CN201574792U - 余热发电系统 - Google Patents

Abstract

一种余热发电系统，该发电系统是利用多级热能储存系统中分级储存的热能进行发电，该发电系统包括发电机、汽轮机、氨气轮机和吸收式热泵，所述多级热能储存系统向汽轮机输送蒸汽，汽轮机将热能转化为动力机械能，并带动发电机将机械能转化为电能；该吸收式热泵采用氨-水作工质，将所述汽轮机出口末端蒸汽的低品质热能转化为较高品质热能，并由所述热能储存系统为所述热泵提供高品质驱动热源，使浓氨水混合溶液在高压下大量蒸发形成高压饱和氨气，驱动氨气轮机以将氨气产生的压力能转换为机械能输出给发电机。本实用新型克服了传统余热发电过程热-电转换效率低下等缺陷，达到高品质、高效能、低消耗目的。

Description

余热发电系统

技术领域

本实用新型涉及钢铁冶金过程余热回收利用领域；尤其是指一种涉及利用炉渣处理过程中产生的余热进行发电的余热发电系统。

背景技术

钢铁冶金过程——高炉炼铁、转炉炼钢等工序，每年以钢产量的30～40％的比例产出大量冶炼炉渣，全球以每年上亿吨的数量产出，其带走的热能折合标准煤2000多万吨，折合人民币150亿元。如果能将其有效利用，相当于每年全球少消耗2000多万吨标准煤的能源，将会对人类节能、环保是一个巨大贡献。

由于电能是能量利用最为便捷的高品质能源，传统余热发电系统通常采用汽轮机将高压蒸汽的压力能转换为动力驱动发电机发电，汽轮机末端蒸汽采用凉水塔循环冷却，使其末端蒸汽冷凝成水并回到锅炉回水系统，末端蒸汽冷凝过程产生的大量凝结潜热被凉水塔带走放散，此热量通常占总热量的50％以上，这是传统热电效率低的主要原因。

综上所述，传统汽轮机余热发电系统末端热能浪费严重，热-电转换效率低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种余热发电系统，解决传统余热发电过程热-电转换效率低下等不足，达到高效能、低消耗、少的热能放散目的。

本实用新型的技术解决方案是：一种余热发电系统，该发电系统包括发电机、汽轮机、氨气轮机和采用氨-水作工质的吸收式热泵，热能储存系统中的热能通过汽轮机转化为动力机械能，并带动发电机转动；所述氨气轮机能够带动所述发电机转动地设置，所述氨气轮机的动力源为由该吸收式热泵提供的高压过热氨气，该热泵与所述汽轮机尾气出口相连，且其驱动热源来自于所述热能储存系统。

如上所述的余热发电系统，其中，该热能储存系统至少包括高压汽包及中压蓄热器，所述中压蓄热器向汽轮机输送蒸汽；所述高压汽包提供加热浓氨水混合溶液的驱动热源。

如上所述的余热发电系统，其中，所述吸收式热泵包括发生器、吸收器、蒸汽冷凝器和热交换器，其中该发生器中的驱动热源来自多级热能储存系统，氨气轮机的低温氨气出口连接至吸收器，该吸收器的低浓度氨水入口通过热交换器连接到发生器的低浓度氨水出口，该吸收器的低温高浓度氨水出口通过一加压泵连接至蒸汽冷凝器，该蒸汽冷凝器的高温氨水出口经过该热交换器连接至发生器的高浓度氨水入口，发生器的氨气出口管道经一氨气过热器、并经节流阀连接至氨气轮机。

如上所述的余热发电系统，其中，所述中压蓄热器与汽轮机间设有蒸汽过热器和第一调压阀。

如上所述的余热发电系统，其中，所述氨气过热器的进口与高压汽包连接，其出口端通过第二调压阀连接至热泵发生器的蒸气进口，且该发生器的蒸气出口连接至中压蓄热器；所述氨气过热器的出口端同时通过第三调压阀连接至中压蓄热器。

如上所述的余热发电系统，其中，所述高压汽包上部与中压蓄热器上部经蒸汽管道及管道上的第四调压阀相连通，中压蓄热器底部经水泵、板式换热器与高压汽包相连。

如上所述的余热发电系统，其中，所述多级热能储存系统还包括低压包；固体渣料换热系统的高品质热能回收装置与高压汽包相连；对炉渣处理过程中产生的蒸汽进行换热回收的高、中、低温蒸汽换热器连接到对应温度等级的中压蓄热器和低压包。

如上所述的余热发电系统，其中，汽轮机尾气出口与蒸汽冷凝器相连，且蒸汽冷凝器的低温蒸馏水出口连接至低温蒸汽换热器。

本实用新型的特点和优点如下：

1.本实用新型的余热发电系统，采用吸收式热泵，使汽轮机末端低品质尾气的热能提升为高品质可利用热能，解决了传统汽轮机用冷却塔散热热能浪费的问题。

2.热泵使汽轮机末端凝结水温度及负压更低，使汽轮机能量转化效率更高。

3.氨-水作工质的吸收式热泵，除可把低端热能提升回收为高品质热能外，发生器中蒸发的高温、高压氨气驱动氨气轮机，实现氨气、蒸汽汽轮机合并发电，使热-电转换效率更高。

