CN208062174U - 一种煤层气分布式sofc发电系统 - Google Patents

一种煤层气分布式sofc发电系统 Download PDF

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张秀成
秦江阳
陈德强
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Abstract

本实用新型公开了一种煤层气分布式SOFC发电系统，其特征在于，包括电力系统模块、SOFC发电系统、空气模块、尾气处理系统和煤层气预处理模块，空气模块和煤层气预处理模块为SOFC发电系统提供燃料，电力系统模块将SOFC发电系统产生电能进行储存和变更分配，尾气处理系统将发电产生尾气进行处理，空气模块内部包括增压泵、稳压泵和换热器，空气通过增压泵增压后再通过稳压泵稳压再进入换热器预热处理，通过设置的电化学反应将化学能转化为电能，发电系统燃料便于就地取材，减少包括碳在内的对环境造成破坏性影响的物质的排放，且固体氧化物燃料电池发电系统尾气排放中含有汽化水，在经过多重过滤后可以为除饮用水之外需求供水。

Description

一种煤层气分布式SOFC发电系统
技术领域
本实用新型涉及发电技术领域，尤指一种煤层气分布式SOFC发电系统。
背景技术
煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气。煤层气的开采一般有两种方式：一是地面钻井开采；二是井下瓦斯抽放系统抽出，地面钻井开采的煤层气和抽放瓦斯都是可以利用的，通过地面开采和抽放后可以大大减少风排瓦斯的数量，降低了煤矿对通风的要求，改善了矿工的安全生产条件。地面钻井开采方式，国外已经使用，我国有些煤层透气性较差，地面开采有一定困难，但若积极开发每年至少可采出50亿立方米；抽放瓦斯绝大部分仍然排入大气，花去了费用，浪费了资源，污染了环境。在井下煤矿中，为了确保采矿安全，随矿井通风排出的瓦斯浓度极低，受目前技术的限制尚不能利用，只能排放到大气中，在污染环境的同时也浪费了煤层气资源。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的缺点，提供一种燃料易得，便于就地取材利用，大大节省成本的煤层气分布式SOFC发电系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：本实用新型一种煤层气分布式SOFC发电系统，其特征在于，包括电力系统模块、SOFC发电系统、空气模块、尾气处理系统和煤层气预处理模块，空气模块和煤层气预处理模块为SOFC发电系统提供燃料，电力系统模块将SOFC发电系统产生电能进行储存和变更分配，尾气处理系统将发电产生尾气进行处理，
空气模块内部包括增压泵、稳压泵和换热器，空气通过增压泵增压后再通过稳压泵稳压再进入换热器预热处理，
煤层气预处理模块内部包括供煤层气系统、气化净化处理系统供水系统和重整换热系统，供煤层气系统收集煤层气供给气化净化处理系统气化净化后在重整换热系统中与水重整并预热，
SOFC发电系统采用SOFC固态氧化物燃料电池发电，内部设置有尾气处理系统，
电力系统模块内部设置有UPS电源、逆变器和稳压器，SOFC固态氧化物燃料电池发出电能通过稳压器稳压后再通过逆变器将电能转化交流电成输出供电，同时SOFC固态氧化物燃料电池发出直流电还给UPS电源内部蓄电池充电，SOFC固态氧化物燃料电池发电不足时UPS电源内部蓄电池将直流电供给逆变器转化成交流电后输出供电。
作为本实用新型的一种优选技术方案，尾气处理系统内部设置有燃气尾气、燃烧室和空气尾气，燃气尾气通过燃烧室后转至换热器，空气尾气直接进入换热器，不同尾气分开处理，节约处理成本。
作为本实用新型的一种优选技术方案，系统使用煤层气为煤矿内煤层气收集后在煤层气预处理模块内进行简单气化净化处理再与水重整预热后直接供给固体燃料电池进行发电使用，发电所需煤层气燃料方便就地取材，经济实惠，成本低，同时又减少煤层气直接释放对环境造成的损害，SOFC固体燃料电池发电低噪声环境友好。
作为本实用新型的一种优选技术方案，电力系统模块将发出电能通过稳压器稳压和逆变器转化成交流电后为矿井提供电能输出，方便提供稳定、不间断的电力供应且电能可供给矿井使用减少对柴油的依赖。
作为本实用新型的一种优选技术方案，SOFC发电系统产生热量供给换热器，且尾气冷凝后产生水资源，多余能量再次利用，减少能源消耗，且提供附加的水资源。
本实用新型所达到的有益效果是：本实用新型一种煤层气分布式SOFC发电系统通过设置的电化学反应将化学能转化为电能，发电方式无污染而且不产生大量噪声，发电系统燃料易得，便于就地取材利用，大大节省成本，在保证发电效率的同时，减少包括碳在内的对环境造成破坏性影响的物质的排放，且固体氧化物燃料电池发电系统尾气排放中含有汽化水，在经过多重过滤后可以为除饮用水之外需求供水。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。
在附图中：
图1为本实用新型整体结构示意图；
图2为本实用新型尾气处理系统结构示意图。
