用垃圾衍生燃料进给的船用推进系统及其方法 【技术领域】
本发明涉及一种燃烧非传统燃料的船用推进系统，所述非传统燃料来自于垃圾和/或生产废料；并涉及一种与其相关的方法。
技术背景
在用于生产电能和/或热能的系统中，使用来自于垃圾的燃料已广为人知，这种燃料通常用英文首字母缩略词RDF(垃圾衍生燃料(Refuse Derived Fuel))来表示。
相比于传统燃料，使用RDF可以带来很多效益。除了显著的经济效益之外，RDF还可获得环境效益，特别是有利于减少垃圾场的需求，并且可以对所谓的可持续发展做出贡献。
尽管RDF具有上述潜能，但是这种燃料只在几个非常少的用途中得以利用。特别是，虽然在工业发展较为发达的国家有相当多数量的废物处理设备生产RDF；但是相比之下，只有非常少的燃烧设备利用这种燃料，因此，RDF的最终处置常常是送往垃圾场。
例如在意大利，垃圾衍生燃料的潜能估计大约在一千五百万吨/年，这相当于由居民和企业总共产生的城市垃圾的50％，而这种情况在其他国家也没有根本上的差别，不管是在欧洲还是欧洲以外。特别是根据全国估计，通过用垃圾衍生燃料驱动的系统生产的电能只是使用矿物燃料生产电能的10％以下，而且这种情况在全世界相当普遍。
如上所述，作为一种可再生能源，RDF的这种未充分利用还归因于这样的事实，即只有很少种类具有利用RDF能力的燃烧设备。
因此，构成本发明基础的技术问题是要提供一种推进系统和相关方法，以加强来自于垃圾和/或生产废料的非传统燃料的利用，并且扩大其应用范围。
【发明内容】
这个问题可以通过一种如权利要求1所限定的船用推进系统加以解决。
根据同样地发明思想，本发明还涉及一种如权利要求16所限定的船用推进方法。
在本文中，为了简便起见，下面将术语“来自于垃圾和/或生产废料的非传统燃料”称为CNC，意指未处理的固体或者液体废物，例如矿泥、底部残渣、或者溶剂，以及先前经过处理的固体或液体垃圾，例如生物物质(biomass)，特别是废弃的生物物质。
本发明提供了一些显著的优点。
相对于使用石油来自燃料推进来说，主要优点在于海洋运输具有更大的经济性，且随着可能提高航行速度。另外一个重要优点是以下事实，即本发明的所述系统绝对与生态相容。尤其，使得所述系统完全符合最新欧洲标准。
从下面对本发明一些实施例详细的描述中，可以明显看到本发明的其他优点、特征和使用方式，所述实施例仅是作为非限制性例子提供的。
【附图说明】
下面将参考附图对本发明进行说明，其中：
图1表示一种根据本发明用非传统燃料供给的推进系统方块图；和
图2A，2B和2C分别表示图1所示系统的一个单元的第一、第二和第三实施例变型透视图。
【具体实施方式】
首先参考图1，一种适合用CNC(即来自于垃圾和/或生产废料的非传统燃料，参见上文提供的定义)供给的船用推进系统全部用编号1表示。
所述系统1适合产生热机械功，特别是蒸汽。
在本实施例中，所述推进系统1提供的CNC呈固体，并且以包件形式供给。
所述系统1包括下列主要单元：
-用于容纳容器(container)C的容纳装置2；
-抽取单元，用于将CNC包件B从容器中抽取出来，所述容器设在所述容纳装置2中，所述抽取单元在图1中全部用编号3表示；
-还原单元(reduction unit)，用于将前述包件还原为撕碎形式，即所谓“蓬松物”(fluff)形式F，所述还原单元在图1中全部用编号4表示；
-输送装置5，用于将呈蓬松物形式的CNC输送到高温室燃烧单元6；
-前述高温室燃烧单元6，适合产生过热蒸汽；
-烟气处理单元7；
-用于处理和处置灰的单元8；
-用于贮存液态CNC的贮存单元9；
