BR112017010113B1

BR112017010113B1 - Sistema de processamento de resíduos úmidos, sistema de processamento de borra e sistema de processamento de resíduos fecais

Info

Publication number: BR112017010113B1
Application number: BR112017010113-0A
Authority: BR
Inventors: Peter Janicki
Original assignee: Bill & Melinda Gates Foundation
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2022-07-26
Also published as: ES2782773T3; CA2966871C; ES2938879T3; HK1247908A1; US11885243B2; NZ759156A; KR101947630B1; AU2018203099A1; AU2020205310A1; US20220090520A1; RU2654011C1; TWI669162B; JP2019042737A; WO2016077241A1; CA3111514A1; FI3733615T3; ZA201805285B; TW201825205A; HUE049184T2; MX2017006280A

Abstract

Pelo menos um aspecto da tecnologia provê uma instalação de processamento independente configurada para converter resíduos com alto teor de água, orgânicos, como lodo fecal e lixo, em eletricidade enquanto também gera e coleta água potável.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente tecnologia é dirigida a sistemas, equipamento de processamento de lixo e resíduos fecais multifuncionais e métodos associados.

ANTECEDENTES

[002] Muitas áreas do mundo utilizam sistemas de saneamento aberto para tratar de resíduos humanos e outro lixo, enquanto outras áreas utilizam sistemas sépticos insatisfatórios ou outros sistemas que descarregam água residual em drenos abertos ou águas superficiais. Tais condições de saneamento ruins contribuem para significar problemas de saúde nessas áreas. Muitas dessas áreas com sistemas de saneamento inadequados também lutam com a manutenção de água potável limpa, o que acrescenta adicionalmente problemas de saúde em potencial. Essas áreas têm frequentemente recursos limitados disponíveis para gerar eletricidade, ou o custo para gerar eletricidade é proibitivamente caro. Por conseguinte, há necessidade por sistemas de saneamento adequados que mantenham resíduos fora do meio ambiente, por fornecer e manter acesso à água potável limpa e por gerar eletricidade barata.

SUMÁRIO

[003] A presente tecnologia provê sistemas multifuncionais para processar resíduos enquanto gera eletricidade e água potável em um modo que supera desvantagens experimentadas na técnica anterior e fornece benefícios adicionais. Pelo menos um aspecto da tecnologia provê uma instalação de processamento independente configurada para converter resíduo com alto teor de água, orgânico, como lodo fecal e lixo, em eletricidade enquanto também gera e coleta água potável.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[004] Muitos aspectos da presente tecnologia podem ser mais bem entendidos com referência aos desenhos a seguir. Os componentes nos desenhos não estão necessariamente em escala. Ao invés, ênfase é colocado na ilustração clara dos princípios da presente tecnologia. Para facilidade de referência, em toda essa revelação números de referência idênticos podem ser usados para identificar características ou componentes idênticos ou pelo menos genericamente similares ou análogos.

[005] A figura 1 é uma ilustração de fluxograma esquemático de componentes de um sistema de processamento de resíduos multifuncional de acordo com uma modalidade da presente tecnologia.

[006] A figura 2 é uma vista isométrica do sistema de processamento de resíduos multifuncional da figura 1.

[007] A figura 3 é uma vista isométrica de um sistema de contenção e distribuição de borra de acordo com um aspecto da tecnologia.

[008] A figura 4 é uma vista isométrica de um conjunto de entrada de uma modalidade do sistema de contenção e distribuição de borra.

[009] A figura 5 é uma vista isométrica de um conjunto de secador de borra mostrado removido a partir do conjunto da figura 2.

[010] A figura 6 é uma vista isométrica parcial aumentada de uma porção extrema do conjunto de secador de borra conectado a um conjunto transportador do conjunto de entrada da figura 4.

[011] A figura 7 é uma vista isométrica esquemática do fluxo de borra durante processamento no conjunto de secador de borra da figura 5.

[012] A figura 8 é uma vista isomérica parcial de um conjunto de secador de borra tendo um trado aquecido a vapor posicionado rotativamente em uma calha aquecida a vapor que contém um fluxo de borra.

[013] A figura 9 é uma vista isométrica ampliada da calha mostrada separada do trado da figura 8.

[014] A figura 10 é uma vista isométrica ampliada do trado mostrado separado da calha da figura 8.

[015] A figura 11 é uma vista isométrica parcial de um conjunto de secador de borra de outra modalidade tendo um elemento de trado aquecido a vapor posicionado rotativamente em uma calha aquecida a vapor que contém um fluxo de borra.

[016] A figura 12 é uma vista isométrica ampliada do trado aquecido a vapor mostrado separado da calha da figura 11.

[017] As figuras 13A e 13B são vistas isométricas de um conjunto de secador de borra de primeiro estágio, pressão alta de acordo com uma modalidade da presente tecnologia.

[018] A figura 14 é um fluxograma esquemático de um sistema secador de borra de dois estágios de acordo com uma modalidade da presente tecnologia.

[019] A figura 15 é um fluxograma esquemático de um sistema de tratamento de água potável do sistema de processamento de resíduos da figura 1.

[020] A figura 16 é um fluxograma esquemático de um sistema de tratamento de água potável de outra modalidade do sistema de processamento de resíduos da figura 1.

[021] A figura 17 é uma vista isométrica de um conjunto de recipiente de combustível seco fixado ao conjunto de secador de borra da figura 5.

[022] A figura 18 é uma vista isométrica parcialmente transparente, ampliada do conjunto de recipiente de combustível seco da figura 17 mostrado removido do conjunto de secador de borra.

[023] A figura 19 é uma vista em elevação lateral esquemática do conjunto de recipiente de combustível seco da figura 18 fixado a um combustor de leito fluidificado no sistema da figura 1.

[024] A figura 20 é uma vista isométrica recortada parcial de uma câmara de combustão e recipiente de descarga do combustor de leito fluidificado da figura 19.

[025] A figura 21 é uma vista isométrica ampliada de um compressor de ar de combustão e conjunto de queimador em linha mostrado removido da câmara de combustão da figura 20.

[026] A figura 22 é uma vista isométrica ampliada de uma grade de distribuição de ar mostrado removido da câmara de combustão da figura 20.

[027] A figura 23 é uma vista isométrica parcialmente recortada, ampliada de um combustor de combustível seco e caldeira do sistema da figura 1 mostrando o caminho de gás de descarga aquecido através da caldeira.

[028] A figura 24 é uma vista isométrica parcial ampliada de um alojamento economizador e conjunto de multi-clone mostrado removido do combustor de combustível seco da figura 23.

[029] A figura 25 é uma vista isométrica parcial ampliada do alojamento economizador e um trado de cinza mostrado removido do conjunto combustor de combustível seco da figura 23.

[030] A figura 26 é uma vista isométrica parcialmente recortada, ampliada do combustor de combustível seco e conjunto de caldeira da figura 23 mostrando o caminho primário de água através da caldeira.

[031] A figura 27 é uma vista isométrica parcialmente recortada dos componentes de tubulação de uma caldeira de uma modalidade alternativa.

[032] A figura 28 é uma vista isométrica de um combustor de leito fluidificado e caldeira de acordo com outra modalidade, onde componentes modulares de caldeira são mostrados em posições expostas, abertas.

[033] A figura 29 é uma vista isométrica do combustor de leito fluidificado e caldeira da figura 28, em que os componentes modulares de caldeira são mostrados em posições operacionais, guardadas.

[034] A figura 30 é uma vista isométrica de um conjunto de usina de energia com um motor a vapor e gerador mostrados removidos do sistema da figura 1.

[035] A figura 31 é uma vista isométrica superior ampliada, parcialmente recortada do conjunto de cabeçote do motor com um eixo de came, cames, balancins e trem de válvulas de acordo com uma modalidade da tecnologia.

[036] A figura 32 é uma vista isométrica em seção transversal parcial, ampliada, do conjunto de cabeçote do motor a vapor da figura 31 com um came de entrada, válvulas de admissão e descarga e balancins associados.

[037] A figura 33 é uma seção transversal ampliada do conjunto de cabeçote do motor a vapor tomada substancialmente ao longo da linha 33 - 33 da figura 31.

[038] O apêndice A inclui informações adicionais e cálculos referentes a aspectos da presente tecnologia.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[039] A presente revelação descreve sistemas de processamento de resíduos, multifuncionais configurados para gerar eletricidade e água potável de acordo com certas modalidades da presente tecnologia. Vários detalhes específicos da tecnologia são expostos na descrição a seguir e nas figuras 1-33 para fornecer uma compreensão completa de certas modalidades da presente tecnologia. Uma pessoa versada na técnica, entretanto, entenderá que a presente tecnologia pode ter modalidades adicionais e que outras modalidades da tecnologia podem ser postas em prática sem várias das características específicas descritas abaixo.

[040] A figura 1 é uma ilustração de fluxograma esquemático de componentes de um sistema de processamento de resíduos multifuncional 10 e a figura 2 é uma vista isométrica do sistema de processamento de resíduos 10 de acordo com uma modalidade da presente tecnologia. Como discutido em maior detalhe abaixo, o sistema 10 é configurado para receber e processar um fluxo de borra de resíduos úmidos 12 e gerar material de combustível sólido, seco, eletricidade e água potável. Uma ou mais modalidades do sistema 10 são discutidas e ilustradas aqui com relação ao processamento de resíduos compreendendo borra úmida que contém água e matéria fecal e/ou outro lixo, como resíduos orgânicos. O sistema 10, entretanto, pode ser configurado para processar um fluxo de outros resíduos úmidos. Em uma modalidade, o sistema é configurado para processar borra úmida contendo uma mistura de líquidos à base de água e até aproximadamente 50% de total de sólidos que podem ser separados da água e secos para fornecer material de combustível sólido inflamável. Em algumas configurações, o sistema 10 pode ser usado com borra úmida tendo até aproximadamente 15% de total de sólidos, e em outras modalidades o sistema 10 é configurado para uso com borra tendo aproximadamente 20% - 50% de total de sólidos. O sistema 10 de outras modalidades pode ser configurado para uso com outras faixas de total de sólidos na borra.

[041] A borra 12 flui através de um conjunto de secador de borra 14 que evapora água da borra para gerar vapor, de modo que os materiais sólidos sejam suficientemente secos para fornecer material de combustível sólido inflamável. Para fins dessa descrição, o vapor evaporado a partir da borra é mencionado como vapor de borra. O vapor de borra liberado é muito quente por uma duração suficiente, de modo que o vapor de borra seja estéril (isto é, livre de patógenos). O sistema 10 contém e condensa o vapor de borra estéril em um sistema de tratamento de água 16 para fornecer água potável limpa. O sistema 10 também queima o material de combustível sólido seco, em um combustor, como um combustor de leito fluidificado 18. Em algumas modalidades, outros combustíveis secos, como carvão, pelotas de madeira, lixo ou outro material orgânico podem ser adicionados se necessário para fornecer combustível adicional ao combustor 18. O sistema 10 da modalidade ilustrada é configurado para continuamente produzir até aproximadamente 150 kW (aproximadamente 200 hp) de eletricidade e processar aproximadamente 8500 kg ou 8.5 m3 de lodo fecal e 1100 kg de lixo ou mais por dia.

