技术领域
[0001] 本
发明涉及
钢铁冶金过程的炉渣处理以及余热
回收利用领域；尤其是指一种涉及 半湿法炉渣处理、炉渣余热回收存储、余热发电的半湿法炉渣处理余热回收发电系统及方 法。
背景技术
[0002] 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，全球以每年数亿吨的数量产出，其带走的
热能折合标准
煤约2000多万 吨，折合人民币150多亿元，为了有效消耗这部分炉渣，变废为宝，前人已做了大量工作。 [0003] 其中使用最多的
水法处理，是将炉渣通过水淬制造
水泥用原料，从而解决了炉渣 去向问题，然而，水淬方法每年需要数倍于产渣量的水用于炉渣处理，从而造成了资源的极 端浪费以及水资源的污染。另外，水法将1400〜150(TC的高温炉渣冷却到50〜9(TC的渣 水混合物的同时，产生大量
蒸汽及有害气体进入大气，不仅恶化了工作环境，而且，本来品 质较高的高温炉渣热源变为了利用价值极低的50〜9(TC热水，造成
能量极度浪费，同时用 水淬炉渣制作水泥的过程中，还需要对水渣进行沉淀去水、离心脱湿、炉窑烘干等，不仅要 提供所需的
水处理场地，而且给后续工序带来了很大负担。
[0004] 近年来，人们为了利用炉渣带走的热能，北方寒冷地区采用水渣产生的热水取暖、 南方采用热水夏季制冷等；但是，这些方法都存在着使用的局限性，而且综合利用效率仍然 极低。
[0005] 另有一种完全不用水的干式处理方法，其是利用液态渣
风冷直接
造粒或采用机械 旋转加风冷造粒，回收冷却气体带出的热能。这种干式处理方法的不足之处包括：一方面单 纯采用风冷造粒方法时，如风速过高则极易将液态渣吹成丝絮状，如风速低则不足以带走 大量的热能，将造成炉渣的再次粘连，增加了制粒生产的不稳定因素。此外，冷却强度不足， 处理的炉渣产品玻璃体含量低、活性差，将会降低制造水泥的
质量级别。
[0006] 传统热能回收系统，通常采用一组热能存储装置，将高品质的热能回收为中或低 品质热能存储起来。当存储为中品质热能时会造成末端大量低品质热能不能回收而放散浪 费；存储为低品质热能时解决了末端放散浪费，但增大了低品质热能利用的难度和成本。 [0007] 而对于余热发电系统，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。
[0008] 综上所述，传统炉渣处理方法存在着水资源浪费、热能回收效率低、生产
稳定性 差、产品品质低等不足；传统热能回收系统回收热能品质差利用价值低、利用效率低、浪费 大；传统汽轮机余热发电系统末端热能浪费严重，热_电转换效率极低。发明内容
[0009] 本发明要解决的技术问题是：提供一种半湿法炉渣处理余热回收发电系统及方 法，其能够改善或克服上述
现有技术的一种或多种
缺陷。
[0010] 本发明的技术解决方案是：一种半湿法炉渣处理余热回收发电系统，其特征在于， 该系统包括炉渣处理系统、余热回收系统及余热发电系统，其中，该炉渣处理系统为半湿法 炉渣处理系统，该半湿法炉渣处理系统利用高压气雾冲击和冷却高炉液态炉渣，并利用破 碎装置对炉渣进一步机械
破碎，处理成用于制造水泥的原料；所述余热回收系统对所述半 湿法炉渣处理系统的余热进行回收并储存至热能储存系统；所述余热发电系统将热能储存 系统中的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。 [0011] 本发明还提出一种半湿法炉渣处理余热回收发电方法，其包括： [0012] 造粒：对高温液态炉渣进行降温、破碎成所需固体颗粒；
[0013] 冷却：在利用固体渣料传输冷却装置传输固体颗粒的过程中对固体颗粒进行降 温；
[0014] 回收：利用余热回收系统回收炉渣处理过程产生的热能，并储存至热能储存系 统；
[0015] 发电：将储存在热能储存系统的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。
[0016] 本发明为本
发明人依据多年从事炉渣处理、余热回收、余热发电等方面的研究经 验提出的一种不降低炉渣副产品品质、回收余热品质好、效率高、热_电转换效率高的新结 构和新方法，其采用半湿法炉渣处理新方法、余热分级回收、存储新构思和无
冷却塔的蒸汽 轮机与
热泵余热
氨气轮机双驱动发电系统，构成了崭新的半湿法炉渣处理、余热回收、余热 发电整体构思，达到了炉渣处理质量好、热能回收效率高、热电转换率高、热能综合排放少 的目的。其具有的特点和优点如下：
[0017] 1、由于本发明采用半湿法炉渣处理方法，其仅使用少量的高压气雾（或水雾）加 破碎装置机械破碎相结合，与纯湿法（水法）相比用水量更少；与干法相比炉渣冷却强度 高，炉渣颗粒内外冷却均匀、作为水泥原料所需的玻璃体含量高、活性质量更好。 [0018] 2、破碎装置的
轮齿采用弧形锥状体，在自身
离心力作用下有自动脱渣能力，粘性 的炉渣一旦粘附在轮齿上时靠自脱模作用实现了自脱渣；中空水冷及
齿面喷水功能第一有 防止炉渣粘附作用，其二水冷作用有降低轮齿
温度提高机械零件寿命的作用，其三从齿面 喷出的高压水起到对炉渣边破碎边冷却作用，有防止炉渣颗粒再粘连作用；破碎轮采用耐 热、耐磨金属材料可以抵御高温磨损的恶劣环境；破碎轮组采用多个破碎轮组合结构，易拆 易更换，维护检修方便，维修成本低；破碎装置采用两轮组上下错开设置，更有利于接受气 雾初冷后的炉渣进入破碎装置，同时经破碎的炉渣能够按要求的抛出方向堆放；两轮组轮 齿错开结构避免了未经破碎的液态炉渣落入炉渣缓存仓，防止渣料堵塞；破碎后的炉渣颗 粒经板式、输送绞龙、
流化床换热器三级换热被冷却的同时，还使风机鼓入的循环气体被加 热；加上尾气换热器、热泵的使用，使进入流化床换热器内的循环气体温度降得很低，保证 了更低的出渣温度，使炉渣带走的热能损失更少；同时炉渣靠自身温度和被凝结去除了水 分的循环空气