图中标号：1、电力系统模块；2、SOFC发电系统；3、空气模块；4、煤层气预处理模块；5、逆变器；6、稳压器；7、UPS电源；8、供水系统；9、重整换热系统；10、供煤层气系统；11、气化净化处理系统；12、增压泵；13、稳压泵；14、换热器；15、空气；16、尾气处理系统；17、燃气尾气；18、空气尾气；19、燃烧室。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例：如图1-2所示，本实用新型提供一种煤层气分布式SOFC发电系统，其特征在于，包括电力系统模块1、SOFC发电系统2、空气模块3、尾气处理系统16和煤层气预处理模块4，空气模块3和煤层气预处理模块4为SOFC发电系统2提供燃料，电力系统模块1将SOFC发电系统2产生电能进行储存和变更分配，尾气处理系统16将发电产生尾气进行处理，
空气模块3内部包括增压泵12、稳压泵13和换热器14，空气15通过增压泵12增压后再通过稳压泵13稳压再进入换热器14预热处理，
煤层气预处理模块4内部包括供煤层气系统10、气化净化处理系统11供水系统8和重整换热系统9，供煤层气系统10收集煤层气供给气化净化处理系统11气化净化后在重整换热系统9中与水重整并预热，
SOFC发电系统2采用SOFC固态氧化物燃料电池发电，内部设置有尾气处理系统16，
电力系统模块1内部设置有UPS电源7、逆变器5和稳压器6，SOFC固态氧化物燃料电池发出电能通过稳压器6稳压后再通过逆变器5将电能转化交流电成输出供电，同时SOFC固态氧化物燃料电池发出直流电还给UPS电源7内部蓄电池充电，SOFC固态氧化物燃料电池发电不足时UPS电源7内部蓄电池将直流电供给逆变器5转化成交流电后输出供电。
尾气处理系统16内部设置有燃气尾气17、燃烧室19和空气尾气18，燃气尾气17通过燃烧室19后转至换热器14，空气尾气18直接进入换热器14，不同尾气分开处理，节约处理成本。系统使用煤层气为煤矿内煤层气收集后在煤层气预处理模块4内进行简单气化净化处理再与水重整预热后直接供给固体燃料电池进行发电使用，发电所需煤层气燃料方便就地取材，经济实惠，成本低，同时又减少煤层气直接释放对环境造成的损害，SOFC固体燃料电池发电低噪声环境友好。电力系统模块1将发出电能通过稳压器6稳压和逆变器5转化成交流电后为矿井提供电能输出，方便提供稳定、不间断的电力供应且电能可供给矿井使用减少对柴油的依赖。SOFC发电系统产生热量供给换热器14，且尾气冷凝后产生水资源，多余能量再次利用，减少能源消耗，且提供附加的水资源。
工作原理：煤层气经过气化和净化和水重整后，通过换热器14预热，然后传输到SOFC中反应发电，输出直流电，直流电力经过稳压器6和逆变器5变成交流电力，输出的直流电也用来给UPS电源7蓄电池充电，在SOFC的化学反应中排出的温度很高的空气尾气传输到换热器14用于预热反应气体，燃气尾气17和空气在燃烧室进行反应，再通过换热器降温之后排放到空气中。
最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种煤层气分布式SOFC发电系统，其特征在于，包括电力系统模块(1)、SOFC发电系统(2)、空气模块(3)、尾气处理系统(16)和煤层气预处理模块(4)，空气模块(3)和煤层气预处理模块(4)为SOFC发电系统(2)提供燃料，电力系统模块(1)将SOFC发电系统(2)产生电能进行储存和变更分配，尾气处理系统(16)将发电产生尾气进行处理，
空气模块(3)内部包括增压泵(12)、稳压泵(13)和换热器(14)，空气(15)通过增压泵(12)增压后再通过稳压泵(13)稳压再进入换热器(14)预热处理，
煤层气预处理模块(4)内部包括供煤层气系统(10)、气化净化处理系统(11)供水系统(8)和重整换热系统(9)，供煤层气系统(10)收集煤层气供给气化净化处理系统(11)气化净化后在重整换热系统(9)中与水重整并预热，
SOFC发电系统(2)采用SOFC固态氧化物燃料电池发电，
电力系统模块(1)内部设置有UPS电源(7)、逆变器(5)和稳压器(6)，SOFC固态氧化物燃料电池发出电能通过稳压器(6)稳压后再通过逆变器(5)将电能转化成交流电输出供电，同时SOFC固态氧化物燃料电池发出直流电还给UPS电源(7)内部蓄电池充电，SOFC固态氧化物燃料电池发电不足时UPS电源(7)内部蓄电池将直流电供给逆变器(5)转化成交流电后输出供电。
2.根据权利要求1所述的一种煤层气分布式SOFC发电系统，其特征在于，尾气处理系统(16)内部设置有燃气尾气(17)、燃烧室(19)和空气尾气(18)，燃气尾气(17)通过燃烧室(19)后转至换热器(14)，空气尾气(18)直接进入换热器(14)。
3.根据权利要求1所述的一种煤层气分布式SOFC发电系统，其特征在于，系统使用煤层气为煤矿内煤层气收集后在煤层气预处理模块(4)内进行简单气化净化处理再与水重整预热后直接供给固体燃料电池进行发电使用。
4.根据权利要求1所述的一种煤层气分布式SOFC发电系统，其特征在于，电力系统模块(1)将发出电能通过稳压器(6)稳压和逆变器(5)转化成交流电后为矿井提供电能输出。
5.根据权利要求1所述的一种煤层气分布式SOFC发电系统，其特征在于，SOFC发电系统产生热量供给换热器(14)，且尾气冷凝后产生水资源。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112186227A (zh) * 2020-10-14 2021-01-05 山西大学 一种将低浓煤层气利用中高温燃料电池发电的方法
WO2021109278A1 (zh) * 2019-12-04 2021-06-10 浙江中合天空科技股份有限公司 一种大型质子交换膜燃料电池发电站工艺系统

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