Энергетическая установка с газификатором и обработка отходов

Энергетическая установка с газификатором и обработка отходов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Во многих энергетических установках использовалась газотурбинная система, в которой топливо сжигается при его нагнетании в воздух под давлением, в результате чего осуществляется нагрев и обеспечивается увеличение тепловой энергии газа. Затем энергия отбирается из нагретого газа посредством турбины, которая преобразует тепловую энергию в кинетическую энергию. Кинетическая энергия может быть использована для приведения в действие другого устройства, например, генератора. Процесс сгорания часто инициируется посредством источника воспламенения (например, свечи зажигания). Вследствие высокой температуры источника воспламенения и высокой концентрации топлива при его вводе в воздух сгорание является очень быстрым и почти мгновенным.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Во время процессов газификации твердое топливо, содержащее углеродистые материалы, такое как уголь, нефть, биотопливо или биомасса, превращается, например, в моноксид углерода, водород и метан. Данные газообразные продукты могут быть использованы в качестве топлива в системах, которые в других отношениях несовместимы с твердым топливом. Газификация включает неполное сгорание материалов, при этом остаются горючие газы (например, CO, H₂ и CH₄). Для очистки данных газов для работы в системах выработки энергии данные газы должны быть подвергнуты мокрой очистке или очищены от других составляющих, которые могут вызвать повреждения системы выработки энергии, таких как гудрон/смола и пыль. Процесс мокрой очистки может приводить к образованию токсичных сточных вод (или других жидкостей), которые содержат данные загрязняющие вещества. Кроме того, газы, образующиеся в результате процесса газификации, могут представлять собой очень бедные газы.

В данном документе описаны варианты осуществления интегрированных энергетических установок с газификацией, которые способны использовать бедные газы из процесса газификации и обрабатывать сточные воды, получаемые во время мокрой очистки газа. В некоторых вариантах осуществления газификатор соединен с камерой постепенного окисления, при этом камера окисления выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема загрязненной воды и окисления загрязняющих веществ, содержащихся в воде, при одновременном поддержании температуры камеры, которая обеспечивает существенное снижение и ограничение количества вредных выбросов (например, NO_x) в выхлопе системы. Система и способы, описанные в данном документе, дополнительно получают преимущество от ввода загрязненной воды для повышения потенциального выхода системы выработки энергии и для очистки воды.

В некоторых вариантах установки для постепенного окисления топливо подвергают окислению в реакционной камере, которая содержит воду, которая может содержать загрязняющие вещества из процесса газификации или загрязняющие вещества откуда-либо еще, разложение которых может быть предпочтительным. В некоторых вариантах осуществления, энергия, выделяемая при окислении топлива, подается в газовую турбину. Жидкое топливо, такое как этанол, смешанное со значительными количествами воды, как правило, не поддается мгновенному сжиганию, поскольку скрытая теплота, необходимая для испарения воды, вызывает подавление процесса сжигания. Кроме того, когда загрязняющие вещества содержатся в используемой воде, загрязняющие вещества также могут образовывать топливо, поскольку загрязняющие вещества окисляются в реакционной камере.

В некоторых вариантах осуществления, описанных в данном документе, система постепенного окисления с установкой для газификации твердого топлива включает в себя установку для газификации твердого топлива, которая обеспечивает извлечение газообразного топлива из твердого топлива; газоочиститель, который обеспечивает очистку газообразного топлива; камеру беспламенного горения, которая выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема очищенного газообразного топлива посредством первого впуска и поддержания процесса постепенного окисления газообразного топлива, при этом камера беспламенного горения содержит второй впуск, и устройство ввода, соединенное со вторым впуском и выполненное с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема загрязняющих веществ из газоочистителя и ввода загрязняющих веществ в камеру беспламенного горения. В некоторых вариантах осуществления камера беспламенного горения выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность поддержания внутренней температуры, достаточной для окисления загрязняющих веществ.