对流，使炉渣的
含水量很低，大大降低了下游制作水泥时去湿和干燥
费用。 [0019] 3、由于本发明的余热回收系统，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、低温储热包中分级存储，使中温汽包的较高品质热能能够直接用于发 电；高温包与中温包的配合，使无炉渣处理时的热量由高温包向中温包补给成为可能，使中 温包实现了中压发电与蓄热于一体，保证了中压包温度的相对更稳定，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。
[0020] 4、由于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，实 现了高品质热能直接发电（汽轮机）；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。
附图说明
[0021] 图1为本发明的半湿法炉渣处理余热回收发电系统的结构及处理方法流程示意 图。
[0022] 图2为图1中该具体
实施例中所采用的两个破碎轮组的结构示意图。 [0023] 图2A、图2B为图2中该两个破碎轮组配合组装剖面示意图。 [0024] 图2C为图2中一破碎轮组的三维示意剖面图。
[0025] 图2D为图2中一破碎轮组的三维示意图。
[0026] 图2E为图2中一破碎轮组的装配过程三维示意图。
[0027] 图2F为图2中一破碎轮组的剖面组装图。
[0028] 附图标号说明：
[0029] 100、炉渣处理系统 300、余热回收系统 500、余热发电系统
[0030] 101、液态炉渣 102、渣铁分离器 103、炉渣
导向管[0031] 104、炉渣缓存仓（蒸汽回收仓） 105、高压气雾
喷嘴[0032] 106、破碎装置 107、
板式换热器 108、绞龙换热输送器
[0033] 109、流化床换热器 110、出渣车 111、篦水器
[0034] 112、储水池 113、尘灰冲洗水管道 114、尘灰冲洗喷嘴
[0035] 116、破碎轮组 H6i、
垫圈 1162、
锁紧
螺母[0036] 1163、键 117、轴 118、破碎轮
[0037] H80、
轮毂 H8i、轮齿 1182、喷水孔
[0038] H83、空腔 H88、通孔 1189、透孔
[0039] 201、第一级换热器 202、第二级换热器 203、第三级换热器
[0040] 204、定压风机 205、循环风机 206、尾气换热器
[0041] 207、
过滤器 301、高压汽包 302、中压
蓄热器[0042] 303、低压包 304、调压阀 305、调压阀
[0043] 306、除氧器 307、311、312、液态泵 308〜310、射流器
[0044] 1171、径向透孔 501、汽轮机 8[0045] 502、发电机
[0046] 512、发生器
[0047] 515、515，、调压阀
[0048] 518、泵503、蒸汽
冷凝器 513、吸收器 516、氨气
过热器 520、蒸汽
过热器511、氨气轮机 514、
热交换器 517、
节流阀 521、调压阀
具体实施方式
[0049] 本发明提出一种半湿法炉渣处理余热回收发电系统，该系统包括半湿法炉渣处理 系统、余热回收系统及余热发电系统，其中，该半湿法炉渣处理系统利用高压水雾或气雾 (以下以高压气雾为例进行说明）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；所述余热回收系统对所述半湿法炉渣处理过程中产生的 余热进行回收并储存至热能储存系统；所述余热发电系统将热能储存系统中的热能转化为 动力机械能，并带动发电机将机械能转化为电能。
[0050] 图1为本发明的半湿法炉渣处理余热回收发电系统的一具体实施例的结构及处理方法流程示意图，下面结合图1对本发明的各组成部分进行详细说明。
[0051] 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。
[0052] 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。
[0053] 本发明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。
[0054] 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。 [0055] 高炉出渣口流出的1400〜150(TC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116，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。
[0056] 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
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。
[0057] 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lll，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。
[0058] 本实施例中，所述破碎装置包括两个破碎轮组116，且两破碎轮组轴线平行、但上下错开，且二者中心连线与水平面具有夹
