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1引言
目前，我國每年通過風井乏風排放的純甲烷為100×108～150×108m3。如果風井排出的乏風不經處理直接排到大氣中，即浪費了不可再生的瓦斯氣體資源，又加劇臭氧層破壞，致使溫室效應繼續惡化，甲烷的溫室效應是CO2的24倍之多。因此，如果能科學地利用好回風流中的瓦斯，對于節能減排、環境保護及循環經濟具有重要的意義。風排瓦斯的利用越來越得到各國研究人員的關注。然而，由于其熱值極低，在利用時存在極大的困難。本文設計的系統根本目的是利用風排瓦斯與抽采的高濃度瓦斯混合成濃度在2%～3%瓦斯氣體進行發電。
2系統概述
該風排瓦斯回收利用發電系統包括除塵器、除濕器、高低濃度瓦斯混合箱、燃氣輪機、傳動裝置、發電裝置等部件組成。高低濃度瓦斯混合箱一端既與除濕器的另一端連接，又與高濃度瓦斯管道連接，另一端與濕式除塵器連接；除濕器由依次固定在圓柱形通道內部的旋流器和脫水桶構成，除濕器與離心式壓氣機相連；傳動裝置一側與徑流式透平連接，另一側和發電機相連。系統的整個過程：首先對風排瓦斯與礦井抽取濃度為30%～95%的高濃度瓦斯混合成濃度為2%～3%的瓦斯作為燃料，再對混合后的瓦斯氣體進行除雜、除濕，然后將其送入壓氣機壓縮至0.196～0.294MPa（2～3個大氣壓），再將壓縮后的高壓氣體送入啟動燃燒室內進行預熱，將預熱后的氣體送入催化燃燒室進行催化無焰燃燒，將燃燒后的高溫高壓煙氣直接送入徑流式燃氣透平內膨脹做功，再經傳動裝置帶動發電機發電。系統中的回熱器將透平排放的部分熱煙氣回收再利用，用于預熱下一循環的瓦斯氣體。此時，便完成一次風排瓦斯發電的循環。
3除塵器結構及原理
瓦斯回收利用時，必須要進行除塵凈化，因為粉塵不僅會影響后續所有機械的性能，在一定的條件下還存在爆炸的威脅。該濕式除塵風機主要由礦用通風機、供水噴霧系統、機座、濕式振弦捕塵器構成，其中風機放置在捕塵器前端，主要是提供送風的動力。除塵風機將污風送入濕式振弦捕塵器內，粉塵被其捕捉，從而可以達到除塵凈化氣體的作用。
4高低濃度瓦斯混合箱結構及原理
目前我國直接從風井排出的瓦斯濃度一般在0.5%～0.8%之間，該濃度在進行催化氧化時產熱量不多，幾乎沒有可利用的價值。所以，必須要對風井排出瓦斯氣體進行增濃，而目前還沒有很好的技術可以直接對超低濃度瓦斯進行增濃。鑒于此，我們選用煤礦固有的條件，即利用煤礦抽取的高濃度瓦斯與風井排出的瓦斯進行混合達到合適的濃度（2%～3%），進入催化燃燒室。
4.1瓦斯混合箱結構
瓦斯混合箱內部布置旋流器；內部中間位置放置1個小功率的風扇；前端分別接高、低濃度的瓦斯氣體管道，控制流量的閥門安裝在管道上面，后端放置瓦斯探測器。
4.2瓦斯混合箱原理
利用控制閥控制高、低濃度瓦斯的流量來控制瓦斯混合后的濃度。當兩股氣體進入混合箱時，混合箱內部的旋流器主要目的就是讓兩股氣體得到充分的混合，混合均勻后的氣體到達混合箱后部時，瓦斯探測器會及時地探測出瓦斯的濃度是否在2%～3%的范圍內。如果顯示的濃度數據小于該范圍，那么系統會自動將高濃度瓦斯管道的控制閥開大；相反，則系統會自動將高濃度瓦斯管道的控制閥開小。從而可以確保瓦斯進入催化燃燒室的濃度在2%～3%。
5燃氣輪機結構及原理
燃氣輪機經過幾十年的發展，其技術已經相對成熟，被廣泛應用于各行各業，由于乏風中瓦斯濃度相對較低，因此完全可以利用燃氣輪機回收利用乏風中的瓦斯氣體。燃氣輪機首先將燃氣在壓氣機渦輪中壓縮成高壓氣體，再送入催化燃燒室內進行無焰燃燒，將燃燒后產生的高溫高壓的煙氣再送入徑向燃氣透平內膨脹做功，通過傳動裝置驅動發電機發電，因為既使熱值較低的燃料氣體也可以通過持續循環做功，從而被利用。
5.1燃氣輪機結構
燃氣輪機系統主要由離心式壓氣機、啟動燃燒室、催化燃燒室、徑流式透平、回熱器構成，增加傳動裝置和發電系統就可以實現發電的目的。
5.2燃氣輪機原理
燃氣輪機的運行原理為：低濃度瓦斯氣體進入壓氣機被壓縮到0.196～0.294MPa（2～3個大氣壓），再將壓縮后的高壓氣體送入啟動燃燒室內進行預熱，將燃燒后的高溫高壓煙氣送入燃氣透平內膨脹做功，帶動發電機組發電，將透平排出的煙氣通過回熱器回收部分熱量，用于預熱下一循環的瓦斯氣體，此時便完成了一個循環。
6結論
1）該系統利用風井排出的濃度低于0.8%的低濃度瓦斯與礦井抽取的濃度在30%～95%的高濃度瓦斯混合成濃度為2%～3%的瓦斯作為燃料，先進行除雜、除濕等步驟后，再將其送入壓氣機壓縮后，經預熱后，送入催化燃燒室進行催化氧化，燃燒后的高溫高壓煙氣送入燃氣透平內膨脹做功，帶動發電機組發電。同時，高溫燃氣通過回熱器被系統回收一部分熱量，用其加熱壓氣機內被壓縮過的高純度燃氣，再進入催化燃燒室內燃燒，實現燃氣輪機系統的熱循環。
2）該系統很好地解決風排瓦斯利用率低的難題，不但能夠依靠自身的回熱裝置來推動系統的運行，還能夠額外供電。因此，該系統必然會大大加強煤礦通風，帶來資源與環境的雙重效益。
作者：解安昌 李傳兵 單位：安徽電力建設第二工程有限公司