CN107406285A

CN107406285A - 多功能的粪便废物和垃圾的处理器以及相关方法

Info

Publication number: CN107406285A
Application number: CN201580061893.3A
Authority: CN
Inventors: 彼得·贾尼基
Original assignee: Bill and Melinda Gates Foundation
Current assignee: Gates Foundation
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2017-11-28
Anticipated expiration: 2035-11-09
Also published as: HUE049184T2; JP2019042737A; PL3218314T3; US20230323796A1; MX370144B; FI3733615T3; ES2938879T3; RS64145B1; EP3733615B1; TW201943471A; TW201632275A; AU2020205310B2; PT3218314T; MY188738A; AU2018203099A1; RU2018115960A; AU2015346575A1; AU2020205310A1; AU2018203099B2; US11566543B2

Abstract

本技术的至少一个方面提供一种自给式处理装置，所述独立处理装置用于将有机且含水量大的废物例如粪便污泥和垃圾转换成电力，同时还可以产生并收集饮用水。

Description

多功能的粪便废物和垃圾的处理器以及相关方法

技术领域

本发明涉及多功能的粪便废物和垃圾的处理系统、装置以及相关方法。

背景技术

在世界上的很多地方，开放式卫生系统被用于处理人类排泄物和其他垃圾，而在其他地方，不合要求的净化系统或其他系统用于将原污水排放到开放的下水道或地表水中。这种落后的净化状况会加重这些区域的健康问题。具有不合格的净化系统的很多前述区域还在维持干净饮用水方面努力，除了潜在的健康问题以外。这些区域通常仅有有限的水源用于发电，或者用于发电的成本过高。因此，需要能够将废物从环境中移除、提供及维持干净饮用水的途径以及能够产生低廉的电力的合适的净化系统。

发明内容

本发明提供一种用于以克服现有技术的缺点以及提供其他优势的方式处理废物、同时发电以及产生饮用水的多功能系统。本发明的至少一方面提供一种自给式处理装置，其配置为将有机且含水量高的废物例如粪便污泥和垃圾转换成电力，同时还能产生及收集饮用水。

附图说明

参照以下附图，可以更好地理解本发明的许多方面。附图中的部件未按比例示出。相反，重点在于清楚地示出本发明的原理。为了便于参考，在本发明中，相同的参考数字用来表示相同的、至少大致相同的或者相似的部件或特征。

图1是根据本发明的一个实施例的多功能废物处理系统的各部件的示意流程图；

图2是图1的多功能废物处理系统的等距视图；

图3是根据本发明的一个方面的污泥容纳和传送系统的等距视图；

图4是污泥容纳和传送系统的一个实施例的进料组件的等距视图；

图5是从图2的组件中移除的污泥干燥器组件的等距视图；

图6是连接至图4的进料组件的传送机组件的污泥干燥器组件的端部部分的部分放大等距视图；

图7是在图5的污泥干燥器组件中处理的污泥流向的等距示意图；

图8是具有蒸汽加热的螺旋部的污泥加热器组件的部分等距视图，其中蒸汽加热的螺旋部可转动地定位在容纳污泥流的蒸汽加热槽中；

图9是被显示成与图8的螺旋部分离的水槽的放大等距视图；

图10是被显示成与图8的水槽分离的螺旋部的放大等距视图；

图11是具有可转动地定位在容纳污泥流的蒸汽加热槽内的蒸汽加热的螺旋部的另一个实施例的污泥干燥部组件的部分等距视图；

图12是被显示成与图11的水槽分离的蒸汽加热的螺旋部的放大等距视图；

图13A和图13B是根据本发明的一个实施例的高压单级污泥干燥器组件的等距视图；

图14是根据本发明的一个实施例的两级污泥干燥器系统的示意流程图；

图15是图1的水处理系统的饮用水处理系统的示意流程图；

图16是图1的水处理系统的另一个实施例的饮用水处理系统的示意流程图；

图17是附接至图5的污泥干燥器组件的干燥燃料箱组件的等距视图；

图18是从污泥干燥器组件上移除的图17的干燥燃料箱组件的放大部分的透明等距视图；

图19是附接至图1的系统的流化床燃烧器的图18的干燥燃料箱组件的侧面示意图；

图20是图19的流化床燃烧器的燃烧室和排放箱的部分剖开的等距视图；

图21是从图20的燃烧室上移除的燃气压缩器和直线式燃烧器组件的放大等距视图；

图22是从图20的燃烧室移除的气体分配栅的放大等距视图；

图23是图1的系统的干燥燃料燃烧器和锅炉(boiler)的放大且部分剖开的等距视图，其中示出经由锅炉的已加热废气路径；

图24是从图23的干燥燃料燃烧器移除的省煤器外壳和多管式旋流器组件的放大的部分等距视图；

图25是从图23的干燥燃料燃烧器组件移除的省煤器外壳和灰烬螺旋部的放大的部分等距视图；

图26是图23的干燥燃料燃烧器和加热器组件的放大且部分剖开的等距视图，其中示出经由加热器的第一水路径；

图27是另一个实施例的锅炉的管道组件的部分剖开的等距视图；

图28是根据另一个实施例的流化床燃烧器和锅炉的等距视图，其中模块化的锅炉组件以打开且外露的状态示出；

图29是图28的流化床燃烧器和锅炉的等距视图，其中模块化锅炉组件以被收纳且进行工作的状态示出；

图30是从图1的系统移除的具有蒸汽机和发电机的发电部(power plant)的等距视图；

图31是根据本发明的一个实施例的具有曲轴、凸轮、摇臂和气门结构的机头的部分的剖开且放大的顶部等距视图；

图32是图31的具有进气凸轮、进气阀、排气阀和相关的摇臂的蒸汽机的头部组件的放大的部分截面的等距视图；

图33是大致沿着图31的33-33线剖开的蒸汽机的头部组件的放大截面图。

附录A包括本发明的各方面的其他信息和计算结果。

具体实施方式

本公开描述根据本发明的特定实施例的用于发电以及生产饮用水的多功能废物处理系统。本技术的许多具体细节将在以下的说明书和图1至图33中阐述，以提供本技术的特定实施例的透彻理解。但是，本领域的技术人员可以理解本技术可以具有其他实施例，并且本技术的其他实施例在不具有下述的多个具体特征时，仍然可以实现。

图1是多功能废物处理系统10的部件的示意流程图，图2是根据本发明的一个实施例的废物处理系统10的等距视图。正如下文具体讨论的，系统10用于接收并且处理潮湿的废物污泥12的泥流，以产生干燥的固态燃料材料、电力和饮用水。这里结合包括含水、粪便和/或其他垃圾例如有机废物的处于处理中的废物，讨论并示出系统10的一个或多个实施例。但是，该系统10也可以用于处理其他潮湿的废物流。在一个实施例中，该系统用于处理水基液体和超过约50％的总固体物的混合物，该总固体物可以从水中分离并且干燥，以提供可燃的固态燃料材料。在一些配置中，该系统10可以用于超过15％的总固体物的潮湿污泥，在其他实施例中，该系统10可以用于具有20％至50％的总固体物的污泥。其他实施例的系统10可以用于包含在污泥中的其他范围的总固体物。

污泥12流经将水从污泥中蒸发以产生蒸汽的污泥干燥器组件14，从而固态物质能够充分干燥以提供可燃的固态燃料。为了当前描述的目的，从污泥中蒸发的蒸汽被称为污泥蒸汽。该释放的污泥蒸汽在足够时间内会很热，因而该污泥蒸汽是无菌的(即不包含病原体)。该系统10会在水处理系统16中容纳并压缩无菌的污泥蒸汽，以提供干净饮用水。该系统10还会在燃烧器例如流化床燃烧器18中燃烧干燥的固态燃料材料。在一些实施例中，必要时，其他干的燃料例如煤、木屑、垃圾或其他有机材料可以添加来用于向燃烧器18提供其他燃料。所示实施例的系统10配置成每天持续产生超过约150kW(约200hp)的电力、处理约8500kg或8.5m³的粪便污泥以及1100kg或更多的垃圾。