В некоторых вариантах осуществления камера беспламенного горения выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность поддержания процесса постепенного окисления без катализатора. Некоторые варианты осуществления обеспечивают очистку газообразного топлива водой посредством газоочистителя. В некоторых вариантах осуществления обеспечивается то, что загрязняющие вещества, принимаемые из газоочистителя, находятся в воде. В некоторых вариантах осуществления устройство ввода содержит компрессор для повышения давления воды перед вводом воды в камеру беспламенного горения. В некоторых вариантах осуществления камера беспламенного горения выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность поддержания внутренней температуры, достаточной для окисления газообразного топлива, в интервале времени от приблизительно 0,01 секунды до приблизительно 10 секунд. В некоторых вариантах осуществления камера беспламенного горения выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность поддержания внутренней температуры, достаточной для окисления газообразного топлива в интервале времени от приблизительно 0,05 секунды до приблизительно 5 секунд. В некоторых вариантах осуществления камера беспламенного горения выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность поддержания внутренней температуры, достаточной для окисления газообразного топлива в интервале времени от приблизительно 0,05 секунды до приблизительно 2 секунд. В некоторых вариантах осуществления камера беспламенного горения выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность поддержания внутренней температуры, достаточной для окисления газообразного топлива в интервале времени от приблизительно 0,1 секунды до приблизительно 1 секунды. В определенных вариантах осуществления система дополнительно включает в себя турбину, сообщающуюся по текучей среде с камерой беспламенного горения, при этом турбина выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема нагретой и сжатой текучей среды из камеры беспламенного горения и расширения данной текучей среды.

Некоторые способы, описанные в данном документе и предназначенные для окисления твердого топлива, включают извлечение газообразного топлива из твердого топлива посредством установки для газификации твердого топлива; очистку газообразного топлива водой; постепенное окисление газообразного топлива посредством камеры беспламенного горения, которая выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема очищенного газообразного топлива посредством первого впуска и поддержания процесса постепенного окисления газообразного топлива; ввод воды в камеру беспламенного горения; и поддержание внутренней температуры в камере беспламенного горения, достаточной для испарения и окисления воды и загрязняющих веществ в воде.

Некоторые способы дополнительно включают поддержание процесса постепенного окисления в камере беспламенного горения без катализатора. Некоторые способы дополнительно включают сжатие газообразного топлива перед постепенным окислением газообразного топлива посредством камеры беспламенного горения. Некоторые способы дополнительно включают сжатие воды перед вводом воды в камеру беспламенного горения. Некоторые способы дополнительно включают поддержание внутренней температуры в камере беспламенного горения, достаточной для окисления газообразного топлива, в интервале времени от приблизительно 0,1 секунды до приблизительно 1 секунды. Некоторые способы дополнительно включают расширение сжатой и нагретой текучей среды из камеры беспламенного горения посредством турбины, сообщающейся по текучей среде с камерой беспламенного горения.

Некоторые варианты осуществления содержат систему постепенного окисления с установкой для газификации твердого топлива, включающую в себя установку для газификации твердого топлива, которая обеспечивает извлечение и очистку газообразного топлива из твердого топлива; камеру беспламенного горения, которая выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема очищенного газообразного топлива посредством впуска и поддержания процесса постепенного окисления газообразного топлива; и устройство ввода, выполненное с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема загрязняющих веществ из установки для газификации и ввода загрязняющих веществ в камеру беспламенного горения. В некоторых вариантах осуществления камера беспламенного горения выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность поддержания внутренней температуры без катализатора, при этом указанная внутренняя температура достаточна для окисления загрязняющих веществ.

В некоторых вариантах осуществления установка для газификации содержит газоочиститель, который обеспечивает очистку газообразного топлива. Некоторые варианты осуществления обеспечивают очистку газообразного топлива водой посредством газоочистителя. В некоторых вариантах осуществления загрязняющие вещества, принимаемые устройством ввода, находятся в воде. В определенных вариантах осуществления устройство ввода содержит компрессор, предназначенный для повышения давления воды перед вводом воды в камеру беспламенного горения. В некоторых вариантах осуществления предусмотрено то, что камера беспламенного горения выполнена с конфигурацией, обеспечивающей поддержание внутренней температуры, достаточной для окисления газообразного топлива, в интервале времени от приблизительно 0,01 секунды до приблизительно 10 секунд.

В некоторых вариантах осуществления система дополнительно включает в себя турбину, сообщающуюся по текучей среде с камерой беспламенного горения, при этом турбина выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема нагретой и сжатой текучей среды из камеры беспламенного горения и расширения данной текучей среды. В некоторых вариантах осуществления нагретая и сжатая текучая среда из камеры беспламенного горения представляет собой газ.