4.末端低的凝结水温度及补充新水、冲渣水、灰尘冲洗水对尾气的换热，使回到循环系统的尾气温度更低，当应用于炉渣处理时，可以使出渣温度更低，系统综合热损失更少。

5.本实用新型中回收的高品质热能能够直接利用，低品质热能及以往放散的尾气借助于热泵提升利用，从而提高了热能的综合利用率。

附图说明

图1为本实用新型的余热发电系统的一具体实施例的结构及处理流程示意图。

图2为本实用新型的余热发电系统的一具体应用实施例的结构及处理流程示意图。

附图标号说明：

100、炉渣处理系统            300、余热回收系统    500、余热发电系统

101、液态炉渣                102、渣铁分离器      103、炉渣导向管

104、炉渣缓存仓(蒸汽回收仓)                       105、高压气雾喷嘴

106、破碎装置                107、板式换热器      108、绞龙换热输送器

109、流化床换热器            110、出渣车          111、篦水器

112、储水池        113、尘灰冲洗水管道    114、尘灰冲洗喷嘴

201、第一级换热器  202、第二级换热器      203、第三级换热器

204、定压风机      205、循环风机          206、尾气换热器

207、过滤器        301、高压汽包          302、中压蓄热器

303、低压包        304、调压阀            305、调压阀

306、除氧器        307、311、312、液态泵  308～310、射流器

501、汽轮机        502、发电机            503、蒸汽冷凝器

511、氨气轮机      512、发生器            513、吸收器

514、热交换器      515、515’、调压阀     516、氨气过热器

517、节流阀        518、泵                520、蒸汽过热器

521、调压阀

具体实施方式

下面配合附图及具体实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

本实用新型提出一种余热发电系统，该发电系统是利用多级热能储存系统中分级储存的热能进行发电，该发电系统包括发电机、汽轮机、氨气轮机和吸收式热泵，所述多级热能储存系统向汽轮机输送蒸汽，汽轮机将热能转化为动力机械能，并带动发电机将机械能转化为电能；该吸收式热泵采用氨-水作工质，将所述汽轮机出口末端蒸汽的低品质热能提升为较高品质热能，并由所述热能储存系统为所述热泵提供高品质驱动热源，使浓氨水混合溶液在高压下大量蒸发形成高压饱和氨气，驱动氨气轮机以将氨气产生的压力能转换为机械能，与汽轮机产生的机械能合并输出给发电机。

本实用新型利用热能的分级回收，使得热能回收回来的高品质热能实现高品质直接利用，低品质热能及以往放散的尾气可借助于热泵提升利用，从而起到了提高综合利用率的目的，而且，由于氨气轮机的使用，除比单纯汽轮机的发电量更多外，氨气轮机的使用还有降低发电波动，提高发电质量的功效；而且，热泵使得汽轮机尾气温度压力降低，有利于提高汽轮机效率。

如图1所示，其为本实用新型利用回收的炉渣余热进行发电的一具体实施例的结构及流程示意图，由炉渣处理过程回收的热能按不同的温度等级分级储存在多级热能储存系统中，该多级热能储存系统可包括高压汽包301、中压蓄热器302及低压包303。结合前述内容可知，本实施例中，汽轮机和氨气轮机能够采用现有的多种方式实现以合并的动力带动发电机转动发电的目的，此处不再赘述。

由炉渣处理过程中的高温混合气体回收的热能按不同的温度等级分级储存在高压汽包301、中压蓄热器302和低压包303中，炉渣处理过程中固体渣料换热系统回收的高品质热能回收至高压汽包301；炉渣处理过程中产生的高温混合气体的热能通过蒸汽换热系统回收，并将高温等级的热能储存到中压蓄热器302中用于发电。

所述中压蓄热器302向汽轮机501输送蒸汽，汽轮机501将热能转化为动力机械能，并带动发电机502将机械能转化为电能；该吸收式热泵采用氨-水作工质，所述热泵中的浓氨水混合溶液在高压下经来自高压汽包301的驱动热源加热至100～120℃，使氨大量蒸发形成高压饱和氨气，经120～150℃过热去除游离液态分子并进入氨气轮机511，将氨气产生的压力能转换为机械能，与汽轮机501产生的机械能合并输出给发电机502。

如图1所示，较佳地，中压蓄热器302与汽轮机501间设有蒸汽过热器520和调压阀521，该蒸汽过热器520设置于炉渣处理的蒸汽回收仓104的顶部，所述中压蓄热器302出来的饱和蒸汽经蒸汽过热器520过热去除蒸汽中液态饱和水，并经调压阀521向汽轮机501输送压力相对稳定的发电过热蒸汽。

此外，所述高压汽包301与中压蓄热器302通过一调压阀304相连通，在无炉渣处理的间歇期间，随着发电不断消耗中温蒸汽，中压蓄热器302内温度不断下降，此时储存在高压汽包301的高温蒸汽经该调压阀304将高压汽包301内的热能传递给中压蓄热器302，维持中压蓄热器302温度相对稳定，而高压汽包301被消耗的水也可由中压蓄热器302的中温水经水泵310加压再经板式换热器107加热后供给高压汽包301。

如图所示，吸收式热泵包括发生器512、吸收器513、蒸汽冷凝器503和热交换器514，该发生器512以高压汽包301的高温蒸汽作为驱动热源，且一氨气过热器516的进口与该高压汽包301连接，其出口端通过一调压阀515’连接至热泵发生器512的蒸气进口，且该发生器512的蒸气出口连接至中压蓄热器302；本实施例在所述氨气过热器516的出口端还通过另一调压阀515连接至中压蓄热器302，以便在氨气过热器516过热氨气的同时，便于灵活调节过热与驱动用热量的比例。前面描述了采用高压汽包作为氨气的过热用驱动热源，以便高温蒸汽过热氨气后能够回到中压蓄热器用于发电，但本领域的技术人员结合前述内容可以了解，还可以根据实际需要调节本案中的各储热装置的压力分布，并选择性地利用中压蓄热器或者低压包来作为氨气的驱动热源，此处不再一一赘述。

