(57)【要約】  本開示は、発電プラントの１つ以上の態様のために役立つ装置および方法に関する。より具体的には、本開示は、固体燃料のガス化によって生じる様々な燃料混合物を用いるために適合された燃焼器に関する燃焼器の装置および方法に関する。燃焼器内での様々な燃料混合物の燃焼は、燃焼特性の規定のセットが様々な燃料混合物の範囲にわたり実質的に一定に維持されるように制御された燃焼器の要素を構成することによって促進され得る。【選択図】図１
2020510180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電プラントであって、
固体燃料を受け取り、気体燃料を供給するために構成されたガス化器と、
前記気体燃料、酸化剤、および希釈剤を受け取り、燃焼器排気流を出力するために構成された燃焼器と、
前記燃焼器排気流を受け取るように構成されたタービンと、
を備える、発電プラントであり、
前記燃焼器は、外部ケーシングと、内部に燃焼室を画定する燃焼器ライナとを含み、前記燃焼器ライナの外側表面の少なくとも一部は、前記燃料、前記酸化剤、および前記希釈剤のいずれか１つ以上の流れを前記燃焼室によって受け取られる前に自身に対して受け取ることによって、前記燃焼器ライナの冷却をもたらすように構成される、発電プラント。
【請求項２】
前記燃焼器ライナの外側表面は、周囲および長さを含み、前記燃焼器ライナの外側表面の実質的に全体は、前記周囲で前記長さに沿って、前記燃料、前記酸化剤、および前記希釈剤のいずれか１つ以上の流れを前記燃焼室によって受け取られる前に自身に対して受け取るように構成される、請求項１に記載の発電プラント。
【請求項３】
前記燃焼器ライナは、前記燃焼器ライナの外側表面と係合する複数の長手方向に伸長する補強リブ部材を備え、隣接する補強リブ部材間の燃焼器ライナの外側表面の少なくとも一部は、前記燃料、前記酸化剤、および前記希釈剤のいずれか１つ以上の流れを前記燃焼室によって受け取られる前に自身に対して受け取るように構成される、請求項１に記載の発電プラント。
【請求項４】
前記燃焼器ライナの外側表面および前記複数の補強リブ部材の周囲に伸長するスリーブ部材を更に備え、前記スリーブ部材は、前記燃焼器ライナの外側表面の周囲に複数の長手方向に伸長する冷却チャネルを画定するために少なくとも前記補強リブ部材と協働し、前記燃料、前記酸化剤、および前記希釈剤のいずれか１つ以上の流れは、前記燃焼室によって受け取られる前に、前記燃焼室の外側表面に対して前記冷却チャネルを通るように向けられる、請求項３に記載の発電プラント。
【請求項５】
前記燃焼器ライナは、その内部に画定され、前記燃焼室内への前記酸化剤の通過のために適合された１つ以上の開口部を備える、請求項１に記載の発電プラント。
【請求項６】
前記燃焼器ライナは、その内部に画定され、前記燃焼室内への前記希釈剤の通過のために適合された１つ以上の開口部を備える、請求項１に記載の発電プラント。
【請求項７】
前記燃焼器ライナは、第１の内側ライナと、第２の外側ライナとを備える、請求項１に記載の発電プラント。
【請求項８】
前記内側ライナおよび前記外側ライナは、それらの間に空間を画定するように間隔を有し、前記空間は、前記希釈剤の通過のために適合される、請求項７に記載の発電プラント。
【請求項９】
前記燃焼室は、反応領域および希釈領域を画定する、請求項１に記載の発電プラント。
【請求項１０】
前記燃焼器は、前記燃焼器ライナの上流端に係合する酸化剤注入器を更に備える、請求項１に記載の発電プラント。
【請求項１１】
前記酸化剤注入器は、前記燃焼室内へ少なくとも前記酸化剤の少なくとも第１の部分を導入するように配置された第１段階酸化剤注入器を備える、請求項１０に記載の発電プラント。
【請求項１２】
前記第１段階酸化剤注入器は、前記酸化剤を軸に対し斜めに前記燃焼室内へ向けるように構成されたスワーラデバイスを含む、請求項１１に記載の発電プラント。
【請求項１３】
前記スワーラデバイスは、軸に対し約２０度乃至約８５度の角度で前記酸化剤を前記燃焼室内へ向けるように構成された複数の角度付き酸化剤口を備える、請求項１２に記載の発電プラント。
【請求項１４】
前記酸化剤注入器は、燃料ノズルによる係合のために構成された通路を含む、請求項１０に記載の発電プラント。
【請求項１５】
前記酸化剤注入器は、前記燃焼室を画定する前記燃焼器ライナの壁を通して少なくとも前記酸化剤の第２の部分を導入するように配置された第２段階酸化剤注入器を備える、請求項１１に記載の発電プラント。
【請求項１６】
前記第２段階酸化剤注入器は、少なくとも前記酸化剤の第２の部分が、前記第１段階酸化剤注入器より下流で前記燃焼器ライナの壁を通って導入されるように、前記第１段階酸化剤注入器に対して配置される、請求項１５に記載の発電プラント。
【請求項１７】
発電プラントであって、
固体燃料を受け取り、気体燃料を供給するために構成されたガス化器と、
前記気体燃料、酸化剤、および希釈剤を受け取り、燃焼器排気流を出力するために構成され、反応領域および希釈領域を画定する燃焼室を画定する燃焼器ライナを有する燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼室内へ少なくとも前記酸化剤を注入するように構成された注入装置であって、前記注入装置は、
前記燃焼器ライナの端部に係合する第１段階酸化剤注入器であって、前記第１段階酸化剤注入器は、スワーラデバイスを通して前記燃焼室の反応領域内へ少なくとも前記酸化剤の第１の部分を導入するように配置され、前記第１段階酸化剤注入器のスワーラデバイスは、前記酸化剤と前記燃料との混合をもたらし、前記反応領域の周囲に再循環をもたらす、第１段階酸化剤注入器と、
前記第１段階酸化剤注入器の下流かつ前記燃焼室の希釈領域より前に、前記燃焼室を画定する前記燃焼器ライナの壁を通して、少なくとも前記酸化剤の第２の部分を前記反応領域内へ導入するように配置された第２段階酸化剤注入器であって、前記第２段階酸化剤注入器は、燃焼によって生じる火炎を安定させ、前記希釈領域より前に前記酸化剤と前記燃料との更なる混合をもたらすように構成された第２段階酸化剤注入器と、
を含む、注入装置と、
を備える、発電プラント。
【請求項１８】