角，该夹角优选为45。。如图2F所示，所述破碎轮组116包括轴117及其上间隔装设的一个以上的破碎轮118，所述破碎轮118包括轮毂1180和多个轮齿1181。如图2、图2A、图2B所示，两破碎轮组116的轮数可以不等，较佳地，两破碎轮组116的轮数差为l，且其中一破碎轮组的各轮齿相对另一破碎轮组的各轮齿轴向错开0.5倍
轮距长度，亦即其中一组轮齿轴向错开在另一组轮齿的相邻两齿中心线延长线上，如图2A所示，两个破碎轮组相互为非接触式换向
啮合。
[0059] 为了使得破碎轮本身具有冷却通水作用，较佳地，本发明的一具体实施例中，如图2至图2F所示，各破碎轮118的轮齿面上具有多个喷水孔1182，所述轴117为空心结构，其一端封闭，另一端与外部高压水源（图中未示出）旋转密封连通，所述空心的轴117、轮毂1180、轮齿1181内形成有水流通道与轮齿面上所设的多个喷水孔1182相通。[0060] 参考所述，所述破碎轮118也可采用空心结构，较佳地，该破碎轮由耐热、耐磨金属材料制成，其具体结构为：轮齿1181为内部具有空腔1183的弧形锥状轮齿，如图2C所示，其两弧形齿面分别设有与内部空腔1183联通的喷水孔1182，轮齿1181与轮毂1180
铸造为一体，轮毂1180设有中
心轴向通孔1188，且设有与轮齿118内部空腔1183相联通的径向透孔1189，同时，请参阅图2A，空心轴117在对应各轮毂透孔1189的部位具有径向透孔1171，该径向透孔1171与轮毂1180的透孔1189、轮齿1181内空腔1183及轮齿面喷水孔1182联通，形成水流通道；轮毂1180两端面分别为公母止口相配合，止口间由耐高温的密封垫圈1161密封，破碎轮组116两端由锁紧螺母1162固，空心轴117上设有
键槽，键1163设于该键槽而将破碎轮118锁住。
[0061] 该破碎轮组116的装配步骤为：首先，将制备好的空心轴117放在装配平台的装配架子上，安装键1163到空心轴117的键槽，然后从左或右安装中部任一个破碎轮118 (如3#或4#)，使轮毂的径向透孔1189与对应轴117上的径向透孔1171对齐，安装密封垫圈1161到轮毂1180的止口内，安装相邻的另一个破碎轮118，然后依次左边一个、右边一个直到六个破碎轮全部安装到位，最后安装两侧
密封圈1161，锁紧两侧锁紧螺母1162即组装完毕。当然上述只是组装方法的一种，也可以采用如垂直摆放、垂直组装等，这里不再一一介绍。[0062] 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，同时破碎轮116上的喷水孔1182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，本发明的一具体实施例中，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°C ;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50〜8(TC或以下，再由出渣车110传输至水泥加工厂。
[0063] 本发明的该实施例中，余热回收系统300包括：炉渣处理系统内形成的固体渣料换热系统、对炉渣处理系统的高温混合气体的热能进行分级回收的蒸汽换热系统及多级热能储存系统。较佳的，所述固体渣料换热系统是基于前述固体渣料传输冷却装置而形成的，以便在固体渣料传输过程中对所述固体渣料进行换热冷却；所述蒸汽换热系统包括两级以上的蒸汽换热装置，所述多级热能储存系统将前述固体渣料换热系统及蒸汽换热系统所回收蒸汽的热能按照不同温度进行分级储存。
[0064] 如图l所示，本发明的该具体实施例中，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。
[0065] 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）。
[0066] 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1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射流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。
[0067] 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。
[0068] 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，本发明的该具体实施例中，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：
[0069] 本发明的实施例中，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。
[0070] 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200〜25(TC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90〜12(TC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90〜12(TC水混合，亦以低温热能形式储存起来。
[0071] 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°C，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°C )，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。
