JP2012529006A - 燃焼器システムおよびその使用方法 - Google Patents

Abstract

酸素／燃料型燃焼反応のシステムおよび方法が提供される。１つまたは複数の実施形態では、燃焼システムは少なくとも２つの混合ゾーンを含むことが可能であり、この場合、第１の混合ゾーンは第１の混合物を生成するために酸素と二酸化炭素を少なくとも部分的に混合し、第２の混合ゾーンは第２の混合物を生成するために第１の混合物と燃料を少なくとも部分的に混合する。燃焼システムはまた、燃焼生成物を生成するために、第２の混合物を燃焼するように構成された燃焼ゾーンを含むことが可能である。１つまたは複数の実施形態では、第１の混合物は、燃焼ゾーン内の火炎の安定性を増加させるために、燃焼ゾーン内の高温ゾーンを生成するように構成された酸素／二酸化炭素の空間的に変化した比を有することが可能である。
【選択図】図４Ａ

Description

関連出願の相互参照
本明細書は、２００９年６月５日に出願された米国仮特許出願第６１／１８４，５８４号の利益を主張し、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示の実施形態は、一般に燃料を燃焼させるシステムおよび方法に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、酸素燃料型燃焼反応のシステムおよび方法に関する。

本項は、当技術分野の様々な態様を紹介することを意図し、これは開示された本発明の例示的実施形態に関連し得る。本論は、開示した本発明の具体的な態様のより良い理解を促進するための枠組みを提供するのに役立つと考えられる。したがって、本項は、これを踏まえて読まれるべきであり、必ずしも先行技術の承認として読まれるべきでなないことを理解されたい。

二酸化炭素（ＣＯ₂）排出を低下させる一部の手法は、燃料の脱炭化または燃料後回収を含む。しかし、これらの解決策は、費用がかかり、発電効率を低減させ、その結果、電力生産が減少し、燃料需要が増加し、国内電力需要を満たす電力料金が増加する。別の手法は、複合サイクルにおける酸素燃料ガスタービンである。しかし、こうしたサイクルで作動可能な市販のガスタービンはない。

酸素−燃料の概念は、純酸素（Ｏ₂）を含む炭化水素の燃焼に基づいて二酸化炭素と水（Ｈ₂Ｏ）を生成するものである。しかし、こうした燃焼処理は、燃焼器の寿命を縮め、煤および他の不要な燃焼生成物を生成する著しい高温を生じる。したがって、何らかの冷却ガスが望ましい。

空気の代わりにタービンを通る質量流量ガスとしての蒸気または二酸化炭素を使用する様々なサイクルが提案され検討されてきた。これらの酸素燃料型における燃焼処理の物理特性をよりよく理解するために、一部の基礎室内実験が取り組まれてきた。蒸気を使用する酸素燃料型で一部の実験は発展したが、二酸化炭素を作動流体として使用する酸素燃料ガスタービンの設計および実施は商業的応用には至っていない。二酸化炭素型ガスタービン用の燃焼器の設計は、決して室内規模の実験を超える発展はしなかった。

二酸化炭素と酸素を混合する設計ならびに実施、および実際のガスタービン燃焼器内での燃焼に関する取組みには、以前に対応されたことがない。蒸気と異なり、二酸化炭素は、燃焼処理に抑制効果を有し、それによって抑制効果から生じるより低い火炎速度を取り扱う独自の設計が必要とされる。二酸化炭素はまた、窒素または蒸気より多いエネルギーを放射し、それによって放射熱伝達を経由して反応物質を予熱する可能性がもたらされる。また、酸素／燃料比が火炎温度と無関係に制御可能なので、さらなる自由度が酸素／燃料燃焼器内に存在し、これは主に酸素／二酸化炭素比に依存する。

酸素／燃料燃焼システムのさらなる自由度によって、酸素の流量は、不活性希釈剤（蒸気または二酸化炭素）に無関係に制御可能である。これは、酸化剤蒸気中の各酸素分子に対する固定比約３．７６の不活性窒素分子が存在する、典型的な空気ガスタービンの場合ではない。酸素／燃料燃焼器の別の課題は、酸素が貴重な生活必需品であり、空気分離処理などの多くの高額のエネルギー集約型処理、特殊膜分離器、または水の電気分解などの何らかの処理から獲得されなければならないことである。典型的な空気ガスタービンは、一部が燃焼反応のために使用され、第２の部分が燃焼生成物および燃焼ライナの冷却に使用されるように、気流を分割するように設計された空気流路を有する。これによって１０％を超える酸素を含有する排気流がもたらされる。

同一出願人によるＰＣＴ特許公開第ＷＯ２０１０／０４４９５８番は、その全体が参照して本明細書に組み込まれ、化学量論的燃焼を維持するための流量制御装置およびセンサのシステムを使用して燃焼生成物を制御する方法ならびにシステムを開示している。しかし、該開示は、燃焼器内の構成の詳細を提供していない。

したがって、酸素／燃料型燃焼反応における実質的な化学量論的燃焼の改良されたシステムおよび方法が必要とされている。

酸素／燃料型燃焼反応のシステムおよび方法が提供される。少なくとも１つの具体的な実施形態では、燃焼器システムは、第１の端部、第２の端部、外殻、内殻、および外殻と内殻との間に形成されて第１の端部から第２の端部に延在する環状空間を有する燃焼器、二酸化炭素を燃焼器に導入するように構成された二酸化炭素流入口、酸素を燃焼器に導入するように構成された酸素流入口、酸素および二酸化炭素を含む第１の混合物を生成するために、二酸化炭素流入口を通って導入されるあらゆる二酸化炭素の第１の部分を酸素流入口を通って導入されるあらゆる酸素の少なくとも一部と混合するように構成された第１の混合ゾーン、燃料を燃焼器に導入するように構成された燃料流入口、酸素、二酸化炭素、および燃料を含む第２の混合物を生成するために、第１の混合物と燃料を混合するように構成された第２の混合ゾーン、ならびに燃焼生成物を生成するために第２の混合物を燃焼するように構成された燃焼ゾーンを含むことが可能である。二酸化炭素流入口を通って導入されるあらゆる二酸化炭素の第２の部分は、内殻を通って配置された１つまたは複数の開口を通って流れ、燃焼生成物と混合して冷却することが可能である。

少なくとも１つの他の具体的な実施形態では、燃焼器システムは、第１の端部、第２の端部、外殻、内殻、バーナ面を備える燃焼バーナ、および燃焼ゾーンを有する燃焼器、二酸化炭素流入口、酸素流入口、および燃料流入口、ならびに酸素および二酸化炭素を含む第１の混合物を生成するために、二酸化炭素流入口を通って導入されるあらゆる二酸化炭素の第１の部分と酸素流入口を通って導入されるあらゆる酸素の少なくとも一部を混合するように構成された混合ゾーンを含むことが可能である。第１の混合物は、燃焼ゾーン内の火炎の安定性を増加させるために、高温ゾーンを燃焼ゾーン内に生成するように構成されたバーナ面を横切る酸素／二酸化炭素の空間的に変化する比を含むことが可能である。

少なくとも１つの具体的な実施形態では、燃焼システムの燃料を燃焼させる方法は、第１の混合物を生成するために酸素と二酸化炭素を燃焼器の第１の混合ゾーンで混合することを含むことが可能である。第１の混合物と燃料は、第２の混合物を生成するために燃焼器の第２の混合ゾーンで混合されることが可能である。第２の混合物中の燃料の少なくとも一部は、燃焼生成物を生成するために燃焼されることが可能である。

少なくとも１つの他の具体的な実施形態では、燃焼システム内の燃料を燃焼させる方法は、燃焼器内の火炎の安定性を増加するために燃焼器のバーナ面を横切る酸素／二酸化炭素の空間的比を変化させることを含むことが可能である。

本発明の前述の利点および他の利点は、非限定的な例示的実施形態の以下の詳述および図面を検討することで明白になり得る。

火炎温度に対する当量比（φ）についての作動領域を示すグラフである。 二酸化炭素／酸素（ＣＯ₂／Ｏ₂）中のメタン（ＣＨ₄）の燃焼、窒素／酸素（Ｎ₂／Ｏ₂）中のメタンの燃焼、および当量比（φ）１の場合における空気中のメタンの燃焼に対する基準システムに対する実験的火炎消火の条件を示すグラフである。 記載された１つまたは複数の実施形態による、例示的燃焼システムの概略を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、例示的燃焼システムの概略を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、例示的燃焼システムの概略を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、例示的燃焼システムの概略を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、例示的燃焼システムの概略を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、例示的燃焼システムの概略を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、図３Ａ〜３Ｆに示されたシステムと組み合わせて使用できる３つの例示的燃焼器を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、図３Ａ〜３Ｆに示されたシステムと組み合わせて使用できる３つの例示的燃焼器を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、図３Ａ〜３Ｆに示されたシステムと組み合わせて使用できる３つの例示的燃焼器を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜４Ｃに示された燃焼器の例示的燃焼器の構成を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜４Ｃに示された燃焼器の例示的燃焼器の構成を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜４Ｃに示された燃焼器の例示的な代替的実施形態を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜４Ｃに示された燃焼器の例示的な代替的実施形態を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜４Ｃに示された燃焼器のさらなる代替的実施形態を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜４Ｃに示された燃焼器のさらなる代替的実施形態を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜４Ｃに示された燃焼器のさらなる代替的実施形態を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜４Ｃに示された燃焼器のさらなる代替的実施形態を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜４Ｃに示された燃焼器の１つまたは複数の要素を利用するように構成された例示的管束型燃焼器を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜４Ｃに示された燃焼器の１つまたは複数の要素を利用するように構成された例示的渦停留型燃焼器を示す図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜９に示された１つまたは複数の燃焼器を作動する方法の例示的流れ図である。 記載された１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜９に示された１つまたは複数の燃焼器を作動する方法の例示的流れ図である。

以下の詳述の項において、本発明の一部の具体的な実施形態は、好ましい、代替的、および例示的実施形態に関連して記載されている。しかし、以下の記載が特定の実施形態または本発明の特定の使用を特定するものである限りにおいて、これは例示的目的のみのためであり、特定の実施形態の説明を単に提供するためのものである。したがって、本発明は、以下に説明される具体的な実施形態に限定されないが、むしろ本発明は、添付の請求項の範囲の真の精神および範囲に含まれるすべての代替形態、修正形態、ならびに等価形態を含む。

定義
本明細書に使用される様々な用語が、以下に定義されている。特許請求項の範囲に使用された用語が以下に定義されていない限り、少なくとも１つの刊行物または発行された特許の記載どおりに、当業者がその用語にこれまでに与えている最も広義の定義を、その用語に適用しなければならない。

本明細書で使用される場合、「ａ」または「ａｎ」の物体は、１つまたは複数の物体を指す。したがって、用語「ａ」（または「ａｎ」）、「１つまたは複数」および「少なくとも１つの」は、特段の限定が記されない限り、本明細書において交換可能に使用されることが可能である。

本明細書で使用される場合、用語「バーナ」は、少なくとも保炎装置および燃料注入装置を備える１つの機械設備を指す。

本明細書で使用される場合、用語「燃焼ゾーン」は、火炎が配置され、燃焼から放出される熱の大部分、すなわち５０％以上が発生している空間または空間領域を指す。未燃焼反応物が火炎に入る燃焼ゾーンの上流部分は、燃焼燃料と酸素が混合できる混合ゾーンと重複可能で、しばしば重複する。

本明細書で使用される場合、用語「燃焼器」は、バーナ、燃焼ゾーン、外殻、内殻または「燃焼ライナ」、混合ゾーン（複数可）、および関連する機器を含む燃焼器システムの部分を指し、通常は開口端とともに示される。したがって、燃焼器は、システム、たとえばガスタービン・システムに一体化された場合に、遷移部および他の機能部と組み合わせられることが可能である。

本明細書で使用される場合、用語「内殻」および「燃焼ライナ」は、交換可能に使用され、燃焼器の外殻と共に環状を形成し、大量の二酸化炭素流を混合ゾーンおよび燃焼ゾーンから分離させるシリンダ（通常円形の断面形状を有し、通常金属で作られているが、必ずしもそうとは限らない）を指す。燃焼ライナは、二酸化炭素が環状から燃焼ゾーンに流れてライナ表面から熱を除去し、燃焼生成物を冷却することが可能な、それを通って配置される１つまたは複数の孔を有することが可能である。

本明細書で使用される場合、用語「二次的内殻」および「二次的燃焼ライナ」は、交換可能に使用され、燃焼器の外殻と燃焼器の内殻との間に燃焼器の長さの一部に対して配置されるシリンダ（通常円形の断面形状を有し、通常金属で作られているが、必ずしもそうとは限らない）を指す。たとえば、二次的内殻は、外殻と内殻との間に配置されることが可能であり、燃焼器の第１の端部と第２の端部の中間位置から燃焼器の第２の端部に向かって延びることが可能である。二次的内殻は、燃焼器の第１の端部と第２の端部の中間位置で内殻に連結され、かつ／または内殻の周囲に連結されることが可能である。

本明細書で使用される場合、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」および「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」は、用語の前に列挙された主題から用語の後に列挙された１つまたは複数の要素に移行するために使用される非制限の移行用語であり、移行用語の後に列挙された１つまたは複数の要素は、必ずしも主題を形成する唯一の要素である必要はない。

本明細書で使用される場合、用語「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（含む）」、「ｃｏｎｔａｉｎｓ」および「ｃｏｎｔａｉｎ」は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」および「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」と同様の非制限の意味を有する。本明細書で使用される場合、用語「ｈａｖｉｎｇ（有する）」、「ｈａｓ」および「ｈａｖｅ」は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」および「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」と同様の非制限の意味を有する。本明細書で使用される場合、用語「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」および「ｉｎｃｌｕｄｅ」は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」および「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」と同様の非制限の意味を有する。

本明細書で使用される場合、用語「混合ゾーン」は、少なくとも２つの分離した気体流が混合可能な、燃焼器の空間または空間領域を指す。具体的には、混合ゾーンは、少なくとも２つの流の初期混合（たとえば、第２の流は初めに第１の流に導入されることが可能である）および該２つの流がともに混合し続ける任意の拡張された空間を含むことが可能である。多くの場合、混合距離が増加されると、第１の流と第２の流とのより完全な混合をもたらすことが可能になる。具体的に開示された実施形態では、酸素が二酸化炭素と混合されて「酸化流」または「合成空気流」と呼ばれることがある酸素／二酸化炭素混合物を生成する、空間領域を含む「第１の混合ゾーン」が存在することが可能である。酸素／二酸化炭素混合物が燃焼燃料注入装置と火炎との間に配置された燃焼燃料流と混合され始める、別の空間領域を指す「第２の混合ゾーン」が存在することも可能である。第１の混合ゾーンおよび第２の混合ゾーンを有する構成の燃焼器では、第１の混合ゾーンは、第２の混合ゾーンでまたは第２の混合ゾーン内で終了することになる場合もある。