前記燃焼器ライナの外側表面の少なくとも一部は、前記燃料、前記酸化剤、および前記希釈剤のいずれか１つ以上の流れを前記燃焼室によって受け取られる前に自身に対して受け取ることによって、前記燃焼器ライナの冷却をもたらすように構成される、請求項１７に記載の発電プラント。
【請求項１９】
前記燃焼器ライナは、前記燃焼器ライナの外側表面と係合する複数の長手方向に伸長する補強リブ部材を備え、隣接する補強リブ部材間の燃焼器ライナの外側表面の少なくとも一部は、前記燃料、前記酸化剤、および前記希釈剤のいずれか１つ以上の流れを前記燃焼室によって受け取られる前に自身に対して受け取るように構成される、請求項１７に記載の発電プラント。
【請求項２０】
前記燃焼器ライナは、その内部に画定され、前記燃焼室内への前記希釈剤の通過のために適合された１つ以上の開口部を備える、請求項１７に記載の発電プラント。
【請求項２１】
発電方法であって、
気体燃料を生成するために固体燃料をガス化することと、
前記燃料を燃焼させて燃焼器排気流を生成するために、前記ガス化器からの気体燃料を酸化剤および希釈剤とともに燃焼器内へ注入することと、
電力を生成するために前記燃焼器排気流にタービンを通過させることと、
を備える、発電方法であり、
前記燃焼器は、外部ケーシングと、内部に燃焼室を画定する燃焼器ライナとを含み、前記燃料、前記酸化剤、および前記希釈剤のいずれか１つ以上の流れは、前記燃焼室によって受け取られる前に、前記燃焼器ライナの外側表面の少なくとも一部に沿って移動することによって、前記燃焼器ライナの冷却をもたらす、発電方法。
【請求項２２】
前記燃焼器ライナは、前記燃焼器ライナの外側表面と係合する複数の長手方向に伸長する補強リブ部材を備え、前記燃料、前記酸化剤のいずれか１つ以上の流れは、前記燃焼室によって受け取られる前に、隣接する補強リブ部材間の燃焼器ライナの外側表面の少なくとも一部に沿って移動する、請求項２１に記載の発電方法。
【請求項２３】
前記燃焼器ライナは、その内部に画定された１つ以上の開口部を備え、前記酸化剤の少なくとも一部は、前記１つ以上の開口部を前記燃焼室内へ通過する、請求項２１に記載の発電方法。
【請求項２４】
前記燃焼器ライナは、その内部に画定された１つ以上の開口部を備え、前記希釈剤の少なくとも一部は、前記１つ以上の開口部を前記燃焼室内へ通過する、請求項２１に記載の発電方法。
【請求項２５】
前記燃焼器ライナの上流端に係合する酸化剤注入器を通して前記酸化剤の少なくとも一部を前記燃焼室内へ移動させることを備える、請求項２１に記載の発電方法。
【請求項２６】
軸に対して約２０度乃至約８５度の角度で前記酸化剤を前記燃焼室内へ向けるスワーラデバイスを含む第１段階酸化剤注入器を通して前記酸化剤の一部を前記燃焼室内へ移動させることを備える、請求項２５に記載の発電方法。
【請求項２７】
前記酸化剤注入器を通る通路に係合する燃料ノズルを通して前記気体燃料を前記燃焼室内へ移動させることを備える、請求項２５に記載の発電方法。
【請求項２８】
前記燃焼室を画定する前記燃焼器ライナの壁を通過する第２段階酸化剤注入器を通して前記酸化剤の一部を前記燃焼室内へ移動させることを備える、請求項２５に記載の発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の主要部は、特に電力生成における、非気体燃料の燃焼に関するシステムおよび方法に関する。このシステムおよび方法は特に、可変化学性を有する燃料の燃焼に適応するために役立つ。
【背景技術】
【０００２】
電力生成に関する全世界的な需要が増加するとともに、そのようなニーズを満たすための追加の発電プラントへの継続的なニーズが存在する。市場需要によって、そのような発電は、可能な最大効率で、かつ可能な限り炭素回収を伴って実現されることが望ましい。特に、更に燃焼され得る気体燃料（すなわち合成ガス）を生成するために石炭の部分酸化による発電のために用いられ得る、例えば石炭などの固体燃料は、未だ大量に残っている。しかし、変化に富んだ石炭組成により、信頼性が高く一貫した化学性を有する合成ガス源を供給することは困難である。よって、一貫性のない化学性によって生じる悪影響を伴わず発電のためにそれ自体が燃焼され得る気体燃料を供給するために固体燃料が部分的に酸化され得る燃焼システムおよび方法へのニーズが存在する。
【発明の概要】
【０００３】
本開示は、固体燃料から発電するためのシステムおよび方法を提供する。より具体的には、本開示は、固体燃料のガス化によって生成される気体燃料を用いることができる発電システムおよび方法を提供する。システムおよび方法は、上流でガス化された固体燃料の化学性における変化によって生じる、気体燃料の様々な化学性に適応するように構成される。これは、下流で気体燃料を燃焼させる発電システムに関する関連するパーツのスワッピングを必要とすることなく、全てが高い燃料バーンアウト効率および低いライナ温度をもたらしながら必要に応じて様々な非気体燃料を取り換えることができることにより、顕著な利点を提供し得る。
【０００４】
１つ以上の実施形態において、本開示は、発電プラントを提供し得る。例示的な実施形態において、発電プラントは、固体燃料を受け取り、気体燃料を供給するために構成されたガス化器と、気体燃料、酸化剤、および希釈剤を受け取り、燃焼器排気流を出力するために構成された燃焼器と、燃焼器排気流を受け取るように構成されたタービンとを備えてよく、燃焼器は、外部ケーシングと、内部に燃焼室を画定する燃焼器ライナとを含み、燃焼器ライナの外側表面の少なくとも一部は、燃料、酸化剤、および希釈剤のいずれか１つ以上の流れを燃焼室によって受け取られる前に自身に対して受け取ることによって、燃焼器ライナの冷却をもたらすように構成される。更なる実施形態において、発電プラントは、任意の数または順序で組み合わせられ得る以下の記述の１つ以上に関連して定義され得る。
【０００５】
燃焼器ライナの外側表面は、周囲および長さを含んでよく、燃焼器ライナの外側表面の実質的に全体は、その周囲で長さに沿って、燃料、酸化剤、および希釈剤のいずれか１つ以上の流れを燃焼室によって受け取られる前に自身に対して受け取るように構成され得る。
【０００６】