[042] Calor a partir da combustão de combustível no combustor 18 é usado para aquecer uma caldeira 20, que pressuriza água em um circuito de água primário substancialmente fechado 21 para gerar vapor para uso por uma usina de energia acionada a vapor 22 que produz eletricidade. A água no circuito de água primário 21 é mencionada como água primária, que pode ser vapor primário ou água líquida primária, dependendo do local no circuito de água primária. Vapor primário descarregado da usina de energia 22 que inclui um motor a vapor 26 e um gerador 25 é usado como uma fonte de calor pelo conjunto de secador de combustível 14 antes do vapor primário fluir através de um condensador 24 e é convertido de volta em água líquida primária e bombeado de volta para a caldeira 20. Uma porção da eletricidade a partir da usina de energia 22 aciona componentes elétricos do sistema 10 e a eletricidade restante pode ser fornecida a uma rede de energia ou de outro modo usada localmente, como para acionar itens elétricos externos.

[043] O sistema de processamento 10 da modalidade ilustrada é um sistema independente que não requer substancialmente eletricidade externa, água ou drenagem para processar a borra úmida e gerar eletricidade e água potável. Em uma modalidade, o sistema ilustrado 10 pode ser configurado para ocupar um volume com uma pegada de aproximadamente 15 m x 3 m, que corresponde a um recipiente de transporte típico, de modo que o sistema 10 possa ser transportável. Por conseguinte, o sistema 10 é bem adequado para uso em uma ampla gama de locais geográficos, como em locais urbanos subdesenvolvidos que podem ter sistemas de esgoto inadequados, e que poderiam beneficiar de fontes adicionais de eletricidade e água potável doce, limpa. Os componentes do sistema 10 da modalidade ilustrada são discutidos em maior detalhe abaixo.

Sistema de contenção e distribuição de borra

[044] O sistema 10 da modalidade ilustrada mostrada na figura 3 inclui um sistema de contenção e distribuição de borra 30. O sistema de contenção e distribuição de borra 30 tem um tanque de contenção 32 que recebe borra úmida substancialmente bruta. O tanque de contenção 32 pode ser dimensionado para conter um volume selecionado de borra úmida para operação contínua do sistema 10 por vários dias antes que o tanque de contenção 32 necessite ser reabastecido. Por exemplo, na modalidade ilustrada, o tanque de contenção 32 é projetado para conter aproximadamente 30 m3 de borra úmida, que provê aproximadamente três dias de operação, em que o sistema 10 pode processar aproximadamente 9-10 m3 de borra por dia. O topo do tanque de contenção 32 pode ser ajustado próximo ao solo para permitir que veículos de distribuição de borra esvaziem facilmente a borra 12 no tanque. O fundo de contenção do tanque 32 pode ser inclinado em direção a uma saída conectada a um conjunto de entrada de borra 34. Em uma modalidade, o conjunto de entrada 34 pode incluir um transportador total ou parcialmente encerrado 38, como um trado ou transportador de correia, que transporta a borra úmida a partir do tanque de contenção 32 para uma entrada 40 do conjunto de secador de borra 14.

[045] A figura 4 é uma vista isométrica de um conjunto de entrada de borra 34 de uma modalidade, em que o tanque de contenção 32 inclui uma caixa espalhadora de corrente de arrasto tendo uma saída 36 que deposita a borra úmida no transportador 38. O transportador 38 estende para cima em um ângulo selecionado em relação ao solo e se conecta ao conjunto de secador de borra 14 adjacente à entrada 40. Na modalidade ilustrada, o transportador 38 é inclinado para cima em um ângulo de aproximadamente 30° em relação ao solo, embora outros ângulos possam ser usados em outras modalidades.

Conjunto de secador de borra

[046] A figura 5 é uma vista isométrica de um conjunto de secador de borra 14 mostrado removido do conjunto da figura 2. A borra úmida transportada a partir do sistema de contenção e distribuição de borra 30 (figura 3) é alimentada para dentro de uma entrada de borra 40 do conjunto de secador de borra 14. Como visto na figura 6, um trado de transição de borra 52 conectado à extremidade do transportador 38 do conjunto de entrada de borra 34 alimenta a borra úmida para dentro do secador, entrada do conjunto 40. O fluxo de borra para dentro do conjunto de secador de borra 14 é substancialmente contínuo. A figura 6 é uma vista isométrica parcial ampliada de uma porção extrema do conjunto de secador de borra 14 que inclui a entrada 40. Além de receber a borra úmida, o conjunto de secador de borra 14 também recebe vapor primário descarregado do motor de vapor 26 da usina de energia 22 (figura 1). O vapor primário de descarga, que sai do motor de vapor 26 em aproximadamente 207 kPa (aproximadamente 30 psia), flui para dentro de um ou mais invólucros tubulares 42, cada um dos quais contém um portador de borra tubular 44. Calor a partir do vapor primário descarregado ferve a borra no portador de borra 44, desse modo evaporando água a partir da borra (para gerar vapor de borra), que seca a borra para fornecer o material de combustível sólido.

[047] O conjunto de secador de borra 14 da modalidade ilustrada inclui dois tubos de diâmetro grande encerrados que formam, cada, um invólucro 42, que aloja um tubo de diâmetro pequeno formando um portador de borra oco 44. Cada portador de borra 44 contém um trado oco, rotativo 46, e o portador de borra 44 recebe a borra através da entrada 40 de modo que a borra pelo menos parcialmente circunde o trado oco 46. Na modalidade ilustrada, cada invólucro 42 inclui uma entrada de vapor 48 que recebe o vapor primário descarregado a partir do motor de vapor 26 (figura 1) de modo que o vapor primário de temperatura elevada flui para dentro da área interior do invólucro e em torno do portador de borra 44, desse modo aquecendo a borra no portador de borra 44. Por conseguinte, o vapor primário é fisicamente isolado da borra enquanto ainda é capaz de transferir calor para a borra, que ferve a borra e simultaneamente resfria o vapor primário. Além disso, uma porção do vapor primário entrando no conjunto de secador de borra 14 flui para dentro da área interior no trado oco 46 de modo a também aquecer a borra através do trado 46. Na modalidade ilustrada, cada trado oco 46 é conectado a um motor de acionamento 47 que gira o trado 46 no portador de borra 44 e continuamente move a borra úmida axialmente através do portador de borra 44 à medida que a borra está secando. Em uma modalidade, cada motor de acionamento 47 é um motor elétrico trifásico, de carga de inversor, de cinco cavalos-vapor, dedicado controlado por um acionamento de frequência variável independente. Outras modalidades podem usar outros motores de acionamento.

[048] Os dois portadores de borra 44 são interconectados em suas extremidades por alojamentos de transferência 50 que têm, cada, passagens de borra através das mesmas que permitem à borra fluir axialmente através de um portador de borra 44 em uma direção, através da passagem de borra no alojamento de transferência 50, e axialmente através do outro portador de borra 44 na outra direção.

[049] A figura 7 é uma vista isométrica esquemática do fluxo de borra no conjunto de secador de borra a partir da entrada 40. À medida que a borra cicla através dos portadores de borra 44, a água na borra é fervida. Quando o material de combustível sólido a partir da borra é suficientemente seca, sai do conjunto de secador de borra 14 através de uma ou mais saídas de combustível seco 54 formadas no lado do portador de borra 44 e invólucro correspondente 42. A saída de combustível seco 54 é vedada entre o portador de borra 44 e o invólucro 42 de modo a manter isolamento do material de borra a partir do vapor primário. Na modalidade ilustrada, as saídas de combustível seco 54 são aberturas retangulares, embora as saídas de combustível seco possam ter outros formatos (isto é, quadrado, redondo, elíptico, etc.), e tamanhos.

[050] Em operação, o nível de borra no conjunto de secador de borra 14 aumenta à medida que borra úmida adicional é distribuída para dentro do portador de borra 44 pelo trado de transição 52 (figura 6). Os sólidos na borra movendo através do portador de borra 44 são tipicamente suficientemente secos no momento em que atingem as saídas de combustível seco 54, e o material de combustível sólido suficientemente seco derrama para fora da saída de combustível seco 54 e para dentro de um funil de combustível seco 56 (figura 2) discutida abaixo. Para assegurar que a borra que está se movendo através do portador de borra 44 através de trados ocos rotativos 46 permaneça friável, uma quantidade adequada de borra seca recirculará de volta para dentro do início do sistema de secagem adjacente à entrada 40. Parte da borra pode ser recirculada através do conjunto de borra múltiplas vezes antes de mover para dentro do funil de combustível seco 56 (figura 2).

[051] Essa recirculação da borra de secagem também evita que a borra atinja uma condição mencionada como a fase “aderente”, em que o teor de umidade da borra seja aproximadamente 0,3523 kg H2O por quilograma de matéria seca ou 25% a 75% de sólido seco. Ao contrário das zonas “úmida” ou “pasta” onde a borra exibe propriedades semelhantes a fluido, na “fase aderente” o contato entre a borra e parede aquecida do portador de borra 44 diminui dramaticamente, o que afeta negativamente a taxa de evaporação. Quando a borra é seca além da fase “aderente” para a fase “granular”, a borra de secagem mantém cada vez mais contato homogêneo com a parede aquecida do portador de borra 44, o que permite que a taxa de evaporação retorne a seu valor original. Além de eficácia diminuída de transferência de calor, material na zona “aderente” apresenta resistência a cisalhamento considerável, de modo que o material de borracha seja mais provável de aderir ao trado rotativo 46 ao invés de ser transportado pelo mesmo. A recirculação de um pouco de material de borra seca ajuda a assegurar que o conteúdo do conjunto de secador de borra sempre permaneça em ou próximo à zona “granular”, desse modo evitando a zona “aderente”.

[052] Na modalidade ilustrada mostrada na figura 5, o design tubular concêntrico do conjunto de secador de borra 14 é muito durável. As saídas de combustível seco 54, entretanto, penetram nas paredes laterais do invólucro tubular pressurizado 42, o que pode enfraquecer a estrutura tubular. Por conseguinte, uma ou mais nervuras de reforço 64 são fixadas aos invólucros 42 em torno das saídas de combustível seco 54 para ajudar a manter integridade estrutural e impedir que as estruturas tubulares deformem plasticamente sob o calor e pressão do vapor primário dentro do conjunto secador.