-用于废物预处理的预处理单元10。
现在参考这里公开的特殊实施例，对至此采用的各个部件进行更加详细的说明。
首先，如上所述，所述系统1将使CNC以包件B形式供给，所述包件来自于呈所谓“蓬松物”形式的粉碎燃料，且通过挤压压实。这样格外使能利用现有系统来生产垃圾衍生燃料。
此外，应当做到，将容器C内的包件CNC输送到将要装船的位置，并且在那里，而且仍在容器内，装到船本身的前述容纳装置2中。所述容纳装置可以由传统的外罩组成，所述外罩已在现有技术的容器船上，例如在一个作业空间中，所述作业空间由相应于船的移动桥式吊车或移动船桥(movable bridge)限定。优选的是，所述容纳装置2允许容器并排重叠布置，所述容器装有包件CNC。
应当认识到，前述装载作业可以通过港口已有的传统系统进行，例如叉车、龙门起重机等。
当然，除了容器外，外罩类型可以有变型实施例。
优选的是所述包件CNC以传统包件形式供给，其标准密度等于或大于大约1000kg/m3，近似尺寸约为(1.1×1.1×2.0)m，以使在一个标准20”xx海运容器内的装载量达到每个容器为12个包件，每个容器的净重大约在21-24吨范围内，即在可运输性限度内。
举例来讲，假定在发动机功率56,000bhp(4,800Teu)的船中，从里窝那航行到纽约，对所述系统1估计的CNC要求大约是100个容器。所述容器，例如可以这样的多排结构进行重叠，即并排十二个、重叠八个，从而形成大约2,000吨的燃料供给量，这足以驶过所述的航线，而不需任何中途停靠。显然，如果计划在中途停靠，对于运输船这是常有的事，那么往往就不必在驶向最初航段之前就装上整条航线所需要的燃料。
前述用于抽取CNC包件和将其还原为蓬松物形式的单元3和单元4分别优选为全自动型式。
在一个优选实施例中，所述单元3和单元4都与船的前述移动船桥相连，所述船桥在其整体结构上与那些通常设在传统容器船上的船桥完全相似。众所周知，所述船桥适合在一对导轨或者轨道上滑行，所述轨道之间限定一个作业空间，如上所述，所述作业空间的一部分为所述容器设置了前述容纳装置2。在本实施例中，所述船桥优选适合在一段具有几米例如14米长的轨道上滑行，所述轨道终止于所述容器前面，与其开门侧相对应。
特别是在附图2A概略示出所述系统1的第一实施例变型中，这里用41表示的用于将所述燃料还原为蓬松物形式的单元被直接连接到船的移动船桥，所述船桥在这里用11表示。所述还原单元以转筒或辊子42为基础，其设有啮合元件，特别是齿43，适合对所述包件B施加研磨作用，将所述CNC还原为蓬松物形式。
不言而喻，由于供给的所述CNC已预粉碎，所以只需要适度的机械作用就可使所述材料“重新打开”为蓬松物形式。
同样根据所述第一实施例变型，所述抽取单元改为包括一种用于打开所述容器门的系统，所述系统基于使用一种装有例如光学型识别装置的可编程机器人，来识别容器打开/关闭装置的细节。
考虑到燃料在本发明设计系统中的关键作用，所述机器人包括一种人工控制系统，操作者借助一种闭路电视系统来控制其动作，完成对该系统的遥控。
由于上述船的移动船桥和开门系统可以通过已知装置和技术来实现，所以这里不再进一步对其描述。
本文考虑的所述抽取单元还包括一个与所述旋转辊42相连的抽取传送带。所述传送带也可由一种抽吸装置或其他适合该作用的装置替代。
根据图2B中概略所示的第二变型实施例，其中用附图标记32表示的所述抽取单元是基于伸缩型或者其他型式的钳子33，且其被连接到所述船桥11上。所述伸缩钳33同样为传统形式，包括一个驱动系统，所述驱动系统可以使钳子相应于所述容器的开启情况，一次取出一个或多个包件，然后将所述包件放到一个机械自翻型或者具有转动带的传送装置34上。所述装置34可将抽取出的包件放到下面的传送带35上，将其供给粉碎装置44，在这里体现为用于将所述燃料还原为蓬松物的单元。
