RU2338909C2 - Система и способ для пастеризации воды и выработки энергии - Google Patents
Система и способ для пастеризации воды и выработки энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2338909C2 RU2338909C2 RU2005119199A RU2005119199A RU2338909C2 RU 2338909 C2 RU2338909 C2 RU 2338909C2 RU 2005119199 A RU2005119199 A RU 2005119199A RU 2005119199 A RU2005119199 A RU 2005119199A RU 2338909 C2 RU2338909 C2 RU 2338909C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- heat exchanger
- wastewater
- working fluid
- heat
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 112
- 238000009928 pasteurization Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 108
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 102
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 92
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 70
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 44
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 30
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 30
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 22
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 239000001273 butane Substances 0.000 claims description 2
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 claims description 2
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 2
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 claims 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010865 sewage Substances 0.000 abstract description 3
- 235000012206 bottled water Nutrition 0.000 abstract 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 abstract 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010828 animal waste Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000010841 municipal wastewater Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 150000003672 ureas Chemical class 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2303/00—Specific treatment goals
- C02F2303/04—Disinfection
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области пастеризации воды и выработки энергии с использованием турбины. Система включает в себя подсистему выработки энергии и подсистему пастеризации воды, которые объединены вместе следующим образом. Подсистема выработки энергии содержит турбогенератор. Воздух (или другая подходящая рабочая текучая среда) проходит через турбогенератор и вырабатывает энергию известными методами. Перед подачей воздуха в турбину его нагревают для повышения скорости воздуха, что способствует выработке большего количества энергии. Подсистема пастеризации сточной воды содержит один или большее количество теплообменников, по меньшей мере, один из которых подключен для приема потока горячего воздуха, выходящего из турбины. Тепло воздушного потока, выходящего из турбины, используют для пастеризации более холодной сточной воды, протекающей внутри теплообменника. Изобретение позволяет получить питьевую воду из сточной воды при минимальных энергетических затратах. 8 н. и 38 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, вообще, к очистке воды и, в частности, к пастеризации воды и выработке энергии с использованием турбины.
Уровень техники
Традиционные способы очистки сточной воды включают хлорирование, обработку ультрафиолетовым (UV) излучением и ультрафильтрацию. К сожалению, каждый из этих способов имеет определенные недостатки.
Хлорирование включает в себя обработку воды хлором или соединением хлора. Если концентрация хлора достаточно высокая, очищенная вода имеет склонность к плохому запаху и вкусу. Некоторые люди не любят запах и вкус даже небольшого количества хлора. Кроме того, хлорирование может быть вредным для здоровья. Если источник воды содержит гуминовые соединения, образующиеся в результате разложения органических веществ, таких как листья, трава, древесина, отходы животноводства, то в процессе хлорирования такой воды могут быть получены тригалометаны (ТНМ). Поскольку ТНМ очень редко сопутствуют грунтовой воде, в основном они доставляют проблему при использовании источников поверхностной воды. Управление по охране окружающей среды считает, что продолжительное потребление воды из источников, содержащих ТНМ на уровне более 0,10 миллиграмм на литр, является потенциальным источником раковых заболеваний.
Обработка воды воздействием ультрафиолетового излучения (UV-излучения) усложнена и связана с интенсивным техническим обслуживанием. Она сопряжена с использованием UV-ламп, которые необходимо периодически менять. Кроме того, при обработке UV-излучением для фокусирования UV-излучения на воду часто использует рефлекторы. Эти рефлекторы время от времени необходимо очищать. Помимо того, в большинстве случаев желательно, чтобы поток воды, проходящей через камеры UV-обработки, был ламинарным, чтобы обеспечить равномерность облучения воды UV-лучами. Это требует использования отражателей и камер для обработки специальной конструкции, что увеличивает стоимость обработки воды.
Фильтрация включает в себя пропускание потока воды через ряд фильтров. Подобно обработке UV-излучением, процесс фильтрации связан с интенсивным техническим обслуживанием. Фильтры необходимо периодически очищать и/или заменять. Кроме того, фильтрация зачастую является медленным процессом.
Еще одним известным способом очистки воды является пастеризация. Она включает в себя нагревание воды до температуры, по меньшей мере, 65-77°С. Процесс пастеризации, как правило, проводят в случае низких расходов воды, характерных, например, для палаточных лагерей и других удаленных сельских местностей. Для пастеризации воды с помощью солнечного тепла иногда используют небольшие мобильные солнечные пастеризационные установки или солнечные камеры термообработки. Вообще говоря, в большинстве случаев очистки воды в крупных масштабах пастеризацию не используют из-за высоких затрат, связанных с нагреванием больших количеств воды.
Раскрытие изобретения
Предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения предоставляют новую возможность синтеза методов получения энергии и пастеризации воды, осуществляемых ранее независимо друг от друга. В иллюстрируемом примере воплощения для пастеризации больших количеств воды используется отработанная теплота турбогенератора.
В одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает систему (комбинированную установку) для выработки энергии и пастеризации воды, содержащую турбину, силовой генератор, теплообменник и источник теплоты. Турбина приспособлена для подачи в нее потока рабочей текучей среды, а поток текучей рабочей среды организован таким образом, чтобы вращать лопасти и выходной вал турбины. Силовой генератор присоединен к выходному валу турбины и преобразует вращение выходного вала в энергию. Теплообменник имеет первую и вторую внутренние камеры. Первая камера выполнена для приема рабочей текучей среды, выходящей из турбины, в то время как вторая камера выполнена для приема воды, например неочищенной или даже частично нагретой сточной воды, поступающей от источника коммунально-бытовой сточной воды. Камеры теплообменника выполнены таким образом, что обеспечивают теплообмен между рабочей текучей средой, протекающей внутри первой камеры, и водой во второй камере. Теплота передается от горячей рабочей текучей среды к сравнительно холодной воде для того, чтобы желательным образом повысить температуру воды, по меньшей мере, до температуры ее пастеризации. Источник теплоты приспособлен для передачи тепла рабочей текучей среде, протекающей через турбину и первую камеру теплообменника. Обычно источник тепла передает тепло рабочей текучей среде выше по потоку от теплообменника. В предпочтительном примере воплощения источник теплоты передает тепло текучей рабочей среде как выше по потоку, так и ниже по потоку от турбины.
В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает систему (комбинированную установку) для получения электрической энергии и пастеризованной воды, включающую в себя турбогенератор и теплообменник. Турбогенератор приспособлен для преобразования скоростного потока рабочей текучей среды в электрическую энергию. Теплообменник имеет первую и вторую внутренние камеры, разделенные по текучим средам. Используемый здесь термин "разделенная по текучим средам" относится к камерам, имеющим такую конструкцию, что текучие среды, протекающие через камеры, не могут смешиваться друг с другом. Первая внутренняя камера приспособлена для приема потока отработанной рабочей текучей среды из турбогенератора, в то время как вторая камера приспособлена для приема воды. Камеры выполнены с возможностью теплообмена между рабочей текучей средой, протекающей внутри первой камеры, и водой во второй камере. В частном случае использования данная система, кроме того, содержит тепловой источник, предназначенный для подвода тепла к рабочей текучей среде, поступающей в турбогенератор.
Еще в одном аспекте настоящего изобретения обеспечивается способ выработки энергии и получения пастеризованной воды. Создают поток рабочей текучей среды (в иллюстрируемом примере воплощения - газ), протекающей через турбогенератор. Этот поток приводит турбогенератор в действие, в результате чего вырабатывается энергия. После выхода рабочей текучей среды из турбогенератора ее направляют в первую из двух внутренних камер теплообменника, разделенных по текучим средам. Камеры выполнены таким образом, что между рабочей текучей средой, протекающей внутри первой камеры, и водой во второй из двух камер происходит процесс теплообмена. Рабочая текучая среда в первой камере находится при температуре, большей, чем температура пастеризации воды. Воду подают во вторую камеру теплообменника, причем вода первоначально холоднее, чем температура ее пастеризации. Воде, протекающей через вторую камеру, создают возможность поглощать тепло от рабочей текучей среды, протекающей в первой камере. При этом расход воды через вторую камеру теплообменника регулируют таким образом, чтобы температура воды повышалась до температуры пастеризации.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечивается способ получения электрической энергии и пастеризации воды. Через турбогенератор прокачивают воздух, который приводит этот турбогенератор в действие, и в результате вырабатывается электрическая энергия. Тепло от воздуха, после его выхода из турбогенератора, передается воде для повышения ее температуры, по меньшей мере, до температуры пастеризации воды.