Варианты реализации могут включать в себя один или несколько из следующих признаков. Подвод воды в реакционную камеру, находящуюся под давлением, включает подвод жидкости в реакционную камеру под давлением. Испарение жидкости включает испарение жидкости в реакционной камере, находящейся под давлением. Воздушно-топливная смесь, включающая в себя воздух и топливо, подается в реакционную камеру, находящуюся под давлением. Жидкость дополнительно включает в себя топливо, испарение жидкости включает испарение топлива и воды, и газ включает в себя испарившееся топливо и испарившуюся воду. Топливо включает в себя этанол, керосин и/или другие виды топлива. Жидкость включает в себя воду в количестве более пятидесяти объемных процентов, или жидкость включает в себя топливо в количестве более пятидесяти объемных процентов. Подвод воды в реакционную камеру, находящуюся под давлением, включает подвод испарившегося топлива и испарившейся воды в реакционную камеру, находящуюся под давлением. Испарение жидкости включает испарение топлива и воды посредством смешивания жидкости с нагретым воздухом. Подвод воды в реакционную камеру, находящуюся под давлением, включает подвод нагретого воздуха, испарившегося топлива и испарившейся воды в реакционную камеру, находящуюся под давлением. Топливный газ, образованный посредством испарения жидкого топлива, соединяется с испарившейся водой и/или воздухом. Подвод воды в реакционную камеру включает подвод смеси, состоящей из топливного газа, испарившейся воды и/или воздуха, в реакционную камеру. Окисление топлива обеспечивает образование газообразного продукта окисления. Газообразный продукт окисления расширяется в газовой турбине, которая обеспечивает приведение в действие генератора. Газ, образующийся при разложении отходов, поступает из места захоронения отходов/со свалки перед испарением жидкости. Газ, образующийся при разложении отходов, подвергается конденсации для образования жидкости, которая позднее испаряется. Газ, образующийся при разложении отходов, включает в себя топливо, и конденсация жидкости обеспечивает отделение воды от топлива. Жидкость включает в себя токсичный материал. Подвод воды в реакционную камеру, находящуюся под давлением, включает подвод токсичного материала в реакционную камеру.

В некоторых вариантах система включает в себя испаритель и реакционную камеру. Испаритель обеспечивает испарение жидкости, включающей в себя воду и топливо, для образования газа, включающего в себя воду и топливо. Испаритель имеет впуск испарителя, выполненный и расположенный с возможностью приема жидкости, и выпуск испарителя, выполненный и расположенный с возможностью отвода газа из испарителя. Реакционная камера выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность окисления топлива посредством воздуха под давлением, превышающим давление окружающей среды вокруг реакционной камеры. Реакционная камера имеет впуск реакционной камеры, сообщающийся с выпуском испарителя для приема газа, включающего в себя воду и топливо.

Варианты реализации могут иметь один или несколько из следующих признаков. Система включает в себя турбину, имеющую вход турбины, сообщающийся по текучей среде с выпуском реакционной камеры. Турбина выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема газа, выходящего из реакционной камеры, и преобразования тепловой энергии выходящего газа в механическую энергию посредством расширения выходящего газа между входом турбины и выходом турбины. Система включает в себя генератор, механически соединенный с турбиной. Генератор выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность преобразования механической энергии в электрическую энергию. Система включает в себя свалочный резервуар, который принимает текучие среды из отходов со свалки. Жидкость включает в себя, по меньшей мере, часть текучих сред из отходов. Система включает в себя конденсатор, который обеспечивает прием текучих сред из отходов из свалочного резервуара и конденсацию жидкости из текучих сред из отходов.

В некоторых вариантах окислительная реакционная камера имеет первый впуск, выполненный и расположенный с возможностью приема жидкости, включающей в себя воду, и подвода жидкости в реакционную камеру. Реакционная камера имеет второй впуск, выполненный и расположенный с возможностью приема газа, включающего в себя воздух, и подвода газа в реакционную камеру. Реакционная камера выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность испарения жидкости в реакционной камере для образования газовой смеси, включающей в себя воду, воздух и топливо. Реакционная камера выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность окисления топлива посредством воздуха в реакционной камере.

Варианты реализации могут иметь один или несколько из следующих признаков. Жидкость включает в себя топливо. Газ включает в себя топливо. Реакционная камера имеет третий впуск, выполненный и расположенный с возможностью подвода топлива в реакционную камеру. Реакционная камера имеет выпуск, сообщающийся по текучей среде с турбиной.

