一种多工艺协同危险废物处置及余热利用系统及方法与流程

1.本发明属于固体废物处理系统，主要涉及一种多工艺协同危险废物处置及余热利用系统及方法。


背景技术：

2.随着工业化和城市化进程不断加速，固体废物排量与日俱增，特别是石油化工、医疗、修造船、冶炼等行业排出的化学有机固废、医疗固废等具有强腐蚀性、强毒性，如果直接排入环境会对人体造成致命伤害，对环境造成严重污染。
3.目前传统的固体危险废物处理方式为安全填埋、焚烧等，安全填埋法目的是割断废物与环境的联系，使其不再对环境和人体健康造成危害。但是由于并未从根本上消除污染物，而是受制于技术和经济的权宜之计，随着土地资源稀缺、避邻效应等问题的突显，安全填埋法与环境、生态、社会等方面的矛盾越来越尖锐。焚烧法是以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化分解反应，将危废中的有毒有害物质高温氧化，可以极大地减少危险废物的体积，但是危险废物焚烧为富氧环境，焚烧过程会产生大量的二噁英、重金属残留在飞灰与炉渣中，不能实现废物的完全无害化。
4.危险废物热解是近年来逐步发展起来的固体危险废物处置技术，利用贫氧环境通过间壁式加热使危险废物中有机成分裂解成有机气体，无机物通过减量以残渣形式排出，有机气体可以通过冷凝提取燃油、燃气等。热解技术能够实现危险废物的减量化和资源化，但是无机物残渣仍然为危险废物，需要进一步填埋处理，不能实现危险废物的彻底无害化。此外，现有危险废物处理过程中的能源利用率低，无法充分利用其自身的资源，造成资源的浪费。


技术实现要素：

5.本发明的目的是解决现有固体危险废物处理方式不能实现废物的完全无害化以及能源利用率低的问题，提供一种多工艺协同危险废物处置及余热利用系统及方法。
6.为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
7.一种多工艺协同危险废物处置及余热利用系统，包括危废处理单元、烟气净化单元和余热利用单元；所述危废处理单元包括依次设置的物料混料器、热解炉、等离子熔融炉、第一混合器和燃烧室，对危险废物依次进行破碎、中温热解、等离子高温熔融处理后形成无害玻璃体排出，同时，热解炉产生的热解气通过高温除尘器除尘后与等离子熔融炉产生的烟气通过第一混合器混合，混合后的烟气进入燃烧室进行二次燃烧，二次燃烧的高温烟气一部分进入热解炉作为热解热源，另一部分进入烟气净化单元；所述烟气净化单元包括余热锅炉、第二混合器、急冷塔、干法脱酸塔、布袋除尘器、碱洗塔、烟气再热器、引风机和烟囱，二次燃烧后的高温烟气通过余热锅炉进行换热和脱硝处理，使得高温烟气降为中温烟气，中温烟气与热解炉热解换热后的烟气通过第二混合器混合，混合后的烟气依次进入急冷塔、干法脱酸塔、布袋除尘器、碱洗塔、烟气再热器、引风机、烟囱后排出，同时，余热锅
炉换热后产生过热蒸汽，过热蒸汽作为余热利用单元的输入；所述余热利用单元包括汽轮机、orc蒸发器、除氧器、orc涡轮、orc凝汽器和双轴电机；余热锅炉换热后产生过热蒸汽，过热蒸汽驱动汽轮机做功后，分别进入烟气再热器和orc蒸发器换热后冷凝为凝结水，凝结水进入除氧器除氧处理后进入余热锅炉再次蒸发产生过热蒸汽；有机工质在orc蒸发器内蒸发产生过热蒸汽，过热蒸汽驱动orc涡轮做功后，通过orc凝汽器凝结为有机工质，该有机工质再次进入orc蒸发器蒸发换热产生过热蒸汽；汽轮机与orc涡轮分别驱动双轴电机的两个轴，双轴电机将机械能转化为电能。
8.进一步地，所述余热利用单元还包括过热蒸汽调节阀、饱和蒸汽调节阀、orc涡轮旁通阀、orc工质泵、orc工质泵旁通阀、蒸汽排空阀、烟气再热调节阀和锅炉给水泵；所述过热蒸汽调节阀设置在余热锅炉和汽轮机之间的管路上，所述饱和蒸汽调节阀设置在汽轮机与orc蒸发器之间的管路上，所述orc涡轮旁通阀并联设置在orc涡轮的进口与出口，所述orc工质泵设置在orc凝汽器与orc蒸发器之间的管路上，所述orc工质泵旁通阀并联设置在orc凝汽器的进口与orc工质泵出口；所述蒸汽排空阀的进口设置在过热蒸汽调节阀的进口管路上，所述烟气再热调节阀设置在汽轮机与烟气再热器之间的管路上，所述锅炉给水泵设置在余热锅炉与除氧器之间的管路上。
9.进一步地，所述余热锅炉的一侧设置有尿素溶液喷枪，在余热锅炉的烟气在900～1000℃温度区间喷入尿素溶液脱除烟气nox。
10.进一步地，还包括造粒单元，所述造粒单元包括造粒机和输送装置；所述高温除尘器、燃烧室、余热锅炉、急冷塔、干法脱酸塔、布袋除尘器产生的飞灰通过输送装置输送到造粒机进行造粒，造粒后的飞灰进入等离子熔融炉再次进行等离子高温熔融处理。