本明細書で使用される場合、用語「混合装置」は、乱気後流または再循環ゾーンを気体流内に生成することにより、気体流の成分の混合を容易にするために２つの独自の成分を有する気体流の流路内に配置された機械設備を指す。混合装置の一部の例は、限定されないが、鈍頭物体、金網、楔、またはあらゆるその組合せを含むことが可能である。

本明細書で使用される場合、用語「当量比」は、酸素および燃料の両方を含む気体流内の酸素の燃料に対する化学量論比で割った酸素の燃料に対する比を指す。

本明細書で使用される場合、用語「火炎の安定性」は、安定した作動点と火炎が消される作動点との間のマージンを有する燃焼ゾーン内の火炎を指す。一例では、火炎の安定性の向上は、このマージンを増加させるためのあらゆる手段を含むことが可能である。火炎の安定性の向上を実現させる一部の例示的手段は、限定されないが、火炎温度の上昇させること、ガス速度を火炎の上流で減少させること、または両方を含むことが可能である。

本明細書で使用される場合、用語「アンカーフレーム」は、火炎の安定性を向上させる目的で利用することが可能な燃焼ゾーン内の予混合または非予混合（たとえば、拡散）火炎を指す。一部の作動シナリオでは、アンカーフレームは過濃な当量比（たとえば、約２〜約３の範囲）を有することが可能である。アンカーフレームは、空気吸入するガスタービンの希薄な予混合燃焼器内の拡散口火と同様の効果を酸化（合成空気）吸入燃焼器内に有することが可能である。

本明細書で使用される場合、用語「天然ガス」は、原油井（付随ガス）からまたは地下ガス層（非付随ガス）から獲得された多成分ガスを指す。天然ガスの組成物および圧力は、著しく変化する可能性がある。通常の天然ガス流は、主要成分としてメタン（ＣＨ₄）を含む、すなわち、天然ガス流の５０モル％以上がメタンである。天然ガス流はまた、エタン（Ｃ₂Ｈ₆）、より高い分子量の炭化水素（たとえば、Ｃ₃〜Ｃ₂₀炭化水素）、１つまたは複数の酸性ガス（たとえば、硫化水素）、またはあらゆるその組合せを含むことが可能である。天然ガスはまた、水、窒素、硫化鉄、蝋、原油、またはあらゆるその組合せなどの、少量の不純物も含む可能性がある。

本明細書で使用される場合、用語「天然ガス供給流」は、本開示の他の場所に記載されているように、少なくとも一部の前処理を施した後の天然ガス流を指す。

本明細書で使用される場合、用語「化学量論的燃焼」は、燃料および酸化剤を含む反応物の容積、ならびに反応物の全容積を使用して生成物を形成する状況において反応物を燃焼することによって形成された生成物の容積を有する燃焼反応を指す。基準酸素／燃料の場合、その中でメタンが唯一の燃料源である化学量論的反応（たとえば、燃焼）は、以下の比率を有する、２Ｏ₂＋ＣＨ₄＝２Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂。本明細書で使用される場合、用語「実質的に化学量論的燃焼」は、酸素に対する燃料の燃焼は、約０．９対１から約１．１対１の範囲、またはより好ましくは約０．９５対１から約１．０５対１の範囲のモル比を有する燃焼反応を指す。

本明細書で使用される場合、用語「流」は、流体の容積を指すが、用語流の使用は、通常流体の移動容積（たとえば、速度または質量流量を有する）を意味する。しかし、用語「流」は、速度、質量流量、または流を包囲するための特殊な型の導管を必要としない。

詳細な説明
酸素／燃料燃焼用に設計した燃焼処理および燃焼器システムが提供される。酸素／燃料燃焼は、主として二酸化炭素を含む作動流体を有するガスタービン内で生じることが可能である。１つまたは複数の実施形態では、高温の酸素／燃料燃焼に関連する１つまたは複数の問題が、少なくとも部分的に訂正されることが可能である。たとえば、煤生成を引き起こす多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ)の生成、および／または一酸化炭素（ＣＯ）などの問題のある燃焼生成物の生成を、少なくとも部分的に削減することが可能である。燃焼システムの一実施形態は、「酸化」または「合成空気」流を形成するために酸素と二酸化炭素を少なくとも部分的に混合する、接触させる、あるいは組み合わせるための第1の混合ゾーン、燃焼流を形成するために酸化流と燃焼燃料流を少なくとも部分的に混合する、接触させる、あるいは組み合わせるための第２のゾーンを有する燃焼器を含むことが可能である。燃焼流は、燃焼ゾーンで少なくとも部分的に焼く、または燃焼して、燃焼生成物流を生成することが可能である。第２の混合ゾーンは、燃焼ゾーンおよび／または第１の混合ゾーンと少なくとも部分的に重複することが可能である。

燃焼器は、たとえば二酸化炭素流を圧縮するための流入圧縮機および発電するための膨張機を有するガスタービンに使用されることが可能である。ガスタービンは、単一シャフトで作動する統合型タービン、複数シャフト・タービン、または外部燃焼器を伴う非統合的なタービンであり得、個々のシステムの温度、容積、および他の変数に応じて、独立した圧縮機および出力タービンの高温ガス膨張機を使用することが可能である。代替的実施形態では、燃焼器は加熱炉などの独立型装置であり得る。

１つまたは複数の実施形態では、燃焼システムは、二酸化炭素流および酸素供給流を送り込まれるまたは供給されることが可能であり、それらは、酸素および二酸化炭素を含む酸化流または合成空気流を燃焼器内に供給するよう、少なくとも部分的に混合されているか、あるいは組み合わされている。燃焼システムはさらに、燃焼燃料流および燃焼ゾーンを含むことが可能であり、燃焼ゾーンは、燃焼燃料流と酸化流を少なくとも部分的に混合し、接触させ、あるいは組み合わせ、かつ少なくとも部分的に実質的に化学量論的反応によって燃焼するように構成されて、実質的に水（水蒸気）および二酸化炭素を含む燃焼生成物流を生成することが可能である。１つまたは複数の実施形態では、高圧燃焼（たとえば、約１０気圧を超える）処理を使用できる。燃焼生成物流の温度は、酸化流を形成するときに酸素と混合した炭素量を調節することによって制御可能である。したがって、一部の実施形態では、システムは、燃焼生成物流の温度を計測するための温度センサを含むことが可能である。酸化流を生成するために酸素と混合された二酸化炭素の量を増加して、燃焼生成物流の温度を下げることが可能である。同様に、酸化流を生成するために酸素と混合された二酸化炭素の量を減らして、燃焼生成物流の温度を上げることが可能である。

高火炎温度は、高火炎温度が火炎の安定性を向上させることができる利点があり得る。しかし、高火炎温度はまた、燃焼ライナおよびタービン流入口ノズルを組み立てるために使用される材料に問題があり得る。したがって、燃焼生成物流は、タービン流入口ノズルに入る前に、二酸化炭素によって冷却される可能性がある。高火炎温度はまた、二酸化炭素などの望ましい燃焼生成物の解離をもたらす可能性があり、生成物中に一酸化炭素などの不純物のより高い割合を引き起こす可能性がある。図１は、火炎温度に対する当量比（φ）の作動領域を示すグラフを示す。図１は、望ましい火炎の安定性および燃焼生成物の組成物を生成する作動領域が非常に小さいという、二酸化炭素／酸素燃料燃焼処理の１つの課題を示す。火炎温度が低過ぎる場合は、火炎が消え、発電が停止される。しかし、より高い火炎温度はまた、燃焼生成物流内の一酸化炭素および／または酸素の濃度を増加させる可能性がある。これらの組成物が高過ぎる場合は、さらなる反応が恐らくは触媒を含み、燃焼生成物流の組成物を変化させるか、あるいは修正するために使用される可能性がある。二酸化炭素作動流体または希釈剤を有する酸素／燃料燃焼のさらなる課題は、火炎が同様の条件で空気中の火炎より安定性が少ないことである。熱効果のみをもたらす窒素とは対照的に、二酸化炭素は、炭化水素（複数可）の燃焼によって生成される火炎における化学的過程に熱効果と反応抑制（動力学）効果の両方をもたらす。

図２は、二酸化炭素／酸素（ＣＯ₂／Ｏ₂）中のメタン（ＣＨ₄）の燃焼、窒素／酸素（Ｎ₂／Ｏ₂）中のメタンの燃焼に対する実験的火炎消化条件、および当量比（φ）１の空気中のメタンの燃焼のための基準システムを示すグラフを示す。燃焼条件は、大気圧および２６０℃（５００°Ｆ）の温度である。火炎温度は横座標で示され、ガス速度は縦座標で示され、データ点は、消火するためのマージンがゼロで火炎が消える点を示す。線は、メタン／空気火炎が消火する場所を表し、菱形は二酸化炭素と酸素の混合物中のメタン火炎の消火を示す。酸素／燃料火炎は、同じガス速度に対して空気炎より３００℃高温で常に消火する。開示された燃焼システムのある種の実施形態では、十分な火炎の安定性が可能になり、燃焼生成物中の不要な不純物濃度を制限するガス混合物を生成することが可能である。

作動流体または希釈剤として二酸化炭素を使用する燃焼の別の特性は、二酸化炭素が赤外線放射の強力な吸収体／排出体であることである。燃焼ゾーンの視野に入る位置にある第１の混合ゾーンおよび第２の混合ゾーンを有する燃焼器では、火炎からの赤外線放射によって反応物を予熱することができるという利点を得ることができる。これは、空気が酸化剤として使用される燃焼器の場合に比べて、より大きな影響をもたらす。

燃焼システムの別の態様は、酸素流がそのより低い分子量および液体としてそれを汲み上げる可能性により、高圧で獲得する費用を抑えられる。結果として、酸素流を利用する燃焼システムおよび方法は、二酸化炭素の圧力降下を酸素流圧力降下を犠牲にして最小化するように設計されることが可能である。たとえば、酸素の比較的高圧の注入を使用して、二酸化炭素流が複数の翼を備える機械設備の旋回翼を使用して旋回される場合に存在するはずの圧力降下を低減するために、二酸化炭素流に旋回を提供することが可能である。別の例では、ガス排出装置を使用して、酸素と二酸化炭素流を混合して酸化または合成空気流を火炎の上流に生成することができる。高圧酸素流は、通常の排出装置内の駆動ガスとして使用されることが可能であり、その中で駆動ガスは開口部を加速して通過して静圧の低い高速流を生成する。加速された酸素の静圧は、排出装置の吸込み側に連結された二酸化炭素の流圧より低い。この圧力差によって、二酸化炭素流が酸素流の中に追い込まれて酸化流または合成空気流を生成することが可能である。この圧力差はまた、酸素流と二酸化炭素流（それに応じてサイズ化した開口）の一部のみを混合するための比較的単純な方法を提供する。排出装置の１つの利益ができることは、過剰圧力が利用可能な場合、排出装置は混合することによる圧力損失を二酸化炭素流から酸素流に移すことができることである。

１つまたは複数の実施形態では、二酸化炭素流と酸素を混合して、燃焼器内に酸化流または合成空気流を生成することが可能である。酸素と混合した二酸化炭素の量は、燃焼生成物の温度を制御する方法を提供することが可能である。酸素と混合した二酸化炭素の量はまた、火炎の安定性のマージンおよび燃焼生成物の組成物または組成に影響を及ぼすことが可能である。燃焼器は、燃焼ライナを収納または含むことが可能である。燃焼ライナは、燃焼ゾーンを含み、二酸化炭素流の一次流動を燃焼器から燃焼器の第１の端部に方向付けることに役立つ。燃焼ライナの設計は、消火ポートを含んでさらなる二酸化炭素を燃焼器内のバーンアウトゾーンに提供して、タービン流入口温度を制御および／または燃焼の高温が燃焼ライナに直接影響を与えることを防止することが可能である。

１つまたは複数の実施形態では、燃焼器システムは、燃焼器に導入される炭化水素量を計測する制御システムを含むことが可能である。制御システムは、燃焼器に導入される酸素量を計算し、決定し、あるいは推定し制御し、変更し、あるいは調整して、望ましい酸素比を炭化水素または燃焼燃料に提供することが可能である。制御システムはまた、燃焼生成物を監視または分析するように構成された器具からの反応を使用でき、望ましい燃焼が達成されることを確実にする、および／または酸素の適正量が酸化流に導入されることを確実にする酸素供給流量制御装置を更新することが可能である。触媒を含むことが可能な、任意選択の燃焼後のステップは、燃焼器に導入される炭化水素混合物に依存して使用されることが可能である。この燃焼後のステップは、燃焼生成物中の不純物濃度、たとえば酸素および／または一酸化炭素を、たとえば原油増進回収（ＥＯＲ）設備内の重大な腐食問題を回避するために求められているレベルに低減できる。

１つまたは複数の実施形態では、反応物の燃焼は、特に燃焼器のバーナ面を横切る二酸化炭素に対する酸素の比を変化させることが可能である。たとえば、第１の混合ゾーンへの二酸化炭素の流入を制限する、妨げる、あるいは低減する合成空気混合装置は、燃焼器の断面を横断する二酸化炭素に対する酸素の比の変化を生成または発生させることが可能である。別の例では、酸素流は、少なくとも２つの流に分裂または分割することが可能であり、２つの流の少なくとも１つを使用して燃焼器の一部で酸素濃度を増加させてより高温の火炎局部を生成することが可能である。より高温の火炎は、火炎の安定性を向上させることが可能である。

１つまたは複数の実施形態では、米国仮特許出願第６１／０７２，２９２号に論じられ記載されている極低排出発電システムおよび工程などの燃焼システムの酸素燃料／熱電供給型を使用することが可能である。酸素および燃料を燃焼器内で直接二酸化炭素流に注入することは、純酸素を含有する燃料の燃焼に関連する危険性および制限を低減させることが可能である。燃焼システムはまた、酸素と二酸化炭素を燃焼器の外部で混合し、酸素と二酸化炭素の混合物が完全な二酸化炭素流から発生された場合は、無駄になるはずの酸素量を低減させる、燃焼システムに比べてシステムの複雑性を減らすことが可能である

