CN103201562B - 在高压高温下燃烧燃料的设备及相关系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种燃烧器设备(220)，其包括用于使碳质燃料与富氧和工作流体相混合以形成燃料混合物的混合装置(250)。燃烧室(222)至少部分地由多孔圆周蒸发部件(230)界定，至少部分地由耐压部件(338)包围。所述燃烧室具有纵向间隔分开的入口和出口部(222A,222B)。燃料混合物通过入口部(222A)来接收，从而在燃烧温度下在所述燃烧室内燃烧所述燃料混合物，从而形成燃烧产物。燃烧室(222)进一步将所述燃烧产物纵向导向出口部(222B)。所述多孔圆周蒸发部件(230)被配置成基本均匀地引导蒸发物质围绕界定所述燃烧室的蒸发部件周边并在入口部与出口部之间纵向地穿过该蒸发部件直至燃烧室，从而对燃烧产物和多孔蒸发部件之间的相互作用进行缓冲。还提供了相关的系统。

Description

在高压高温下燃烧燃料的设备及相关系统
技术领域
本发明涉及将碳质燃料与氧气在高温高压下燃烧以产生燃烧产物的设备和系统，所述燃烧产物或者被过量氧气氧化，或者包含还原组分并具有零氧含量。一种特定的应用是通过使用工作流体将通过燃料的高效燃烧生成的能量转移以生成诸如电的能量。特别地，这样的设备和系统可使用二氧化碳或蒸汽作为工作流体。另一方面，所述设备和系统可用于生成包含氢气和/或一氧化碳的气体。
背景技术
据估计，尽管无碳能源已被开发和配备，但在接下来的一百年间化石燃料将继续提供全世界大部分的电力需求。但是，通过化石燃料和/或合适生物质的燃烧动力产生的已知方法苦恼于升高的能源成本以及二氧化碳(CO2)及其它排放物的产生。全球变暖越来越多地被视为是由于发达国家和发展中国家的碳排放增加所致的潜在的灾难性后果。太阳能和风能看起来不能在近期替代化石燃料燃烧，而核能则具有与扩散和核废料处理相关的危险性。
从化石燃料或合适生物质动力产生的常规装置现在越来越多地担负着在高压下捕获CO2以便运送到隔离场的要求。但是，这种要求被证实难以满足，因为甚至对于捕获CO2的最佳设计，现有技术也仅提供了很低的热效率。而且，实现捕获CO2的投资成本很高，并且可因此导致与将CO2排放到大气中的系统相比高很多的电力成本。据此，在本领域中对于能减少CO2排放和/或改进所产生的CO2的捕捉难度以及隔离的高效动力产生的设备和方法具有日益增长的需求。
碳质燃料的氧-燃料燃烧涉及从空气中分离出基本纯的氧(或以其它方式提供用于燃烧处理的这种基本纯的氧)，并且使用这种氧作为燃烧介质来产生基本不含氮而是包含二氧化碳和水蒸气的燃烧产物。现有技术的空气和氧-燃料燃烧器在有限温度和压力下工作以防止过高的温度损害燃烧器壁和/或其它系统组件如涡轮机叶片。限制工作温度和/或压力在某些情况下不理想地延长了燃烧过程和/或需要相对大的燃烧体积。此外，燃烧工艺、燃烧设计和/或下游废气处理规定还可能不理想地取决于为该工艺所用的燃料类型。而且，由于在当前的工艺中应用于常规锅炉系统的燃烧气体的体积较大，并且这些气体被排到大气中，当前从排气烟囱气体去除污染物质的方法和所推荐的氧-燃料燃烧系统高度取决于工厂设备的具体设计和在工厂设备中燃烧的燃料的确切类型。每种燃料都具有对比的污染物化学组成和含量(contrastingchemicalcompositionandamountofpollutants)。因此，当前工艺不理想地要求各工厂设备的废气洗涤器系统或者氧-燃料燃烧的改进均应为客户特别设计以适应具有特定化学组成的特定类型的燃料。
例如，用于煤的当前技术通常应用装备有垂直的管壁或成螺旋形配置的管壁的非常大的单个燃烧器，其中生成了高压蒸汽，并且该蒸汽在分离的过热器部分中过度加热。大尺寸的燃烧器可遭受明显的热损失，并且通常会受到损坏，还会由于煤灰、炉渣和诸如取决于所使用的特定煤的燃烧气体中的SOX、HCL、NOX等腐蚀性成分，使燃烧炉、辐射和对流传热面和其它部件结垢。这样的示例性的缺陷可能需要周期性地关闭整个工厂设备，以维修或者更换受损的或者被腐蚀的部件和/或其它组件，并且可因此导致工厂设备的可利用率较低，并且很难补偿工厂设备在停工期间所损失的产出。
发明内容
通过本公开的多个方面解决了以上和其它需求，依据一个特定的方面，本申请提供了一种诸如燃烧器设备的设备，其包括被配置成将碳质燃料与富氧和工作流体进行混合以形成燃料混合物的混合装置。燃烧器装置界定了燃烧室，该燃烧室具有与相反的出口部纵向间隔分开的入口部，其中所述入口部被配置成接收燃料混合物，从而在燃烧温度下在燃烧室中燃烧而形成燃烧产物。该燃烧室进一步被配置成将燃烧产物纵向导向出口部。该燃烧器装置包括耐压部件和多孔圆周蒸发部件，该多孔圆周蒸发部件至少部分界定所述燃烧室并且至少部分被所述耐压部件包围。该多孔蒸发部件被配置成基本均匀地引导蒸发物质穿过该蒸发部件进入燃烧室，使得蒸发物质被引导着围绕蒸发部件周边螺旋状且纵向地在入口部与出口部之间流动，从而对燃烧产物和多孔蒸发部件之间的相互作用进行缓冲。在一些情况中，蒸发物质的流动可通过多孔蒸发部件以基本均匀的方式围绕其周边且纵向介于入口部与出口部之间引导至燃烧室中，使得蒸发物质被引导着基本正切于多孔蒸发部件的周边且在其周围呈螺旋状流动。此外，蒸发物质可被引导进入燃烧室以获得期望的燃烧产物的出口温度。转换设备被配置成接收燃烧产物，其中该转换设备响应于燃烧产物，将与其相关联的热能转换成动能。
另一方面，碳质燃料(和/或碳氢质燃料)的氧-燃料燃烧还可涉及将基本纯的氧从空气中分离出来(或以其它方式提供这样基本纯的氧气)，以及在燃烧过程中应用该氧气以产生基本不含氮而是包括二氧化碳和水蒸气的燃烧产物。富含二氧化碳的燃烧产物(在冷却并且水冷凝之后)则可用于后续的商业应用，诸如用于提高油的回收或者提高天然气产量或者在合适的地质收集场中处理(在压缩和提纯之后)。氧-燃料动力产生系统在高压下的操作还可使得从燃料中产生的二氧化碳在高压下生成，从而因减少或消除对二氧化碳加压的需要而节省动力。而且，高压操作可允许经提纯的燃烧产物在与诸如CO2或者蒸汽的合适加热工作流体混合时可直接用于动力循环。在高压下操作动力系统还可导致在动力循环中体积流体流速降低，导致装备更小且投资成本更低。具有温度控制装置的高压氧-燃料燃烧器是另一个重要方面。合适的流体(诸如燃烧产物气体或二氧化碳或液态水或蒸汽(诸如来自循环流))通过燃烧室/空间的蒸发冷却和保护壁的循环，还可起到控制燃烧温度的作用。蒸发物质经燃烧室壁流动还可起到消除由于热量，或灰分或液体炉渣的冲击影响而对燃烧室壁的损害和/或在其上面的积垢。因此，提供了高效的高压、高温燃烧器，其可适用于燃烧不同气体、液体或者固体燃料或者燃料混合物以满足作为动力系统的部分的不同需求，该动力系统可以比现有技术高很多的效率且低很多的投资成本来操作。在某些情况下，可对燃烧器进行操作以产生除动力产生以外的包括氢和一氧化碳的燃烧产物，以便能用于下游的要求。
在再进一步的方面，本申请大体上提供了与高压、高温、高效、蒸发流体保护的氧-燃料燃烧器相关的方法和设备，用于在例如动力产生中应用，诸如与使用将CO2和/或H2O作为工作流体的动力循环相结合。在这样的应用中，燃烧器可在氧化模式下操作，从而所产生的燃烧产物因此包含在约500ppm和约3%摩尔之间范围内的氧浓度，以及在约50ppm以下、优选地在10ppm摩尔以下的一氧化碳浓度。另一方面，燃烧器可在还原模式下操作，由此产生的燃烧产物因此具有接近零的氧浓度，并且该燃烧产物包括一定浓度的CO和H2。以还原模式操作可被配置成使H2和CO的生产最大化，并且可使O2的消耗最小化。操作的还原模式不仅对动力产生有益，而且对于H2或者H2＋CO合成气体的生成也是有益的。在特定的方面，操作压力可在约40巴和约500巴之间的范围内，且优选地至少为80巴，并且燃烧产物温度大体上可在约400℃到约3500℃之间的范围内。
在涉及动力产生的方面，工作流体的一部分与燃料和氧化剂(即，富氧)一起被引入燃烧器用于燃烧，由此使得产生了包括工作流体和燃烧产物的高压、高温流体流(燃烧产物)。工作流体可被引入通过燃烧室的蒸发保护壁和/或通过该燃烧室周围的附加注入点。在燃烧过程并通过蒸发与燃烧产物混合之后的工作流体可具有在适于直接引入诸如涡轮机的动力产生装置的范围内(即，足够低)的温度。在这种情况下，被引入燃烧器中作为燃烧产物的稀释剂的工作流体的总量可进行调整以便为离开燃烧器的总工作流体流提供适于动力涡轮机的操作入口温度和压力的出口温度。有利地，在涡轮机中的膨胀过程中，流体流可被维持在相对高的压力下，使得纵贯涡轮机的压力比(即，涡轮机入口处的压力与出口处的压力的比率)小于约12。流体流还可进一步被处理以分离流体流的组分，其中这样的处理可包括使流体流经过热交换器。尤其是，膨胀的工作流体(其至少一部分可从流体流循环)可经过同一热交换器以便在高压工作流体被引入燃烧器之前加热该高压工作流体。在某些方面，本公开提供了用于动力产生系统的高压氧-燃料燃烧器，其能以高效率和低投资成本产生动力，并可在管道压力下产生基本纯的CO2以便用于商用或收集。该CO2还可被再循环进入动力产生系统。
在其它方面，所公开的燃烧系统和方法可被配置成使用广泛不同的燃料源。例如，依据本申请的高效燃烧器可使用气体(例如，天然气或者煤的衍生气体)、液体(例如，碳氢化合物、沥青)和/或固体(例如，煤、褐煤(lignite)、石油焦碳(pet-coke))燃料。正如在此另外描述的，甚至可使用诸如藻类、生物质或者任何其它合适的可燃烧有机材料的其它燃料。
