RS60313B1

RS60313B1 - Multifunkcionalni sistem za obradu vlažnog otpada

Info

Publication number: RS60313B1
Application number: RS20200572A
Authority: RS
Inventors: Peter Janicki
Original assignee: Bill&Melinda Gates Found
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2020-07-31
Also published as: ES2782773T3; TW201632275A; CA3111514A1; AU2015346575B2; EP3218314A1; PL3733615T3; MX2022008264A; JP2018502717A; HK1247908A1; US20190316493A1; WO2016077241A1; SG10201803855QA; PL3218314T3; CN107406285B; PT3733615T; EP3733615B1; CA3111514C; US20170283275A1; TW201943471A; US10247049B2

Description

Opis

OBLAST TEHNIKE

[0001] Predmetna tehnologija se odnosi na multifunkcionalni sistem za obradu fekalnog otpada i sisteme i opremu za obradu otpada kao i pridružene postupke.

[0002] Pronalaskom se posebno obezbeđuje a multifunkcionalni sistem za obradu vlažnog otpada radi generisanja električne energije i čiste vode, sa karakteristikama koje su definisane u Zahtevu 1.

STANJE TEHNIKE

[0003] Mnoge oblasti sveta koriste otvorene sanitarne sisteme za sisteme za upravljanje ljudskim otpadom i ostalim otpadom, dok druge oblasti koriste nezadovoljavajuće septičke sisteme ili druge sisteme koji ispuštaju sirov sadržaj iz kanalizacije u otvorene odvode ili površinske vode. Tako loši sanitarni uslovi doprinose značajnijim zdravstvenim problemima koji postoje u ovim oblastima. Mnoge od ovih oblasti sa neadekvatnim sanitarnim sistemima se takođe bore sa održavanjem čiste vode za piće, što dodatno povećava potencijalna zdravstvena pitanja. Ova područja često imaju ograničene resurse na raspolaganju koje mogu iskoristiti za proizvodnju električne energije, ili su pak troškovi proizvodnje električne energije prohibitivno skupi. Shodno tome, postoji potreba za odgovarajućim sanitarnim sistemima koji bi držali otpad odvojen od okoline, koji bi se koristili za dobijanje i održavanje pristupa čistoj vodi za piće, i koji bi se koristili za proizvodnju jeftine struje.

[0004] Dokument WO 2013/182604 A2 opisuje sistem u kojem se biomasa suši u sklopu za sušenje (tzv. sušaču). Osušena biomasa se isporučuje u komoru za sagorevanje. U komori za sagorevanje se tečnost, koje se obezbeđuje u prvom ciklusu, zagreva i otprema kroz turbinu, što može da stvori električnu struju. Nizvodno od turbine se zagrejana tečnost sprovodi kroz sušač za biomasu kako bi se biomasa zagrejala i osušila. Nakon toga, se ona recirkulira nazad u prvi ciklus i pumpa pomoću pumpe. Para koja je sakupljena iz sušača za biomasu se dalje koristi za zagrevanje vode u prvom sistemu i na taj način se u kondenzatoru kondenzuje u tečnost, a zatim otprema napolje kroz cev. Dalji sistem za tretiranje otpada namenjen obradi malih količina biomase, poznat je iz dokumenta JP 2005257211 A.

IZLAGANJE SUŠTINE PRONALASKA

[0005] Predmetna tehnologija obezbeđuje multifunkcionalne sisteme za preradu otpada uz generisanje električne energije i pitke vode na način koji prevazilazi ispoljene od strane uređaja prema postojećem stanju tehnike i koji pruža dodatne prednosti. Najmanje jedan aspekt tehnologije obezbeđuje samo-stojeće postrojenje konfigurisano za obradu organskog otpada sa visokim sadržajem vode, kao što su fekalni mulj i otpad, u električnu energiju uz istovremeno stvaranje i prikupljanje pitke vode.

[0006] Preciznije, obezbeđuje se multifunkcionalni sistem za obradu vlažnog otpada i generisanje struje i čiste vode sa karakteristikama definisanim u patentnom Zahtevu 1. Dalja poželjna izvođenja su definisana zavisnim Zahtevima.

KRATAK OPIS SLIKA NACRTA

[0007] Mnogi aspekti predmetne tehnologije mogu biti bolje razumljivi uz pozivanje na sledeće slike nacrta. Komponente na crtežima nisu nužno predstavljene u razmeri. Umesto toga, naglasak je na jasnoj ilustraciji principa predmetne tehnologije. Radi jednostavnosti uspostavljanja reference, u opisu pronalaska se identične pozivne oznake mogu koristiti za identifikaciju identičnih ili najmanje veoma sličnih ili analognih komponenata ili funkcija.

Slika 1 je šematska ilustracija u vidu dijagrama toka komponenti multifunkcionalnog sistema za preradu otpada, što je korisno za razumevanje predmetnog pronalaska.

Slika 2 je pogled u izometriji na multifunkcionalni sistem za obradu otpada sa Slike 1.

Slika 3 je pogled u izometriji na sistem za zadržavanje i odvod mulja koji je u skladu sa aspektom tehnologije.

Slika 4 je pogled u izometriji na sklop dovoda prema izvođenju sistema za zadržavanje i odvod mulja.

Slika 5 je pogled u izometriji na sklop sušača za mulj koji je prikazan odvojen od sklopa sa Slike 2

Slika 6 je uvećani prikaz u delimičnoj izometriji na završni deo sklopa sušača za mulj spojen sa sklopom transportera dovodnog sklopa sa Slike 4.

Slika 7 je šematski prikaz u izometriji toka mulja prilikom obrade u sklopu sušača za mulj sa Slike 5.

Slika 8 je delimični pogled u izometriji na sklop sušača za mulj koji ima svrdlo zagrevano parom koje je obrtno postavljeno u koritu koje se zagreva parom i kroz koje postoji protok mulja.

Slika 9 je uvećani prikaz u izometriji na korito koje je prikazano odvojeno od svrdla sa Slike 8.

Slika 10 je uvećani izometrijski prikaz šrafa prikazano odvojeno od korita na slici 8.

Slika 11 je delimični pogled u izometriji na sklop sušača za mulj prema drugom izvođenju koje ima parno grejani element u obliku svrdla koji je obrtno postavljen u koritu koje se zagreva parom kroz koje postoji protok mulja.

Slika 12 je uvećani pogled u izometriji na svrdlo zagrevano parom koje je prikazano odvojeno od korita sa Slike 1

Slike 13A i 13B su pogledi u izometriji na prvu fazu sklopa sušača za mulj , pod visokim pritiskom.

Slika 14 je šematski prikazan dijagram toka dvostepenog sistema za sušenje mulja koji je u skladu sa jednim izvođenjem predmetnog pronalaska.

Slika 15 je šematski prikazan dijagram toka sistema za preradu pitke vode sistema za preradu otpada sa Slike 1.

Slika 16 je šematski prikazan dijagram toka sistema za preradu pitke vode prema nekom drugom izvođenju sistema za preradu otpada sa Slike 1.

Slika 17 je pogled u izometriji na sklop rezervoara za suvo gorivo koji je pričvršćen za sklop sušača za mulj sa Slike 5.

Slika 18 je uvećani, delimično transparentni pogled u izometriji na sklopa rezervoara za suvo gorivo sa Slike 17, koje je prikazano uklonjeno iz sklopa sušača za mulj.

Slika 19 je šematski elevacioni pogled sa bočne strane na sklop rezervoara za suvo gorivo sa Slike 18, koji je pričvršćen za komoru za sagorevanje sa koritom od fluida is sistema sa Slike 1.

Slika 20 je delimični isečeni prikaz pogleda u izometriji na ložište i rezervoara za pražnjenje ložišta sa koritom od fluida sa Slike 19.

Slika 21 je uvećani prikaz pogleda u izometriji na kompresor za vazduh za sagorevanje i linijski sklop gorionika koji je prikazan kao uklonjen iz ložišta sa Slike 20.

Slika 22 je uvećani pogled u izometriji na rešetku za distribuciju vazduha koja je prikazana kao uklonjena iz ložišta sa Slike 20.

Slika 23 je uvećani, delimično isečeni, pogled u izometriji na komoru za sagorevanje suvog goriva i na kotao sistema sa Slike 1 koji prikazuje putanju kretanja zagrevanih izduvnih gasova kroz kotao.

Slika 24 je uvećani pogled u delimičnoj izometriji na kućište ekonomizera i sklopa s više klonova koji je prikazan kao uklonjen iz komore za sagorevanje suvog goriva sa Slike 23.

Slika 25 je uvećani pogled u delimičnoj izometriji na kućište ekonomizera i prikazani svrdlo za pepeo prikazano kao odvojeno iz sklopa komore za sagorevanje suvog goriva sa Slike 23.

Slika 26 je uvećani, delimično isečeni pogled u izometriji na sklop komore za sagorevanje suvog goriva i kotla sa Slike 23, koji prikazuje osnovni put vode kroz kotao.

Slika 27 je delimično isečeni pogled u izometriji na komponente cevovoda kotla prema alternativnom izvođenju.

Slika 28 je pogled u izometriji na komoru za sagorevanje sa koritom od fluida i na kotao, gde su modularne komponente kotla prikazane u otvorenim, izloženim položajima.

Slika 29 je pogled u izometriji na komoru za sagorevanje sa koritom od fluida i na kotao sa Slike 28, pri čemu su modularne komponente kotla prikazane u povezanim, radnim položajima.

Slika 30 je pogled u izometriji na sklop elektrane sa parnom mašinom i generatorom koji su prikazani kao uklonjeni iz sistema sa Slike 1.

Slika 31 je delimično isečen, uvećani pogled sa gornje strane u izometriji na sklop glava motora sa bregastom osovinom, bregovima, polugama i nizom ventila u skladu sa jednim izvođenjem ove tehnologije.

Slika 32 je uvećani prikaz delimičnog poprečnog preseka u pogledu u izometriji na sklop glave parnog motora sa Slike 31 sa usisnim bregom, usisnim i izduvnim ventilima i pripadajućim polugama.

Slika 33 je uvećani pogled na poprečni presek sklopa glave parnog motora napravljen suštinski duž linije 33 - 33 sa Slike 31.

[0008] Dodatak A sadrži dodatne informacije i proračune u pogledu aspekata predmetne tehnologije.

DETALJAN OPIS

[0009] Predmetni pronalazak opisuje multifunkcionalne sisteme za preradu otpada koji su konfigurisani za proizvodnju struje i voda za piće u skladu sa određenim izvođenjima predmetne tehnologije. Nekoliko specifičnih detalja tehnologije je navedeno u opisu koji sledi na Slikama 1 do 33 kako bi se obezbedilo detaljno razumevanje određenih izvođenja predmetne tehnologije. Međutim, osoba sa poznavanjem predmetne oblasti će razumeti da predmetna tehnologija može posedovati dodatna izvođenja i da se ta druga izvođenja tehnologije mogu realizovati bez nekolicine od specifičnih funkcija opisanih ispod. Bilo koja varijanta izvođenja koja potpada pod obim predmetnog pronalaska sadrži najmanje sve karakteristike dodatnog nezavisnog Zahteva 1. Bilo koja varijanta izvođenja ili konfiguracija koja ne sadrži sve karakteristike prema nezavisnom Zahtevu 1 je samo korisna za razumevanje predmetnog pronalaska.