次に図を参照すると、図３Ａ〜３Ｆは、１つまたは複数の実施形態による燃焼システム１００、１４０、１５０、１６０、１７０、および１８０のそれぞれの概略図を示す。特に、図３Ａは、１つまたは複数の燃焼器（たとえば、「燃焼器缶」）１１０、膨張器１１１、およびセンサ（２つが１１４、１２６で示されている）を含むことが可能な、例示的燃焼システム１００の概略図を示す。燃焼システム１００はまた、少なくとも線１０２ａを経由する第１の部分および線１０２ｂを経由する第２の部分に分裂または分割できる線１０２を経由する二酸化炭素（ＣＯ₂）流、ならびに二酸化炭素流の第１の部分１０２ａと組み合わせ可能な線１０４を経由する酸素供給流を含み、線１０６を経由する酸素／二酸化炭素混合物または「酸化流」もしくは「合成空気流」を生成することが可能である。燃焼システム１００はまた、線１０８を経由する燃焼燃料流も含むことが可能である。線１０８内の燃焼燃料流は、メタン（ＣＨ₄）またはメタンの混合物、１つもしくは複数のＣ₂〜Ｃ₂₀炭化水素、水素（Ｈ₂）、窒素などの不活性ガス、二酸化炭素、および／またはアルゴン、あるいはあらゆるその組合せを含むことが可能である。

線１０４内の酸素供給流は、最低約９０モル％、約９３モル％、約９５モル％、約９７モル％、約９８モル％、約９９モル％、約９９．５モル％、または約９９．９モル％以上の酸素濃度を有することが可能である。線１０４内の酸素供給流は、窒素、アルゴン、ヘリウム、またはその組合せなどの１つまたは複数のさらなる成分を含むことが可能である。少なくとも１つの具体的な実施形態では、線１０４内の酸素供給流は、約９０モル％から約９９モル％の酸素および約１モル％から約１０モル％のアルゴンを含むことが可能である。線１０２内の二酸化炭素流は、最低約７０モル％、約８０モル％、約９０モル％、約９５モル％、約９７モル％、約９９モル％、約９９．５モル％、または約９９．９モル％以上の二酸化炭素濃度を有することが可能である。別の例では、線１０２内の二酸化炭素流は、無水ベースで最低約７０モル％、約８０モル％、約９０モル％、約９５モル％、約９７モル％、約９９モル％、約９９．５モル％、または約９９．９モル％以上の二酸化炭素濃度を有することが可能である。線１０２内の二酸化炭素流は、窒素、アルゴン、ヘリウム、水（液体および／もしくは気体）、炭化水素、一酸化炭素、またはその組合せなどの１つまたは複数の追加成分を含むことが可能である。少なくとも１つの具体的な実施形態では、線１０２内の二酸化炭素流は、約８５モル％から約９５モル％の二酸化炭素濃度、約０．５モル％から約５モル％の炭化水素、約０．５モル％から約５モル％の一酸化炭素、約０．５モル％から約１０モル％の水（液体および／もしくは気体）、またはあらゆるその組合せを有することが可能である。

燃焼器１１０は、線１０６を経由する酸化流の少なくとも一部および線１０８を経由する燃焼燃料流の少なくとも一部を受領するように構成されることが可能である。線１０６を経由する酸化流と線１０８を経由する燃焼燃料流は、燃焼器１１０内で混合される、組み合せられる、あるいは相互に接触して、反応混合物または燃焼流を発生することが可能である。反応混合物は、燃焼器１１０内で少なくとも部分的に燃焼して、線１１２を経由する燃焼生成物流を発生することが可能である。線１１２を経由する燃焼生成物流の少なくとも一部は、膨張器１１１に導入されて線１１３を経由する膨張された燃焼生成物流を発生することが可能である。膨張器１１１は、負荷制御装置１１１’に作動可能に連結または連通されることが可能である。線１１３内の膨張された燃焼生成物流は、線１２７を経由する第１の燃焼生成物流および線１２８を経由する第２の燃焼生成物流を形成するために分裂されることが可能である。線１２７を経由する第１の燃焼生成物流は、線１０２内の二酸化炭素流の少なくとも一部を提供することが可能である。線１２８を経由する第２の燃焼生成物流は、原油増進回収（ＥＯＲ）処理または操作、隔離、大気への放出、またはあらゆる他の目的に使用されることが可能である。

第１のセンサ（「温度センサ」）１１４は、線１１２内の燃焼生成物流および／または線１１３内の膨張された燃焼生成物流の温度を決定、検出、あるいは推定することが可能である。第２のセンサ（「酸素分析装置」）１２６は、線１１２内の燃焼生成物流および／または線１１３内の膨張された燃焼生成物流の酸素濃度を決定、検出、あるいは見積ることが可能である。酸素分析装置１２６はまた、線１１３内の膨張された燃焼生成物流中の他の成分の濃度を決定、検出、あるいは見積るように構成されることが可能である。酸素分析装置１２６を経由して検出可能なさらなるまたは他の成分は、限定されないが、一酸化炭素、酸化窒素、燃焼燃料、またはあらゆるその組合せを含むことが可能である。温度センサ１１４からの温度データを使用して二酸化炭素流１０２、酸素流１０４、および／または燃焼燃料流１０８の流量を制御することが可能であり、それによって燃焼生成物流１１２の温度および／または燃焼生成物流１１２の成分を調節することができる。酸素分析装置１２６からの酸素データを使用して線１０４を経由する酸素供給流、線１０２を経由する二酸化炭素流、および／または線１０８を経由する燃焼燃料流の流量を、実質的に化学量論的燃焼が達成されるまで制御することが可能である。

さらに図３Ａを参照すると、システム１００はまた、中央制御装置１１５を含むことが可能である。中央制御装置１１５は、たとえば無線リンク、第１の流れ制御装置１１６ａ、第２の流れ制御装置１１８、第３の流れ制御装置１２０、および／または第４の流れ制御装置１１６ｂに作動可能に連結あるいは連通することが可能である。第１の流れ制御装置１１６ａは、線１０２ａ内の二酸化炭素流の第１の部分の量を制御あるいは調節することが可能である。第２の流れ制御装置１１８は、線１０４内の酸素供給流の量を制御あるいは調節することが可能である。第３の流れ制御装置１２０は、線１０８内の燃焼燃料流の量を制御あるいは調節することが可能である。第４の流れ制御装置１１６ｂは、線１０２ｂ内の二酸化炭素流の第２の部分の量を制御あるいは調節することが可能である。

中央制御装置１１５はまた、温度センサ１１４および／または酸素センサ１２６に連結あるいは連通して、線１１３内の燃焼生成物流の温度および／または線１１３内の膨張された燃焼生成物流中の酸素の量を決定あるいは見積ることが可能である。線１１３内の膨張された燃焼生成物流の決定された、または見積られた温度および／または酸素濃度を使用して、線１０４内の酸素供給流の流量、線１０２ａ内の二酸化炭素流の第１の部分の流量、線１０８内の燃焼燃料流の流量、および／または線１０２ｂ内の二酸化炭素流の第２の部分の流量の少なくとも一部を制御、調節、あるいは調整することが可能である。たとえば、中央制御装置１１５は、線１０８内の燃焼燃料流および／または線１０４内の酸素供給流の流量を制御して、燃焼システム１００内の負荷条件を変更すると、その間の望ましいモル比を維持できる。

線１０２内の二酸化炭素流は、任意の好都合な源から提供されることが可能である。たとえば、線１０２内の二酸化炭素流の少なくとも一部は、流１２７を経由する膨張された燃焼生成物流１１３の少なくとも一部を迂回または分裂させることから獲得されることが可能である。別の例では、燃焼システム１００は、外部パイプライン網、高二酸化炭素ガス井、ガス処理場などの二酸化炭素の別の源付近に配置されることが可能である。１つまたは複数の実施形態では、線１２７を経由する燃焼生成物は少なくとも部分的に処理されることが可能である。たとえば、線１２７内の燃焼生成物は、濾過システム、たとえば薄膜、分子篩、吸収、吸着、または他のシステム、で少なくとも部分的に処理されることが可能であり、それによって、未反応の酸素、一酸化炭素、および／または炭化水素などの、潜在的に危険な、または望ましくない成分の少なくとも一部を除去することが可能である。具体的には、酸素分析装置１２６が、燃焼生成物流１１２および／または膨張された燃焼生成物流１１３が望ましくない高レベルの酸素を有すると決定または見積る場合は、作動流体または希釈として線１１２および／または１１３内の燃焼生成物流を使用することを回避することが可能である。換言すると、酸素分析装置１２６が線１１２および／または１１３内の燃焼生成物流中に望ましくない量の酸素または他の不純物を検出したとすると、線１０２内の流は別の源から獲得されることが可能である。

同様に、高レベルの炭化水素（すなわち燃焼燃料）も燃焼器１１０に依存して許容されないことがあり得、１０２ｂ内の希釈流として使用する前に少なくとも部分的に除去および／または分離される必要があり得る。１つまたは複数の実施形態では、線１１２を経由する燃焼生成物が実質的に化学量論的燃焼から生成されることが好ましく、かつ意図される可能性がある。したがって、線１１２を経由する燃焼生成物は、約３．０容積割合（ｖｏｌ％）未満の酸素、または約１．０ｖｏｌ％未満の酸素、または約０．１ｖｏｌ％未満の酸素、またはさらに約０．００１ｖｏｌ％未満の酸素、および約３．０ｖｏｌ％未満の炭化水素、または約１．０ｖｏｌ％未満の炭化水素、または約０．１ｖｏｌ％未満の炭化水素、またはさらに約０．００１ｖｏｌ％未満の炭化水素を有するべきである。

線１２８を経由する第２の燃焼生成物流は、販売用に使用され、二酸化炭素を必要とする別の処理に使用され、かつ／または原油増進回収（ＥＯＲ）、隔離、もしくは別の目的のために圧縮されかつ地上リザーバに注入されることが可能である。線１２７内の第１の燃焼生成物流と同様に、線１２８内の第２の燃焼生成物流は、酸化窒素（ＮＯ_X）、酸素、一酸化炭素、および／もしくは同様のものなどの可能性のある不純物または反応物を除去するために使用する前に、一部の調整あるいは処理を施す必要があり得る。さらに、線１０４内の酸素供給流は実質的に窒素を含まず、線１１２内の燃焼生成物流は実質的に化学量論的燃焼を経由して発生することが好ましい可能性がある。したがって、線１２８内の第２の燃焼生成物流は、約３．０ｖｏｌ％未満の酸素、または約１．０ｖｏｌ％未満の酸素、または約０．１ｖｏｌ％未満の酸素、またはさらに約０．００１ｖｏｌ％未満の酸素、および約３．０ｖｏｌ％未満のＮＯ_X、または約１．０ｖｏｌ％未満のＮＯ_X、または約０．１ｖｏｌ％未満のＮＯ_X、またはさらに約０．００１ｖｏｌ％未満のＮＯ_Xを有することが可能である。

線１０４内の酸素供給流は、空気分離装置（ＡＳＵ）または高純度酸素を提供する他の工程もしくはシステムによって提供されることが可能である。分離された窒素は、米国仮特許出願第６１／０７２，２９２号に論じられ記載されている窒素注入井などの、べつの関連する工程に使用されることが可能である。１つまたは複数の実施形態では、線１０４内の酸素供給流は、約９０ｖｏｌ％から約９９．９ｖｏｌ％の酸素を含むことが可能である。別の例では、線１０４内の酸素供給流は、約９０ｖｏｌ％から約９９．９ｖｏｌ％の酸素を含むとともに、残余の少なくとも一部にアルゴン、窒素、二酸化炭素、またはそのあらゆる組合せを含むことが可能である。別の例では、線１０４内の酸素供給流は、約４ｖｏｌ％から約５ｖｏｌ％のアルゴンおよび約０．２ｖｏｌ％未満の二酸化炭素を含む約９５ｖｏｌ％から約９６ｖｏｌ％の酸素を含むことが可能である。

中央制御装置１１５は、流量および成分などのデータ入力を受信し、流量を制御する信号をたとえば弁、ポンプ、圧縮機、および／または流量を制御あるいは調整するために使用可能なあらゆる他の装置を介して、送信するように構成された制御システムのあらゆるタイプであり得る、あるいはあらゆるタイプを含むことが可能である。一実施形態では、中央制御装置１１５は、キーボード、および／またはマウスなどのユーザ入力装置、モニタおよび／またはスピーカなどの出力装置を有するプログラム可能なコンピュータを含むことが可能であり、能動メモリ（ＲＡＭ）を使用して作動可能であり、ハードディスクドライブ、光学ドライブ、ネットワークドライブ、およびＬＡＮ、ＷＡＮ、Ｗｉ−Ｆｉ、または他の外付けネットワークを介するデータベースに作動可能に接続することが可能である。

任意の１つまたは複数の流れ制御装置１１６ａ、１１６ｂ、１１８、および１２０は、中央制御装置１１５から信号を受信し処理するように構成された、プログラム可能な自動制御装置を含むことが可能である。任意の１つまたは複数の流れ制御装置１１６ａ、１１６ｂ、１１８、および１２０は、１つまたは複数の流れ弁もしくは翼、通気孔、または実質的な気体流の流量を増加および／もしくは低減させる他の手段に作動可能に連結する、あるいは連通することが可能である。さらに、少なくとも一実施形態では、任意の１つまたは複数の流れ制御装置１１６ａ、１１６ｂ、１１８、および１２０は、１つまたは複数の流れおよび／または成分センサに作動可能に連結する、あるいは連通することが可能であり、それによって流れ制御装置１１６ａ、１１６ｂ、１１８、および／または１２０を介して制御されるそれぞれの流の流量の変化を検証するなどの、さらなるデータ入力を提供し得る。火炎の安定性および有効な制御を維持するために、高速制御装置を任意のまたはすべての制御装置１１６ａ、１１６ｂ、１１８、および１２０に対して利用することが有益であり得る。