燃焼器ライナは、燃焼器ライナの外側表面と係合する複数の長手方向に伸長する補強リブ部材を備えてよく、隣接する補強リブ部材間の燃焼器ライナの外側表面の少なくとも一部は、燃料、酸化剤、および希釈剤のいずれか１つ以上の流れを燃焼室によって受け取られる前に自身に対して受け取るように構成され得る。
【０００７】
発電プラントは更に、燃焼器ライナの外側表面および複数の補強リブ部材の周囲に伸長するスリーブ部材を備えてよく、スリーブ部材は、燃焼器ライナの外側表面の周囲に複数の長手方向に伸長する冷却チャネルを画定するために少なくとも補強リブ部材と協働し、燃料、酸化剤、および希釈剤のいずれか１つ以上の流れは、燃焼室によって受け取られる前に、燃焼室の外側表面に対して冷却チャネルを通るように向けられる。
【０００８】
燃焼器ライナは、その内部に画定され、燃焼室内への酸化剤の通過のために適合された１つ以上の開口部を備えてよい。
【０００９】
燃焼器ライナは、その内部に画定され、燃焼室内への希釈剤の通過のために適合された１つ以上の開口部を備えてよい。
【００１０】
燃焼器ライナは、第１の内側ライナと、第２の外側ライナとを備えてよい。
【００１１】
内側ライナおよび外側ライナは、それらの間に空間を画定するように間隔を有してよく、空間は、希釈剤の通過のために適合される。
【００１２】
燃焼室は、反応領域および希釈領域を画定してよい。
【００１３】
燃焼器は更に、燃焼器ライナの上流端に係合する酸化剤注入器を備えてよい。
【００１４】
酸化剤注入器は、燃焼室内へ少なくとも酸化剤の少なくとも第１の部分を導入するように配置された第１段階酸化剤注入器を備えてよい。
【００１５】
第１段階酸化剤注入器は、酸化剤を軸に対し斜めに燃焼室内へ向けるように構成されたスワーラデバイスを含んでよい。
【００１６】
スワーラデバイスは、軸に対し約２０度乃至約８５度の角度で酸化剤を燃焼室内へ向けるように構成された複数の角度付き酸化剤口を備えてよい。
【００１７】
酸化剤注入器は、燃料ノズルによる係合のために構成された通路を含んでよい。
【００１８】
酸化剤注入器は、燃焼室を画定する燃焼器ライナの壁を通して少なくとも酸化剤の第２の部分を導入するように配置された第２段階酸化剤注入器を備えてよい。
【００１９】
第２段階酸化剤注入器は、少なくとも酸化剤の第２の部分が、第１段階酸化剤注入器より下流で燃焼器ライナの壁を通って導入されるように、第１段階酸化剤注入器に対して配置され得る。
【００２０】
いくつかの実施形態において、発電プラントは、固体燃料を受け取り、気体燃料を供給するために構成されたガス化器と、気体燃料、酸化剤、および希釈剤を受け取り、燃焼器排気流を出力するために構成され、反応領域および希釈領域を画定する燃焼室を画定する燃焼器ライナを有する燃焼器と、燃焼器の燃焼室内へ少なくとも前記酸化剤を注入するように構成された注入装置であって、注入装置は、燃焼器ライナの端部に係合する第１段階酸化剤注入器であって、第１段階酸化剤注入器は、スワーラデバイスを通して燃焼室の反応領域内へ少なくとも酸化剤の第１の部分を導入するように配置され、第１段階酸化剤注入器のスワーラデバイスは、酸化剤と燃料との混合をもたらし、反応領域の周囲に再循環をもたらす、第１段階酸化剤注入器と、第１段階酸化剤注入器の下流かつ燃焼室の希釈領域より前に、燃焼室を画定する燃焼器ライナの壁を通して、少なくとも酸化剤の第２の部分を反応領域内へ導入するように配置された第２段階酸化剤注入器であって、第２段階酸化剤注入器は、燃焼によって生じる火炎を安定させ、希釈領域より前に酸化剤と燃料との更なる混合をもたらすように構成された第２段階酸化剤注入器とを含む注入装置とを備えてよい。更なる実施形態において、発電プラントは、任意の数または順序で組み合わせられ得る以下の記述の１つ以上に関連して定義され得る。
【００２１】
燃焼器ライナの外側表面の少なくとも一部は、燃料、酸化剤、および希釈剤のいずれか１つ以上の流れを燃焼室によって受け取られる前に自身に対して受け取ることによって、燃焼器ライナの冷却をもたらすように構成され得る。
【００２２】
燃焼器ライナは、燃焼器ライナの外側表面と係合する複数の長手方向に伸長する補強リブ部材を備えてよく、隣接する補強リブ部材間の燃焼器ライナの外側表面の少なくとも一部は、燃料、酸化剤、および希釈剤のいずれか１つ以上の流れを燃焼室によって受け取られる前に自身に対して受け取るように構成され得る。
【００２３】
燃焼器ライナは、その内部に画定され、燃焼室内への希釈剤の通過のために適合された１つ以上の開口部を備えてよい。
【００２４】
１つ以上の実施形態において、本開示は、発電方法に関してよい。例示的な実施形態において、発電方法は、気体燃料を生成するために固体燃料をガス化することと、燃料を燃焼させて燃焼器排気流を生成するために、ガス化器からの気体燃料を酸化剤および希釈剤とともに燃焼器内へ注入することと、電力を生成するために燃焼器排気流にタービンを通過させることとを備えてよく、燃焼器は、外部ケーシングと、内部に燃焼室を画定する燃焼器ライナとを含み、燃料、酸化剤、および希釈剤のいずれか１つ以上の流れは、燃焼室によって受け取られる前に、燃焼器ライナの外側表面の少なくとも一部に沿って移動することによって、燃焼器ライナの冷却をもたらす。更なる実施形態において、発電方法は、任意の数または順序で組み合わせられ得る以下の記述の１つ以上に関連して定義され得る。
【００２５】
燃焼器ライナは、燃焼器ライナの外側表面と係合する複数の長手方向に伸長する補強リブ部材を備えてよく、燃料、酸化剤のいずれか１つ以上の流れは、燃焼室によって受け取られる前に、隣接する補強リブ部材間の燃焼器ライナの外側表面の少なくとも一部に沿って移動してよい。
【００２６】
燃焼器ライナは、その内部に画定された１つ以上の開口部を備えてよく、酸化剤の少なくとも一部は、１つ以上の開口部を通って燃焼室内へ通過してよい。
【００２７】
燃焼器ライナは、その内部に画定された１つ以上の開口部を備えてよく、希釈剤の少なくとも一部は、１つ以上の開口部を通って燃焼室内へ通過してよい。
【００２８】
発電方法は、燃焼器ライナの上流端に係合する酸化剤注入器を通して酸化剤の少なくとも一部を燃焼室内へ移動させることを備えてよい。
【００２９】
発電方法は、軸に対して約２０度乃至約８５度の角度で酸化剤を燃焼室内へ向けるスワーラデバイスを含む第１段階酸化剤注入器を通して酸化剤の一部を燃焼室内へ移動させることを備えてよい。
