多功能的粪便废物和垃圾的处理器以及相关方法技术

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多功能的粪便废物和垃圾的处理器以及相关方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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，可以更好地理解本专利技术的许多方面。附图中的部件未按比例示出。相反，重点在于清楚地示出本专利技术的原理。为了便于参考，在本专利技术中，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是根据本专利技术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是根据本专利技术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是根据本专利技术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是根据本专利技术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(powerplant)的等距视图；图31是根据本专利技术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包括本专利技术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专利技术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是根据本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.14 US 14/542,5211.一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...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·贾尼基，
申请(专利权)人：比尔及梅琳达盖茨基金会，
类型：发明
国别省市：美国,US