术方案: 一种矿井乏气燃料电池，是利用矿井低浓度瓦斯进行氧化摧毁并产生电力的系统，其包含有矿井乏气采集系统、矿井瓦斯抽取系统、矿井乏气与瓦斯气体混合系统、矿井乏气燃料电池反应系统、照明供电系统和尾气回收系统，矿井乏气采集系统和矿井瓦斯抽取系统通过管道连接到矿井乏气与瓦斯气体混合系统，矿井乏气与瓦斯气体混合系统通过管道连接到矿井乏气燃料电池反应系统，矿井乏气燃料电池反应系统连接到尾气回收系统和照明供电系统。 其中，矿井乏气采集系统包含以下部件和装置:矿井乏气排风井、百叶窗式集气罩、带旁路百叶窗阀和电动调节阀。百叶窗式集气罩安装在风井排放口上方，百叶窗式集气罩带有带旁路百叶窗阀，电动调节阀位于百叶窗式集气罩和汇集管道前，风井通过汇集管道与集气管道连接，集气管道连接到矿井乏气与瓦斯气体混合系统。 本技术矿井乏气燃料电池的优点是:直接利用矿井乏气经氧化还原反应产生电能，省去了中间转发过程，节省了大量空间和设备费用，设施建造方便，高效节能。 本技术矿井乏气燃料电池具有的特点是:循环利用二氧化碳气体，进一步减少二氧化碳的排放，这对缓解温室效应有不可磨灭的贡献。 本技术矿井乏气燃料电池具有的特点是:回收尾气中的残余氧气，减少了氧气的耗量，节约了成本。 本技术矿井乏气燃料电池具有的特点是:将制造大批就业岗位，有效缓解就业压力，充分体现煤矿生产中“以人为本”的理念。矿井作业安全问题将被有效遏制，这对保障煤矿财产及矿工生命安全将起到非常积极的作用。由于乏气占煤矿瓦斯排放甲烷总量的70%，解决掉乏气的利用问题就解决掉了较大的煤矿安全隐患，无论从社会还是煤矿自身来讲，都很好地做到了 “名利双收”的目的，体现了 “以人为本”的科学发展观。 本技术矿井乏气燃料电池具有的特点是:填补了一个领域的空白，其推广应用也将开创一个煤矿瓦斯利用的新局面，为促进我国煤矿可持续发展起到重要的作用，同时也为我国节能减排工作，找到一条新路子，分担一部分压力。 本技术矿井乏气燃料电池具有的特点是:利用矿井乏气燃料电池发电系统，就可以将温室气体问题变成一个为企业创造效益的经济增长点。 【附图说明】 图1为按照本技术的工作流程示意图。 图2为按照本技术的矿井乏气采集与混合过程的示意图； 图3为按照本技术的反应系统的结构示意图； 图中各部件编号分别为:1_矿井乏气排风井；2-百叶窗式集气罩；3_电动调节阀；4_汇集管道；5_碳钢集气管道；6_矿井瓦斯抽取系统；7-矿井乏气与瓦斯气体混合系统；8-瓦斯注入栅极；9_甲烷检测器；10_流量配送阀；11_流量计；12_温度计；13-压力变送器；14-流量配送器。 【具体实施方式】 下面结合附图对本技术的具体实施方案作进一步的描述: 按照本技术的矿井乏气燃料电池系统其包含有矿井乏气采集系统、矿井瓦斯抽取系统、矿井乏气与瓦斯气体混合系统、矿井乏气燃料电池反应系统、照明供电系统和尾气回收系统，连接流程图如图1所示。其中，矿井乏气采集与混合的流程图如图2所示，其包含矿井乏气排风井1，百叶窗式集气罩2，电动调节阀3，汇集管道4，碳钢集气管道5，矿井瓦斯抽取系统6，矿井乏气与瓦斯气体混合系统7，矿井瓦斯注入栅极8，甲烷检测器9，甲烷检测器10，流量计11，温度计12，压力变送器13和流量配送器14。百叶窗式集气罩2安装在乏气井I排放口上方，带旁路百叶窗阀，采用电动执行机构进行调节，电动调节阀3安装在集气罩后，其位于百叶窗式集气罩2和汇集管道4前，乏气井I通过汇集管道4与碳钢集气管道5连接，碳钢集气管道5与煤矿瓦斯抽采泵站6的运输管道分别连接矿井乏气与瓦斯气体混合系统7，然后与矿井乏气燃料电池反应系统连接，甲烷检测器9连接到矿井瓦斯抽取系统的运输管道上，用于检测抽采泵站的瓦斯注入浓度。混合后乏气运送管道上包括矿井瓦斯注入栅极8、甲烷检测器10、流量计11、温度计12和压力变送器13。矿井乏气燃料电池反应系统装置如附图3所示，矿井乏气燃料电池反应系统装置发出的电直接用于照明供电，产生的尾气通入尾气回收系统，回收二氧化碳和氧气，循环使用二氧化碳，减少氧气损失，回收装置之后其他气体直接排放到大气中。 矿井中的乏气(浓度为0.1~1%)通过百叶窗式集气罩收集，调节阀可调节其收集时的流速大小，收集以后的乏气通过碳钢集气管道的运输然后与抽采瓦斯(浓度为1~30%)在矿井乏气与瓦斯气体混合系统中混合，瓦斯抽采入口安装有甲烷检测器，用于检测抽采瓦斯的甲烷浓度，掺混管道依次安装有矿井瓦斯注入栅极、流量计、温度计、甲烷检测器和压力变送器，用于检测计算甲烷的混合情况。瓦斯在掺混管道中混合成浓度为1-4%的乏气后进入矿井乏气燃料电池反应系统。矿井乏气与瓦斯气体混合系统通过管道与矿井乏气燃料电池反应系统连接。反应后的尾气进入尾气回收系统的回收二氧化碳和氧气，剩余气体直接排放到大气中，排放的气体经反应后几乎不含甲烷。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井乏气燃料电池，是利用矿井低浓度瓦斯进行氧化摧毁并产生电力的系统，其包含有矿井乏气采集系统、矿井瓦斯抽取系统、矿井乏气与瓦斯气体混合系统、矿井乏气燃料电池反应系统、照明供电系统和尾气回收系统，矿井乏气采集系统和矿井瓦斯抽取系统通过管道连接到矿井乏气与瓦斯气体混合系统，矿井乏气与瓦斯气体混合系统通过管道连接到矿井乏气燃料电池反应系统，矿井乏气燃料电池反应系统连接到尾气回收系统和照明供电系统。

【技术特征摘要】
1.一种矿井乏气燃料电池，是利用矿井低浓度瓦斯进行氧化摧毁并产生电力的系统，其包含有矿井乏气采集系统、矿井瓦斯抽取系统、矿井乏气与瓦斯气体混合系统、矿井乏气燃料电池反应系统、照明供电系统和尾气回收系统，矿井乏气采集系统和矿井瓦斯抽取系统通过管道连接到矿井乏气与瓦斯气体混合系统，矿井乏气与瓦斯气体混合系统通过管道连接到矿井乏气燃料电池反应系统，矿井乏气燃料电池反应系统连接到尾气回收系统和照明供电系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长春，李正琼，张术雄，伍圣超，
申请(专利权)人：刘长春，
类型：新型
国别省市：重庆;85