一方面，本发电系统中的蒸汽-水的循环路径为：所述中压蓄热器302的高温气体出口通过蒸汽过热器520、调压阀521连接到汽轮机501，该汽轮机501的尾气(低温饱和蒸汽)出口通过管道送入蒸汽冷凝器503中形成低温冷凝水，该蒸汽冷凝器503的冷凝水出口连接至蒸汽换热系统的低温冷凝水进口端，以提供循环水。

另一方面，该发电系统的氨气-氨水循环路径为：高压汽包301的高温气体出口通过调压阀515’连接至热泵发生器512作为驱动热源；所述发生器512的氨气出口经由一节流阀517输送至氨气轮机511，且该氨气管道同时经过一设置于该发生器外部的氨气过热器516，以便对氨气进行过热处理；氨气轮机511的低温氨气出口连接至吸收器513，该吸收器513的低浓度氨水入口通过热交换器514连接到发生器512的低浓度氨水出口，该吸收器513的低温高浓度氨水出口通过一加压泵518送至蒸汽冷凝器503加热后再经过该热交换器514连接至发生器512的高浓度氨水入口，实现氨的循环，同时实现了低品质热能、放散尾气的提升利用。

其中该发生器512中的浓氨水混合溶液在高压下经来自高压汽包301的驱动热源加热至100～120℃，使氨大量蒸发形成高压饱和氨气，经氨气过热器516进行120～150℃过热去除游离液态分子，并经节流阀517进入氨气轮机501；发生器512中氨气蒸发后的低浓度氨水溶液经热交换器514换热后回到吸收器513；而离开氨气轮机511出口的氨气在吸收器513内与来自发生器512的低浓度水溶液混合吸收再次形成高浓度氨水，高浓度氨水由泵518加压，经蒸汽冷凝器503与汽轮机501出口60～80℃末端蒸汽换热使水蒸气冷凝，并吸收水蒸气的凝结潜热，再经热交换器514与来自发生器512的低浓度氨水换热后进入发生器512，从而使得本实施例可以利用该热泵将吸收的低品质热能转化为100～120℃的较高品质热能进入下一个循环。

由图中可以看出，由汽轮机501出口排出的60～80℃末端低温饱和蒸汽经蒸汽冷凝器503冷却，将末端蒸汽冷却凝结为30～40℃的蒸馏水，且低温蒸馏水作冷却介质由液态泵307加压注入第三级蒸汽换热器203，经第三级换热器203被加热的热水进入蒸汽换热系统的循环水路；最终可在加压加热后补给到中压蓄热器用于补充发电消耗的蒸汽用水。

由于汽轮机501末端蒸汽冷凝器503使用，不仅提高了末端负压值，从而提高了汽轮机501热能-机械能转化效率，同时使原来凉水塔的开放式末端改为了内部热能回收回路，大大降低了末端热能损失。而且，在无炉渣处理的间歇，中压蓄热器内的压力会随温度降低而降低，从而影响到发电机的正常工作，如果间歇过长就可能无法保证发电机的正常工作，而氨气轮机的使用，可以保证在中压蓄热器302蒸汽压力偏低的情况下维持发电机正常工作，而且其使用的热动力源是以往被丢弃的廉价发电机尾气，因此，本实施例除比单纯汽轮机的发电量更多外，氨气轮机的使用还能够降低发电波动，提高发电质量，进一步还可以削弱无炉渣处理时的间歇对发电系统波动的影响。

由上述结构可知，本实施例中，该余热发电系统的工作过程如下：

由中压蓄热器302出来的饱和蒸汽，经蒸汽过热器520过热去除蒸汽中液态饱和水，经调压阀521向汽轮机501输送压力相对稳定的发电蒸汽，经汽轮机501将热能转化为动力带动发电机502转化为电能；汽轮机501出口排出的60～80℃末端低温饱和蒸汽经蒸汽冷凝器503冷却，将末端蒸汽冷却为30～40℃冷凝水，低温冷凝水作冷却介质由水泵307加压给第三级蒸汽换热器203，经第三级蒸汽换热器203后被加热的热水进入循环水路；在无炉渣处理的间歇期间，随着发电不断消耗大量蒸汽，中压蓄热器302内温度不断下降，此时存储在高压汽包301内的高温蒸汽经调压阀304将高压汽包301内的热能传递给中压蓄热器302，维持中压蓄热器302温度的相对稳定，且被消耗的水由低压包303的低温水经水泵309加压后经第二级蒸汽换热器202加热后供给中压蓄热器302；在高压汽包301被消耗的水由中压蓄热器302的中温水经水泵310加压并经板式换热器107加热后供给高压汽包301；吸收式热泵采用氨-水作工质，其发生器512中的氨水混合溶液在高压下经来自高压汽包301的驱动热源加热至100～120℃，使氨大量蒸发产生的氨气经120～150℃过热去除游离液态分子，经节流阀517进入氨气轮机501，将氨气产生的压力能转换为机械能，并可与汽轮机501产生的机械能合并输出给发电机502；蒸发后的低浓度氨水溶液，经热交换器514换热后回到吸收器513；离开氨气轮机511出口的氨气由于气压急剧下降吸热致使自身温度降到0～10℃，在吸收器513内与来自发生器512的低浓度水溶液混合吸收再次形成高浓度氨水；高浓度氨水由泵518加压，经蒸汽冷凝器503与汽轮机501出口的60～80℃末端蒸汽换热使水蒸气冷凝，吸收水蒸气的凝结潜热，再经热交换器514与来自发生器512的低浓度氨水换热后进入发生器512，将吸收的低品质热能转化为100～120℃的较高品质热能进入下一个循环。

