專利名稱:礦井乏氣燃料電池的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種礦井乏氣燃料電池，其實質為一種對礦井中低濃度瓦斯氣體進行氧化摧毀并產生電力的系統，包括礦井乏氣采集系統、礦井瓦斯抽取系統、礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統、礦井乏氣燃料電池反應系統、照明供電系統和尾氣回收系統。礦井乏氣采集系統包含以下部件和裝置:礦井乏氣排風井、百葉窗式集氣罩、帶旁路百葉窗閥和電動調節閥。礦井乏氣燃料電池系統發的電直接用于照明供電。從礦井乏氣燃料電池系統出來的尾氣，經尾氣回收系統回收二氧化碳循環利用，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。
【專利說明】礦井乏氣燃料電池
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及低濃度瓦斯利用，特別是針對礦井中超低濃度瓦斯氣體與氧進行氧化反應產生電力，確切的說是利用礦井中超低濃度瓦斯氣體中的甲烷氣體與氧進行氧化反應產生電力。
【背景技術】
[0002]煤礦瓦斯是優質潔凈的氣體能源，但同時也是煤礦生產中最大的安全隱患。依據《煤層氣(煤礦瓦斯)排放標準(暫行)》(GB 21522-2008)的規定，甲烷體積濃度高于30%的瓦斯氣體(稱為高濃度瓦斯)必須利用，禁止直接排放。而對于濃度低于30%的瓦斯氣體，由于甲烷含量極低，如果進行提純分離，不論是用變壓吸附方法，還是用變溫吸附分離方法，面對含量巨大的空氣和微少的甲烷，都必然需要相對于甲烷產量更多的加壓耗能或加溫耗能。所耗的能量，遠遠超過獲取甲烷的能量。不論從能源的角度，還是從經濟的角度，都是行不通的。另外，由于瓦斯氣體中的甲烷含量遠遠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。因此現有的礦井乏氣處理方式主要是采用通風稀釋到1%的濃度及以下后直接排放到大氣中，俗稱礦井乏氣。所以，這部分排放瓦斯一直都是當作廢氣被放空，其價值一直沒有被重視。
[0003]中國每年因采煤向大氣排放的甲烷氣體達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。在中國煤礦排放的甲烷中，礦井乏氣占91%，是甲烷的最大工業排放源。因此，治理和利用礦井乏氣甲烷，通過氧化摧毀，并將反應熱發電產生效益，對節能減排及環境保護有極其重要和緊迫的意義。目前國內還未發現與礦井乏氣甲烷氧化燃料電池相關專利。
【發明內容】
[0004]本實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定的濃度流量，之后進入燃料電池裝置進行氧化摧毀發電，可輸出用于照明供電的穩定電流。在此過程中98%以上甲烷氣體將被摧毀，產生節能減排效益。
[0005]為達到上述目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0006]一種礦井乏氣燃料電池，是利用礦井低濃度瓦斯進行氧化摧毀并產生電力的系統，其包含有礦井乏氣采集系統、礦井瓦斯抽取系統、礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統、礦井乏氣燃料電池反應系統、照明供電系統和尾氣回收系統，礦井乏氣采集系統和礦井瓦斯抽取系統通過管道連接到礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統，礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統通過管道連接到礦井乏氣燃料電池反應系統，礦井乏氣燃料電池反應系統連接到尾氣回收系統和照明供電系統。
[0007]其中，礦井乏氣采集系統包含以下部件和裝置:礦井乏氣排風井、百葉窗式集氣罩、帶旁路百葉窗閥和電動調節閥。百葉窗式集氣罩安裝在風井排放口上方，百葉窗式集氣罩帶有帶旁路百葉窗閥，電動調節閥位于百葉窗式集氣罩和匯集管道前，風井通過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。
[0008]本實用新型礦井乏氣燃料電池的優點是:直接利用礦井乏氣經氧化還原反應產生電能，省去了中間轉發過程，節省了大量空間和設備費用，設施建造方便，高效節能。
[0009]本實用新型礦井乏氣燃料電池具有的特點是:循環利用二氧化碳氣體，進一步減少二氧化碳的排放，這對緩解溫室效應有不可磨滅的貢獻。
[0010]本實用新型礦井乏氣燃料電池具有的特點是:回收尾氣中的殘余氧氣，減少了氧氣的耗量，節約了成本。
[0011]本實用新型礦井乏氣燃料電池具有的特點是:將制造大批就業崗位，有效緩解就業壓力，充分體現煤礦生產中“以人為本”的理念。礦井作業安全問題將被有效遏制，這對保障煤礦財產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題就解決掉了較大的煤礦安全隱患，無論從社會還是煤礦自身來講，都很好地做到了 “名利雙收”的目的，體現了 “以人為本”的科學發展觀。