在其它方面，当与使用在管道压力下捕捉的CO2的动力系统相结合时，本申请的方法和系统可能是有用的，因为该结合系统可超过不提供CO2捕捉的燃煤蒸汽循环动力产生站的当前最佳效率。这样的当前动力产生站使用烟煤可提供例如最多约45%的效率(L.H.V)以及1.7英寸汞冷凝压力。本系统的各方面可超越例如这样的效率，同时以200巴的压力运送CO2。
在再另一方面，本申请可使用类似的燃料提供与现有技术相比减少动力产生系统的物理尺寸和投资成本的能力。因此，本申请的方法和系统可贡献于或以其它方式有利于显著降低与动力产生系统相关的建造成本，并且某些系统组合的相对高效率可导致动力产生或产能成本降低，并减少化石燃料的应用。
在一个特定的方面，本申请涉及动力产生的方法，其结合了对诸如CO2和/或H2O的工作流体的应用。在某些方面，本方法可包括将加热的压缩CO2和/或过热的蒸汽引入燃料燃烧器。优选地，该CO2和/或蒸汽可被引入以至少约80巴的压力操作的燃烧器中。CO2和/或H2O可在两个或更多分离的位置处被引入燃烧器。CO2和/或H2O的一部分可与O2和固体、液体、气体或超临界燃料混合，使得可基于燃烧器的期望设计值确定燃烧室内的燃烧温度。剩余的经加热的CO2和/或过热蒸汽然后被引入燃烧室，通过与燃烧产物直接混合来冷却燃烧产物，以实现约400℃至约3500℃之间的期望总出口流体流温度，这可能是动力产生系统所需要的。在这样的条件下，CO2和/或H2O可与由燃料燃烧产生的燃烧气体、与诸如纯度高于85%摩尔的氧的氧化剂混合，以在期望温度产生包括CO2和/或H2O的流体流。在特定的方面，出口流体流温度可在约400℃到约3500℃之间的范围内。在其它方面，出口流体流可在涡轮机中膨胀以生成动力(即，经由赋予该涡轮机的能量生成电)。
在某些方面，在工作流体被引入燃烧器之前将其加热到甚至更高的温度可能是有用的。例如，在CO2和/或H2O被引入燃烧器中之前可被加热到至少约200℃到约700℃的温度。在其它方面，在CO2和/或H2O被引入燃烧器中之前可被加热到约700℃到约1000℃之间的温度。在一些方面，这样的加热可使用热交换器装置进行。正如在此进一步公开的，相同的热交换器可被用于冷却离开动力产生涡轮机的流体流。
类似地，燃烧器可在较高的压力下有效地操作以产生能够在动力产生循环中实现非常高的效率的工作流体。例如，燃烧器和工作流体CO2和/或H2O的引入部分可压缩到至少200巴。在其它方面，压力可在约200巴到约500巴之间。
在某些方面，被引入燃烧器的工作流体的一部分可以是基本纯的CO2的再循环流，使得在工作流体中的任何水含量均来自燃料。当然，来自外部来源的CO2可被用作工作流体。
从燃烧器离开的流体流可包括CO2和/或H2O工作流体，以及一种或更多种其它组分，诸如由燃料或者燃烧处理衍生出的燃烧产物。离开的流体流可包含在约300ppm和约3%摩尔之间的范围内的诸如H2O、SO2、SO3、NO、NO2、Hg、HCl的组分加上过量的氧。在其它方面，出口流体流可至少包含不同比例的H2和CO，并且O2含量基本上为零。
燃烧器可包括入口喷嘴装置，燃料加氧加一部分工作流体通过该入口喷嘴装置被引入燃烧器，并且燃烧在此处引发且其以稳定的方式在氧化或还原模式下，在设计容量典型地在约50%到约100%之间的期望的燃料流量范围内进行。在某些方面，操作压力可在约150巴以上，且在这个压力下，氧可与CO2和诸如天然气的燃料，或者诸如烃镏出物的液体一起作为单相混合物被引入，以获得需要的绝热火焰温度。如果在此高压下的CO2为低于约100℃的温度，则CO2的密度高到足以支持充足份额的粉煤形成浆料，其中浆料可通过高压泵被泵至所需的燃料压力并在管道内流动，并到达混合点，在此处添加CO2和氧的超临界混合物以在燃烧器中获得所需的绝热火焰温度。预混合的燃料、稀释CO2和氧应该可期望地处于组合温度下，该温度在系统的自动点火(auto-ignition)温度以下。CO2流的温度可被调整成符合这个标准。入口喷嘴可包括在注入器板上的孔阵列，该孔阵列中的每一个孔将产生微小的流体喷射，这些微小的流体喷射导致迅速的热传递和燃烧，从而产生稳定的燃烧区。孔的大小可为直径在约0.5mm到约3mm之间的范围内。
燃烧室的壁可用多孔材料层衬里，CO2和/或H2O稀释流的第二部分被引导并流经所述多孔材料层。通过该多孔蒸发层并任选通过附加装置的流体流动被配置为获得所需的介于约400℃到约3500℃之间的总出口流体流出口温度。该流动还可用于将蒸发部件冷却到形成该蒸发部件的材料的最大可允许操作温度以下的温度。诸如CO2和/或H2O稀释流的蒸发物质还可用于阻止可能腐蚀、淤塞或以其它方式损坏壁的燃料中的任意液体或固体灰分材料或其它污染物的侵害。在这样的情况下，理想的可以是使用具有合理(低)的导热性的用于蒸发部件的材料，由此使得附带的辐射热可径向向外传导通过多孔蒸发部件，然后被从多孔层结构的表面到径向向内通过蒸发层的流体的对流传热所截断。这样的配置可允许被引导穿过蒸发部件的稀释流的后续部分被加热至约500℃到约1000℃之间范围内的温度，同时将多孔蒸发部件的温度维持在其所使用的材料的设计范围之内。用于多孔蒸发部件的合适材料可包括，例如，多孔陶瓷、难溶金属纤维垫、钻孔圆柱体部件和/或烧结金属层或烧结金属粉末。蒸发部件的第二个功能是可确保稀释的蒸发物质基本均匀地径向向内且纵向沿着燃烧器的流动，以获得稀释流的第二部分与燃烧产物之间良好的混合，同时促进沿着燃烧室长度的均匀轴向流动。蒸发部件的第三个功能是实现稀释流体径向向内的速率，以便提供缓冲，或以其它方式阻止燃烧产物中的灰分或其它污染物的固体和/或液体颗粒冲击蒸发层表面以及引起阻塞或其它损害。这样的因素可能仅在例如燃烧诸如煤的具有残留惰性不易燃残留物的燃料时很重要。环绕蒸发部件的燃烧器压力容器内壁也可被绝热，以隔离在燃烧器内的高温第二稀释流。
具有不易燃残留物的煤或其它燃料可作为在水中的浆料或优选地作为在液体CO2中的浆料而被引入燃烧器。浆料的液体部分以接近环境的温度并在动力循环中的最低压力下离开动力系统。在这样的情况下，在浆料入口条件和气体出口条件之间每摩尔的焓的差异对于H2O可为约10kcal/gm-mol，对于CO2约为2.78kcal/gm-mol，假设CO2浆料流的效率明显更高。在使用CO2作为工作流体的较高压力动力循环中，需要较少的额外能量，以产生温度在约-30℃到约10℃之间范围内的液体CO2。
产生不易燃残留物的通常为固体的燃料(诸如煤)的燃烧温度优选地在约1800℃到约3000℃之间的范围内。在这样的条件下，灰分或其它污染物将是液体炉渣滴的形式，其源自浆料燃料进料中的燃料颗粒。这些液体炉渣滴必须被有效地去除，以便防止动力涡轮机或其它下游处理的污染。去除可通过使用例如旋流分离器、冲击分离器，或以环形配置布置的分级耐火颗粒过滤器床，或它们的组合来完成。在特定的方面，可通过一系列旋流分离器来从高温工作流体流中去除小滴。为实现高效的去除，优选连续地具有至少两个旋流分离器，并且优选地3个旋流分离器。可通过许多因素增强去除效率。例如，可调整去除温度，以确保炉渣粘度低到足以从分离器去除自由排出的液体炉渣。有时可能必须在燃烧温度和最终的出口流体流温度之间的中间温度下执行炉渣去除。在这样的情况下，最终的出口流体流排出温度可通过使再循环工作流体(蒸发物质)的一部分直接与离开炉渣去除系统的流体流混合来实现。期望旋流分离器的直径应该相对较低(即，直径在约20cm和约50cm之间的范围内)，而炉渣滴的直径应该足够高以提供良好的分离效率。这样的条件可通过例如研磨煤燃料以获得较高部分的颗粒直径>50微米来实现。优选地，煤形成平均颗粒直径在约50微米到约100微米之间的颗粒，这可导致在出口工作流体流中存在的10微米直径以下的炉渣颗粒组分最小化。在一些情况下，在旋流分离器之后可跟随有直接布置在涡轮机上游的环形过滤器。
在特定的方面，燃烧产物在系统中的滞留时间，对于天然气可在0.2秒到2秒的范围内，而对于烟煤可在0.4秒到4秒的范围内。
离开燃烧器的流体流可展现出各种不同的特征，例如，流体流可包括氧化流体。这样，流体流可包括可通过氧化剂(例如，氧气)的加入而迅速地被氧化(例如，燃烧)的一种或更多种组分。在一些方面，流体流可以是还原流体，其包括一种或更多种选自H2、CO、CH4、H2S和其组合的组分。除了随着转变成H2＋CO的燃料组分增加，次要稀释物的比例将逐渐减小之外，在还原模式下系统的操作将大体上与氧化模式类似。还可能需要将燃烧产物的平均停留时间逐渐增加，对于天然气燃料来说，随着向H2＋CO的转化增加到最大，平均停留时间增加到约2.5秒到约4.5秒之间，而对于烟煤来说增加到约6秒到约10秒之间。
以上所述的和其它的方面因此解决了所指出的需求，并且提供了如本文另外详述的有益效果。
附图说明
已经概括地描述了申请后，现在可参考附图，这些附图并不需要依比例描绘，并且其中：
图1是依据本申请的某些方面对蒸发冷却燃烧器设备的示意性图解；
图1A是依据本申请的某些方面对沿燃烧室长度的燃烧温度分布的示意性图解；
图2是依据本申请的某些方面对燃烧器设备中的蒸发部件壁的示范性横截面的示意性图解；
图2A是依据本申请的某些方面对燃烧器设备中的蒸发部件壁的示范性横截面的示意性图解，垂直于其纵轴截取并图解了用于提供蒸发流体的螺旋状流动的孔/穿孔配置；