该余热发电系统采用了热泵技术和汽轮机、氨气轮机联合驱动发电技术并利用多级回收、储存的炉渣余热，实现了高品质热能(汽轮机)直接发电；利用热泵吸收汽轮机尾气的低品质热能转换为可用于氨气发电的高品质能量，解决了传统汽轮机冷却塔散热热能损失大、热电转换效率低的问题；热泵还使汽轮机末端温度更低，负压值更大，使汽轮机能量转化效率更高；低的凝结水温度以及补充新水和用于冲渣水、尘灰冲洗水对尾气的换热使余热回收系统循环气体温度更低，炉渣出渣温度更低，系统综合热损失更少，大大提高了整个余热发电系统的热-电转换效率。

与上述余热发电系统相对应，本实用新型还提出一种余热发电方法，由炉渣处理过程回收的热能按不同温度等级分级储存在多级热能储存系统中；由所述热能储存系统向汽轮机输送蒸汽，汽轮机将热能转化为动力机械能，并带动发电机将机械能转化为电能；利用用氨-水作工质的吸收式热泵将所述汽轮机出口末端蒸汽的低品质热能转化为较高品质热能，并由该热能储存系统向该热泵提供高温驱动热源，使浓氨水混合溶液在高压下大量蒸发形成高压饱和氨气，驱动氨气轮机将氨气产生的压力能转换为机械能，并与汽轮机产生的机械能合并输出给发电机。为了适应本实用新型发电方法的需要，在对炉渣处理的余热回收中，将炉渣处理过程固体渣料换热系统回收的高品质热能回收至高压汽包；将炉渣处理过程中产生的蒸汽通过高、中、低温蒸汽分级换热器系统回收，并由各级蒸汽换热器将热能储存到对应温度等级的中压蓄热器和低压包。

该发电方法利用氨气轮机和吸收式热泵辅助发电，其中该吸收式热泵采用氨-水作工质，所述热泵中的浓氨水混合溶液在高压下经来自高压汽包的驱动热源加热至100～120℃，使氨大量蒸发形成高压饱和氨气，经120～150℃过热去除游离液态分子并进入氨气轮机，将氨气产生的压力能转换为机械能，与汽轮机产生的机械能合并输出给发电机；同时，所述吸收式热泵将汽轮机末端低品质尾气的热能提升为高品质可利用热能，解决了传统汽轮机用冷却塔散热热能浪费的问题。

所述中压蓄热器出来的饱和蒸汽经蒸汽过热器过热去除蒸汽中液态饱和水，并经调压阀向汽轮机输送压力相对稳定的发电过热蒸汽。

所述吸收式热泵包括发生器、吸收器、蒸汽冷凝器和热交换器，其中该发生器中的浓氨水混合溶液在高压下经来自高压汽包的驱动热源加热至100～120℃，使氨大量蒸发形成高压饱和氨气，经一氨气过热器120～150℃过热去除游离液态分子，并经节流阀进入氨气轮机；发生器中蒸发后的低浓度氨水溶液经换热器换热后回到吸收器；而离开氨气轮机出口的氨气在吸收器内与来自发生器的低浓度水溶液混合吸收再次形成高浓度氨水，高浓度氨水由水泵加压，经蒸汽冷凝器与汽轮机出口60～80℃末端蒸汽换热使水蒸气冷凝，吸收水蒸气的凝结潜热，再经换热器与来自发生器的低浓度氨水换热进入发生器，将吸收的低品质热能转化为100～120℃的较高品质热能进入下一个循环。

由汽轮机出口排出的60～80℃末端低温饱和蒸汽经蒸汽冷凝器冷却，将末端蒸汽冷却凝结为30～40℃的蒸馏水，且低温蒸馏水作冷却介质由水泵加压给第三级蒸汽换热器，经第三级换热器被加热的热水进入循环水路；再由液态加压泵补给到中压蓄热器用于补充发电消耗的蒸汽用水。

所述氨气过热器的进口与高压汽包连接，其出口端通过调压阀连接至热泵发生器的蒸气进口，且该发生器的蒸气出口连接至中压蓄热器；所述氨气过热器的出口端同时通过另一调压阀连接至中压蓄热器。

本实用新型的余热发电方法的一具体实施例中，将所述高压汽包与中压蓄热器通过一调压阀相连通，在无炉渣处理的间歇期间，随着发电不断消耗中温蒸汽，中压蓄热器内温度不断下降，此时储存在高压汽包的高温蒸汽经该调压阀将高压汽包内的热能传递给中压蓄热器，维持中压蓄热器温度相对稳定，而高压汽包被消耗的水由中压蓄热器的中温水经水泵加压并经板式换热器加热后供给高压汽包。

本实用新型是依据汽轮机发电原理，利用热泵的替代传统凉水塔末端冷却，一方面降低了汽轮机末端温度，提高了汽轮机发电效率；同时回收末端汽轮机尾气余热并提升为较高品质热能加以在利用，从而减少了热能放散，提高了热能综合利用效率；本实用新型采用如氨水为工质的热泵，在冷凝器中通过氨的加热带走汽轮机尾气余热，通过热泵提升形成的高压高温饱和氨气由氨气轮机发电，起到提高热电转换效率的目的。