[0010] Slika 1 je šematska ilustracija dijagrama toka komponenti multifunkcionalnog sistema 10 za preradu otpada, dok Slika 2 predstavlja pogled u izometriji na sistem 10 za preradu otpada koji je koristan za razumevanje ovog pronalaska. Kao što se detaljnije razmatra u daljem tekstu, sistem 10 je konfigurisan da prima i obrađuje protok mulja 12 sastavljen od mokrog otpada i stvara suvi, čvrsti materijal, električnu energiju i pitku vodu. Ovde je razmatrano i ilustrovano jedno ili više izvođenja sistema 10 i u vezi sa preradom otpada koji se sastoji od vlažnog mulja koji sadrži vodu i fekalne materije i/ili drugi otpad, kao što je organski otpad. Sistem 10, međutim, može da se konfiguriše za preradu toka drugog vlažnog otpada. Prema jednoj konfiguraciji sistem je prilagođen za preradu vlažnog mulja koji sadrži mešavinu tečnosti sa vodenom osnovom i do približno 50% ukupnog udela čvrstih materija koje se mogu odvojiti od vode i osušiti da bi se dobio zapaljiv čvrsti gorivni materijal. Prema nekim konfiguracijama sistem 10 se može koristiti sa mokrim muljem koji sadrži do oko 15% ukupnog udela čvrste materije, dok je prema drugim izvođenjima sistem 10 konfigurisan za korišćenje sa muljem koji ima oko 20% do 50% ukupnog udela čvrste materije. Sistem 10 prema drugim konfiguracijama i izvođenjima predmetnog pronalaska se može konfigurisati za primenu sa drugim opsezima ukupnog udela čvrstih materija unutar mulja.

[0011] Mulj 12 protiče kroz sklop 14 za sušenje koji isparava vodu iz mulja kako bi se stvorila para, tako da su čvrste materije postanu dovoljno osušene da se dobiju sagorljivi čvrsti gorivni materijal. U cilju ovog opisa, para koja nastaje isparavanjem iz mulja se naziva parom mulja. Oslobođena param mulja je veoma vruća tokom dovoljno dugog vremena, tako da je para mulja sterilna (tj. nema prisustva patogena). Sistem 10 sadrži i kondenzuje sterilne pare mulja u sistemu 16 za preradu vode kako bi se dobila čista voda za piće. Sistem 10 takođe sagoreva osušeni čvrsti gorivni materijal u komori za sagorevanje, kao što je komora 18 za sagorevanje sa koritom od fluida. Prema nekim izvođenjima mogu se dodati i druga osušena goriva, poput uglja, peleta drveta, otpada ili drugog organskog materijala kako bi se obezbedilo dodatno gorivo za komoru 18 za sagorevanje. Sistem 10 prema ilustrovanom izvođenju je konfigurisan da kontinualno proizvodi do oko 150 kW (približno 200 konjskih snaga) električne energije i prerađuje približno 8.500 kg ili 8,5 m<3>fekalnog mulja i 1.100 kg otpada ili više dnevno.

[0012] Toplota koja potiče od sagorevanja goriva u komori 18 za sagorevanje koristi se za zagrevanje kotla 20, koji povećava pritisak vode u suštinski zatvorenom primarnom vodenom kolu 21 kako bi se stvorila para za upotrebu u postrojenju 22 za proizvodnju električne energije sa pogonom na paru, koje proizvodi struju. Voda u primarnom vodenom kolu 21 se naziva primarnom vodom koja može biti primarna para ili primarna tečna voda, zavisno od lokacije unutar primarnog vodenog kola. Primarna para koja se odvodi iz postrojenja 22 za proizvodnju električne energije, a koje uključuje parnu mašinu 26 i generator 25, koristi se kao izvor toplote u sklopu 14 sušača goriva pre nego što primarna para prođe kroz kondenzator 24 i pretvori se nazad u primarnu tečnu vodu i pumpanjem vrati nazad u kotao 20. Jedan deo električne energije iz postrojenja 22 napaja električne komponente sistema 10, dok se preostali deo električne energije može isporučiti u elektroenergetsku mrežu ili na drugi način koristiti lokalno, kao na primer za napajanje spoljnih električnih potrošača.

[0013] Sistem 10 za preradu ilustrovane konfiguracije je samostalan sistem koji u suštini ne zahteva dovođenje struje i vode spolja, niti zahteva odvođenje radi prerade vlažnog mulja i proizvodnje električne energije i vode za piće. Prema jednom izvođenju, ilustrovani sistem 10 može biti konfigurisan da zauzme zapreminu sa površinskim otiskom od otprilike 15 m x 3 m, što odgovara tipičnom transportnom kontejneru, tako da sistem 10 može biti prenosiv. U skladu sa tim, sistem 10 je vrlo pogodan za upotrebu na širokom opsegu geografskih lokacija, kao što su na primer razvijene urbane lokacije koje mogu imati neadekvatne kanalizacione sisteme i koji bi mogle imati koristi od dodatnih izvora električne energije i čiste, sveže vode za piće. Komponente sistema 10 ilustrovane realizacije su detaljnije opisane u daljem tekstu.

Sistem zadržavanja i odvođenja mulja

[0014] Sistem 10 prema ilustrovanom izvođenju prikazan na Slici 3 sadrži sistem 30 za zadržavanje i dovođenje mulja. Sistem 30 za zadržavanje i dovođenje mulja poseduje rezervoar 32 koji prihvata suštinski sirov, vlažni mulj. Veličina rezervoara 32 se može prilagoditi potrebi držanja izabrane količine vlažnog mulja koja obezbeđuje neprekidan rad sistema 10 tokom nekoliko dana pre nego što se rezervoar 32 mora ponovo napuniti. Na primer, prema ilustrovanom izvođenju, rezervoar 32 je dizajniran da zadrži približno 30 m<3>vlažnog mulja, što obezbeđuje približno tri dana rada, pri čemu sistem 10 može dnevno preraditi oko 9 do 10 m<3>mulja. Vrh rezervoara 32 se može postaviti blizu tla kako bi se vozilima koja donose mulj omogućilo da lako prazne mulj 12 u rezervoar. Dno rezervoara 32 može biti nagnuto prema izlazu koji je povezan sa sklopom 34 za odvod mulja. Prema jednom izvođenju odvodni sklop 34 može da sadrži potpuno ili delimično zatvoreni transporter 38, kao što je na primer pužni transporter ili transportna traka, tako da se vlažni mulj prenosi iz rezervoara 32 do ulaza 40 sklopa 14 sušača za mulj.

[0015] Slika 4 je pogled u izometriji na sklop 34 za dovod mulja prema jednom izvođenju, pri čemu rezervoar 32 sadrži kutiju sa lancem za raspršivanje sa izlazom 36 koji postavlja vlažni mulj na transporter 38. Transporter 38 se pruža prema gore pod izabranim uglom u odnosu na zemlju i povezuje se sa sklopom 14 sušača za mulj neposredno do ulaza 40. Prema ilustrovanom izvođenju traka transportera 38 je nagnuta prema gore pod uglom od približno 30° u odnosu na tlo, iako se drugačiji uglovi mogu koristiti kod drugih izvođenja.

Sklop za sušenje mulja

[0016] Slika 5 predstavlja izometrijski pogled na sklopa 14 sušača za mulj, koji je prikazan uklonjen iz sklopa sa Slike 2. Sklopovi sušača za mulj koji čine deo sistema prema predmetnom pronalasku sadrže dve faze, kao što je definisano u nezavisnom Zahtevu 1. Vlažni mulj koji se transportuje iz sistema 30 za zadržavanje i odvođenje mulja (Slika 3) dovodi se u ulaz 40 za mulj sklopa 14 sušača za mulj. Kao što je prikazano na Slici 6, prenosni puž 52 za mulj je povezan sa krajem transportera 38 sklopa 34 za odvod mulja kojim se vlažni mulj dovodi na ulaz 40 u sklop sušača. Dotok mulja u sklop 14 sušača za mulj je u suštini neprekidan. Slika 6 je uvećani prikaz u delimičnoj izometriji na krajnji deo sklopa 14 sušača za mulj koji sadrži ulaz 40. Pored prihvatanja vlažnog mulja, sklop 14 sušača za mulj takođe prihvata primarnu paru koja je odvedena iz parne mašine 26 postrojenja 22 za proizvodnju električne energije (Slika 1). Ispuštena primarna para, koja napušta parnu mašinu 26 na otprilike 207 kPa (približno 30 psia), uliva se u jednu ili više cevastih školjki 42, od kojih svaka sadrži cevasti nosač 44 za mulj. Toplota iz ispuštene primarne pare zagreva mulj u nosaču 44 za mulj, čime se voda isparava iz mulja (kako bi se stvorila para mulja), kojom se isušuje mulj kako bi se dobio čvrsti gorivni materijal.

[0017] Sklop 14 sušača za mulj na ilustrovanoj konfiguraciji sadrži dve zatvorene cevi velikog prečnika od kojih svaka formira školjku 42 koja smešta cev malog prečnika, formirajući šuplji nosač 44 za mulj. Svaki nosač 44 za mulj sadrži obrtni šuplji puž 46, i nosač 44 za mulj prihvata mulj kroz ulaz 40 tako da mulj najmanje delimično okružuje šuplji puž 46. Prema ilustrovanom izvođenju, svaka školjka 42 sadrži dovod 48 za paru koji prima primarnu paru koju ispušta parna mašina 26 (Slika 1) tako da primarna para visoke temperature ulazi u unutrašnjost školjke i oko nosača 44 za mulj, i na taj način zagreva mulj koji se nalazi u nosaču 44. U skladu sa tim, primarna para je fizički izolovana od mulja dok je još uvek u mogućnosti da prenese toplotu na mulj, čime se mulj zagreva uz istovremeno hlađenje primarne pare. Dodatno, deo primarne pare koji ulazi u sklop 14 sušača za mulj protiče i u

1

unutrašnjost šupljeg puža 46 tako da se mulj zagreva i od strane puža 46. U ilustrovanom izvođenju svaki šuplji puž 46 je povezan sa pogonskim motorom 47 koji vrši rotiranje puža 46 unutar nosača 44 za mulj i time neprekidno pomera vlažni mulj u pravcu ose kroz nosač 44 za mulj dok se sam mulj suši. Prema jednom izvođenju, svaki pogonski motor 47 je namenski trofazni inverterski elektromotor od pet konjskih snaga koji se upravlja nezavisnom pobudom promenljive frekvencije. Druga izvođenja mogu koristiti druge pogonske motore.

[0018] Dva nosača 44 za mulj su međusobno povezana na svojim krajevima pomoću prenosnih kućišta 50, a svako od njih ima prolaze za mulj koji omogućavaju aksijalno proticanje mulja kroz jedan od nosača 44 u jednom pravcu, kroz prolaz za mulj u prenosnom kućištu 50, i u pravcu ose kroz drugi nosač 44 za mulj u drugom smeru.