图2B是依据本申请的某些方面对燃烧器设备中的蒸发部件壁的示范性横截面的示意性图解，其图解了用于促进蒸发流体的螺旋状流动的角形孔/穿孔配置；
图2C是依据本申请的某些方面对燃烧器设备中的蒸发部件壁的示范性横截面的示意性图解，其图解了用于促进蒸发流体的螺旋状流动的蒸发部件的融合纵向板(fusedlongitudinalstrips)；
图2D是依据本申请的某些方面对配置成相对于图2C所示的蒸发部件设置/插入的挡板结构的示意性图解，该挡板结构用于促进蒸发流体的螺旋状流动；
图2E是依据本申请的某些方面对燃烧器设备的燃烧室内的蒸发流体的螺旋状流动的示意性图解；
图2F是依据本申请的某些方面对科恩达效应的示意性图解，可实施科恩达效应来促进燃烧器设备的燃烧室内的蒸发流体的螺旋状流动；
图2G是依据本申请的某些方面对燃烧器设备的燃烧室内的蒸发流体的连续设置的相反的螺旋状流动的示意性图解；
图3A和图3B依据本申请的某些方面示意性地说明了用于燃烧器设备的蒸发部件组装的热装配处理；
图4依据本申请的某些方面示意性地说明了燃烧产物的污染物去除设备；
图5是依据本申请的某些方面，示出了作为平均颗粒尺寸和蒸发物质流速的函数的灰分颗粒的轨迹示意图；以及
图6是依据本申请的某些方面的可适用的动力产生系统的示意图。
具体实施方式
此后将参考附图更完整地描述本申请，其中示出了其中的一些方面，但并非所有的方面。实际上，本申请可以许多不同的形式实现，而不应被解释成被限制于在此所阐述的各方面；而是，提供这些方面是为了使本申请满足可适用的法律要求。在全文中，相同的数字指示相同的元件。
在图1中示范性地说明了依据本申请，能够使用固体燃料工作的燃烧器设备的一个方面，该燃烧器设备总体上用数字220表示。在该示例中，燃烧器设备220可被配置成燃烧诸如煤的特定固体以形成燃烧产物，但是如本文所公开的任意其它合适的可燃有机材料也可用作燃料。燃烧室222可由蒸发部件230界定，该蒸发部件230被配置成引导蒸发物质诸如蒸发流体从其中通过进入燃烧室222(即促进蒸发冷却和/或缓冲燃烧产物与蒸发部件230之间的相互作用)。本领域技术人员将体会到，蒸发部件230可为基本圆柱形，从而界定基本圆柱形的燃烧室222，该燃烧室222具有入口部222A和对面的出口部222B。该蒸发部件230可至少部分地被耐压部件338包围。燃烧室222的入口部222A可被配置成从总体上由数字250指示的混合装置接收燃料混合物。依据特定的方面，燃料混合物在燃烧室222内以特定的燃烧温度燃烧以形成燃烧产物，其中燃烧室222被进一步配置成将燃烧产物向出口部222B引导。除热装置350(见例如图2)可与耐压部件338相关联，并被配置成控制其温度。在特定的情况下，除热装置350可包括至少部分由在耐压部件338对面的壁336界定的传热夹套，其中液体可在其间界定的水循环夹套337中循环。在一方面，循环的液体可为水。
混合装置250被配置成将具有富氧242的碳质燃料254和工作流体236混合以形成燃料混合物200。碳质燃料254可以固体碳质燃料、液体碳质燃料和/或气体碳质燃料的形式提供。富氧242可以是摩尔纯度大于约85%的氧。富氧242可通过例如本领域已知的任意的空气分离系统/技术供应，例如，可实施低温空气分离法，或高温离子运转膜氧分离法(从空气中)。工作流体236可以是二氧化碳和/或水。在碳质燃料254为微粒固体，诸如粉煤254A的情况下，混合装置250可被进一步布置成将微粒固体碳质燃料254A与流化物质255混合。依据一方面，微粒固体碳质燃料254A的平均颗粒尺寸可在约50微米与约200微米之间。依据再另一方面，流化物质255可包括水和/或密度在约450kg/m3与约100kg/m3之间的液态CO2。更具体地，流化物质255可与微粒固体碳质燃料254A共同形成微粒固体碳质燃料254A例如介于约25wt%至约95wt%之间，或者在其它情况中介于约25wt%至约60wt%之间的浆料250A。虽然在图2中氧242被示为在被引入燃烧室222之前与燃料254和工作流体236混合，本领域技术人员将体会到，在某些情况下，氧242可被单独地引入燃烧室222，正如所需要的或者期望的。
在某些方面，混合装置250可包括，例如，被布置成在蒸发部件230的端壁223周围的间隔开的注入喷嘴阵列(未示出)，该注入喷嘴阵列与圆柱形燃烧室222的入口部222A相关联。以这种方式将燃料/燃料混合物注入燃烧室222可提供例如较大表面积的注入燃料混合物入口流，这继而可以促进通过辐射将热量快速传递给注入燃料混合物入口流。注入燃料混合物的温度可因此迅速升高到燃料(即，煤颗粒)的燃点温度，并且可因此导致紧凑燃烧。燃料混合物的注入速度可以在例如约10m/sec与约40m/sec之间的范围内，但是这些值可取决于许多因素，诸如特定喷嘴的配置。这样的注入装置可采用许多不同的形式。例如，注入装置可包括直径在例如约0.5mm到约3mm之间的孔阵列，其中所注入的燃料将以约10m/s到约40m/s之间的速度从此通过而被注入。
燃料/燃料混合物经由通常为笔直线形和/或无障碍的通道而直接进入燃烧室222的这种“直接注入”例如可降低磨损、腐蚀和/或微粒聚集，特别是在燃料包括固体组分(即，部分氧化(POX)燃烧器中的煤浆料)的情况下。在一些情况中，尽管在燃烧室222内从直线匀流偏离一次对于燃料/燃料混合物而言可能是有利的。例如，在一些方面，可能有利的是，使燃料/燃料混合物成漩涡状或者以其它方式从直线匀流中断以便例如促进燃料/燃料混合物的混合，从而导致燃烧过程更有效。
在其它方面，混合装置250可以远离燃烧室222或者以其它方式与其分开。例如，在一些方面，混合装置250可以被配置成将混合物200经耐压部件338和蒸发部件230导向至延伸进入燃烧室222的燃烧口设备(burnerdevice)300。燃烧口设备300可被配置成将燃料/燃料混合物以直线型基本均匀的流动引入燃烧室222中，类似于“直接注入”装置。即，燃烧口设备300可被配置成接收来自混合装置250的燃料/燃料混合物并将基本均匀的燃料/燃料混合物直线流动导向到燃烧室222的入口部222A。然而，在一些情况中(即，利用不含固体微粒的燃料)，燃烧口设备300可包括用于导致或以其它方式引发燃料/燃料混合物成漩涡状或当被导引至燃烧室222中时成漩涡状的合适的构造，正如本领域技术人员所应当理解的。即，燃烧口设备300可被配置成在燃料/燃料混合物引入燃烧室222中时形成漩涡或者以其它方式破坏燃料/燃料混合物的直线匀流。。在一些方面，燃烧口设备300可被配置成接收来自混合装置250的燃料/燃料混合物并将该燃料/燃料混合物导向到燃烧室222的入口部222A中，同时促使导入燃烧室222中的燃料/燃料混合物形成漩涡。更具体而言，燃烧口设备300可被配置成在燃料/燃料混合物从中离开进入燃烧室222之后促使该燃料/燃料混合物形成漩涡。
正如在图2中更详细地示出的，燃烧室222由蒸发部件230界定，该蒸发部件可至少部分被耐压部件338包围。在某些情况下，耐压部件338可进一步至少部分地被传热夹套336包围，其中传热夹套336与耐压部件338共同在它们之间界定一个或多个通道337，低压水流可通过该通道337循环。通过挥发机构，循环的水可因此被用于控制和/或保持耐压部件338的选定温度(例如，在约100℃到约250℃范围内)。在某些方面，保温层339可被设置在蒸发部件230与耐压部件338之间。
在某些情况下，蒸发部件230可包括例如外蒸发部件331和内蒸发部件332，自耐压部件338起内蒸发部件332被设置在外蒸发部件331对面，并且界定了燃烧室222。外蒸发部件331可由任意合适的耐高温材料构成，诸如例如钢和钢合金，包括不锈钢和镍合金。在某些情况下，外蒸发部件331可被配置成界定了第一蒸发流体供应通路333A，该第一蒸发流体供应通路333A从外蒸发部件331与保温层339相邻的表面延伸穿过外蒸发部件331到达外蒸发部件331与内蒸发部件332相邻的表面。在某些情况下，该第一蒸发流体供应通路333A可对应于由耐压部件338、传热夹套336和/或保温层339界定的第二蒸发流体供应通路333B。该第一和第二蒸发流体供应通路333A、333B可因此被配置成协同引导蒸发流体210从此穿过到达内蒸发部件332。在某些情况下，正如例如在图1中所示出的，蒸发流体210可包括工作流体236，并可从与其相关联的相同的源获得。如果需要，该第一和第二蒸发流体供应通路333A、333B可以是保温的，以便以足够的供给量和以足够的压力输送蒸发流体210(即CO2)，使得蒸发流体210被引导穿过内蒸发部件332，进入燃烧室222。如在此公开的，这种涉及蒸发部件230和相关的蒸发流体210的措施，可允许燃烧器设备220在相对高的压力和相对高的温度下操作，如本文其它部分所公开的。