如图2所示，其为本实用新型的余热发电系统及方法的应用实施例的结构及处理流程示意图。该应用实施例中，余热发电系统的主体结构可参考前述内容，此处不再赘述。进一步地，本应用实施例是将该余热发电系统与半湿法炉渣处理系统及炉渣余热回收系统相结合，具体如下：

半湿法炉渣处理系统包括炉渣缓存仓、高压气雾喷嘴(或高压水雾喷嘴，以下以高压气雾喷嘴为例进行说明)、可高速旋转的破碎装置及固体渣料传输冷却装置，所述炉渣缓存仓上部具有高温液态炉渣入口及高温气体出口，所述炉渣入口通过渣铁分离器、炉渣导向管连接至高炉出渣口；所述高压气雾喷嘴和破碎装置设置于炉渣入口的下方，高压气雾喷嘴将高压气雾喷向破碎装置方向，所述炉渣导向管的出渣嘴将炉渣垂直导入到炉渣缓存仓的破碎装置的上方，所述固体渣料传输冷却装置位于该破碎装置的下方，用于传输该固体渣料，并在该固体渣料的传输过程中进一步对所述固体渣料进行冷却降温。

较佳的，该半湿法炉渣处理系统是利用按一定比例的气-水混合形成的高压气雾冷却高炉液态炉渣，并利用破碎装置对炉渣进行机械破碎，处理成用于制造水泥的原料。

本实用新型的半湿法炉渣处理系统适用于高炉炼铁生产过程，将高温炽热的液态炉渣通过降温冷却处理成可用于制造水泥的原料，并将炉渣冷却过程产生的热量回收储存为可利用的形式。

具体地，结合图1所示，半湿法炉渣处理系统100主要包含：液态炉渣101、渣铁分离器102、炉渣导向管103、炉渣缓存仓104、高压气雾喷嘴105、破碎装置106等。

高炉出渣口流出的1400～1500℃炽热的液态炉渣101先经渣铁分离器102实现渣铁分离，然后经炉渣导向管103使液态渣按一定形状、分布、方向导入到炉渣缓存仓104。本实施例中，所述炉渣导向管103的出渣嘴呈扁平形状且沿破碎装置轴向分布，以将炉渣垂直导入炉渣缓存仓104，由于本实施例的破碎装置106包括两个破碎轮组，因此，该出渣嘴可沿破碎轮组的轴向将炉渣分布到破碎装置106上，且高压气雾喷嘴105将高压气雾喷向破碎装置方向。

如图1所示，本实施例的固体渣料传输冷却装置包括板式换热器107、绞龙换热输送器108、流化床换热器109，其中，所述板式换热器107装设于所述炉渣缓存仓104的中下部，位于所述破碎装置106的下方，所述绞龙换热输送器108的进料端设于该板式换热器107的底部，且其出料端接设该流化床换热器109，流化床换热器109的出口外设置运渣设备。破碎后的固体渣料落入板式换热器107间，并在重力以及底部绞龙输送换热器108旋转传输带动的联合作用下不断下移，且在下移过程中通过与板式换热器107的接触换热而降温并将热量传给板式换热器107中的循环水，同时还与板式换热器周围渣料缝隙间的气体换热；而所述绞龙换热输送器108、流化床换热器109则利用反方向通入的低温空气进行换热降温。由于该板式换热器107、绞龙换热输送器108及流化床换热器109的具体结构及设置方式可参照现有技术来实施，因此，此处不再赘述。

该炉渣缓存仓104顶部的高温气体出口上方设有尘灰冲洗喷嘴114，用于清理过热器上的浮灰；该炉渣缓存仓104的底部为篦水器111，该篦水器111的出水口可通过管道通向沉淀式储水池，储水池112的水经过沉淀过滤后可循环使用，给高压气雾喷嘴105和尘灰冲洗水管道113供水。

在该半湿法炉渣处理系统中，高温液态炉渣101通过渣铁分离器102实现炉渣的渣铁分离；炉渣导向管103将液态炉渣1按照一定形状、分布、方向导入到炉渣缓存仓104(可同时作为蒸汽回收仓)；高压气雾喷嘴105将高压水指向破碎装置方向，冲击液态炉渣101使其初步破碎、降温冷却至半凝固状态；高速旋转的换向破碎装置对落下的半固态渣进一步破碎，同时破碎装置上的喷水结构进一步对其降温冷却至满足后续风冷所需的条件，包括均匀的粒度、不粘连的温度、较好的透气性和散料流动性，本实用新型的一具体实施例中，所述炉渣被所述破碎装置上的喷水结构破碎、降温冷却至粒度1～8mm、温度600～700℃；该固态颗粒经板式换热器107、输送绞龙换热器108、流化床换热器109进一步降温冷却至50～80℃或以下，再由出渣车110传输至水泥加工厂。

如图2所示，本实用新型的该具体应用实施例中，蒸汽换热系统可以为高、中、低温分级换热系统，其包括串联的三级蒸汽换热器：第一级蒸汽换热器201、第二级蒸汽换热器202及第三级蒸汽换热器203，各级换热器由两个回路组成：外部提供热能的介质(炉渣处理系统产生的高温混合气体)组成第一回路；内部用来利用回收热能的介质(本实施例采用水作该介质)组成第二回路。如图所示，所述三级蒸汽换热器中，各蒸汽换热器均包括壳体及设置于该壳体内的换热管，第一级蒸汽换热器201的换热管高温端出口连接至中压蓄热器302，第二级蒸汽换热器202的高温端出口连接至低压包303，第三级蒸汽换热器203包括两组换热管，其中图示上方的一组换热管是以来自发电汽轮机冷凝下来的蒸馏水作水源，其高温端出口可直接接入换热器的循环水路；第三级蒸汽换热器203下方的另一组换热管用于补充新冷水，其高温端出口先连接到除氧器306再接入低压包303，进入各级蒸汽换热器的循环水路。