燃烧器18的燃料燃烧产生的热量用于加热锅炉20，该锅炉20用于在大致封闭的一次水回路21中向水增压，以产生供用于发电的蒸汽驱动发电部22使用的蒸汽。一次水回路21中的水被称为估计水，根据一次水回路中的位置，可以是一次蒸汽或一次液态水。在一次蒸汽流经冷凝器24并且转换成一次液态水并且向回泵送至锅炉20之前，从包括蒸汽机26和发电机25的发电部22中排出的一次蒸汽被用作燃料干燥器14的热源。发电部22的部分电力为系统10的电气部件供电，剩余的电力可以提供给电网或者就地使用，例如为外部电力产品供电。

所示的实施例的处理系统10是基本不要求外部电力、水或排水的用于处理潮湿污泥、同时发电并产生饮用水的自给式系统。在一个实施例中，所示的系统10可以设置成占据约15m×3m的区域，该区域的面积与常用的集装箱对应，因此该系统10可以运输。因此，该系统10较好地适于用于较广范围的地理位置，例如不具有充足的下水道系统的欠发达城市区位，并且可以获得电力和干净、新鲜的饮用水的额外来源。

以下进一步详细地讨论所示的实施例的系统10的各部件。

污泥容纳和传送系统

图3所示的实施例的系统10包括污泥容纳和传送系统30。该污泥容纳和传送系统30具有容纳基本上未处理的潮湿污泥的容纳箱32。该容纳箱32的尺寸能够用于当容纳箱32需要补充前，在多天内容纳选定体积的潮湿污泥以用于系统10的持续操作。例如，在所示的实施例中，容纳箱32设计成容纳能够提供三天操作的约30m³的潮湿污泥，其中，该系统10每天可以处理约9-10m³的污泥。容纳箱32的顶部可以靠近地面，以允许污泥运输工具向槽内轻松地清空污泥12。容纳箱32的底部朝着连接至污泥进料组件34的出口倾斜。在一个实施例中，进料组件34可以包括将潮湿污泥从容纳箱32输送至污泥干燥器组件14的入口40的完全或部分闭合的传送机38，例如螺旋传送机或皮带传送机。

图4是一个实施例的污泥进料组件34的等距视图，其中容纳箱32包括具有将潮湿污泥放到传送机38上的出口36的牵引链展开箱。该传动部38以相对于地面成选定角度的方式向上延伸并且连接至邻近入口40的污泥干燥器组件14。在所示的实施例中，传送部38以相对于地面成约30度的角度向上倾斜，但是其他角度也可以用在其实实施例中。

污泥干燥器组件

图5是从图2的组件中移除的所示污泥干燥器组件14的等距视图。从污泥容纳和传送系统30(图3)传送的潮湿污泥供应至污泥干燥器组件14的污泥入口40。从图6可以看出，连接至污泥进料组件34的传送机38的一端的污泥过渡螺旋部52将潮湿污泥供应至干燥器的入口40。进入污泥干燥器组件14的污泥流是大致连续的。图6是包括入口40的污泥干燥器组件14的端部部分的部分的放大等距视图。除了接收潮湿污泥，污泥干燥器组件14还会接收从发电部22(图1)的蒸汽机26中排出的一次蒸汽。从蒸汽机26中以约207kPa(约30psia)的压力排出的一次蒸汽流入一个或多个管状壳42，每一管状壳42容纳管状的污泥载体44。来自排出的一次蒸汽的热量使得污泥载体44内的污泥蒸发，因而使得水分从污泥中蒸发(以产生污泥蒸汽)，这可以使得污泥干燥以提供固态的燃料材料。

所示实施例的污泥干燥器组件14包括两个封闭的大直径管道，每一该大直径管道形成包围形成中空污泥载体44的小直径管道的壳体42。每一污泥载体44容纳可转动的中空螺旋部46，并且污泥载体44容纳流经入口40的污泥，以使得污泥至少部分地环绕中空螺旋部46。在所示出的实施例中，每一壳体42包括蒸汽入口48，该蒸汽入口48接收来自蒸汽机26(图1)排出的一次蒸汽，以使得高温的一次蒸汽流入壳体的内部区域并且环绕污泥载体44，因而加热污泥载体44中的污泥。因此，一次蒸汽从污泥中物理分离，同时仍然可以将热量传递至污泥，这可以使得污泥沸腾并且同时冷却一次蒸汽。此外，进入污泥干燥器组件14的一次蒸汽的一部分流入中空螺旋部46中的内部区域，从而还能够通过螺旋部46加热污泥。在所示出的实施例中，每一中空螺旋部46连接至驱动马达47，在污泥干燥的过程中，该驱动马达47使得螺旋部46在污泥载体44中转动并且将潮湿污泥持续轴向移动从而通过污泥载体44。在一个实施例中，每一驱动马达47是由独立变频驱动控制的专用五马力变频三相电动马达。

两个污泥载体44在其端部由转接壳体50互连，其中每一转接壳体50具有贯穿的污泥通道，该污泥通道允许污泥在一个方向上轴向流经污泥承载部44、转接外壳50内的污泥通道并且在其他方向上轴向地流经其他污泥载体44。

图7是来自入口40的处于污泥干燥器组件中污泥流的等距示意图。当污泥在污泥载体44内循环时，污泥中的水分会蒸发。当由污泥而来的固态燃料充分干燥时，其会通过形成在污泥载体44和对应的壳体42的侧边中的一个或多个干燥燃料出口54排出。该干燥燃料出口54封闭在污泥承载部44和壳体42之间，以保持污泥材料与一次蒸汽的隔离。在所示出的实施例中，干燥燃料出口54为矩形开口，虽然该干燥燃料出口可以具有其他形状(即正方形、圆形、椭圆形等)和尺寸。

在操作中，当额外的潮湿污泥通过过渡螺旋部52(图6)输送至污泥载体44时，污泥干燥器组件14中的污泥平面会上升。经过污泥载体44移动的污泥内的固体在它们到达干燥燃料出口54时，通常是充分干燥的，并且充分干燥的固态燃料材料会从干燥燃料出口54流出并且进入至干燥燃料斗56(图2)中，正如下文所讨论的。为了确保通过转动的中空螺旋部46流经污泥载体44的污泥保持易碎状态，足够量的干燥污泥会重新循环至邻近入口40的干燥系统的起始位置。在移动至干燥燃料斗56(图2)中之前，一些污泥会多次流经污泥组件进行循环。

干燥污泥循环还会防止污泥达到被称为粘性的状态，其中，污泥的水分含量为0.3523kg水对应于每千克干燥物质，或者25％至75％是干燥固体。不像潮湿或者糊状区域中的污泥呈现出流体特性，在粘性状态中，污泥和污泥载体44的已加热的壁之间的接触明显减小，这会对蒸发率产生不利影响。当污泥从粘性状态干燥至颗粒状态时，干燥的污泥会进一步保持与污泥载体44的已加热壁的均匀接触，这允许蒸发率重新回到其初始值。除了较低的传热效率，粘性区的材料呈现相当大的切变强度，以使得污泥材料进一步会粘附至转动的旋转部46上，而非由其传送。一些干燥污泥材料的循环会有助于确保污泥干燥器组件的内容物一直维持或接近“颗粒”区，因而避免“粘性”区。

在图5示出的所示实施例中，污泥干燥器组件14的同心管设计是很耐用的。但是，干燥燃料出口54贯穿加压管状壳42的侧壁，这会削弱管状结构。因此，一个或多个加强肋64附接至干燥燃料出口54周围的壳体42上，以利于维持结构的完整性并且防止管状结构在干燥器中的一次蒸汽的热量和压力下发生塑性变形。

除了将干燥的固体燃料从污泥承载部44中移出，从污泥中释放的污泥蒸汽会经由与每一污泥承载部44的内部区域连通的蒸汽出口部66从污泥干燥器组件14中移除。从蒸汽出口部66流出的污泥蒸汽会经由回路流至水处理系统16(图1)，这会在下文进一步详细地讨论。在所示的实施例中，至少一个蒸汽出口部66设置在污泥干燥器组件的每一端部，虽然出口部可以设定在其他位置。