在这点上，内蒸发部件332可由例如下述构成：多孔陶瓷材料、穿孔材料、层压材料、由二维随机定向以及第三维规则排列的纤维构成的多孔衬垫，或者任意其它的合适材料或其组合，其展示出本文所公开的需要的特征，即，多个流通通路或小孔，或其它合适的开口335，用于接收和引导蒸发流体穿过内蒸发部件332。多孔陶瓷和合适用于这种蒸发冷却系统的其它材料的非限制性示例包括氧化铝、氧化锆、相变增韧的锆(transformation-toughenedzirconium)、铜、钼、钨、渗铜的钨(copper-infiltratedtungsten)、涂钨钼、涂钨铜、各种高温镍合金，以及包裹或涂覆铼的材料。合适的材料来源包括例如CoorsTek,Inc.，(Golden,CO)(锆)；UltraMetAdvancedMaterialsSolutions(Pacoima、CA)(难熔金属涂层)；OrsamSylvania(Danvers,MA)(钨/铜)；以及MarkeTechInternational,Inc.(PortTownsend,WA)(钨)。合适用于这种蒸发冷却系统的穿孔材料的示例包括以上所有材料和供应商(在此可通过例如对初始未穿孔的结构使用本制造领域内已知的方法进行穿孔，以获得穿孔的端部结构)。合适的层压材料的示例包括以上所有材料和供应商(此处可通过例如以使用本制造领域内已知的方法获得期望的端部多孔性这样的方式对非多孔或部分多孔的结构进行层压获得层压端部结构)。
在仍进一步的方面，内蒸发部件332可从入口部222A延伸至蒸发部件230的出口部222B。在一些情况中，内蒸发部件332的穿孔/多孔结构可从入口部222A基本完全(轴向)延伸至出口部222B，使得蒸发流体210基本上被导入燃烧室222的完整长度。即，基本上内蒸发部件332的整体可被配置有穿孔/多孔结构，使得基本上整个长度的燃烧室222被蒸发冷却。更具体而言，在一些方面，累积的穿孔/孔面积可基本上等于内蒸发部件332的表面积。即，孔面积与总体壁面积之比(%孔隙率)可处于例如50%的级数。仍在其它方面，穿孔/孔可以合适的密度间隔开，以便实现从内蒸发部件332进入燃烧室222中的蒸发物质的基本均匀分布(即，无“死角”，其中没有蒸发物质210的流动或存在)。在一个实例中，内蒸发部件332以250×250/in2的级数包含穿孔/孔阵列，以便提供约62,500孔/in2，且这些穿孔/孔间隔约0.004英寸(约0.1mm)。然而，本领域技术人员将理解，孔阵列的构造视情况而定是可变的，以便适于其它系统构造参数或者实现期望的结果，诸如例如，横跨蒸发部件230的期望的压降对流速。在进一步的实例中，孔阵列的尺寸可从约10×10/in2至约10,000×10,000/in2之间变化，且孔隙率百分比在约10%至约80%之间变化。
图3A和图3B说明了在燃烧器设备220的一方面，界定燃烧室222的结构可通过在蒸发部件230和包围结构(诸如耐压部件338或者布置在蒸发部件230和耐压部件338之间的保温层339)之间的“热”干涉配合(interferencefit)形成。例如，当相对较“冷”时，可使蒸发部件230维度在相对于周围的耐压部件338的径向和/或轴向方向上较小。同样地，当被插入耐压部件338中时，在其之间可能出现径向和/或轴向空隙(见，例如图3A)。当然，这样的尺度差异可便于将蒸发部件230插入耐压部件338中。但是，例如，当向着操作温度加热时，蒸发部件230可被配置成径向和/或轴向扩展，以减少或者消除可注意到的空隙(见例如图3B)。这样，干涉轴向和/或径向配合可在蒸发部件230和耐压部件338之间形成。在涉及具有外蒸发部件331和内蒸发部件332的蒸发部件230的示例中，这样的干涉配合可将内蒸发部件332置于压缩状态下。这样，合适的耐高温的易碎材料，诸如多孔陶瓷，可被用于形成内蒸发部件332。
对于这样配置的内蒸发部件332，蒸发物质210可包括，例如，二氧化碳(即，来自和工作流体236相同的源)，其被引导穿过内蒸发部件332使得该蒸发物质210形成缓冲层231(即，“蒸汽壁”)，在燃烧室222中该缓冲层与内蒸发部件332直接相邻，其中缓冲层231可被配置成缓冲在内蒸发部件332和液化的不易燃成分以及与燃烧产物相关的热量之间的相互作用。也就是说，在某些情况下，蒸发流体210可例如至少在燃烧室222内的压力下，被运送穿过内蒸发部件332，其中蒸发流体210(即，CO2流)进入燃烧室222的流速足以用于使蒸发流体210与燃烧产物混合并使燃烧产物冷却，以在满足后续下游处理的入口要求的足够温度(即，涡轮机可能需要例如约1225℃的入口温度)下形成出口流体混合物，但是其中，出口流体混合物保持足够高的温度，以将燃料中的炉渣滴或其它污染物维持在流体或液体状态。燃料的不易燃成分的液体状态例如可促进这样的污染物以液体形式，优选地以自由流动、低粘度的形式，从燃烧产物中分离出来，这将可能降低对实施这类操作的任意去除系统的阻塞或其它方式的损坏。实践中，这样的要求可取决于各种因素，诸如所采用的固体碳质燃料(即，煤)的类型以及在燃烧过程中形成的炉渣的具体特征。也就是说，在燃料室222内的燃烧温度优选地使得在该碳质燃料中的任何不易燃成分在燃烧产物中被液化。
在特定的方面，多孔的内蒸发部件332因此被配置成引导蒸发流体以径向向内的方式进入燃烧室222，以便在界定燃烧室222的内蒸发部件332的表面周围形成流体屏障壁(barrierwall)或者缓冲层231(例如见图2)。在一个特定方面，多孔内蒸发部件332因此被配置成将蒸发流体导入燃烧室222中，使得蒸发物质210相对于内蒸发部件332的内表面基本上以直角(90°)进入燃烧室222中。蒸发物质210相对于内蒸发部件332基本上以直角引入可促进或以其它方式增强将炉渣液体或固体滴或其它污染物或者热燃烧流体旋涡引导着远离内蒸发部件332内表面的作用，以及其它优势。降低、最小化或以其它方式阻止炉渣液体或固体滴与内蒸发部件332之间的接触例如可防止这些污染物聚结成更大的滴或块，这已知可在滴/颗粒与固态壁之间接触之后发生，而且这可引起对内蒸发部件332损害。蒸发物质210相对于内蒸发部件332基本上以直角引入因此可促进或者以其它方式加强阻止燃烧流体旋涡在接近内蒸发部件332时形成，其具有足够的速度或动量冲击内在蒸发部件332对潜在对其造成损害。
如前面所公开的，在其它情况中，在燃料/燃料混合物被导入燃烧室222之后，在该燃料/燃料混合物中引发漩涡或者以其它发生中断直线匀流可能是有利的。通过实施这种流动中断，在燃料/燃料混合物已被输送到燃烧室222中之后，与喷嘴或其它燃烧口设备或者输送设备(其用于在将燃料/燃料混合物输送到燃烧室222中之前引发这种流动中断)相关的缺陷可被避免或最小化。然而，本领域技术人员应理解，在一些情况中，当与提供燃料/燃料混合物预引入流动中断的这种燃料/燃料混合物输送装置相结合时，燃料/燃料混合物的这种后引入有时可能是必要的和/或期望的。
同样，在本发明的一些方面，至少内蒸发部件332可被配置成将蒸发流体210基本均匀地引导经过其中而到达燃烧室222，使得蒸发流体210被引导着在燃烧室的周边221(例如，见图2A)周围螺旋状(例如，见图2E)并纵向介于入口部222A与出口部222B之间流动，从而在内蒸发部件332表面周围形成流体屏障壁或缓冲层231，以缓冲蒸发部件332与燃烧产物和/或燃料混合物之间的相互作用。更具体而言，在一些方面，至少内蒸发部件332被配置成将蒸发流体210引导经过其中并进入燃烧室222中，该蒸发流体基本均匀地围绕燃烧室的周边221并纵向介于入口部222A与出口部222B之间，使得蒸发流体210被引导着基本上正切于内蒸发部件332的周边221并在其周围螺旋状(即，螺旋式或线圈形)流动，如例如在图2A和2E中所示。例如，由内蒸发部件332界定的穿孔/孔335在其外表面与内表面之间延伸时可以是弓形的或者成角度的(例如，见图2A)，从而引导着蒸发流体210基本上正切于或以其它方式沿着燃烧室222的周边221从中流动。
在另一实例中，沿着内蒸发部件332的纵向板的孔可被熔合或闭合，以促进蒸发流体210基本正切于燃烧室222的周边221或者以其它方式沿着燃烧室222的周边221从中流动(例如，见图2C)。在其它情况中，除了熔合内蒸发部件332的纵向板或者取代之，对于内蒸发部件332可设置/插入防护结构224(即，金属或陶瓷防护装置)，例如如图2C所示，以便遮住特定的多孔壁表面从而防止经过其中的径向流动，而不会遮挡促进基本正切于燃烧室222的周边221或者以其它方式沿着燃烧室222的周边221的蒸发流体210流动的表面(例如，见图2C和2D)。尽管结构224或熔合过程可被配置成引导蒸发流体基本正切于燃烧室222的周边221或者以其它方式沿着燃烧室222的周边221，但是一旦其流动与纵向燃烧流相互作用，则矢量和的流动将变成基本螺旋状的。然而，本领域技术人员应理解，存在很多其它方式来配置内蒸发部件332，以实现蒸发流体基本正切于燃烧室222的周边221或者以其它方式沿着燃烧室222的周边221的流动。
在又一实施方式中，穿孔/孔335可被配置成在引导经过其的蒸发流体上赋予科恩达效应(例如，见图2F)，以便引导流经其中的蒸发流体210基本正切于或者以其它方式沿着燃烧室222的周边221。在这些情况中，燃料/燃料混合物和/或燃烧产物从入口部222A向出口部222B的流动可使蒸发流体210的流动同样被纵向引导至出口部222B，从而实现蒸发流体210沿着燃烧室222的螺旋状或漩涡流动。在这些情况中，由内蒸发部件332界定的孔/穿孔335可基本垂直于燃烧室222的纵轴而延伸穿过内蒸发部件，例如如在图2中所示。然而，在其它情况中，孔/穿孔335可朝向出口部222B成一定角度(例如，见图2B)，以促进蒸发流体210的螺旋状/盘旋流动，和/或促进与燃料混合物/燃烧产物的混合，或者孔/穿孔335可朝向入口部222A成一定角度(未显示)，以便以其它方式影响蒸发流体210与燃料混合物和/或燃烧产物之间的相互作用(即，促进混合或控制燃烧速度)。因此，在一些情况中，在燃烧过程期间，这种对沿着燃烧室222的燃料混合物/燃烧产物流动的操作可在燃烧特征和/或动力学方面提供期望的效果，或在燃烧特征和/或动力学控制方面提供期望的效果，而不存在以其它方式影响进入燃烧室222中的燃料/燃料混合物的基本直线均匀流动的物理设备。这样的设置，即缺乏用于影响燃料混合物/燃烧产物流动的物理设备，另外例如在消除燃料混合物和/或燃烧产物中所含微粒的积聚场所方面可能是有利的，这是本领域技术人员应理解的。