所述炉渣处理系统100中产生的高温混合气体从炉渣缓存仓104上部的蒸汽回收仓经蒸汽输送管道顺序进入各级蒸汽换热器201、202、203，并与对应的各级换热管进行热量交换，使得各蒸汽换热器的第一回路中的介质(混合气体)温度降低，第二回路中的介质(换热管内部的水)温度升高，然后，由各级蒸汽换热器的换热管的高温端出口将回收的热能储存到对应温度等级的储热装置(参见下文)。

多级热能储存系统包括高压汽包301、中压蓄热器302及低压包303三级储热装置，且前述各储热装置中，高压汽包能够向中压蓄热器补给所需热量，使中压蓄热器中的温度相对更稳定；同时，相对低一级的储热装置通过高一级别的换热装置向高一级别的储热装置补给水。图2中，高压汽包301通过调压阀304连接到中压蓄热器302；在无炉渣处理的间歇，随着发电消耗大量蒸汽，中压蓄热器302内温度不断下降，此时储存在高压汽包301的高温蒸汽可经调压阀304将高压汽包301内的热能传递给中压蓄热器302，以稳定中压蓄热器302内的温度；当高压汽包301消耗的水达到某临界值时，中压蓄热器301的中温水经液态泵312加压后与高压汽包301的底部的液态水经射流器310混合并经板式换热器107加热后供给高压汽包301；低温冷凝水由液态泵307加压给第三级蒸汽换热器203，并由第三级蒸汽换热器203加热后与低压包303底部的液态水经由射流器308混合并经第二级蒸汽换热器202加热后再补给到低压包303，进入换热器的循环水管路，同时，低压包303下部温度较低的液态水可由液态泵311加压后与中压蓄热器302底部的液态水经射流器309混合进入第一级蒸汽换热器201加热后再补给到中压蓄热器302，以补充发电消耗的蒸汽用水；另外，中压蓄热器302通过调压阀305、除氧器306连接到低压包303，新补冷软水经过第三级蒸汽换热器203换热并经除氧器306除氧后注入低压包303，使低压包303集蓄热、新水补给、除氧功能于一体。

其中，射流器308的第一进口端、第二进口端分别连接至第三级蒸汽换热器203的上部冷凝水换热管的高温端出口及低压包底部出水口，其出口端连接第二级蒸汽换热器202的换热管低温端入口；且射流器309的第一进口端、第二进口端分别连接至低压包303底部出水口及中压蓄热器302的底部出水口，其出口端连接第一级蒸汽换热器201的换热管低温端入口；射流器310的第一进口端、第二进口端分别连接至中压蓄热器302底部出水口及高压汽包301的底部出水口，其出口端连接板式换热器107的换热管低温端入口，具体请参见附图。

另一方面，所述固体渣料换热系统是在固体渣料的传输过程中对所述固体渣料进行换热冷却。本实施例中，该固体渣料换热系统包括板式换热器107及基于前述固体渣料传输冷却装置而形成的空气换热系统。炉渣缓存仓104的高温炉渣首先与板式换热器107进行接触式换热，将固体渣料冷却换热的热能由板式换热器107转化为高温热能储存到作为高温储热装置的高压汽包301。结合所述炉渣处理系统可知，本实用新型的该具体实施例中，所述固体渣料换热系统还包括在该炉渣缓存仓及所述固体渣料传输冷却装置中形成的空气换热系统，具体如下：

本实用新型的实施例中，所述蒸汽换热系统的最后一级蒸汽换热器(本实施例为第三级蒸汽换热器203)的尾气出口与所述流化床换热器109的进风口之间设有循环风机205，在所述蒸汽换热系统和固体渣料换热系统间形成气体循环通路，采用循环风机205提供循环空气作为冷却介质与炉渣缓存仓104(含板式换热器107间隙中的炉渣)、绞龙换热输送器108、流化床换热器109内的炉渣进行换热，被加热的空气和水蒸汽混合后进入蒸汽换热系统。为了避免蒸汽换热回收通路中的压力过高，在循环风机205的上游侧可设有一定压风机204，具体设置方式可参考现有技术，此处不再赘述。

炉渣处理过程中产生的高温混合气体受循环风机205抽力作用，由炉渣缓存仓104顶部的蒸汽回收仓经第一级蒸汽换热器201时将高温热能传给中压蓄热器302(中压汽包)以200～250℃高温热能形式储存起来，从第一级蒸汽换热器201出来的尾气再经第二级蒸汽换热器202将热能传给低压包303并以90～120℃低温热能形式储存起来，从第二级蒸汽换热器202出来的尾气蒸汽经第三级蒸汽换热器203将热能传给低压包303与其内的90～120℃水混合，亦以低温热能形式储存起来。

为了使进入流化床换热器109内的循环空气的温度更低，从而使输出的炉渣温度更低，本实施例中，所述循环风机205和流化床换热器109间还设有尾气换热器206，该尾气换热器206的换热管的低温进水口经一过滤器207连接至沉淀式储水池112，以将经过加热后的水提供至尘灰冲洗管道。高温混合气体经前述三级换热后可使尾气温度达到≤50℃，再由循环风机加压，进一步与尾气换热器206换热，将热能传给冲渣水和尘灰冲洗用水；低温尾气再作为冷却介质在流化床换热器与炉渣换热，可使得炉渣出渣温度降到最低(50～80℃)，而被流化床换热器109加热了的尾气再经绞龙换热输送器108、板式换热器107时与固态炉渣换热，并升温转化为蒸汽和空气的高温混合气(简称高温混合气体)，经炉渣缓存仓104进入下一个循环。