流れ制御装置１１６ｂは上記に論じ説明したように能動センサであり得るが、線１０２ｂを経由する二酸化炭素流（たとえば、希釈流）の第２の部分の流量は、一例示的実施形態では主に受動的に制御される可能性がある。たとえば、燃焼器１１０は、燃焼器１１０内で希釈物を提供し温度を制御するように構成された特定の型および孔寸法を備えた１つまたは複数の急冷ポート（たとえば、希釈孔）を有する燃焼ライナを含むことが可能である。したがって、線１０２ｂを経由する二酸化炭素または希釈流の流量は、燃焼器１１０内の急冷ポートの機械設備設計に主に依存する可能性がある。さらに、流れ制御装置１１６ｂは、停止する場合、流１０２ｂの不純物、または何らかの理由で、線１０２ｂ内の二酸化炭素流の第２の部分の流れを遮断するのに有益である可能性がある。中央制御装置１１５は、システム１００が下流機械を保護するための制御が不能になった場合は、少なくとも１つの安全装置および／または停止論理回路および／または警報を含むように構成されることが可能である。

温度センサ１１４は、単一のセンサを含むことが可能であり、またはさらに冗長用の補助センサを含むことが可能であり、または線１１２内の燃焼生成物流、かつ／または線１１３内の膨張された燃焼生成物流の内部および周囲にセンサの配列を含むことが可能である。あらゆる型の適切な温度センサを使用できるが、選択される温度センサは、熱に対して高い耐性を有するべきであり、約１，０９３℃（２，０００°Ｆ）以上、約１，２０５℃（２，２００°Ｆ）を超える、またはさらに約１，９００℃（３，４５０°Ｆ）以上の温度で有効に作動することが可能であるべきである。一例では、温度センサ（複数可）１１４は、データを流れ制御装置１１６ａ、１１６ｂ、１１８、および／または１２０に直接送信することが可能であるか、またはデータを中央制御装置１１５に送信することが可能であり、それによって流れ制御装置１１６ａ、１１６ｂ、１１８、および／または１２０の応答を制御することが可能である。別の例では、温度センサ（複数可）１１４は、データを燃焼燃料流流れ制御装置１２０に直接送信することが可能である。追加的におよび／または代替的に、温度センサ（複数可）１１４は、燃焼器１１０内部の排気口付近から、または排出後の燃焼器１１０下流付近から、燃焼生成物流１１２に沿った複数の位置で、またはそのいくつかの組合せでデータを取り出すことが可能である。温度は、ある種の作動パラメータ内に限定されるべきであり、作動パラメータは使用する機器、燃焼燃料流および他の利用可能な入力流の型、線１１２内の燃焼生成物流に対する使用の可能性、ならびに他の要因に大きく依存することになる。

概して、温度は、ＮＯ_Xの生成を回避するために約１，９２５℃（３，５００°Ｆ）未満であるべきであり、その理由はほとんどの市販の燃焼器１１０はそのような温度を超えて作動は不可能であるためだが、燃焼器１１０の材料がより高温で作動でき、システム１００内に窒素がない場合はこの制限はより高く設定されることが可能である。温度は、膨張器１１１の流入口で約１，３７０℃（２，５００°Ｆ）未満であることが好ましい。このような高温はまた、望ましくない多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ)の形成をもたらす可能性があり、それによって煤の生成を引き起こす可能性がある。しかし、温度は、火炎のバーンアウトを回避するために十分に高くなければならず、また原油増進回収（ＥＯＲ）を使用する前または燃焼システム１００内の希釈として使用する前に限られた調整のみを必要とする燃焼生成物流１１２を生成するために、実質的にすべての酸素（Ｏ₂）および炭化水素を有効に燃焼するように十分に高くなければならない（たとえば、化学量論的燃焼温度）。多くの場合、好ましい温度は、少なくとも約８１５℃（１，５００°Ｆ）から約１，３７０℃（２，５００°Ｆ）または少なくとも約８７０℃（１，６００°Ｆ）から約１，０４０℃（１，９００°Ｆ）であり得る。

酸素分析装置１２６は、単一センサであるかもしくは単一センサを含むことが可能であり、あるいはさらに冗長用の補助センサ、または線１１２内の燃焼生成物流および／または線１１３内の膨張された燃焼生成物流の中の多数の位置にセンサの配列を含むことが可能である。たとえば、複数のラムダおよび／または広帯域のジルコニア酸素センサを使用して、反応を中央制御装置１１５および／または酸素供給流量制御装置１１８の１つに提供できる。ラムダセンサが使用される場合、中央制御装置１１５は、燃焼生成物流１１２の酸素容量が化学量論的係数（当量比（φ））から１．０を下回るおよび／または１．０を超えるまで変化すると、酸素供給流１０４中の酸素に対する燃焼燃料流１０８内の燃料の比をディザリングするように構成されることが可能である。ディザリング処理は、内部燃焼エンジン用の自動車産業で使用されるものと同様であり得る。いずれにしても、線１１２内の燃焼生成物流の酸素容量は、約３．０ｖｏｌ％未満から約１．０ｖｏｌ％未満、約０．１ｖｏｌ％未満、約０．００１ｖｏｌ％未満と低いことが好ましい。酸素量が高過ぎる場合は、線１０４を経由する酸素供給流の流量が低減されることが可能であり、かつ／または線１０８を経由する燃焼燃料の流量が増加されることが可能である。線１０４を経由する酸素供給流の流量を低減することにより、上に論じたように火炎温度を下げることができ、線１０８を経由する燃焼燃料流の流量の調整を必要とする。

図３Ｂは、例示的燃焼システム１４０の概略図を示し、この概略図は図３Ａに示された燃焼システム１００と同様であるが、線１１２内の燃焼生成物流および／または線１１３内の膨張された燃焼生成物流をさらに処理または調整するように構成された任意選択の特性をさらに含む。したがって、図３Ｂに示された燃焼システム１４０は、図３Ａを参照して最もよく理解され得る。燃焼システム１４０は、図３Ａに示された燃焼システム１００に関して開示された特性を含み、燃焼後触媒装置１４６をさらに含む。燃焼後触媒装置１４６は、線１１２内の燃焼生成物流、線１１３内の膨張された燃焼生成物流、線１２７内の第１の燃焼生成物流、および／または線１２８内の第２の燃焼生成物流内の酸素および／または一酸化炭素容量を低減させるように構成されることが可能である。線１４８を経由する少なくとも部分的に処理または浄化された燃焼生成物流は、触媒装置１４６から再生されることが可能である。燃焼システム１４０はまた、燃焼燃料バイパス流１４２の流量を制御するための流れ制御装置１４４を含むことが可能な、線１４２を経由する燃焼燃料バイパス流も含むことが可能である。酸素分析装置１２６は、中央制御装置１１５を経由して流れ制御装置１４４に直接または間接に作動可能に連結されることが可能である。さらに流れ制御装置および酸素分析装置（図示せず）は、燃焼燃料バイパス流１４２が分裂され、かつ／または線１２８を経由する第２の燃焼生成物流が以下により詳細に論じ説明されるように環状である場合、ある種の特定の実施形態に使用されることが可能である。

触媒装置１４６は、単一の装置または並列、直列、または並列と直列が組合された複数の装置であり得る。好ましくは触媒装置１４６は、作動するための少量の電力のみを必要とする小型の装置であることが可能である。具体的には、触媒装置１４６は、排出要件を満たすように熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）で通常使用される一酸化炭素還元触媒および／または酸素還元触媒を含むことが可能である。こうしたシステムは概して、大量の酸素を除去するように設計されていないが、著しい量の酸素が燃焼生成物流１１２、１１３、１２７、および／または１２８内に残っている場合は、流（複数可）１１２、１１３、１２７、１２８は、たとえばさらに原油増進回収（ＥＯＲ）用の圧縮および注入の処理または使用する前に触媒装置１４６を通って複数回再利用されることが可能である。したがって、一部の実施形態では、別の酸素分析装置（図示せず）を含み、さらに線１４８内の少なくとも部分的に処理または浄化された燃焼生成物流内の酸素濃度の計測あるいは推定に使用することにより、酸素濃度を十分に低く（たとえば約０．５ｖｏｌ％未満の酸素または約０．１ｖｏｌ％未満）して、圧縮機および注入機器の腐食を確実に回避すること、およびリザーバ内に残っている炭化水素と反応可能な酸素を注入することによるリザーバの酸化を確実に回避することが可能である。

線１４２を経由する燃焼燃料バイパス流（たとえば燃焼燃料流の第２の部分）は、膨張された燃焼生成物流１１３から線１２７経由の第１の燃焼生成物流が分割される場所より下流において、線１１３内の膨張された燃焼生成物流と混合され、接触され、あるいは組合せられることが可能である。線１４２を経由する燃焼燃料バイパス流は、さらなる炭化水素が触媒装置１４６に使用されて酸素除去効果を向上させるように、線１２８内の第２の燃焼生成物流に触媒装置１４６から上流で導入されることが可能である。１つまたは複数の実施形態では、燃焼燃料バイパス流１４２は分裂され、触媒装置１４６の前に線１２８内の第２の燃焼生成物流および線１４８内の少なくとも部分的に処理または浄化された燃焼生成物流に導入されることが可能である。線１４８を経由する少なくとも部分的に処理または浄化された燃焼生成物流が触媒装置１４６に環状に戻される実施形態では、燃焼燃料バイパス流１４２の一部を、線１４８内の少なくとも部分的に処理または浄化された燃焼生成物流に、触媒装置１４６に環状に戻される前に導入されることが有益である可能性がある。有益には、燃焼燃料バイパス流１４２が、線１４８内の少なくとも部分的に処理または浄化された燃焼生成物流中の酸素の容積割合を、圧縮されかつＥＯＲ処理に注入される前に低減されるように構成されて、注入および圧縮機器の腐食、ならびに注入リザーバに残っている炭化水素を酸化させることを実質的に回避することが可能である。

図３Ｃは、図３Ｂを参照して上記に論じ説明した特性を含んでも含まなくてもよい、例示的燃焼システム１５０の概略図を示す。したがって、図３Ｃは、図３Ａおよび３Ｂを参照して最もよく理解され得る。燃焼システム１５０は、線１１２内の燃焼生成物流中の炭化水素および／または線１１３内の膨張された燃焼生成物流、流れ制御装置１５４によって制御された線１０８ａを経由する第１の燃料ガス流、ならびに流れ制御装置１５６によって制御された線１０８ｂを経由する第２の燃料ガス流の量を計測、決定、検出、あるいは見積るように構成された炭化水素分析装置１５２を含むことが可能である。１つまたは複数の実施形態では、線１０８ａ内の第１の燃料ガス流は、線１０８ｂ内の第２の燃料ガス流より高品質であることが可能である。したがって、線１０８ａ内の第１の燃料ガス流は「高品質燃料ガス流」と呼ぶことが可能であり、線１０８ｂ内の第２の燃料ガス流は「低発熱量燃料ガス流」と呼ぶことが可能である。線１０８ａを経由する高品質燃料ガス流、線１０８ｂを経由する低発熱量燃料ガス流、またはその組合せは、線１０８を経由する燃焼器１１０に導入されることが可能である。流れ制御装置１５６は、炭化水素分析装置１５２に直接連結されることが可能であり、かつ／または中央制御装置１１５を経由して連結されることが可能である。流れ制御装置１５４、１５６、および任意選択で１２０は、加重制御装置１５８に作動可能に連結されることが可能であり、加重制御装置１５８は中央制御装置１１５に直接連結されるか、または酸素供給流制御装置１１８を経由して連結されることが可能である。

線１０８ａ内の高品質燃料ガス流は、メタン（たとえば約９９ｖｏｌ％）を実質的に含むことが可能であり、あるいは水素、より高い炭化水素（たとえばＣ₂およびＣ₃＋）またはあらゆるその組合せなどの「スパイク」燃料ガスであり得、または「スパイク」燃料ガスを含むことが可能である。線１０８ａ内の高品質燃料ガス流の組成物は、燃焼システム１５０の必要性および／または様々な燃料の型の可用性に依存して変化させることが可能であるが、大量の不活性ガス（たとえば窒素、二酸化炭素など）または酸性ガス（たとえば二酸化硫黄、硫化水素など）を含まないことが好ましい。線１０８ａを経由する高品質燃料ガス流は、あらゆる妥当な源から提供されることが可能であるが、著しく遠方から輸入されるより、むしろ近隣のガス生産場から入手可能なことが好ましい。具体的には、線１０８ａ内の高品質燃料ガス流が水素である場合は、近隣のガス生産場（図示せず）からのガス生産流に対して実行される自動熱改質（ＡＴＲ）処理により提供され得る。

線１０８ｂ内の低発熱量燃料ガス流は、約８０ｖｏｌ％未満のメタン、約６０ｖｏｌ％未満のメタン、約４０ｖｏｌ％未満のメタン、またはさらに約２０ｖｏｌ％未満のメタンを含むことが可能である。線１０８ｂ内の低発熱量流はまた、たとえば、エタン、プロパン、および／またはブタンなどの少量のより重質な炭化水素も含むことが可能である。ほとんどの場合、低発熱量燃料ガス流１０８ｂの残余の大部分は、二酸化炭素などの不活性ガスである可能性があるが、場合によっては、少量の窒素、硫化水素、ヘリウム、アルゴン、および／または他の気体である。すべての非炭化水素および二酸化炭素以外のすべての不活性ガスは、混合および燃焼前に線１０８ｂ内の低発熱量燃料ガス流から分離可能なことが好ましい。

少なくとも一実施形態では、２つの炭化水素含有流１０８ａおよび１０８ｂの流れならびに組成物を使用して、燃焼器１１０を作動させるための酸素の必要条件を計算し、酸素供給流量制御装置１１８に対する設定点を提供することが可能である。この計算は、燃焼器１１０内の化学量論的燃焼に必要とされる酸素量を提供することが可能である。流量および流の組成物は、流１０８ａおよび１０８ｂの源に依存して徐々に変化させることが可能である。たとえば、低発熱量燃料ガス流１０８ｂは、高メタン成分を早期生産時に十分に有する（たとえば８０ｖｏｌ％を超える）ＥＯＲ井から発生し得る。このような場合は、線１０８ａを経由して低発熱量燃料ガス流を通る流れはほとんどないか全くないことがある。しかし、貫流が起きると、線１０８ｂを経由する低発熱量燃料ガス流は、非常に低いメタン濃度（たとえば約２０ｖｏｌ％未満）を含み得る。この場合は、線１０８ａを経由する高品質燃料ガス流からの流れを増加させて、炭化水素を線１０８内の燃焼燃料流に追加することが可能である。