当一次蒸汽的热量传递至污泥时，一次蒸汽会冷却，从而污泥干燥器组件14会用作冷凝器，其中一次蒸汽会在壳体42中凝结成一次液态水。冷凝水会与污泥保持独立并且会通过冷凝水虹吸管件从壳体42中移除，其中冷凝水虹吸管件会抽取一次液态水并且将其导入一个或多个一次水线路62中，该一次水线路62将一次液态水沿着一次水回路21(图1)带离污泥干燥器组件14。在图2示出的所示实施例中，污泥干燥器组件14安装在系统10中，以使得壳体42和污泥承载部44相对于水平面倾斜设置，例如约1度倾斜，以便于虹吸管件抽取一次水。当作为蒸汽再次回到污泥干燥器组件14之前，抽出的一次液态水沿着一次水回路21重新循环，以用于加热器20和蒸汽机26中。

图8是污泥干燥器组件70的另一实施例的部分等距视图，该污泥干燥器组件70包括由超过约100psig和328°F的排出的一次蒸汽加热以混合和干燥污泥的多个转动和固定压力容器。所示的干燥器70具有容纳可转动的螺旋部74的闭合密封水槽72，螺旋部74沿着水槽72朝着位于水槽72的一端的出口轴向移动污泥。水槽72接收流经一端的入口的潮湿的污泥流，以使得至少一部分螺旋部74处于污泥中。为了清楚示出水槽72中的部件，水槽72在图8中示出时，并未示出盖部或端部。盖部和端部密封到水槽主体76上，以在干燥过程中完全容纳污泥和释放的污泥蒸汽。在一个实施例中，液压操作的盖部允许完全且方便地进入污泥干燥器组件70的所有内部部件，以及密封水槽70内的所有蒸汽、悬浮颗粒和气体。因此，来自水槽72的顶部空间的污泥蒸汽和挥发物被获取并且重新处理以进行净化(即水蒸汽)和/或重新燃烧(即气体和/或挥发物)。

图9是螺旋部74移除后的蒸汽加热水槽72的放大等距视图。水槽72容纳由伸长的歧管80互连的多个固定的间隔的蒸汽曲管78，其接收来自蒸汽机26(图1)的高温排出的一次蒸汽以及将一次蒸汽均匀地分送至蒸汽曲管78。因此，当污泥进入邻近入口的水槽72并且沿着水槽72经由螺旋部74移动时，污泥在至少一部分蒸汽曲管78上移动，因而蒸发及干燥污泥。当污泥抵达位于水槽主体76的一端的出口时，污泥已充分干燥。此外，一次蒸汽会在蒸汽曲管78中凝结，并且冷凝水会在连接一次水回路21的回流歧管82中集中。

图10是从水槽72上分离的蒸汽加热、加压的螺旋部74的放大等距视图。螺旋部74具有接收排放的一次蒸汽的中空中心轴84。螺旋部74还具有多个蒸汽曲管86，该蒸汽曲管86与中心轴84的内部连通并且以旋转的方式远离中心轴84轴向延伸。因此，蒸汽曲管86接收来自中心轴84的一次蒸汽。

螺旋部74设置成在水槽72中转动，以使得蒸汽曲管86穿过位于水槽72中的蒸汽管78之间的空间。螺旋部的蒸汽曲管86可以相对于中心轴84略微倾斜，以用作轴向卡合并推动污泥在蒸汽曲管78上通过水槽，因而加热并蒸发污泥。中心轴84和蒸汽曲管86中的热的一次蒸汽还会加热污泥，这会使得一次蒸汽在螺旋部74中凝结。螺旋部的中心轴84的一端具有将作为第一液态水的冷凝水沿着一次水回路21(图8)导出螺旋部。在示出的实施例中，可转动的螺旋部74可以产生混合作用，该混合作用会产生使得污泥从水槽72的一端移动至另一端的自流平效果。螺旋部74还会计算从干燥燃料出口流出的干燥固体燃料材料。在至少一个实施例中，一个或多个干燥燃料螺旋部可与与邻近干燥燃料出口的水槽72连接，以将干燥的固态燃料材料运送至干燥燃料螺旋部56。

图11和图12是具有包括水槽主体76和蒸汽曲管78的水槽72的污泥干燥器组件70的另一实施例的等距视图，轴向延伸的歧管80与以上结合图8讨论的污泥干燥器组件70大致相同。因此，具有蒸汽曲管78和歧管80的水槽72限定由一次蒸汽加热的固定压力容器。在该可选的实施例中，螺旋部90可转动地定位在水槽72内并且由驱动马达92驱动。

螺旋部90具有连接至从中心轴94轴向突出的多个中空直指管96的大致中空的中心轴94。每一指管96包括支撑网98，该支撑网98固定至中心轴94，以当螺旋部90转动并且蒸汽加热的指管96在污泥中移动并且将干燥污泥缓慢地朝着干燥燃料出口轴向移动时，向各自的指管96提供额外的强度和刚性。在一个实施例中，支撑网98还可以相对于中心轴的纵轴成一角度，该支撑网98可以附接一部分污泥，从而便于沿着水槽72的长度方向混合和/或递增地移出干燥污泥。

为了示例目的，螺旋部90的中心轴94是刚性且直径为24英寸的管道，其可操作地连接至沿其长度方向围绕该管道分布的约140个突出的5英寸的指管96。指管96向内延伸至填充蒸汽的中心轴94内，以确保操作过程中一次蒸汽凝结时，冷凝水能够适当移除。每一指管96和相关的支撑网98设置成如果驱动马达的全扭矩完全施加至单个指管96的端部时，会承受该驱动马达的全扭矩力，同时维持低于材料许可应力的实际材料应力，以为了达到螺旋部的设计压力和温度，例如约超过100psig和328°F。在一个实施例中，指管96以大致螺旋布置的方式定位在中心轴94的长度方向上，以使得两个指管96不会同时在初始时附接污泥，因而能够将冲击载荷均匀地分布在螺旋部的全程转动上。此外，相邻平面的指管组在转动方向上偏置约45度，以便于污泥在干燥过程中流经水槽72。

如上所述，水槽72内产生的污泥蒸汽经过蒸汽出口排出。在一个实施例中，蒸汽出口定位为邻近水槽的端板，其中污泥会在干燥过程中朝着该端板移动。从水槽72中移除的污泥蒸汽会流入净化和收集污泥蒸汽的水处理系统16，正如下文进一步详细讨论的。

在一个实施例中，系统10用于处理非常潮湿的污泥(例如固体含量为固态物质约15％或更少的污泥)。该系统10通过使用包括高压第一级干燥器组件200和低压第二级干燥器组件220的两级污泥干燥系统来使得潮湿污泥变得干燥。图13A和图13B是根据本发明的一个实施例的高压第一级干燥器组件200的等距视图。该第一级干燥器组件200包括伸长的大直径外管202，该外管202容纳由一个或多个拉杆205在结构上彼此互连的多个间隔的轴向对齐的刮板204。为了清楚地讨论，外管202以大致透明的方式示出在图13A和图13B中，以避免内部部件隐藏在视野中。

每一刮板204具有与其他刮板204上的孔洞206轴向对齐的多个孔洞206。多个蒸汽管208大致沿着外管202的长度方向延伸并且贯穿刮板204的对齐孔洞206。刮板204还包括与外管的内表面啮合的轴承209。外管202的端部与连通蒸汽管208的内部的歧管部210连接。其中一个歧管部210(即入口歧管210a)具有蒸汽入口212，该蒸汽入口212连接至一次水回路并且用于接收从蒸汽机26(图1)排放的高温的一次蒸汽。来自入口歧管210a的一次蒸汽流入外管202内的蒸汽管208。

外管202具有污泥入口211，该污泥入口211将非常湿润的污泥流导入管道的内部空间，以使得潮湿污泥能够直接粘接在高温蒸汽管208上。结构上互连的刮板204连接至往复运动的驱动轴212上，该驱动轴212以封闭的方式贯穿入口歧管210a延伸并且连接至致动部213，例如液压缸。该致动部213可以操作用于推动及拉回驱动轴212，以使得刮板204作为整体在外管202中穿过潮湿污泥来回轴向移动。蒸汽管208中的高温一次蒸汽使得污泥中的水蒸发以产生污泥蒸汽，以降低污泥中的水含量。