В целях обобщения настоящего изобретения и преимуществ, достигаемых по отношению к известным аналогам, конкретные цели и преимущества изобретения отмечены выше и, кроме того, отмечены ниже. Следует, конечно, понимать, что нет необходимости в том, чтобы все указанные выше цели и преимущества достигались в любом частном случае воплощения изобретения. Поэтому, например, специалистам в данной области техники ясно, что изобретение может быть воплощено или реализовано таким путем, при котором достигается или оптимизируется одно преимущество или целый ряд преимуществ из указанных здесь, при этом достижение других целей или преимуществ, которые могут быть указаны или могут предполагаться, не является необходимым.
Подразумевается, что все эти примеры воплощения находятся в пределах границ объема раскрытого здесь изобретения. Эти и другие примеры воплощения настоящего изобретения будут хорошо понятны специалистам из нижеследующего подробного описания предпочтительных примеров осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, при этом данное изобретение не ограничивается каким-либо описанным конкретным предпочтительным примером (примерами).
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - блок-схема, иллюстрирующая систему пастеризации воды и получения энергии в соответствии с предпочтительным примером воплощения настоящего изобретения.
Фиг.2 - схематическое изображение теплообменника, используемого в предпочтительных воплощениях настоящего изобретения.
Фиг.3 - блок-схема, иллюстрирующая воплощение изобретения, в котором газ брожения (биогаз), выделяющийся из сточной воды, используют как дополнительный источник теплоты в прямоточной камере сгорания, и
Фиг.4 - блок-схема, иллюстрирующая воплощение изобретения, в котором газ брожения, выделяющийся из сточной воды, смешивают с природным газом, используемым в качестве сжигаемого топлива.
Осуществление изобретения
Хорошо известный способ получения электрической энергии заключается в создании высокоскоростного потока текучей среды, например пара или воздуха, проходящего через турбогенератор. Обычно турбогенератор содержит турбину, соединенную с электрогенератором. Турбина снабжена лопатками и имеет выходной вал. Электрогенератор обычно содержит вал, который может быть соединен с выходным валом турбины. На валу генератора смонтированы электромагниты для преобразования энергии вращения вала в электрическую энергию. Как правило, рабочую текучую среду приводят в состояние перегретого газа (сильно нагретого газа) для получения более высокой скорости протекания газа через турбину. Текучая среда протекает через лопатки турбины и производит вращение валов турбины и электрогенератора. Вследствие движения магнитов изменяется электромагнитное поле и генерируется электрический ток. Обычно электрогенератор снабжен дополнительными средствами для сбора и накопления электрической энергии. Следует отметить, что существуют более совершенная аппаратура и методы, основанные на указанных основополагающих принципах получения электрической энергии
В предпочтительных примерах осуществления настоящего изобретения для пастеризации воды используют теплоту рабочей текучей среды, после того как эта нагретая текучая среда приводит в действие турбогенератор. Таким образом, предпочтительные воплощения изобретения реализуют благоприятную возможность взаимно усиливающего действия известных процессов выработки энергии и пастеризации воды.
На фиг.1 представлена блок-схема, иллюстрирующая систему 5, предназначенную для пастеризации воды и выработки энергии в соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения. Система 5 включает в себя подсистему 6 для пастеризации воды и подсистему 8 для выработки энергии, каждая из которых на фиг.1 обведена штриховыми линиями. Как отмечено выше, подсистема 6 пастеризации воды принимает сброс 12 сточной воды и производит чистую пастеризованную воду 30. Одновременно подсистема 8 вырабатывает электрическую энергию за счет перегретого потока текучей рабочей среды, например воздуха или воды (но предпочтительно воздуха), проходящего через турбогенератор 61. Предпочтительно, как было отмечено выше, подсистема 6 пастеризации воды использует отработанную теплоту подсистемы 8 выработки энергии. Эта отработанная теплота представляет собой часть энергии, которая может быть легко отведена от подсистемы 8 генерации энергии, что приводит к взаимно усиливающему эффекту для этих двух подсистем.
Нижеследующее подробное описание начинается с раскрытия структурных элементов системы 5, после чего дается пояснение работы этой системы.
Основными элементами подсистемы 6 пастеризации воды являются первый теплообменник 16, второй теплообменник 20 и промежуточная емкость 24. Кроме того, подсистема 6 содержит ряд трубопроводов для соединения указанных элементов. Далее раскрывается конструктивная схема подсистемы 6.
Первый теплообменник 16 подсоединен к четырем водяным трубопроводам, как было отмечено выше. Используемый здесь термин "трубопровод" относится к одному или более проточным каналам или полостям, которые могут иметь какой-либо размер и конфигурацию из числа их большого возможного разнообразия. Первый теплообменник 16 содержит две внутренние камеры, разделенные по текучим средам. Первая камера служит каналом, размещенным между трубопроводом 14 для входа сточной воды и трубопроводом 18 для нагретой воды, в то время как вторая камера служит каналом, размещенным между трубопроводом 26 для пастеризованной воды и трубопроводом 28 для выхода очищенной воды. Хотя на фиг.1 это не отражено, две камеры первого теплообменника 16 предпочтительно выполнены так, как это известно в области конструирования теплообменников, чтобы улучшить теплообмен между текучими средами, проходящими через теплообменник. Предпочтительно эти две камеры выполнены с большой площадью поверхности взаимного контакта, что способствует большей эффективности теплообмена между ними.
На фиг.2 схематически показан теплообменник 80, который является подходящим для использования в предпочтительных воплощениях настоящего изобретения. Теплообменник 80 является подходящим особенно для использования в качестве первого теплообменника 16 и/или второго теплообменника 20 (описаны ниже), показанных на фиг.1, а также для какого-либо дополнительного теплообменника, который может быть необходимым. Теплообменник 80 содержит две камеры А и В, отделенные друг от друга по текучим средам посредством контактной разделительной поверхности 82. Теплообменник 80 содержит входные патрубки 84 и 88 и выходные патрубки 86 и 90. Камера А соединена с входным патрубком 84 и выходным патрубком 86, а камера В соединена с входным патрубком 88 и выходным патрубком 90. Хотя на фиг.2 представлено двухмерное изображение, ясно, что данный теплообменник имеет пространственную конструкцию. По существу камеры А и В являются трехмерными камерами. Несмотря на то, что камера В, показанная на фиг.2, состоит из двух частей, понятно, что камера В представляет собой одну непрерывную камеру, как и камера А. Хотя контактная поверхность 82 на схематическом изображении показана в виде двух простых линейных отрезков, понятно, что на самом деле контактная поверхность 82 предпочтительно имеет определенную конфигурацию, позволяющую получить большую площадь поверхности контакта между камерой А и камерой В, что способствует большей эффективности теплообмена между ними. Эти две камеры разделены. Поэтому текучая среда 1 может проходить через камеру А с помощью входного патрубка 84 и выходного патрубка 86, а текучая среда 2 - через камеру В посредством входного патрубка 88 и выходного патрубка 90, причем без какого-либо перемешивания этих двух текучих сред внутри теплообменника 80.
