1引言
目前，我国每年通过风井乏风排放的纯甲烷为100×108～150×108m3。如果风井排出的乏风不经处理直接排到大气中，即浪费了不可再生的瓦斯气体资源，又加剧臭氧层破坏，致使温室效应继续恶化，甲烷的温室效应是CO2的24倍之多。因此，如果能科学地利用好回风流中的瓦斯，对于节能减排、环境保护及循环经济具有重要的意义。风排瓦斯的利用越来越得到各国研究人员的关注。然而，由于其热值极低，在利用时存在极大的困难。本文设计的系统根本目的是利用风排瓦斯与抽采的高浓度瓦斯混合成浓度在2%～3%瓦斯气体进行发电。
2系统概述
该风排瓦斯回收利用发电系统包括除尘器、除湿器、高低浓度瓦斯混合箱、燃气轮机、传动装置、发电装置等部件组成。高低浓度瓦斯混合箱一端既与除湿器的另一端连接，又与高浓度瓦斯管道连接，另一端与湿式除尘器连接；除湿器由依次固定在圆柱形通道内部的旋流器和脱水桶构成，除湿器与离心式压气机相连；传动装置一侧与径流式透平连接，另一侧和发电机相连。系统的整个过程：首先对风排瓦斯与矿井抽取浓度为30%～95%的高浓度瓦斯混合成浓度为2%～3%的瓦斯作为燃料，再对混合后的瓦斯气体进行除杂、除湿，然后将其送入压气机压缩至0.196～0.294MPa（2～3个大气压），再将压缩后的高压气体送入启动燃烧室内进行预热，将预热后的气体送入催化燃烧室进行催化无焰燃烧，将燃烧后的高温高压烟气直接送入径流式燃气透平内膨胀做功，再经传动装置带动发电机发电。系统中的回热器将透平排放的部分热烟气回收再利用，用于预热下一循环的瓦斯气体。此时，便完成一次风排瓦斯发电的循环。
3除尘器结构及原理
瓦斯回收利用时，必须要进行除尘净化，因为粉尘不仅会影响后续所有机械的性能，在一定的条件下还存在爆炸的威胁。该湿式除尘风机主要由矿用通风机、供水喷雾系统、机座、湿式振弦捕尘器构成，其中风机放置在捕尘器前端，主要是提供送风的动力。除尘风机将污风送入湿式振弦捕尘器内，粉尘被其捕捉，从而可以达到除尘净化气体的作用。
4高低浓度瓦斯混合箱结构及原理
目前我国直接从风井排出的瓦斯浓度一般在0.5%～0.8%之间，该浓度在进行催化氧化时产热量不多，几乎没有可利用的价值。所以，必须要对风井排出瓦斯气体进行增浓，而目前还没有很好的技术可以直接对超低浓度瓦斯进行增浓。鉴于此，我们选用煤矿固有的条件，即利用煤矿抽取的高浓度瓦斯与风井排出的瓦斯进行混合达到合适的浓度（2%～3%），进入催化燃烧室。
4.1瓦斯混合箱结构
瓦斯混合箱内部布置旋流器；内部中间位置放置1个小功率的风扇；前端分别接高、低浓度的瓦斯气体管道，控制流量的阀门安装在管道上面，后端放置瓦斯探测器。
4.2瓦斯混合箱原理
利用控制阀控制高、低浓度瓦斯的流量来控制瓦斯混合后的浓度。当两股气体进入混合箱时，混合箱内部的旋流器主要目的就是让两股气体得到充分的混合，混合均匀后的气体到达混合箱后部时，瓦斯探测器会及时地探测出瓦斯的浓度是否在2%～3%的范围内。如果显示的浓度数据小于该范围，那么系统会自动将高浓度瓦斯管道的控制阀开大；相反，则系统会自动将高浓度瓦斯管道的控制阀开小。从而可以确保瓦斯进入催化燃烧室的浓度在2%～3%。
5燃气轮机结构及原理
燃气轮机经过几十年的发展，其技术已经相对成熟，被广泛应用于各行各业，由于乏风中瓦斯浓度相对较低，因此完全可以利用燃气轮机回收利用乏风中的瓦斯气体。燃气轮机首先将燃气在压气机涡轮中压缩成高压气体，再送入催化燃烧室内进行无焰燃烧，将燃烧后产生的高温高压的烟气再送入径向燃气透平内膨胀做功，通过传动装置驱动发电机发电，因为既使热值较低的燃料气体也可以通过持续循环做功，从而被利用。
5.1燃气轮机结构
燃气轮机系统主要由离心式压气机、启动燃烧室、催化燃烧室、径流式透平、回热器构成，增加传动装置和发电系统就可以实现发电的目的。
5.2燃气轮机原理
燃气轮机的运行原理为：低浓度瓦斯气体进入压气机被压缩到0.196～0.294MPa（2～3个大气压），再将压缩后的高压气体送入启动燃烧室内进行预热，将燃烧后的高温高压烟气送入燃气透平内膨胀做功，带动发电机组发电，将透平排出的烟气通过回热器回收部分热量，用于预热下一循环的瓦斯气体，此时便完成了一个循环。
6结论
1）该系统利用风井排出的浓度低于0.8%的低浓度瓦斯与矿井抽取的浓度在30%～95%的高浓度瓦斯混合成浓度为2%～3%的瓦斯作为燃料，先进行除杂、除湿等步骤后，再将其送入压气机压缩后，经预热后，送入催化燃烧室进行催化氧化，燃烧后的高温高压烟气送入燃气透平内膨胀做功，带动发电机组发电。同时，高温燃气通过回热器被系统回收一部分热量，用其加热压气机内被压缩过的高纯度燃气，再进入催化燃烧室内燃烧，实现燃气轮机系统的热循环。
2）该系统很好地解决风排瓦斯利用率低的难题，不但能够依靠自身的回热装置来推动系统的运行，还能够额外供电。因此，该系统必然会大大加强煤矿通风，带来资源与环境的双重效益。
作者：解安昌 李传兵 单位：安徽电力建设第二工程有限公司