[0012]本實用新型礦井乏氣燃料電池具有的特點是:填補了一個領域的空白，其推廣應用也將開創一個煤礦瓦斯利用的新局面，為促進我國煤礦可持續發展起到重要的作用，同時也為我國節能減排工作，找到一條新路子，分擔一部分壓力。
[0013]本實用新型礦井乏氣燃料電池具有的特點是:利用礦井乏氣燃料電池發電系統，就可以將溫室氣體問題變成一個為企業創造效益的經濟增長點。
【附圖說明】
[0014]圖1為按照本實用新型的工作流程示意圖。
[0015]圖2為按照本實用新型的礦井乏氣采集與混合過程的示意圖；
[0016]圖3為按照本實用新型的反應系統的結構示意圖；
[0017]圖中各部件編號分別為:1_礦井乏氣排風井；2-百葉窗式集氣罩；3_電動調節閥；4_匯集管道；5_碳鋼集氣管道；6_礦井瓦斯抽取系統；7-礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統；8-瓦斯注入柵極；9_甲烷檢測器；10_流量配送閥；11_流量計；12_溫度計；13-壓力變送器；14-流量配送器。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本實用新型的具體實施方案作進一步的描述:
[0019]按照本實用新型的礦井乏氣燃料電池系統其包含有礦井乏氣采集系統、礦井瓦斯抽取系統、礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統、礦井乏氣燃料電池反應系統、照明供電系統和尾氣回收系統，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井1，百葉窗式集氣罩2，電動調節閥3，匯集管道4，碳鋼集氣管道5，礦井瓦斯抽取系統6，礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統7，礦井瓦斯注入柵極8，甲烷檢測器9，甲烷檢測器10，流量計11，溫度計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，采用電動執行機構進行調節，電動調節閥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的運輸管道分別連接礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統7，然后與礦井乏氣燃料電池反應系統連接，甲烷檢測器9連接到礦井瓦斯抽取系統的運輸管道上，用于檢測抽采泵站的瓦斯注入濃度。混合后乏氣運送管道上包括礦井瓦斯注入柵極8、甲烷檢測器10、流量計11、溫度計12和壓力變送器13。礦井乏氣燃料電池反應系統裝置如附圖3所示，礦井乏氣燃料電池反應系統裝置發出的電直接用于照明供電，產生的尾氣通入尾氣回收系統，回收二氧化碳和氧氣，循環使用二氧化碳，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%)通過百葉窗式集氣罩收集，調節閥可調節其收集時的流速大小，收集以后的乏氣通過碳鋼集氣管道的運輸然后與抽采瓦斯(濃度為1~30%)在礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統中混合，瓦斯抽采入口安裝有甲烷檢測器，用于檢測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、溫度計、甲烷檢測器和壓力變送器，用于檢測計算甲烷的混合情況。瓦斯在摻混管道中混合成濃度為1-4%的乏氣后進入礦井乏氣燃料電池反應系統。礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統通過管道與礦井乏氣燃料電池反應系統連接。反應后的尾氣進入尾氣回收系統的回收二氧化碳和氧氣，剩余氣體直接排放到大氣中，排放的氣體經反應后幾乎不含甲烷。
【權利要求】
1.一種礦井乏氣燃料電池，是利用礦井低濃度瓦斯進行氧化摧毀并產生電力的系統，其包含有礦井乏氣采集系統、礦井瓦斯抽取系統、礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統、礦井乏氣燃料電池反應系統、照明供電系統和尾氣回收系統，礦井乏氣采集系統和礦井瓦斯抽取系統通過管道連接到礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統，礦井乏氣與瓦斯氣體混合系統通過管道連接到礦井乏氣燃料電池反應系統，礦井乏氣燃料電池反應系統連接到尾氣回收系統和照明供電系統。2.根據權利要求1所述的礦井乏氣燃料電池，其特征在于:礦井乏氣采集系統包含以下部件和裝置:礦井乏氣排風井、百葉窗式集氣罩、帶旁路百葉窗閥和電動調節閥。3.根據權利要求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井排放口上方，百葉窗式集氣罩帶有帶旁路百葉窗閥，電動調節閥位于百葉窗式集氣罩和匯集管道前，風井通過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。
【文檔編號】E21F7-00GK204289612SQ201420728272
【發明者】劉長春, 李正瓊, 張術雄, 伍圣超 [申請人]劉長春