[0019] Slika 7 je šematski pogled u izometriji na tok mulja sklopu sušača za mulja od ulaza 40. Dok talog kruži kroz nosače 44 za mulj, voda koja je prisutna u mulju se ključanjem uklanja. Kada je čvrsti gorivni materijal koji se dobija iz mulja dovoljno suv, on napušta sklop 14 sušača za mulj kroz jedan ili više otvora 54 za suvo gorivo, formiranih na boku nosača 44 za mulj i odgovarajuće školjke 42. Izlazni otvor 54 za suvo gorivo je zaptivno zatvoren između nosača 44 za mulj i školjke 42 tako da se zadržava izolovanost mulja od primarne pare. Prema ilustrovanom izvođenju izlazi 54 za suvo gorivo su pravougaoni otvori, mada otvori za suvo gorivo mogu imati i druge oblike (tj. kvadratni, okrugli, eliptični itd.) i dimenzije.

[0020] Tokom rada, nivo mulja u sklopu 44 sušača za mulj raste kako se dodatni vlažni mulj dovodi u nosač 44 za mulj pomoću prelaznog puža 52 (Slika 6). Čvrsti materijali unutar mulja koji se kreću kroz nosač 44 za mulj se obično dovoljno osuše do trenutka kada dospeju do otvora 54 za suvo gorivo, a dovoljno osušeni čvrsti gorivni materijal izlazi iz otvora 54 za suvo gorivo i pada u levak 56 za suvo gorivo (Slika 2), o čemu će biti reči u nastavku opisa. Kako bi se osiguralo da mulj koji se kreće kroz nosač 4 za mulj preko rotirajućih šupljih puževa 46 ostaje drobljiv, odgovarajuća količina osušenog mulja će se vratiti na početak sistema za sušenje neposredno do ulaza 40. Neka količina mulja se može recirkulacijom vratiti kroz sklop za mulj i više puta pre nego što pređe u levak 56 za suvo gorivo (Slika 2).

[0021] Ova recirkulacija mulja radi sušenja takođe sprečava da mulj dospe u stanje koje se naziva "lepljiva" faza, pri čemu je sadržaj vlage u talogu oko 0,3523 kg H2O po kilogramu suve materije ili 25% do 75% suve čvrste materije. Za razliku od zona "vlažne" ili materije u obliku "paste" gde mulj pokazuje svojstva nalik tečnosti, u "lepljivoj fazi" se kontakt mulja i zagrejanog zida nosača 44 za mulj drastično smanjuje, što negativno utiče na brzinu isparavanja. Kada se daljim sušenjem mulj prevede iz „lepljive“ faze u „zrnastu“ fazu, mulj koji se suši sve više zadržava homogeni kontakt sa zagrejanim zidom nosača 44 za mulj što omogućava da se brzina isparavanja vrati na svoju prvobitnu vrednosti. Pored smanjene efikasnosti prenosa toplote, materijal u „lepljivoj“ fazi demonstrira i veliku otpornost na smicanje, tako da je verovatnije da će se talog zadržavati na rotirajućem pužu 46 umesto da bude prenošen pomoću njega. Recirkulacija neke količine suvog mulja pomaže da se osigura da sadržaj sklopa sušača za mulj uvek ostaje unutar ili u blizini "zrnaste" zone, čime se izbegava "lepljiva" zona.

[0022] Prema ilustrovanom izvođenju prikazanom na Slici 5, koncentrični cevasti dizajn sklopa 14 sušača za mulj je veoma trajan. Izlazi 54 za suvo gorivo, međutim, prodiru kroz bočne zidove cevaste školjke 42 koja je pod pritiskom, što može dovesti do slabljenja cevaste strukture. U skladu sa tim, jedno ili više od rebara 64 za učvršćivanje je pričvršćeno na školjke 42 oko otvora 54 za suvo gorivo kako bi se zadržao strukturni integritet i sačuvale cevaste strukture od nastanka plastičnih deformacija usled toplote i pritiska primarne pare unutar sklopa za sušenje.

[0023] Pored uklanjanja materijala osušenog čvrstog goriva iz nosača 44 za mulj, para koja je oslobođena iz mulja uklanja se iz sklopa 14 sušača za mulj kroz otvore 66 za ispuštanje pare koji su povezani sa unutrašnjošću svakog od nosača 44 za mulj. Para koja se oslobađa iz mulja teče iz otvora 66 za isparavanje kroz kanale do sistema 16 za prečišćavanje vode (Slika 1), što je detaljnije opisano u daljem tekstu. Prema ilustrovanom izvođenju, na svakom od krajeva sklopa sušača za mulj je izveden najmanje jedan otvor 66 za ispuštanje pare, mada se izlazni otvori mogu nalaziti i na drugim pozicijama.

[0024] Kako se toplota iz primarne pare prenosi u mulj, primarna para se hladi tako da sklop sušača 14 za mulj deluje kao kondenzator, pri čemu se primarna para kondenzuje unutar školjki 42 u primarnu tečnu vodu. Kondenzat ostaje izolovan od mulja i uklanja se iz školjki 42 kroz sklop cevi sifona za kondenzat koji izvlači primarnu tečnu vodu i usmerava je u jedan ili više primarnih vodova 62, koji primarnu tečnu vodu odvode od sklopa 14 sušača za mulj kroz primarno vodeno kolo 21 (Slika 1). U ilustrovanom izvođenju, koje je prikazano na Slici 2, sklop 14 sušača za mulj je montiran u sistem 10 tako da se školjke 42 i nosači 44 za mulj naginju u odnosu na horizontalu, na primer sa nagibom od približno 1 stepena, kako bi se olakšala ekstrakcija primarnog voda pomoću sklopa cevi sifona. Ekstrahovana primarna tečna voda se zatim vraća nazad kroz primarno vodeno kolo 21 radi korišćenja od strane kotla 20 i parne mašine 26, pre nego što se ponovo vrati kao para u sklop 14 za sušenje mulja.

[0025] Slika 8 predstavlja delimični izometrijski prikaz drugog izvođenja sklopa 70 sušača za mulj koji sadrži veći broj rotirajućih i stacionarnih posuda pod pritiskom zagrejanih ispuštenom primarnom parom do približno 100 psig i 328°F kako bi se vršilo mešanje i sušenje mulja. Ilustrovani sklop 70 sušača ima zatvoreno, zaptiveno korito 72, koje sadrži rotirajući puž 74 koji pomiče mulj aksijalno duž korita 72 prema izlazu koji se nalazi na jednom od krajeva korita 72. Korito 72 prima protok vlažnog mulja kroz ulazni otvor izveden na jednom svom kraju, takav da se najmanje deo puža 74 nalazi unutar mulja. Korito 72 je prikazano na Slici 8 bez poklopca ili krajeva radi povećanja jasnoće prikaza, i kako bi se predstavile komponente koje se nalaze unutar korita 72. Poklopac i krajevi su zaptivno pričvršćeni za telo 76 korita tako da tokom procesa sušenja u potpunosti zadržavaju talog i paru oslobođenu iz mulja. Prema jednom izvođenju, poklopac sa hidrauličkim upravljanjem omogućava potpuni i lak pristup svim unutrašnjim komponentama sklopa 70 sušača za mulj, kao i zaptivanje svih isparenja, isparenja i gasova unutar korita 72. Prema tome, pare mulja i isparljive tvari iz gornjeg prostora u koritu 72 skupljaju se i ponovno obrađuju radi prečišćavanja (tj. vodena para) i/ili ponovnog sagorevanja (tj. gasovi i/ili isparljive materije).

[0026] Slika 9 je uvećani izometrijski prikaz korita 72 grejanog parom, koje je prikazano sa uklonjenim pužem 74. Korito 72 sadrži veći broj stacionarnih, razdvojenih, zakrivljenih cevi 78 za paru, koje su međusobno povezane izduženim razvodnim cevima 80 koje primaju vrelu ispuštenu primarnu paru iz parnog stroja 26 (Slika 1) i ravnomerno raspoređuju primarnu paru u zakrivljene cevi 78 za paru. U skladu sa tim, kako mulj ulazi u korito 72 sa strane dovoda i kreće se duž korita 72

1

pomoću puža 74, mulj se kreće najmanje po delu zakrivljenih cevi 78 za paru čime se zagreva i suši mulj. Do trenutka kada talog dospeva do izlaza koji se nalazi na kraju tela 76 korita, mulj je dovoljno osušen. Pored toga, primarna para se kondenzuje unutar zakrivljenih cevi 78 za paru, a kondenzat se sakuplja u povratnoj razvodnoj cevi 82 koja je povezana sa primarnim vodenim kolom 21.

[0027] Slika 10 je uvećani izometrijski prikaz parno-zagrevanog puža 74 pod pritiskom, koji je prikazan odvojeno od korita 72. Puž 74 ima šuplju centralnu osovinu 84 koja prima ispuštenu primarnu paru. Puž 74 takođe ima mnoštvo zakrivljenih cevi 86 za paru koje su povezane sa unutrašnjošću centralne osovine 84 i protežu se radijalno spiralno od centralne osovine 84. Prema tome, zakrivljene cevi 86 za paru primaju primarnu paru iz centralne osovine 84.

[0028] Puž 74 je konfigurisan tako da se okreće unutar korita 72 pri čemu zakrivljene cevi 86 za paru prolaze kroz prostor između cevi 78 za paru u koritu 72. Zakrivljene cevi 86 za paru puža mogu biti blago nagnute u odnosu na centralnu osovinu 84 tako da deluju kao potisni elementi koji aktiviraju i guraju mulj kroz korito preko zakrivljenih cevi 78 za paru i na taj način zagrevaju i kuvaju mulj. Vruća primarna para u centralnoj osovini 84 i u zakrivljenim cevima 86 za paru takođe greje mulj, što rezultuje kondenzovanjem primarne pare unutar puža 74. Na jednom kraju centralne osovine 84 sa pužem nalazi se izlaz za kondenzat koji usmerava kondenzat iz puža i duž primarnog vodenog 21 kola (Slika 8) u vidu primarne tečne voda. Kod ilustrovanog izvođenja, rotirajući puž 74 obezbeđuje funkciju mešanja koja omogućava samo-nivelišući efekat usled kojeg se mulj premešta sa jednog kraja korita 72 na drugi. Puž 74 takođe meri osušeni materijal čvrstog goriva iz otvora za osušeno gorivo. Prema najmanje jednom izvođenju, jedan ili više puževa za osušeno gorivo mogu biti povezani sa koritom 72 pored izlaza za osušeno gorivo radi prenošenja osušenog materijala čvrstog goriva u levak 56 za suvo gorivo.

[0029] Slike 11 i 12 su izometrijski prikazi drugog izvođenja sklopa 70 sušača za mulj koji ima korito 72 sa telom 76 korita, zakrivljene cevi 78 za paru i razvodne cevi 80 koje se pružaju duž ose, koji je suštinski sličan sklopu sušača 70 za mulj koji je gore opisan u vezi sa Slikom 8. Prema tome, korito 72 sa zakrivljenim cevima 78 za paru i razvodnim cevima 80 definiše stacionarnu posudu pod pritiskom koju zagreva primarna para. Prema ovom alternativnom izvođenju, puž 90 je obrtno postavljen unutar korita 72 i pokreće ga pogonski motor 92.