[053] Além de remover o material combustível sólido seco a partir dos portadores de borra 44, o vapor de borra liberado da borra é removido a partir do conjunto secador de borra 14 através dos orifícios de saída de vapor 66 em comunicação com a área interior de cada portador de borra 44. O vapor de borra flui a partir dos orifícios de saída de vapor 66 através de condutos no sistema de tratamento de água 16 (figura 1), que é discutido em maior detalhe abaixo. Na modalidade ilustrada, pelo menos um orifício de saída de vapor 66 é fornecido em cada extremidade do conjunto secador de borra, embora os orifícios de saída pudessem ser localizados em outras posições.

[054] À medida que calor a partir do vapor primário é transferido para a borra, o vapor primário esfria, de modo que o conjunto secador de borra 14 atue como um condensador, em que o vapor primário condensa dentro dos invólucros 42 em água líquida primária. O condensado permanece isolado da borra e é removido dos invólucros 42 por um conjunto de tubo de sifão de condensado que extrai a água líquida primária e orienta a mesma para dentro de uma ou mais das linhas de água primária 62 que carregam a água líquida primária na direção oposta ao conjunto secador de borra 14 ao longo do circuito de água primária 21 (figura 1). Na modalidade ilustrada mostrada na figura 2, o conjunto secador de borra 14 é montado no sistema 10 de modo que os invólucros 42 e portadores de borra 44 sejam inclinados em relação a horizontal, como uma inclinação de aproximadamente 1 grau, para facilitar extração da água primária pelo conjunto de tubo de sifão. A água líquida primária extraída é então ciclada de volta ao longo do circuito de água primária 21 para uso pela caldeira 20 e motor de vapor 26 antes de retornar novamente como vapor para o conjunto de secagem de borra 14.

[055] A figura 8 é uma vista isométrica parcial de outra modalidade de um conjunto secador de borra 70 que inclui uma pluralidade de vasos de pressão rotativos e estacionários aquecidos pelo vapor primário descarregado até aproximadamente 100 psig e 328°F para misturar e secar a borra. O conjunto secador ilustrado 70 tem uma calha selada, fechada 72 contendo um trado rotativo 74 que move a borra axialmente ao longo da calha 72 em direção a uma saída em uma extremidade da calha 72. A calha 72 recebe o fluxo de borra úmida através de uma entrada em uma extremidade de modo que pelo menos uma porção do trado 74 esteja dentro da borra. A calha 72 é ilustrada na figura 8 sem mostrar a tampa ou extremidades para fins de clareza para mostrar os componentes dentro da calha 72. A tampa e extremidades são seladas ao corpo da calha 76 de modo a conter totalmente a borra e o vapor de borra liberado durante o processo de secagem. Em uma modalidade, uma tampa hidraulicamente operada permite acesso total e fácil a todos os componentes internos do conjunto secador de borra 70, bem como selando todos os vapores, exalações e gases dentro da calha 72. Por conseguinte, o vapor de borra e voláteis a partir do espaço aéreo na calha 72 são capturados e reprocessados para purificação (isto é, o vapor de água) e/ou recombustão (isto é, os gases e/ou voláteis).

[056] A figura 9 é uma vista isométrica ampliada da calha aquecida a vapor 72 mostrada com o trado 74 removido. A calha 72 contém uma pluralidade de tubos de vapor curvos, separados e estacionários 78 interconectados por tubos coletores alongados 80 que recebem o vapor primário descarregado em temperatura elevada a partir do motor de vapor 26 (figura 1) e distribuem uniformemente o vapor primário para os tubos de vapor curvos 78. Por conseguinte, à medida que a borra entra na calha 72 perto da entrada e move ao longo da calha 72 através do trado 74, a borra move sobre pelo menos uma porção dos tubos de vapor curvos 78, desse modo fervendo e secando a borra. No momento em que a borra atinge a saída na extremidade do corpo de calha 76 a borra é suficientemente seca. Além disso, o vapor primário condensa nos tubos de vapor curvos 78 e o condensado é coletado em um tubo coletor de retorno 82 conectado ao circuito de água primária 21.

[057] A figura 10 é uma vista isométrica ampliada do trado pressurizado aquecido a vapor 74 mostrado separado da calha 72. O trado 74 tem um eixo central oco 84 que recebe o vapor primário descarregado. O trado 74 também tem uma pluralidade de tubos de vapor curvos 86 que comunicam com o interior do eixo central 84 e estendem radialmente em um modo espiral na direção oposta a partir do eixo central 84. Por conseguinte, os tubos de vapor curvos 86 recebem vapor primário a partir do eixo central 84.

[058] O trado 74 é configurado para girar dentro da calha 72 de modo que os tubos de vapor curvos 86 passam através dos espaços entre os tubos de vapor 78 na calha 72. Os tubos de vapor curvos do trado, 86, podem ser levemente inclinados em relação ao eixo central 84 de modo a atuar como elementos de propulsão que engatam e empurram a borra axialmente através da calha sobre os tubos de vapor curvos 78, desse modo aquecendo e fervendo a borra. O vapor primário quente no eixo central 84 e nos tubos de vapor curvos 86 também aquece a borra, o que resulta no vapor primário condensando dentro do trado 74. Uma extremidade do eixo central do trado, 84, tem uma saída de condensado que orienta o condensado para fora do trado e ao longo do circuito de água primária 21 (figura 8) como água líquida primária. Na modalidade ilustrada, o trado rotativo 74 provê uma ação de mistura que fornece um efeito de auto nivelamento que faz com que a borra se mova de uma extremidade da calha 72 para a outra. O trado 74 também dosa o material de combustível sólido seco fora da saída de combustível seco. Pelo menos em uma modalidade, um ou mais trados de combustível seco podem ser conectados à calha 72 adjacente à saída de combustível seco para carregar o material de combustível sólido seco para o funil de combustível seco 56.

[059] As figuras 11 e 12 são vistas isométricas de outra modalidade do conjunto secador de borra 70 que tem a calha 72 com o corpo de calha 76, os tubos de vapor curvos 78 e os tubos coletores estendidos axialmente 80 substancialmente similares ao conjunto secador de borra 70 discutidos acima com relação à figura 8. Por conseguinte, a calha 72 com os tubos de vapor curvos 78 e tubos coletores 80 definem um vaso de pressão estacionário aquecido pelo vapor primário. Nessa modalidade alternativa, um trado 90 é rotativamente posicionado dentro da calha 72 e acionado por um motor de acionamento 92.

[060] O trado 90 tem um eixo central substancialmente oco 94 conectado a uma pluralidade de tubos de dedo retos, ocos 96 que projetam radialmente a partir do eixo central 94. Cada dos tubos de dedo 96 inclui uma membrana de suporte 98 fixada ao eixo central 94 para fornecer resistência e rigidez adicionais ao tubo de dedo respectivo 96 à medida que o trado 90 gira e os tubos de dedo aquecidos a vapor 96 movem através da borra e lentamente movem a borra de secagem axialmente em direção à saída de combustível seco. Em uma modalidade, as membranas de suporte 98 podem ser também inclinadas em relação ao eixo longitudinal do eixo central, e as membranas de suporte 98 podem engatar uma porção da borra para facilitar a mistura e/ou incrementalmente mover a borra de secagem ao longo do comprimento da calha 72.

[061] Para fins de um exemplo, o eixo central 94 do trado 90 é um tubo rígido com 24 polegadas de diâmetro operativamente conectado a aproximadamente 140 tubos de dedo de 5 polegadas salientes 96 distribuídos em torno do tubo ao longo de seu comprimento. Os tubos de dedo 96 estendem internamente no eixo central cheio de vapor 94 para assegurar remoção adequada de condensado após condensação do vapor primário durante operação. Cada dos tubos de dedo 96 e membrana de suporte associada 98 são configurados para acomodar a força do torque total do motor de acionamento se aquele torque foi totalmente aplicado à extremidade de um único dos tubos de dedo 96, enquanto mantém uma tensão efetiva de material abaixo da tensão permissível de material para a pressão e temperatura projetadas do trado, como aproximadamente até 100 psig e 328°F. Em uma modalidade, os tubos de dedo 96 são orientados em um padrão disposto em geral helicoidalmente pelo comprimento do eixo central 94 em uma configuração de modo que dois tubos de dedo 96 inicialmente não engatam o material de borra precisamente no mesmo momento, desse modo distribuindo uniformemente as cargas de impacto por toda a rotação completa do trado. Além disso, agrupamentos de tubos de dedo planos, vizinhos são rotacionalmente deslocados em aproximadamente 45° para facilitar o fluxo de borra através da calha 72 durante o processo de secagem.

[062] Como indicado acima, o vapor de borra gerado dentro da calha 72 é extraído através de uma saída de vapor. Em uma modalidade, a saída de vapor é posicionada adjacente ao painel extremo da calha que a borra move em direção durante o processo de secagem. O vapor de borra removido da calha 72 flui para dentro de um sistema de tratamento de água 16 onde o vapor de borra é limpo e coletado, como discutido em maior detalhe abaixo.

[063] Em uma modalidade em que o sistema 10 é usado para processar borra muito úmida (por exemplo, borra tendo um teor sólido de aproximadamente 15% de materiais sólidos ou menos). O sistema 10 seca a borra úmida utilizando um sistema secador de borra de dois estágios que inclui um conjunto secador de primeiro estágio de alta pressão 200 e um conjunto secador de segundo estágio de baixa pressão 220. As figuras 13A e 13B são vistas isométricas de um conjunto secador de primeiro estágio de alta pressão 200 de acordo com uma modalidade da presente tecnologia. O conjunto secador de primeiro estágio 200 inclui um tubo externo de diâmetro grande, alongado 202 que contém uma pluralidade de discos scraper axialmente alinhados, separados 204 estruturalmente interconectados entre si por um ou mais tirantes 205. Para fins de clareza para essa discussão, o tubo externo 202 é mostrado nas figuras 13A e 13B como genericamente transparentes para evitar obscurecer os componentes internos da visão.

[064] Cada disco scraper 204 tem uma pluralidade de aberturas 206 que axialmente alinham com as aberturas 206 nos outros discos scraper 204. Uma pluralidade de tubos de vapor 208 estende substancialmente ao longo do comprimento do tubo externo 202 e através das aberturas alinhadas 206 nos discos scraper 204. Os discos scraper 204 também incluem rolamentos 209 que engatam a superfície interna do tubo externo. As extremidades do tubo externo 202 são conectadas a porções de coletor 210 que comunicam com o interior dos tubos de vapor 208. Uma das porções de coletor 210 (isto é, um coletor interno 210a) tem um orifício de entrada de vapor 212 conectado ao circuito de água primária e configurado para receber vapor primário em temperatura elevada descarregado do motor de vapor 26 (figura 1). O vapor primário flui a partir do coletor de entrada 210a para dentro dos tubos de vapor 208 no interior do tubo externo 202.