【００３０】
発電方法は、酸化剤注入器を通る通路に係合する燃料ノズルを通して気体燃料を燃焼室内へ移動させることを備えてよい。
【００３１】
発電方法は、燃焼室を画定する燃焼器ライナの壁を通過する第２段階酸化剤注入器を通して酸化剤の一部を燃焼室内へ移動させることを備えてよい。
【００３２】
更なる実施形態において、本システムおよび方法は、規定の構成を有する燃焼器装置の使用を組み込んでよい。例示的な実施形態において、そのような燃焼器は、燃料、酸化剤、および希釈剤を受け取るように構成された燃焼室を有してよく、燃焼器は、燃焼室内で様々な組成の燃料を燃焼させ、その結果生じる燃焼室からの燃焼生成物を排気ノズルの入口端内へ、かつ排気ノズルを通ってその出口端へ向けるように適合され、排気ノズルの外側表面の少なくとも一部は、酸化剤の少なくとも一部の流れを自身に対して受け取り、排気ノズルの冷却をもたらすように構成される。
【００３３】
いくつかの実施形態において、排気ノズルの外側表面は、排気ノズルの出口端から入口端へ伸長する螺旋チャネルを少なくとも部分的に画定してよく、螺旋チャネルは、出口端において少なくとも酸化剤を受け取り、酸化剤を入口端へ向けるように構成される。
【００３４】
いくつかの実施形態において、排気ノズルの外側表面は、排気ノズルの入口端から出口端へ伸長する螺旋チャネルを少なくとも部分的に画定してよく、螺旋チャネルは、入口端において少なくとも酸化剤を受け取り、酸化剤を出口端へ向けるように構成される。
【００３５】
いくつかの実施形態において、排気ノズルの外側表面は、出口端から入口端へ伸長する第１の螺旋部分と、第１の螺旋部分と流体連通しており、排気ノズルの入口端から出口端へ伸長する第２の螺旋部分とを有する螺旋チャネルを少なくとも部分的に画定してよく、第１の螺旋部分は、出口端において少なくとも酸化剤を受け取り、少なくとも酸化剤を入口端へ向けるように構成され、第２の螺旋部分は、入口端において少なくとも第１の螺旋部分からの酸化剤を受け取り、少なくとも酸化剤を出口端へ向けるように構成される。
【００３６】
いくつかの実施形態において、そのような燃焼器装置は、燃料、酸化剤、および希釈剤を受け取るように構成された燃焼室を有してよい。燃焼器は、様々な組成の燃料を燃焼させるように適合され得る。燃焼室は、燃焼領域および再循環領域を画定してよい。注入装置は、燃焼器の燃焼室内へ少なくとも酸化剤を注入するように構成され得る。注入装置は、スワーラデバイスを通して燃焼室の一次領域内へ少なくとも酸化剤の第１の部分を導入するように配置された第１段階を含んでよい。第１段階のスワーラデバイスは、酸化剤と燃料との混合をもたらし、保炎渦崩壊を誘発し混合を強化するために燃焼室の中心軸の周囲で一次領域内に再循環領域をもたらす。第２段階は、一次領域の下流かつ希釈領域の前に、燃焼室を画定する燃焼器ライナの壁を通して少なくとも酸化剤の第２の部分を再循環領域内へ導入するように配置され得る。第２段階は、燃焼によって生じる火炎を安定させ、希釈領域の前に酸化剤と燃料との更なる混合をもたらすように構成され得る。
【００３７】
本開示のこれらの特徴、態様、および利点および他の特徴、態様、および利点は、以下で簡単に説明される添付図面とともに、以下の詳細な説明を読み取ることにより明らかになる。本開示は、上述した態様の２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の任意の組み合わせならびに本開示に記載されるいずれか２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の特徴または要素の組み合わせを、そのような特徴または要素が本明細書における具体的な実施形態の説明に明確に組み込まれるかにかかわらず含む。本開示は、全体論的に読み取られることが意図されており、本開示の任意の分離可能な特徴または要素は、その様々な態様および実施形態のいずれかにおいて、文脈が明確に要求しない限り結合可能であることが意図されるものとしてみなされるべきである。従って本開示の態様は、本明細書において別記で詳述されるような利点を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本開示の例示的な実施形態に係る発電方法を実行するために役立つ発電プラントの図である。
【図２】本開示の例示的な実施形態に係る発電プラントおよび発電方法において役立つ燃焼器の部分断面図である。
【図３ａ】本開示の例示的な実施形態に係る発電プラントおよび発電方法において役立つ燃焼器ライナの斜視図である。
【図３ｂ】本開示の例示的な実施形態に係る発電プラントおよび発電方法において役立つ燃焼器ライナの部分断面図である。
【図４】本開示の例示的な実施形態に係る発電プラントおよび発電方法において役立つ燃料ノズルの部分斜視図である。
【図５】本開示の例示的な実施形態に係る発電プラントおよび発電方法において役立つスワーラデバイスの部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
ここで、本開示の主要部は、例示的な実施形態を参照して以下により詳しく説明される。これらの例示的な実施形態は、本開示が十分かつ完全なものとなり、主要部の範囲を当業者に完全に伝達するために説明される。実際、主要部は、多くの様々な形式で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されてはならず、むしろ、これらの実施形態は、本開示が適切な法的要件を満たすために提供される。本明細書および添付の特許請求の範囲において用いられる場合、単数形の「一」、「一つ」、「その」は、文脈が明確に要求しない限り、複数形への言及を含む。
【００４０】
本開示は、例えば石炭などの固体燃料を用いる発電のために適合されたシステムおよび方法に関する。固体燃料は具体的には、発電プラントおよびプロセスにおいて燃焼される例えば合成ガス（またはシンガス）などの気体燃料を供給するために部分的に酸化され得る。よって、いくつかの実施形態において、本開示は、高圧超臨界ＣＯ２環境における石炭合成ガス酸素燃焼を包含する。従って本開示は、石炭および他の固体炭化水素原料が、その後、酸素燃焼システムおよび方法における燃焼器に供給され得る合成ガスに部分的に酸化され得るシステムおよび方法を包含する。
