一種濕式化學(xué)燃燒瓦斯發(fā)電工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種濕式化學(xué)燃燒瓦斯發(fā)電的方法，包括以下步驟：將瓦斯氣先后經(jīng)過凈化和流速調(diào)節(jié)后通入到甲烷燃料電池的電極，同時將空氣也通入到甲烷燃料電池的電極；所述瓦斯氣和空氣在電極處混合并與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生直流電，用蓄電池組將產(chǎn)生的直流電儲存下來；將所述蓄電池組儲存下來的直流電通向逆變裝置，得到交流電，再通過變壓器和并網(wǎng)裝置后，輸送至電網(wǎng)。采用本發(fā)明以燃料電池為核心的濕式燃燒瓦斯發(fā)電方法，可以將瓦斯氣以化學(xué)反應(yīng)的方式，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電效率高，基本無噪音污染，運行穩(wěn)定，對瓦斯氣體濃度適應(yīng)范圍廣。
【專利說明】一種濕式化學(xué)燃燒瓦斯發(fā)電工藝【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種瓦斯發(fā)電工藝，尤其涉及一種濕式化學(xué)燃燒瓦斯發(fā)電工藝，屬于燃?xì)獍l(fā)電領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)瓦斯發(fā)電工藝主要是將瓦斯氣作為燃料通過在內(nèi)燃機(jī)組發(fā)動氣缸內(nèi)燃燒做功，推動活塞帶動曲軸。從而拖動發(fā)電機(jī)發(fā)電，表現(xiàn)為由熱機(jī)的形式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，一般發(fā)電效率只能達(dá)到30%~40%，存在有噪音大、效率低、有二次污染等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型瓦斯發(fā)電工藝，利用以甲烷燃料電池產(chǎn)生電能并消耗瓦斯氣體為核心，解決現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)電效率低下的問題。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種濕式化學(xué)燃燒瓦斯發(fā)電的方法，包括以下步驟:
[0005](I)將瓦斯氣先后經(jīng)過凈化和流速調(diào)節(jié)后通入到甲烷燃料電池的電極，同時將空氣也通入到甲烷燃料電池的電極；
[0006](2)所述瓦斯氣和空氣在電極處混合并與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生直流電，用蓄電池組將產(chǎn)生的直流電儲存下來；
[0007]( 3 )將所述蓄電池組儲存下來的直流電通向逆變裝置，得到交流電，再通過變壓器和并網(wǎng)裝置后，輸送至電網(wǎng)。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:采用本發(fā)明以燃料電池為核心的濕式燃燒瓦斯發(fā)電方法，可以將瓦斯氣以化學(xué)反應(yīng)的方式，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電效率高(最高可達(dá)到70%以上)，基本無噪音污染，運行穩(wěn)定，對瓦斯氣體濃度適應(yīng)范圍廣。
[0009]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0010]進(jìn)一步，所述步驟(1)中甲烷燃料電池為酸性介質(zhì)下的甲烷燃料電池或堿性介質(zhì)下的甲烷燃料電池。
[0011]甲烷燃料電池是本發(fā)明中主要電能轉(zhuǎn)化裝置，主要原理是一種通過燃料和氧化劑(一般是氧氣)在電極附近參與原電池反應(yīng)的化學(xué)電源。由于煤層氣瓦斯氣體中主要成分是甲烷(CH4),所采用燃料電池就是主要是利用甲烷作為燃料的電池。
[0012]目前主要采用兩種形式的燃料電池:
[0013]堿性介質(zhì)下的甲烷燃料電池:
[0014]負(fù)極:CH4+100!T-8e--CO廣+7H20 ；
[0015]正極:202+8e>4H20-80F ；
[0016]尚子方程式為:CH4+202+20H-CO32 +3H20 ；
[0017]總反應(yīng)方程式為:CH4+202+2K0H——K2C03+3H20；
[0018]酸性介質(zhì)下的甲烷燃料電池:[0019]負(fù)極:CH4_8e>2H20-C02+8H+ ；
[0020]正極:202+8e>8H+-4H20 ；
[0021]總反應(yīng)方程式為:202+CH4——2H20+C02 ；
[0022]甲烷燃料電池化學(xué)方程式:
[0023]CH4+202+20r-CO廣+3H20。
[0024]進(jìn)一步，所述步驟(2 )中電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)后，通過電解質(zhì)溶液處理劑補充系統(tǒng)進(jìn)行補充和再生處理，得到再生的電解質(zhì)溶液和廢液，所述再生的電解質(zhì)溶液回到甲烷燃料電池繼續(xù)反應(yīng),所述廢液經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排放。