[065] O tubo externo 202 tem um orifício de entrada de borra 211 que orienta um fluxo de borra muito úmida para dentro da área interior do tubo de modo que a borra úmida engate diretamente os tubos de vapor de temperatura alta 208. Os discos raspadores estruturalmente interconectados 204 são conectados a um eixo de acionamento de reciprocar 212 que estende de modo vedável através do coletor de entrada 210a e se conecta a um acionador 213, como um cilindro hidráulico. O acionador 213 é operável para empurrar e puxar o eixo de acionamento 212, desse modo movendo os discos raspadores 204 como uma unidade axialmente para frente e para trás dentro do tubo externo 202 e através da borra úmida. O vapor primário em temperatura alta nos tubos de vapor 208 ferve a água na borra para gerar vapor de borra, desse modo diminuindo o teor de água da borra.

[066] Um conjunto de trado alongado 214 estende de modo vedável através do coletor de entrada 210a e para dentro da área interior do tubo externo para engate com a borra. À medida que a borra espessa devido à evaporação de água, o conjunto de trado 214 ajuda a mover a borra espessada através do tubo externo 202 para um orifício de saída de borra 215 na extremidade do tubo externo 202 oposto ao orifício de entrada 211 do conjunto secador 200. A borra espessada extraída é então passada através de um acelerador 220 para diminuir a pressão e orientada para dentro do conjunto secador de segundo estágio 220 (figura 14), discutido em maior detalhe abaixo.

[067] À medida que o vapor primário nos tubos de vapor 208 aquece e ferve a borra úmida, o vapor primário condensa e a água líquida primária resultante flui para fora dos tubos de vapor 208 para dentro de uma área de coleta no coletor de saída 210b. A água líquida primária flui para fora da área de coleta através de um orifício de saída de água primária e para dentro de um conduto acoplado a um radiador 190 (discutido abaixo) que esfria a água líquida no circuito de água primária 21. O vapor de borra liberado a partir da borra é aquecido e mantido em uma temperatura alta durante o processo de secagem, o que resulta em esterilizar o vapor de borra enquanto no tubo externo 202. Como visto na figura 14, o vapor de borra é extraído do tubo externo 202 através de um orifício de recuperação 216 e para dentro de um conduto de saída de vapor de borra 218 que carrega o vapor de borra para o sistema de tratamento de água 16. O vapor de borra é então filtrado através de um ciclone, um ou mais pré-filtros (filtro de ~25 mícron) e um ou mais filtros finos (~1 mícron). O vapor de borra esterilizado, filtrado é então orientado para dentro do conjunto secador de segundo estágio 220.

[068] Na modalidade ilustrada, o conjunto secador de segundo estágio 220 é substancialmente idêntico ao conjunto secador de borra das figuras 8-10 ou figuras 11-12, exceto que o vapor em alta temperatura que passa para dentro dos tubos de vapor curvos 78 na calha 72 e para dentro do trado rotativo 74 ou 90 é o vapor de borra esterilizado, filtrado a partir do conjunto secador de primeiro estágio 200 (figura 13), ao invés do vapor primário em alta temperatura a partir do motor de vapor. Nessa modalidade, o calor a partir do vapor de borra esterilizado, filtrado do conjunto secador de primeiro estágio 200 é usado para secar o lodo fecal no conjunto secador de segundo estágio 220. Por conseguinte, esse sistema secador de borra de dois estágios permite que duas vezes mais de borra seja processada substancialmente com a mesma quantidade de água primária.

[069] Após o vapor de borra pressurizado aquecido fluir através dos tubos curvos 78 e/ou trado 74/90, o vapor de borra condensa. O condensado resultante extraído a partir do tubo coletor de retorno 82 e a partir do eixo central oco de trado, 84, flui para o sistema de tratamento de água 16. Além disso, o processo de secagem no conjunto secador de segundo estágio 220 ferve água fora do lodo fecal de secagem, e aquele vapor de borra sai da calha 72 do conjunto secador 70 e flui para o sistema de tratamento de água 16 (figura 15).

Sistema de tratamento de água

[070] A figura 15 é um fluxograma esquemático do sistema de tratamento de água 16. O vapor de borra flui para dentro de um sistema de filtração de vapor 100 que inclui um ciclone, que separa o vapor de outros particulados que podem estar no vapor de borra. Os gases restantes e quaisquer particulados (por exemplo, voláteis ou VOCs, etc.) podem ser carregados de volta para o combustor 18 e queimado novamente, de modo que os VOCs sejam destruídos sem ser liberados na atmosfera, o que reduz significativamente ou elimina a liberação de odores ruins na atmosfera durante processamento de borra. O vapor de borra separado é então passado através de um ou mais pré-filtros, como um filtro de poro grande (isto é, um filtro de 25 mícron), e então através de um filtro de vapor fino (isto é, um filtro de 1 mícron). O vapor de borra filtrado então flui para o condensador 104 que condensa o vapor de borra e coleta a água líquida estéril resultante. Embora o vapor de borra filtrado e a água condensada resultante possam incluir algumas impurezas, o vapor filtrado e água líquida condensada é livre de patógenos porque o vapor de borra foi exposto à temperatura muito elevada tempo suficiente para matar quaisquer patógenos no vapor de borra.

[071] A água estéril é então purificada por um processo de aeração, a seguir um processo de alvejamento e então um processo de filtração através de filtro de purificação selecionado, como um ou mais filtros de carvão. A água potável limpa, purificada é então capturada em um tanque de armazenagem de água limpa 108, do qual a água limpa pode ser dispensada.

[072] A figura 16 é um fluxograma esquemático do sistema de tratamento de água 16 com relação a uma modalidade usando o conjunto secador de dois estágios. Nessa modalidade, o vapor de borra de pressão alta a partir do conjunto secador de primeiro estágio 200 flui através de um sistema de tratamento de água 16 e é filtrado, como discutido acima, e então usado no conjunto secador de segundo estágio 220. O condensado a partir daquele vapor de borra no conjunto secador de segundo estágio 220 é coletado e passado através do sistema de tratamento de água 16 onde é purificado através dos processos de aeração, alvejamento e filtração, como discutido acima. O vapor de borra a partir do conjunto secador de segundo estágio 220 que entra no sistema de tratamento de água 16 também é filtrado (isto é, com o ciclone, pré-filtro e filtro fino), condensado e o condensado resultante é purificado e coletado no tanque de armazenagem 108.

Sistema de manipulação de combustível solido seco

[073] Voltando agora para o material de combustível sólido seco, à medida que sai do conjunto secador de borra 14/70/200/220 como discutido acima, material de combustível sólido seco entra no funil de combustível seco 56. A figura 17 é uma vista isométrica de um funil de combustível seco 56 fixado ao conjunto secador de borra 14 adjacente às nervuras de reforço 64. A figura 18 é uma vista isométrica parcialmente transparente, ampliada do funil de combustível seco 56 mostrado removido do conjunto secador de borra 14. O funil de combustível seco 56 da modalidade ilustrada inclui um recipiente que recebe o material de combustível sólido seco através de um lado superior aberto. Uma bobina de aquecimento 110 é fixada ao lado do recipiente e aquece o recipiente para assegurar que nenhuma condensação de água líquida de qualquer fonte chegue ao material de combustível sólido seco. O calor a partir da bobina de aquecimento 110 também pode adicionar adicionalmente o material de combustível sólido. Em uma modalidade, a bobina de aquecimento de recipiente de combustível 110 pode ser uma bobina de vapor que recebe uma porção do vapor de borra gerado pelo conjunto secador de borra 14 (figura 17), de modo que o conteúdo do recipiente seja preaquecido acima de aproximadamente 120°C (240°F).

[074] No evento de que água ou umidade de algum modo entre no funil 56 e embeba o material de combustível sólido seco, ou se o material sólido de combustível seco ficar demasiadamente úmido para queimar eficientemente, então o funil 56 necessitará ser esvaziado. Por conseguinte, o funil 56 inclui um trado de saída de combustível úmido 115 que orientará o combustível úmido de volta para o tanque de contenção de borra úmida 32 (figura 1).

[075] Como visto nas figuras 18 e 19, o funil 56 da modalidade ilustrada inclui um transportador de combustível seco 112 acoplado ao fundo do recipiente do funil. O transportador 112 é conectado a um conjunto de trado de entrada de combustível 114 que carrega o material de combustível sólido seco para a câmara de combustão ou leito fluidificado 116 do combustor 18 (figura 19), onde o material de combustível sólido seco é queimado em uma suspensão de partículas de areia. Na modalidade ilustrada, o trado de entrada 114 alimenta o material de combustível sólido seco para dentro do combustor de leito fluidificado 18 aproximadamente 12 cm (4.5 polegadas) acima do leito fluidificado 116 e aproximadamente na mesma altura que um fluxo de ar de combustão recebido a partir de uma ventoinha de combustão, discutida em maior detalhe abaixo. Embora a modalidade ilustrada utilize um conjunto de trado de alimentação de combustível seco 114, outros sistemas de fornecimento de combustível necessitam ser usados, incluindo um sistema alimentado por gravidade ou outros sistemas de pain para fornecer o material de combustível sólido para dentro do combustor.

[076] Em uma modalidade, o sistema de processamento de resíduos 10 (figura 1) pode incluir um funil de combustível seco auxiliar 118 (figura 1) contendo combustível auxiliar, como carvão, pelotas de madeira, lixo orgânico ou outro combustível seco adequado que pode ser queimado no combustor de leito fluidificado 18 juntamente com o material de combustível sólido seco, se necessário. O funil de combustível seco auxiliar 118 também inclui um trado de entrada 120 (figura 19) conectado ao combustor 18 para distribuição do combustível auxiliar para o leito fluidificado 116 para combustão. O trado de entrada 120 também pode ser usado para adicionar areia, calcário ou outro material de leito selecionado para o leito fluidificado 116 do combustor 18.

Conjunto de combustor

[077] Com mostrado na figura 19, o combustor de leito fluidificado 18 é conectado à porção inferior da caldeira 20 de modo a queimar o material de combustível sólido seco e aquecer a caldeira 20. O combustor 18 da modalidade ilustrada tem uma câmara de combustão 122 que aloja o leito fluidificado 116 e equipamento de transferência de calor associado. A figura 20 é uma vista isométrica recortada parcial da câmara de combustão 122, que é conectada a um recipiente de descarga de cinzas 126 por um trado de descarga 128. A figura 22 é uma vista isométrica ampliada da grade de distribuição de ar 130 mostrado removido da câmara de combustão 122. A grade de distribuição de ar ilustrado 130 é configurada para fluidificar o leito 116 em um modo homogêneo e estável, e fornece o ar de combustão primário para o processo de queima no conjunto de combustor 18. O leito fluidificado ilustrado 116 compreende areia, embora calcário ou outros materiais adequados ou misturas dos mesmos possam ser usados. A grade de distribuição de ar 130 é configurada para operar por longos períodos de tempo sem empenamento, quebra ou obstrução. A grade de distribuição de ar 130 também é integrada na câmara de combustão 122 em um modo que permite que o mesmo seja fácil e rapidamente substituído ou reparado para minimizar qualquer tempo de paralisação do combustor 18 e sistema associado 10.