[0030] Puž 90 suštinski poseduje šuplju središnju osovinu 94 koja je povezana s mnoštvom šupljih, ravnih pravolinijskih cevi 96 koje se pružaju radijalno iz centralne osovine 94. Svaka pravolinijska cev 96 sadrži noseću mrežu 98 koja je pričvršćena na centralnu osovinu 94 kako bi se obezbedila dodatna čvrstoća i krutost navedene pravolinijske cevi 96 dok se puž 90 okreće a parno grejane pravolinijske cevi 96 kreću kroz mulj i polako ga pomeraju aksijalno prema izlazu za suvo gorivo. Prema jednom aspektu, noseće mreže 98 se takođe mogu nagnuti u odnosu na uzdužnu osu centralne osovine, dok se noseće mreže 98 mogu zahvatiti deo mulja radi lakšeg mešanja i/ili postepenog pomeranja mulja koji se suši dužinom korita 72.

[0031] Radi navođenja primera, centralna osovina 94 puža 90 je kruta cev prečnika 24 inča koja je operativno povezana sa oko 140 isturenih pravih cevi 96 dužine 5 inča, podužno raspoređenih oko cevi. Prave cevi 96 se pružaju unutra u centralnu osovinu 94 koja je ispunjena parom kako bi se osiguralo pravilno uklanjanje kondenzata nakon što je tokom rada izvršena kondenzacija primarne pare. Svaka od pravih cevi 96 i pripadajuća noseća mreža 98, konfigurisani su tako da izdrže snagu punog obrtnog momenta pogonskog motora ako se tim obrtnim momentom u potpunosti deluje na kraju jedne od ravnih cevi 96, istovremeno održavajući stvarno naprezanje materijala ispod dozvoljenog naprezanja materijala pri predviđenom pritisku i temperaturi puža, kao što je približno do 100 psig i 328°F. Prema jednom izvođenju, ravne cevi 96 su postavljene uglavnom prema spiralnom šablonu dužinom centralne osovine 94, tako da nijedne dve ravne cevi 96 inicijalno ne deluju na materijal mulja u preciznom istom trenutku, čime se ravnomerno raspoređuju udarna opterećenja tokom čitave rotacije puža. Pored toga, susedne planarne grupe ravnih cevi su rotaciono pomerene za oko 45 ° kako bi se olakšao protok mulja kroz korito 72 tokom procesa sušenja.

[0032] Kao što je naznačeno iznad, para mulja koja je nastala u koritu 72 ekstrahuje se kroz odvod za paru. Prema jednom izvođenju odvod za paru je smešten pored završnog panela korita do koga se talog kreće tokom procesa sušenja. Para mulja uklonjena iz korita 72 prelazi u sistem 16 za preradu vode gde se para mulja čisti i skuplja, kao što će detaljnije biti opisano u daljem tekstu.

1

[0033] Prema jednom izvođenju gde se sistem 10 koristi za obradu veoma vlažnog mulja (npr. mulja kod kojeg je udeo čvrste materije približno 15% čvrstih materija ili manje). Sistem 10 suši vlažni mulj upotrebljavajući dvostepeni sistem za sušenje mulja koji uključuje sklop sušača 200 pod visokim pritiskom i sklop 220 sušača niskog pritiska drugog stepena. Slike 13A i 13B su izometrijski prikazi prvog stepena sklopa 200 sušača pod visokim pritiskom u skladu sa jednim izvođenjem ove tehnologije. Sklop 200 sušača iz prvog stepena sadrži izduženu spoljašnju cev 202 velikog prečnika koja sadrži mnoštvo razmaknutih, aksijalno poravnatih diskova 204 za struganje, koji su strukturno međusobno povezani preko jedne ili više poluga 205. Radi povećanja jasnoće ovog razmatranja, spoljašnja cev 202 je prikazana na Slikama 13A i 13B kao suštinski providna kako bi se izbeglo sakrivanje unutrašnjih komponenti od pogleda.

[0034] Svaki disk 204 za struganje ima više otvora 206 koji se aksijalno poravnavaju sa otvorima 206 na ostalim diskovima 204 za struganje. Veći broj parnih cevi 208 proteže se suštinski dužinom spoljašnje cevi 202 i kroz poravnate otvore 206 u diskovima 204 za struganje. Diskovi 204 za struganje takođe sadrže ležajeve 209 koji se sprežu sa unutrašnjom površinom spoljašnje cevi. Krajevi spoljašnje cevi 202 su povezani sa delovima 210 razvodnika koji komuniciraju sa unutrašnjošću cevi 208 za paru. Jedan od delova 210 razvodnika (tj. ulazni razvodnik 210a) ima otvor 212 za dovod pare koji je spojen na primarno vodeno kolo i konfigurisan za prihvatanje primarne vrele pare koja je ispuštena od strane parne mašine 26 (Slika 1). Primarna para teče iz ulaznog razvodnika 210a u cevi 208 za paru unutar spoljašnje cevi 202.

[0035] Spoljašnja cev 202 ima otvor 211 za dovod mulja koji usmerava protok veoma mokrog mulja u unutrašnjost cevi tako da vlažni mulj direktno zahvata vrele cevi 208 za paru. Strukturno povezani diskovi 204 za struganje povezani su sa povratnom pogonskom osovinom 212 koja se zaptivno pruža kroz ulazni razvodnik 210a i povezuje se sa aktuatorom 213, kao što je na primer hidraulični cilindar. Pomoću aktuatora 213 se može potiskivati i povlačiti pogonska osovina 212, čime se diskovi 204 za struganje unutar spoljašnje cevi 202 pomeraju u vidu jedinice naprednazad duž aksijalnog pravca kroz vlažni mulj. Vrela primarna para u cevima 208 za paru zagreva do ključanja vodu koja je prisutna u mulju kako bi se generisala para mulja, smanjujući na taj način sadržaj vode u mulju.

1

[0036] Izduženi sklop 214 puža se zaptivno pruža kroz ulazni razvodnik 210a i ulazi u unutrašnjost spoljašnje cevi kako bi zahvatao mulj. Kako se mulj zgušnjava usled isparavanja vode, sklop 214 puža pomaže premeštanje zgusnutog mulja kroz spoljašnju cev 202 do otvora 215 za ispuštanje mulja koji se nalazi na kraju spoljašnje cevi 202 nasuprot ulaznog otvora 211 sklopa 200 sušača. Ekstrahovani gusti mulj se zatim propušta kroz leptir 220 za smanjenje pritiska i usmerava u sklop 220 sušača drugog stepena (Slika 14), koji će detaljnije biti opisan u daljem tekstu.

[0037] Kako primarna para u cevima 208 za paru zagreva i dovodi do ključanja vlažni mulj, primarna para se kondenzuje i rezultujuća primarna tečna voda napušta cevi 208 prelazeći prostor za sakupljanje koji se nalazi u izlaznom razvodniku 210b. Primarna tečna voda se kreće iz područja sakupljanja kroz otvor za odvod primarne vode i prelazi u vod koji je priključen na radijator 190 (o kome će biti reči u daljem tekstu) koji hladi tečnu vodu u primarnom vodenom kolu 21. Para mulja koja je oslobođena iz mulja se zagreva i održava na visokoj temperaturi tokom procesa sušenja, što rezultuje sterilizacijom pare mulja tokom njenog boravka u spoljašnjoj cevi 202. Kao što je prikazano na Slici 14, para mulja se ekstrahuje iz spoljašnje cevi 202 kroz povratni otvor 216 i kroz odvodni vod 218 za paru mulja koji prenosi paru mulja u sistem 16 za preradu vode. Para mulja se filtrira pomoću ciklona, sa jednim ili više predfiltera (~25 mikronski filter) i sa jednim ili više finih filtera (∼1 mikron). Filtrirana, sterilisana para mulja se zatim usmerava u sklop 220 sušača drugog stepena.

[0038] Kod ilustrovanog izvođenja, sklop 220 sušača drugog stepena je u suštini identičan sklopu sušača za mulj sa Slika 8 do 10 ili Slika 11 do 12, osim što je vrela para, koja prolazi u zakrivljene cevi 78 za paru u koritu 72 i u rotirajući puž 74 ili 90, jeste filtrirana, sterilisana para mulja dobijena iz sklopa 200 sušača prve faze (Slika 13), a ne primarna vrela para iz parne mašine. Kod ovog izvođenja, toplota filtrirane, sterilisane pare mulja iz sklopa 200 sušača prve faze koristi se za sušenje fekalnog mulja u sklopu 220 sušača drugog stepena. Prema tome, ovaj dvostepeni sistem za sušenje mulja omogućava obradu dvostruko veće količine mulja sa uglavnom istom količinom primarne vode.

[0039] Nakon što zagrejana, para mulja pod pritiskom proteče kroz zakrivljene cevi 78 i/ili puž 74/90, a para mulja se kondenzuje, dobijeni kondenzat ekstrahovan iz cevi

1

82 povratnog razvodnika i iz šuplje centralne osovine 84 teče u sistem 16 za preradu vode. Pored toga, proces sušenja unutar sklopa 220 sušača drugog stepena zagrevanjem do tačke ključanja izvlači vodu iz fekalnog mulja, i ta para mulja izlazi kroz korito 72 sklopa 70 sušača i teče u sistem 16 za preradu vode (Slika 15).

Sistem za preradu vode

[0040] Slika 15 šematski prikazuje dijagram toka sistema 16 za preradu vode. Para mulja dotiče u sistem 100 za filtriranje pare koji sadrži ciklon kojim se para razdvaja od ostalih čestica koje mogu biti prisutne u pari mulja. Preostali gasovi i bilo kakve čestice (npr. isparljive ili VOC čestice itd.) prenose se u komoru 18 za sagorevanje i ponovo se sagorevaju, tako da se VOC čestice (Volatile Organic Compounds - Lakoisparljiva Organska Jedinjenja) uništavaju bez ikakvog ispuštanja u atmosferu, što značajno smanjuje ili eliminiše ispuštanje loših mirisa u atmosferu tokom obrade mulja. Odvojena para mulja se zatim propušta kroz jedan ili više predfiltera, kao što su filter sa velikim porama (tj. filter od 25 mikrona), a zatim kroz filter za finu paru (tj. filter od 1 mikrona). Nakon toga filtrirana para mulja dolazi do kondenzatora 104 u kojem se kondenzuje para mulja i prikuplja tako dobijena sterilna tečna voda. Dok filtrirana para mulja i rezultirajuća kondenzovana voda mogu sadržati neke nečistoće, filtrirana para i kondenzovana tečna voda ne sadrže patogene jer je para mulja bila izložena veoma visokim temperaturama tokom dovoljno dugog vremenskog perioda da se ubiju bilo kakvi patogeni koji su se nalazili u pari mulja.

[0041] Sterilna voda se zatim prečišćava postupkom aeracije, zatim postupkom izbeljivanja, a nakon toga postupkom filtracije kroz odabrani filter za prečišćavanje, kao što mogu biti jedan ili više ugljenih filtera. Prečišćena, čista, pitka voda se zatim hvata u rezervoaru 108 za čistu vodu iz koga se može dalje točiti.