结合前述炉渣处理系统可知，本实用新型的该余热回收系统的工作原理如下：

1400～1500℃高温炽热的液态炉渣经导向管后按照一定形状、方向导入到蒸汽回收仓；用指向破碎装置的高压气雾(本实施例为雾状的气水混合体)喷冲液态炉渣使其降温、初步换热冷却至900～1100℃；再由一对高速旋转的换向破碎装置对炉渣破碎过程进一步喷水换热降温至600～700℃；在高温炉渣降温、凝固、冷却换热过程中，高压气雾中的水被蒸发汽化并与管路内的空气形成300～400℃高温混合气体；高温混合气体受循环风机抽力作用，由蒸汽回收仓经第一级蒸汽换热器时将高温热能传给中压蓄热器，并以200～250℃高温热能形式储存起来；出第一级蒸汽换热器的尾气经第二级蒸汽换热器将热能传给低压包，并以90～120℃低温热能形式储存起来；出第二级蒸汽换热器的尾气蒸汽经第三级蒸汽换热器将热能传给低压包，并与90～120℃水混合，亦以低温热能形式储存起来；尾气经循环风机加压，进一步与尾气换热器换热使尾气温度达到最低，同时用吸收的余热加热冲渣水和换热器尘灰冲洗用水；尾气再作为冷却介质进一步在流化床换热器内与固态炉渣换热，尾气再次被加热，同时使炉渣出渣温度降到最低；被流化床换热器加热了的气体，再经输送绞龙换热器、板式换热器时与固体渣料换热并升温转化为300～400℃高温空气，进入蒸汽回收仓与水蒸气混合进入下一个循环；600～700℃的高温固体炉渣在板式换热器间通过换热将热能传递给板式换热器中的介质水，将炉渣热能由板式换热器转化为高温热能以300～400℃高温饱和水形式储存到高压汽包，除此之外，循环空气经过板式换热器时也能够与其间的高温固体炉渣进行换热，进一步加热循环空气；高温混合气体中的水蒸汽经蒸汽三级换热器冷凝形成的冷凝水以及由尘灰冲洗水冲洗下来的污水，经除尘回流管道进入储水池沉淀，经过滤器过滤后进入下一轮循环。

由于该炉渣余热回收系统采用了高、中、低温分级换热器系统把对应的不同品质热能在高、中、低温储热包中分级储存，使中压蓄热器的高品质热能能够直接提供给气轮机用于发电；高压汽包与中压蓄热器的配合，使无炉渣处理时的热量能够由高压汽包向中压蓄热器补给，使中压蓄热器实现了中压发电与蓄热于一体，保证了中压蓄热器温度的相对更稳定，配合汽轮机调压阀的使用使汽轮机工作更稳定；低压包、除氧器的配合使用，使低压包集蓄热、新水补给除氧于一体；使系统部件功能更强、结构更简单。

本应用实施例的余热发电系统及方法可参照前述具体实施例的描述。由炉渣处理过程中的高温混合气体回收的热能按不同的温度等级分级储存在所述多级热能储存系统中，该发电系统是利用多级热能储存系统中分级储存的热能进行发电，该发电系统包括发电机、汽轮机、氨气轮机和吸收式热泵，所述多级热能储存系统向汽轮机输送蒸汽，汽轮机将热能转化为动力机械能，并带动发电机将机械能转化为电能；该吸收式热泵采用氨-水作工质，将所述汽轮机出口末端蒸汽的低品质热能转化为较高品质热能，并由所述热能储存系统为所述热泵提供高品质驱动热源，使浓氨水混合溶液在高压下大量蒸发形成高压饱和氨气，驱动氨气轮机以将氨气产生的压力能转换为机械能，与汽轮机产生的机械能合并输出给发电机。

如图2所示，较佳地，中压蓄热器302与汽轮机501间设有蒸汽过热器520和调压阀521，该蒸汽过热器520设置于炉渣处理的蒸汽回收仓104的顶部，所述中压蓄热器302出来的饱和蒸汽经蒸汽过热器520过热去除蒸汽中液态饱和水，并经调压阀521向汽轮机输送压力相对稳定的发电过热蒸汽。

此外，所述高压汽包301与中压蓄热器302通过一调压阀304相连通，在无炉渣处理的间歇期间，随着发电不断消耗中温蒸汽，中压蓄热器302内温度不断下降，此时储存在高压汽包301的高温蒸汽经该调压阀304将高压汽包301内的热能传递给中压蓄热器302，维持中压蓄热器302温度相对稳定，而高压汽包301被消耗的水也可由中压蓄热器302的中温水经液态泵310加压后再经板式换热器107加热供给高压汽包301。

如图所示，吸收式热泵包括发生器512、吸收器513、蒸汽冷凝器503和热交换器514，该发生器512以高压汽包301的高温蒸汽作为驱动热源，且一氨气过热器516的进口与该高压汽包301连接，其出口端通过一调压阀515’连接至热泵发生器512的蒸气进口，且该发生器512的蒸气出口连接至中压蓄热器302；本实施例在所述氨气过热器516的出口端还通过另一调压阀515连接至中压蓄热器302，以便在氨气过热器516过热氨气的同时，便于灵活调节过热与驱动用热量的比例。