Как показано на фиг.1, второй теплообменник 20 подсоединен к двум водяным трубопроводам и двум воздушным трубопроводам так, как это описано ниже. Подобно первому теплообменнику 16 второй теплообменник 20 содержит две внутренние камеры, разделенные по текучим средам. Первая камера служит каналом, расположенным между трубопроводом 18 предварительно нагретой воды и трубопроводом 22 для пастеризованной воды. Вторая камера служит каналом, расположенным между входным трубопроводом 66 и трубопроводом 68 для отвода воздушного потока. Хотя на фиг.1 и не показано, эти две камеры второго теплообменника 20 предпочтительно выполнены таким образом, как это известно в технике конструирования теплообменников, чтобы улучшить теплообмен между средами, протекающими внутри двух камер. Предпочтительно, чтобы конфигурация камер обеспечивала большую площадь поверхности контакта одной камеры с другой, что способствует улучшению теплообмена между ними.
Трубопровод 22 для пастеризованной воды служит каналом, соединяющим второй теплообменник 20 с промежуточной емкостью 24. Трубопровод 26 для пастеризованной воды соединяет промежуточную емкость 24 с одной из внутренних камер первого теплообменника 16, как это было отмечено выше. Один или более водяных трубопроводов подсистемы 6 пастеризации может быть полностью или частично теплоизолирован, чтобы предотвратить потери или притоки тепла. В одном из воплощений изобретения теплоизолированы все трубопроводы. Конечно, предпочтительно отсутствие теплоизоляции между камерами в каждом из теплообменников.
Основными элементами подсистемы 8 для выработки энергии являются источник топлива 42 (предпочтительно природный газ), газовый компрессор 46, нагнетатель 41, камера 50 воспламенения газа, турбогенератор 61 и прямоточная камера сгорания 64. Кроме того, подсистема 8 содержит ряд трубопроводов для соединения указанных элементов подсистемы. Ниже дано пояснение конструктивного выполнения подсистемы 8. Источник 42 газообразного топлива подсоединен к газовому компрессору 46 и прямоточной камере сгорания 64 с помощью трубопровода 44 подачи несжатого газа. Источник 42 газообразного топлива предпочтительно содержит природный газ, например метан, пропан или бутан или другие газы, которые могут быть использованы. Газовый компрессор 46 подсоединен к камере 50 воспламенения топлива посредством трубопровода 48 подачи сжатого газа. Камера 50 воспламенения газа, помимо того, подсоединена к воздушному трубопроводу 52 и воздушному трубопроводу 54 входа в турбину. В иллюстрируемом примере воплощения изобретения нагнетатель 41 служит для подачи воздуха 40, всасываемого через входной патрубок 39 в воздушный трубопровод 52. Камера воспламенения 50 предпочтительно снабжена воспламенителем природного газа (не показан), например генератором искрового (электрического) зажигания, генератором пламени или другой подобной аппаратурой. Трубопровод 54 входа воздуха в турбину соединен со входом турбогенератора 61. В иллюстрируемом примере воплощения изобретения турбогенератор 61 содержит турбину 56, имеющую выходной вал 58, соединенный с электрогенератором 60. Используемый в настоящем изобретении "турбогенератор" представляет собой комбинацию турбины и электрогенератора, при этом выходной вал турбины приспособлен для привода во вращение электрогенератора.
Выход текучей среды из турбины 56 соединен с прямоточной камерой сгорания 64 посредством воздухоотводящего трубопровода 62. Воздушный поток, выходящий из турбины 56 и поступающий в воздушный трубопровод 62, иногда здесь называется отходящим (отработанным) газом турбины. Прямоточная камера сгорания 64 соединена также с вышеупомянутым воздушным трубопроводом 66, который направляет воздух ко второму теплообменнику 20. Трубопровод 68 отвода воздуха соединен также со вторым теплообменником 20 и ведет к выхлопной трубе 70 для выброса воздуха в окружающую среду. Устройство 72 предпочтительно обеспечивает непрерывный контроль качества воздуха в отводящем воздушном трубопроводе 68 для непрерывного мониторинга выбросов в атмосферу (СЕМ-мониторинг), известное в уровне техники. Для предотвращения потерь теплоты или теплопритоков один или более чем один воздушный трубопровод подсистемы 8 для выработки электроэнергии может быть полностью или частично теплоизолирован. В одном из примеров воплощения теплоизолированы все трубопроводы.
Далее будет раскрыто функционирование всей системы 5 в соответствии с предпочтительным примером осуществления данного изобретения. Как было отмечено выше, подсистема 8 выработки энергии преобразует энергию потока перегретого воздуха в электрическую энергию. Воздух 40 при комнатной температуре (например, 15°С) или близкой к ней нагнетают через воздушный трубопровод 52 в камеру 50 воспламенения газа. Одновременно природный газ под манометрическим давлением, равным приблизительно 7 атм протекает от источника 42 по трубопроводу 44 несжатого до высокого давления газа к газовому компрессору 46. Компрессор 46 сжимает газ до значительно более высокого манометрического давления (например, 22,3 атм) с тем, чтобы газ после воспламенения имел значительно более высокую способность тепловыделения. Сжатый газ по трубопроводу 48 поступает в камеру 50 воспламенения газа. В камере 50 воспламенения газа сжатый природный газ смешивается с воздухом 40. Средства зажигания природного газа (не показаны) воспламеняют сжатый природный газ, смешанный с воздухом 40, за счет чего в воздух поступает большое количество выделяемой теплоты сгорания. В результате воздух в камере 50 воспламенения газа перегревается (сильно нагревается), а его давление повышается. В этих условиях перегретый воздух (содержащий отработанные пары, образовавшиеся при воспламенении газа) протекает с высокой скоростью через входной воздушный трубопровод 54 в турбину 56. Высокоскоростной поток перегретого воздуха приводит во вращение лопатки турбины, производя за счет этого вращение выходного вала 58. Электрогенератор 60 преобразует это вращение в электричество вышеуказанным образом.
После протекания перегретого воздуха через турбину 56 он проходит через выходной воздушный трубопровод 62 в прямоточную камеру сгорания 64. Прямоточная камера 64 принимает природный газ, поступающий по трубопроводу 44 для несжатого газа. В альтернативном примере воплощения в прямоточную камеру сгорания 64 может поступать поток сжатого газа из трубопровода 48 для сжатого газа. Подобно камере 50 воспламенения газа прямоточная камера сгорания 64 предпочтительно включает воспламенитель природного газа (на показан), например электрический (искровой) генератор зажигания, генератор пламени или другое подобное устройство. Внутри прямоточной камеры сгорания 64 природный газ поджигают для передачи воздуху дополнительного количества теплоты при его протекании дальше вперед по трубопроводу 66 в одну из двух внутренних камер второго теплообменника 20. Понятно, что в этом случае наличие прямоточной камеры сгорания 64, хотя она и предпочтительна, не требуется. Внутри второго теплообменника 20 воздух заметно охлаждается за счет теплообмена с холодной водой так, как это описано ниже. Охлажденный воздух выходит и поступает во второй теплообменник 20 через воздушный отводящий трубопровод 68. Охлажденный воздух выбрасывают в окружающую среду через выхлопную трубу 70. Для удовлетворения требований стандартов по выбросам вредных веществ в атмосферу второй теплообменник 20 предпочтительно снабжен катализаторами, способствующими очистке воздуха перед его выбросом в окружающую среду через выхлопную трубу 70. Предпочтительно для снижения выброса окиси азота (NOx) используют катализатор с избирательным каталитическим восстановлением (SCR-катализатор). SCR-катализатор может быть использован вместе с восстанавливающими веществами, например соединениями на основе аммиака или мочевины. Кроме того, могут быть использованы и другие катализаторы, обеспечивающие соответствие вредных выбросов принятым стандартам, например катализаторы на основе СО из числа известных в уровне техники. Как было отмечено выше, для непрерывного контроля качества воздуха и обеспечения стандарта по вредным выбросам для выбрасываемого в окружающую атмосферу через выхлопную трубу 70 предпочтительно используют систему 72 СЕМ.