[0042] Slika 16 šematski prikazuje dijagram toka sistema 16 za preradu vode u vezi sa izvođenjem kod kojeg se koristi dvostepeni sklop sušača. Prema ovom izvođenju, isparenja mulja iz sklopa sušača prve faze koja su pod visokim pritiskom, propuštaju se kroz sistem 16 za preradu vode i filtriraju se, kao što je opisano iznad, a zatim se koriste u sklopu 220 sušača druge faze. Kondenzat iz te pare mulja u drugom sklopu 220 sušača se sakuplja i prolazi kroz sistem 16 za preradu vode, gde se prečišćava

1

postupcima aeracije, beljenja i filtriranja, kao što je navedeno iznad. Pare mulja iz sklopa 220 sušača drugog stepena koja ulazi u sistem 16 za preradu vode se takođe filtrira (tj. pomoću ciklona, predfiltra i finog filtera), kondenzuje, a nastali kondenzat se prečišćava i sakuplja u rezervoaru 108 za skladištenje.

Sistem za rukovanje osušenim čvrstim gorivom

[0043] Vraćajući se sada na osušeni čvrsti gorivni materijal, kako on napušta sklop 14/70/200/220 sušača za mulj kao što je opisano iznad, osušeni čvrsti gorivni materijal ulazi u levak 56 za suvo gorivo. Slika 17 je izometrijski prikaz levka 56 za suvo gorivo koji je pričvršćen za sklop 14 sušača za mulj neposredno do rebara 64 za učvršćivanje. Slika 18 predstavlja uvećani, delimično transparentni izometrijski prikaz levka 56 za suvo gorivo koji je prikazan kao uklonjen iz sklopa 14 sušača za mulja. Levak 56 za suvo gorivo prema ilustrovanom izvođenju sadrži posudu koja prima osušeni čvrsti gorivni materijal kroz otvorenu gornju stranu. Spiralni grejač 110 je pričvršćen sa strane posude tako da zagreva posudu kako bi se osiguralo da kondenzacija tečne vode iz bilo kojeg izvora ne dospe do osušenog čvrstog gorivnog materijala. Toplota spiralnog grejača 110 takođe može dodatno da pokrene čvrsti gorivni materijal. Prema jednom izvođenju spiralni grejač 110 posude za gorivo može biti spiralna cev sa parom koja prima deo pare mulja koji je nastao u sklopu 14 sušača za mulj (Slika 17), tako da se sadržaj posude zagreva na temperaturu koja je približno iznad 120°C (240°F).

[0044] U slučaju da voda ili vlaga nekako dospeju u levak 56 i natope osušeni čvrsti gorivni materijal, ili ukoliko je osušeni čvrsti gorivni materijal previše vlažan da bi mogao efikasno sagorevati, tada će biti potrebno isprazniti levak 56. U skladu sa tim, levak 56 sadrži puž za odvod mokrog goriva 115 koji će usmeriti vlažno gorivo nazad u rezervoar 32 za mokri mulj (Slika 1).

[0045] Kao što se vidi na Slikama 18 i 19, levak 56 prema ilustrovanom izvođenju sadrži transporter 112 za suvo gorivo koji je priključen na dno posude levka. Transportni uređaj 112 povezan je sa sklopom 114 puža za dovod goriva koji nosi osušeni čvrsti gorivni materijal do ložišta ili fluidiziranog sloja 116 komore 18 za sagorevanje (Slika 19), pri čemu se osušeni čvrsti gorivni materijal sagoreva u

1

suspenziji čestica peska. Prema ilustrovanom izvođenju, puž 114 za dovod goriva doprema osušeni čvrsti gorivni materijal u komoru 18 za sagorevanje sa fluidiziranim slojem približno 12 cm (4,5 inča) iznad fluidiziranog sloja 116 i približno na istu visinu na koju se dovodi i tok vazduha za sagorevanje koji je primljen iz ventilatora za sagorevanje, što će detaljnije biti opisano u daljem tekstu. Dok ilustrovano izvođenje primenjuje sklop 114 puža za dovod suvog goriva, potrebni su i drugi sistemi za dovod goriva, uključujući gravitacioni sistem ili druge sisteme pomoću kojih se materijal za čvrsto gorivo dovodi u komoru za sagorevanje.

[0046] Prema jednom izvođenju, sistem 10 za preradu otpada 10 (Slika 1) može da sadrži pomoćni levak 118 za suvo gorivo (Slika 1) koji sadrži pomoćno gorivo, poput uglja, peleta drveta, organskog otpada ili drugog pogodnog suvog goriva koje se može sagorevati u komori 18 za sagorevanje sa fluidiziranim slojem, zajedno sa osušenim čvrstim gorivom, ukoliko je to potrebno. Pomoćni levak 118 za suvo gorivo takođe sadrži puž 120 za dovod (Slika 19) koji je spojen sa komorom 18 za sagorevanje radi dopremanja pomoćnog goriva u fluidizirani sloj 116 za sagorevanje. Puž 120 za dovod se takođe može koristiti za dodavanje peska, krečnjaka ili drugog odabranog materijala u fluidizovani sloj 116 komore 18 za sagorevanje.

Sklop komore za sagorevanje

[0047] Kao što je prikazano na Slici 19, komora 18 za sagorevanje sa fluidiziranim slojem povezana je sa donjim delom kotla 20 tako da sagoreva osušeni čvrsti gorivni materijal i zagreva kotao 20. Komora 18 za sagorevanje prema ilustrovanom izvođenju ima ložište 122 u koje se nalaze fluidizovani sloj 116 i prateća oprema za prenos toplote. Slika 20 je delimični izometrijski prikaz ložišta 122 koje je povezano sa posudom 126 za odvod pepela pomoću odvodnog puža 128. Slika 22 je uvećani izometrijski prikaz rešetke 130 za distribuciju vazduha, koja je prikazana uklonjena iz ložišta 122. Ilustrovana rešetka 130 za distribuciju vazduha je konfigurisana za fluidizaciju sloja 116 na homogen i stabilan način, i ona isporučuje primarni vazduh za sagorevanje koji je potreban za odvijanje procesa sagorevanja unutar sklopa komore 18 za sagorevanje. Ilustrovani fluidizovani sloj 116 sadrži pesak, iako se takođe mogu koristiti krečnjak ili neki drugi pogodni materijali ili njihove smeše.

2

Rešetka 130 za distribuciju vazduha konfigurisana je za rad tokom dužih vremenskih perioda bez izvijanja, lomljenja ili začepljivanja. Rešetka 130 za distribuciju vazduha je takođe integrisana u ložište 122 na način koji omogućava da se lako i brzo zameni ili popravi kako bi se smanjilo vreme kada su komora 18 za sagorevanje i pripadajući sistem 10 neaktivni.

[0048] Rešetka 130 za distribuciju vazduha sadrži izolovanu cev 140 za distribuciju vazduha sa dovodom 142 za vazduh i sa većim brojem razvodnih cevi 144 za vazduh koje su povezane sa cevi 140 za distribuciju vazduha nizvodno od dovoda 142 za vazduh. Razvodne cevi 144 su paralelne i razmaknute prilično blizu jedne do drugih kako bi se omogućilo da čestice pepela i sitnog peska lako padnu između razvodnih cevi 144 radi uklanjanja odvodnim pužem 128 u posudu 126 za pražnjenje (Slika 20). Ipak, razmaknute razvodne cevi 144 sprečavaju pad klinkera i velikog nesagorelog materijala na ulaz odvodnog puža. Svaka razvodna cev 144 povezana je sa većim brojem mlaznica 146 za vazduh sa kapicama koje su distribuirane u obliku mreže. Mlaznice 146 za vazduh sa kapicama omogućavaju glatku i ravnomernu raspodelu vazduha u delu slobodne ploče iznad ležišta 116 za homogenu fluidizaciju u ložištu

[0049] Kod ilustrovanog izvođenja prikazanog na Slici 21, rešetka 130 za distribuciju vazduha povezana je sa linijskim sklopom 138 gorionika koji se može aktivirati radi prethodnog zagrevanja dolaznog vazduha za sagorevanje/fluidizaciju prema potrebi, kao što je na primer tokom početnog pokretanja i zagrevanja fluidizovanog sloja 116 (Slika 20). Linijski sklop 138 gorionika sadrži obloženi grejač 150 koji prima protok vazduha iz ventilatora 148 za sagorevanje. Grejač 150 je povezan sa ulazom 142 za vazduh na cevi 140 za distribuciju vazduha (Slika 22) radi obezbeđivanja vazduha za sagorevanje u fluidizovanom sloju 116 preko rešetke 130 za distribuciju vazduha (Slika 20). Ventilator 148 za sagorevanje kod ilustrovanog izvođenja obezbeđuje vazduh pri približnom protoku do 750 ft<3>/min komprimovanog na oko 50 in. H20. Grejač 150 može da radi pomoću prirodnog gasa, propana, butana ili drugog pogodnog goriva za prethodno zagrevanje vazduha za sagorevanje kada je to potrebno. Jednom kada se komora 18 za sagorevanje zagreje blizu radne temperature, linijski sklop 138 gorionika više nije potreban, a ventilator 148 za sagorevanje dovodi nezagrejani vazduh u fluidizovani sloj 116 za sagorevanje sa čvrstim gorivim materijalom.

Kotao

[0050] Sklop 18 komore za sagorevanje je postavljen unutar kotla 20, a toplota koja nastaje sagorevanjem osušenog čvrstog gorivnog materijala obezbeđuje kontinuirani protok zagrejanog oslobođenog gasa koji teče kroz kotao 20 krećući se duž putanje 158 izduvnih gasova (Slika 23) i zagreva do ključanja kontinuirani tok primarne tečne vode koja se uglavnom kreće u suprotnom smeru kroz kotao 20 duž primarnog vodenog kola 160 (Slika 24) kako bi se proizvela para pod visokim pritiskom koja će napajati parnu mašinu 26 (Slika 1). Kotao 20 i njegove komponente će biti opisane u vezi sa putanjom 158 izduvnih gasova (Slika 23), a zatim u vezi sa primarnim putanjom 160 vode.

[0051] Slika 23 je uvećani, delimično isečeni, izometrijski prikaz komore 18 za sagorevanje suvog goriva i kotla 20 koji prikazuje put 158 zagrejanih izduvnih gasova kroz kotao. Donji deo kotla 20 sadrži isparivač 162 koji je ugrađen najmanje delimično u, i postavljen neposredno iznad fluidizovanog sloja 116. Prema tome, toplota visoke temperature koja nastaje sagorevanjem čvrstog goriva u fluidizovanom sloju 116 protiče okolo i efikasno zagreva isparivač 162. Put 158 izduvnih gasova vodi prema gore od isparivača 162, preko primarnog pregrejača 164 spojenog sa isparivačem 162, a zatim preko sekundarnog pregrejača 166 koji je povezan sa primarnim pregrejačem 164. Put izduvnih gasova 158 vodi iz sekundarnog pregrejača 166 preko primarnog regenerativnog grejača 168 (tzv. ekonomajzer), a zatim preko sekundarnog regenerativnog grejača 170. Zagrevani tok izduvnih gasova koji prolazi putanjom 158, hladi se dok toplotu prenosi redom na svaki od isparivača 162, primarnog pregrejača 164, sekundarnog pregrejača 166, primarnog regenerativnog grejača 168 i pomoćnog regenerativnog grejača 170. Sekundarni regenerativnog grejača 170 je postavljen u kućištu 172 regenerativnog grejača i povezan je sa izlazom 174 za izduvni gas. Do trenutka kada ispušteni gas dolazi do i pređe preko sekundarnog regenerativnog grejača 170, izduvni gas prenosi samo nisku toplotu na sekundarni regenerativni grejač 170 pre nego što napusti izduvni otvor 174.