В данном документе описаны способы и варианты осуществления для нагнетания воды или пара в газотурбинные системы. Сжигание большего количества газа в газовых турбинах может обеспечить увеличение полезной мощности турбин. Однако это может привести к увеличению количества сжигаемого топлива и к возникновению более высоких температур, что приводит к увеличению образования вредных газообразных оксидов азота (NO_x). В некоторых вариантах осуществления за счет подачи воды или пара в систему система постепенного окисления, описанная в данном документе, может обеспечить окисление топлива без увеличения образования NO_x при одновременном увеличении выхода системы.

В некоторых вариантах осуществления описано, что топливо из систем окисляется посредством беспламенного процесса постепенного окисления, когда воздушно-топливная смесь проходит вдоль проточного канала в реакционной камере. Топливо предпочтительно окисляется при температуре, достаточно низкой, чтобы уменьшить или предотвратить образование и/или выброс вредных соединений, таких как оксиды азота, и при температуре, достаточно высокой, чтобы обеспечить окисление топлива и других загрязняющих веществ, которые введены в камеру. Воздушно-топливная смесь проходит через реакционную камеру и поглощает тепло от внутренней поверхности реакционной камеры, включая, возможно, тепло от наполнителя, который может содержаться в камере. В некоторых вариантах осуществления реакционная камера не содержит наполнитель, и воздушно-топливная смесь, проходящая через реакционную камеру, поглощает тепло из существующего газа или других компонентов в реакционной камере. Температура воздушно-топливной смеси постепенно повышается, когда смесь проходит через реакционную камеру. Когда температура воздушно-топливной смеси достигнет температуры самовозгорания или превысит температуру самовозгорания топлива, топливо подвергается экзотермической реакции окисления.

Многие варианты осуществления, описанные в данном документе, предусматривают добавление пара или воды в систему по одной или нескольким из множества причин (например, для уменьшения вероятности возгорания, для регулирования температуры, для повышения эффективности и/или выхода и т.д.). Как описано в дальнейшем в данном документе, данная операция является отдельной от ввода воды или пара в системы сжигания.

Некоторые способы, описанные в данном документе, включают испарение жидкости, содержащей воду, для образования газа, содержащего воду; подвод воды в реакционную камеру, в которой давление повышено до значений, превышающих давление окружающей среды в пространстве снаружи реакционной камеры; и окисление топлива посредством воздуха в реакционной камере, находящейся под давлением и содержащей воздух, топливо и воду, при одновременном поддержании максимальной температуры топлива в реакционной камере на уровне ниже температуры, которая вызывает образование оксидов азота.

В некоторых способах подвод воды в реакционную камеру, находящуюся под давлением, включает подвод жидкости в реакционную камеру, находящуюся под давлением, и при этом испарение жидкости включает испарение жидкости в реакционной камере, находящейся под давлением. Некоторые способы дополнительно включают подвод воздушно-топливной смеси, включающей в себя воздух и топливо, в реакционную камеру, находящуюся под давлением. В некоторых случаях жидкость дополнительно содержит топливо, испарение жидкости включает испарение топлива и воды, и газ содержит испарившееся топливо и испарившуюся воду.

В некоторых способах топливо содержит, по меньшей мере, одно из соединений, представляющих собой этанол или керосин. В некоторых случаях жидкость содержит воду в количестве более пятидесяти объемных процентов. В некоторых способах подвод воды в реакционную камеру, находящуюся под давлением, включает подвод газа, содержащего испарившееся топливо и испарившуюся воду, в реакционную камеру, находящуюся под давлением, и способ дополнительно включает подвод воздуха в реакционную камеру, находящуюся под давлением.

Некоторые способы дополнительно включают смешивание воздуха с газом, содержащим испарившееся топливо и испарившуюся воду, при этом подвод воды в реакционную камеру, находящуюся под давлением, включает подвод смеси, содержащей воздух, испарившееся топливо и испарившуюся воду, в реакционную камеру, находящуюся под давлением. В некоторых способах подвод воды в реакционную камеру, находящуюся под давлением, включает подвод жидкости в реакционную камеру, находящуюся под давлением, и испарение жидкости включает испарение жидкости в реакционной камере, находящейся под давлением.

В некоторых способах жидкость дополнительно содержит топливо, испарение жидкости включает испарение топлива и воды посредством смешивания жидкости с нагретым воздухом, и при этом газ содержит нагретый воздух, испарившееся топливо и испарившуюся воду. В некоторых случаях подвод воды в реакционную камеру, находящуюся под давлением, включает подвод газа, содержащего нагретый воздух, испарившееся топливо и испарившуюся воду, в реакционную камеру, находящуюся под давлением.