【００４１】
１つ以上の実施形態において、固体燃料は、発電プラントおよびプロセスにおいてそれ自体が燃焼する気体燃料を供給するために部分的に酸化され得る。よって本明細書で用いられる場合、「気体燃料」、「燃料ガス」などへの言及は、例えば固体燃料のガス化など、固体燃料の部分酸化によって直接的に得られるガス状の燃料を指すものとして理解される。特に「合成ガス」という用語は、石炭の部分酸化によって生じる可変化学性のガスを意味するものとして理解される。例えば石炭および／または他の固体原料は、Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４、ＣＯ２、Ｈ２Ｓ、および他のマイナー種の様々な組み合わせを含み得る高温生合成ガスを生成するために、ガス化器において部分的に酸化され得る。生合成ガスは、例えば灰、（一つまたは複数の）可溶性酸、水、および（一つまたは複数の）重金属を除去するために冷却および浄化することによって更に処理され得る。硫黄種は、既存の酸性ガス除去プロセスによって除去されてよく、あるいは燃焼のために合成ガス内に留まってよい。噴流式ガス化器、流動床式ガス化器、および移動床式ガス化器を含む既存のガス化器は、様々な石炭原料または他の固体原料のガス化のために用いられ得る。浄化石炭合成ガスの化学性は、様々な石炭原料、様々なガス化器、様々な石炭供給システム、および様々な合成ガス浄化手順によって異なる。
【００４２】
燃焼特性を含む合成ガス燃料の特性は、合成ガス燃料の実際の化学性に基づいて著しく異なり得る。例えば、水素およびメタンが豊富な合成ガス燃料は、一酸化炭素が豊富な合成ガス燃料からの燃料特性を示す。合成ガスの発熱量は、合成ガス内のＣＯ２含有量に強く影響を受け、合成ガスを生成するために用いられる石炭ガス化器の種類に依存して著しく異なり得る。例えば、スラリー供給式ガス化器によって生成された合成ガスは、２０質量％より多くのＣＯ２含有量を有し得るが、乾燥供給式ガス化器によって生成された合成ガスは一般に、１０質量％未満のＣＯ２含有量を有し得る。従って、各燃料の所与の質量に関して、例えば火炎特徴、下流システム温度プロファイルに伝達される熱エネルギ、排気ガス条件、および排気ガス組成などの特性は、著しく変化し得る。
【００４３】
発電施設用の燃焼器は固定室として設計される必要があるので、狭い範囲の燃料混合物しか燃焼器設計条件（およびそれに伴う火炎および燃焼器出口条件）に合致することができず、燃焼器内での使用に耐えることができない。また、この範囲内の混合物も、厳密に制御される必要のある燃焼器または火炎性状に摂動をもたらし得る。従って本開示は、生成された合成ガスの様々な化学性に適応するように構成された燃焼器において生成された合成ガスを燃焼する前に部分酸化をもたらすことによって、初期燃料源として石炭または他の固体燃料を用いる発電を実現し得るという点で有利である。
【００４４】
よって本開示は、様々な要素を含む発電プラントおよびプロセスに関連してよい。本開示に係る発電プラントおよびプロセスに含まれ得る要素の非限定的例は、参照によってその開示が本願に組み込まれる米国特許第８，７７６，５３２号、米国特許第９，５８１，０８２号、および米国特許公開第２０１７／０２４１３３８号において説明される。
【００４５】
発電プラントおよびその動作方法は、図１に関連して本明細書で詳しく説明される。図示されるように、発電プラント１００は、異なる化学性の燃料が用いられる場合でも継続的に動作するために構成された燃焼器において燃焼される気体燃料を生成するために、例えば石炭などの固体燃料の部分酸化に適した要素を含む。よって、燃焼器を変更する必要なく、様々な化学性を有する気体燃料の生成をもたらす様々な等級の固体燃料を用いることが可能である。
【００４６】
図１を参照すると、例示的な実施形態において、発電プラント１００は、ライン１０３および１０４において実質的に純粋な酸素の流れを生成するために空気分離ユニット（ＡＳＵ）１０２ヘ空気を供給する空気源１０１を含んでよい。図示されないが、ＡＳＵ１０２は、ライン１０３および１０４において（異なってよく、または実質的に同じであってよい）増加した圧力で酸素を供給するように構成された様々なコンプレッサおよび／またはポンプを含んでよいことが理解される。ただし、所望に応じて、所望のレベルの圧縮をもたらすためにライン１０３および１０４に追加のコンプレッサおよび／またはポンプが提供され得る。ライン１０３内の酸素は、単一のガス化器または複数のガス化器であってよいガス化器１０５へ向けられ、本明細書において別記されるように任意の適切な種類のガス化器が利用され得る。固体燃料源１０６からの固体燃料は、準備ステーション１０７へ供給されてよく、ここで例えば、固体燃料は、所望の平均粒子サイズの粒子化固体燃料を供給するために１つ以上の粉砕機によって粉砕され得る。準備ステーション１０７において、固体燃料は、例えば実質的に純粋な二酸化炭素などの流動媒体に搭載され得る（ただし他の流動媒体が追加または代替として用いられてよい）。準備ステーション１０７内で準備された固体燃料は、ライン１０８を通ってガス化器１０５へ移動し、部分酸化気体燃料としてライン１０９を出る。例えば固体燃料が石炭である場合、様々な化学性の合成ガス（「シンガス」）がライン１０９を通って供給され得る。ライン１０９内の気体燃料は、気体燃料内に存在する微粒子および他の非燃料成分を除去するための１つ以上の要素を含み得る洗浄ユニット１１０を通過する。浄化気体燃料は、ライン１１１において、本明細書で別記されるように低品位加熱を提供するために用いられ得る熱交換器１１２へ移動する。冷却された気体燃料はライン１１３において熱交換器を出て、気体燃料コンプレッサ１１４において圧縮され、ライン１１５を通って燃焼器１１６へ送給される。
【００４７】