[0052] Slika 24 je uvećani prikaz u delimičnoj izometriji kućišta 172 regenerativnog grejača i multi-klon sklopa 176 povezanog sa izlaznim izduvnim sistemom 174. Ispušteni gas ulazi u multi-klon sklop 176 i teče kroz jedan ili više konvencionalnih ciklona da bi se uklonili zaostali pepeo ili čestice iz protoka izduvnih gasova, obezbeđujući tako čist izduvni gas koji izlazi iz multi-klon sklopa 176. Izduvni gas takođe može da se koristi za pravljenje mehurića u hemijski tretiranom vodenom stubu kako bi se uklonili dodatni kontaminanti pre otpuštanja u atmosferu. Izduvni gas koji suštinski ne sadrži čestice napušta multi-klon sklop 176 i protiče kroz izduvnu cev 178 koja se otvara u atmosferu. Kod ilustrovanog izvođenja, ventilator 180 za indukovanje strujanja smešten je između multi-klon sklopa 176 i izduvne cevi 178 i konfigurisan je tako da olakšava protok izduvnih gasova duž celokupne putanje 158 izduvnih gasova i izduvne cevi 178. Kod ilustrovanog izvođenja, ventilator 180 može povući vakuum od približno 8 inča H2O sa protokom od približno 775 scfm, mada se kod drugih izvođenja mogu koristiti i drugačiji ventilatori ili sistemi za izvlačenje izduvnih gasova radi kontrole protoka i brzine kretanja izduvnih gasova duž putanje 158 izduvnih gasova.

[0053] Slika 25 je uvećani prikaz u delimičnoj izometriji kućišta 172 regenerativnog grejača koje ima oblast 182 za prikupljanje pepela u dnu kućišta i puž 184 za pepeo povezan sa oblasti 182 za prikupljanje pepela. Do trenutka kada izduvni gas ulazi u kućište 172 regenerativnog grejača, izduvni gas se već znatno ohladio, a sve teže čestice pepela koje mogu biti nošene od strane izduvnog gasa ući će u oblast 182 za prikupljanje pepela. Puž 184 za pepeo je konfigurisan da odnosi prikupljeni pepeo dalje od kućišta 172 regenerativnog grejača u posudu ili neki drugi sistem za sakupljanje (nije prikazan).

Primarno vodeno kolo pre kotla

[0054] Okrećući se sada primarnom vodenom kolu 160, primarni protok vode ulazi u kotao 20 u tečnoj fazi. Kao što je navedeno iznad u vezi sa sklopom 14 sušača za mulj, primarni protok vode iz parne mašine 26 kondenzuje se u sklopu sušača za mulj u tečnu fazu. Kod ilustrovanog izvođenja prikazanog na Slici 1, tok primarne tečne vode iz sklopa 14 sušača mulja može proći kroz radijator 190 koji pomaže

2

hlađenju primarne tečne vode pre nego što ona nastavi dalje kretanje duž primarnog vodenog kola 21.

[0055] Kako se primarna voda (koja se ponekad naziva i "dovodna voda") kreće kroz kolo 21 primarne vode u fazi pare, fazi isparavanja i fazi tečnosti, neka količina primarne vode se može izgubiti. Na primer, određena količina primarne vode može se izgubiti u izduvu pare u parnoj mašini 26, pri čemu se para izduvava pored klipa duž zidova cilindra motora. Pored toga, deo primarne vode može napustiti sistema 10 i biti odbačen u najnižoj tački sistema 10 kako bi se uklonile sve upotrebljene hemikalije ili minerali koji se mogu nataložiti iz primarne vode, što se naziva i izduvavanje. U zavisnosti od kvaliteta vode i sistema 10, izduvavanje može predstavljati otprilike 5% ukupnog protoka primarne vode. Shodno tome, dopunska voda se može dodati u primarno vodeno kolo 21 preko kondicionera 192 za vodu koji se nalazi nizvodno od radijatora 190.

[0056] Kondicioner 192 za vodu takođe može da dodaje hemikalije ili aditive primarnoj vodi, dok je u tečnoj fazi. Kod nekih izvođenja, hemikalije i/ili aditivi se dodaju u dopunsku vodu koja se dalje unosi u primarno vodeno kolo 21. Na primer, dopunska voda se može omekšati hemijskim dodacima pre ulaska u primarni krug vode kako bi se smanjilo taloženje naslaga na cevima u kotlu 20. Hemijski aditivi se takođe mogu koristiti za minimiziranje količine nečistoća i proizvoda korozije koji mogu negativno uticati na efikasnost grejanja ili potencijalno skratiti radni vek cevi kroz koje se kreće primarna voda u primarnom vodenom kolu 21. Pored toga, kondicioner 192 za vodu se može koristiti za prečišćavanje dolazne vode, koja može biti tvrda javna voda, pre nego što se dopunska voda uvede u primarno vodeno kolo 21.

[0057] Primarna voda teče iz kondicionera 192 za vodu i sakuplja se u rezervoaru 194 za snabdevanje vodom pre nego što se primarna tečna voda uvede u kotao 20. Rezervoar 194 za snabdevanje vodom može da sadrži prekidač nivoa, tako da nakon povratka primarne tečne vode sistem ima način za merenje i dodavanje odgovarajuće količine vode i hemikalija kako bi se nadomestili gubici u primarnom vodenom kolu 21. Primarna tečna voda se iz rezervoara 194 za snabdevanje vodom izvlači pomoću pumpe 196 za vodu koja pumpa primarnu tečnu vodu u kotao 20.

Primarni vodni put u kotlu

[0058] Vraćajući se sada na kotao 20, Slika 26 predstavlja uvećani, delimično isečeni prikaz u izonometriji koji predstavlja primarnu putanju 160 vode kroz kotao 20. Primarna tečna voda koja se dobija iz pumpe 196 (Slika 1) uvodi se kao hladna voda pod pritiskom u kotao 20 kroz dovod 198 vode prolazeći pored sekundarnog regenerativnog grejača 170. Hladna primarna voda iz pumpe 196 se nalazi pod pritiskom do približno 4.130 kPa (600 psia), i ona protiče kroz sekundarni regenerativni grejač 170, koji se zagreva pomoću izduvnih gasova na najhladnijem delu putanje 158 izduvnih gasova (Slika 23) u kotlu 20. Kod ilustrovanog izvođenja, sekundarni regenerativni grejač 170 zagreva primarnu tečnu vodu do njene tačke zasićenja, koja je približno na 525 K i pri 4.135 MPa.

[0059] Primarna voda teče od sekundarnog regenerativnog grejača 170 kroz primarni regenerativni grejač 168, pri čemu se primarna voda zagreva do tačke ključanja. Primarna voda napušta primarni regenerativni grejač 168 kao para i ulazi u parni bubanj 199, pri čemu se suva, zasićena para odvaja od bilo koje zasićene tečnosti. Svaka zasićena tečnost iz parnog bubnja 199 vraća se i ponovo ubacuje u isparivač 162. Suva primarna para izlazi iz parnog bubnja 199 nakon čega prolazi kroz sekundarni i primarni pregrejač 166 i 164. Primarna para izlazi iz primarnog pregrejača 164 kao pregrejana para visoke temperature, koja izlazi iz kotla 20 duž donjeg dela primarne vodene putanje 160 do parne mašine 26.

[0060] Iako kotao 20 koji je ilustrovan na Slikama 23 i 26 sadrži dva pregrejača 164/166 i dva regenerativna grejača 168/170, kotao 20 prema drugim izvođenjima može sadržati samo jedan pregrejač i/ili samo jedan regenerativni grejač. Na primer, Slika 27 predstavlja delimično isečen izometrijski prikaz cevnih komponenti sklopa kotla 222 prema alternativnom izvođenju koje sadrži samo jedan pregrejač 224 i jedan regenerativni grejač 226 koji je spojen sa isparivačem 228 i parnim bubnjem 199. Prema ovom alternativnom izvođenju, parni bubanj 199 je povezan sa većinom vertikalnih cevi koje formiraju vodene zidove 232 na suprotnim stranama isparivača 228, a koji pomažu da se zaštite isparivač, fluidizirani sloj 116 i ložište 122, da se zadrži toplota između vodenih zidova i da se pomogne zagrevanje zasićene vode

2

koja protiče kroz vodene zidove 232. Prema tome, postojanje vodenog zida 232 pomaže da se eliminiše ili smanji količina vatrostalnog materijala koji je potreban unutar kotla.

[0061] Slike 28 i 29 su izometrijski prikazi kotla 240 u skladu sa drugim izvođenjem. Kotao 240 ima raspored komponenata koji je sličan onom sa Slike 27, pri čemu su jedan pregrejač 224 i jedan regenerativni grejač 226 postavljeni uzduž isparivača 228, što omogućava znatno više slobodne površine unutar dela isparivača iznad fluidizovanog sloja 116. Ovo izvođenje takođe podrazumeva postojanje vodenog zida 232 koji se proteže od parnog bubnja 199. Pored toga, kotao 240 ima kućište 241, a pregrejač 224, regenerativni grejač 226 i isparivač 228 su postavljeni na konstrukciju 242 rama koja je pokretno nošena na jednoj ili više šina ili klizača 244 povezanih na kućištem 241.

[0062] Svaka konstrukcija 242 rama i njegove odgovarajuće komponente kotla (tj. pregrejač 224, regenerativni grejač 226 i/ili isparivač 228) mogu se pomeriti kao jedinica u odnosu na kućište 241 na način koji je analogan kretanju fioke između otvorenog, izloženog položaja (Slika 28) i zatvorenog, operativnog položaja (Slika 29). Svi ili bilo koji od pregrejača 224, regenerativnog grejača 226 i/ili isparivača 228, mogu biti pomereni u otvoreni, izloženi položaj, kao što je položaj za radove održavanja ili zamene kada sistem 10 (Slika 1) ne radi. Pre nego što se komponente kotla mogu premestiti u otvoreni, izloženi položaj, neki od međusobno povezanih cevovoda koji određuju primarnu putanju 160 vode možda je potrebno odvojiti. Pregrejač 224, regenerativni grejač 226 i/ili isparivač 228 se mogu klizanjem vratiti u kućište 241 i u zatvoreni radni položaj, dok se spojne cevi mogu ponovo povezati. Ovaj modularni pristup može u velikoj meri da smanji potencijalno vreme zastoja sistema 10, kao i troškove za redovno održavanje kotla 240.

[0063] Prema drugom izvođenju, kotao 20 može biti koncentrični kotao koji ima centralnu komoru za sagorevanje i fluidizirani sloj. Uopšteno cilindrični isparivač je koaksijalno postavljen u komoru za sagorevanje, a pregrejač i regenerativni grejač su koncentrično postavljeni radijalno izvan isparivača. Ostala izvođenja mogu koristiti kotlove sa drugim konfiguracijama i/ili komponentama i/ili rasporedima komponenti.