伸长的螺旋部组件214以封闭方式贯穿入口歧管210a并且延伸至外管的内部区域，以用于与污泥结合。当污泥由于水蒸发的原因浓缩时，螺旋部组件214有助于使得浓缩的污泥贯穿外管202移动至位于外管202的正对干燥器200的入口211的一端的污泥出口215。排出的浓缩污泥接着会穿过节流阀220，以降低压力并且导入至第二级干燥器组件220(图14)，正如下文进一步详细讨论的。

当蒸汽管208内的一次蒸汽加热及煮沸潮湿污泥，一次蒸汽凝结并且获得的第一液态水会从蒸汽管208中流至出口歧管210b中的收集区域。第一液态水从收集区域经由一次水出口流出并且流至连接散热器190(如下文所讨论的)的回路，其中散热器190会冷却一次水回路21中的液态水。在干燥过程中，从污泥中释放的污泥蒸汽会被加热并且维持在较高的温度，这会对外管202中的污泥蒸汽进行消毒处理。从图14中可以看出，污泥蒸汽经由回收部216从外管202中排除并且进入至将污泥蒸汽传送至水处理系统16的污泥蒸汽出口回路218。接着，污泥蒸汽由旋流器、一个或多个预滤器(～25微米过滤器)以及一个或多个细滤器(～1微米)过滤。已过滤且消毒的污泥蒸汽接着会导入至第二级干燥器220。

在所示的实施例中，第二级干燥器组件220与图8至图10或图11至图12的污泥干燥器组件大致相同，除了流入水槽72内的蒸汽曲管78以及进入可转动的螺旋部74或90的高温蒸汽是来自第一级干燥器组件200(图13)的已过滤且消毒的污泥蒸汽，而不是来自蒸汽机的高温一次蒸汽。在本实施例中，来自第一级干燥器组件200的已过滤且消毒的污泥蒸汽的热量会用来干燥位于第二级干燥器组件220中的粪便污泥。因此，该两级污泥干燥系统允许以大致相同量的一次水处理两倍量的污泥。

当已过滤且消毒的污泥蒸汽流过曲管78和/或螺旋部74/90后，污泥蒸汽凝结。从回流歧管82以及螺旋部的中空中心轴84中排出的冷凝水会流入水处理系统16中。此外，第二级干燥器组件220中的干燥过程会使得水分从干燥的粪便污泥中蒸发，并且污泥蒸汽会从干燥器70的水槽72排出并且流入水处理系统16(图15)。

水处理系统

图15是水处理系统16的示意流程图。污泥蒸汽流入包括旋流器的蒸汽过滤系统100，其中所述旋流器将蒸汽从存在于污泥蒸汽中的其他颗粒物中分离。剩余的气体和所有颗粒物(例如挥发物或挥发性有机化合物等)可以重新传送至燃烧器18中进行重新燃烧，以使得挥发性有机化合物进行处理，而不会释放到大气中，在污泥处理过程中，这会显著地降低或缓解恶臭向大气中的释放。分离的污泥蒸汽接着会穿过一个或多个预滤器，例如大孔过滤器(即25微米的过滤器)，接着进入蒸汽细滤器(即1微米的过滤器)。已过滤的污泥蒸汽接着会流入冷凝器104中，该冷凝器104会使得污泥蒸汽凝结并且收集获得无菌液态水。虽然已过滤的污泥蒸汽和所产生的冷凝水会包括一些杂质，但是已过滤的蒸汽和冷凝水不存在病原体，这是因为污泥蒸汽足够长时间地暴露在特别高的温度中，从而可以杀死污泥蒸汽中的所有病原体。

无菌水接着通过通气处理、漂白处理和通过选定的净化过滤器例如一个或多个木炭过滤器的过滤处理进行净化。已净化的干净饮用水接着由净化水储存槽108获取，其中净化水由上述净化水储存槽108分配。

图16是与使用两级干燥器的实施例结合的水处理系统16的示意流程图。如上所述，在本实施例中，来自第一级干燥器组件200的高压污泥蒸汽流经水处理系统16并且进行过滤，并且会用于第二级干燥器组件220中。来自第二级干燥器220的污泥蒸汽的冷凝水会被收集并且会流经水处理系统16，其中冷凝水会在水处理系统16中进行通气、漂白和过滤处理，正如上文所讨论的。进入水处理系统16的来自第二级干燥器220的污泥蒸汽也会被过滤(即通过旋流器、预滤器和细滤器)及冷凝，获得冷凝水会在储存槽108中净化和集中。

干燥的固态燃料处理系统

现在回到干燥固态燃料材料，当它从如上所讨论的污泥干燥器组件14、70、200、220排出时，干燥的固态燃料材料会进入干燥燃料斗56中。图17是附接至邻近加强肋64的污泥干燥器组件14上的干燥燃料斗56的等距视图。图18是从污泥干燥器组件14上移除后的干燥燃料斗56的部分放大透明等距视图。所示实施例的干燥燃料斗56包括穿过开口的顶侧接收干燥固态燃料的箱体。加热线圈110附加到箱体的一侧并且加热上述箱体以确保来自任何源头的液态水的冷凝水不会进入干燥固态燃料材料。在一个实施例中，燃料箱加热线圈110可以是蒸汽线圈，该蒸汽线圈接收由污泥干燥器组件14(图17)产生的一部分污泥蒸汽，以使得箱体的内部能够预热至约120℃(240℉)。

在水或水分进入到料斗56中并且浸泡干燥固态燃料材料的情形中或者如果干燥固态燃料材料太潮湿以至于不能充分燃烧时，料斗56将需要清空。因此，料斗56包括将潮湿燃料重新导入至潮湿污泥容纳箱32(图1)中的潮湿燃料出料螺旋部115。

从图18和图19可以看出，所示实施例的料斗56包括连接至料斗的箱体的底部的干燥燃料传送部112。该传送部112连接至将干燥固态燃料传送至燃烧器18(图19)的燃烧室或流化床116的燃料进料螺旋部114，其中干燥固态燃料会以沙粒的悬浮物状态进行燃料。在所示的实施例中，进料螺旋部114将干燥固态燃料供应至流化床上方约12cm(4.5英寸)的流化床燃烧器18并且以与从助燃风机接收的燃烧气体流大致相同高度的方式供应至流化床燃烧器18，正如下文进一步详细地讨论的。虽然示出的实施例使用干燥燃料供应螺旋部114，但是还可以使用其他燃料传送系统，包括将固态燃料供应至燃烧器的重力供应系统或者其他传送系统。

在一个实施例中，废物处理系统10(图1)可以多个干燥燃料备用斗118(图1)，该备用斗118容纳备用燃料，例如需要时可以与干燥的固态燃料材料一同在流化床燃烧器18中燃烧的煤、木屑、有机垃圾或其他合适的干燥燃料。干燥燃料备用斗118还包括连接至燃烧器18以用于将备用燃料传送至流化床116进行燃烧的进料螺旋部120(图19)。进料螺旋部120还可以用来将沙粒、石灰石或者其他选取的床料添加至燃烧器18的流化床116上。

燃烧器组件

如图19所示，流化床燃烧器18连接至锅炉20的下方部分，以燃烧干燥固态燃料材料以及加热锅炉20。所示实施例的燃烧器18具有包围流化床116的燃烧室122以及相关的传热装置。图20是通过排放螺旋部128连接至灰烬排放箱126的燃烧室122的部分剖开等距视图。图22是从燃烧室122上移除后的气体分配栅的放大等距视图。所示的气体分配栅130设置成以均匀且稳定的方式将床体116流化。所示的流化床116包括沙粒，但是可以使用石灰石、其他合适的材料或者它们的混合物。气体分配栅130设置成能够长时间操作，而不会发生翘曲、阻挡或者堵塞。气体分配栅130还以其方便且快速更换或者维护从而降低燃烧器18和相关系统10的所有停机时间的方式与燃烧室122一体成型。

气体分配栅130包括具有进气口142和连接至进气口142下游的气体分配管140的多个喷雾式歧管144。歧管144彼此平行且彼此非常靠近地被间隔，以允许灰烬和小颗的沙粒能够轻易地落在歧管144之间，从而由排放螺旋部128移除至排放箱126(图20)。但是，间隔的歧管144能够防止渣块和较大的未燃烧材料掉落到排放螺旋部入口中。每一歧管144连接至以栅格形式分布的多个泡罩气体喷嘴146。该泡罩气体喷嘴146向床体116上的自由空间部分提供平顺且均匀的气体分布，用于燃烧室中的均匀流态化。