ライン１１５からの気体燃料は、任意選択的に例えば不活性ガス、二酸化炭素、または水などの希釈剤によって希釈され得るライン１０４からの酸素とともに燃焼器１１６内で燃焼される。好適には、ライン１５５内の再循環二酸化炭素も燃焼器１１６内へ入力される。燃焼器排気流はライン１１７において燃焼器１１６を出て、発電器１１９によって電力を生成するためにタービン１１８において拡張される。ライン１２０内のタービン排気は、ライン１２８を通して周囲温度付近の排気流を水分離器１３０へ供給する冷却器１２７を通過する前に、熱交換器１２５を通過し、ここで冷却されてライン１２６を出る。水はライン１３２において分離器１３０を出、水流は、例えばＨ２ＳＯ４およびＨＮＯ３などの可溶化不純物を更に含み得る。実質的に純粋な二酸化炭素はライン１３１において分離器１３０を出、コンプレッサ１３５において圧縮され、ライン１３６を通って二酸化炭素の密度を増加させるための冷却器１３７へ移動し、ライン１３８において排出される。ライン１３８内の二酸化炭素の一部は、ライン１４０を通って（例えば流動媒体として用いられるために）固体燃料準備ステーション１０７へ移動してよい。その他の高密度二酸化炭素は、ライン１３９を通ってポンプ１４５へ移動し、ここで、燃焼器１１６への入力に適した圧力まで吸い上げられ、ライン１５０として排出される。ライン１５０内の高圧二酸化炭素の一部は、ライン１５１において発電プラント１００から輸出され得る。ライン１５０からの実質的に純粋な高圧再循環二酸化炭素のその他の一部は、ライン１２０においてタービン排気に対し再加熱されるようにライン１５２から熱交換器１２５へ向けられる。
【００４８】
１つ以上の実施形態において、本開示は特に、固体燃料の部分酸化を通して気体燃料の生成によって生じる様々な化学性を帯びる気体燃料を燃焼させるために構成され得る燃焼器（１１６、２１６）を提供する。よって燃焼器（１１６、２１６）は、燃料、酸化剤、および希釈剤を直接、間接的に、または直接および間接的の両方で受け取るように構成された燃焼室２７０を有してよい。例えば燃料、酸化剤、および希釈剤は、注入機構または拡散機構を介して直接、燃焼室２７０内へ受け取られ得る。例えば燃料、酸化剤、および希釈剤は、燃料、酸化剤、および希釈剤が燃焼室２７０内へ導入される前に事前混合される混合構成によって間接的に燃焼室２７０内へ受容され得る。
【００４９】
図２を参照すると、燃焼器２１６の燃焼室２７０は、外部ケーシング２６５によって包囲された燃焼器ライナ２６０によって画定され得る。外部ケーシング２６５は、冷却流体が循環し得る例えば冷却オリフィス２８２などの１つ以上の冷却要素を含んでよい。いくつかの実施形態において、冷却流体は、本明細書において更に説明されるような希釈剤用に使用されるものと同じ材料であってよい。燃焼器ライナ２６０の外側表面の少なくとも一部は、燃料、酸化剤、または希釈剤のいずれか１つ以上が燃焼室２７０内へ向けられる前に燃料、酸化剤、および希釈剤のいずれか１つ以上の流れを自身に対して受け取ることによって、燃焼器ライナの冷却をもたらすように構成され得る。いくつかの実施形態において、燃焼器ライナ２６０の外側表面は、周囲および長さを含んでよく、燃焼器ライナの外側表面の実質的に全体が、その周囲で長さに沿って、燃料、酸化剤、または希釈剤のいずれか１つ以上が燃焼室２７０内へ向けられる前に燃料、酸化剤、または希釈剤のいずれか１つ以上の流れを自身に対して受け取るように構成され得る。
【００５０】
いくつかの実施形態において、燃焼器ライナ２６０の動作温度を特定の閾値より下に維持するために、背面壁冷却または外壁表面冷却が有利であり得る。これは、いくつかの例において、超臨界二酸化炭素（「ｓＣＯ２」）、酸化剤、および／または燃料の流れを、ｓＣＯ２、酸化剤、および／または燃料を燃焼器へ供給する前に燃焼器ライナの長さに沿って流すことによって実現され得る。高圧ｓＣＯ２は高い比熱値を有し、他の種類の冷却ガスと比較して、効率的に燃焼器ライナ２６０を冷却するために必要なｓＣＯ２の量を低減させ得る。
【００５１】
上記に加えて（または代替として）、燃焼器ライナ２６０を冷却するｓＣＯ２はその後、そのような燃焼器を実現する電力システムに関連する他のプロセスに向けられ（「循環され」）得る。この方法では、燃焼器壁部および／またはライナによるエネルギ損失が低減され、燃焼サイクル効率が改善され得る。
【００５２】
図２に示す例示的な実施形態において、燃焼器ライナ２６０は、燃焼器ライナの外周に沿って流れる注入流体が燃焼器チャンバ２７０内へ移動する際に通過し得るように複数の穿孔２６１を含む。燃焼室２７０は、反応領域２７１および希釈領域２７３に分割され得る。反応領域（ＲＺ）２７１は、燃焼室２７０の燃料ノズル２８０付近の部分、すなわち、燃焼室の前部または上流部であってよい。希釈領域（ＤＺ）２７３は、燃焼室２７０の出口２９１付近、すなわち、燃焼室の端部または下流部であってよい。いくつかの実施形態において、反応領域２７１および希釈領域２７３の各々は、燃焼室２７０の全容積の約半分を包括し得る。希釈領域２７３に対し反応領域２７１によって包括された燃焼室２７０の容積比（ＲＺ／ＤＺ）は、約０．１乃至約５、約０．２５乃至約４、約０．５乃至約２、または約０．７５乃至約１．５であってよい。
【００５３】
燃焼のために、燃料ガスはライン２１５に入り、燃料ノズル２８０を通って燃焼室２７０、具体的には反応領域２７１内へ移動する。ライン２１５内の燃料ガスは、ライン２５５ａを通る希釈剤の追加によって希釈され得る。希釈剤は、例えば不活性ガス、二酸化炭素、水、またはそれらの混合物であってよい。燃料ノズル２８０は、複数の穿孔２８１ｂを有する円錐２８１ａを含んでよい。円錐２８１ａにおける穿孔２８１ｂは、燃料が酸化剤と混合して燃えると反応領域２７１を通して燃料を拡散するために、軸から規定の角度（例えば軸から約１５度乃至約８０度、約２０度乃至約７０度、約２５度乃至約６０度、または約３０度乃至約５０度）で配置され得る。ライン２０４内の酸化剤は、第１段階酸化剤注入器２８５ａおよび第２段階酸化剤注入器２８５ｂを含む酸化剤注入器２８５に入る。第１段階酸化剤注入器２８５ａ内の酸化剤は、燃料ノズル２８０を通って入る燃料ガスと実質的に同一線上の燃焼室２７０に入り得る。詳しく後述するように、第１段階酸化剤注入器２８５ａは実質的に、例えば燃焼室２７０内、特に反応領域２７１内に旋回流をもたらすように、酸化剤に規定の方交流を加えるように構成され得る。