При функционировании всей системы 5 подсистема 6 пастеризации воды пастеризует сброс 12 сточной воды путем прокачки сточной воды 12 через теплообменники 16 и 20. Перед входом в подсистему 6 пастеризации воды сброс 12 сточной воды находится при комнатной температуре или близкой к ней (например, 55,5-59°С). Сточная вода 12 втекает в одну из двух внутренних камер первого теплообменника 16 через трубопровод 14 входа сточной воды. Хотя на фигуре и не показано, но для подачи во входной трубопровод 14 сточной воды 12 может быть использован насос. В качестве альтернативы сточная вода 12 может поступать во входной трубопровод 14 только за счет гравитации с помощью, например, накопительной емкости, установленной вертикально над первым теплообменником 16. В некоторых вариантах выполнения для улавливания более крупных загрязнений из сточной воды 12 перед ее подачей в первый теплообменник 16 могут быть использованы фильтры.
Понятно, что для передачи тепла от отработанного в турбине газа непастеризованной воде могут быть использованы и другие схемы и системы. Например, в качестве альтернативы может быть использована замкнутая система циркуляции текучей среды для передачи отработанного в турбине тепла во втором теплообменнике 20 к сточной воде, протекающей внутри первого теплообменника 16. Кроме того, для проведения процесса теплообмена возможны другие схемы и системы.
Внутри одной из двух внутренних камер первого теплообменника 16 сточная вода поглощает теплоту, передаваемую от горячей пастеризованной воды, нагретой внутри другого из двух теплообменников (поясняется ниже). Это позволяет повысить температуру сточной воды до уровня пастеризации или близкого к нему (т.е. приблизительно, по меньшей мере, до 54°С, более предпочтительно до 57°С и еще более предпочтительно до 60-64,5°С). Подогретая вода затем протекает через трубопровод 18 подогретой воды в одну из двух внутренних камер второго теплообменника 20. Во втором теплообменнике 20 вода поглощает дополнительное количество теплоты от горячего воздуха, протекающего через другую внутреннюю камеру теплообменника 20. Это приводит к еще большему росту температуры воды до уровня ее пастеризации (например, по меньшей мере, до 65,5-77°С, более предпочтительно до 71°С и еще более предпочтительно до 71-71,5°С). Пастеризованная вода затем протекает через трубопровод 22 пастеризованной воды в промежуточную емкость 24. Следует отметить, что промежуточная емкость 24 может быть исключена из конструкции или перемещена вниз по ходу движения потока от трубопровода 28 для выхода воды и служить в качестве сборной емкости для последующей стадии. Пастеризованная вода по трубопроводу 26 проходит в ту внутреннюю камеру первого теплообменника 16, в которую не поступает сброс 12 сточной воды из трубопровода 14 для входа сточной воды. Как отмечено выше, горячая пастеризованная вода передает теплоту более холодной сточной воде 12, что приводит к снижению температуры пастеризованной воды, предпочтительно вновь охлаждая ее примерно до комнатной температуры (например, до 24°С). Охлажденная пастеризованная вода, представляющая собой полученную чистую воду (продукт) 30, выходит из первого теплообменника 16 через выходной трубопровод 28.
Кроме того, следует отметить, что описанная система предпочтительно снабжена регулятором расхода для регулирования расхода воды, протекающей через второй теплообменник 20. Предпочтительно расход воды через второй теплообменник 20 регулируют таким образом, чтобы вода поглощала достаточное количество теплоты от отработанного в турбине воздушного потока для повышения ее температуры до температуры пастеризации в течение периода времени, достаточного для пастеризации воды.
В одном предпочтительном примере воплощения сжигаемый природный газ, поступающий от источника 42 газообразного топлива и проходящий по трубопроводу 44 несжатого газа, имеет манометрическое давление, равное приблизительно 7 атм, и обеспечивает получение энергии приблизительно 7,0×106 кДж/ч. После сжатия в компрессоре 46 этот газ находится предпочтительно при манометрическом давлении 22,3 атм и обеспечивает получение энергии в количестве около 74,6×106 кДж/ч. В одном примере воплощения используемый турбогенератор 61 представляет собой турбогенератор типа TAURUS 70-T10301S, поставляемый на рынок фирмой Solar Turbines, Сан Диего, СА. Данный турбогенератор на высоте 60 м над уровнем моря при температуре окружающего воздуха 15°С и влажности 60% демонстрирует общую выходную мощность 7,16 кВт. При всех указанных условиях выходящий из турбины отработанный воздух в воздушном трубопроводе 62 имеет расход около 94,5 кг/ч и температуру примерно 491°С. Предпочтительно дополнительная теплота, подводимая к воздуху в прямоточной камере сгорания 64 от природного газа, поступающего по трубопроводу 44, нагревает воздух до температуры около 556°С. В предпочтительном примере воплощения охлажденный воздух, выходящий из второго теплообменника 20, имеет температуру около 121°С и отводится через выхлопную трубу 70 с расходом приблизительно 94,5 кг/ч.
В предпочтительном примере воплощения изобретения теплообменники 16 и 20 и промежуточная емкость 24 имеют такие размеры и конфигурацию, чтобы можно было пастеризовать примерно 37850 м3 сбросов 12 сточной воды в день. В другом примере воплощения система имеет размеры и конфигурацию, позволяющие пастеризовать вдвое большее количество воды в день. Специалистам будет понятно, что производительность системы 5 можно регулировать путем изменения размеров и теплопередающих характеристик теплообменников 16 и 20, за счет изменения размеров промежуточной емкости 24 и водяных трубопроводов, путем выбора в качестве топлива различных природных газов с различной теплотворной способностью и/или за счет выбора различных турбогенераторов 61 с различными параметрами отходящих газов, выходящих из турбины. В предпочтительных примерах воплощения выполнение теплообменников обеспечивает возможность пастеризации предпочтительно, по меньшей мере, 18925 м3, более предпочтительно, по меньшей мере, 37850 м3, более предпочтительно, по меньшей мере, 56775 м3 и еще более предпочтительно, по меньшей мере, 75700 м3 сточной воды в день.
В предпочтительных примерах воплощения изобретения воду выдерживают при температуре пастеризации предпочтительно, по меньшей мере, 2 с, более предпочтительно, по меньшей мере, 5 с, более предпочтительно, по меньшей мере, 10 с и еще более предпочтительно, по меньшей мере, 15 с. Вообще говоря, чем выше температура воды, тем меньшее время необходимо для проведения пастеризации. Предпочтительна пастеризация воды при температуре, по меньшей мере, 160°F в течение, по меньшей мере, 5 с. При температуре 93°С предпочтительное время пастеризации составляет, по меньшей мере, две секунды. Температура пастеризации воды (т.е. температура воды в водяном трубопроводе 22) предпочтительно составляет 65,5-100°С и более предпочтительно 68-93°С. Желательно проводить пастеризацию в интервале температур 65,5-77°С, поскольку более высокая температура пастеризации требует получения большего количества теплоты от подсистемы 8 выработки энергии, что вероятно, в свою очередь, увеличивает затраты в этой подсистеме и/или уменьшает ее производительность. Температура пастеризации воды предпочтительно составляет, по меньшей мере, 71°С.
Предполагается, что настоящее изобретение будет иметь особые преимущества и пользу в масштабах города. Изобретение позволяет городским коммунальным службам экономичным образом производить энергию и пастеризовать воду в местном масштабе. Вырабатываемая энергия может пополнять энергию, приобретаемую от больших энергетических компаний. Пастеризованная вода может быть использована для локальных целей. Используемая на местном или городском уровнях турбина 56 системы 5 пастеризации воды и выработки электроэнергии предпочтительно имеет относительно малый размер. В одном воплощении турбина 56 способна вырабатывать вплоть до 50 МВт электрической мощности и более предпочтительно до 1000 МВт электрической мощности. В одном предпочтительном примере воплощения система 5 пастеризации воды и выработки электроэнергии способна очищать около 757 м3 воды на мегаватт получаемой электрической мощности. Система 5 предпочтительно способна очищать предпочтительно, по меньшей мере, 378 м3/МВт и более предпочтительно по меньшей мере, 1892 м3/МВт электрической мощности. Наиболее предпочтительно система 5 способна очищать 757-5678 м3/МВт полученной электрической мощности. В одном предпочтительном воплощении данная система способна очищать 5299 м3/МВт выработанной электрической мощности.