[078] A grade de distribuição de ar 130 inclui um tubo de distribuição de ar isolado 140 com uma entrada de ar 142 e uma pluralidade de tubos coletores de ar do tipo aspersão 144 conectados ao tubo de distribuição de ar 140 à jusante da entrada de ar 142. Os tubos coletores 144 são paralelos e espaçados relativamente próximos entre si para permitir que cinza e partículas de areia pequenas facilmente caiam entre os tubos coletores 144 para remoção pelo trado de descarga 128 para o recipiente de descarga 126 (figura 20). Os tubos coletores separados 144, entretanto, evitam que clínqueres e material não queimado grande caia para dentro da entrada de trado de descarga. Cada tubo coletor 144 é conectado a uma pluralidade de bocais de ar de calota 146 distribuídos em um formato de rede. Os bocais de ar de calota 146 fornecem distribuição de ar suave e uniforme para dentro da porção de bordo livre acima do leito 116 para fluidificação homogênea na câmara de combustão.

[079] Na modalidade ilustrada mostrada na figura 21, a grade de distribuição de ar 130 é conectada a um conjunto de queimador em linha 138 que pode ser ativado para pré-aquecer ar de fluidificação/combustão de entrada conforme necessário, como durante partida inicial e aquecimento do leito fluidificado 116 (figura 20). O conjunto de queimador em linha 138 inclui um aquecedor com capuz 150 que recebe um fluxo de ar a partir de uma ventoinha de combustão 148. O aquecedor 150 é conectado à entrada de ar 142 do tubo de distribuição de ar 140 (figura 22) para fornecer o ar de combustão para o leito fluidificado 116 através da grade de distribuição de ar 130 (figura 20). A ventoinha de combustão 148 da modalidade ilustrada provê ar em uma velocidade de fluxo aproximada de até 750 pés3/min. comprimido a aproximadamente 50 pol. H2O. O aquecedor 150 pode operar em gás natural, propano, butano ou outro combustível adequado para pré- aquecer o ar de combustão quando necessário. Após o combustor 18 ter aquecido próximo à temperatura operacional, o conjunto queimador em linha 138 não mais é necessário, e a ventoinha de combustão 148 provê o ar não aquecido para o leito fluidificado 116 para combustão com o material de combustível sólido.

Caldeira

[080] O conjunto de combustor 18 é posicionado dentro da caldeira 20 e o calor gerado após queima do material de combustível sólido seco provê um fluxo contínuo de gás de descarga aquecido que flui através da caldeira 20 ao longo de um percurso de gás de descarga 158 (figura 23) e ferve um fluxo contínuo de água líquida primária fluindo em geral na direção oposta através da caldeira 20 ao longo de um percurso de água primária 160 (figura 24) para produzir vapor em alta pressão que acionará o motor a vapor 26 (figura 1). A caldeira 20 e seus componentes serão discutidos com relação ao percurso de gás de descarga 158 (figura 23) e então com relação ao percurso de água primária 160.

[081] A figura 23 é uma vista isométrica parcialmente recortada, ampliada do combustor de combustível seco 18 e caldeira 20 mostrando o percurso de gás de descarga aquecido 158 através da caldeira. Uma porção inferior da caldeira 20 inclui um evaporador 162 incorporado pelo menos parcialmente em e posicionado imediatamente acima do leito fluidificado 116. Por conseguinte, o calor em temperatura alta gerado da queima do material de combustível sólido no leito fluidificado 116 flui em torno e eficientemente aquece o evaporador 162. O percurso de gás de descarga 158 flui para cima a partir do evaporador 162, sobre um superaquecedor primário 164 conectado ao evaporador 162 e então sobre um superaquecedor secundário 166 conectado ao superaquecedor primário 164. O percurso de gás de descarga 158 flui a partir do superaquecedor secundário 166 sobre um economizador primário 168 e então sobre um economizador secundário 170. A descarga aquecida fluindo ao longo do percurso de gás de descarga 158 resfria à medida que transfere calor sequencialmente para cada do evaporador 162, superaquecedor primário 164 superaquecedor secundário 166, economizador primário 168, e economizador secundário 170. O economizador secundário 170 está contido em um alojamento de economizador 172 e conectado a uma saída de descarga 174. No momento em que o gás de descarga atinge e flui sobre o economizador secundário 170, o gás de descarga transfere somente calor de tipo baixo para o economizador secundário 170 antes de sair da saída de descarga 174.

[082] A figura 24 é uma vista isométrica parcial ampliada do alojamento de economizador 172 e um conjunto de multi-clone 176 conectado à saída de descarga 174. O gás de descarga entra no conjunto de multi-clone 176 e flui através de um ou mais ciclones convencionais para remover qualquer cinza restante ou particulados a partir do fluxo de descarga, desse modo fornecendo gás de descarga limpo que sai do conjunto de multi-clone 176. O gás de descarga pode também ser borbulhado através de uma coluna de água quimicamente tratada para remover quaisquer contaminados adicionais antes de ser liberado na atmosfera. O gás de descarga substancialmente isento de particulado sai do conjunto de multi-clone 176 e flui através de uma chaminé de descarga 178 aberto para a atmosfera. Na modalidade ilustrada, uma ventoinha de tiragem induzida 180 é posicionada entre o conjunto de multi-clone 176 e a chaminé de descarga 178 e é configurada para facilitar fluxo do gás de descarga ao longo do percurso de gás de descarga inteiro 158 e para fora da chaminé de descarga 178. Na modalidade ilustrada, a ventoinha 180 é capaz de extrair aproximadamente 8 polegadas de vácuo H2O em uma taxa de fluxo de aproximadamente 775 scfm, embora outras modalidades possam usar outras ventoinhas ou sistemas de extrair descarga para controlar o fluxo e taxa de gás de descarga ao longo do percurso de gás de descarga 158.

[083] A figura 25 é uma vista isométrica parcial ampliada do alojamento de economizador 172, que tem uma área de coleta de cinza 182 no fundo do alojamento e um trado de cinza 184 conectado à área de coleta de cinza 182. No momento em que o gás de descarga entra no alojamento de economizador 172, o gás de descarga esfriou substancialmente, e quaisquer partículas de cinza mais pesadas que podem estar fluindo com o gás de descarga cairão para dentro e coletarão na área de coleta de cinza 182. O trado de cinza 184 é configurado para carregar a cinza coletada na direção contrária ao alojamento de economizador 172 e para dentro de um recipiente de coleta ou outro sistema de coleta (não mostrado). Circuito de água primária antes da caldeira

[084] Voltando agora para o percurso de água primária 160, o fluxo de água primária entra na caldeira 20 na fase líquida. Como discutido acima com relação ao conjunto secador de borra 14, o fluxo de água primária a partir do motor a vapor 26 é condensado no conjunto secador de borra para a fase líquida. Na modalidade ilustrada mostrada na figura 1, o fluxo de água líquida primária a partir do conjunto secador de borra 14 pode passar através de um radiador 190 para ajudar a esfriar a água líquida primária antes de continuar ao longo do circuito de água primária 21.

[085] À medida que a água primária (às vezes mencionada como “água de alimentação”) move através do circuito de água primária 21 nas fases líquida e de vapor, parte da água primária pode ser perdida. Por exemplo, parte de água primária pode ser perdida por sopro de vapor no motor a vapor 26 em que o vapor sopra além do pistão ao longo das paredes de cilindro no motor. Além disso, parte da água primária pode ser removida do sistema 10 e descartada no ponto mais baixo no sistema 10 para remover quaisquer produtos químicos usados ou minerais que podem ter precipitado para fora da água primária, que é mencionado como purga. Dependendo da qualidade da água e do sistema 10, purga pode constituir até aproximadamente 5% do fluxo total da água primária. Por conseguinte, água de composição pode ser adicionada ao circuito de água primária 21 através de um condicionador de água 192 localizado à jusante do radiador 190.

[086] O condicionador de água 192 pode adicionar também produtos químicos ou aditivos à água primária enquanto na fase líquida. Em algumas modalidades, os produtos químicos e/ou aditivos são adicionados à água de composição introduzida no circuito de água primária 21. Por exemplo, a água de composição pode ser amaciada através de aditivos químicos antes de entrar no circuito de água primária para reduzir incrustação dos tubos na caldeira 20. Aditivos químicos podem ser também usados para minimizar impurezas e produtos de corrosão, o que pode impactar negativamente eficiências de aquecimento ou pode encurtar potencialmente a vida operacional dos condutos através dos quais a água primária flui no circuito de água primária 21. Além disso, o condicionador de água 192 pode ser usado para tratar água que entra, que pode ser água pública dura, antes da adição da água de composição ao circuito de água primária 21.

[087] A água primária flui a partir do condicionador de água 192 e é coletada em um tanque de água de alimentação 194 antes da água líquida primária ser introduzida na caldeira 20. O tanque de água de alimentação 194 pode incluir um comutador de nível de modo que após a água líquida primária ser retornada, o sistema tem um modo de medir e adicionar a quantidade apropriada de água de composição e produtos químicos para considerar quaisquer perdas no circuito de água primária 21. A água líquida primária é extraída do tanque de água de alimentação 194 por uma bomba de água de alimentação 196 que bombeia a água líquida primária para dentro da caldeira 20.

Percurso de água primária na caldeira

[088] Voltando agora para a caldeira 20, a figura 26 é uma vista isométrica parcialmente recortada, ampliada mostrando o percurso de água primária 160 através da caldeira 20. A água líquida primária recebida da bomba de água de alimentação 196 (figura 1) é introduzida como água pressurizada fria na caldeira 20 através de uma entrada de água 198 adjacente ao economizador secundário 170. A água primária fria a partir da bomba 196 é pressurizada a aproximadamente 4130 kPa (600 psia) e flui através do economizador secundário 170, que é aquecida pelo gás de descarga na porção mais fria do percurso de gás de descarga 158 (figura 23) na caldeira 20. Na modalidade ilustrada, o economizador secundário 170 aquece a água líquida primária até seu ponto de saturação, que é aproximadamente 525K a 4.135 MPa.