第１段階酸化剤注入器２８５ａを画定する２つの開口部が図２に示されるが、理解されるように、第１段階酸化剤注入器２８５ａは、燃料ノズル２８０を実質的に包囲してよく、例えば２以上、３以上、４以上、５以上、６以上、または更に多くの開口部（例えば２乃至２０、３乃至１６、または４乃至１２の開口部）など、複数の酸化剤注入用開口部を画定してよい。第２段階酸化剤注入器２８５ｂは、燃焼器ライナ２６０を通って構成された１つ以上の穿孔または他の入口を備えてよい。よって酸化剤は、燃焼ライン２６０の外周の一部、具体的には燃焼器ライナの外周の、燃焼室２７０内の反応領域２７１を少なくとも部分的に画定する部分に沿って移動し得る。第２段階酸化剤注入器２８５ｂを通って燃焼室２７０に入る酸化剤は、第１段階酸化剤注入器２８５ａを通って入る酸化剤の流れに対し実質的に垂直に注入され得る。また、第２段階酸化剤注入器２８５ｂを画定する４つの開口部が図２に示されるが、理解されるように、第２段階酸化剤注入器２８５ｂは、燃焼室２７０の一部を実質的に包囲してよく、例えば２以上、３以上、４以上、５以上、６以上、または更に多くの開口部（例えば２乃至２０、３乃至１６、または４乃至１２の開口部）など、燃焼器ライナ２６０を通る複数の酸化剤注入用開口部を画定してよい。第２段階酸化剤注入器２８５ｂを画定する開口部は、図示されるように、燃焼器ライナ２６０の一部に沿って長手方向に間隔を有し得る。いくつかの実施形態において、第２段階酸化剤注入器２８５ｂを画定する開口部は、燃焼器ライナ２６０の外周に沿って１列に配置されてよく、あるいは燃焼器ライナの外周に沿って複数の列に配置され得る。ライン２０４内の酸化剤は、ライン２５５ｂを通る希釈剤の追加によって希釈され得る。希釈剤は、例えば不活性ガス、二酸化炭素、水、またはそれらの混合物であってよい。燃焼室２７０の入口において、燃焼器ライナ２６０は、酸化剤注入器２８５に嵌合し、径方向の支持をもたらしながら軸方向の熱成長も可能にする。燃焼器ライナ２６０の周囲は、ライナを冷却し第２段階酸化剤供給を管理するために用いられる冷却流を管理するように構成される。
【００５４】
１つ以上の実施形態において、希釈剤流２５５ｃは、燃焼器ライナ２６０を通って燃焼室２７０内へ直接移動してよい。従って希釈剤流２５５ｃは、燃焼室２７０内への穿孔２６１または他の開口部を通る通過のために燃焼器ライナ２６０の外周の少なくとも一部の周囲で注入され得る。希釈剤流２５５ｃは、具体的には、希釈領域２７３内へ注入され得る。
【００５５】
燃焼器ライナ２６０は、図３ａおよび図３ｂに詳しく示される。１つ以上の実施形態において、燃焼器ライナ２６０は、燃焼器ライナの外側表面と係合する複数の長手方向に伸長する補強部材を含むように構成されてよく、隣接する補強部材間で燃焼器ライナの外側表面の少なくとも一部は、燃料、酸化剤、または希釈剤のいずれか１つ以上が燃焼室内へ向けられる前に燃料、酸化剤、または希釈剤のいずれか１つ以上の流れを自身に対して受け取るように構成される。図示したように、燃焼器ライナ２６０の外側表面２６０ａは、燃焼器ライナの外側表面から外向きに伸長する複数のリブ２６３を含み、隣接するリブおよび燃焼器ライナの外側表面によって複数の冷却チャネル２６４が画定される。第２段階酸化剤注入器２８５ｂの少なくとも一部は、燃焼器ライナから外向きに伸長する複数の酸化剤ポート２８５ｂ’の形式で燃焼器ライナ２６０に画定され得る。従って、第２段階酸化剤注入器２８５ｂを通して注入するための酸化剤は、燃焼室２７０内への注入の前に燃焼器ライナの背面冷却をもたらすために燃焼器ライナ２６０の少なくとも一部に沿ってリブ２６３間のチャネル２６４内を流れ得る。図示したように、第２段階酸化剤注入器２８５ｂを形成する酸化剤ポート２８５ｂ’は、単一アレイにおいて燃焼器ライナ２６０の外周の周囲に径方向に配置される。ただし、理解されるように、異なる配置も含まれる。例えば、複数のアレイが用いられ得る。また、ランダムな間隔が用いられ得る。
【００５６】
上記に加えて、複数の希釈剤ポート２６１’が燃焼器ライナに含まれてよく、希釈剤ポートは、燃焼器ライナの外側表面２６０ａから外向きに伸長する。希釈剤ポート２６１’は、酸化剤ポート２８５ｂ’に対して下流に位置する。よって、酸化剤ポート２８５ｂ’は、燃焼室２７０内で反応領域２７１と実質的に位置を合わせられてよく、希釈ポート２６１’は、燃焼室の希釈領域２７３と実質的に位置を合わせられ得る。従って、燃焼室２７０内へ注入するための希釈剤は、燃焼室内への注入の前に燃焼器ライナの背面冷却をもたらすために燃焼器ライナ２６０の少なくとも一部に沿ってリブ２６３間のチャネル２６４を流れ得る。図示したように、希釈剤ポート２６１’は、複数のアレイにおいて燃焼器ライナ２６０の外周の周囲に径方向に配置される。ただし、理解されるように、異なる配置も含まれる。例えば、単一アレイまたはより多い数のアレイが用いられ得る。また、ランダムな間隔が用いられ得る。
【００５７】
燃焼器ライナ２６０および／または燃焼器２１６の外部ケーシング２６５は、必要に応じて追加の構造的要素を含んでよい。例えば、燃焼器ライナ２６０の外周に沿って酸化剤と希釈剤とによってもたらされる冷却流を分離するために、燃焼器ライナ２６１の上流部に沿って酸化剤のみが流れ、燃焼器ライナ２６１の下流部に沿って希釈剤のみが流れ得るように、酸化剤ポート２８５ｂ’と希釈剤ポート２６１’との間に分離壁２９３が含まれ得る。いくつかの実施形態において、燃焼器ラインは、複数の層を備えてよい。例えば図３ａに示すように、燃焼器ライナ２６０の第１の内側層２６０’は、燃焼器ライナの上流端２６０ｃから外向きに伸長する。従って第１層２６０’は、本明細書で別記されるように酸化剤注入器２８５と係合してよい。酸化剤は、酸化剤ポート２８５ｂ’へ通過するために燃焼器ライナ２６０の外周に沿って移動してよい。希釈剤は、第１層２６０’と第２の外側層２６０”との間の空間２６６内を移動してよい。従ってリブ２６３およびチャネル２６４は、燃焼器ライナ２６０の第２の外側層２６０”に画定され得る。希釈剤は、燃焼器ライナ２６０の下流端２６０ｄを出て、燃焼器ラインの外周に外向きに循環し、希釈剤ポート２６１’内へ再び流れる。
【００５８】