在图21示出的所示实施例中，气体分配栅130连接至直线式燃烧器组件138，该燃烧器组件138可以致动，以在需要时在流化床116(图20)的初始启动和预热的过程中，预热进入的助燃气体或流化气体。该直线式燃烧器组件138包括接收来自助燃风机148的气体流的封闭式加热器(heater)150。该加热器150连接至气体分配管140(图22)的进气口142，以通过气体分配栅130(图20)将可燃气体提供至流化床116。所示实施例的助燃风扇148提供流速约超过750ft³/min并且压缩至约50英寸水柱的气体。加热器150在需要时可以利用天然气、丙烷、丁烷或者其他合适的燃料来预热可燃气体。一旦燃烧器18加热至接近操作温度时，将不再需要直线式燃烧器组件138，助燃风扇148会将未加热的气体提供至流化床116，以与固态燃料一同燃烧。

锅炉

燃烧器组件18定位在锅炉20中，并且燃烧干燥固态燃料材料产生的热量会提供持续的加热的废气流，该废气流会沿着废气路径158(图23)流过锅炉20并且加热持续的一次液态水流，其中第一液态水流沿着一次水路径160(图24)在大致相反的方向上流过锅炉20，以产生为蒸汽机26(图1)供能的高压蒸汽。锅炉20及其部件将结合废气路径158(图23)和一次水路径160进行讨论。

图23是干燥燃料燃烧器18和锅炉20的放大的部分剖开的等距视图，其中示出通过锅炉的已加热废气路径158。锅炉20的下方部分包括至少部分地嵌入至流化床116并且位于流化床116的正上方的蒸发器162。因此，由流化床116中的固体燃料燃烧产生的高温热量在蒸发器162周围流动并且会有效地加热蒸发器162。废气路径158从蒸发器162向上地流动越过连接至蒸发器162的第一级过热器164，并且然后越过连接至第一级过热器164的第二级过热器166。废气路径158从第二级过热器166开始在第一级省煤器168上方并且在第二级省煤器170上方流动。当将热量依次传递至蒸发器162、第一级过热器164、第二级过热器166、第一级省煤器168和第二级省煤器170时，沿着废气路径158流动的已加热废气会冷却。第二级省煤器170容纳在省煤器壳体172中并且连接至废气出口174。当废气到达并且在第二级省煤器170上方流动时，在从废气出口174排出前，废气仅会将低品位热量传递至第二级省煤器170。

图24是省煤器壳体172和连接至废气出口174的多管式旋流器组件176的放大的部分等距视图。废气进入多管式旋流器组件176并且流经一个或多个传统旋流器，以从废气流中移除所有剩余的灰烬或颗粒，因而提供从多管式旋流器组件176排出的净化废气。废气还可以鼓入至化学处理水柱中，以在释放到大气中之前移除所有的其他污染物。大致无微粒的废气从多管式旋流器组件176中排出并且流过与大气相通的排气管178。在所示的实施例中，抽风式风扇180定位在多管式旋流器组件176和排气管178之间并且设置成利于废气流沿着整个废气路径158流动并且从排出管178排出。在所示的实施例中，风扇180能够在约775scfm的流速下拉动约8英寸的真空水，虽然其他实施例可以使用用于沿着废气路径158控制废气的流量和流速的其他风扇或者废气吸取系统。

图25省煤器壳体172的放大的部分等距视图，该省煤器壳体172具有位于壳体底部的灰烬收集区域182以及连接至灰烬收集区域182的灰烬螺旋部184。当废气进入省煤器壳体172中时，废气基本上会冷却，并且与废气一同流动的所有较重的灰烬颗粒会掉落并收集在灰烬收集区域182中。灰烬螺旋部184设置成将所收集的灰烬传送出省煤器壳体172并且传送至收集箱或者其他收集系统(未示出)。

锅炉之前的一次水回路

现在转到一次水回路160，一次水以液相进入锅炉20。如上文结合污泥干燥器组件14所讨论的，从蒸汽机26中流出的一次水在污泥干燥器组件中凝结成液体状态。在图1示出的所示实施例中，来自污泥干燥器组件14的一次液态水流会流过散热器190，以利于在继续沿着一次水回路21流动之前冷却一次液态水。

当一次水(有时指“给水”)以水蒸汽/蒸汽以及液体状态流过一次水回路21时，一些一次水会损失。例如，一些一次水会由于蒸汽机26中的蒸汽吹扫而损失，其中蒸汽会沿着蒸汽机中的缸壁吹过活塞。此外，一些一次水会从系统10中被除去并且抛弃到系统10中的最低点，以去除从一次水中沉积的所有使用过的被称为废物的化学物质或矿物质。取决于水质和系统10，上述废物构成全部一次水流的约5％。因此，补给水可以经过位于散热器190下游的净水器192天假至一次水回路21中。

净水器192还可以将化学物质或添加物添加到液体状态的一次水中。在一些实施例中，化学物质和/或添加物会添加至导入一次水回路21中的补给水中。例如，补给水可以在进入一次水回路以降低锅炉20中的管道的水垢之前通过化学添加物进行软化。化学添加物还可以用来减少对加热性能造成消极影响或者可能会缩短供一次水在一次水回路21中流动的回路的使用寿命的杂质和腐蚀产物。此外，当补给水添加至一次水回路21中之前，净水器192可以用来处理进入的水，该水可以是公用硬水。

当第一液态水导入至锅炉20中之前，一次水从净水器192开始流动并且收集在供水箱194中。供水箱194可以包括水平开关，以使得当一次液态水回流时，系统具有测量并添加合适量的补给水和化学物质的方法，以补充一次水回路21中的所有损失。一次液态水由将一次态水泵送至锅炉20的供水泵196从供水箱194中出去。

锅炉中的一次水路径

现在回到锅炉20，图26是示出穿过锅炉20的一次水路径160的部分剖开放大等距视图。自供水泵196(图1)接收的一次液态水以加压冷却水的形式经由邻近第二级省煤器170的入水口198被导入至加热器20。来自泵196的冷却的一次水加压至约4130kPa(600psia)并且其会流经第二级省煤器170，该第二级省煤器170会在锅炉20内的废气路径158(图23)的最冷部分处由废气加热，在所示的实施例中，第二级省煤器170将一次液态水加热至其在约4.135MPa时为约525K的饱和点。

来自第二级省煤器170的一次水流过第二级省煤器168，其中一次水加热至其沸点。一次水以蒸汽的形式从第一级省煤器168中流出并且流入蒸汽筒199，其中干燥的饱和蒸汽从全部饱和水中分离。蒸汽筒199中的全部饱和水会回流且重新导入至蒸发器162中。干燥的一次蒸汽从蒸汽筒199流出并且一次穿过第二级过热器166和第一级过热器164。一次蒸汽以从锅炉20流出的高温过热蒸汽的形式从第一过热器164排出并沿着一次水路径160的下游部分进入蒸汽机26。

虽然图23和图26所示的锅炉20包括两个过热器164、166和两个省煤器168、170，其他实施例的锅炉20可以仅包括一个过热器和/或一个省煤器。例如，图27是另一实施例的仅包括连接至蒸发器228和蒸汽筒199的一个过热器224和省煤器226的锅炉组件222的管道组件的部分剖开的等距视图。在该可选的实施例中，蒸汽筒199连接至形成位于蒸发器228的相对侧的水墙232的多个竖管，这有助于保护蒸发器、流化床116和燃烧室122，以将热量保持在水墙之间，并且有助于加热流经水墙232的饱和水。因此，水墙232的使用有助于降低或减少加热器中需要的耐火材料的数量。

图28和图29是根据其他实施例的锅炉240的等距视图。锅炉240具有与图27相似的部件结构，其中一个过热器224和一个省煤器226定位在蒸发器228旁边，这允许流化床116上方的蒸发器部分中存在显著较多的自由空间。本实施例还包括从蒸汽筒199延伸的水墙232。此外，锅炉240具有壳体241，过热器224、省煤器226和蒸发器228均安装在框架结构242上，该框架结构242以可移动的方式承载连接至壳体241的一个或多个导轨或滑块244。