2

Postrojenje za generisanje električne energije

[0064] Slika 30 je izometrijski prikaz sklopa postrojenja 22 za generisanje električne energije sa generatorom 28 koji pokreće parna mašina 26. Kod ilustrovanog izvođenja, generator 28 je indukcioni generator snage 175 kW sa izlaznom snagom do oko 150kW (200 hp). Električna energija koja je proizvedena od strane generatora 28 koristi se za napajanje bilo kojeg parazitnog opterećenja, uključujući i ventilator za vazduh, sve pumpe, motore koji okreću puževe itd. Višak električne energije se može staviti na raspolaganje za lokalnu upotrebu ili se proslediti u izabranu elektro energetsku mrežu.

[0065] Parna mašina 26 koja pokreće generator 28 prima pregrejanu primarnu paru iz kotla 20 (Slika 1), i primarna para se širi u motoru do približno 207 kPa (∼30 psia). Parna mašina je motor sa više cilindara i povratnim kretanjem klipova sa glavom 300 koja je konfigurisana za korišćenje vrele pare na temperaturi do približno 480°C (900°F) i za rad na visokom pritisku tokom dugih vremenskih perioda, kao što je približno 4.130 kPa (600 psia). Kod ilustrovanog izvođenja, mašina 26 je motor sa šest cilindara, iako se za istu namenu mogu koristiti i drugi motori, poput V-8 klipnog motora sa povratnim kretanjem klipova.

[0066] Slika 31 predstava delimično isečeni uvećani prikaz sa gornje strane u izonometriji glave motora 301, uklonjene iz bloka. Ilustrovani sklop 300 glave uključuje glavu 301 od čelika i koja sadrži otvor 302 za dovod pare za svaki od cilindara. Otvori za dovod pare su obično postavljeni na vrhu glave cilindra. Sklop 300 glave sadrži niz 304 ventila sa kugličnim ventilima 306 i pripadajućim klackalicama 308 za svaki od cilindara. Bregasta osovina 310 ima veći broj precizno oblikovanih bregova 312 za svaki usisni i izduvni ventil 306a i 306b. Rotacija bregaste osovine 310 i pripadajućih bregova 312 kontroliše otvaranje i zatvaranje usisnih i izduvnih ventila 306a i 306b za specifične radne parametre parnog motora 26.

[0067] Povratni parni ciklus parne mašine 26 sastoji se od četiri različita događaja koja se dešavaju tokom dva hoda klipa motora unutar njegovog cilindra. Polazeći od gornjeg mrtvog položaja (Top Dead Center - TDC), usisni ventil 306a cilindra se otvara i pregrejana para visokog pritiska (koja je došla iz kotla) teče kroz otvor 302 za

2

dovod pare i ulazi u cilindar dok se klip kreće prema dole, prema donjem mrtvom položaju (Bottom Dead Center - BDC). Pri određenoj presečnoj zapremini pare, usisni ventil 306a se zatvara, a klip završava usisni hod u BDC. U BDC se izduvni ventil 306b otvara, a izduvni hod započinje dok se klip kreće prema TDC. U određeno vreme pre dospevanja u TDC, izduvni ventil 306b se zatvara pa se pritisak u cilindru povećava do blizine pritiska u kotlu. To smanjuje gubitke usled gušenja prilikom otvaranja usisnog ventila 306a.

[0068] Pošto parna mašina 26 prema ilustrovanom izvođenju radi sa parom na osnovu pritiska u kotlu od približno 4.130 kPa (600 psia), usisni i izduvni ventili 306a i 306b se moraju pažljivo kontrolisati putem preciznih profila bregova i rasporeda ventila kako bi se maksimizirala efikasnost i snaga motora za dati pritisak u kotlu i ograničenja obrtnog momenta motora. Kod ilustrovanog izvođenja, pri pritisku u kotlu od približno 4.130 kPa (600 psia), prekidni odnos za svaki od cilindara (tj. odnos prekidne zapremine i ukupne zapremine cilindra) je približno 11%. Prema tome, usisni ventil 306a mora biti otvoren dovoljno dugo da se 11% cilindra napuni primarnom parom visokog pritiska. Parna mašina 26 (Slika 30) je konfigurisana da obezbedi slobodnu zapreminu za približno 17,7 cc pre nego tipičnu, konvencionalnu slobodnu zapreminu od približno 70 cc za motor sa stepenom kompresije od približno 9,8. Slobodna zapremina od 17,7 cc omogućava rotaciju radilice motora od 28° radi postizanja željenog prekidnog odnosa od 11%. Pošto se bregasta osovina 310 okreće dvostruko brže od radilice, bregasta osovina 310 i bregovi 312 moraju otvoriti i zatvoriti svaki usisni ventil 306a unutar 14° jednog obrtaja. Ovo brzo kretanje se upravlja pomoću profila brega i konfiguracijom usisnog ventila 306a.

[0069] Slike 31 i 32 su uvećani poprečni preseci sklopa 300 glave koji prikazuju usisni breg 312a, usisni ventil 306a i pridruženu klackalicu 308a. S obzirom da prekidni odnos za motor prema ilustrovanom izvođenju samo 11%, profil brega za svaki od usisnih bregova 312a sadrži izuzetno male čvorove 314 konfigurisane za brzo i precizno rotiranje odgovarajuće klackalice 308a radi otvaranja i zatvaranja odgovarajućeg usisnog ventila 306a. Ovaj mali oblik čvora mora imati prilično strme prelazne površine 316 na profilu brega, što stvara u osnovi konkavnu krivulju malog poluprečnika koju mora pratiti podizač 318 ventila. Kod ilustrovanog izvođenja, podizač 318 ventila je rotacioni podizač ventila koji je obrtno nošen od strane para ležajeva 320 unutar klackalice 308a iznad odgovarajućeg usisnog brega 312a. Ovaj

2

raspored rotacionih podizača 318 ventila i ležajeva 320 u klackalici 308a omogućavaju podizaču 318 ventila da izdrži inercijalna opterećenja koja nastaju u toku rada mašine 26.

[0070] Kao što je prikazano na Slici 33, kada se usisni ventil 306a zatvori, glava ventila 319 zaptivno naleže na vrh sedišta 321 ventila u glavi 301, a otvor 302 za dovod pare dovodi primarnu paru iznad usisnog ventila 306a (tj. na vrh glave ventila). Niz 304 ventila je konfigurisan tako da podizač 318 ventila bude postavljen vertikalno iznad odgovarajućeg brega 312, i podizač 318 ventila je odmaknut od obrtne igle 322 klackalice. Takođe, udaljeni kraj klackalice 308 je postavljen ispod i u sprezi je sa donjom površinom prstena 324 koji je navojno spregnut sa vrhom osovine usisnog ventila 326. Kada se usisni breg 312a rotira, a podizač 318 zahvati mali čvor 314, klackalica 308 se okreće prema obrtnoj igli 322 i povlači usisni ventil 306a prema gore radi podizanja glave 319 ventila od sedišta 321 ventila, čime se nakratko otvara usisni ventil 306a. U skladu sa tim, usisni ventil 306a je povlačeći kuglični ventil. Kako čvor 314 brega prolazi pored podizača 318 ventila, usisni ventil 306a se brzo zatvara. Za razliku od usisnog ventila 306a, izduvni ventil 306b ne zahteva tako brzo delovanje i može biti potisni kuglični ventil.

[0071] Ilustrovana konfiguracija glave cilindra je takva da se vruća para visokog pritiska nalazi iznad glave cilindra te se usisni ventil 306a se mora nalaziti sa iste strane sa koje je i para visokog pritiska, jer bi se u suprotnom usisni ventil 306a otvorio usled pritiska pare. Pošto se položaj usisnog ventila nalazi na vrhu glave ispod dovoda 402 za paru, para pod visokim pritiskom drži usisni ventil 306a zatvorenim. Kod ilustrovanog izvođenja usisni ventil 306a je povezan sa oprugom 328 koja obezeđuje dodatnu silu kao ispomoć pri podizanju i otvaranju usisnog ventila radi propuštanja pare u cilindar dok se klip kreće od TDC do postizanja prekidne zapremine (∼11%).

[0072] Konfiguracija parne mašine 26 kod ilustrovanog izvođenja takođe omogućava poboljšanu kontrolu temperature motora tokom rada, posebno pri visokim obrtajima (tj. ~ 1.850 RPM) tokom veoma dugih vremenskih perioda. Za razliku od klasičnih parnih mašina koji koriste cilindre dvostrukog delovanja kod kojih se pritisak pare naizmenično primenjuje na obe strane klipa i ispušta sa bilo koje strane klipa, parna mašina 26 kod ilustrovanog izvođenja ima cilindre sa

2

jednostrukim delovanjem. Da ne bi došlo do curenja pare oko klipa, posebno na niskim radnim temperaturama (tj. tokom pokretanja), predmetna mašina 26 za kontrolu temperature grejanja mašine koristi rashladnu tečnost koja je ugrađena u mašinu unutar radijatora i grejača. Kada se mašina 26 pokrene i još nije zagrejana, grejač drži cilindre motora znatno iznad temperature ključanja vode, tako da se para neće kondenzovati. Budući da je para pod visokim pritiskom vrela, kada mašina radi, sistem za kontrolu temperature je u režimu hlađenja. U skladu sa tim, sistem za kontrolu temperature pažljivo kontroliše temperaturu mašine i sprečava da se mašina 26 previše zagreje, što bi moglo da ošteti ulje, kao i da mašina postane previše hladna (tj. ispod približno 160°F), pri čemu bi se pomešali ulje u kućištu radilice i bilo kakva voda koja bi prošla kroz klip, čime bi se formirala emulzija koju bi bilo nemoguće razdvojiti.

Kontrole

[0073] Sistem 10 za preradu otpadnog mulja prema ilustrovanom izvođenju takođe sadrži veći broj automatizovanih, integrisanih, kompjuterizovanih kontrola međusobno povezanih i konfigurisanih za kontrolu celog sistema 10 uz potrebu za samo minimalnim nadzorom operatera tokom normalnog rada. Kontrola i nadgledanje opreme i procesa vrši se prvenstveno putem centralnog programabilnog logičkog kontrolera (PLC) koji sakuplja informacije od senzora i postavlja izlazne nivoe za upravljačke uređaje, poput ventila i motora. PLC je takođe konfigurisan za kontrolu rada specijalnih kontrola za sistem električnog generatora i propan gorionik koji se koriste tokom pokretanja. PLC je takođe konfigurisan za podelu celokupnog sistema na podsisteme kojima se može upravljati, kao što su čista voda/para, sagorevanje, upravljanje gorivom i generisanje električne energije. Kontrolne ulazne informacije se obezbeđuju kako bi se razdvojili podsistemi jedan od drugog u željenoj meri. Podsistemi se mogu dalje podeliti u kontrolne petlje da bi se postavile zadate tačke za pojedinačne izlaze.

[0074] Podsistem čista voda/para je konfigurisan da za postrojenje 22 za generisanje električne energije obezbeđuje paru konstantne temperature i pritiska, kao i da obezbeđuje toplotu (u obliku pare) za sklop 14 sušača mulja radi proizvodnje dovoljno suvog čvrstog goriva. Kontrolne petlje se koriste za regulisanje količine dopunske vode koja ulazi u sistem, količine kondenzata koji ulazi u isparivač, količine pare koja zaobilazi parnu mašinu i toplote koja se predaje sklopu za sušenje mulja. Sistem čiste vode/pare je takođe konfigurisan da prati i tretira bilo koju eksternu vodu koja ulazi u sistem, kao što je npr. gradska voda, i da kontroliše ukupni sadržaj rastvorenih čvrstih materija u vodi kotla putem sistema za odvod.