Специалистам будет понятно, что для подсистемы 6 пастеризации воды нет необходимости в использовании двух теплообменников, как это было указано здесь. Например, сточную воду 12 можно пастеризовать, используя один единственный теплообменник, в который поступает отработанный воздушный поток из турбины (например, исключается первый теплообменник 16 и сточную воду 12 направляют непосредственно во второй теплообменник 20). Однако предпочтительно использование двух теплообменников, поскольку это значительно увеличивает производительность подсистемы 6 по пастеризованной воде. Если используется только один теплообменник, это должно увеличить температуру сточной воды 12 от комнатной температуры или близкой к ней, по меньшей мере, до температуры пастеризации 65-77°С, повышение температуры составляет около 55,5°С. Для такого значительного повышения температуры воды расход воды через один теплообменник должен быть ограничен с тем, чтобы вода могла поглотить достаточное количество теплоты от отработанного в турбине воздушного потока. В конструкции с единственным теплообменником система 5 по оценке может пастеризовать 946 м3 воды на мегаватт полученной электрической мощности. Однако при использовании двух теплообменников 16 и 20, показанных на фиг.1, возможен подогрев первым теплообменником 16 сточной воды 12 примерно до 60°С. Таким образом, второй теплообменник 20 необходим лишь для повышения температуры воды на 5,5-17°С (предпочтительно вплоть до 65,5-77°С, более предпочтительно вплоть до 71-71,5°С). Это позволяет подавать больший расход воды. По оценкам с помощью двух теплообменников система 5 может пастеризовать 5299 м3 воды на мегаватт полученной электрической мощности. Другая выгода от использования двух теплообменников заключается в том, что пастеризованная вода охлаждается до температуры, близкой к комнатной. Несмотря на то что в иллюстрируемом примере воплощения используется два теплообменника, специалистам понятно, что система 5 может включать в себя любое количество теплообменников, соединенных последовательно так, как это показано на фиг.1.
Хотя в иллюстрируемом примере воплощения для нагрева воздуха, втекающего в турбогенератор и вытекающего из него, используется природный газ, понятно, что преимущества изобретения могут быть также реализованы при использовании альтернативных источников получения тепла, например ядерной энергии или сжигаемого угля. Понятно, что для нагрева воздуха, поступающего в турбогенератор и вытекающего из него, может быть использован любой из множества различных видов энергии.
Обращаясь вновь к фиг.1, следует отметить, что система 5 для пастеризация воды и выработки энергии в подсистеме 8 выработки энергии в качестве источника топлива для нагрева рабочей текучей среды может использовать так называемый "газ брожения (биогаз)", выделяющийся из подогретой и подвергнутой окислению сточной воды. Предпочтительно сточную воду 12 подогревают и окисляют перед подачей в первый теплообменник 16. Подогрев и окисление способствуют росту бактерий и приводят к тому, что сточная вода выделяет "газ брожения", которым обычно является газообразный метан. При воспламенении газ брожения способен сообщать дополнительное тепло рабочей текучей среде.
На фиг.3 представлен один из примеров воплощений системы согласно изобретению, в котором газ брожения используют в качестве дополнительного источника теплоты для рабочей текучей среды подсистемы выработки энергии и в котором этот газ брожения направляют в прямоточную камеру сгорания 64. Сточную воду 12 предварительно собирают, накапливают к камере или резервуаре 95. Как было указано выше, сточную воду 12 подогревают и/или окисляют, чтобы газ брожения выделялся в трубопровод 96 для газа брожения, подсоединенный к газовому компрессору 97. Для увеличения тепловыделения в предпочтительном воплощении изобретения желательно осуществить сжатие газа брожения предпочтительно до уровня, сравнимого с уровнем сжатия природного газа 42 в предпочтительном примере воплощения. В предпочтительном воплощении после сжатия газа брожения в компрессоре 97 он протекает по трубопроводу 98 газа брожения в прямоточную камеру сгорания 64, где смешивается с природным газом 42, поступающим по трубопроводу 44 природного газа. В альтернативном примере воплощения изобретения компрессор 97 исключен из схемы, выполненной в этом случае предпочтительно с одним непрерывным прямым трубопроводом для газа брожения, проходящим от резервуара 95 к прямоточной камере сгорания 64.
На фиг.4 представлен другой пример воплощения изобретения с использованием газа брожения в качестве дополнительного источника тепла для рабочей текучей среды подсистемы генерации энергии, в котором газ брожения смешивают с природным газом непосредственно в источнике сжигаемого природного газа. В этом случае газ брожения из резервуара 95 по трубопроводу 99 газа брожения поступает в компрессор 100. В предпочтительном примере воплощения после сжатия в компрессоре 100 газ брожения по трубопроводу 101 подают прямо к источнику 42 природного газа. В данном воплощении газ брожения смешивают с рабочей текучей средой выше по потоку от турбины 56. В некоторых случаях подача газа брожения в турбину 56 может представлять опасность, поскольку приводит к повреждению турбины и/или может ухудшить характеристики турбины, и в этом случае воплощение, соответствующее фиг.3, более предпочтительно воплощению изобретения согласно фиг.4. Однако если опасности повреждения турбины газом брожения не существует (или когда эта опасность пренебрежимо мала), то в некоторых случаях может быть предпочтительным воплощение изобретения, представленное на фиг.4. В альтернативном примере воплощения изобретения из схемы исключен компрессор 100 и предпочтительно используется один прямой непрерывный трубопровод для газа брожения, соединяющий резервуар 95 с источником 42 сжигаемого природного газа предпочтительного примера воплощения.
Хотя настоящее изобретение было описано в контексте предпочтительных воплощений и примеров осуществления, специалистам в данной области техники понятно, что данное изобретение выходит за рамки конкретных раскрытых примеров воплощения изобретения и распространяется на другие альтернативные воплощения и/или случаи использования изобретения, и очевидные модификации и их эквиваленты. Кроме того, различные особенности данного изобретения могут быть использованы отдельно или в комбинации с другими его особенностями, отличными от непосредственно описанных выше. Таким образом, подразумевается, что раскрытый выше объем настоящего изобретения не должен ограничиваться конкретными описанными примерами воплощения, а должен определяться лишь точным толкованием нижеследующих пунктов формулы изобретения.
Claims (49)
1. Система для выработки энергии и пастеризации сточной воды, содержащая
турбину, приспособленную для подачи в нее потока рабочей текучей среды, при этом поток рабочей текучей среды организован таким образом, чтобы обеспечивать вращение лопаток и выходного вала турбины;
силовой генератор, соединенный с выходным валом турбины и выполненный с возможностью преобразования вращения выходного вала в энергию;
источник сточной воды;
теплообменник, содержащий первую и вторую внутреннюю камеры, которые отделены внутри теплообменника друг от друга по текучим средам, при этом первая камера приспособлена для приема рабочей текучей среды, выходящей из турбины, вторая камера приспособлена для приема сточной воды, поступающей из источника сточной воды, причем камеры выполнены таким образом, что они обеспечивают теплообмен между рабочей текучей средой, протекающей внутри первой камеры, и сточной водой во второй камере, осуществляемый для повышения температуры сточной воды во второй камере, по меньшей мере, до температуры пастеризации сточной воды; и
тепловой источник, обеспечивающий подвод тепла к рабочей текучей среде, протекающей через турбину и первую камеру теплообменника.