図３Ｄは、1つまたは複数の実施形態による別の例示的燃焼システム１６０の概略図を示す。燃焼システム１６０は、図３Ｂおよび３Ｃを参照に上記に論じ説明した特性を含んでも含まなくてもよい。したがって、図３Ｄは、図３Ａ〜３Ｃを参照して最もよく理解されることが可能である。燃焼システム１６０はさらに、線１０８ｃを経由する構造二酸化炭素流を含むことが可能である。流れ制御装置１６２は、それとともに線１０８ｃ内の構造二酸化炭素流に作動可能に結合あるいは連通されることが可能である。線１０８ｃを経由する構造二酸化炭素流は、流１０８ａおよび／または１０８ｂと組み合わせて、燃焼システム１６０の作動中に実質的に一貫した組成を有する燃焼燃料ガス流を線１０８経由で提供することが可能である。その手法は、燃焼システム１５０に類似し得るが、燃焼器１１０の物理的特徴は、特に線１０８内の燃焼燃料ガス流の組成物のために設計され、さらに可変組成物１０８ｂを有する燃料を燃焼し得る。線１０８ｃを経由する構造二酸化炭素流は、線１１２内の燃焼生成物流から分裂または別の源から生じることが可能である。

図３Ｅは、1つまたは複数の実施形態によるさらに別の例示的燃焼システム１７０の概略図を示す。燃焼システム１７０は、図３Ｂ〜３Ｄを参照に上記に論じ説明した特性を含んでも含まなくてもよい。したがって、図３Ｅは、図３Ａ〜３Ｄを参照して最もよく理解されることが可能である。燃焼システム１７０は、実質的に炭化水素および二酸化炭素を含み、初期燃料／二酸化炭素比を有する線１０８を経由する燃焼燃料流、実質的に酸素および二酸化炭素を含み、線１０８を経由する燃焼燃料流および線１０６を経由する酸化流が組み合わせられて、最適当量比（φ）を満たすように構成された組み合わせられた燃料／酸素比、および最適燃焼温度を提供するように構成された組み合わせられた初期二酸化炭素／燃料比を有する線１７２を経由する燃焼器流入口流を形成する、線１０６を経由する酸化流、実質的に二酸化炭素１０２ｂを含む希釈流、ならびに燃焼器流入口流１７２を少なくとも部分的に燃焼するように構成されて、実質的に水および二酸化炭素を含む線１７４を経由する高温生成物流を生成し、線１７４を経由する高温生成物流が、希釈流１０２ｂと混合されて温度および最終二酸化炭素／燃料比を有する燃焼生成物流１１２を形成することが可能な燃焼器１１０を含むことが可能である。

1つまたは複数の実施形態では、燃焼燃料流１０８内の炭化水素はメタンを含むことが可能であり、燃料／酸素比は、燃料と酸素のモル比が約０．９：１から燃料と酸素のモル比が約１．１：１または燃料と酸素のモル比が約０．９５：１から燃料と酸素のモル比が約１．０５：１の範囲であることが可能である。別の実施形態では、線１０８内の燃焼燃料流中の炭化水素は、メタンを含むことが可能であり、二酸化炭素／燃料比は、二酸化炭素と燃料のモル比が約２０：１から二酸化炭素と燃料のモル比が約２５：１または二酸化炭素と燃料のモル比が約２３：１から二酸化炭素と燃料のモル比が約２４：１の範囲であることが可能である。

少なくとも１つの具体的実施形態では、燃焼システム１７０はさらに、線１０８ａを経由する高品質燃料ガス流、線１０８ｂを経由する低発熱量燃料ガス流、および線１０８を経由する燃焼燃料流を形成し、線１０８内の燃焼燃料流の不変初期燃料／二酸化炭素比を維持するために、線１０８ａ内の高品質燃料ガス流および線１０８ｂ内の低発熱量燃料ガス流と組み合わせるように構成された構造二酸化炭素を含むことが可能である。さらなる実施形態は、線１０４を経由する酸素供給流、および線１０６を経由する酸化流を形成するために線１０４内の酸素供給流と組み合わせるように構成された流れと組成物を含む線１０２ａを経由する二酸化炭素混合流を含むことが可能である。

さらに別の実施形態では、燃焼システム１７０は、線１１３内の膨張された燃焼生成物流（および任意選択で線１１２内の燃焼生成物流）の温度を計測するように構成された少なくとも１つの温度センサ１１４を含むことが可能である。線１１３内の膨張された燃焼生成物流の温度を使用して、線１０２ａを経由する二酸化炭素混合流、線１０８ｃを経由する構造二酸化炭素流、および線１０２ｂを経由する希釈流の少なくとも１つの流量を計算して燃焼温度を調節することが可能である。燃焼システム１７０はまた、線１１２内の燃焼生成物流および／または線１１３内の膨張された燃焼生成物流の酸素の量を計測するように構成された少なくとも１つの酸素分析装置１２６を含むことが可能である。線１０８内の燃焼生成物流中の酸素量を使用して線１０４を経由する酸素供給流の流量を最適化し、実質的に化学量論的燃焼を達成することが可能である。システム１７０はさらに、線１１２内の燃焼生成物流および／または線１１３内の膨張された燃焼生成物流の組成物中の炭化水素量を計測するように構成された少なくとも１つの炭化水素分析装置１５２を含むことが可能である。線１１２内の燃焼生成物流および／または線１１３内の膨張された燃焼生成物流の組成物中の炭化水素量を使用して実質的に化学量論的燃焼を達成するために線１０４内の酸素供給流の流量を最適化することが可能である。システム１７０はまた、負荷および負荷を計測するように構成された負荷制御装置１１１’を有する膨張器１１１を含むことが可能である。負荷制御装置１１１’を使用して負荷が変化する度に組み合わせた燃料／酸素の比を維持することが可能である。

図３Ｆは、１つまたは複数の実施形態によるさらに別の例示的燃焼システム１８０の概略図を示す。燃焼システム１８０は、図３Ａ〜３Ｅを参照に上記に論じ説明した特性を含んでも含まなくてもよい。したがって、図３Ｆは、図３Ａ〜３Ｅを参照して最もよく理解されることが可能である。燃焼システム１８０は、よりわかりやすくするためにセンサおよび制御装置なしに示されているが、燃焼システム１８０は図３Ａ〜３Ｅに示されたようにセンサおよび制御装置を含むことが可能であることを理解されたい。燃焼システム１８０は、線１０３を経由する圧縮された二酸化炭素流を生成するために圧縮器１０９に導入されることが可能な、線１０２を経由する二酸化炭素流を含むことが可能である。線１０３を経由する圧縮された二酸化炭素流は、燃焼器１１０に導入されることが可能である。線１０４を経由する酸素供給流および線１０８を経由する燃焼燃料流は、図３Ｃ〜３Ｅを参照に上記に論じ説明したように、流の組合せでもよく、燃焼器１１０に導入されることも可能である。

図４Ａ〜４Ｃは、１つまたは複数の実施形態による、図３Ａ〜３Ｆに示されたシステムと組み合わせて使用されることが可能である３つの例示的燃焼器２００、２２０、２４０をそれぞれに示す。任意の１つまたは複数の燃焼器２００、２２０、および２４０は、図３Ａ〜３Ｆを参照に上記に論じ説明した燃焼システム１００、１４０、１５０、１６０、１７０、および１８０と組み合わせて使用されることが可能である。したがって、図４Ａ〜４Ｃは、図３Ａ〜３Ｆを参照して最もよく理解されることが可能である。

燃焼器２００は、第１の端部２０１ａ、第２の端部２０１ｂ、外殻２０２、燃焼器ライナ２０３、外殻２０２と燃焼器ライナ２０３との間に配置された環状空間２０４、第１の混合ゾーン２０６、第２の混合ゾーン２０８、燃焼ゾーン２１０、バーンアウトゾーン２１２、および燃焼ライナ２０３を通って配置された複数の開口２１３を有することが可能である。燃焼器システム２００はまた、燃焼器１１０内の圧力振動を監視しかつ計測あるいは見積るように構成されたセンサ２１６を含むことも可能である。燃焼器システム２００は、線１０２を経由する二酸化炭素流を受領するように構成されることが可能であり、線１０２は燃焼器１１０内で分裂され得る。たとえば、線１０２内の二酸化炭素流の第１の部分（点線１０２ａで示されている）は、線１０４を経由して導入される酸素供給流と混合、接触、あるいは組み合わされて、酸化流を第１の混合ゾーン内に形成することが可能である。線１０２内の二酸化炭素流の第２の部分（点線１０２ｂで示されている）は、冷却流２１４として使用されることが可能である。冷却流２１４として使用される二酸化炭素は、燃焼ライナ２０３を通って配置された開口２１３を通ってバーンアウトゾーン２１２に入るように流れることが可能である。線１０８を経由する燃焼燃料流はまた、燃焼器１１０に導入され、燃焼生成物流１１２を形成するために少なくとも部分的に燃焼ゾーン２１０内で燃焼されることが可能な、混合された燃焼流を形成するために第２の混合ゾーン２０８内の酸化流と混合されることが可能である。少なくとも１つの実施形態では、燃焼システム２００はさらに、高温火炎ゾーン２１１を含むことが可能である。

図４Ｂは、例示的二酸化炭素の輪郭２２２および中央に比較的高温の火炎ゾーン、すなわち高温火炎ゾーン２１１を生成するはずである燃焼ゾーン２１０の断面を越える酸素の輪郭２２４を有する例示的燃焼器２２０を示す。図４Ｂは、第２の混合ゾーン２０８の外周よりも多量の酸素流量２２４が第２の混合ゾーン２０８の中心付近に注入される一方で、二酸化炭素流量２２２が第２の混合ゾーン２０８の断面を越えて一定である場合の代表例である。その反対は図４Ｃにおいて真であり、図４Ｃは、酸素流量２４２が第２の混合ゾーン２０８の断面を越えて一定であって、さらに二酸化炭素流量２４４が第２の混合ゾーン２０８の外周よりも第２の混合ゾーン２０８の中心に向かって低減される燃焼器２４０を示す。どちらの場合も、燃焼ゾーン２１０に導入される酸素／二酸化炭素の合計モル比は同じであることに留意されたい。酸素／二酸化炭素のモル比は約０．２：１から約０．５：１の範囲であることが可能である。

図４Ａを参照すると、高温火炎ゾーン２１１は、燃焼ゾーン２１０内の火炎の安定性を増加させるように構成されることが可能である。この手法は、線１０８を経由する燃料の量が個々のノズル面を横切って変化するが、当量比（φ）が約１付近、たとえば約０．９５から約１．０５で燃焼ゾーン２１０内の全体的な化学量論を維持することが可能であり得る。このような構成によって、火炎の安定性と燃焼ライナ材料制限の双方の要件の釣り合いをとるａ）化学量論またはｂ）二酸化炭素／酸素比を局所的に変化させることが可能になる。たとえば、燃焼器２００ごとに複数のノズルを含む燃焼器の設計または構成において、高温火炎ゾーン２１１を使用して、各ノズル面を単独に横切ってまたは第２の混合ゾーン２０８全体の面を横切って局所的化学量論を変化させることが可能である。高温火炎ゾーン２１１は燃焼ゾーン２１０のほぼ中心に示されているが、高温火炎ゾーン２１１は中心を外れることが可能であり、複数の高温火炎ゾーン２１１が存在可能であると企図されることに留意されたい。

１つまたは複数の実施形態では、燃焼器システム２００は、酸化流（または合成空気流）と燃焼燃料流１０８、または燃焼燃料流１０８と酸素供給流１０４の濃混合物を含む安定した高温火炎ゾーン２１１を含むように構成されることが可能である。高温火炎ゾーン２１１は、火炎全体の安定性を支援することができる高温炉心火炎を提供し得る。高温火炎ゾーン２１１からの燃焼生成物および未燃燃料は、過剰酸素または合成空気が存在し得る場合、燃焼器１１０内のさらに下流でより完全に酸化され得る。燃焼器１１０の全体的な化学量論は、当量比（φ）が約１付近、たとえば約０．９５から約１．０５で維持されることが可能である。

１つまたは複数の実施形態では、燃焼器システム２００は、複数の第２の混合ゾーン２０８、燃焼ゾーン２１０、および／または燃料／酸素注入装置を含むことが可能であり、それらの任意の１つまたは複数は独立して変調できる可能性がある。その配列は、直列または並列であり得、全体的な火炎の安定性が１つまたは複数の第２の混合ゾーン２０８をその他と無関係に変調することによって維持することが可能になり得る。ターンダウンはまた、１つまたは複数の第２の混合ゾーン２０８を止めることによって獲得され得るが、燃焼器２００内の安定した火炎は持続される。

さらに他の実施形態では、燃焼器２００は、二酸化炭素のより高い放射率および吸収特性を利用して設計した形状を有することが可能である。該形状は、流入反応物（酸素供給流１０４および燃焼燃料流１０８）と（燃焼ゾーン２１０内の）火炎との間の長い光路長を下流で取り込むことが可能である。火炎からの高温は、反応物に熱を放って熱して反応物を予熱し得る。追加としてまたは代替として、ノズルまたは燃焼壁は、二酸化炭素により優先的に吸収される波長で放射される材料から作成されることが可能である。この構成は、熱をその材料から二酸化炭素に伝達し、線１０２を経由して導入される二酸化炭素流の温度を上昇させ、それによって燃焼反応物の効率を向上させ得る。さらに別の恣意的な変形形態では、二酸化炭素によって放射される波長で優先的に吸収する材料で構成された火炎容器が含まれることが可能である。これによって材料を熱し、対流を通じて反応物を予熱させ得る。

燃焼器システム２００の別の有益な結果は、自然空気に対して二酸化炭素／酸素（合成空気流または酸化流）の使用を含むことが可能であり、そのため自然空気に対して合成空気のより高濃度に起因する燃焼器の設計に役立つ。二酸化炭素の分子量は、窒素より大きく、そのため濃度が増加し、同じ質量流量の速度が低下する。バーナ面で減少した速度は（同じ出力密度を有するバーナに対して）火炎安定化に役立つ。この利点は、二酸化炭素／酸素（合成空気流または酸化流）内の火炎の減少した火炎速度を相殺するのに役立つ。開示された設計はまた、反応物を予熱することによって火炎全体の安定性に役立ち、かつ／または熱をガス流に有効に伝達することによって燃焼器を冷却するのに役立つことができる。