在如此操作燃料混合物/燃烧产物的流动以便赋予或以其它方式引发其燃烧室222内形成漩涡方面，燃烧口设备300和/或蒸发部件230可以不同的布置来配置。例如，一方面，燃烧口设备300可被配置成接收来自混合装置250的燃料/燃料混合物并将该燃料/燃料混合物导入燃烧室222的入口部222A，其流动方向通常与蒸发流体210的螺旋状流动相反。另一方面，燃烧口设备300可被配置成接收来自混合装置250的燃料/燃料混合物并将该燃料/燃料混合物导入燃烧室222的入口部222A，其方向与蒸发流体210的方向一致(即，与其方向相同)。在又一方面，燃烧口设备300可被配置成接收来自混合装置250的燃料/燃料混合物并将基本均匀的燃料/燃料混合物的直线流导入燃烧室222的入口部222A，其中蒸发流体的螺旋状流动被配置成引发燃烧室222内的燃料/燃料混合物和/或燃烧产物的漩涡。
每种这样的布置可具有不同的目的和/或作用。例如，在与蒸发流体210的螺旋状流动相反的方向导入燃料/燃料混合物的流动可能会由于两种相反流之间的摩擦而减慢或者终止燃料/燃料混合物中已引发的漩涡。同样，燃料/燃料混合物的燃烧可能也被减慢。相反地，如果以与蒸发流体210的螺旋状流动相同的方向导入燃料/燃料混合物，则可增强燃料/燃料混合物和/或燃烧产物的漩涡，这可能会减少基本完全燃烧/燃料混合物所需的时间，或者另外增加在该过程中所燃烧的燃料/燃料混合物的比例(即，增加燃料的燃尽比例)。以基本均匀的直线流导入燃料/燃料混合物可能是有利地，例如，如前面所公开的，当燃料/燃料混合物包含固体或其它微粒时，这是因为这种流动是机械设备不能阻止的，而且，其中所期望的燃料/燃料混合物的漩涡则能通过蒸发流体210的螺旋状流动来引发，从而增强其燃烧。
因此，在一些方面，这些作用可被结合起来，以便增强燃烧器设备220的效率。例如，如图2E所示，燃烧室222可包括朝向入口部222A设置的燃烧部分244A和朝向出口部222B设置的燃烧后部分244B，其中可对蒸发部件230进行配置，使得蒸发流体210经燃烧后部分244B的螺旋状流动与蒸发流体210经燃烧部分244A的螺旋状流动相反，以便相对于燃烧部分244A中已引发的燃料/燃料混合物漩涡逆转后燃烧部分244B中已引发的燃烧产物漩涡。在这些情况中，燃料/燃料混合物可被引入燃烧室222的燃烧部分244A中，其方向与蒸发流体的螺旋状流动相同，以便增强其燃烧，如前面所讨论的。逆转后燃烧部分244B中的蒸发流体210的螺旋状流动的方向，例如可通过增加局部剪切并由此增加燃烧产物的混合而在燃烧产物中实现“反向漩涡(counter-swirl)”。这样操作时，燃烧产物可被更迅速完全地从出口部出口部222B混合进入出口流动流中，从而提供了来自燃烧器设备220的更均匀的出口流动流。
在进一步的方面，可配置蒸发部件230，使得蒸发流体210的螺旋状流动沿着其至少一部分交替地逆转，从而交替地逆转在入口部222A与出口部222B之间已引发的燃料/燃料混合物和/或燃烧产物的漩涡。蒸发流体210的反向螺旋状流动的这种交替部分例如可增加局部湍流并因此增加燃料/燃料混合物和/或燃烧产物的混合。在一些情况中，例如，为了增加这种局部湍流以引发燃烧室222内或经过其的燃烧动态学、动力学和/或流动路径方面的其它变化，蒸发部件230还可包括至少一个延伸经过其的蒸发端口246(例如，见图2G)，其中该至少一个蒸发端口246可被配置成将蒸发流体210的补充直线流导入燃料/燃料混合物和/或燃烧产物中，以便可能影响其流动特征以及燃烧动态学和动力学。在一些方面，经引导经过至少一个横向延伸蒸发端口246的合适配置的蒸发流体射流可足以使燃烧室222内的流动分叉，或者以其它方式使该“流动”在蒸发流体的射流周围“掺和”，由此使得该流动可沿燃烧室和222的长度成形。在使用超过一个蒸发端口246的情况中，该蒸发端口246相对于燃烧室222而言可以一定角度和/或纵向地间隔开来，以便例如将更高温度的燃烧区域移动至燃烧室222内的其它区段(即，防止燃烧室222中某些区段的局部加热或过热)，或者引发局部不同温度的不同燃烧区域之间的混合。
在一些情况中，可单独或者组合地配置外蒸发部件331、耐压部件338、传热夹套336和/或保温层339，以便在将蒸发物质/流体210输送至内蒸发部件332以及经其输送以及输送到燃烧室222等方面提供“多重”效应(即，提供基本均匀分布的供应)。即，通过配置外蒸发部件331、耐压部件338、传热夹套336和/或保温层339以提供蒸发物质210到内蒸发部件332的均匀供应，可实现进入燃烧室222中的蒸发物质210的基本均匀的供应(在流速、压力或者任何其它合适的量度方面)，或者可具体定制内蒸发部件332外表面周围的蒸发物质210的供应，并对其进行配置，使得可实现蒸发物质210在燃烧室222内部、在其周围或者沿其的基本均匀分布。进入燃烧室222中的这种基本均匀的蒸发物质210的分布和供应可最小化或者防止热燃烧流体旋涡的形成，因为这种热燃烧流体旋涡可以通过不均匀蒸发流体流动与燃烧流体流动之间的相互作用以其它方式形成，并且这种旋涡进而可能撞击并潜在损害内蒸发部件332。在一些方面，蒸发物质210在燃烧室222内的均匀分布至少在局部方式上或者在理论上是期望的。即，经过沿燃烧室222的相当大的距离，蒸发物质/流体210流动的均匀性可以是可变的，但是对于这种流动而言，平稳地变化以防止流动曲线中的不连续性(其可有助于形成潜在损害性旋涡)可能是期望的和/或必要的。
内蒸发部件332的表面也通过燃烧产物来加热。这样，多孔内蒸发部件332可能配置成具有合适导热性，使得经过内蒸发部件332的蒸发流体210被加热，而多孔内蒸发部件332同时被冷却，导致界定燃烧室222的内蒸发部件332表面的温度在最高燃烧温度的区域中介于例如约200℃至约700℃(而且在一些情况中，高达约1000℃)。通过蒸发流体210与内蒸发部件332联合形成的流体屏障壁或缓冲层231因此缓冲内蒸发部件332与高温燃烧产物和炉渣或其它污染物颗粒之间的相互作用，并且同样减轻内蒸发部件332的接触、结垢或其它损害。此外，蒸发流体210经内蒸发部件332以此种方式被引入燃烧室222中，以便将蒸发流体210和燃烧室222出口部222B周围的燃烧产物的出口混合物调节为约400℃至约3500℃之间的温度。
本领域技术人员应理解，提及蒸发流体210和燃烧室222出口部222B周围的燃烧产物的出口混合物的温度处于约400℃至约3500℃之间的温度，并非一定表示该出口混合物的温度在燃烧室222的出口部222B的出口处达到峰值。实践中，燃烧器温度总是在沿着该燃烧器长度(燃烧室222的入口部222A与出口部222B之间)的某处达到高得多的温度，例如，如在图1A中示意性图解的(其中，相对温度沿y-轴绘制，在入口部与出口部之间沿燃烧室的相对位置沿x-轴绘制)。一般而言，可期望达到足够高的温度，以便足够迅速地完成燃烧室222中的燃烧过程，使得反应在出口混合物离开燃烧室222之前完成。在燃烧室222内达到峰值温度之后，出口混合物的温度在一些情况中由于来自蒸发物质/流体210的吸收可能下降。
依据某些方面，正如本文所公开的合适在燃烧器设备220中应用的蒸发流体210可包括任何合适流体，其能够以足够量和压力的流动被供应经过内蒸发部件332，以形成流体屏障壁/缓冲层231，并能够稀释燃烧产物以产生合适的工作流体/燃烧产物出口流的最终出口温度。在某些方面，CO2可以是合适的蒸发流体210，因为由此形成的流体屏障壁/缓冲层可显示出良好的绝热性质和可期望的可见光和UV光吸收性质。如果被应用，CO2被用作超临界流体。合适的蒸发流体的其它示例包括例如H2O或从下游处理再循环的经冷却的燃烧产物气体。一些燃料可在燃烧器设备启动过程中被用作蒸发流体，以在注入操作过程中使用的燃料源之前，在燃烧室222中获得例如合适操作温度和压力。一些燃料还可被用作蒸发流体以在燃料源之间的转换过程中(诸如，当从煤转换到生物质作为燃料源时)调整或维持燃烧器设备220的操作温度和压力。在某些方面，可使用两种或更多种蒸发流体。在蒸发流体210形成流体屏障壁/缓冲层231的情况中，可针对燃烧室222的温度和压力条件优化蒸发流体210。
本申请的各方面因此提供了通过应用高效燃料燃烧器设备220和相关联的工作流体236产生动力(诸如电力)的设备和方法。工作流体236与合适燃料254和氧化剂242，以及也可用于有效燃烧的任意相关材料一起被引入燃烧器设备220。在特定的方面，实施被配置成在相对高的温度(例如，在约1300℃到约5000℃之间的范围内)操作的燃烧器设备220时，工作流体236可促进对离开燃烧器设备220的流体流的温度的调整，使得流体流可被用于从中提取能量，实现动力产生的目的。