每一框架结构242及其各自的锅炉组件(即过热器224、省煤器226和/或蒸发器228)可以作为整体以类似于在打开、外露位置(图28)和闭合、操作位置(图29)之间的抽拉运动的可转移方式相对于壳体241进行移动。任一个或所有过热器224、省煤器226和/或蒸发器228可以模块方式移动至打开、外露位置，例如当系统10(图1)不工作时，以用于维护或更换。当锅炉组件移动至打开的、外露的位置时，限定一次水路径160的一些互连的管道需要分离。过热器224、省煤器226和/或蒸发器228可以重新滑动至壳体241中并且到达闭合的、操作的位置，互连的管道会重新连接。这种模块方式可以极大地降低系统10的停机时间以及用于执行锅炉240的常规维护的成本。

在另一个实施例中，锅炉20可以是具有中央燃烧室和流化床的同轴加热器。大致圆柱状的蒸发器与上述燃烧室同轴设置，过热器和省煤器同轴设置在蒸发器的轴外侧。其他实施例可以使用具有其他结构和/或部件和/或部件布置的锅炉。

发电部

图30是具有由蒸汽机26驱动的发电机28的发电部组件22的等距视图。在所示的实施例中，上述发电机28是具有超过约150kW(200hp)的工作输出的175kW感应发电机。由发电机28产生的电力用来为任一附加载荷供能，包括鼓风机、所有泵、转动旋转部的马达等。多余的电力可以就地使用或者供应至选定的电网。

驱动发电机28的蒸汽机26接收来自加热器20(图1)的过热的一次蒸汽，并且一次蒸汽会蒸汽机中膨胀至207kPa(～30psia)。蒸汽机是具有头部组件300的气缸往复活塞式发动机，其中头部组件300设置成使用温度超过约480℃(900℉)的热蒸汽并且会在高压例如约4130kPa(600psia)下长时间工作。在所示的实施例中，蒸汽机26是六缸蒸汽机，虽然还可以使用其他蒸汽机例如V-8往复活塞式蒸汽机。

图31是从机体上移除的蒸汽机头部301的部分剖开的放大顶部等距视图。所示的头部组件300包括由钢材制成的头部301并且包括用于每一气缸的蒸汽入口部302。该蒸汽入口部大致定位在气缸头部的上方。头部组件300包括具有用于每一气缸的提升阀306和相关摇臂308的配气机构304。曲轴310具有用于每一进气提升阀306a和排气提升阀306b的多个精确弯曲的凸轮312。曲轴310和相关凸轮312的转动可以控制进气提升阀306a和排气提升阀306b的打开和闭合，以用于提供蒸汽机26的特定操作参数。

蒸汽机26的往复蒸汽循环由发生于其气缸内的蒸汽活塞的两个冲程中的四个不同事件构成。由上止点(TDC)开始，气缸的进气阀306a打开并且过热的高压蒸汽(接收自加热器)会流经蒸汽入口部302并且进入气缸中，同时活塞会朝着下止点(BDC)向下移动。在蒸汽的规定的临界体积，进气阀306b闭合并且活塞完成至BDC的动力冲程。在BDC处，排气阀306b打开，并且当活塞朝着TDC向上运动时，排气冲程打开。在TDC之前的具体时间点上，排气阀306b闭合，因此气缸压力上升至接近加热体压力。当进气阀306a打开时，这会降低节流损失。

当所示实施例的蒸汽机26利用基于约4130kPa(600psia)的锅炉压力的蒸汽进行工作，进气阀306a和排气阀306b必须通过精确的凸轮外廓和气门机构准确操作以在给定的锅炉压力和蒸汽机扭矩极值下使得蒸汽机的效率和功率最大化。在所示的实施例中，当锅炉压力为约4130kPa(600psia)时，每一气缸的截气比(即气缸的截气体积与总体积的比值)为约11％。因此，进气阀306a必须打开至足够长度，以将高压一次蒸汽填充至气缸的11％。蒸汽机26(图30)设置成提供约17.7cc的余隙容积，而非压缩比为约9.8的蒸汽机的约70cc的常用传统余隙容积。该17.7cc的余隙容积能够使得28度的曲轴转动即可实现所需的11％的临界比。由于曲轴310的转速是曲柄轴的两倍，所以曲轴310和凸轮312必须在14度的转动中打开和闭合每一进气阀306a。该快速运动由凸轮外廓和进气阀306a结构控制。

图31和图32是示出进气凸轮312a、进气阀306a和相关的摇臂308a的头部组件300的放大的横截面视图。因为所示实施例的蒸汽机的临界比仅为11％，所以每一进气凸轮312a的凸轮外廓均包括设置成快速且准确地转动相应摇臂308a以打开及闭合相关的进气阀306a的极小的凸角314。该小凸角的形状必须具有位于凸轮外廓上的相当倾斜的过渡区域316，这会产生凸轮从动件318必须随动的大致突出的小半径弯曲部。在所示的实施例中，凸轮从动件318是由相应的进气凸轮312a上方的摇臂308a内的一对轴承320以可转动的方式承载的滚动凸轮从动件。摇臂308a中的滚动凸轮从动件318和轴承320的这种设置允许凸轮从动件318在蒸汽机26的操作过程中控制惯性载荷。

如图33所示，当进气阀306a闭合时，其阀头319以密封的方式设置在头部301的阀座321的上方，并且蒸汽入口部302将一次蒸汽传送至进气阀306a的上方(即阀头的上方)。气门结构304设置在竖直地定位于相应的凸轮312上方的凸轮从动件318内，并且凸轮从动件318与摇臂的枢轴销322间隔设置。并且，摇臂308的远端部定位并卡扣在螺纹附接至进气阀轴326的上方的轴环324的底面下方。当进气凸轮312a转动并且凸轮从动件318卡扣小凸角314时，摇臂308会围绕枢轴销322向上转动并且将进气阀306a向上拉动，以将阀头319朝着远离阀座321的方向拉升，因而短暂地打开进气阀306a。因此，进气阀306a是拉动式提升阀。当凸轮的凸角314通过凸轮从动件318时，进气阀306a快速闭合。与进气阀306a不同，排气阀306b不要求这种快速的反应动作并且可以是推动式提升阀。

所示的气缸头部结构会使得加热的高压蒸汽位于气缸头部的上方，并且进气阀306a需要与高压蒸汽位于同一侧，不然进气阀306a会被蒸汽压力打开。当进气阀的位置位于蒸汽入口部402下方的头部上方时，高压蒸汽将进气阀306a闭合。在所示的实施例中，进气阀306a与弹簧328连接，当活塞从TDC处移动直至达到临界体积(～11％)时，该弹簧328提供有助于抬升且打开进气阀以使得蒸汽进入气缸的额外动力。

所示实施例的蒸汽机26的设置还可以提供操作过程中蒸汽机的改善的温度控制，尤其当长时间处于较高的RPM(即～1850)时。与使用双作用缸的传统蒸汽机的蒸汽压力施加至活塞的任一侧并且从活塞的任一侧排出不同，所示实施例的蒸汽机26具有单作用缸。为了避免蒸汽尤其在较低的操作温度(即在启动过程中)于活塞周围泄露，当前的蒸汽机26会使用输入蒸汽机的液态冷却剂，而散热器和加热器用于控制蒸汽机的温度。当蒸汽机26启动但未预热时，加热器会将蒸汽机的气缸保持在水的沸腾温度以上，所以蒸汽将不会凝结。因为高压蒸汽是加热的，所以一旦蒸汽机运行时，温度控制系统会处于冷却模式。因此，温度控制系统准确地空蒸汽机温度并且防止蒸汽机26造成油损的过热和过冷(即低于约160℉)，其中曲轴箱中的油料以及由于泄露穿过活塞的水分将混合并且形成难以分离的乳液。

控制

所示实施例的粪便污泥废物处理系统10还包括互相连接并且用于控制整个系统10而在常规操作过程中仅需要操作者的最少监控的多个自动的一体成型的电脑控制器。装置和步骤的控制和监控主要通过收集来自传感器的输入值以及设定控制装置的输出级例如阀和马达的中央可编程控制器(PLC)实现。中央可编程控制器还可以设置成将整个系统分成管理子系统，例如净化水/蒸汽子系统、燃烧子系统、燃料处理子系统和电力生成子系统。控制输入值在所需程度下提供至彼此相对的解耦子系统。子系统还可以分成提供用于各输出值的设定值的控制回路。