[0025]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是隨著電池不斷放電，電解質(zhì)溶液的堿性減小，電解質(zhì)溶液處理及補充系統(tǒng)主要就是通過對燃料電池系統(tǒng)中電解質(zhì)溶液進(jìn)行補充和在生處理，以保證電解質(zhì)溶液的活性，其產(chǎn)生的廢液處理達(dá)標(biāo)后排放，降低對環(huán)境的污染。
[0026]瓦斯氣的凈化通過瓦斯氣體凈化裝置實現(xiàn)，瓦斯氣體凈化裝置可以去除瓦斯氣中的雜質(zhì)，提高瓦斯氣中甲烷的含量。瓦斯氣的流速調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)，調(diào)節(jié)裝置可調(diào)整瓦斯氣進(jìn)入甲烷燃料電池的速率，空氣進(jìn)氣系統(tǒng)有可調(diào)整空氣進(jìn)入甲烷燃料電池的速率。通入空氣由空氣進(jìn)氣裝置實現(xiàn)。逆變裝置包括了逆變器，逆變器按激勵方式，可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變，主要功能是將蓄電池的直流電逆變成交流電，通過全橋電路，一般采用SPWM處理器經(jīng)過調(diào)制、濾波、升壓等，達(dá)到并網(wǎng)條件并入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)運行。
[0027]本發(fā)明還包括了控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)主要控制調(diào)節(jié)裝置、空氣進(jìn)氣系統(tǒng)、逆變系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)主要實現(xiàn)三大功能:瓦斯氣與空氣自動供給、充電與放點控制和并網(wǎng)以及功率調(diào)節(jié)控制。
[0028]控制系統(tǒng)通過對燃料電池組各項參數(shù)測定自動調(diào)整進(jìn)入燃料電池的瓦斯氣和空氣的比例和流量已達(dá)到燃料的充分供給和合理調(diào)節(jié)，使進(jìn)入燃料電池的瓦斯氣能夠充分反應(yīng)，燃料電池組始終處于發(fā)電的最大功率點附近，以獲得最高效率。而充電控制通常采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)即PWM控制方式，使整個系統(tǒng)始終運行于最大功率點Pm附近區(qū)域。放電控制主要是指當(dāng)電池缺電、系統(tǒng)故障等情況時切斷開關(guān)，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的保護(hù)。
[0029]電解質(zhì)溶液處理劑補充系統(tǒng)和廢液處理，這些工藝均采用傳統(tǒng)甲烷燃料電池中的處理方式，使電解質(zhì)溶液循環(huán)利用，廢液處理達(dá)標(biāo)后排放。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的方法工藝的流程圖。
【具體實施方式】
[0031]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0032]如圖1所示，一種濕式化學(xué)燃燒瓦斯發(fā)電的方法，包括以下步驟:
[0033](I)將瓦斯氣先后經(jīng)過凈化和流速調(diào)節(jié)后通入到甲烷燃料電池的電極，同時將空氣也通入到甲烷燃料電池的電極；
[0034](2)所述瓦斯氣和空氣在電極處混合并與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生直流電，用蓄電池組將產(chǎn)生的直流電儲存下來；[0035]( 3 )將所述蓄電池組儲存下來的直流電通向逆變裝置，得到交流電，再通過變壓器和并網(wǎng)裝置后，輸送至電網(wǎng)。
[0036]所述步驟(I)中甲烷燃料電池為酸性介質(zhì)下的甲烷燃料電池或堿性介質(zhì)下的甲烷燃料電池。
[0037]所述步驟(2 )中電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)后，通過電解質(zhì)溶液處理劑補充系統(tǒng)進(jìn)行補充和再生處理，得到再生的電解質(zhì)溶液和廢液，所述再生的電解質(zhì)溶液回到甲烷燃料電池繼續(xù)反應(yīng)，所述廢液經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排放。
[0038]瓦斯氣的凈化通過瓦斯氣體凈化裝置實現(xiàn)，凈化可除去灰塵、水分等雜質(zhì)；瓦斯氣的流速調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)，一般控制其流速在140?380L/min ;通入空氣由空氣進(jìn)氣裝置實現(xiàn)，一般控制其流速在1400?2850L/min。