2. Система по п.1, в которой рабочей текучей средой служит воздух.
3. Система по п.1, в которой температура пастеризации сточной воды составляет 65,5-77°С.
4. Система по п.1, в которой температура пастеризации сточной воды составляет, по меньшей мере, 71°С.
5. Система по п.1, способная пастеризовать, по меньшей мере, 757 м3 сточной воды на мегаватт полученной мощности.
6. Система по п.1, способная пастеризовать, по меньшей мере, 1892 м3 сточной воды на мегаватт полученной мощности.
7. Система по п.1, выполненная таким образом, что тепловой источник передает тепло рабочей текучей среде, втекающей в турбину.
8. Система по п.1, выполненная таким образом, что тепловой источник передает тепло рабочей текучей среде, вытекающей из турбины.
9. Система по п.1, в которой силовой генератор приспособлен для преобразования вращения выходного вала в электрическую энергию.
10. Система по п.1, в которой тепловой источник представляет собой источник горючего природного газа.
11. Система по п.1, в которой источник природного горючего газа является одним из группы веществ, в которую входят метан, пропан и бутан.
12. Система по п.10, кроме того, включающая в себя газовый компрессор с входом и выходом, при этом вход компрессора соединен с выходом источника горючего природного газа, а конструкция газового компрессора обеспечивает сжатие природного газа, получаемого от источника природного горючего газа, и подачу сжатого природного газа через выход компрессора; и камеру воспламенения природного газа, имеющую вход для природного газа, соединенный с выходом газового компрессора, и вход для рабочей текучей среды, приспособленный для приема рабочей текучей среды, при этом камера воспламенения природного газа имеет выход, соединенный с входом турбины, а камера воспламенения природного газа содержит воспламенитель природного газа, обеспечивающий воспламенение горючего природного газа для передачи тепла рабочей текучей среде в камере воспламенения природного газа.
13. Система по п.12, в которой воспламенитель природного газа, имеющийся в камере воспламенения природного газа, представляет собой электрический искровой генератор зажигания или генератор пламени.
14. Система по п.12, которая, кроме того, содержит дополнительную камеру воспламенения природного газа, имеющую первый вход, соединенный с источником горючего природного газа, второй вход, соединенный с выходом турбины, и выход, соединенный с первой камерой теплообменника, причем дополнительная камера воспламенения природного газа снабжена воспламенителем природного газа, обеспечивающим воспламенение горючего природного газа для передачи тепла рабочей текучей среде в дополнительной камере воспламенения природного газа.
15. Система по п.14, в которой дополнительная камера воспламенения природного газа представляет собой прямоточную камеру сгорания.
16. Система по п.1, в которой источником тепла является уголь.
17. Система по п.1, в которой источником тепла служит ядерная энергия.
18. Система по п.1, в которой указанный теплообменник является вторым теплообменником и которая, кроме того, включает в себя первый теплообменник, содержащий первую и вторую камеры, разделяющие текучие среды, при этом камеры первого теплообменника выполнены такими, что обеспечивают теплообмен между сточной водой, протекающей внутри первой камеры первого теплообменника, и пастеризованной сточной водой, протекающей во второй камере первого теплообменника, причем первая камера первого теплообменника имеет вход, приспособленный для приема сточной воды от источника сточной воды, и выход, соединенный с входом второй камеры второго теплообменника, а вторая камера первого теплообменника имеет вход, соединенный с возможностью приема пастеризованной сточной воды, отводимой с выхода второй камеры второго теплообменника, и, кроме того, вторая камера первого теплообменника имеет выход, приспособленный для отвода пастеризованной сточной воды.
19. Система по п.1, в которой первая камера теплообменника имеет вход, приспособленный для приема рабочей текучей среды, выходящей из турбины, и выход, приспособленный для отвода рабочей текучей среды в окружающую среду.
20. Система по п.19, которая, кроме того, содержит в первой камере теплообменника катализатор для очистки рабочей текучей среды для того, чтобы качество рабочей текучей среды, протекающей через первую камеру теплообменника, соответствовало существующим стандартам по выбросу вредных веществ.
21. Система по п.20, в которой катализатором служит СО и/или катализатор с избирательным каталитическим восстановлением.
22. Система по п.19, которая, кроме того, содержит устройство непрерывного контроля выброса вредных веществ, предназначенное для непрерывного контроля качества рабочей текучей среды, отводимой с выхода первой камеры теплообменника.
23. Система для выработки электрической энергии и пастеризации сточной воды, включающая в себя турбогенератор, конструкция которого обеспечивает преобразование кинетической энергии потока рабочей текучей среды в электрическую энергию; источник сточной воды и теплообменник, содержащий первую и вторую внутренние камеры, разделяющие текучие среды, при этом первая внутренняя камера приспособлена для получения потока рабочей текучей среды из турбогенератора, вторая внутренняя камера приспособлена для приема сточной воды от источника сточной воды, при этом выполнение указанных камер обеспечивает теплообмен между рабочей текучей средой, протекающей внутри первой камеры, и сточной воды, протекающей во второй камере, обеспечивающий проведение процесса пастеризации сточной воды во второй камере.
24. Система по п.23, которая, кроме того, содержит источник тепла, приспособленный для передачи тепла рабочей текучей среде, поступающей в турбогенератор.
25. Система для выработки энергии и пастеризации сточной воды, включающая в себя турбину, приспособленную для подачи в нее потока рабочей текучей среды, при этом поток рабочей текучей среды организован таким образом, чтобы обеспечивать вращение лопаток и выходного вала турбины; силовой генератор, соединенный с выходным валом турбины и выполненный с возможностью преобразования вращения выходного вала в энергию; источник сточной воды; теплообменник, содержащий первую и вторую внутреннюю камеры, которые отделяют внутри теплообменника текучие среды, при этом первая камера приспособлена для приема рабочей текучей среды, выходящей из турбины, вторая камера приспособлена для приема сточной воды, поступающей из источника сточной воды, причем камеры выполнены таким образом, что они обеспечивают теплообмен между рабочей текучей средой, протекающей внутри первой камеры, и сточной водой во второй камере; и тепловой источник, обеспечивающий подвод тепла к рабочей текучей среде, протекающей через турбину и первую камеру теплообменника.
26. Система по п.25, в которой тепловой источник приспособлен для передачи достаточного количества тепла рабочей текучей среде, протекающей через турбину и первую камеру теплообменника, так, чтобы текучая рабочая среда была достаточно нагретой для повышения температуры сточной воды, протекающей через вторую камеру теплообменника, по меньшей мере, до температуры пастеризации сточной воды.
27. Система для выработки электрической энергии и пастеризации сточной воды, включающая в себя турбогенератор, преобразующий кинетическую энергию потока рабочей текучей среды в электрическую энергию; источник сточной воды и теплообменник, содержащий первую и вторую внутренние камеры, разделяющие текучие среды, при этом первая внутренняя камера приспособлена для приема потока рабочей текучей среды, отводимой из турбогенератора, а вторая внутренняя камера приспособлена для приема сточной воды от источника сточной воды, причем конструктивное выполнение указанных камер обеспечивает теплообмен между рабочей текучей средой, протекающей через первую камеру, и сточной водой, протекающей через вторую камеру.
28. Способ выработки энергии и пастеризации сточной воды, включающий создание потока рабочей текучей среды через турбогенератор, при этом поток рабочей текучей среды приводит в действие турбогенератор, в результате чего вырабатывается энергия;
подачу потока рабочей текучей среды после его выхода из турбогенератора в первую из двух внутренних камер теплообменника, разделяющих текучие среды, при этом камеры выполнены таким образом, что они обеспечивают теплообмен между рабочей текучей средой, протекающей внутри первой камеры, и сточной водой, протекающей во второй из двух камер, причем температура рабочей текучей среды в первой камере больше, чем температура пастеризации воды;
пропускание сточной воды через вторую камеру теплообменника, при этом вода первоначально холоднее, чем температура пастеризации воды;
создание условий для поглощения сточной водой, протекающей через вторую камеру, тепла рабочей текучей среды, проходящей через первую камеру;
регулирование расхода сточной воды, протекающей через вторую камеру теплообменника, таким образом, чтобы температура воды повышалась, по меньшей мере, до температуры пастеризации, и так, чтобы по существу вся сточная вода внутри теплообменника становилась пастеризованной.