[089] A água primária flui a partir do economizador secundário 170 através do economizador primário 168, onde a água primária é aquecida até seu ponto de ebulição. A água primária flui para fora do economizador primário 168 como vapor e para dentro de um tambor de vapor 199, em que o vapor saturado seco é separado de qualquer líquido saturado. Qualquer líquido saturado no tambor de vapor 199 é retornado e reintroduzido no evaporador 162. O vapor primário seco flui para fora do tambor de vapor 199 e sequencialmente através dos superaquecedores secundário e primário 166 e 164. O vapor primário sai do superaquecedor primário 164 como vapor superaquecido em temperatura alta, que flui para fora da caldeira 20, ao longo da porção à jusante do percurso de água primária 160 para o motor a vapor 26.

[090] Embora a caldeira 20 ilustrada nas figuras 23 e 26 inclua dois superaquecedores 164/166 e dois economizadores 168/170, a caldeira 20 de outras modalidades pode incluir somente um superaquecedor e/ou somente um economizador. Por exemplo, a figura 27 é uma vista isométrica parcialmente recortada dos componentes de tubulação de um conjunto de caldeira 222 de uma modalidade alternativa que inclui somente um superaquecedor 224 e um economizador 226 acoplado ao evaporador 228 e ao tambor de vapor 199. Nessa modalidade alternativa, o tambor de vapor 199 é conectado a uma pluralidade de tubos verticais que formam paredes de água 232 em lados opostos do evaporador 228, o que ajuda a blindar o evaporador, o leito fluidificado 116 e a câmara de combustão 122, para reter calor entre as paredes de água, e ajudar a aquecer a água saturada que flui através das waterwalls 232. Por conseguinte, o uso das paredes de água 232 ajuda a eliminar ou diminuir a quantidade de material refratário necessário na caldeira.

[091] As figuras 28 e 29 são vistas isométricas de uma caldeira 240 de acordo com outra modalidade. A caldeira 240 tem um layout de componente similar à figura 27, em que um superaquecedor 224 e um economizador 226 são posicionados ao longo do evaporador 228, o que permite significativamente mais bordo livre na seção de evaporador acima do leito fluidificado 116. Essa modalidade também inclui as paredes de água 232 estendendo a partir do tambor de vapor 199. Além disso, a caldeira 240 tem um alojamento 241, e o superaquecedor 224, o economizador 226 e o evaporador 228 são individualmente montados em estruturas de quadro 242 movelmente carregadas em um ou mais trilhos ou deslizadores 244 conectados ao alojamento 241.

[092] Cada estrutura de armação 242 e seus respectivos componentes de caldeira (isto é, superaquecedor 224, economizador 226 e/ou evaporador 228) é móvel como uma unidade em relação ao alojamento 241 em um modo de translação análogo a um movimento de gaveta entre uma posição exposta aberta (figura 28) e uma posição operacional fechada (figura 29). Todo ou qualquer do superaquecedor 224, economizador 226 e/ou evaporador 228 pode ser movido para a posição exposta, aberta em um modo modular, como para manutenção ou substituição quando o sistema 10 (figura 1) não está operando. Antes que os componentes de caldeira possam ser movidos para a posição exposta, aberta, parte da tubulação de interconexão que define o percurso de água primária 160 pode necessitar ser desconectada. O superaquecedor 224, economizador 226 e/ou evaporador 228 podem ser deslizados para trás para dentro do alojamento 241 e para a posição operacional fechada e a tubulação de interconexão reconectada. Essa abordagem modular pode diminuir muito o tempo de paralisação em potencial do sistema 10 bem como o custo para realizar manutenção regular da caldeira 240.

[093] Em outra modalidade, a caldeira 20 pode ser uma caldeira concêntrica tendo uma câmara de combustão central e leito fluidificado. Um evaporador genericamente cilíndrico é coaxialmente disposto com a câmara de combustão, e o superaquecedor e o economizador são concentricamente dispostos radialmente para fora do evaporador. Outras modalidades podem utilizar caldeiras com outras configurações e/ou componentes e/ou disposições de componentes.

Usina de energia

[094] A figura 30 é uma vista isométrica do conjunto de usina de energia 22 com um gerador 28 acionado pelo motor a valor 26. Na modalidade ilustrada, o gerador 28 é um gerador de indução de 175 kW com uma saída operacional de até aproximadamente 150 kW (200 hp). A eletricidade produzida a partir do gerador 28 é utilizada para acionar quaisquer cargas parasíticas, incluindo o soprador de ar, todas as bombas, os motores que giram os trados, etc. A eletricidade em excesso pode ser tornada disponível para uso local ou fornecida a uma rede de energia selecionada.

[095] O motor a vapor 26 que aciona o gerador 28 recebe o vapor primário superaquecido a partir da caldeira 20 (figura 1) e o vapor primário é expandido no motor para aproximadamente 207 kPa (~30 psia). O motor a vapor é um motor de pistão de reciprocar de multicilindros com um conjunto de cabeçote 300 configurado para usar o vapor quente em uma temperatura de até aproximadamente 480°C (900°F) e operar por longas durações em pressões altas, como aproximadamente 4130 kPa (600 psia). Na modalidade ilustrada, o motor 26 é um motor de seis cilindros, embora outros motores, como um motor de pistão de reciprocar V-8, possam ser usados.

[096] A figura 31 é uma vista isométrica superior ampliada parcialmente recortada do cabeçote do motor 301 removida do bloco. O conjunto de cabeçote ilustrado 300 inclui um cabeçote 301 feito de aço e que inclui um orifício de entrada de vapor 302 para cada cilindro. Os orifícios de entrada de vapor são posicionados em geral no topo do cabeçote do cilindro. O conjunto de cabeçote 300 inclui um trem de válvulas 304 com válvulas de gatilho 306 e balancins associados 308 para cada cilindro. Um eixo de came 310 tem uma pluralidade de cames precisamente contornados 312 para cada das válvulas de gatilho de admissão e descarga 306a e 306b. A rotação do eixo de came 310 e cames associados 312 controla a abertura e fechamento das válvulas de admissão e descarga 306a e 306b para os parâmetros operacionais específicos do motor a vapor 26.

[097] O ciclo de vapor de reciprocar do motor a vapor 26 consiste em quatro eventos distintos que ocorrem durante dois cursos do pistão do motor em seu cilindro. Começando em ponto morto superior (TDC), a válvula de admissão do cilindro, 306a, abre e o vapor de pressão alta, superaquecido (recebido da caldeira) flui através do orifício de entrada de vapor 302 e para dentro do cilindro enquanto o pistão move para baixo em direção ao ponto morto inferior (BDC). Em um volume de corte especificado de vapor, a válvula de admissão 306a fecha e o pistão completa o curso de força para BDC. Em BDC a válvula de descarga 306b abre e o curso de descarga começa à medida que o pistão se move para baixo em direção a TDC. Em um tempo especificado antes de TDC, a válvula de descarga 306b fecha de modo que a pressão do cilindro eleva próxima à pressão de caldeira. Isso minimiza as perdas de aceleração quando a válvula de admissão 306a abre.

[098] Quando o motor a vapor 26 da modalidade ilustrada está operando com vapor com base em uma pressão de caldeira de aproximadamente 4130 kPa (600 psia), as válvulas de entrada e descarga 306a e 306b devem ser cuidadosamente controladas através de perfis de came precisos e disposição de trem de válvulas para maximizar a eficiência do motor e força para a pressão dada da caldeira e limites de torque de motor. Na modalidade ilustrada, em uma pressão de caldeira de aproximadamente 4130 kPa (600 psia), a razão de corte para cada cilindro (isto é, a razão do volume de corte para o volume total do cilindro) é aproximadamente 11%. Por conseguinte, a válvula de admissão 306a deve ser aberta apenas tempo suficiente para encher 11% do cilindro com o vapor primário de pressão alta. O motor de vapor 26 (figura 30) é configurado para fornecer um volume de folga de aproximadamente 17,7 cc ao invés de um volume de folga convencional, típico de aproximadamente 70 cc para um motor com uma razão de compressão de aproximadamente 9.8. Esse volume de folga de 17.77 cc provê 28° de rotação de eixo de manivelas para obter a razão de corte desejada de 11%. Como o eixo de came 310 gira duas vezes tão rápido quando o eixo de manivelas, o eixo de came 310 e cames 312 devem abrir e fechar cada válvula de admissão 306a em 14° de giro. Esse movimento rápido é controlado pelos perfis de came e a configuração da válvula de admissão 306a.

[099] As figuras 31 e 32 são vistas em seção transversal ampliadas do conjunto de cabeçote 300 mostrando um came de admissão 312a, a válvula de admissão 306a, e balancim associado 308a. dado que a razão de corte para o motor da modalidade ilustrada é somente 11%, o perfil de came para cada came de admissão 312a inclui lóbulos extremamente pequenos 314 configurados para rápida e precisamente pivotar o balancim respectivo 308a para abrir e fechar a válvula de admissão associada 306a. esse formato de lóbulo pequeno deve ter áreas de transição relativamente íngremes 316 no perfil de came, que cria uma curva de raio pequeno, substancialmente côncava que o seguidor de came 318 deve seguir. Na modalidade ilustrada, o seguidor de came 318 é um seguidor de came de rolagem rotativamente carregado por um par de rolamentos 320 no balancim 308a acima do respectivo came de admissão 312a. Essa disposição do seguidor de came de rolagem 318 e rolamentos 320 no balancim 308a permite que o seguidor de came 318 cuide das cargas inerciais durante operação do motor 26.

[0100] Como mostrado na figura 33, quando a válvula de admissão 306a é fechada, seu cabeçote de válvula 319 ajusta vedavelmente no topo de uma sede de válvula 321 no cabeçote 301, e o orifício de admissão de vapor 302 para fornecer o vapor primário acima da válvula de admissão 306a (isto é, no topo do cabeçote de válvula). O trem de válvula 304 é configurado com o seguidor de came 318 posicionado verticalmente acima de seu respectivo came 312, e o seguidor de came 318 é separado do pino pivô 322 do balancim. Também, a extremidade distal do balancim 308 é posicionado sob e engata a superfície inferior de um colar 324 fixado de modo rosqueado ao topo do eixo de válvula de admissão 326. Quando o came de admissão 312a gira e o seguidor de came 318 engata o lóbulo pequeno 314, o balancim 308 pivota para cima em torno do pino pivô 322 e puxa a válvula de admissão 306a para cima para elevar o cabeçote de válvula 319 na direção contrária à sede de válvula 321, desse modo abrindo brevemente a válvula de admissão 306a. Por conseguinte, a válvula de admissão 306a é uma válvula de gatilho de puxar. Quando o lóbulo de came 314 passa pelo seguidor de came 318, a válvula de admissão 306a é rapidamente fechada. Ao contrário da válvula de admissão 306a, a válvula de descarga 306 não requer tal ação responsiva rápida e pode ser uma válvula de gatilho de empurrar.