[0072] 结合前述炉渣处理系统可知，本发明的该余热回收系统的工作原理如下： [0073] 1400〜150(TC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〜IIO(TC ;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°C ;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300〜40(TC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 200〜25(TC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90〜12(TC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90〜12(TC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°C 高温空气，进入蒸汽回收仓与水蒸气混合进入下一个循环；600〜70(TC的高温固体炉渣在 板式换热器间与换热管进行接触换热，将炉渣热能由板式换热器转化为高温热能以300〜 40(TC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。
[0074] 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。
[0075] 本发明的该较佳实施例中，炉渣余热发电系统500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，炉渣处 理过程中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，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。
[0076] 本发明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，而尾气温度的降低，有利于降低渣料出口温度，并具有减少能量排放功效。 [0077] 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。
[0078] 如图1所示并结合前述内容，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。
[0079] 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。
[0080] 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°C ，使氨大量 蒸发形成高压饱和氨气，经120〜15(TC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。 [0081] 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。
[0082] 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。 [0083] 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，本发明的多级储热装置并不限于三级，而且，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，另一方面，可以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。
[0084] —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。
[0085] 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。
[0086] 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°C ，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°C 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 60〜8(TC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°C 的较高品质热能进入下一个循环。
[0087] 由图中可以看出，由汽轮机501出口排出的60〜8(TC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30〜4(TC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。 [0088] 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。
[0089] 由上述结构可知，本实施例中，该炉渣余热发电系统的工作过程如下： [0090] 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60〜8(TC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30〜4(TC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。C，使氨大量蒸发产生的氨气经120〜150°C 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〜l(TC，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 60〜8(TC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°C 的较高品质热能进入下一个循环。