В некоторых способах предусмотрено то, что окисление топлива обеспечивает образование газообразного продукта окисления, при этом способ дополнительно включает расширение газообразного продукта окисления в газовой турбине. В некоторых способах расширение газообразного продукта окисления в газовой турбине обеспечивает приведение в действие генератора, механически соединенного с газовой турбиной.

Некоторые способы дополнительно включают прием газа, образующегося при разложении отходов, с полигона/свалки перед испарением жидкости и конденсацию жидкости из газа, образующегося при разложении отходов. В некоторых способах газ, образующийся при разложении отходов, содержит топливо. В некоторых способах жидкость содержит загрязняющие вещества, и подвод воды в реакционную камеру, находящуюся под давлением, включает подвод загрязняющих веществ в реакционную камеру, и при этом загрязняющие вещества окисляются в реакционной камере.

В некоторых вариантах осуществления, описанных в данном документе, раскрыты системы, которые включают в себя испаритель, который обеспечивает испарение жидкости, содержащей воду, для образования газа, содержащего воду, при этом испаритель имеет впуск испарителя, выполненный и расположенный с возможностью приема жидкости, и выпуск испарителя, выполненный и расположенный с возможностью отвода газа из испарителя. Системы могут дополнительно включать в себя реакционную камеру, содержащую впуск реакционной камеры, сообщающийся по текучей среде с выпуском испарителя для приема газа, при этом реакционная камера выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность окисления топлива посредством воздуха при одновременном удерживании топлива, воздуха и газа под давлением, превышающим давление окружающей среды вокруг реакционной камеры, и при одновременном поддержании максимальной температуры в реакционной камере на уровне ниже температуры, которая вызывает образование оксидов азота.

В некоторых вариантах осуществления жидкость дополнительно включает в себя топливо в жидком состоянии, и газ дополнительно содержит топливо в газообразном состоянии. В некоторых вариантах осуществления предусмотрено то, что реакционная камера дополнительно содержит один или несколько дополнительных впусков реакционной камеры, выполненных и расположенных с возможностью приема, по меньшей мере, одного из компонентов, представляющих собой топливо и воздух. Некоторые варианты осуществления дополнительно включают в себя турбину, имеющую вход турбины, сообщающийся по текучей среде с выпуском реакционной камеры, при этом турбина выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема продукта окисления из реакционной камеры и преобразования тепловой энергии продукта окисления в механическую энергию посредством расширения продукта окисления между входом турбины и выходом турбины. Некоторые варианты осуществления дополнительно включают в себя генератор, механически соединенный с турбиной, при этом генератор выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность преобразования механической энергии в электрическую энергию.

В некоторых вариантах осуществления, описанных в данном документе, раскрыта окислительная реакционная камера, имеющая первый впуск, выполненный и расположенный с возможностью подвода жидкости, содержащей воду, во внутренний объем реакционной камеры; второй впуск, выполненный и расположенный с возможностью подвода газа, содержащего воздух, во внутренний объем, при этом реакционная камера выполнена с возможностью окисления топлива посредством воздуха во внутреннем объеме при одновременном поддержании максимальной температуры в реакционной камере на уровне ниже температуры, которая вызывает образование оксидов азота, и выпуск, выполненный и расположенный с возможностью отвода выходящего газа из внутреннего объема, при этом выходящий газ содержит воду и газообразный продукт окисления, образованный посредством окисления топлива во внутреннем объеме.

В некоторых вариантах осуществления жидкость дополнительно содержит топливо, и в некоторых вариантах осуществления газ дополнительно содержит топливо. В некоторых вариантах осуществления предусмотрено то, что выпуск сообщается по текучей среде с входом турбины. В некоторых вариантах осуществления жидкость дополнительно содержит загрязняющие вещества, и максимальная температура в реакционной камере находится на уровне температуры окисления загрязняющих веществ или превышает температуру окисления загрязняющих веществ. В некоторых вариантах осуществления газ дополнительно содержит загрязняющие вещества, которые могут быть окислены в реакционной камере, и температура в окислительной камере находится на уровне температуры, предназначенной для окисления загрязняющих веществ, или превышает данную температуру.