[0101] A configuração de cabeçote de cilindro ilustrada é tal que o vapor de pressão alta, quente está no topo do cabeçote de cilindro, e a válvula de entrada 306a necessita estar no mesmo lado que o vapor de pressão alta, de outro modo a válvula de admissão 306a abriria pela pressão de vapor. Quando a posição da válvula de entrada está no topo do cabeçote abaixo do orifício de entrada de vapor 402, o vapor de pressão alta mantém a válvula de admissão 306a fechada. Na modalidade ilustrada, a válvula de admissão 306a é conectada a uma mola 328 que fornece forças adicionais para ajudar a elevar e abrir a válvula de admissão para deixar o vapor entrar no cilindro quando o pistão move de TDC até a obtenção do volume de corte (~11%).

[0102] A configuração do motor a vapor 26 da modalidade ilustrada também provê controle aperfeiçoado de temperatura do motor durante operação, particularmente em RPMs elevados (isto é, ~1850) durante períodos de tempo muito longos. Ao contrário de motores a vapor convencionais que usam cilindros de ação dupla com pressão de vapor aplicada alternadamente a cada lado do pistão e descarregada em cada lado do pistão, o motor a vapor 26 da modalidade ilustrada tem cilindros de ação única. Para evitar que vapor vaze em torno do pistão particularmente em baixas temperaturas operacionais (isto é, durante partida), o motor atual 26 utiliza refrigerante líquido embutido no motor com um radiador e aquecedor para controlar a temperatura do motor. Quando o motor 26 está iniciando e não aqueceu ainda, o aquecedor mantém os cilindros do motor bem acima da temperatura de ebulição da água, assim o vapor não condensará. Como o vapor de pressão alta é quente, após o motor estar funcionando, o sistema de controle de temperatura está em um modo de resfriamento. Por conseguinte, o sistema de controle de temperatura controla cuidadosamente a temperatura do motor e evita que o motor 26 fique demasiadamente quente, o que danificaria o óleo, e fique demasiadamente frio (isto é, abaixo de aproximadamente 160°F), em que o óleo no cárter e qualquer água que passa pelo pistão através de desvio misturaria e formaria uma emulsão que seria impossível de separar.

Controles

[0103] O sistema de processamento de resíduos de lodo fecal 10 da modalidade ilustrada também inclui uma pluralidade de controles computadorizados, integrados e automatizados interconectados e configurados para controle do sistema inteiro 10 somente com supervisão mínima de um operador, durante operação normal. O controle e monitoramento do equipamento e processos são realizados principalmente através de um controlador de lógica programável central (PLC) que coleta entradas as partir de sensores e ajusta níveis de saída para os dispositivos de controle, como as válvulas e motores. O PLC também é configurado para controlar operação de controles de especialidade para o sistema gerador elétrico e queimador de propano usado durante partida. O PLC também é configurado para dividir o sistema geral em subsistemas controláveis, como água limpa/vapor, combustão, manipulação de combustível e geração de energia. Entradas de controle são fornecidas para desacoplar subsistemas entre si até o ponto desejado. Os subsistemas podem ser adicionalmente divididos em loops de controle para fornecer pontos de ajuste para saídas individuais.

[0104] O subsistema de vapor/água limpa é configurado para fornecer vapor em uma temperatura e pressão constantes para a usina de energia 22 e fornecer calor (na forma de vapor) para o conjunto secador de borra 14 para gerar combustível sólido suficientemente seco. Loops de controle são usados para regular a quantidade de água de composição que entra no sistema, a quantidade de condensado que entra no evaporador, a quantidade de vapor que desvia do motor a vapor, e o calor aplicado ao conjunto de secagem de borra. O sistema de vapor/água limpa também é configurado para monitorar e tratar qualquer água externa que entra no sistema, como águas da cidade, e controlar o teor total de sólidos dissolvidos da água de caldeira através de um sistema de purga.

[0105] O subsistema de combustão é configurado para fornecer calor suficiente para manter o sistema de vapor/água limpa que produz a quantidade correta e temperatura de vapor. Loops de controle são fornecidos que regulam o fluxo de ar através do leito fluidificado, para operar o queimador de propano durante partida e controlar a pressão de ar na câmara de combustão. Esse sistema também monitorará emissões de combustão e tarefas de manipulação e manutenção de gás de descarga, como remoção e substituição de material de leito fluidificado.

[0106] O subsistema de manipulação de combustível é configurado para fornecer a quantidade correta de combustível seco para o processo de combustão e tratar da água residual gerada do processo de secagem. Loops de controle são usados para fornecer a quantidade correta de combustível úmido, regular o tempo de permanência do material de combustível sólido no conjunto secador de borra, dosar o material de combustível sólido seco para dentro do combustor, e cuidar do processo de tratamento e condensação de água.

[0107] O subsistema de geração de energia é configurado para fornecer energia à rede quando disponível. Esse subsistema tem loops de controle que regulam a saída de energia elétrica e regulam a velocidade de motor e torque através de modulação do acelerador do motor. Os subsistemas de controle e loops de nível baixo podem ser integrados em um controlador de nível mais alto para cuidar das sequências de partida e parada e cuidar apropriadamente de situações de emergência e alarme.

[0108] A partir do acima, será reconhecido que modalidades específicas da invenção foram descritas aqui para fins de ilustração, porém que várias modificações podem ser feitas sem se desviar da invenção. Adicionalmente, aspectos da invenção descritos no contexto de modalidades ou exemplos específicos podem ser combinados ou eliminados em outras modalidades. Embora vantagens associadas a certas modalidades da invenção tenham sido descritas no contexto dessas modalidades, outras modalidades também podem apresentar tais vantagens. Adicionalmente, nem todas as modalidades precisam necessariamente apresentar tais vantagens para estar compreendidas no escopo da invenção. Por conseguinte, a invenção não é limitada exceto como pelas reivindicações apensas.

Claims

1. Sistema de processamento de resíduos úmidos, multifuncional para gera-ção de água limpa e eletricidade, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um conjunto secador de combustível (14) tendo um percurso de combustível com uma entrada de combustível configurada para receber um fluxo de borra base-ada em orgânico úmida compreendendo uma mistura de água e material de combus-tível sólido, o conjunto secador de combustível (14) tendo uma porção de aquecedor configurada para ferver a borra e termicamente separar a água do material de com-bustível sólido para fornecer combustível seco, o conjunto secador de combustível (14) tendo uma primeira saída de vapor, uma saída de combustível seco e uma por-ção de condensador (24) tendo percurso de fluido com uma entrada de vapor e uma saída de fluido, o percurso de fluido sendo isolado do percurso de combustível; um conjunto condensador de água doce (16) acoplado à primeira saída de vapor e configurado para condensar água vaporizada a partir da borra em água lí-quida limpa; um conjunto combustor de combustível seco (18) acoplado à saída de com-bustível seco do conjunto secador de combustível (14), o conjunto combustor de combustível seco (18) tendo uma porção de combustor e tendo uma caldeira (20) configurada para receber calor a partir da porção de combustor, a caldeira (20) tendo uma primeira entrada de água e uma segunda saída de vapor; um gerador acionado a vapor (22) acoplado à segunda saída de vapor da caldeira (20) e configurado para gerar eletricidade, o gerador acionado a vapor (22) tendo uma terceira saída de vapor acoplada à entrada de vapor da porção de con-densador (24); e uma bomba de água (196) tendo uma segunda entrada de água acoplada à saída de fluido da porção de condensador (24) do conjunto secador de combustível (14); e a bomba de água (196) tendo uma saída de água acoplada à primeira entra- da de água da caldeira (20); em que a caldeira (20) é configurada para converter um fluxo de água que entra na caldeira (20) em um fluxo de vapor para acionar o gerador acionado a vapor (22).

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto secador de combustível (14) compreende um trado aquecido a vapor (46) no portador de combustível e configurado para mover e aquecer a borra durante o processo de secagem.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto secador de combustível (14) é um secador de múltiplos segmen-tos tendo primeiro e segundo segmentos de secador sequenciais (200, 220) cada acoplado à porção de condensador (24) e cada configurado para secar a borra por vaporizar água a partir da borra usando calor a partir do vapor de descarga do gera-dor acionado a vapor (22).

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro segmento de secador (200) gera vapor de borra a partir da borra e o segundo segmento de secador (220) usa o vapor de borra a partir do primeiro segmento de secador (200) para secar a borra.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro segmento de secador (200) gera primeiro vapor de secador a partir de água vaporizada da borra, e o segundo segmento de secador (220) tem uma primeira porção de portador de vapor acoplada ao primeiro segmento de secador (200) e configurada para carregar o primeiro vapor de secador adjacente ao lodo fecal, e o segundo segmento de secador (220) tendo uma segunda porção de porta-dor de vapor isolada da primeira porção de portador de vapor e configurada para carregar o vapor de descarga a partir do gerador acionado a vapor (22) adjacente à borra, em que o calor das primeira e segunda porções de portador de vapor seca a borra se movendo nas mesmas.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto de secador de combustível (14) é configurado para receber na porção de condensador (24) vapor de descarga a partir do gerador acionado a vapor (22), o conjunto secador de combustível (14) tendo um primeiro segmento de secador (200) conectado à entrada de combustível e tem uma primeira porção de aquecedor acoplada ao condensador (24) e configurada para vaporizar uma primeira porção da água a partir da borra com calor a partir do vapor de descarga, e um segundo segmento de secador (220) conectado em série ao primeiro segmento de secador (200) e configurado para vaporizar uma segunda porção da água a partir da borra espessada recebida do primeiro segmento de secador (200) com calor a partir do vapor de descarga.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de condensador (24) do conjunto secador de combustível (14) é configurada para receber vapor de descarga a partir do gerador (22) acionado a va-por através da primeira entrada de vapor, e o conjunto secador de combustível (14) tendo uma porção de secador conectada à entrada de combustível e adjacente à porção de condensador (24), a porção de secador é configurada para vaporizar água a partir da borra usando o calor a partir do vapor de descarga no condensador.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de combustor (18) é um conjunto de combustor de leito fluidificado.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto secador de combustível (14), o condensador de água doce (16), o conjunto de combustor de combustível seco (18), o gerador acionado a vapor (22) e a bomba de água (196) são montados em uma armação (224) e transportáveis com a armação como uma unidade.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o gerador (22) acionado a vapor é um motor a vapor resfriado a líquido, de ação única.