[0091] 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。
[0092] 前文详细介绍了本发明的半湿法炉渣处理余热回收发电系统的结构，除此之外， 本发明还提出 一种半湿法炉渣处理余热回收发电方法，其包括： [0093] 造粒：对高温液态炉渣进行降温、破碎成所需固体颗粒； [0094] 冷却：利用固体渣料换热系统对前述固体颗粒进行降温；
[0095] 回收：利用余热回收系统对炉渣处理过程中产生的热能进行回收并储存至热能储 存系统；
[0096] 发电：将热能储存系统的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。
[0097] 结合前述对于结构及其工作过程的描述可知，较佳地，所述造粒步骤中，是先利用 高压气雾对下落过程中的高温液态炉渣进行冲击，使其初步破碎、降温冷却至半凝固状态， 然后利用高速旋转的破碎装置对落下的炉渣进行破碎，同时该破碎装置利用其上设置的喷 水结构对炉渣进一步喷水冷却。
[0098] 较佳地，所述冷却步骤中，所述经造粒形成的固态颗粒被抛落在炉渣缓存仓中、下部并经过多级固体渣料传输冷却装置降温后运出，首先经过炉渣缓存仓下部的板式换热器
接触换热降温，然后由板式换热器底部的绞龙换热输送器输送至流化床换热器及至运渣设
备的过程中，在该绞龙换热输送器及流化床换热器内部进行空气换热降温处理。
[0099] 较佳地，所述回收步骤中，可对高温液态炉渣降温、造粒、冷却各步骤或任意步骤中产生的热量进行换热回收。具体地，余热回收系统可以包括固体渣料换热系统和蒸汽换
热系统，所述回收步骤包括：利用所述固体渣料换热系统对固体渣料传输冷却装置中传输
的固体渣料的热能进行换热回收，利用所述蒸汽回收系统对炉渣处理过程产生的高温混合
气体的热能进行换热回收。
[0100] 进一步地，在对炉渣处理过程产生的高温混合气体的热能进行换热回收时，是利 用多级蒸汽换热系统对所产生蒸汽进行多级换热回收，并利用多级储热装置将所回收的热能按照不同温度等级进行多级储存，例如，所述炉渣缓存仓的高温气体经输送管道顺序进 入高、中、低温分级换热器系统，且再由各级蒸汽换热器将回收的热能储存到对应温度等级 的各级储热装置。
[0101] 较佳地，在该固体渣料传输冷却装置中形成空气换热系统，例如，在蒸汽换热系统和固体渣料传输冷却装置间首尾相接形成气体循环通路，且在所述蒸汽换热系统的尾气出
口与所述固体渣料传输冷却装置的进风口之间设有循环风机，采用循环风机提供的循环空
气作为冷却介质与固体渣料传输冷却装置内的炉渣进行换热。为便于理解，可将该气体循
环通路分成低温尾气升温过程的换热段和高温气体降温过程的换热段，由该高温气体换热
段将炉渣处理过程中产生的高温混合气体进行多级换热处理并回收热能，该低温尾气换热
段是利用循环风机将前述高温换热段回收部分产生的尾气鼓入炉渣处理系统的固体渣料
传输冷却装置内，使其形成循环空气，作为与固体渣料进行换热的冷却介质。
[0102] 较佳地，所述发电步骤中，是利用炉渣处理过程按不同温度等级分级回收并储存在多级热能储存系统中的热能进行发电的，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；另外，该热能储存系统还
能够向采用氨_水作工质的吸收式热泵提供驱动热源，以便该热泵利用消耗少量高品质热
能的同时把更多的低品质热能转换为高品质热能，同时过热氨气，为一氨气轮机提供高温、
高压氨气，驱动该氨气轮机将氨气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。
[0103] 较佳地，该多级热能储存系统至少包括高压汽包及中压蓄热器，炉渣处理过程中 固体渣料换热系统回收的高品质热能储存至高压汽包，炉渣处理过程中产生的高温混合气 体的热量通过多级蒸汽换热系统将热能回收，且将其中的较高品质热能储存到该中压蓄热 器；所述发电步骤中，由所述中压蓄热器向汽轮机输送蒸汽，且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，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，并经该第一调压阀向汽轮机输送压力相对稳定的发电过热蒸汽；由所述 高压汽包提供加热浓氨水混合溶液的驱动热源并对氨气进行过热处理。
[0104] 本发明的半湿法炉渣处理余热回收发电方法中，其各步骤均可以参考前述对于结 构及其工作过程的描述进行适当的选择，而且，各步骤具体实施时，并不仅限于利用上述结 构，而可根据需要选择现有的各种结构，在此不再一一说明。
[0105] 虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术 人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明
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，本发明 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，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