净化水/蒸汽子系统被设置成以恒定温度和压力向发电部22提供蒸汽并且将热量(以蒸汽形式)提供至污泥干燥器组件14，以用于产生足够量的干燥固态燃料。控制回路用于调整进入系统的补给水量、进入蒸发器的冷凝水量、通过蒸汽机的蒸汽量以及应用至污泥干燥器组件的热量。净化水/蒸汽子系统还被设置用来监控并处理进入系统的外部水例如城市用水以及控制流过排放系统的加热器水的总体溶解性固体量。

燃烧子系统被设置成提供足够的热量，以使得净化水/蒸汽系统能够产生准确量及温度的蒸汽。控制回路提供用于调节通过流化床的气流、在启动过程操作丙烷燃烧器以及控制燃烧室腔体内的气体压力。该系统还会监控燃烧排放、废气处理以及维护作业，例如移除以及流化床材料的替换。

燃料处理子系统被设置成向燃烧过程提供正确量的干燥燃料以及处理由干燥系统产生的废水。控制回路用于提供正确量的潮湿燃料，以调整污泥干燥器组件中的干燥燃料的停留时间、测量进入燃烧室内的干燥固态燃料以及处理水凝结和处理过程。

电力生成子系统被设置成有条件时向电网功能电力。该子系统具有调整电能输出以及通过发动机节流阀的调制来调整发动机转速和扭矩的控制回路。该控制子系统和次级回路可以被整合为控制启动和关闭顺序以及合理控制紧急及警报状态的高级控制器。

综上，可以理解，本文描述的本发明的具体实施例仅用于示例，在不偏离本发明的前提下，可以做出各种改进。此外，特定实施例或示例中描述的本发明的各方面可以结合在其他实施例中或者从其他实施例中消除。虽然本发明的一些实施例相关的优势已经描述在这些实施例中，但是其他实施例也可以体现这些优势。此外，并非所有的实施例需要体现这些优势，以落入本发明的范围内。因此，除非由权利要求书限定，本发明不具有限制意义。

Claims

1.一种用于发电及生成饮用水的多功能废物处理系统，包括：

第一级燃料干燥器组件，所述第一级燃料干燥器组件具有用于容纳包含水和固体的污泥的第一压力容器，所述第一级干燥器组件具有邻近所述第一加压容器的第二压力容器，其中所述第二压力容器配置为容纳从所述污泥中分离的高温废蒸汽，其加热以及部分地干燥污泥，并且产生气相的第一污泥水以及浓缩污泥；

第二级燃料干燥器组件，所述第二级燃料干燥器组件具有用于接收浓缩污泥的第三压力容器，以及邻近所述第三内部干燥容器的第四压力容器，其中第四压力容器配置为接收并容纳气相的所述第一污泥水，因而所述第一污泥水从所述浓缩污泥中分离，并且其中气相的所述第一污泥水加热并干燥所述浓缩污泥，以提供气相的第二污泥水和干燥的固态燃料材料，并且其中至少一部分的所述第一污泥水凝至液相；

水处理系统，所述水处理系统接收处于气相、液相或者以上两者的所述第一污泥水和所述第二污泥水，其中所述水处理系统具有冷凝器、净化器和过滤器，其中气相的所述第一污泥水或所述第二污泥水被凝结以及液相的所述第一污泥水和所述第二污泥水被净化和过滤，以提供饮用水；

燃烧器组件，所述燃烧器组件配置为燃烧来自所述第二级燃料干燥器组件的所述干燥的固态燃料，以在产生锅炉中的蒸汽；和

蒸汽驱动发电机组件，所述蒸汽驱动发电机由来自所述锅炉的蒸汽供能并且用于发电，其中所述蒸汽驱动发电机组件产生所述高温废蒸汽。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一压力容器容纳在所述第二压力容器内。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第三压力容器容纳在所述第四压力容器内。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一级燃料干燥器组件包括被可转动地支撑在所述第一压力容器内的蒸汽加热的螺旋部。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一级干燥器组件包括定位在所述第一压力容器内并且能够相对于所述第二压力容器移动以相对所述第二压力容器移动所述污泥的多个刮板。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽驱动发电机组件包括蒸汽机和发电机。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一级燃料干燥器组件和所述第二级燃料干燥器组件、所述水处理系统和所述发电机组件安装在框架上并且能够与框架作为一个整体进行运输。

8.一种用于发电及生成饮用水的自给式多功能粪便废物处理系统，包括：

燃料干燥器组件，所述燃料干燥器组件具有燃料路径，所述燃料路径具有用于接收包括水和固态燃料材料的混合物的潮湿粪便污泥流的燃料入口，所述燃料干燥器组件具有配置为煮沸潮湿粪便污泥并且将水从所述固态燃料材料中热分离以提供干燥的燃料的加热器部分，所述燃料干燥器具有第一蒸汽出口、干燥燃料出口以及具有包括蒸汽入口和独立于所述燃料路径的流体出口的流体路径的冷凝器部分；

淡水冷凝器组件，所述淡水冷凝器组件连接至所述第一蒸汽出口并且用于凝结从所述潮湿粪便污泥中释放的蒸汽以用作饮用水；

干燥燃料燃烧器组件，所述干燥燃料燃烧器组件连接至所述燃料干燥器组件的所述干燥燃料出口，所述干燥燃料燃烧器组件具有燃烧器部分以及用于接收来自于所述燃烧器部分的热量的锅炉，所述锅炉具有入水口和第二蒸汽出口；

蒸汽驱动发电机，所述蒸汽驱动发电机连接至所述锅炉的所述第二蒸汽出口并且用于发电，所述蒸汽驱动发电机具有连接至所述冷凝器部分的所述蒸汽入口的第三蒸汽出口；和

水泵，所述水泵具有连接至所述燃料干燥器的所述冷凝器部分的所述流体出口的入水口，并且所述水泵具有连接至所述锅炉的所述入水口的出水口；

其中所述锅炉配置为将进入所述锅炉的水流转换成为蒸汽流以为所述蒸汽驱动发电机供能。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述燃料干燥器包括位于燃料载体中的蒸汽加热的螺旋部，并配置为在干燥过程中移动并煮沸所述粪便污泥。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述燃料干燥器为具有连续的第一干燥器级和第二干燥器级的两级干燥器，所述第一干燥器级和所述第二干燥器级均连接至所述冷凝器部分并且均配置为通过使用来自所述蒸汽驱动发电机的废蒸汽的热量将水分从所述粪便污泥中蒸发来干燥所述粪便污泥。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一干燥器级使得所述粪便污泥产生污泥蒸汽，所述第二干燥器级使用来自所述第一干燥器级的所述污泥蒸汽来干燥所述污泥。

12.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一干燥器级从所述粪便污泥的水蒸发中生成第一干燥器蒸汽，所述第二干燥器级具有连接至所述第一干燥器级并且用于承载邻近所述粪便污泥的所述第一干燥器蒸汽的第一蒸汽承载部，所述第二干燥器级具有独立于所述第一蒸汽承载部并且用于承载来自邻近所述粪便污泥的所述蒸汽驱动发电机的所述废蒸汽的第二蒸汽承载部，来自所述第一蒸汽承载部和所述第二蒸汽承载部的热量干燥在其中移动的所述粪便污泥。

13.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述燃料干燥器组件用于在所述冷凝器部分中接收来自所述蒸汽驱动发电机的废蒸汽，所述燃料干燥器具有连接至所述燃料入口的第一干燥器级，其具有连接至所述冷凝器并配置为利用来自所述废蒸汽的热量蒸发来自所述粪便污泥的第一部分水的第一加热器部分，以及连接至所述第一干燥器级并配置为利用来自所述废蒸汽的热量蒸发自所述第一干燥器级接收的浓缩粪便污泥的第二部分水的第二干燥器级。

14.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述燃料干燥器组件的所述冷凝器用于经由所述第一蒸汽入口接收所述蒸汽驱动发电机的废蒸汽，并且所述燃料干燥器组件具有连接至所述燃料入口并且邻近所述冷凝器部分的单级干燥器部分，所述单级干燥器部分配置为利用来自所述冷凝器中的所述废蒸汽的热量蒸发所述粪便污泥中的水。