在某些方面，可在动力发生系统中使用主要包含CO2和/或H2O的循环工作流体236来操作蒸发冷却燃烧器设备220。在一个特定的方面，进入燃烧器设备220的工作流体236优选地基本上仅包括CO2。在于氧化条件下操作的燃烧器设备220中，CO2工作流体236可混合燃料254、氧化剂242以及燃料燃烧过程的任意产物中的一种或更多种组分。因此，正如图1所示，被导向燃烧器设备220的出口部222B并离开燃烧器设备220的工作流体236(在此也可被称为出口流体流)可包括占主要部分的CO2(在工作流体主要为CO2的情况下)，以及较小量的其它材料，诸如H2O、O2、N2、氩、SO2、SO3、NO、NO2、HCL、Hg和可能是燃烧过程的产物的其它成分的痕量(例如，颗粒或污染物，诸如灰分或者液化灰分)。见图1中的要素150。在还原条件下燃烧器设备220的操作可导致出口流体流具有不同的可能成分列表，包括CO2、H2O、H2、CO、NH3、H2S、COS、HCL、N2，和氩，如在图1中要素175所示出的。正如在此进一步详细讨论的，与燃烧器设备220相关联的燃烧过程可受到控制，使得出口流体流的属性可以是还原的或者氧化的，其中每种情况可提供特定的优点。
在特定的方面，燃烧器设备220可被配置成高效、蒸发冷却的燃烧器设备，其能够在相对高的操作温度下(例如，在约1300℃到约5000℃之间的范围内)提供对燃料254相对完全的燃烧。在某些情况下，这样的燃烧器设备220可应用一种或者更多种的冷却流体，和/或一种或更多种蒸发流体210。与蒸发设备220相关联，也可应用额外的部件。例如，可提供空气分离单元，用于分离N2和O2，并且可提供燃料注入装置，用于从空气分离单元接收O2，并将O2与CO2和/或H2O，以及包括气体、液体、超临界流体，或者在高密度CO2流体中浆料化的固体微粒燃料的燃料流合并。
在另一方面，蒸发冷却燃烧器设备220可包括燃料注入器，用于将加压的燃料流注入燃烧器设备220的燃烧室222，其中该燃料流可包括经处理的碳质燃料254、流化介质255(其可包括工作流体236，正如在此所讨论的)和氧242。(富)氧242和CO2工作流体236可被组合成匀相的超临界混合物。存在的氧含量可足以燃烧燃料并产生具有期望组成的燃烧产物。燃烧器设备220还可包括被配置为高压、高温燃烧容积的燃烧室222，用于接收燃料流，以及穿过界定燃烧室222的多孔蒸发部件230的壁进入该燃烧体积的蒸发流体210。蒸发流体210的进料速度可被用于将燃烧器设备出口部/涡轮机入口部温度控制到期望的值和/或将蒸发部件230冷却到可与形成蒸发部件230的材料相合适的温度。被引导穿过蒸发部件230的蒸发流体210在界定燃烧室222的蒸发部件230的表面上提供了流体/缓冲层，其中流体/缓冲层可防止来自某些燃料燃烧的灰分颗粒或者液体炉渣与蒸发部件230的暴露出来的壁相互作用。
高效燃烧器设备的方面还可被配置成使用各种燃料源进行操作，这些燃料源包括例如各种等级和类型的煤、木材、油、燃油、天然气、基于煤的燃气、来自焦油砂的焦油、沥青、生物燃油、生物质、藻类(algae)，以及分级易燃固体垃圾废料。尤其可使用煤粉或颗粒固体。虽然在此公开了示范性的燃煤燃烧器设备220，但是本领域技术人员将体会到在燃烧器设备220中使用的燃料并不限于具体的煤的等级。此外，由于在此公开的氧燃料型燃烧器设备维持了高压和高温，因此可实施很多种燃料类型，包括煤、沥青(包括从焦油砂衍生出的沥青)、焦油、柏油(asphalt)、旧轮胎、燃油、柴油、汽油、喷气燃料(JP-5、JP-4)、天然气、由碳氢物质的汽化或高温分解衍生的气体、乙醇、固体和液体生物燃料、生物质、藻类，以及经处理的固体垃圾或废料。所有这样的燃料被适当地处理以允许以充足的速率和以高于燃烧室222内压力的压力下注入燃烧室222。这样的燃料在环境温度或提高的温度下(例如，在约38℃到约425℃之间)可以呈液态、浆状、凝胶状，或具有合适流动性和粘性的糊状形式。任意固体燃料材料被粉碎或破碎，或以其它方式处理以视情况而言减小颗粒尺寸。如果需要，可添加流化或浆化介质以获得合适的形式并满足高压抽吸的流动需求。当然，依据燃料的形式(即，液体或气体)可能不需要流化介质。同样地，在某些方面，循环的工作流体可用作流化介质。
在一些方面，燃烧室222被配置成维持在约1300℃到约5000℃之间的燃烧温度。燃烧室222可进一步被配置成使得燃料流(以及工作流体236)在比燃烧产生的压力更高的压力下被喷注或以其它方式被引导进入燃料室222。在煤微粒为碳质燃料的情况中，煤颗粒可在超临界CO2流体或水中浆化，这通过混合液体CO2或者水与粉碎的固体燃油形成可抽吸的浆料来形成。在这种情况下，液体CO2可具有例如约450kg/m3到约100kg/m3范围内的密度，并且固体燃料的质量分数可以在约25%到约95%的范围内(例如，约25%到约55%的范围内)。任选地，一定量的O2可与煤/CO2浆料混合，足以燃烧煤以产生期望的燃烧产物组成。任选地，O2可被单独地注入燃烧室222。燃烧器设备220可包括耐压部件338，其至少部分地包围界定燃烧室230的蒸发部件230，其中保温部件339可被布置在耐压部件338和蒸发部件230之间。在一些情况下，除热装置350，诸如界定水循环夹套337的夹套式水冷却系统，可与耐压部件338接合(即，在耐压部件338外部形成燃烧器设备220的“壳”)。结合燃烧器设备220的蒸发部件230使用的蒸发流体210可以是例如与较少量的H2O和/或诸如N2或氩的惰性气体混合的CO2。蒸发部件230可包括例如多孔材料、陶瓷、复合机质、层状歧管(layeredmanifold)，任意其它合适的结构，或者其组合。在一些方面，在燃烧室222内的燃烧可产生高压、高温出口流体流，其随后可被引导到与其相关的动力产生设备诸如涡轮机，用于膨胀。
关于在图1中说明的设备方面，燃烧器设备220可被配置成在约355巴的压力下接收氧242。而且，颗粒状固体燃料(例如粉煤)254，以及流化流体(例如，液体CO2)255也可在约355巴的压力下被接收。类似地，工作流体(例如，加热的、高压、可能再循环的CO2流体)236可在约355巴的压力以及约835℃的温度下被提供。然而，依据本申请的方面，燃料混合物(燃料、流化流体、氧和工作流体)可在约40巴到约500巴之间的压力下在燃烧室222的入口部222A处被接收。正如在此公开的，通过燃烧器设备220的各方面实施的相对高的压力可起到将由其产生的能量浓缩成处于最小化体积的相对高密度的作用，这基本上导致了相对高的能量密度。相对高的能量密度允许对该能量的下游处理以比在较低压力下更高效的方式执行，并且因此提供了技术上的可用因素。本申请的方面可因此提供了比现有动力工厂设备更大数量级的能量密度(即，10-100倍)。较高的能量密度提高了处理效率，同时通过降低装备的尺寸和质量因此降低装备的成本，也减少了实现从热能到电能的能量变换所需的设备成本。
当实施时，CO2流化流体255(其在CO2三相点压力和CO2临界压力之间的任意压力下为液态)与粉煤燃料254相混合，形成比例按质量计约55%的CO2和约45%粉煤或者其它质量分数的混合物，使得所得到的浆料可通过合适的泵(作为流体浆料)在约355巴的所述压力下被抽吸到燃烧室222。在一些方面，CO2和粉煤可在抽吸之前在约13巴的压力被混合。O2流242与再循环CO2工作流体流236混合，且该混合物然后与粉煤/CO2浆料混合，形成单流体混合物。可将O2与煤的比例选择成足以使煤用额外1%的过量O2完全燃烧。另一方面，可对O2量进行选择以便允许煤的一部分基本上完全氧化，而另一部分仅部分氧化，导致还原的流体混合物并且其包括一些H2+CO+CH4。以这样的方式，可根据需要或期望，实现燃烧产物的两阶段膨胀，利用一些O2注入并在第一和第二阶段之间再加热。此外，因为燃料(煤)在第一阶段(即，温度在约400℃至约1000℃之间的第一燃烧室)仅被部分氧化,因此离开第一阶段的碳质燃料中的任何不易燃成分作为燃烧产物中的固体颗粒形成。通过例如旋涡和/或烛形滤器将这些固体颗粒过滤之后，碳质燃料则可在第二阶段(即，第二燃烧室)被基本完全氧化，从而产生在约1300℃至约3500℃之间的最终燃烧产物温度。
在进一步的方面，经由燃料混合物在燃烧室222中存在的CO2的量被选择成足以实现燃烧温度(隔热或以其它方式)约在2400℃，尽管燃烧温度也可在约1300℃到约5000℃之间的范围内。在一方面，提供O2+煤浆+加热的再循环CO2的燃料混合物，其所得到的温度低于燃料混合物的自动点火温度。为了获得所指定的条件，通过例如在煤磨机中将固体煤磨碎，固体碳质燃料(例如，煤)优选地以在约50微米到约200微米之间的平均颗粒尺寸提供。这样的磨碎过程可在配置成提供最小质量分数的约50微米以下的颗粒的磨机中执行。以这种方式，其中在燃烧处理中被液化成液体炉渣滴的任意不易燃的成分，其直径可以大于约10微米。在某些方面，包括CO2+O2+粉煤浆料的燃料混合物可在约400℃的温度下以约355巴的压力被引导进入燃烧室222，其中在燃烧室222内燃烧时净压力可为约354巴。该燃烧室222内的温度可在从约1300℃到约5000℃之间的范围内，并且在一些优选的方面，仅执行一个燃烧阶段。
在燃烧器设备220的一个示例中，正如本文所公开的，500MW纯电力系统可被配置成使用CH4燃料以约58%的效率(较低的加热值基准)在以下条件下工作：
燃烧压力：350atm；
燃料输入：862MW；
燃料流：17.2kg/秒；
氧气流：69.5kg/秒；
CH4和O2可与155kg/秒的CO2工作流体混合并燃烧以在2400℃的绝热温度下产生包括CO2、H2O和一些过量O2的出口流体流。燃烧室可具有约1m的内径和约5m的长度。395kg/秒的CO2流以约600℃的温度被引导向约2.5cm厚的蒸发部件，并且被引导穿过该蒸发部件。这些CO2由通过蒸发部件传导的热量以对流的方式被加热，该热量源于燃烧室内的燃烧辐射到蒸发部件。