[0039]本發(fā)明還包括了控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)主要控制調(diào)節(jié)裝置、空氣進(jìn)氣系統(tǒng)、逆變系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)。
[0040]實施例1
[0041]將流量為8.5m3/h瓦斯氣通入瓦斯氣凈化裝置，除去了雜質(zhì)(灰塵、水分等)，得到較純凈的瓦斯氣，其中甲烷含量為65%，經(jīng)過調(diào)節(jié)裝置控制其流速為140L/min通入到甲烷燃料電池的電極附近；同時空氣進(jìn)氣系統(tǒng)將空氣按其流速為1400L/min也通入到甲烷燃料電池的電極附近；
[0042]所述上述瓦斯氣和空氣分別在電極附近與電解質(zhì)溶液混合發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生直流電(DC110V，320A，35KW)，用蓄電池組將產(chǎn)生的直流電儲存下來；
[0043]將所述蓄電池組儲存下來的直流電(DCllOV)通向逆變裝置，得到交流電(AC400V)，再通過變壓器和并網(wǎng)裝置后，輸送至電網(wǎng)。發(fā)電效率為58%。
[0044]實施例2
[0045]將流量為18m3/h瓦斯氣通入瓦斯氣凈化裝置，除去了雜質(zhì)(灰塵、水分等)，得到較純凈的瓦斯氣，其中甲烷含量為38%，經(jīng)過調(diào)節(jié)裝置控制其流速為300L/min通入到甲烷燃料電池的電極附近；同時空氣進(jìn)氣系統(tǒng)將空氣按其流速為1600L/min也通入到甲烷燃料電池的電極附近；
[0046]所述上述瓦斯氣和空氣分別在電極附近與電解質(zhì)溶液混合發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生直流電(DC130V, 308A, 40KW)，用蓄電池組將產(chǎn)生的直流電儲存下來；
[0047]將所述蓄電池組儲存下來的直流電(DC130V)通向逆變裝置，得到交流電(AC400V)，再通過變壓器和并網(wǎng)裝置后，輸送至電網(wǎng)。發(fā)電效率為52%。
[0048]實施例3
[0049]將流量為23m3/h瓦斯氣通入瓦斯氣凈化裝置，除去了雜質(zhì)(灰塵、水分等)，得到較純凈的瓦斯氣，其中甲烷含量為52%，經(jīng)過調(diào)節(jié)裝置控制其流速為380L/min通入到甲烷燃料電池的電極附近；同時空氣進(jìn)氣系統(tǒng)將空氣按其流速為2850L/min也通入到甲烷燃料電池的電極附近；
[0050]所述上述瓦斯氣和空氣分別在電極附近與電解質(zhì)溶液混合發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生直流電(DC220V, 380A, 85KW)，用蓄電池組將產(chǎn)生的直流電儲存下來；
[0051]將所述蓄電池組儲存下來的直流電(DC220V)通向逆變裝置，得到交流電(AC400V)，再通過變壓器和并網(wǎng)裝置后，輸送至電網(wǎng)。發(fā)電效率為66%。[0052]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種濕式化學(xué)燃燒瓦斯發(fā)電的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將瓦斯氣先后經(jīng)過凈化和流速調(diào)節(jié)后通入到甲烷燃料電池的電極，同時將空氣也通入到甲烷燃料電池的電極； (2)所述瓦斯氣和空氣在電極處混合并與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生直流電，用蓄電池組將產(chǎn)生的直流電儲存下來； (3)將所述蓄電池組儲存下來的直流電通向逆變裝置，得到交流電，再通過變壓器和并網(wǎng)裝置后，輸送至電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述濕式化學(xué)燃燒瓦斯發(fā)電的方法，其特征在于，所述步驟(I)中甲烷燃料電池為酸性介質(zhì)下的甲烷燃料電池或堿性介質(zhì)下的甲烷燃料電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述濕式化學(xué)燃燒瓦斯發(fā)電的方法，其特征在于，所述步驟(2)中電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)后，通過電解質(zhì)溶液處理劑補充系統(tǒng)進(jìn)行補充和再生處理，得到再生的電解質(zhì)溶液和廢液，所述再生的電解質(zhì)溶液回到甲烷燃料電池繼續(xù)反應(yīng)，所述廢液經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排放。
【文檔編號】H01M8/06GK103545884SQ201310479252
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】狄小偉, 王金生 申請人:北京揚德環(huán)境科技有限公司