29. Способ по п.28, который, кроме того, включает в себя нагревание рабочей текучей среды перед ее поступлением в турбогенератор.
30. Способ по п.29, в котором нагревание рабочей текучей среды включает в себя смешивание рабочей текучей среды с воспламененным горючим природным газом.
31. Способ по п.30, который, кроме того, включает в себя сжатие горючего природного газа внутри газового компрессора перед его смешиванием с рабочей текучей средой.
32. Способ по п.29, в котором нагревание текучей рабочей среды включает в себя процесс поглощения рабочей текучей средой тепла сжигания угля.
33. Способ по п.29, в котором нагревание рабочей текучей среды включает в себя процесс поглощения рабочей текучей средой тепла ядерной реакции.
34. Способ по п.28, кроме того, включающий нагревание текучей рабочей среды после выхода из турбогенератора, перед ее входом в первую камеру теплообменника.
35. Способ по п.28, в котором указанный теплообменник представляет собой второй теплообменник и в котором пропускание сточной воды через вторую камеру второго теплообменника включает в себя обеспечение протекания непастеризованной сточной воды через первую из двух внутренних камер первого теплообменника, разделяющих текучие среды, при этом камеры первого теплообменника выполнены так, что обеспечивают теплообмен между непастеризованной сточной водой, протекающей внутри первой камеры первого теплообменника, и пастеризованной сточной водой, протекающей внутри второй из двух камер первого теплообменника;
обеспечение протекания непастеризованной сточной воды через первую камеру первого теплообменника с поглощением тепла от пастеризованной сточной воды, протекающей внутри второй камеры первого теплообменника;
подачу непастеризованной сточной воды, протекающей внутри первой камеры первого теплообменника, из первого теплообменника во вторую камеру второго теплообменника;
поглощение сточной водой, протекающей внутри второй камеры второго теплообменника, тепла от рабочей текучей среды, протекающей внутри первой камеры второго теплообменника так, чтобы сточная вода, протекающая внутри второй камеры второго теплообменника, нагревалась до температуры пастеризации сточной воды; и отвод пастеризованной сточной воды из второй камеры второго теплообменника и пропускание ее через вторую камеру первого теплообменника.
36. Способ по п.28, в котором температура пастеризации составляет 65-77°С.
37. Способ по п.28, в котором температура пастеризации составляет, по меньшей мере, 71°С.
38. Способ по п.28, который, кроме того, включает в себя выдержку сточной воды, протекающей через вторую камеру теплообменника, при температуре 71°С в течение, по меньшей мере, 5 с.
39. Способ по п.28, кроме того, включающий в себя пастеризацию, по меньшей мере, 757 м3 сточной воды на мегаватт полученной мощности.
40. Способ по п.28, кроме того, включающий в себя пастеризацию, по меньшей мере, 1892 м3 сточной воды на мегаватт полученной мощности.
41. Способ по п.28, который, кроме того, включает в себя нагревание и окисление сточной воды перед ее протеканием через вторую камеру теплообменника таким образом, что сточная вода выделяет газ брожения; смешивание газа брожения с рабочей текучей средой и воспламенение газа брожения, смешанного с рабочей текучей средой, с передачей тепла от газа брожения рабочей текучей среде.
42. Способ по п.41, который, кроме того, включает смешивание газа брожения с природным газом перед проведением стадии смешивания газа брожения с рабочей текучей средой.
43. Способ по п.41, который, кроме того, включает в себя сжатие газа брожения перед проведением указанной стадии смешивания газа брожения с рабочей текучей средой.
44. Способ выработки электрической энергии и пастеризации жидкости, включающий прокачивание воздуха через турбогенератор, при этом воздух приводит турбогенератор в действие и вырабатывается электрическая энергия; и передачу тепла от воздуха жидкости после его выхода из турбогенератора, с повышением температуры жидкости, по меньшей мере, до температуры пастеризации так, что, по существу, вся жидкость становится пастеризованной.
45. Способ выработки электрической энергии и пастеризации сточной воды, включающий прокачивание воздуха через турбогенератор, при этом воздух приводит турбогенератор в действие и вырабатывается электрическая энергия; и передачу тепла от воздуха после его выхода из турбогенератора сточной воде без смешивания воздуха со сточной водой так, что сточная вода становится пастеризованной.
46. Способ выработки энергии и пастеризации сточной воды, включающий генерирование электрической энергии в процессе, при котором образуется нагретая рабочая текучая среда, направление сточной воды из источника сточной воды через первую из двух камер первого теплообменника, разделенных по текучей среде, направление сточной воды из указанной первой камеры первого теплообменника через вторую камеру второго теплообменника, содержащего две внутренние камеры, разделенные по текучей среде, направление указанной нагретой рабочей текучей среды в первую камеру указанного второго теплообменника, при этом камеры второго теплообменника выполнены с возможностью обеспечивать теплообмен между нагретой рабочей текучей средой в первой камере и сточной водой во второй камере, причем указанная нагретая рабочая текучая среда в первой камере имеет температуру выше, чем температура пастеризации для сточной воды, регулирование расхода сточной воды через вторую камеру второго теплообменника, так, чтобы сточная вода нагревалась до температуры пастеризации и, по существу, вся сточная вода во втором теплообменнике стала пастеризованной, и направление нагретой пастеризованной сточной воды, выходящей из второй камеры второго теплообменника, через вторую камеру первого теплообменника, при этом камеры первого теплообменника выполнены с возможностью обеспечивать теплообмен между непастеризованной сточной водой в первой камере и нагретой пастеризованной сточной водой во второй камере с тем, чтобы непастеризованная сточная вода подогревалась перед входом во второй теплообменник.