当然，所述抽取单元32同样包括一种用于开启所述容器门的系统，所述系统与参照第一变型实施例所描述的系统相类似。
根据图2C概略所示的第三变型实施例，其中用附图标记36表示的所述抽取单元是基于液压型或者蜗杆型式的推出装置，其为机动控制或机器人控制，并直接连接在所述容器中。所述装置适合将所述包件推向所述容器出口，然后再将包件传送到由粉碎装置组成的燃料还原为蓬松物单元中。
在上面所述的所有三个变型实施例中，都设有除铁装置(de-ironing device)，所述装置位于燃料还原为蓬松物单元的上游，或者与其形成整体，以便折断和/或去除金属丝，所述金属丝通常使所述包件保持在被压缩状态。
优选的是所述船桥同样设有多个门，所述门设有薄板，所述薄板可以被锚固到所述容器支柱(hold)周围，以防止所述容器受到天气影响，特别是受到海水/雨水以及气流的影响，因为气流可能将燃料颗粒刮走。
在所述抽取单元的下游，所述系统1包括前述的传送装置5，所述传送装置包括螺杆进料器，传送带或将燃料传送给所述燃烧单元6的等效装置。另一方面，所述传送装置可以没有，或者设在所述抽取单元自身内部。在第一种情况下，当CNC从燃料还原为蓬松物单元中出来时，就可直接落到所述燃烧单元自身的进料漏斗中。
不言而喻，所述实施例变型可以提供与那些适合容纳至此描述的容器的装置不同的容纳装置。
所述燃烧单元6包括传统的高温室，所述高温室例如是栅格型、沸腾床或者流化床型、或者旋转炉型，以便于产生可以转化为过热蒸汽的热能，所述热能是燃烧的结果，于是，在随后亦为传统型式的系统1的步骤中，转化为机械能和/或电能，所述机械能和/或电能适合使船的推进系统运转。
所述高温室设有内部导流装置(deflector)，所述导流装置适合保证所述烟气被保持在适于防止形成二恶英(dioxins)的温度，优选在850℃持续至少2.5秒。
因为所述系统的所述高温室和前述随后的步骤都可以通过已知的装置来获得，所以这里不再对其进一步描述。
所述烟气处理单元7包括适合使所述烟气经受过滤和净化过程的传统装置，所述过程可以去除重金属和燃烧污染物，从而将污染物的水平限制在国际规定的限定参数以内。
特别是所述处理单元7包括一组套管式过滤器，优选多达可对过滤器进行维护工作，从而不会损害净化过程的最佳操作。
所述处理单元7还包括去除微粒的静电除尘器，其后是回流净化装置，所述净化装置使用海水作为其主要作用剂。
应当认识到，尽管现有船用发动机的烟囱没有配装特别的污染物收集元件，但在所述系统1和相关过程的条件下，所述烟气同样会相对清洁很多。
所述灰处理和处置单元8由收集重灰和轻灰的系统组成，其与通常用在垃圾焚化厂的那些系统相类似。
特别是构成无害废物的重灰装在合适的容器中，如果其化学物理参数允许，可在岸上处理和/或循环利用，以达到环境恢复的作用，同时，一旦船靠岸，轻灰便被制成惰性物质，然后送到生产水泥制造物的系统中进行循环利用。
在本实施例中，本发明的系统还包括前述贮存液态CNC的单元9，所述单元连接到抽吸系统，所述抽吸系统完全和已在使用用于供给传统燃油的抽吸系统相类似。因此，所述单元9也可供给燃料，其来自于垃圾和/或呈液态形式的生产废料，例如矿泥、炉底部残渣、溶剂等，且可包括船上的普通底柱(bottom holds)。然而，船上适宜设有加热装置，所述加热装置优选利用与所述燃烧装置6的废气相关的热能，以将液态CNC的粘度保持在传送到所述高温室本身可以接受的数值范围内。