Некоторые варианты осуществления, описанные в данном документе, включают в себя систему постепенного окисления, имеющую канал для впуска текучей среды; компрессор, который обеспечивает прием текучей среды, содержащей первую топливную смесь, из канала для впуска текучей среды и сжатие текучей среды, содержащей первую топливную смесь; инжектор, который обеспечивает ввод второй топливной смеси в текучую среду, при этом вторая топливная смесь содержит жидкость, представляющую собой смесь топлива и воды, в которой вода составляет от 50 до 80 объемных процентов во второй топливной смеси; и камеру постепенного окисления, которая обеспечивает прием текучей среды из компрессора и поддержание процесса беспламенного окисления текучей среды в камере без катализатора.

Некоторые варианты осуществления дополнительно включают в себя турбину, которая обеспечивает прием нагретой и сжатой текучей среды из камеры постепенного окисления и расширение данной текучей среды. В некоторых вариантах осуществления инжектор обеспечивает ввод второй топливной смеси перед сжатием текучей среды компрессором. В некоторых вариантах осуществления инжектор обеспечивает ввод второй топливной смеси в текучую среду после сжатия текучей среды и перед поступлением текучей среды в камеру постепенного окисления. В некоторых вариантах осуществления предусмотрено то, что инжектор обеспечивает ввод второй топливной смеси в камеру постепенного окисления.

Некоторые варианты осуществления дополнительно включают в себя компрессор, который обеспечивает сжатие второй топливной смеси перед вводом второй топливной смеси в камеру постепенного окисления. В некоторых вариантах осуществления вторая топливная смесь содержит, по меньшей мере, одно из веществ, представляющих собой этанол, бензин и нефтяные дистилляты. В некоторых вариантах осуществления вторая топливная смесь содержит смесь воды и топлива с содержанием топлива, составляющим приблизительно 25 объемных процентов. В некоторых вариантах осуществления инжектор выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность нагнетания второй топливной смеси в систему в виде жидкости. В некоторых вариантах осуществления инжектор выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность нагнетания второй топливной смеси в систему в виде газа. В некоторых вариантах осуществления предусмотрено то, что соотношение компонентов в смеси топлива и воды во второй топливной смеси базируется на определении воздушно-топливной смеси в первой топливной смеси, и в некоторых вариантах осуществления предусмотрено то, что соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси базируется на определении смеси топлива и воды.

В некоторых вариантах осуществления, описанных в данном документе, система постепенного окисления включает в себя канал для впуска текучей среды; компрессор, который обеспечивает прием текучей среды, содержащей топливную смесь, из канала для впуска текучей среды и сжатие текучей среды, содержащей топливную смесь; инжектор, который обеспечивает ввод пара в текучую среду после сжатия текучей среды; камеру постепенного окисления, которая обеспечивает прием текучей среды из компрессора и поддержание процесса беспламенного окисления текучей среды в камере без катализатора; и турбину, которая обеспечивает прием нагретой и сжатой текучей среды из камеры постепенного окисления и расширение данной текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления инжектор обеспечивает ввод пара перед сжатием текучей среды посредством компрессора. В некоторых вариантах осуществления инжектор обеспечивает ввод пара в текучую среду после сжатия текучей среды и перед поступлением текучей среды в камеру постепенного окисления. В некоторых вариантах осуществления предусмотрено то, что инжектор обеспечивает ввод пара в камеру постепенного окисления. Некоторые варианты осуществления дополнительно включают в себя компрессор для пара, который обеспечивает сжатие пара перед вводом пара в камеру постепенного окисления.

Некоторые способы, описанные в данном документе и предназначенные для постепенного окисления топливной смеси, включают всасывание воздуха в систему постепенного окисления посредством канала для впуска текучей среды; смешивание воздуха с топливом для образования топливной смеси; сжатие топливной смеси; нагнетание пара в систему для соединения пара с топливной смесью; постепенное окисление топливной смеси в камере постепенного окисления, которая обеспечивает поддержание процесса беспламенного окисления текучей среды без катализатора; направление нагретой и сжатой текучей среды из камеры постепенного окисления в турбину; и расширение данной текучей среды посредством турбины.

В некоторых способах пар нагнетают в систему перед сжатием топливной смеси. В некоторых способах пар нагнетают в систему после сжатия топливной смеси и перед постепенным окислением топливной смеси. В некоторых способах пар нагнетают в камеру постепенного окисления.