[0075] Podsistem za sagorevanje je konfigurisan da obezbeđuje dovoljno toplote za održavanje čiste vode/parnog sistema proizvodeći tačnu količinu i temperaturu pare. Predviđene su kontrolne petlje koje regulišu protok vazduha kroz fluidizovani sloj, da upravljaju gorionikom propana tokom pokretanja i da upravljaju pritiskom vazduha u komori za sagorevanje. Ovaj sistem će takođe pratiti uticaj aktivnosti održavanja na emisije sagorevanja i upravljanje izduvnim gasom, kao što su na primer aktivnost uklanjanja i zamene materijala fluidiziranog slojem.

[0076] Podsistem za upravljanje gorivom je konfigurisan tako da daje tačnu količinu osušenog goriva prema procesu sagorevanja i upravlja otpadnom vodom koja nastaje tokom procesa sušenja. Kontrolne petlje se koriste za obezbeđivanje tačne količine vlažnog goriva, za regulisanje vremena zadržavanja čvrstog goriva u sklopu sušača mulja, za merenje količine osušenog čvrstog goriva predate na sagorevanje i za upravljanje procesom kondenzacije i prerade vode.

[0077] Podsistem za proizvodnju električne energije konfigurisan je da predaje energiju distributivnoj mreži kada je energija dostupna. Ovaj podsistem ima kontrolne petlje koje regulišu izlaz električne energije i regulišu brzinu i obrtni moment motora, modulacijom leptira za gas. Upravljački podsistemi i petlje niskog nivoa mogu se integrisati u regulator višeg nivoa radi upravljanja sekvencama pokretanja i gašenja i na odgovarajući način postupati u vanrednim i alarmnim situacijama.

[0078] Iz prethodnog će se razumeti da su ovde opisane specifične realizacije predmetnog pronalaska date radi ilustracije, ali da je moguće realizovati i različite modifikacije bez udaljavanja od pronalaska. Pored toga, aspekti ovog pronalaska koji su opisani u kontekstu određenih izvođenja ili primera mogu se kombinovati ili izostaviti u drugim izvođenjima. Iako su prednosti koje su povezane sa određenim izvođenjima pronalaska opisane u kontekstu tih izvođenja, druga izvođenja takođe

1

mogu ispoljiti takve prednosti. Pronalazak se definiše isključivo pomoću priloženih patentnim zahteva. Bilo koja varijanta ovog pronalaska sadrži najmanje sve karakteristike nezavisnog zahteva.

2

Claims

PATENTNI ZAHTEVI

1. Multifunkcionalni sistem za preradu vlažnog otpada radi generisanja električne energije i čiste vode, sadrži:

sklop (14) sušača goriva koji ima putanju kretanja goriva sa dovodom goriva konfigurisanim tako da prima dotok vlažnog organskog mulja koji predstavlja mešavinu vode i čvrstog gorivnog materijala;

sklop (14) sušača goriva koji ima deo grejača konfigurisan da zagreva mulj do tačke ključanja i termički razdvoji vodu od čvrstog gorivnog materijala kako bi se dobio suvo gorivo;

sklop (14) sušača goriva sa prvim odvodom za paru, odvodom za suvo gorivo i delom kondenzatora koji ima putanju kretanja fluida sa dovodom i odvodom pare, gde je putanja kretanja fluida izolovana od putanje goriva; sklop (16) kondenzatora sveže vode povezan sa prvim odvodom za paru i konfigurisan da kondenzuje vodenu paru dobijenu iz mulja u čistu tečnu vodu;

sklop (18) za sagorevanje suvog goriva povezan sa odvodom za suvo gorivo sklopa (14) sušača goriva, gde sklop (18) za sagorevanje suvog goriva ima deo za sagorevanje i kotao koji je konfigurisan da prima toplotu od dela za sagorevanje, gde kotao ima prvi dovod za vodu i drugi odvod za paru;

generator (22) pokretan parom povezan sa drugim odvodom za paru iz kotla i konfigurisan da generiše električnu energiju, gde generator (22) pokretan parom ima treći odvod za paru povezan sa dovodom za paru dela kondenzatora; i vodenu pumpu (196) sa drugim dovodom za vodu povezanim sa odvodom fluida iz dela kondenzatora sklopa (14) za sušenje goriva; i vodenu pumpu (196) sa odvodom za vodu povezanim sa prvim dovodom za vodu kotla;

gde je kotao konfigurisan da konvertuje tok vode koja ulazi u kotao u tok pare kako bi se pokretao generator pokretan parom,

gde je sklop (16) kondenzatora sveže vode konfigurisan da kondenzuje vodu koja je isparila iz mulja u čistu tečnu vodu;

gde je sklop (18) za sagorevanje konfigurisan da prihvati osušeno gorivo, sklop (18) za sagorevanje je konfigurisan da primi i sagori osušeni gorivni materijal a kotao je konfigurisan da proizvede paru u putanji kretanja fluida koja se pruža između dovoda za vodu i drugog odvoda za vodu; i gde se generator pokretan parom pokreće pomoću parne mašine koja je povezana sa drugim odvodom za paru kotla radi primanja pare odatle; gde toplota pare koja je ispuštena iz parne mašine (22) zagreva vodu prisutnu u mulju do ključanja u sklopu (14) za sušenje goriva; i gde se para koja se otpušta iz parne mašine (22) kondenzuje u tok tečne vode, naznačen time, što je sklop (14) za sušenje goriva dvo-stepeni sušač sa sekvencijalnim sušačima (200, 220) prve i druge faze, gde sušač (200) prve faze generiše paru iz mulja a sušač (220) druge faze koristi paru iz mulja dobijenu od sušača prve faze da osuši mulj.

2. Sistem prema Zahtevu 1, gde sklop za sušenje goriva u nosaču goriva sadrži parom zagrevani puž (38) konfigurisan da pomera i zagreva mulj tokom procesa sušenja.

3. Sistem prema Zahtevu 1, gde sušač (200) prve faze generiše prvu paru sušača od vode koja je isparila iz mulja, a sušač (220) druge faze ima prvi deo nosača pare koji je povezan sa sušačem (200) prve faze i konfigurisan da nosi prvu paru sušača pored fekalnog mulja, i sušač (220) druge faze koji ima drugi deo nosača pare koji je izolovan od prvog dela nosača pare i konfigurisan da nosi izduvnu paru od parom pokretanog generatora neposredno do mulja, gde toplota od delova prvog i drugog nosača pare suši mulj koji se tu kreće.

4. Sistem prema Zahtevu 1, gde je deo kondenzatora sklopa (14) za sušenje goriva konfigurisan da primi izduvnu paru od prvog parom pokretanog generatora (22) kroz prvog dovoda za paru i gde sklop (14) za sušenje goriva ima deo za sušenje koji je povezan sa delom kondenzatora, gde je deo za

4

sušenje konfigurisan da isparava vodu iz mulja korišćenjem toplote iz izduvne pare u kondenzatoru.

5. Sistem prema Zahtevu 1, gde sklop (18) za sagorevanje goriva sklop za sagorevanje sa fluidiziranim slojem.

6. Sistem prema Zahtevu 1, gde su sklop (14) za sušenje goriva, kondenzator (16) sveže vode, sklop (18) za sagorevanje goriva, generator (22) pokretan parom i vodena pumpa (196) postavljeni na ramu i mogu se prenositi kao jedna zajednička jedinica.

7. Sistem prema Zahtevu 1, gde je generator pokretan parom tečno hlađena parna mašina sa jednostrukom akcijom.

8. Sistem prema Zahtevu 1, gde deo grejača sklopa (14) za sušenje goriva sadrži deo nosača mulja kroz koji se kreće mulj, nosač pare neposredno do nosača mulja i postavljen pored mulja radi dovođenja toplote od pare u nosaču pare do mulja, i veći broj elemenata za pokretanje koji su konfigurisani da pomeraju mulj u nosaču mulja relativno u odnosu na nosač pare.

9. Sistem prema Zahtevu 8, gde sušač (200) prve faze sadrži prvi nosač goriva, prvi nosač pare neposredno do prvog nosača goriva, veći broj elemenata za pokretanje koji su postavljeni unutar prvog nosača goriva i konfigurisani da pomeraju mulj kroz prvi nosač goriva pored prvog nosača pare, i gde sušač (220) druge faze sadrži drugi nosač goriva, veći broj parom zagrevanih elemenata unutar drugog nosača goriva i statički postavljenih relativno u odnosu na drugi nosač goriva, i drug sklop nosača pare koji je obrtno postavljen unutar drugog nosača goriva i konfigurisan da pomera mulj unutar drugog nosača goriva pored parom zagrevanih elemenata.

10. Sistem prema Zahtevu 1, gde je sklop (18) za sagorevanje sklop za sagorevanje sa fluidizovanim slojem i ložištem sa koritom prilagođenim za sagorevanje suvog goriva i vazdušnom rešetkom konfigurisanom da obezbedi vazduh za sagorevanje do korita ložišta, i kotlom koji sadrži prvi izmenjivač toplote povezan sa dovodom za vodu i konfigurisan da zagreva vodu koja tu protiče, bubanj za paru koji je povezan sa izmenjivačem toplote, isparivač povezan sa bubnjem za paru i konfigurisan da odatle primi zagrejanu, zasićenu tečnost, gde je bubanj za paru konfigurisan da primi tok pare iz isparivača i drugi izmenjivač povezan sa bubnjem za paru i konfigurisan da primi suvu paru iz bubnja za paru, gde je drugi izmenjivač toplote povezan sa drugim odvodom za paru.

11. Sistem prema Zahtevu 1, koji dalje sadrži rezervoar (102) za držanje mulja, transporter (38) mulja povezan sa rezervoarom (102) za držanje mulja i konfigurisan da dovede mulj iz rezervoara (102) za držanje mulja na dovod mulja sklopa (14) za sušenje mulja.

12. Sistem prema Zahtevu 11, gde je rezervoar (102) za držanje mulja rezervoar za fekalni mulj, i gde je transporter za mulj konfigurisan da dovede fekalni mulj do dovoda za mulj sklopa za sušenje mulja.

13. Sistem prema Zahtevu 1, koji dalje sadrži sistem za filtriranje vode koji je povezan sa sklopom kondenzatora za svežu vodu i konfigurisan da primi čistu vodu, gde sistem za filtriranje vode ima jedan ili više filtera koji filtriraju čistu vodu i daju vodu za piće.

14. Sistem prema Zahtevu 1, gde je dovod za fluid sklopa (14) za sušenje mulja konfigurisan da primi tok fekalnog mulja.

15. Sistem prema Zahtevu 1, gde sklop (14) za sušenje mulja sadrži obrtni šuplji puž u delu grejača i konfigurisan da primi paru koja je ispuštena iz parne mašine radi zagrevanja puža, gde je puž konfigurisan da pomera i zagreva mulj tokom procesa sušenja.