11.进一步地，所述危废处理单元还包括混风管、与混风管连接的混风机，二次燃烧的高温烟气一部分进入混风管与空气掺混后降为600～700℃烟气，该烟气进入热解炉作为热解的热源；所述混风管内设置有尿素溶液喷枪，在混风管900～1000℃温度区间向烟气喷入尿素溶液脱除烟气nox。
12.进一步地，所述高温除尘器与第一混合器之间设置有除尘器引风机，热解炉与第二混合器之间设置有热解引风机。
13.进一步地，所述热解炉为带5
°
倾角间壁式回转窑结构，危险废物在回转窑内部500～600℃贫氧环境热解，烟气在回转窑外腔加热回转窑。
14.进一步地，所述双轴电机为异步电机，汽轮机与orc涡轮分别通过汽轮机离合器和orc离合器与双轴电机的左右两个轴连接。
15.进一步地，所述汽轮机离合器和orc离合器为棘轮结构，离合器棘爪安装在双轴电机上，离合器棘轮分别安装在汽轮机和orc涡轮上，汽轮机转速高于双轴电机时，汽轮机离合器棘爪和棘轮咬合，汽轮机向双轴电机输出机械功，orc涡轮转速高于双轴电机时，orc涡轮向双轴电机输出机械功。
16.同时，本发明还提供一种基于多工艺协同危险废物处置及余热利用系统的余热利用方法，该方法包括余热发电启动过程和余热发电关机过程：
17.所述余热发电启动过程包括以下步骤：
18.s101、关闭orc蒸发器前的饱和蒸汽调节阀，将烟气再热调节阀调至最大开度；
19.s102、启动锅炉给水泵，向余热锅炉输入除氧水；
20.s103、向余热锅炉通入烟气；
21.s104、启动双轴电机，电机处于电动机模式；
22.s105、逐渐调节过热蒸汽调节阀开度，余热锅炉蒸汽进入汽轮机做功后进入烟气再热器换热后进入除氧器，汽轮机升速，当汽轮机转速大于双轴电机转速，汽轮机离合器将汽轮机与双轴电机连接，然后将过热蒸汽调节阀开度调节到最大，汽轮机将机械功输出到双轴电机，双轴电机处于发电机模式，将机械功转换为电能输出到电网；
23.s106、向orc凝汽器通入冷却水，打开orc工质泵旁通阀，启动orc工质泵，根据orc凝汽器液位反馈控制orc工质泵输出到orc蒸发器的有机工质流量；
24.s107、调节饱和蒸汽调节阀以及烟气再热调节阀的开度，使输出到烟气再热器的饱和蒸汽量满足额定工况要求，其余饱和蒸汽全部进入orc蒸发器蒸发有机工质后冷凝进入除氧器；
25.s108、orc蒸发器产生的有机工质温度和压力满足设定值后，逐渐调节orc涡轮旁通阀开度，向orc涡轮通入有机工质蒸汽，orc涡轮升速，当orc涡轮转速大于双轴电机转速，orc涡轮离合器将orc涡轮与双轴电机连接，完全关闭orc涡轮旁通阀，orc涡轮将机械功输出到双轴电机，增加双轴输出到电网的电能；
26.余热发电关机过程包括以下步骤：
27.s201、断开输入到余热锅炉的烟气；
28.s202、orc涡轮和汽轮机转速均小于双轴电机转速时，打开余热锅炉后的蒸汽排空阀排空蒸汽，打开orc涡轮旁通阀；
29.s203、关闭过热蒸汽调节阀；
30.s204、关闭饱和蒸汽调节阀；
31.s205、余热锅炉降温到设定关机温度时，关闭锅炉给水泵，排空锅炉内除氧水；
32.s206、orc蒸发器降到常温后，关闭orc工质泵；
33.s207、关闭冷却水。
34.与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：
35.1.本发明系统和方法利用中温热解(减量化)、等离子高温熔融(无害化)、烟气余热利用(资源化)等多工艺协同技术解决目前危险废物无害化不彻底、资源化利用不足的缺陷，为危险废物处理提供新的解决方法，同时利用汽轮机和orc发电能够实现余热梯级利用，进一步提高余热的利用效率，简化设备，有效降低系统运行成本。
36.2.本发明系统及方法首先利用中温热解实现危废减量，并从源头上遏制二噁英、nox等有害物质的合成，然后利用等离子高温熔融技术在高温还原性气氛条件下对热解碳渣进一步处理，实现危险废物彻底无害化，最后利用烟气余热利用及净化技术进行烘砂以及烟气净化处理，实现烟气余热的资源化利用和无害化净化。
37.3.本发明系统及方法实现危险废物彻底无害化的同时，还可用余热进行发电，大幅提高了能源利用率，从而节约资源，降低运行成本。
附图说明
38.图1为本发明多工艺协同危险废物处置及余热利用系统示意图；
39.图2为本发明系统中危废处理单元的示意图；
40.图3为本发明系统中烟气净化单元和余热利用单元的示意图。
41.附图标记：1
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物料混料器，2
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热解炉，3
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混风机，4
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混风管，5