さらに別の実施形態では、燃焼器システム２００は、線２１３を経由するガスを受領することが可能な１つまたは複数の注入装置を含むことが可能である。線２１３内のガスは、ガス注入装置を通って高温火炎ゾーン２１１に導入されることが可能である。ガスは、これに限定されないが、酸素、二酸化炭素、燃焼燃料、またはあらゆるその組合せを含むことが可能である。線２１３内のガスを高温火炎ゾーンに導入することは、燃焼ゾーン２１０内の火炎の安定性を増加するように構成された燃焼ゾーンの上流でアンカー火炎を提供することが可能である。

図５Ａおよび５Ｂは、１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜４Ｃに示した燃焼器の例示的燃焼器の構成３００、３２０をそれぞれに示す。したがって、図５Ａおよび５Ｂは、図４Ａ〜４Ｃを参照して最もよく理解されることが可能である。燃焼器構成３００は、注入装置３０２を経由して環状空間２０４に導入される線１０４ａを経由する第１の酸素供給流を含む。線１０４ａを経由して導入される酸素供給流は、二酸化炭素１０２、線１０８を経由して導入される燃焼燃料、および線１０４ｂを経由して導入される第２の酸素供給流とゾーン２０６内で混合されることが可能である。

１つまたは複数の実施形態では、混合装置３０４は、第１の混合ゾーン２０６内に配置されることが可能である。混合装置３０４は、旋回翼、混合翼、金網、または混合ガス流を混合するように構成された何らかの装置であることが可能である。注入装置３０２は、酸素の多くの高乱流噴流を生成するために燃焼器１１０の壁上または環状空間２０４内に配置されたリング上に配置された複数の注入装置孔であることが可能である。リング構成は、分割されたリングまたは連続したリングであるか、または分割されたリングまたは連続したリングを含むことが可能である。さらに、リングは、円形、楔形、または他の鈍頭物体の断面形状を有することが可能である。より小さい噴流は、概してより短い長さを越えてより良い混合をもたらすことが可能である。合成空気（二酸化炭素／酸素混合物）が第２の混合ゾーン２０８で燃料注入点に到達したときに、ほぼ完全な混合を有して、完全な燃焼および化学量論的反応を進展させることが望ましい可能性がある。

第２の混合ゾーン２０８は、燃焼燃料流１０８が導入される位置にあることが可能である。第２の混合装置３０８は、第２の混合ゾーン２０８内に配置されることが可能である。第２の混合装置３０８は、旋回翼、混合翼、金網、または火炎保持のための低速領域を生成するように構成された何らかの装置であることが可能である。燃焼燃料流１０８は、旋回流の中に注入されることが可能であり、火炎は燃焼ゾーン２１０内に保持または維持されることが可能である。燃焼器構成３００内に示された燃料注入装置は簡略図であり、複数の孔または注入装置開口を含み得る。冷却流２１４は、線１０２を経由して環状領域２０４に導入される二酸化炭素を含むことが可能である。燃焼生成物流１１２は、膨張器１１１に導入されることが可能である（たとえば図３Ａを参照のこと）。

図５Ｂは、二次的内殻または二次的燃焼ライナ３２４を含むことが可能な例示的代替の燃焼器構成３２０を示す。二次的内殻３２４は、第１の端部２０１ａと第２の端部２０１ｂの中間位置から燃焼ライナ２０３を中心に配置されることが可能であり、第２の端部２０１ｂに向かって延在することが可能である。少なくとも一例では、二次的内殻３２４は、第１の端部２０１ａと第２の端部２０１ｂの中間位置から第２の端部２０１ｂに延在することが可能である。燃焼器構成３２０はまた、環状空間２０４内に配置された１つまたは複数の混合器３２２を含むことが可能である。混合器３２２は、燃焼器構成３００内より燃焼器構成３２０の第２の端部２０１ｂに近接して配置されることが可能である。線１０４を経由する酸素供給流は、希釈流２１４がバーンアウトゾーン２１２内の燃焼生成物と反応するはずであるので、希釈流２１４に入ることは不可能である。したがって、二次的ライナ３２４は、より長い混合ゾーン２０６を有益に許容し、希釈または冷却流２１４の中に酸素が導入されるのを回避する。

別の実施形態では、線１０４内の酸素供給流は、１０４ａおよび１０４ｂの２つの位置で導入されることが可能である。線１０４ａおよび１０４ｂを経由する酸素供給流を導入すると、酸化流内の酸素／二酸化炭素比の空間的変動が燃焼ゾーン２１０内の高温火炎ゾーン２１１を提供できるようになる。

図６Ａおよび６Ｂは、１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜４Ｃに示した燃焼器の例示的代替の実施形態を示す。したがって、図６Ａおよび６Ｂは、図４Ａ〜４Ｃを参照して最もよく理解されることが可能である。燃焼器システム４００は、第１の混合ゾーン２０６を燃焼器４００の第１の端部２０１ａ付近で含むことが可能である。第１の混合ゾーン２０６は、線１０２を経由する二酸化炭素流の流量、線１０４を経由する酸素供給流、および線１０８を経由する燃焼燃料流を燃焼器４００の第１の端部２０１ａから第２の端部２０１ｂに提供するように構成されることが可能である。１つまたは複数の混合器（２つは４０２ａおよび４０２ｂで示されている）は、第１の混合ゾーン２０６内に配置されることが可能である。混合器４０２ａおよび４０２ｂは、同じまたは同様の形状を有するか、あるいは混合器４０２ｂは混合器４０２ａと異なる形状を有するようにして第２の混合ゾーン２０８の面を横切る酸素／二酸化炭素の比を変更することが可能である。

より具体的には、以下に示されるように混合の２つの段階、すなわち合成空気（酸化流）を作成するために酸素と二酸化炭素を混合する第１の混合ゾーンまたは第１の段階２０６、および燃焼流を生成するために合成空気と燃焼燃料流１０８を合成する第２の混合ゾーンまたは第２の段階２０８がある。線１０４を経由する酸素供給流は、二酸化炭素流１０２の中に注入され、その混合は、乱流を発生させるために、たとえば旋回翼、鈍頭物体注入装置、または金網を使用して容易にすることが可能である。酸素と二酸化炭素の混合は、第１の混合ゾーン２０６内で行われ、第１の混合ゾーン２０６の長さは、この混合を完成するためのサイズにされることが可能である。線１０８を経由する燃焼燃料流は、燃料注入装置を通って注入されることが可能であり、燃料注入装置は単一の管６０５として示されている。燃焼燃料流は、一連の注入装置孔に管６０５の先端で補給される。燃焼は、燃焼ゾーン２１０で行われ、その壁は線１０２を経由して導入される二酸化炭素を介して冷却されることが可能である。

１つまたは複数の実施形態では、燃焼器システム４００は、第１の混合ゾーン２０６の中間の混合物が混合ゾーンの外側部分より高い酸素／二酸化炭素の比を有するように、混合器４０２ａおよび／または４０２ｂの領域を横切る圧力損失を変化させることが可能である。このことは、燃焼ゾーン２１０の中心付近でより高い火炎温度を生成でき、かつ燃焼器４００の壁付近でより低い温度を生成できる。このことは、酸素に対して二酸化炭素をその領域に流すことを抑制する合成空気混合器／旋回翼４０２ｂ上のより高いメッシュ密度によって提案されている。

図６Ｂは、複数のノズル１０８ａ〜ｃおよび１０４ａ〜ｃが単一燃焼器４２０で使用される場合の別の実施形態を示す。これによって、個々のノズルが、燃焼器４２０内の負荷が変化する度に開始または停止されることが可能になる。またこれによって、酸素／二酸化炭素比が火炎安全性を向上させるために燃焼器２１１の中間付近がより高くなり、壁２１０ａ〜２１０ｂ付近が低くなることが可能になるように、各ノズルが異なる旋回翼４２２ａ〜４２２ｃを第１の混合ゾーン２０６ａ〜２０６ｃ内に有することも可能になる。

図７Ａ〜７Ｄは、１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜４Ｃに示した燃焼器のさらなる代替的実施形態を示す。したがって、図７Ａ〜７Ｄは、図４Ａ〜４Ｃを参照して最もよく理解されることが可能である。図７Ａは、二酸化炭素流１０２の分裂を含む例示的燃焼器５００を示し、第１の部分１０２ｂは冷却用に燃焼器５００の壁に沿って経路指定されているが、第２の部分１０２ａは中央ランスすなわち「旋回誘導器」５０２の周囲の環状を通って経路指定されている。中央ランス５０２は、酸素５０４のための側部注入装置を有する。酸素は、実質的に軸方向に流れる二酸化炭素流１０２ａの中に接線方向に導入されることが可能である。この構成は、酸素と二酸化炭素の混合を高め、旋回する合成空気を発生することが可能である。複数の酸素注入位置が含まれることによって、酸素質量流量および合成空気流の旋回の両方の独立した変調が可能になる。旋回誘導器５０２はまた、鈍頭物体として旋回平行流内で作用することが可能であり、低減された速度をその伴流内に提供する。低減された速度のこれらのゾーンは、火炎の安定性に役立つ。線１０８を経由する燃焼燃料は、注入装置５０６を経由する内部二酸化炭素流の周囲の環状に導入されることが可能であり、燃料注入装置５０６の端部が旋回誘導器５０２の端部と面一になっている。

この構成の例示的変形形態は、図７Ｂに示された燃焼器５１０に示したように存在することが可能である。燃料環状５１２は、燃焼器５１０内の旋回誘導器５０２の端部を過ぎて下流に延びることが可能である。燃焼器５１０は、二酸化炭素と酸素流を混合するために滞留時間を増加させることが可能である。この構成はまた、燃料を軸方向下流よりむしろ半径方向内向きに導入するように修正されることが可能である。これによって、火炎を中心付近および旋回誘導器５０２の伴流内に有利に含んだままにする。またこれによって、二酸化炭素１０２ｂの環状の最外部による火炎の消火または未燃焼料の伝送を防止することが可能である。燃焼器５００および５１０に対する構成において、二酸化炭素１０２ｂの環状の最外部は火炎が燃焼器５００、５１０の壁に影響を及ぼすことを防止し、それによって燃焼器５００、５１０の壁の損傷を防止することが可能である。

好都合なことに、旋回誘導器５０２の使用により、通常回旋翼と関連する燃焼器の圧力損失を低減させることが可能である。また、見通しのよい光路は、火炎と流入する二酸化炭素１０２ａ流との間に提供されて、二酸化炭素のより高い吸収を生かすことが可能になる。したがって、流入する合成空気は、標準の燃焼器を利用する空気中より高温に予熱され得る。しかし、燃焼器５００の旋回誘導器の構成は、第１の混合ゾーン２０６内に実質的にすべての酸素供給流１０４を含むように構成されており、燃焼ゾーン２１０内の酸素／二酸化炭素の空間的比を変化させることは容易にはできないことがある。

図７Ｃおよび７Ｄは、それぞれ別の例示的旋回誘導器５３０の側面図および平面図を示す。１つまたは複数の実施形態では、旋回誘導器５３０は、酸素および二酸化炭素を含む旋回する第１の混合物５２２（酸化または合成空気流）を生成するために、二酸化炭素流１０２ａが酸素流１０４の中に接線方向に注入される構成を有することが可能である。注入（α）および（β）の角度は、混合長を有する空力閉塞の特徴を釣り合わせるように変化させることが可能である。注入（α）の角度は、旋回誘導器５３０を通って配置された長手中心軸に対して最低約１°、約５°、約１０°、約２０°、または約３０°から最高約５０°、約６０°、約７０°、約８０°、または約９０°の範囲が可能である。注入（β）の角度は、旋回誘導器５３０を通って配置された長手中心軸に対して最低約１°、約５°、約１０°、約２０°、または約３０°から最高約５０°、約６０°、約７０°、約８０°、または約９０°の範囲が可能である。１つまたは複数の実施形態では、酸素流１０４および二酸化炭素流１０２ａから旋回誘導器５３０への導入は、逆向きもあり得る。換言すると、酸素流１０４は、旋回する第１の混合物５２２（酸化または合成空気流）を生成するために二酸化炭素流１０２ａの中に接線方向に注入され得る。

図８Ａおよび８Ｂは、１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜４Ｃに示した燃焼器の一部の要素を利用するように構成された例示的管束型燃焼器６００を示す。したがって、図８Ａ〜８Ｂは、図４Ａ〜４Ｃを参照して最もよく理解され得る。この管束型燃焼器６００の１つの具体的な設計構造は、バーナ組立体６０２である。燃焼バーナ６０２は、中心バーナ本体６０３内に配置された、束ねられた構成内の複数の管６０４、６０６を含む中心バーナ本体６０３を含むことが可能である。複数の束ねられた管は、一連の代替の燃焼燃料注入管６０４および酸素注入管６０６であり得る。図８Ｂは、束ねられた構成内の複数の管６０４、６０６の１つの構成を示す、バーナ組立体６０２の断面図を示す。１つまたは複数の開口６０８は、中心バーナ本体６０３の側部を通って配置されることが可能であり、それによって一部の二酸化炭素が二酸化炭素流１０２ａから燃焼バーナ６０２に入ることが可能になる。二酸化炭素は、束ねられた燃焼燃料と酸素注入管６０４および６０６それぞれとの間ならびに周囲に流れ、燃焼バーナ６０２から軸方向に出ることが可能である。燃料および酸素注入管６０４、６０６それぞれの数、サイズ、ならびに構成と共にバーナ組立体６０２のサイズは、燃焼器６００の特定の要件に依存して変化されることが可能である。

注入管６０４、６０６の著しい近接は、相互に線１０８を経由して導入された燃焼燃料と線１０４を経由して導入された酸素の効果的な混合を提供することが可能である。注入管６０４、６０６の著しい近接はまた、相互に燃焼バーナ６０２の面を横切る少量の混合物の確実で、予想可能な変形形態を提供することが可能である。燃焼器６００は、燃焼燃料１０８および酸素１０４が、注入管６０４、６０６それぞれを通る流量が独立して変調可能になるように設計されることが可能である。燃焼燃料１０８および酸素１０４の独立した変調は、燃焼バーナ６０２の面を横切り少量の混合物を越える高度の制御を提供することが可能である。