11. Sistema de processamento de borra para geração de água potável e ele-tricidade, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um conjunto secador de borra (14) tendo um percurso de combustível com uma entrada de borra configurada para receber um fluxo de borra compreendendo uma mistura de água e material de combustível sólido, o conjunto secador de borra (14) tendo uma porção de aquecedor configurada para aquecer a borra e termica- mente separar água a partir do material de combustível sólido para fornecer material de combustível seco, a porção de aquecedor tendo uma primeira saída de vapor, o conjunto secador de borra (14) tendo uma porção de condensador (24) adjacente à porção de aquecedor e tendo percurso de fluido isolado do percurso de combustível e tendo uma entrada de vapor e uma saída de fluido; um conjunto condensador de água doce (16) acoplado à primeira saída de vapor e configurado para condensar água evaporada da borra em água líquida lim-pa; um conjunto de combustor (18) acoplado ao conjunto secador de borra (14) e configurado para receber o material de combustível seco a partir do mesmo, o con-junto de combustor (18) tendo um combustor configurado para receber e queimar o material de combustível seco, e tendo uma caldeira (20) configurada para receber calor a partir do combustor para criar vapor em um percurso de fluido estendendo entre uma entrada de água e uma segunda saída de vapor; e uma usina de energia compreendendo um motor a vapor (26) e um gerador (25) acionado pelo motor a vapor, o motor a vapor (26) sendo acoplado à segunda saída de vapor da caldeira (20) para receber vapor a partir da mesma, e o gerador (25) sendo configurado para gerar eletricidade, o gerador acionado a vapor (25) tendo uma terceira saída de vapor acoplada à entrada de vapor da porção de conden- sador (24); em que calor a partir do vapor descarregado do motor a vapor (26) ferve a água na borra no conjunto secador de borra (14); em que o vapor descarregado do motor a vapor (26) é condensado em um fluxo de água líquida; e em que a caldeira (20) é configurada para receber e converter o fluxo de água líquida em um fluxo de vapor para acionar o gerador (25).

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de aquecedor do conjunto secador de borra (14) compreende uma porção de portador de borra (44) através da qual a borra move, um portador de vapor adjacente ao portador de borra (44) e posicionado adjacente à borra para distribuição de calor a partir do vapor no portador de vapor para a borra e uma pluralidade de elementos de propulsão dispostos de forma móvel no portador de combustível e configurados para mover a borra no portador de combustível em relação ao portador de vapor.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto secador de combustível (14) é um secador de dois estágios tendo primeiro e segundo estágios de secador sequenciais (200, 220) cada acoplado à porção de condensador (24) e cada configurado para secar a borra por ferver a água na borra para fornecer material de combustível sólido seco usando calor a partir do vapor de descarga a partir do motor a vapor (26).

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto secador de combustível (14) é um secador de dois estágios tendo primeiro e segundo estágios de secador sequenciais (200, 220), em que o primeiro estágio de secador (200) gera vapor de borra a partir da borra, e o segundo estágio de secador (220) usa o vapor de borra a partir do primeiro estágio de secador (200) para secar a borra.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto secador de combustível (14) é um secador de multissegmentos tendo primeiro e segundo segmentos de secador sequenciais (200, 220), o primeiro segmento de secador (200) gera primeiro vapor de secador a partir de água vapori-zada da borra, e o segundo segmento de secador (220) tem uma primeira porção de portador de vapor acoplada ao primeiro segmento de secador (200) e configurada para carregar o primeiro vapor de secador adjacente à borra, e o segundo segmento de secador (220) tendo uma segunda porção de portador de vapor isolada da primei-ra porção de portador de vapor e configurada para carregar o vapor de descarga a partir do motor a vapor (26) adjacente à borra, em que o calor das primeira e segunda porções de portador de vapor seca a borra que se move nas mesmas.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro segmento de secador (200) compreende um primeiro portador de combustível, um primeiro portador de vapor adjacente ao primeiro portador de com-bustível, uma pluralidade de elementos de propulsão (86) dispostos de forma móvel no primeiro portador de combustível e configurados para mover a borra através do primeiro portador de combustível além do primeiro portador de vapor; e o segundo segmento de secador (220) compreende um segundo portador de combustível, uma pluralidade de elementos aquecidos a vapor no segundo portador de combustível e sendo estacionários em relação ao segundo portador de combustível, e um segundo conjunto de portador de vapor disposto de forma rotativa no segundo portador de combustível e configurado para mover a borra no segundo portador de combustível e além dos elementos aquecidos a vapor.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de condensador (24) do conjunto secador de borra (14) é posicio-nada para receber vapor de descarga a partir do motor a vapor (26), o conjunto se-cador de borra (14) tem um primeiro estágio de secador (200) com uma primeira porção de aquecedor acoplada à porção de condensador (24) e configurado para vaporizar uma primeira porção da água a partir da borra com calor a partir do vapor de descarga, e um segundo estágio de secador (220) conectado ao primeiro estágio de secador (200) e configurado para vaporizar uma segunda porção da água a partir da borra úmida espessada recebida do primeiro estágio de secador (200) com calor a partir do vapor de descarga.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de condensador (24) é configurada para receber vapor de descarga a partir do gerador acionado a vapor (25), e o conjunto secador de combustível (14) tem uma porção de secador adjacente à porção de condensador (24) e configurada para vaporizar água a partir da borra usando o calor do vapor de descarga no con-densador.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de combustor é um conjunto de combustor de leito fluidificado (18) com uma câmara de combustão (122) tendo um leito de combustor para combustão de combustível seco e uma grade de ar (130) configurada para fornecer ar de com-bustão para o leito de combustor, e a caldeira (20) compreendendo primeiro permu- tador de calor conectado à entrada de água e configurado para aquecer água fluindo através do mesmo, um tambor de vapor acoplado ao primeiro permutador de calor, um evaporador (162) acoplado ao tambor de vapor (199) e configurado para receber fluido saturado aquecido a partir do mesmo, o tambor de vapor sendo configurado para receber um fluxo de vapor a partir do evaporador (162), e um segundo permu- tador de calor acoplado ao tambor de vapor (199) e configurado para receber vapor seco a partir do tambor de vapor (199), o segundo permutador de calor conectado à segunda saída de vapor.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um tanque de contenção de borra; e um transportador de borra conectado ao tanque de contenção de borra e configurado para fornecer a borra à entrada de borra do conjunto secador de borra.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que o tanque de contenção de borra é um tanque de contenção de borra fecal (32), e o transportador de borra (34) é configurado para fornecer borra fecal à entrada de borra do conjunto secador de borra.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um sistema de filtragem de água acoplado ao conjunto de condensador de água doce (16) e configurado para receber água limpa, o sistema de filtragem de água tendo um ou mais filtros que filtram a água limpa e fornecem água potável.

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a entrada de borra do conjunto secador de borra (14) é configurada para re-ceber um fluxo de borra baseada em orgânico.

24. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto secador de combustível (14) compreende um trado aquecido a vapor (46) na porção de aquecedor, o trado aquecido a vapor (46) sendo configurado para mover e aquecer a borra durante o processo de secagem.

25. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto secador de borra (14) compreende um trado oco rotativo (46) na porção de aquecedor e configurado para receber vapor descarregado do motor a vapor (26) para aquecer o trado (46), em que o trado é configurado para mover e aquecer a borra durante o processo de secagem.

26. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um sistema de filtragem de água acoplado ao conjunto de condensador de água doce (16) e configurado para receber água limpa, o sistema de filtragem de água tendo um ou mais filtros que filtram a água limpa e fornecem água potável.

27. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a entrada de fluido do conjunto secador de fluido (14) é configurada para re-ceber um fluxo de borra fecal.

28. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto secador de borra (14) compreende um trado oco rotativo (46) na porção de aquecedor e configurado para receber vapor descarregado do motor a vapor (26) para aquecer o trado (46), em que o trado (46) é configurado para mover e aquecer a borra durante o processo de secagem.

29. Sistema de processamento de resíduos fecais para geração de água po-tável e eletricidade, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um sistema de geração de eletricidade acionado a vapor (22) compreenden-do um conjunto de caldeira (20), um motor a vapor (26), e um condensador (24) in- terconectado e tendo um circuito de água primária que carrega água primária através do conjunto de caldeira (20), motor a vapor (26) e condensador, em que a operação do motor a vapor (26) gera eletricidade; um sistema de lodo fecal que recebe pelo menos uma porção da eletricidade gerada a partir do motor a vapor (26), o sistema de borra fecal compreendendo um conjunto secador de borra (14) e um sistema de distribuição de borra configurado para distribuir borra fecal úmida para o conjunto secador de borra (14), em que o condensador é acoplado ao conjunto secador de borra (14) e configurado para dis-tribuir primeiro calor à borra fecal úmida para vaporizar a primeira água da borra a partir da borra fecal e para secar o material de combustível sólido na borra fecal; um sistema de coleta de água (16) conectado ao conjunto secador de borra (14) e configurado para receber e condensar a primeira água de borra vaporizada para coleta em uma porção de coleta (108) como água potável líquida, limpa; e sistema de combustor (18) conectado ao sistema de borra fecal e à caldeira (20) do sistema de geração de eletricidade, o sistema de combustor (18) compreen-dendo um combustor configurado para queimar o material de combustível sólido se-co a partir do sistema de borra fecal e fornecer calor para o circuito de água primária no conjunto de caldeira (20), em que o conjunto de caldeira (20) fornece vapor ao motor a vapor (26).

30. Sistema, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto secador de borra (14) é um secador de dois estágios tendo pri-meiro e segundo estágios de secador sequenciais (200, 220), em que o primeiro es-tágio de secador (200) gera água de borra vaporizada a partir da borra, e o segundo estágio de secador (220) usa a água de borra vaporizada a partir do primeiro estágio de secador para secar a borra.

31. Sistema, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto secador de borra (14) compreende primeiro e segundo estágios de secador sequenciais (200, 220), em que o primeiro estágio de secador (200) recebe um fluxo contínuo de borra fecal a partir do sistema de distribuição de borra e fornece um fluxo contínuo de borra fecal espessada parcialmente seca para o se-gundo estágio de secador (220), e o segundo estágio de secador (220) fornece ma-terial de combustível sólido seco para o combustor, e em que a água a partir do pri-meiro e segundo estágios de secador é fornecida para o sistema de coleta de água.

32. Sistema, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema secador de borra (14) tem um conjunto de avanço rotativo (74) dentro de um alojamento (72), o conjunto de avanço rotativo sendo configurado para mover a borra fecal axialmente através do alojamento à medida que a borra fecal é seca.

33. Sistema, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de combustor (18) é um conjunto de combustor de leito fluidificado.

34. Sistema, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de geração de eletricidade acionado a vapor (22), o sistema de borra fecal, o sistema de coleta de água (16) e o sistema de combustor (18) são montados em uma armação (224) e transportáveis com a armação (224) como uma unidade.

35. Sistema, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo fato de que o gerador acionado a vapor (22) é um motor a vapor resfriado a líquido, de ação única.

36. Sistema, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de borra fecal compreende um trado aquecido rotativo (46) que engata a borra fecal, avança a borra fecal através do sistema de borra fecal e distri-bui pelo menos parte do primeiro calor para a borra fecal.