一方面，本发电系统中的蒸汽-水的循环路径为：所述中压蓄热器302的高温气体出口通过蒸汽过热器520、调压阀521连接到汽轮机501，该汽轮机501的尾气(低温饱和蒸汽)出口通过管道送入蒸汽冷凝器503中形成低温冷凝水，该蒸汽冷凝器503的冷凝水出口连接至蒸汽换热系统的低温冷凝水进口端，以提供循环水。

另一方面，该发电系统的氨气-氨水循环路径为：高压汽包301的高温气体出口通过调压阀515’连接至热泵发生器512作为驱动热源；所述发生器512的氨气出口经由一节流阀517输送至氨气轮机511，且该氨气管道同时经过一设置于该发生器外部的氨气过热器516，以便对氨气进行过热处理；氨气轮机511的低温氨气出口连接至吸收器513，该吸收器513的低浓度氨水入口通过热交换器514连接到发生器512的低浓度氨水出口，该吸收器513的低温高浓度氨水出口通过一加压泵518送至蒸汽冷凝器503加热后再经过该热交换器514连接至发生器512的高浓度氨水入口，实现氨的循环，同时实现了低品质热能、放散尾气的提升利用。

其中该发生器512中的浓氨水混合溶液在高压下经来自高压汽包301的驱动热源加热至100～120℃，使氨大量蒸发形成高压饱和氨气，经氨气过热器516进行120～150℃过热去除游离液态分子，并经节流阀517进入氨气轮机501；发生器512中氨气蒸发后的低浓度氨水溶液经热交换器514换热后回到吸收器513；而离开氨气轮机511出口的氨气在吸收器513内与来自发生器512的低浓度水溶液混合吸收再次形成高浓度氨水，高浓度氨水由泵518加压，经蒸汽冷凝器503与汽轮机501出口60～80℃末端蒸汽换热使水蒸气冷凝，并吸收水蒸气的凝结潜热，再经热交换器514与来自发生器512的低浓度氨水换热后进入发生器512，从而使得本实施例可以利用该热泵将吸收的低品质热能转化为100～120℃的较高品质热能进入下一个循环。

由图中可以看出，由汽轮机501出口排出的60～80℃末端低温饱和蒸汽经蒸汽冷凝器503冷却，将末端蒸汽冷却凝结为30～40℃的蒸馏水，且低温蒸馏水作冷却介质由液态泵307加压注入第三级蒸汽换热器203，经第三级换热器203被加热的热水进入蒸汽换热系统的循环水路；最终可在加压加热后补给到中压蓄热器用于补充发电消耗的蒸汽用水。

虽然本实用新型已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本实用新型，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。而且需要说明的是，本实用新型的各组成部分及各方法步骤并不仅限于上述整体应用，而是可根据实际需要与其它现有技术进行结合，因此，本实用新型理所当然地涵盖了与本案实用新型点有关的其它组合及具体应用。

Claims (8)

1.一种余热发电系统，其特征在于，该发电系统包括发电机、汽轮机、氨气轮机和采用氨-水作工质的吸收式热泵，热能储存系统中的热能通过汽轮机转化为动力机械能，并带动发电机转动；所述氨气轮机能够带动所述发电机转动地设置，所述氨气轮机的动力源为由该吸收式热泵提供的高压过热氨气，该热泵与所述汽轮机尾气出口相连，且其驱动热源来自于所述热能储存系统。

2.如权利要求1所述的余热发电系统，其特征在于，该热能储存系统至少包括高压汽包及中压蓄热器，所述中压蓄热器向汽轮机输送蒸汽；所述高压汽包提供加热浓氨水混合溶液的驱动热源。

3.如权利要求2所述的余热发电系统，其特征在于，所述吸收式热泵包括发生器、吸收器、蒸汽冷凝器和热交换器，其中该发生器中的驱动热源来自多级热能储存系统，氨气轮机的低温氨气出口连接至吸收器，该吸收器的低浓度氨水入口通过热交换器连接到发生器的低浓度氨水出口，该吸收器的低温高浓度氨水出口通过一加压泵连接至蒸汽冷凝器，该蒸汽冷凝器的高温氨水出口经过该热交换器连接至发生器的高浓度氨水入口，发生器的氨气出口管道经一氨气过热器、并经节流阀连接至氨气轮机。

4.如权利要求2所述的余热发电系统，其特征在于，所述中压蓄热器与汽轮机间设有蒸汽过热器和第一调压阀。

5.如权利要求4所述的余热发电系统，其特征在于，所述氨气过热器的进口与高压汽包连接，其出口端通过第二调压阀连接至热泵发生器的蒸气进口，且该发生器的蒸气出口连接至中压蓄热器；所述氨气过热器的出口端同时通过第三调压阀连接至中压蓄热器。

6.如权利要求2所述的余热发电系统，其特征在于，所述高压汽包上部与中压蓄热器上部经蒸汽管道及管道上的第四调压阀相连通，中压蓄热器底部经水泵、板式换热器与高压汽包相连。

7.如权利要求2所述的余热发电系统，其特征在于，所述多级热能储存系统还包括低压包；固体渣料换热系统的高品质热能回收装置与高压汽包相连；对炉渣处理过程中产生的蒸汽进行换热回收的高、中、低温蒸汽换热器连接到对应温度等级的中压蓄热器和低压包。

8.如权利要求7所述的余热发电系统，其特征在于，汽轮机尾气出口与蒸汽冷凝器相连，且蒸汽冷凝器的低温蒸馏水出口连接至低温蒸汽换热器。

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