在这方面，不言而喻，对任何港口来说，除装普通燃油罐外，本身还装液态CNC贮罐，这既简单又经济。
同样，在本实施例中，所述系统1进一步包括对船上产生的废物进行预处理的单元10。为了处理固体废物，所述单元10包括干燥装置，所述干燥装置也优选使用所述燃烧单元6残留的热能，还可能包括附加的体积减小器(volume reducer)，用于去除含铁物质的装置，该装置例如基于磁性工作原理，另外还包括用于去除有色金属的装置。所述单元10还可设置附加的液压型压实系统。
在单元10处理过的废物自然能被送入所述高温室，所述高温室设有上面所述的烟气净化装置，以防止释放污染物质。这样，就减少了垃圾场的需求，因为转化为CNC的废物将用作燃料，按重量计将节省大约三分之一的燃油，这有利于减少从矿物原料中产生二氧化碳。应当认识到，本发明另一个重要的优点是废物可以处置成燃料，而不会被堆放在垃圾场。在船上产生的废物本身可以转化为燃料，并且加以处置/焚烧。因此，本发明的整个过程减少了对垃圾场的需求，并且每吨再生燃料可以节省三分之一TEP，因而可减少从矿物原料中产生二氧化碳。
根据同样的发明思想，本发明还提供了一种船用推进方法，所述方法供使前述来自于垃圾和/或生产废料的非传统燃料燃烧，以产生所述船的原动力。
优选的是所述方法可以提供生产过热蒸汽。
同样，根据优选的实施例，上述方法供使燃烧烟气保持在合适的温度，以防止二恶英的形成，并且使所述烟气经受过滤和净化过程，所述过程优选使用海水回流进行。
与上述参照本发明系统已说明的情况相类似，所述方法还可提出一个步骤，要求对船上产生的废物进行预处理，以产生所述CNC。所述预处理步骤包括例如固体废物干燥阶段，其中利用所述燃烧过程的残留热能；含铁物质去除阶段；以及有色金属物质去除阶段。
根据本发明的方法，前述CNC可在船上装成不同的形式，例如前面参照本发明系统所述的包件还原为蓬松物的形式；也可以是小球和/或团块的形式，还可以是“松散”的形式。
在后一种情况下，同样在船上，可以设置一种具有很高压实能力的体积减小系统，以便在船上将所述燃料压缩成团块或者小球。
因为这个领域的技术人员已经熟知至此所有描述形式中考虑到的生产这种燃料的方式，所以这里不再对所述方式提供详细说明。
这时应当更好地认识到，在上述实施例中，本发明总的来说使海洋运输具有更低的危险性并具有少得多的污染性，因而为海洋船只提供更大的独立性。
同样应当认识到，至此所描述的系统及方法，使得所述CNC在体积和装载系统方面都易于在很大范围内得到保证。
此外，因为船只不允许携带大量液体燃料，所以发生海上事故，也不会有严重污染的石油来自物溢流到海洋中去，但对于固体物质，有污染，但易于补救。
水言而喻，本发明与现有结构容易整合，因为通常每个港口都设有一个与港务局紧密相连的处置系统，来解决从每艘船上卸下废物的问题。因此，这种系统可以增加它们的功能，贮存和交换同样从内地相同工业中其他经营者收集来的CNC。
此外，就商船而言，本发明系统的尺寸与一般已经使用的蒸汽高温室没有差别，因此，不需要对安装系统自身的空间进行改造。
最后，这里应当更好地认识到，如上所述，所述系统与环境保护完全相容，因为它可以进行：
i废物处理；
ii减少对陆地和大气的污染；
iii建立与其它工业部门的最佳协作(例如，用灰的水泥制造厂)；
iv减少生产费用；
v缩短运输时间；
vi根据环保和节能的原则进行经济活动。
至此已经参照优选实施例对本发明进行了说明。不言而喻，源于同样发明核心的其它实施例也存在，所有这些实施例均属于下面给出的权利要求保护范围之列。