Приоритет по пунктам:
18.11.2002 - по пп.1-5, 7, 9, 10, 19, 23-30;
08.10.2003 - по пп.6, 8, 9, 11-18, 20-22, 31-40, 44, 45, 46;
14.11.2003 - по пп.6, 8, 9, 11-18.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US42706902P | 2002-11-18 | 2002-11-18 | |
| US60/427,069 | 2002-11-18 | ||
| US50991403P | 2003-10-08 | 2003-10-08 | |
| US60/509,914 | 2003-10-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005119199A RU2005119199A (ru) | 2006-01-20 |
| RU2338909C2 true RU2338909C2 (ru) | 2008-11-20 |
Family
ID=32329141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005119199A RU2338909C2 (ru) | 2002-11-18 | 2003-11-14 | Система и способ для пастеризации воды и выработки энергии |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6931860B2 (ru) |
| EP (1) | EP1563173B1 (ru) |
| KR (1) | KR101001790B1 (ru) |
| AU (1) | AU2003295494B2 (ru) |
| CA (1) | CA2506750C (ru) |
| ES (1) | ES2457020T3 (ru) |
| MX (1) | MXPA05005297A (ru) |
| PT (1) | PT1563173E (ru) |
| RU (1) | RU2338909C2 (ru) |
| WO (1) | WO2004046524A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011105882A1 (ru) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | Ооо "Tesla Research Energy" | Станция по переработке и очистке сточных вод и производства возобновляемой электроэнергии |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2338909C2 (ru) * | 2002-11-18 | 2008-11-20 | Грегори Б. РАЙАН | Система и способ для пастеризации воды и выработки энергии |
| US7402241B2 (en) * | 2005-12-29 | 2008-07-22 | Aquamagic, Inc. | Water purification device |
| US20090020172A1 (en) * | 2007-07-20 | 2009-01-22 | Walker Robert E | Method and Apparatus for Water Distribution |
| WO2010080549A1 (en) * | 2008-12-17 | 2010-07-15 | Hulen Michael S | Improvements in efficiency of systems and methods of operating environmental equipment utilizing energy obtained from manufactured surface coverings |
| US20150298990A1 (en) * | 2012-11-13 | 2015-10-22 | Ulmatec Pyro As | Method and system for treating water inboard a vessel |
| US20170081210A1 (en) * | 2015-09-18 | 2017-03-23 | Pasteurization Technology Group, Inc. | Solar wastewater disinfection system and method |
| US9664140B2 (en) | 2015-09-23 | 2017-05-30 | Pasteurization Technology Group Inc. | Combined heat and power system with electrical and thermal energy storage |
| US12006918B2 (en) | 2019-04-22 | 2024-06-11 | Michael Scot Cummings | Continuous fluid flow power generator |
| US12025090B2 (en) | 2019-12-04 | 2024-07-02 | Michael Scot Cummings | Reactive, reversible blade turbine for power generation and pumping water |
| CN113541059A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-22 | 国网河南省电力公司桐柏县供电公司 | 一种电缆桥架自动化监测执行系统及其工作方法 |
| IL288311A (en) * | 2021-11-22 | 2023-06-01 | Univ Malta | Hydrogen production plant |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH384940A (de) * | 1961-08-25 | 1965-02-26 | Escher Wyss Ag | Geschlossene Wärmekraftanlage mit Kreislauf eines gasförmigen Arbeitsmittels und einer Einrichtung zur Verwertung von Abwärme, die vom Arbeitsmittel in einem Kühler abgegeben wird |
| CH593424A5 (ru) * | 1976-05-14 | 1977-11-30 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
| US4571949A (en) * | 1985-04-18 | 1986-02-25 | Moke Harold C | Cogeneration and sludge drying system |
| FI75401C (fi) * | 1986-11-07 | 1988-06-09 | Ahlstroem Oy | Foerfarande foer tillvaratagande av vaerme i samband med en gasturbinprocess. |
| US5212942A (en) * | 1990-11-09 | 1993-05-25 | Tiernay Turbines, Inc. | Cogeneration system with recuperated gas turbine engine |
| US6332321B1 (en) * | 1992-11-09 | 2001-12-25 | Ormat Industries Ltd. | Apparatus for augmenting power produced from gas turbines |
| US5366514A (en) * | 1992-12-30 | 1994-11-22 | Texas Brine Corporation | Salt plant evaporation |
| DE19630058B4 (de) * | 1996-07-25 | 2010-12-16 | Ormat Industries, Ltd. | Jahreszeitlich konfigurierbares Heizkraftwerk mit kombiniertem Zyklus |
| US6715294B2 (en) * | 2001-01-24 | 2004-04-06 | Drs Power Technology, Inc. | Combined open cycle system for thermal energy conversion |
| WO2003091163A2 (en) * | 2002-04-24 | 2003-11-06 | Liprie Randal C | Cogeneration wasteheat evaporation system and method for wastewater treatment utilizing wasteheat recovery |
| RU2338909C2 (ru) * | 2002-11-18 | 2008-11-20 | Грегори Б. РАЙАН | Система и способ для пастеризации воды и выработки энергии |
| US6877323B2 (en) * | 2002-11-27 | 2005-04-12 | Elliott Energy Systems, Inc. | Microturbine exhaust heat augmentation system |
| US7228682B2 (en) * | 2004-12-16 | 2007-06-12 | Yefim Kashler | System for augmented electric power generation with distilled water output |
-
2003
- 2003-11-14 RU RU2005119199A patent/RU2338909C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2003-11-14 WO PCT/US2003/036196 patent/WO2004046524A1/en not_active Application Discontinuation
- 2003-11-14 US US10/713,358 patent/US6931860B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-11-14 ES ES03786685T patent/ES2457020T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2003-11-14 MX MXPA05005297A patent/MXPA05005297A/es active IP Right Grant
- 2003-11-14 EP EP20030786685 patent/EP1563173B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-11-14 KR KR20057008985A patent/KR101001790B1/ko active IP Right Grant
- 2003-11-14 AU AU2003295494A patent/AU2003295494B2/en not_active Ceased
- 2003-11-14 CA CA 2506750 patent/CA2506750C/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-11-14 PT PT03786685T patent/PT1563173E/pt unknown
-
2005
- 2005-07-25 US US11/189,627 patent/US7571613B1/en active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011105882A1 (ru) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | Ооо "Tesla Research Energy" | Станция по переработке и очистке сточных вод и производства возобновляемой электроэнергии |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2506750A1 (en) | 2004-06-03 |
| MXPA05005297A (es) | 2005-10-18 |
| KR101001790B1 (ko) | 2010-12-15 |
| US6931860B2 (en) | 2005-08-23 |
| KR20050086742A (ko) | 2005-08-30 |
| AU2003295494A1 (en) | 2004-06-15 |
| ES2457020T3 (es) | 2014-04-24 |
| EP1563173A1 (en) | 2005-08-17 |
| US20040103670A1 (en) | 2004-06-03 |
| WO2004046524A1 (en) | 2004-06-03 |
| AU2003295494B2 (en) | 2010-12-23 |
| RU2005119199A (ru) | 2006-01-20 |
| WO2004046524B1 (en) | 2005-01-27 |
| EP1563173B1 (en) | 2014-01-22 |
| CA2506750C (en) | 2010-01-26 |
| US7571613B1 (en) | 2009-08-11 |
| PT1563173E (pt) | 2014-04-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7571613B1 (en) | System and method for water pasteurization and power generation | |
| RU2315186C2 (ru) | Тепловая электростанция с малым выделением загрязняющих веществ | |
| WO2011121852A1 (ja) | 蒸気発生装置及びこれを用いたエネルギ供給システム | |
| CN102762501B (zh) | 废热驱动式脱盐工艺 | |
| US4693213A (en) | Waste heat recovery boiler | |
| CN111712461A (zh) | 二氧化碳还原系统和二氧化碳还原方法 | |
| JPH08100606A (ja) | ランキンサイクル発電システム及びその運転方法 | |
| CN103030142A (zh) | 用于提供公用品和二氧化碳的系统和方法 | |
| GR3026580T3 (en) | System for improving the efficiency of a power plant or the like. | |
| JP5828873B2 (ja) | 発電システム及び発電方法 | |
| RU2276813C1 (ru) | Ядерная энергоустановка кудрявцева и паровая турбина кудрявцева | |
| JPH05288327A (ja) | エネルギのリサイクル装置 | |
| SK58694A3 (en) | Device with combined gas-steam turbine power station | |
| CN214400385U (zh) | 一种生物质气化斯特林发电系统 | |
| JPH08260909A (ja) | 造水装置 | |
| CN205570100U (zh) | 热汇流母管scr烟气脱硝系统 | |
| RU2083919C1 (ru) | Установка утилизации тепла в блоке теплогенератора с системой очистки газов | |
| CN100436781C (zh) | 用于水巴氏消毒和发电的系统及方法 | |
| CN112358896A (zh) | 一种生物质气化斯特林发电系统 | |
| RU2272914C1 (ru) | Газопаровая теплоэлектроцентраль | |
| RU2124134C1 (ru) | Комбинированная парогазовая энергетическая установка и способ ее эксплуатации | |
| JP3621389B2 (ja) | 脱臭装置の排熱回収方法及び脱臭装置の排熱回収を伴うコージェネレーションシステム | |
| JP2019023453A (ja) | 下水汚泥焼却設備における廃熱を利用した発電システム及び発電システムの運転方法 | |
| CN101583699A (zh) | 用于产生布朗气的系统及其应用 | |
| AU755598B2 (en) | Improvements in the generation of electricity and the treatment and disposal of sewage |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201115 |