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高温除尘器，6
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除尘器引风机，7
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第一混合器，8
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热解引风机，9
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等离子熔融炉，10
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一次风机，11
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螺旋进料机，12
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混料机，13
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造粒机，14
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二次风机，15
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燃烧室，16
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余热锅炉，17
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锅炉给水泵，18
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除氧器，19
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过热蒸汽调节阀，20
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汽轮机，21
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双轴电机，22
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orc涡轮，23
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饱和蒸汽调节阀，24
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orc蒸发器，25
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orc涡轮旁通阀，26
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orc工质泵旁通阀，27
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orc凝汽器，28
‑
orc工质泵，29
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第二混合器，30
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急冷塔，31
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干法脱酸塔，32
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布袋除尘器，33
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碱洗塔，34
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烟气再热器，35
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引风机，36
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烟囱，37
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蒸汽排空阀，38
‑
烟气再热调节阀。
具体实施方式
42.以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
43.本发明提供一种多工艺协同危险废物处置及余热利用系统及方法，危险废物进入热解炉热解后产生热解碳渣和热解气，热解碳渣高温熔融后以无害玻璃体排出，热解气经高温除尘，再与等离子熔融炉的烟气混合后二次燃烧，燃烧后的高温烟气分别进入余热锅炉和热解炉换热，再进行急冷、脱酸、除尘、洗涤、再热后由引风机送入烟囱达标排放；除氧水在余热锅炉与高温烟气换热后产生过热蒸汽，过热蒸汽驱动汽轮机做功后分别进入烟气再热器和orc蒸发器换热后冷凝，再进入除氧器除氧处理，除氧水进入余热锅炉再次蒸发产生过热蒸汽；有机工质在orc蒸发器内蒸发产生过热蒸汽，然后进入orc涡轮做功，再经冷凝后再次进入蒸发器蒸发换热产生过热蒸汽。
44.本发明利用中温热解、等离子高温熔融、烟气净化等多工艺协同技术解决目前危险废物无害化不彻底、资源化利用不足的现状，为危险废物处理提供新的解决方法，同时利用汽轮机和orc发电能够实现余热梯级利用，进一步提高余热的利用效率，简化设备，有效降低系统运行成本。
45.如图1至图3所示，本发明提供的多工艺协同危险废物处置及余热利用系统包括危废处理单元、烟气净化单元、余热利用单元和造粒单元。
46.如图2所示，本发明危废处理单元包括依次设置的物料混料器1、热解炉2、等离子熔融炉9、第一混合器7、二次风机14和燃烧室15，二次风机14与燃烧室15连接，对危险废物依次进行破碎、中温热解、等离子高温熔融处理后形成无害玻璃体排出，同时热解炉2产生的热解气通过高温除尘器5除尘后和等离子熔融炉9产生的烟气通过第一混合器7后进入燃烧室15进行二次燃烧，二次燃烧的高温烟气一部分进入热解炉2作为热解热源，另一部分进入烟气净化单元。
47.如图3所示，本发明烟气净化单元包括余热锅炉16、第二混合器29、急冷塔30、干法脱酸塔31、布袋除尘器32、碱洗塔33、烟气再热器34、引风机35、一次风机10和烟囱36，一次风机10与余热锅炉16连接；二次燃烧后的烟气通过余热锅炉16进行换热处理和脱硝处理，高温烟气降为中温烟气，中温烟气与热解炉2热解换热后的烟气通过第二混合器29混合，混合后的烟气依次进入急冷塔30、干法脱酸塔31、布袋除尘器32、碱洗塔33、烟气再热器34、引风机35、烟囱36后排出，同时，余热锅炉16换热后产生过热蒸汽，过热蒸汽作为余热利用单元的输入。
48.如图3所示，本发明余热利用单元包括汽轮机20、orc蒸发器24、除氧器18、orc涡轮
22、orc凝汽器27和双轴电机21；余热锅炉16换热后产生过热蒸汽，过热蒸汽驱动汽轮机20做功后，分别进入烟气再热器34和orc蒸发器24换热后冷凝为凝结水，凝结水进入除氧器18除氧处理后进入余热锅炉16再次蒸发产生过热蒸汽；有机工质在orc蒸发器24内蒸发产生过热蒸汽，过热蒸汽驱动orc涡轮22做功后，通过orc凝汽器27凝结为有机工质，该有机工质再次进入orc蒸发器24蒸发换热产生过热蒸汽；汽轮机20与orc涡轮22分别驱动双轴电机21的两个轴，双轴电机21将机械能转化为电能。
49.本发明余热利用单元还包括过热蒸汽调节阀19、饱和蒸汽调节阀23、orc涡轮旁通阀25、orc工质泵28、orc工质泵旁通阀26、蒸汽排空阀37、烟气再热调节阀38和锅炉给水泵17；过热蒸汽调节阀19设置在余热锅炉16和汽轮机20之间的管路上，饱和蒸汽调节阀23设置在汽轮机20与orc蒸发器24之间的管路上，orc涡轮旁通阀25并联设置在orc涡轮22的进口与出口，orc工质泵28设置在orc凝汽器27与orc蒸发器24之间的管路上，orc工质泵旁通阀26并联在orc工质泵28的进口与出口；蒸汽排空阀37的进口设置在过热蒸汽调节阀19的进口管路上，烟气再热调节阀38设置在汽轮机20与烟气再热器34之间的管路上，锅炉给水泵17设置在余热锅炉16与除氧器18之间的管路上。
50.如图1所示，本发明造粒单元包括造粒机13和输送装置；高温除尘器5、燃烧室15、余热锅炉16、急冷塔30、干法脱酸塔31、布袋除尘器32的底部排出的飞灰通过输送装置输送到造粒机13造粒，造粒后的飞灰进入等离子熔融炉9的混料机12与碎玻璃、焦炭、石灰石等配伍后通过螺旋进料机11输送到等离子熔融炉9高温熔融后以无害玻璃态排出。
51.本发明双轴电机21为异步电机，汽轮机20与orc涡轮22分别通过汽轮机离合器和orc离合器与双轴电机21的左右两个轴连接；汽轮机离合器和orc离合器为棘轮结构，离合器棘爪安装在双轴电机21上，离合器棘轮分别安装在汽轮机20和orc涡轮22上，汽轮机20转速高于双轴电机21时，汽轮机离合器棘爪和棘轮咬合，汽轮机20向双轴电机21输出机械功，同样orc涡轮22转速高于双轴电机21时，orc涡轮22向双轴电机21输出机械功。