在其界定燃烧室的内表面周围，蒸发部件表面温度可为约1000℃，而636.7kg/秒的出口流体流可处于约1350℃的温度下。在这些情况下，燃烧和稀释燃烧产物的平均停留时间为约1.25秒。而且，通过蒸发部件进入燃烧室的蒸发流体平均径向向内速率为大致0.15m/s。
对燃煤燃烧器设备的示例进行修改，导致在燃烧室中用于燃烧和对燃烧产物进行稀释的平均停留时间为约2.0秒的配置，并且燃烧室长度约8m，内径约1m。使用CO2作为稀释(蒸发)流体的系统的净效率因此约54%(较低加热值基准)。在这样的情况下，蒸发流体径向向内速率可为约0.07m/s。在这样的条件下，图5示出了以约50m/s的速度从距蒸发部件1mm的距离处径向向外投射向蒸发部件的直径为50微米的液体炉渣颗粒的示意性轨迹。正如所示出的，在由经过蒸发部件的蒸发流体流动携带返回出口流体流之前，颗粒将达到距蒸发部件最小0.19mm。在某些情况下，蒸发流体流经蒸发部件，有效缓冲了蒸发部件和由燃烧处理产生的液体炉渣颗粒之间的相互作用。
正如本领域技术人员所能体会到的，所公开的燃烧器设备的各方面可使用合适方法实现成合适的动力产生系统。例如，这样的动力产生系统可包括一个或更多个注入器，用于提供燃料(并视情况提供流态化介质)、氧化剂，和CO2工作流体；正如本文所公开的，蒸发冷却燃烧器设备具有至少一个用于燃烧燃料混合物的燃烧阶段，并提供了出口流体流。变换设备(见，例如，图6中的元件500)可被配置成接收出口流体流(燃烧产物和工作流体)，并响应于出口流体流将与其相关的能量转换成动能，其中转换设备可以是例如具有入口和出口的动力产生涡轮机，并且其中由于出口流体流膨胀而产生动力。更特定地，涡轮机可被配置成在入口与出口之间将出口流体流维持成期望的压力比。还可提供动力产生装置(见，例如，在图6中的元件550)以将涡轮机的动能变换成电能。也就是说，出口流体流可由高压膨胀到低压，以产生轴动力，然后该轴动力能够转变成电力。可提供热交换器，用于冷却来自涡轮机出口的出口流体流，和用于加热进入燃烧器设备的CO2工作流体。还可被提供一个或更多个装置，用于将离开热交换器的出口流体流分离成纯CO2，以及一种或更多种其它组分，用于回收或丢弃。这样的系统还可包括一个或更多个装置，这些装置用于压缩经提纯的CO2，并用于将从出口流体流分离的CO2的至少一部分运送进入加压管道，同时剩余部分作为通过热交换器加热的工作流体被回收。但是，本领域技术人员将体会到，虽然本申请涉及对出口流体流的直接应用，但是在某些情况下，也可间接地应用相对高温的出口流体流。也就是说，出口流体流可被引导到热交换器，其中与出口流体流关联的热能被用于加热第二工作流体流，且然后将经加热的第二流体工作束引导到变换装置(例如，涡轮机)以生成动力。而且，本领域技术人员将体会到许多其它这样的装置也可落入本申请的范围内。
在本申请的特定的方面，碳质燃料的组分使得在其内可包括不可燃成分(即，污染物)，并保持存在于燃烧处理后的燃烧产物/出口流体流中。在碳质燃料为例如煤的固体的情况下可以这样做。在那些方面，如果出口流体流被直接引导到转换设备，对出口流体流的直接应用可导致这样的不易燃的成分堵塞，或其它的对随后的变换设备(涡轮机)的损坏。本领域技术人员还将能够体会到，当应用诸如液体或气体(即，天然气)的其它形式的碳质燃料时，这样的不易燃成分可能不需要存在。因此，在实现固体碳质燃料源和在出口流体流与转换设备之间的直接相互作用的各方面，动力系统(燃烧器设备和变换设备)可进一步包括被布置在燃烧器设备和变换设备之间的分离设备。在某些情况下，分离设备可被配置成在燃烧产物/出口流体流被引导到变换设备之前，从燃烧产物/由此接收的出口流体流中基本上去除液化的不易燃成分。此外，在实现分离设备的各方面，所公开的蒸发物质可被引入分离设备的上游或者下游。更特定地，蒸发物质可被首先引入燃烧室，经由蒸发部件和分离设备上游，以便将蒸发物质以及进入分离设备的燃烧产物的混合物调节到不易燃成分的液化温度以上。在分离设备之后，蒸发物质运送装置(见例如，图6中的元件475)可被配置成将蒸发物质运送到离开分离设备的燃烧产物中，并将液化的不易燃成分从燃烧产物中基本上清除，以便将蒸发物质和进入变换设备的燃烧产物的混合物调节在约400℃到约3500℃之间的温度。
正如前面所述，燃烧器设备的各方面可包括能够实现燃烧温度的能力，该燃烧温度导致在固体碳质燃料中的不易燃成分在燃烧处理过程中被液化。在这样的情况下，可使用用于去除液化的不易燃成分的装置，例如，在图4中示出的诸如气旋分离器的分离设备340。通常，通过本申请实现的这样的气旋分离器的各方面可包括多个串行布置的离心分离器装置100，包括被配置成接收燃烧产物/出口流体流和与其相关联的液化不易燃成分的入口离心分离器装置100A，和被配置成排出燃烧产物/出口流体流的出口离心分离器装置100B，该出口流体流的液化的不易燃的成分被基本从中去除。每个离心分离器装置100包括多个离心分离器元件或旋流器(cyclone)1，其并行地可操作地布置在中心收集管2附近，其中每个离心分离器元件/旋流器2被配置成从燃烧产物/出口流体流中去除液化的不易燃成分的至少一部分，并将所去除的液化不易燃成分的部分引导到积垢器20。这样的分离设备340可被配置成以被提高的压力进行操作，并且诸如可进一步包括被配置成容纳离心分离器装置和积垢器的耐压外壳125。依据这样的方面，耐压外壳125可以是还包围燃烧器设备220的耐压部件338的延伸部，或者耐压外壳125可以是能够接合与燃烧器装置220相关联的耐压部件338的分离部件。在任一种情况下，由于分离设备340经由出口流体流经历的被提高的温度，耐压外壳125还可包括散热系统，诸如具有在其中循环的液体(未示出)的传热夹套，可操作地与其接合用于从其上去除热量。在某些方面，热量回收装置(未示出)可操作地与传热夹套接合，其中热量回收装置可被配置成接收在传热夹套中循环的液体并从该液体中回收热能。
更特定地，在图4中示出的(炉渣去除)分离设备340被配置成关于出口部222B与燃烧器设备220串行部署，用于从其中接收出口流体流/燃烧产物。来自燃烧器设备220的蒸发冷却出口流体流，其中具有液体炉渣(不易燃成分)小滴，被引导以经由锥形减压器10进入入口离心分离器装置100A的中心收集装置2A。一方面，分离器装置340可包括三个离心分离器装置100A、100B、100C(但是本领域技术人员将体会到这样的分离设备可包括一个、两个、三个或更多个离心分离器装置，正如所需要或期望的)。在这样的情况下，以串行的方式可操作地布置的三个离心分离器装置110A、100B、100C，提供了3阶段旋流分离单元。每个离心分离器装置包括，例如，布置在相应的中心收集管2的周边附近的多个离心分离器元件(旋流器1)。入口离心分离器装置100A的中心收集装置2A和中心收集管2，以及中间的离心分离器装置100C各自在其出口端部被密封起来。在那些情况下，出口流体流被引导进入与相应的离心分离器装置100的离心分离器元件(旋流器1)中的每一个相对应的支路通道11。这些支路通道11被配置成接合各自的旋流器1的入口端部，以因此形成切向入口(这导致了例如进入旋流器1的出口流体流与旋流器1的壁相互作用形成螺旋流)。于是来自旋流器1的出口通道3形成进入相应的离心分离器装置100的中心收集管2入口部的路线。在出口离心分离器装置100B，出口流体流(不易燃的成分已基本从其中分离)从出口离心分离器装置100B的中心收集管引导并经由收集管12和出口喷嘴5，使得“干净的”出口流体流可于是被引导到诸如与变换设备相关联的后续处理中。示范性的三阶段旋流分离器装置因此允许出口流体流中的炉渣质量被去除到例如5ppm以下。
在分离设备340的每个阶段，分离的液体炉渣从每一个旋流器1被引导通过向积垢器20延伸的出口管4。分离的液体炉渣然后被引导进入由积垢器20延伸出的出口喷嘴或管道14，以及耐压外壳125，以便去除和/或回收其中的组分。在完成去除炉渣的过程中，液体炉渣可被指引通过水冷却部分6或以其它方式通过具有高压、冷水连接的部分，其中与水的相互作用导致液体炉渣固化和/或成为粒状。固化炉渣和水的混合物然后可在容器(收集装置)7中被分离成炉渣/水流体混合物，其可通过合适的阀门9被去除，同时任何残留气体可经由分离线路8去除。
由于分离设备340与相对高温的出口流体流(即，在足以将不易燃成分保持为具有相对低的粘稠度的液体形式的温度下)一起实现，在某些情况下，分离设备340的暴露于燃烧产品/出口流体流和与其相关联的液化不易燃成分中的一种的表面由被配置成具备耐高温、耐高腐蚀，和低热传导性中至少一种的材料构成。这样的材料的示例可包括氧化锆和氧化铝，但是这样的示例并不意图被限制在任何的方式下。这样做，在一定的方面，分离设备340被配置成基本上将液化不易燃成分从燃烧产物/排出流体流中去除，并将不易燃成分维持在低粘稠度液体形式，至少直到将其从积垢器20中去除。