燃焼燃料および酸素注入管６０４、６０６それぞれの束はまた、燃焼器６００に導入された燃焼燃料１０８および酸素１０４の燃焼を改善することが可能である。燃焼燃料および酸素注入管６０４、６０６それぞれの束はまた、平行流の二酸化炭素流１０２ａに対する燃焼燃料１０８および酸素１０４の損失を減少させることが可能である。注入管６０４、６０６間を流れる二酸化炭素１０２ａは、希釈または冷却流として作用し、温度要件の管理に役立つことが可能であり、かつ／または二酸化炭素１０２ａの流れは、高温パイロットゾーンを束の中間に生成するように設計され得る。燃焼器ライナ２０３内の冷却孔と同様に（上記に論じ説明した）、燃焼バーナ６０２の側部上の側部開口６０８は、燃焼バーナ６０２を通る二酸化炭素の流量を調整してサイズを変更することが可能である。

図９は、１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜４Ｃそれぞれに示した燃焼器２００、２２０、２４０の１つまたは複数の要素を利用するように構成された例示的渦停留型燃焼器７００を示す。したがって、図９は、図４Ａ〜４Ｃを参照して最もよく理解されることが可能である。燃焼器７００は、燃焼ライナ２０３内に配置された１つまたは複数の空洞（２つは７０２、７０４で示されている）を含むことが可能である。空洞７０２、７０４は、燃焼ライナ２０３と燃焼器７００の外殻２０２との間に配置された環状２０４の中に延在することが可能である。

線１０２を経由する二酸化炭素は、燃焼器７００の壁に沿って経路指定され、混合ゾーン２０６内に方向付けることが可能である。開口または孔２１３は、燃焼器７００に合わせてサイズ化されることが可能であり、二酸化炭素流１０２の一部が線２１４を経由して示された燃焼ゾーン２１０の下流で燃焼器に入り、バーンアウトゾーン２１２内の燃焼生成物を希釈し、燃焼ライナ２０３を冷却することが可能になる。開口または孔２１３に入らない二酸化炭素は、環状２０４を通って１つまたは複数の空洞７０２、７０４の背後に沿って流れ、それによって空洞を冷却することが可能である。図示されていないが、１つまたは複数の空洞７０２、７０４はまた、冷却フィン、または特定の燃焼器に必要とされる場合は空洞７０２、７０４のより効果的な冷却のために、その表面領域を増加させることが可能な他の変形形態を含むことが可能である。

酸素供給流１０４ａは、空洞７０２および７０４の上流で燃焼ライナ２０３内の二酸化炭素流１０２に注入されることが可能である。酸素供給流１０４ａは、二酸化炭素流１０２と第１の混合ゾーン２０６内で混合されて酸化または合成空気流を形成することが可能である。図９は、一連の２つの空洞７０２および７０４を例示目的のみで示すことに留意されたい。燃焼器７００は、単一の空洞、２つの空洞７０２および７０４、または３つ以上の空洞を本開示の範囲から逸脱せずに含むことが可能である。各空洞７０２および７０４は、１つまたは複数の注入位置を燃焼燃料流１０８、二次的酸素供給流１０４ｂ、または燃焼燃料流と二次的酸素供給流の混合のいずれに対しても含むことが可能である。注入位置はまた、燃焼器７００の要件を満たすために空洞を変化させることが可能である。この構成では、各空洞は独立して作動し、燃焼燃料供給流１０８および二次的酸素供給流１０４ｂの流量は、各空洞７０２および７０４内で独立して変調されることが可能である。これによって、はるかに広い作動エンベロープが可能になる。火炎は、空洞７０２、７０４内、または空洞７０２、７０４内の低減された速度および再循環ゾーン（複数可）によって支援された空洞７０２、７０４の入口のみのいずれかで安定して存在する。渦停留型燃焼器７００はまた、二酸化炭素流１０２、ひいては合成空気の効果的な予熱が可能になるために長い光路長９０５を含むことが可能である。従来のガスタービン燃焼器に優る渦停留型燃焼器７００の利点は、圧力損失が大幅に低減されることである。二酸化炭素流１０２への最小限の閉塞が存在し、それによって二酸化炭素の圧力損失が低減される。

図１０Ａおよび１０Ｂは、１つまたは複数の実施形態による、図４Ａ〜９に示した燃焼器の１つまたは複数を作動する方法の例示的流れ図を示す。したがって、図１０Ａおよび１０Ｂは、図４Ａ〜９を参照して最もよく理解されることが可能である。方法８００は、酸素および二酸化炭素を含む第１の混合物、すなわち「酸化流」または「合成空気」を形成するために、酸素供給流と第１の混合ゾーン内の少なくとも一部の二酸化炭素流を混合する８０４を含むことが可能である。方法８００はまた、混合した燃焼流を形成するために、第１の混合物と第２の混合ゾーン内の燃焼燃料流を混合する８０６を含むことが可能である。混合した燃焼流は、燃焼生成物流を形成するために、少なくとも部分的に燃焼した８０８であることが可能である。図１０Ｂに示したように、方法８２０は、燃焼器内の火炎の安定性を増加させるために、燃焼器のバーナ面を横切る酸素／二酸化炭素の空間的比を変化させる８２４を含むことが可能である。

図４Ａ〜４Ｃを再度参照すると、燃焼器１１０のバーンアウトゾーン２１３は、燃焼器１１０の燃焼ライナ２０３を冷却し消火するように構成された燃焼ライナ２０３を通って配置された一連の孔を有する少なくとも１つの受動的希釈ゾーン２１８、燃焼生成物流１１２と混合するために、二酸化炭素流１０２ｂの第２の部分の少なくとも一部を燃焼器１１０に能動的に送達してように構成された少なくとも１つの消火ポートを有する能動的希釈ゾーン（図示せず）、バーンアウトゾーン２１２を通る温度パターンを能動的に制御する一連の段階的な消火ポート（図示せず）、およびあらゆるその組合せを含むことが可能である。１つまたは複数の実施形態では、バーンアウトゾーン２１２はまた、圧力変換器などのセンサ２１６を含み、火炎の消火の表示であり得る燃焼器１１０内の圧力振動を監視し、計測しかつ／または見積ることが可能である。酸素分析装置（図示せず）はまた、別の入力を酸素反応ループに提供するために、燃焼器１１０内に含まれることが可能である。

発熱量に関して、酸化流１０６は発熱量を有さない可能性があり、燃焼燃料流１０８は比較的高い値（たとえば、約５００イギリス熱単位標準立方フィート（ＢＴＵ／ｓｃｆ）から約９５０ＢＴＵ／ｓｃｆ）を有する可能性がある。

作動中、燃焼ゾーン２１０は、約１，５００℃から約２，２００℃の温度を発生することが可能である。二酸化炭素流１０２ｂを追加して、燃焼生成物流１１２は、燃焼生成物流がバーンアウトゾーン２１２に入るとき、約１，０００℃から最高約１，４００℃までが予想される。追加の消火ガス１０２ｂは、燃焼器１１０の壁を高温火炎ゾーン２１１より冷却に保つために、一種の「ガスエンベロープ」を発生するバーンアウトゾーン２１２の外壁を経由して導入されることが可能である。一例示的実施形態では、冷却流１０２ｂは、煤発生を最小化するために、必要に応じて炭化水素を取り去ることが可能である。別の例示的実施形態では、約１０気圧を超えるなどの大気圧より高温で燃焼が行われる。

例示
一部の例示的ガス流組成物は、ガス流の例示として単一ガス発生領域または異なるガス発生領域における生成の異なる段階で以下の表に提供されている。表１は、生成開始またはその付近の生産井に対する特定の流組成物および流量を提供する。

表２は、ＣＯ₂が貫流後の生産井に対する特定の流の組成物および流量を提供する。

本発明の実施形態はさらに、任意の１つまたは複数の以下の項に関する。

１．第１の端部、第２の端部、外殻、内殻、および外殻と内殻との間に形成されて第１の端部から第２の端部に延在する環状空間を有する燃焼器と、二酸化炭素を燃焼器に導入するように構成された二酸化炭素流入口と、酸素を燃焼器に導入するように構成された酸素流入口と、酸素および二酸化炭素を含む第１の混合物を生成するために、二酸化炭素流入口を通って導入されるあらゆる二酸化炭素の第１の部分を酸素流入口を通って導入されたあらゆる酸素の少なくとも一部と混合するように構成された第１の混合ゾーンと、燃料を燃焼器に導入するように構成された燃料流入口と、酸素、二酸化炭素、および燃料を含む第２の混合物を生成するために、第１の混合物と燃料を混合するように構成された第２の混合ゾーンと、燃焼生成物を生成するために第２の混合物を燃焼するように構成された燃焼ゾーンであって、二酸化炭素流入口を通って導入されたあらゆる二酸化炭素の第２の部分は、内殻を通って配置された１つまたは複数の開口を通って流れ、燃焼生成物と混合して冷却する、燃焼ゾーンと、を備える燃焼器システム。

２．二酸化炭素流入口を通って導入された任意の二酸化炭素の第１の部分は、燃焼器の第２の端部から燃焼器の第１の端部に向かって燃焼器の環状空間を通って流れ、酸素流入口は、二酸化炭素流入口を通って導入された任意の二酸化炭素の第１の部分と、酸素流入口を通って導入された酸素の混合を促進させるように構成された燃焼器の第１の端部から離れて環状空間内に配置され、燃料は、燃焼器の第１の端部に導入される、項１によるシステム。

３．酸素流入口は、燃焼器の壁および環状空間内のリングの少なくとも１つを通って配置された複数の注入装置孔を備える、項２によるシステム。

４．内殻を通る酸素流入口を通って導入された酸素の導入を防止するように構成された二次的内殻であって、第１の混合ゾーンは、燃焼器の第１の端部から離れて配置され、酸素流入口を通って導入された酸素と二酸化炭素流入口を通って導入されたあらゆる二酸化炭素の第１の部分の混合を促進するように構成された、二次的内殻をさらに含む項２によるシステム。

５．酸素流入口は、燃焼器の第１の端部に配置され、燃料は、燃焼器の第１の端部に導入され、第１の混合物の流れは、燃焼器の第１の端部から燃焼器の第２の端部までである、項１によるシステム。

６．酸素流入口を通って導入された酸素の少なくとも一部を第２の混合ゾーンに導入、燃料を第２の混合ゾーンに導入、酸素流入口を通って導入された酸素の少なくとも一部を第１の混合ゾーンに導入、およびあらゆるその組合せからなる群から選択された機能を実行するように構成された複数のバーナをさらに含む、項５によるシステム。

７．複数のバーナの任意の１つまたは一部は、燃焼器の負荷を制御し、各バーナ内の異なる酸素／二酸化炭素の比を生成するために停止されるように構成された、項６によるシステム。

８．第１の混合物は、その中の火炎の安定性を増加させるために燃焼ゾーンの一部に高温ゾーンを生成するように構成された酸素／二酸化炭素の空間的に変化した比を含む、項２、４、および６のいずれか１項によるシステム。

９．第１の混合物内の酸素／二酸化炭素の比を空間的に変化させるように構成された少なくとも１つの二次的酸素流入口をさらに備える、項８によるシステム。

１０．第１の混合物内の酸素／二酸化炭素の比を空間的に変化させるように構成された第１の混合ゾーン内に配置された可変形状の混合装置をさらに含む、項８によるシステム。

１１．燃焼ゾーン内の火炎の安定性を増加させるためにアンカーフレームを燃焼ゾーンの上流で提供するように構成されたガス流入口をさらに備える、項２、４、および６のいずれか１項によるシステム。

１２．第１の混合物の混合を高めるように構成された第１の混合ゾーン内に配置された混合装置と、燃焼ゾーン内の火炎の安定性を増加させるために低速領域を形成するように構成された第２の混合ゾーン内に配置された第２の混合装置と、をさらに備える項２、４、および６のいずれか１項によるシステム。

１３．第１の混合ゾーンは、旋回する第１の混合物を生成するために、酸素を二酸化炭素の中に二酸化炭素流入口を通って導入された、任意の二酸化炭素の第１の部分の流路に接線方向の角度で導入するように構成された旋回誘導器を備える、項１によるシステム。

１４．低速領域を生成して燃焼ゾーン内の火炎の安定性を高めるために、少なくとも一部の燃料を燃焼ゾーンに送達するように構成された、第２の混合ゾーンに配置された少なくとも１つの空洞であって、二酸化炭素流入口を通って導入された任意の二酸化炭素の第１の部分は、少なくとも１つの空洞の壁を冷却するために、燃焼器の第２の端部から燃焼器の第１の端部に向かって燃焼器の環状空間を通って流れ、第１の混合ゾーンは、燃焼器の第１の端部付近に配置される、少なくとも１つの空洞をさらに備える、項１によるシステム。

１５．高温火炎ゾーンを形成して燃焼ゾーン内の火炎の安定性を増加させるために、少なくとも１つの空洞内の少なくとも１つの二次的酸素流入口をさらに備える、項１４によるシステム。

１６．酸素流入口、少なくとも１つの二次的酸素流入口、およびガス流入口のうちの２つ以上を流れる酸素の比を制御することによって、酸素濃度の空間的変化を能動的に制御するための制御装置をさらに備える、項９または１１によるシステム。

１７．第１の端部、第２の端部、外殻、内殻、バーナ面を備える燃焼バーナ、および燃焼ゾーンを有する燃焼器と、二酸化炭素流入口、酸素流入口、および燃料流入口と、酸素と二酸化炭素を含む第１の混合物を生成するために、二酸化炭素流入口を通って導入された任意の二酸化炭素の第１の部分と酸素流入口を通って導入された任意の酸素の少なくとも一部を混合させるように構成された混合ゾーンであって、第１の混合物は、燃焼ゾーン内の火炎の安定性を増加するために、燃焼ゾーン内の高温ゾーンを生成するように構成されたバーナ面を横切る酸素／二酸化炭素の空間的に変化した比を備える、混合ゾーンと、を備える燃焼バーナシステム。

１８．高温ゾーンは、燃焼ゾーンの中心に実質的に配置される、項１７によるシステム。

１９．第１の混合物内の酸素／二酸化炭素の比を空間的に変化させるように構成された少なくとも１つの二次的酸素流入口をさらに含む、項１８によるシステム。

２０．酸素流入口および少なくとも１つの二次的酸素流入口を流れる酸素の比を制御することによって、酸素／二酸化炭素の比の空間的変化を能動的に制御する制御装置をさらに含む、項１９によるシステム。