15.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述燃烧器部分为流化床燃烧器组件。

16.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述燃料干燥器组件、所述淡水冷凝器、所述干燥燃料燃烧器组件、所述蒸汽驱动发电机以及所述水泵安装在框架上并且能够与所述框架作为一个整体进行运输。

17.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述蒸汽驱动发电机是单动液体冷却蒸汽机。

18.一种用于发电及生成饮用水的污泥处理系统，包括：

污泥干燥器组件，所述污泥干燥器组件具有用于接收包括水和固态燃料材料的混合物的污泥流的燃料路径，所述污泥干燥器组件具有用于加热所述污泥并且将水从所述固态燃料材料中热分离以提供干燥的燃料材料的加热器部分，所述加热器部分具有第一蒸汽出口，所述污泥干燥器组件具有邻近所述加热器部分的冷凝器、与所述燃料路径独立的流体路径、蒸汽入口和流体出口；

淡水冷凝器组件，所述淡水冷凝器组件连接至所述第一蒸汽出口并且用于凝结从所述污泥中释放的蒸汽以用作饮用水；

燃烧器组件，所述燃烧器组件连接至所述污泥干燥器组件并且用于接收来自所述污泥干燥器组件的干燥燃料，所述燃烧器组件具有用于接收并燃烧所述干燥的燃料材料的燃烧器以及用于接收来自所述燃烧器的热量以生成在入水口和第二蒸汽出口之间延伸的流体路径中的蒸汽的锅炉；和

发电部，所述发电部包括蒸汽机和由所述蒸汽机驱动的发电机，所述蒸汽机连接至所述锅炉的所述第二蒸汽出口以从中接收蒸汽，所述发电机用于发电，所述蒸汽驱动发电机具有连接至所述冷凝器部分的所述蒸汽入口的第三蒸汽出口；

其中从所述蒸汽机排放的所述蒸汽的热量煮沸所述污泥干燥器中的所述污泥中的水；

其中从所述蒸汽机排放的所述蒸汽凝结成液态水流；以及

其中所述锅炉用于接收所述液态水流并且将所述液态水流转换成为蒸汽流以为所述蒸汽驱动发电机供能。

19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述污泥干燥器组件的加热器部分包括所述污泥移动穿过的污泥承载部、蒸汽载体和多个推进部件，所述蒸汽载体邻近所述污泥承载部并且定位成邻近所述污泥以用于将来自所述蒸汽载体的蒸汽的热量传送至污泥，所述多个推进部件可移动地设置在所述燃料承载部中并且用于相对于所述蒸汽载体移动所述燃料载体中的污泥。

20.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述燃料干燥器组件为具有连续的第一干燥器级和第二干燥器级的两级干燥器，所述第一干燥器级和所述第二干燥器级均连接至所述冷凝器部分并且均用于通过使用来自所述蒸汽机的废蒸汽的热量将水分从燃料中蒸发来干燥所述污泥。

21.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述燃料干燥器为具有连续的第一干燥器级和第二干燥器级的两级干燥器，所述第一干燥器级从所述污泥中生成污泥蒸汽，并且所述第二干燥器级使用来自所述第一干燥器级的所述污泥蒸汽来干燥所述污泥。

22.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述燃料干燥器组件为具有连续的第一干燥器级和第二干燥器级的两级干燥器，所述第一干燥器级从所述污泥的所述水蒸发中生成第一干燥器蒸汽，所述第二干燥器级具有连接至所述第一干燥器级且用于承载邻近所述污泥的第一干燥器蒸汽的第一蒸汽承载部，所述第二干燥器级具有独立于所述第一蒸汽承载部且用于承载邻近所述污泥的来自所述蒸汽机的所述废蒸汽的第二蒸汽承载部，其中来自所述第一蒸汽承载部和所述第二蒸汽承载部的热量用于干燥在其中移动的所述污泥。

23.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第一干燥器级包括第一燃料载体、邻近所述第一燃料载体的第一蒸汽载体、以及可移动地设置在所述第一燃料载体内并且用于经由所述第一燃料载体使得所述污泥移动通过所述第一蒸汽载体的多个推进部，所述第二级包括第二燃料载体、位于所述第二燃料载体内并且相对于所述第二燃料载体保持固定的多个蒸汽加热部件、以及可转动地设置在所述第二燃料载体内并且用于移动所述第二燃料载体内的所述污泥并使所述污泥通过所述蒸汽加热部件的第二蒸汽载体组件。

24.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述污泥干燥器组件的冷凝器部分被定位成用于接收来自所述蒸汽机的废蒸汽，所述污泥干燥器组件具有第一干燥器级和第二干燥器级，所述第一干燥器级包括连接至所述冷凝器部分并配置为利用来自所述废蒸汽的热量蒸发所述污泥中的第一分水的第一加热器部分，所述第二干燥器级连接至所述第一干燥器级并配置为利用所述废蒸汽中的热量来蒸发接收自所述第一干燥器级的浓缩潮湿燃料中的第二部分水。

25.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述冷凝器部分用于接收来自所述蒸汽驱动发电机的废蒸汽，所述燃料干燥器组件具有邻近所述冷凝器部分并配置为利用所述冷凝器中的废蒸汽的热量来蒸发所述粪便污泥中的水的单级干燥器部分。

26.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述燃烧器部分是具有燃烧室的流化床燃烧器组件，其具有用于干燥燃料燃烧的燃烧床以及配置为向所述燃烧床提供燃气的气栅，所述锅炉包括连接至所述入水口并配置为加热流经其间的水的第一热交换器、连接至所述第一热交换器的蒸汽筒、连接至所述蒸汽筒并配置为从其接收已加热的饱和流体的蒸发器，所述蒸汽筒用于接收来自所述蒸发器的蒸汽流，所述锅炉还包括连接至所述蒸汽筒并配置为接收来自所述蒸汽筒的干燥蒸汽的第二热交换器，所述第二热交换器连接至所述第二蒸汽出口。

27.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

粪便污泥容纳箱；和

污泥传输器，所述污泥传输器连接至所述粪便污泥容纳箱并配置为将所述粪便污泥提供至所述污泥干燥器组件的所述污泥入口。

28.一种用于发电及生成饮用水的粪便废物处理系统，包括：

蒸汽驱动发电系统，所述蒸汽驱动发电系统包括相互连接的锅炉组件、蒸汽机和冷凝器，所述冷凝器，并具有将一次水运载通过所述锅炉组件、所述蒸汽机组件和所述冷凝器的一次水回路，其中所述蒸汽机组件的操作产生电；

粪便污泥系统，所述粪便污泥系统接收由所述蒸汽机组件产生的部分电力，所述粪便污泥系统包括污泥干燥器组件和用于将粪便污泥流传送至所述污泥干燥器组件的污泥传送系统，其中所述冷凝器附接至所述污泥干燥器组件并且用于将第一热量传送至粪便污泥流，以从所述粪便污泥释放水作为第一蒸汽，以干燥所述粪便污泥中的固态燃料材料；

水收集系统，所述水收集系统连接至所述污泥干燥器组件并配置为在收集部中接收并凝结用于收集的第一蒸汽作为净化的液态饮用水；和

燃烧器系统，所述燃烧器系统连接至所述粪便污泥系统和所述发电系统的锅炉，所述燃烧器系统包括用于燃烧来自所述粪便污泥系统的干燥固体并且将热量提供至所述锅炉组件中的水回路的燃烧器，其中所述锅炉组件向所述蒸汽机提供蒸汽。

29.如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述污泥干燥器组件为具有连续的第一干燥器级和第二干燥器级的两级干燥器，其中所述第一干燥器级从所述污泥中生成污泥蒸汽，并且所述第二干燥器级使用来自所述第一干燥器级的所述污泥蒸汽来干燥所述污泥。

30.如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述污泥干燥器组件包括连续的第一干燥器级和第二干燥器级，其中所述第一干燥器级从所述污泥传送系统接收基本上连续的粪便污泥流并提供基本上连续的部分干燥的浓缩粪便污泥流至所述第二干燥器级，并且所述第二干燥器级提供基本上干燥的固态燃料材料至所述燃烧器，以及其中来自所述第一干燥器级和所述第二干燥器级的蒸汽被提供至水收集系统。