52.本发明热解炉2出料口与等离子熔融炉9直接连接，热解后的碳渣从出渣口在重力作用下进入等离子熔融炉9高温熔融后无机部分以无害玻璃态排出，有机部分以烟气形式进入燃烧室15再次燃烧；热解炉2为带5
°
倾角间壁式回转窑结构，危险废物在回转窑内部500～600℃贫氧环境热解，烟气在回转窑外腔加热回转窑；热解炉2进料端高于出料端，物料在热解炉2内随着内腔转动不断热解并向出料端流动，加热热解炉2的烟气在热解炉2间壁逆流从出料端流向入料端。
53.本发明危废处理单元还包括除尘器引风机6、热解引风机8、混风机3和混风管4，除尘器引风机6设置在高温除尘器5与第一混合器7之间，热解引风机8设置在热解炉2与第二混合器29之间，混风管4上设置有混风机3，热解炉2产生的热解气经高温除尘器5除尘后与等离子熔融炉9产生的烟气混合后进入同一个燃烧室15燃烧产生1150℃以上高温烟气，高温烟气一部分进入混风管4与空气掺混后降为600～700℃烟气进入热解炉2作为危险废物热解的热源；混风管4内设置有尿素溶液喷枪，在混风管4的900～1000℃温度区间向烟气喷入尿素溶液脱除烟气nox；高温烟气另一部分进入余热锅炉16换热后降为降为500～550℃，余热锅炉16设置有尿素溶液喷枪，在余热锅炉16中烟气900～1000℃温度区间喷入尿素溶液脱除烟气nox；作为热解热源的烟气热解物料后降为500～550℃中温烟气经热解引风机8送入第二混合器29与余热锅炉16排出烟气混合，再依次进入急冷塔30急冷降温、干法脱酸
塔31脱酸、布袋除尘器32除尘、碱洗塔33洗涤、烟气再热器34再热，最后由引风机35送入烟囱36以130℃温度达标排放。
54.危险废物进入热解炉2热解后产生热解碳渣和热解气，热解碳渣高温熔融后以无害玻璃体排出，热解气经高温除尘，再与等离子熔融炉9的烟气混合后二次燃烧，燃烧后的高温烟气分别进入余热锅炉16和热解炉2换热，再进行急冷、脱酸、除尘、洗涤、再热后由引风机35送入烟囱36达标排放；除氧水在余热锅炉16与高温烟气换热后产生过热蒸汽，过热蒸汽驱动汽轮机20做功后分别进入烟气再热器34和orc蒸发器24换热后冷凝，再进入除氧器18除氧处理，除氧水进入余热锅炉16再次蒸发产生过热蒸汽；有机工质在orc蒸发器24内蒸发产生过热蒸汽，然后进入orc涡轮22做功，再经冷凝后再次进入蒸发器蒸发换热产生过热蒸汽；汽轮机20与orc涡轮22分别通过离合器驱动双轴电机21的左右两个轴，由双轴电机21将机械能转化为电能。
55.本发明还提供一种基于多工艺协同危险废物处置及余热利用系统的余热利用方法，包括余热发电启动过程和余热发电关机过程：
56.余热发电启动过程包括以下步骤：
57.s101、关闭orc蒸发器24前的饱和蒸汽调节阀23，将烟气再热调节阀38调至最大开度；
58.s102、启动锅炉给水泵17，向余热锅炉16输入除氧水；
59.s103、向余热锅炉16通入烟气；
60.s104、启动双轴电机21，电机处于电动机模式；
61.s105、逐渐调节过热蒸汽调节阀19开度，余热锅炉16蒸汽进入汽轮机20做功后进入烟气再热器34换热后进入除氧器18，汽轮机20升速，当汽轮机20转速大于双轴电机21转速，汽轮机离合器将汽轮机20与双轴电机21连接，然后将过热蒸汽调节阀19开度调节到最大，汽轮机20将机械功输出到双轴电机21，双轴电机21处于发电机模式，将机械功转换为电能输出到电网；
62.s106、向orc凝汽器通入冷却水，打开orc工质泵旁通阀26，启动orc工质泵，根据orc凝汽器27液位反馈控制orc工质泵输出到orc蒸发器24的有机工质流量；
63.s107、调节orc蒸发器24前的饱和蒸汽调节阀23以及汽轮机20与烟气再热器34之间调节阀开度，使输出到烟气再热器34的饱和蒸汽量满足额定工况要求其余饱和蒸汽全部进入orc蒸发器24蒸发有机工质后冷凝进入除氧器18；
64.s108、orc蒸发器24产生的有机工质温度和压力满足设定值后，逐渐调节orc涡轮旁通阀25开度，向orc涡轮22通入有机工质蒸汽，orc涡轮22升速，当orc涡轮22转速大于双轴电机21转速，orc涡轮22离合器将orc涡轮22与双轴电机21连接，完全关闭orc涡轮旁通阀25，orc涡轮22将机械功输出到双轴电机21，增加双轴输出到电网的电能；
65.余热发电关机过程包括以下步骤：
66.s201、断开输入到余热锅炉16的烟气；
67.s202、orc涡轮22和汽轮机20转速均小于双轴电机21转速时，打开蒸汽排空阀37排空蒸汽，打开orc涡轮旁通阀25；
68.s203、关闭过热蒸汽调节阀19；
69.s204、关闭饱和蒸汽调节阀23；
70.s205、余热锅炉16降温到设定关机温度时，关闭锅炉给水泵17，排空锅炉内除氧水；
71.s206、orc蒸发器24降到常温后，关闭orc工质泵；
72.s207、关闭冷却水。