また更なる実施形態において、図３ｂに示すように、燃焼器ライナ２６０の外側表面および複数の補強リブ２６３の周囲にスリーブ部材２６７が伸長してよい。スリーブ部材２６７は、燃焼室２７０の外側表面の周囲に複数の長手方向に伸長する冷却チャネル２６４を画定するために少なくともリブ２６３と協働し得る。燃料、酸化剤、または希釈剤のいずれか１つ以上の流れは、燃料、酸化剤、または希釈剤のいずれか１つ以上が燃焼室２７０内へ向けられる前に、燃焼器ライナ２６０の外側表面２６０ａに対し冷却チャネル２６４を通るように向けられ得る。いくつかの実施形態において、超臨界二酸化炭素（ｓＣＯ２）は特に、チャネルに沿って流れるように方向付けされる希釈剤として用いられ得る。チャネルに沿ったこのｓＣＯ２冷却流は、例えば、燃焼器ライナの背面または外側表面の対流冷却をもたらし、燃焼器ライナを材料温度制限より下に維持することを促進する。
【００５９】
動作中、同じ燃料ノズル２８０および酸化剤注入器２８５が、酸化剤対希釈剤比および／または燃料対希釈剤比を調整することによって様々な燃料化学性とともに用いられ得る。これは、注入される流れにおける比率を変化させること、および／または希釈剤流２５５ｃにおいて燃焼室２７０へ直接追加される希釈剤の量を変化させることによって実現され得る。燃焼反応は、希釈領域２７３においてほぼ均一温度範囲（例えば約６００℃乃至約１５００℃、約８００℃乃至約１４００℃、または約９００℃乃至約１２００℃）まで冷却される燃焼器排気流２９９を生成するために、反応領域において実質的に均一な温度範囲内（例えば約１２００℃乃至約３０００℃、約１４００℃乃至約２８００℃、または約１６００℃乃至約２４００℃）で完了され得る。燃焼器２１６は、好適には、完全な燃焼によって適切に混合されたタービン入口流を生成するために必要な熱発生率、流量、および滞留時間に適応するようなサイズであり、燃焼器排気は豊富な二酸化炭素を備える。
【００６０】
１つ以上の実施形態において、第１段階酸化剤注入器２８５ａは、スワーラデバイスによって燃焼室２７０の反応領域２７１内へ（任意選択的にライン２５５ｂからの希釈剤を含む）ライン２０４からの酸化剤の第１の部分を導入するように構成され得る。図２に示す例示的な実施形態において、スワール板２８６が酸化剤注入器２８５とともに含まれてよく、好適には、酸化剤注入器の燃焼室２７０内への出口に位置する。スワール板２８６は、中央オリフィス２８６ａを備えてよく、これを通って燃料ノズル２８０が伸長してよい。よって、中央オリフィス２８６ａは、燃料ノズル２８０の外径と実質的に等しい内径を有し得るが、相対寸法は、例えば所望に応じて燃料ノズルとスワール板との間に設けられ得るシーリング構成などの追加部品に適応するように必要に応じて変化してよい。スワール板２８６は更に、複数の酸化剤口２８６ｂ、すなわち酸化剤注入器２８５からの酸化剤の流れが通過することを可能にするためのスワール板内の開口部を含む。図示したように、スワール板２８６を含むことによって、第１段階酸化剤注入器２８５ａは燃料ノズル２８０を実質的に包囲してよく、例えば２以上、３以上、４以上、５以上、６以上、または更に多くの開口部（例えば２乃至２０、３乃至１６、または４乃至１２の開口部）など、酸化剤注入のための複数の開口部を画定してよい。スワール板２８６における酸化剤口２８６ｂは、好適には、軸に対して斜めに酸化剤を燃焼室２７０内へ向けるように角度配置される。いくつかの実施形態において、角度配置は、所望のスワール数をもたらすように構成され得る。例えば酸化剤口２８６ｂは、約２０度乃至約８５度、約３０度乃至約８０度、約４０度乃至約７５度、または約５０度乃至約７０度の範囲内の軸に対する角度で酸化剤を燃焼室内へ向けるように角度配置され得る。角度配置は、約１乃至約１０、約１．１乃至約５、または約１．２乃至約２の効果的なスワール数を設けるように構成され得る。
【００６１】
第１段階酸化剤注入器２８５ａにおいて用いられるスワーラデバイスは、好適には、保炎渦崩壊を誘発し混合を強化するために中心軸の周囲に反応領域２７１内での再循環をもたらすように、酸化剤と燃料との混合をもたらすように構成される。第２段階酸化剤注入器２８５ｂは、（任意選択的に希釈剤を含む）酸化剤の第２の部分を、燃焼器ライナ２６０を通って燃焼室２７０内へ導入するように構成され得る。第２段階酸化剤注入器２８５ｂを通る酸化剤の注入は、好適には、第１段階酸化剤注入器２８５ａの下流にもたらされるが、燃焼室２７０の反応領域２７１内へ酸化剤を導入する位置（すなわち希釈領域２７３より上流）にある。第２段階酸化剤注入器２８５ｂは、燃焼によって生じる火炎を安定させ、希釈領域２７３の上流で酸化剤と燃料との更なる混合をもたらすように構成され得る。第１段階酸化剤注入器２８５ａおよび第２段階酸化剤注入器２８５ｂを通る（任意選択的に希釈剤を含む）酸化剤の質量流量は、変化してよく、燃料化学性の変化に応じて調整可能であってよい。第２段階酸化剤注入器２８５ｂに対する第１段階酸化剤注入器２８５ａの質量流量比は、約０．１乃至約８、約０．２５乃至約５、約０．５乃至約２、または約０．７５乃至約１．５であってよい。第２段階酸化剤注入器２８５ｂに対する第１段階酸化剤注入器２８５ａの質量比は、効率の良い燃料／酸化剤混合および燃料、酸化剤、および希釈剤燃料混合物の完全な燃料バーンアウトをもたらすために調整され得る。
【００６２】
本開示の主要部の多数の修正および他の実施形態が、この主要部が関与し、上記説明および添付図面に提示された教示の利益を得る当業者には思い至るであろう。従って、本開示は、本明細書で説明された特定の実施形態に限定されないこと、および修正および他の実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲に含まれるよう意図されることを理解すべきである。特定の用語が本明細書において用いられるが、それらは、限定を目的とせず、一般的かつ記述的な意味でのみ用いられる。
【図１】
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【図２】
2020510180.tif 000004
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2020510180.tif 000009
2020510180.tif 000010
2020510180.tif 000011