Некоторые способы, раскрытые в данном документе и предназначенные для постепенного окисления топливной смеси, включают всасывание воздуха в систему постепенного окисления посредством канала для впуска текучей среды; смешивание воздуха с топливом для образования первой топливной смеси; сжатие топливной смеси; нагнетание второй топливной смеси в систему для объединения второй топливной смеси с первой топливной смесью, при этом вторая топливная смесь содержит жидкость, содержащую смесь топлива и воды, при этом вода составляет от 50 до 80 объемных процентов во второй топливной смеси; и постепенное окисление первой и второй топливных смесей в камере постепенного окисления, которая обеспечивает поддержание процесса беспламенного окисления текучей среды без катализатора.

Некоторые способы дополнительно включают направление нагретой и сжатой текучей среды из камеры постепенного окисления в турбину и расширение данной текучей среды посредством турбины. В некоторых способах вторая топливная смесь нагнетается в систему перед сжатием текучей среды посредством компрессора. В некоторых способах вторая топливная смесь нагнетается в систему после сжатия текучей среды и перед поступлением текучей среды в камеру постепенного окисления. В некоторых способах вторая топливная смесь нагнетается в камеру постепенного окисления. Некоторые способы дополнительно включают сжатие второй топливной смеси посредством компрессора перед вводом второй топливной смеси в камеру постепенного окисления.

В некоторых вариантах осуществления вторая топливная смесь содержит, по меньшей мере, одно из веществ, представляющих собой этанол, бензин и нефтяные дистилляты. В некоторых вариантах осуществления вторая топливная смесь содержит смесь топлива и воды с содержанием топлива, составляющим приблизительно 25 объемных процентов. В некоторых вариантах осуществления вторая топливная смесь нагнетается в систему в виде жидкости. В некоторых вариантах осуществления вторая топливная смесь нагнетается в систему в виде газа. Некоторые варианты осуществления дополнительно включают определение соотношения компонентов воздушно-топливной смеси в первой топливной смеси и регулирование соотношения компонентов смеси топлива и воды во второй топливной смеси на основе соотношения компонентов первой топливной смеси.

В некоторых вариантах осуществления, описанных в данном документе, система постепенного окисления включает в себя установку для газификации твердого топлива, которая обеспечивает извлечение газообразного топлива из твердого топлива; газоочиститель, который обеспечивает удаление загрязняющих веществ из газообразного топлива посредством очищающей жидкости; и камеру беспламенного горения, которая обеспечивает (i) прием очищающей жидкости и загрязняющих веществ из газоочистителя, (ii) поддержание внутренней температуры, достаточной для обеспечения процесса постепенного окисления, и (iii) такое время пребывания, что по существу все загрязняющие вещества из газоочистителя окисляются в камере беспламенного горения. В некоторых вариантах осуществления камера беспламенного горения выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность поддержания процесса постепенного окисления без катализатора.

В некоторых вариантах осуществления системы газообразное топливо очищается водой посредством газоочистителя. В определенных вариантах осуществления загрязняющие вещества, принимаемые из газоочистителя, находятся в воде, и устройство ввода содержит компрессор для повышения давления воды перед вводом воды в камеру беспламенного горения. Камера беспламенного горения предпочтительно выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность поддержания внутренней температуры, достаточной для окисления газообразного топлива, в интервале времени от приблизительно 0,01 секунды до приблизительно 10 секунд. В некоторых вариантах осуществления камера беспламенного горения обеспечивает поддержание максимальной температуры на уровне ниже температуры, которая вызывает образование оксида азота.

В определенных вариантах осуществления камера беспламенного горения выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема газообразного топлива из газоочистителя и окисления газообразного топлива во время процесса постепенного окисления. В некоторых случаях камера беспламенного горения обеспечивает прием и окисление по существу всего газообразного топлива из газоочистителя. В определенных случаях камера беспламенного горения обеспечивает прием и окисление первой части газообразного топлива из газоочистителя, и вторая часть газообразного топлива из газоочистителя распределяется из системы. В некоторых вариантах осуществления камера беспламенного горения обеспечивает прием газообразного топлива из газоочистителя посредством первого впуска и прием дополняющего газообразного топлива из второго впуска.

Некоторые варианты осуществления включают в себя турбину, сообщающуюся по текучей среде с камерой беспламенного горения. Турбина предпочтительно выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность приема нагретого и сжатого газа из камеры беспламенного горения и расширения данного газа.

В описании в нек