２１．酸素／二酸化炭素の比を空間的に変化させるように構成された第１の混合ゾーン内の可変形状の混合装置をさらに含む、項１８によるシステム。

２２．外殻と内殻との間に形成され第１の端部から第２の端部に延在する環状空間であって、二酸化炭素流入口を通って導入された任意の二酸化炭素の第１の部分は、環状空間を通って燃焼器の第２の端部から燃焼器の第１の端部に向かって流れるように構成されており、酸素流入口は、第１の混合物を生成するために、酸素流入口を通って導入された酸素を二酸化炭素流入口を通って導入された任意の二酸化炭素の第１の部分に送達されるように構成されており、酸素流入口は、燃焼器の第１の端部から第１の混合物の混合を促進させるように構成された距離を置いて環状空間内に配置されている、環状空間をさらに含む、項２０によるシステム。

２３．酸素流入口は、燃焼器の壁および環状空間内のリングの少なくとも１つを通って配置された複数の注入装置孔を備える、項２２によるシステム。

２４．内殻を通る酸素の導入を防止するように構成された二次的内殻であって、酸素流入口は、燃焼器の第１の端部から距離をおいて配置され、第１の混合物の混合を促進させるように構成されている、二次的内殻をさらに含む項２３によるシステム。

２５．酸素流入口および燃料流入口は、燃焼器の第１の端部に配置され、第１の混合物の流れは、燃焼器の第１の端部から燃焼器の第２の端部までである、項２０および２１のいずれか１項によるシステム。

２６．燃焼器バーナは、その中に配置された束ねられた構成内の複数の管を有する中心バーナ本体であって、複数の管の第１の部分は燃料を運ぶように構成され、複数の管の第２の部分は酸素を運ぶように構成されている、中心バーナ本体と、任意の二酸化炭素の第１の部分が複数の管間に配置された空間を通過可能になるように構成された中心バーナ本体の側部の少なくとも一部を通って配置された開口と、バーナ面を横切る酸素／二酸化炭素の比を空間的に変化させるために酸素を運ぶように構成された管の第２の部分を横切る酸素の少なくとも流量を変調するように構成された制御装置と、をさらに含む、項１７によるシステム。

２７．アンカーフレームを燃焼ゾーンの上流で提供するように構成されたガス注入装置であって、アンカーフレームは燃焼ゾーン内の火炎の安定性を増加させるように適合されている、ガス注入装置をさらに備える、項１７、２２、２５、および２６のいずれか１項によるシステム。

２８．燃焼システム内の燃料を燃焼させる方法であって、第１の混合物を生成するために酸素と燃焼器の第１の混合ゾーン内の二酸化炭素を混合することと、第２の混合物を生成するために第１の混合物と燃焼器の第２の混合ゾーン内の燃料を混合することと、燃焼生成物を生成するために第２の混合物内の燃料の少なくとも一部を燃焼させることと、を含む方法。

２９．請求項２８の方法を請求項２、４、６、１３、および１４のいずれか１項に記載の燃焼器システムに適用することをさらに含む、項２８による方法。

３０．燃焼システム内の燃料を燃焼させる方法であって、燃焼器内の火炎の安定性を増加させるために、燃焼器のバーナ面を横切る酸素／二酸化炭素の空間的比を変化させることを含む、方法。

３１．請求項３０の方法を請求項１７、２２、２５、および２６のいずれか１項に記載の燃焼器システムに適用させることをさらに含む、項３０による方法。

本発明は様々な修正形態および代替形態を受け得るが、上記で論じた例示的実施形態は例示の目的のみで示されている。しかし、本発明は本明細書で開示された特定の実施形態を限定するように意図されていないことを再度理解されたい。実際に、本発明は、添付の特許請求項の範囲の思想および範囲に該当するすべての代替形態、修正形態、および等価物を包括する。

Claims (31)

1. 第１の端部、第２の端部、外殻、内殻、および前記外殻と前記内殻との間に形成されて前記第１の端部から前記第２の端部に延在する環状空間を有する燃焼器と、
   二酸化炭素を前記燃焼器に導入するように構成された二酸化炭素流入口と、
   酸素を前記燃焼器に導入するように構成された酸素流入口と、
   酸素および二酸化炭素を含む第１の混合物を生成するために、前記二酸化炭素流入口を通って導入されるあらゆる二酸化炭素の第１の部分を前記酸素流入口を通って導入されたあらゆる酸素の少なくとも一部と混合するように構成された第１の混合ゾーンと、
   燃料を前記燃焼器に導入するように構成された燃料流入口と、
   酸素、二酸化炭素、および燃料を含む第２の混合物を生成するために、前記第１の混合物と前記燃料を混合するように構成された第２の混合ゾーンと、
   燃焼生成物を生成するために前記第２の混合物を燃焼するように構成された燃焼ゾーンであって、前記二酸化炭素流入口を通って導入されたあらゆる二酸化炭素の第２の部分は、前記内殻を通って配置された１つまたは複数の開口を通って流れ、前記燃焼生成物と混合して冷却する燃焼ゾーンと、を備えている、
   ことを特徴とする燃焼器システム。
2. 前記二酸化炭素流入口を通って導入された任意の二酸化炭素の前記第１の部分は、前記燃焼器の前記第２の端部から前記燃焼器の前記第１の端部に向かって前記燃焼器の前記環状空間を通って流れ、
   前記酸素流入口は、前記二酸化炭素流入口を通って導入された任意の二酸化炭素の前記第１の部分と、前記酸素流入口を通って導入された前記酸素の混合を促進させるように構成された前記燃焼器の前記第１の端部から離れて前記環状空間内に配置され、
   前記燃料は、前記燃焼器の前記第１の端部に導入される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記酸素流入口は、前記燃焼器の壁および前記環状空間内のリングの少なくとも１つを通って配置された複数の注入装置孔を備える、請求項２に記載のシステム。
4. 前記内殻を通る前記酸素流入口を通って導入された前記酸素の導入を防止するように構成された二次的内殻であって、前記第１の混合ゾーンは、前記燃焼器の前記第１の端部から離れて配置され、前記酸素流入口を通って導入された前記酸素と前記二酸化炭素流入口を通って導入されたあらゆる二酸化炭素の前記第１の部分の混合を促進するように構成された、二次的内殻をさらに含む請求項２に記載のシステム。
5. 前記酸素流入口は、前記燃焼器の前記第１の端部に配置され、
   前記燃料は、前記燃焼器の前記第１の端部に導入され、
   前記第１の混合物の流れは、前記燃焼器の前記第１の端部から前記燃焼器の前記第２の端部までである、請求項１に記載のシステム。
6. 前記酸素流入口を通って導入された前記酸素の少なくとも一部を前記第２の混合ゾーンに導入、前記燃料を前記第２の混合ゾーンに導入、前記酸素流入口を通って導入された前記酸素の少なくとも一部を前記第１の混合ゾーンに導入、およびあらゆるその組合せからなる群から選択された機能を実行するように構成された複数のバーナをさらに含む、請求項５に記載のシステム。
7. 前記複数のバーナの任意の１つまたは一部は、前記燃焼器の負荷を制御し、各バーナ内の異なる酸素／二酸化炭素比を生成するために停止されるように構成された、請求項６に記載のシステム。
8. 前記第１の混合物は、その中の火炎の安定性を増加させるために前記燃焼ゾーンの一部に高温ゾーンを生成するように構成された酸素／二酸化炭素の空間的に変化した比を含む、請求項２、４、および６のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記第１の混合物内の酸素／二酸化炭素の前記比を空間的に変化させるように構成された少なくとも１つの二次的酸素流入口をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
10. 前記第１の混合物内の酸素／二酸化炭素の前記比を空間的に変化させるように構成された前記第１の混合ゾーン内に配置された可変形状の混合装置をさらに含む、請求項８に記載のシステム。
11. 前記燃焼ゾーン内の火炎の安定性を増加させるためにアンカーフレームを前記燃焼ゾーンの上流で提供するように構成されたガス流入口をさらに備える、請求項２、４、および６のいずれか１項に記載のシステム。
12. 前記第１の混合物の前記混合を高めるように構成された前記第１の混合ゾーン内に配置された混合装置と、
    前記燃焼ゾーン内の火炎の安定性を増加させるために低速領域を形成するように構成された前記第２の混合ゾーン内に配置された第２の混合装置と、をさらに備える請求項２、４、および６のいずれか１項に記載のシステム。
13. 前記第１の混合ゾーンは、旋回する第１の混合物を生成するために、前記酸素を前記二酸化炭素の中に前記二酸化炭素流入口を通って導入された、任意の二酸化炭素の前記第１の部分の流路に接線方向の角度で導入するように構成された旋回誘導器を備える、請求項１に記載のシステム。
14. 低速領域を生成して前記燃焼ゾーン内の火炎の安定性を高めるために、少なくとも一部の前記燃料を前記燃焼ゾーンに送達するように構成された、前記第２の混合ゾーンに配置された少なくとも１つの空洞であって、前記二酸化炭素流入口を通って導入された任意の二酸化炭素の前記第１の部分は、少なくとも１つの空洞の壁を冷却するために、前記燃焼器の前記第２の端部から前記燃焼器の前記第１の端部に向かって前記燃焼器の前記環状空間を通って流れ、前記第１の混合ゾーンは、前記燃焼器の前記第１の端部付近に配置される、少なくとも１つの空洞をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
15. 高温火炎ゾーンを形成して前記燃焼ゾーン内の火炎の安定性を増加させるために、少なくとも１つの空洞内の少なくとも１つの二次的酸素流入口をさらに備える、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記酸素流入口、前記少なくとも１つの二次的酸素流入口、および前記ガス流入口のうちの２つ以上を流れる酸素の比を制御することによって、前記酸素濃度の前記空間的変化を能動的に制御するための制御装置をさらに備える、請求項９または１１に記載のシステム。
17. 第１の端部、第２の端部、外殻、内殻、バーナ面を備える燃焼バーナ、および燃焼ゾーンを有する燃焼器と、
    二酸化炭素流入口、酸素流入口、および燃料流入口と、
    酸素と二酸化炭素を含む第１の混合物を生成するために、前記二酸化炭素流入口を通って導入された任意の二酸化炭素の第１の部分と前記酸素流入口を通って導入された任意の酸素の少なくとも一部を混合させるように構成された混合ゾーンであって、前記第１の混合物は、前記燃焼ゾーン内の火炎の安定性を増加するために、燃焼ゾーン内の高温ゾーンを生成するように構成された前記バーナ面を横切る酸素／二酸化炭素の空間的に変化した比を備える、混合ゾーンと、を備える燃焼バーナシステム。
18. 前記高温ゾーンは、前記燃焼ゾーンの中心に実質的に配置される、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記第１の混合物内の酸素／二酸化炭素の前記比を空間的に変化させるように構成された少なくとも１つの二次的酸素流入口をさらに含む、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記酸素流入口および前記少なくとも１つの二次的酸素流入口を流れる酸素の前記比を制御することによって、前記酸素／二酸化炭素比の前記空間的変化を能動的に制御する制御装置をさらに含む、請求項１９に記載のシステム。
21. 酸素／二酸化炭素の前記比を空間的に変化させるように構成された前記第１の混合ゾーン内の可変形状の混合装置をさらに含む、請求項１８に記載のシステム。
22. 前記外殻と前記内殻との間に形成され前記第１の端部から前記第２の端部に延在する環状空間であって、前記二酸化炭素流入口を通って導入された任意の二酸化炭素の前記第１の部分は、前記環状空間を通って前記燃焼器の前記第２の端部から前記燃焼器の前記第１の端部に向かって流れるように構成されており、前記酸素流入口は、前記第１の混合物を生成するために、前記酸素流入口を通って導入された前記酸素を前記二酸化炭素流入口を通って導入された任意の二酸化炭素の前記第１の部分に送達されるように構成されており、前記酸素流入口は、前記燃焼器の前記第１の端部から前記第１の混合物の混合を促進させるように構成された距離を置いて前記環状空間内に配置されている、環状空間をさらに含む、請求項２０に記載のシステム。
23. 前記酸素流入口は、前記燃焼器の壁および前記環状空間内のリングの少なくとも１つを通って配置された複数の注入装置孔を備える、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記内殻を通る前記酸素の導入を防止するように構成された二次的内殻であって、前記酸素流入口は、前記燃焼器の前記第１の端部から距離をおいて配置され、前記第１の混合物の混合を促進させるように構成されている、二次的内殻をさらに含む請求項２３に記載のシステム。
25. 前記酸素流入口および前記燃料流入口は、前記燃焼器の前記第１の端部に配置され、前記第１の混合物の流れは、前記燃焼器の前記第１の端部から前記燃焼器の前記第２の端部までである、請求項２０および２１のいずれか１項に記載のシステム。
26. 前記燃焼器バーナは、その中に配置された束ねられた構成内の複数の管を有する中心バーナ本体であって、前記複数の管の第１の部分は前記燃料を運ぶように構成され、前記複数の管の第２の部分は前記酸素を運ぶように構成されている、中心バーナ本体と、
    任意の二酸化炭素の前記第１の部分が前記複数の管間に配置された空間を通過可能になるように構成された前記中心バーナ本体の側部の少なくとも一部を通って配置された開口と、
    前記バーナ面を横切る酸素／二酸化炭素の前記比を空間的に変化させるために前記酸素を運ぶように構成された前記管の前記第２の部分を横切る前記酸素の少なくとも流量を変調するように構成された制御装置と、をさらに含む、請求項１７に記載のシステム。
27. アンカーフレームを前記燃焼ゾーンの上流で提供するように構成されたガス注入装置であって、前記アンカーフレームは前記燃焼ゾーン内の火炎の安定性を増加させるように適合されている、ガス注入装置をさらに備える、請求項１７、２２、２５、および２６のいずれか１項に記載のシステム。
28. 燃焼システム内の燃料を燃焼させる方法であって、
    第１の混合物を生成するために酸素と燃焼器の第１の混合ゾーン内の二酸化炭素を混合することと、
    第２の混合物を生成するために前記第１の混合物と前記燃焼器の第２の混合ゾーン内の燃料を混合することと、
    燃焼生成物を生成するために前記第２の混合物内の前記燃料の少なくとも一部を燃焼させることと、を含む方法。
29. 請求項２８の前記方法を請求項２、４、６、１３、および１４のいずれか１項に記載の前記燃焼器システムに適用することをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
30. 燃焼システム内の燃料を燃焼させる方法であって、
    燃焼器内の火炎の安定性を増加させるために、前記燃焼器のバーナ面を横切る酸素／二酸化炭素の空間的比を変化させることを含む、方法。
31. 請求項３０の前記方法を請求項１７、２２、２５、および２６のいずれか１項に記載の前記燃焼器システムに適用させることをさらに含む、請求項３０に記載の方法。

Images