正如本文所公开的，因为这样做，在固体碳质燃料的情况下，炉渣分离可在单个单元(分离设备340)中完成，在某些情况下，该单元可以很容易地从系统中取出，以便于维护和检查。但是，这样的方面可提供进一步的优点，正如在图6中所示出的，从而该系统可易于被配置成实现“挠性燃料”，获得关于颗粒燃料源的有效操作。例如，当燃烧器设备220将固体碳质燃料用作燃料源时，单个单元分离设备340可被安装在该系统中，在燃烧器设备220与变换设备(涡轮机)500之间。可期望的是将其改变为液体或气体碳质燃料源，分离单元340可从该系统中被移除(即，正如前面所讨论的，并非必须)使得来自燃烧器设备220的出口流体流可直接被引导到变换设备500。该系统可因此易于变回应用分离器单元340，使燃料可用性在以后可包括固体碳质燃料源。
本领域技术人员可想到在此阐述的本申请的许多的变形和其它方面，对于这些，本申请在前面的说明书和附图中存在启示。例如，在一些方面，仅仅蒸发物质/流体210总流量的一部分到达并经过内蒸发部件332且进入燃烧室222对于在燃烧室222内提供蒸发流体的螺旋状流动是必要的。在一种情况中，例如，可实施多达约90%的进入燃烧室222的蒸发流体210总质量流量，以提供或引发螺旋状流动，同时维持进图燃烧室222中蒸发流体210的足够的径向流动，以防止固体或液体颗粒或污染物撞击界定燃烧室222的内蒸发部件332的壁。
此外，在一些方面，利用例如固体燃料(即，煤)浆料，可将燃烧器设备220配置和设置为部分氧化装置。在这些情况中，该部分氧化燃烧器设备220可被配置成具有例如多达约1600℃或者在其它情况中约1400℃至约1500℃之间的操作温度，其中燃料中的碳燃尽应低于约2%且优选低于1%。在这些情况中，相对较低的操作温度通过最小化其燃烧可促进H2和CO的生产，同时促进促进相对高的碳转化率和可用热。
在其它方面，燃烧器设备220可被配置成在约5000℃或更大的相对高的出口温度下操作，其可以可与绝热火焰温度或者足以促进产物气体分离的其它温度相关。例如，CO2高于约1600℃显著离解。
仍在其它方面，可对燃烧口设备300进行配置和设置，使得不存在碳质燃料和其上游的扩散CO2组分的预混合。另外，还可在燃烧器顶端引入O2，例如通过一组单独的喷嘴或者利用围绕这些注入喷嘴的同心环。在这些情况中，对于具有高H2含量的碳质燃料而言，可实现扩散火焰。为了在燃烧口设备300处实现非常高的温度，对燃料、氧气和/或任何稀释物的预加热也可能的必需的。
因此，应该理解，本申请并不被限制在所公开的具体的方面中，而变形和其它方面也意图被包括在随附的权利要求书的范围中。虽然在此采用了具体的术语，但是它们仅被用作一般性和描述性的意义，而并不是为了限制的目的。

Claims (19)

1.一种设备，包括：
混合装置，其被配置成使碳质燃料与富氧和工作流体相混合以形成燃料混合物；和
燃烧器装置，其界定了圆柱形燃烧室，所述燃烧室具有与相反的出口部纵向间隔分开的入口部，所述入口部被配置成接收所述燃料混合物，从而在燃烧温度下在燃烧室中燃烧而形成燃烧产物，该燃烧室进一步被配置成将燃烧产物纵向导向出口部，该燃烧器装置包括：
耐压部件；和
多孔圆周蒸发部件，该多孔圆周蒸发部件至少部分界定所述燃烧室并且至少部分被所述耐压部件包围，该多孔蒸发部件被配置成引导蒸发物质基本均匀地围绕所述多孔蒸发部件的周边并在入口部与出口部之间纵向穿过所述多孔蒸发部件进入所述燃烧室，由此使得所述蒸发物质被引导着基本正切于该多孔蒸发部件周边并螺旋地围绕器周边流动，从而对燃烧产物和多孔蒸发部件之间的相互作用进行缓冲；和
燃烧口设备，其被配置成接收来自混合装置的燃料混合物并将所述燃料混合物导入所述圆柱形燃烧室的入口部，由此使得由其离开并且进入且在圆柱形燃烧室的轴中心上的燃料混合物被引发形成旋涡，所述旋涡反向于被引导通过所述多孔圆周蒸发部件的蒸发物质的螺旋流动。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述混合装置进一步被配置成使固态碳质燃料、液态碳质燃料和气态碳质燃料之一与富氧和工作流体混合，所述工作流体包含二氧化碳和水之一。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述混合装置进一步被配置成使包含微粒固体碳质燃料的碳质燃料与包含水和液体CO2之一的流化物质混合以形成浆料。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述燃烧室进一步被配置成在所述燃烧室的入口部在约40巴至约500巴之间的压力下接收所述燃料混合物。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述多孔蒸发部件被配置成将所述蒸发物质导引通过该多孔蒸发部件以使在所述燃烧室中接收的蒸发物质形成含有燃烧产物的出口混合物，从而调节燃烧室出口部周围的温度。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述多孔蒸发部件被配置成将二氧化碳作为蒸发物质导引通过该多孔蒸发部件并形成紧邻多孔蒸发部件的含有蒸发物质的缓冲层，从而对多孔蒸发部件与液化的不易燃污染物以及与燃烧产物相关的热之间的相互作用进行缓冲。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述多孔蒸发部件被配置成对被引导经过其中并进入燃烧室的蒸发物质赋予科恩达效应，从而引导该蒸发物质基本正切于所述多孔蒸发部件的周边流动。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述多孔蒸发部件还包括至少一个经过其延伸的蒸发端口，所述至少一个蒸发端口被配置成将补充的蒸发物质的直线流导入到燃料混合物和燃烧产物之一中，从而影响其流动特征。
9.如权利要求1所述的设备，还包括除热设备，所述除热设备与所述耐压部件相关联并被配置成控制其温度，该除热设备包括其中具有循环液体的传热夹套。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述多孔蒸发部件进一步被配置成界定了孔，所述多孔蒸发部件还具有基本等于界定了所述孔的多孔蒸发部件的表面积的累积孔面积，任选地，所述孔被间隔开并且基本均匀地围绕所述多孔蒸发部件并在其入口部和出口部之间分布。
11.如权利要求1所述的设备，还包括转换装置，所述转换装置被配置成接收来自燃烧室的燃烧产物，该转换装置响应燃烧产物，将与其相关的能量转换成动能。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述碳质燃料是固体，且所述设备还包括布置在燃烧器装置与转换装置之间的分离器装置，所述分离器装置被配置成在燃烧产物被导入所述转换装置之前，基本上将液化的不易燃污染物从由其接收的燃烧产物中除去。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述蒸发物质被配置成经由所述多孔蒸发部件被引入燃烧室中，所述多孔蒸发部件被配置成将所述蒸发物质导引如所述燃烧室内以混合物，且所述燃烧产物进入所述分离器装置以将所述混合物的温度调节为高于所述不易燃污染物的液化温度。
14.如权利要求13所述的设备，还包括蒸发物质输送设备，所述蒸发物质输送设备被布置在所述分离器装置之后且被配置成将所述蒸发物质输送至所述液化的不易燃污染物已被基本从中除去的燃烧产物中，从而调节进入所述转换装置的蒸发物质和燃烧产物的混合物的温度。
15.如权利要求12所述的设备，其中所述分离器装置还包括多个顺序布置的离心分离器设备，每个离心分离器设备具有多个平行地可操作地布置的离心分离器元件，且其中通过所述分离器装置从燃烧产物除去的所述液化的不易燃污染物被可移除地收集在与所述分离设备相关联的蓄贮槽中。
16.如权利要求11所述的设备，其中所述转换装置包括涡轮机设备和发电机设备之一，所述涡轮机设备被配置成响应燃烧产物从而将与其相关的能量转化成动能，且所述发电机设备被配置成将所述动能转化为电。
17.如权利要求1所述的设备，其中所述混合装置被配置成接收所述蒸发物质，还将其导引通过所述多孔蒸发部件，作为被导引到所述燃烧室内的工作流体并形成与所述碳质燃料和富氧的燃料混合物。
18.如权利要求1所述的设备，还包括至少一种蒸发物质源，所述蒸发物质源被配置成将蒸发物质作为工作流体供应至混合装置和作为蒸发物质供应至蒸发部件中的至少之一中。
19.一种设备，包括：
混合装置，其被配置成使碳质燃料与富氧和工作流体相混合以形成燃料混合物；和
燃烧器装置，其界定了圆柱形燃烧室，所述燃烧室具有与相反的出口部纵向间隔分开的入口部，所述入口部被配置成接收燃料混合物，从而在燃烧温度下在燃烧室中燃烧而形成燃烧产物，该燃烧室进一步被配置成将燃烧产物纵向导向出口部，该燃烧器装置包括：
耐压部件；和
多孔圆周蒸发部件，该多孔圆周蒸发部件至少部分界定所述燃烧室并且至少部分被所述耐压部件包围，该多孔蒸发部件被配置成引导蒸发物质基本均匀地围绕所述多孔蒸发部件的周边并在入口部与出口部之间纵向穿过所述多孔蒸发部件进入所述燃烧室，由此使得所述蒸发物质被引导着基本正切于该多孔蒸发部件周边并螺旋地围绕器周边流动，从而对燃烧产物和多孔蒸发部件之间的相互作用进行缓冲；和
燃烧口设备，其被配置成接收来自混合装置的燃料混合物并将所述燃料混合物导入所述圆柱形燃烧室的入口部，从而使由其离开并且进入且在圆柱形燃烧室的轴中心上的燃料混合物被引发形成旋涡，所述旋涡的方向与被引导通过所述多孔圆周蒸发部件的蒸发物质的螺旋流动一致。
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