氣化器發(fā)電站和廢物管理的制作方法
【專利摘要】本申請描述一種接收并處理固體、液體或氣體燃料的逐漸氧化系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括從固體燃料提取并凈化氣體燃料的固體燃料氣化器。該系統(tǒng)也可以包括接收氣體燃料并維持燃料的逐漸氧化過程的反應(yīng)室。在一些實(shí)施例中，含有污染物的液體可以在逐漸氧化室內(nèi)被氧化。液體燃料和氣體燃料可以分離地或組合地連通到氧化室。
【專利說明】氣化器發(fā)電站和廢物管理
【背景技術(shù)】
[0001]許多發(fā)電站利用燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)，其中燃料在被注入到壓縮空氣中時(shí)燃燒，由此加熱并增加氣體的熱能。然后使用將熱能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能的渦輪機(jī)從加熱氣體中提取該能量。動(dòng)能可以用來驅(qū)動(dòng)另一裝置例如發(fā)電機(jī)。燃燒過程經(jīng)常由點(diǎn)火源(例如火花塞)啟動(dòng)。由于點(diǎn)火源的高溫和燃料進(jìn)入空氣時(shí)的高濃度，因此燃燒是非常迅速并且近乎瞬時(shí)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]在氣化過程期間，含有含碳材料例如煤、石油、生物燃料或生物質(zhì)的固體燃料被轉(zhuǎn)化成例如一氧化碳、烴和甲烷。這些產(chǎn)物氣體可以在以其他方式與固體燃料不相容的系統(tǒng)中用作燃料。氣化包括留下可燃?xì)怏w(例如CO、H2和CH4)的材料的不完全燃燒。為了凈化這些氣體以便在發(fā)電系統(tǒng)中進(jìn)行操作，這些氣體必須洗除或清除可能損壞發(fā)電系統(tǒng)的其他成分例如焦油和灰塵。洗滌過程可以導(dǎo)致含有這些污染物的有毒廢水(或其他液體)。另外，由氣化過程產(chǎn)生的氣體可能是非常弱的氣體(weak gases)。
[0003]本文描述的是能夠利用來自氣化過程的弱氣體并處理在氣體洗滌期間產(chǎn)生的廢水的一體式氣化發(fā)電站的實(shí)施例。在一些實(shí)施例中，氣化器與逐漸氧化室耦合，該氧化室被配置為接受污染水并氧化水里面的污染物，同時(shí)維持充分減小并限制系統(tǒng)排氣中的有害排放物(例如NOx)的量的腔室溫度。本文描述的系統(tǒng)和方法進(jìn)一步利用污染水的導(dǎo)引來增加發(fā)電系統(tǒng)的潛在輸出并凈化水。
[0004]在逐漸氧化器的一些方面，燃料在含水的反應(yīng)室中被氧化，該水可以包括來自氣化過程的污染物或可以有助于銷毀的來自其他地方的污染物。在一些實(shí)施方式中，從氧化該燃料釋放的能量為燃?xì)鉁u輪機(jī)提供動(dòng)力。與充足量的水混合的液體燃料例如乙醇通常不受到瞬時(shí)燃燒，因?yàn)閷⑺舭l(fā)所需要的潛熱抑制燃燒過程。另外，當(dāng)使用的水中含有污染物時(shí)，該污染物也可以構(gòu)成燃料，因?yàn)樵撐廴疚镌诜磻?yīng)室內(nèi)被氧化。
[0005]本文描述的一些實(shí)施例中，一種固體燃料氣化器逐漸氧化系統(tǒng)包括:從固體燃料中提取氣體燃料的固體燃料氣化器；凈化氣體燃料的洗滌器；被配置為經(jīng)由第一入口接收所凈化的氣體燃料并維持氣體燃料的逐漸氧化過程的無焰燃燒室，該無焰燃燒室包括第二入口 ；以及耦合到第二入口的導(dǎo)引器，其被配置為從洗滌器接收污染物并將污染物導(dǎo)引到無焰燃燒室中。在一些實(shí)施例中，無焰燃燒室被配置為維持足以氧化污染物的內(nèi)部溫度。
[0006]在一些實(shí)施例中，無焰燃燒室被配置為在沒有催化劑的情況下維持逐漸氧化過程。一些實(shí)施例規(guī)定氣體燃料由洗滌器用水來凈化。一些實(shí)施例規(guī)定從洗滌器接收的污染物在水里面。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)引器包括用于在將水導(dǎo)弓I到無焰燃燒室中之前對水加壓的壓縮器。在一些實(shí)施例中，無焰燃燒室被配置為維持足以氧化氣體燃料的內(nèi)部溫度持續(xù)約0.01秒和約10秒之間。在一些實(shí)施例中，無焰燃燒室被配置為維持足以氧化氣體燃料的內(nèi)部溫度持續(xù)約0.05秒和約5秒之間。在一些實(shí)施例中，無焰燃燒室被配置為維持足以氧化氣體燃料的內(nèi)部溫度持續(xù)約0.05秒和約2秒之間。在一些實(shí)施例中,無焰燃燒室被配置為維持足以氧化氣體燃料的內(nèi)部溫度持續(xù)約0.1秒和約I秒之間。在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括與無焰燃燒室流體連通的渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)被配置為從無焰燃燒室接收加熱的壓縮流體并使該流體膨脹。
[0007]本文描述的一些用于氧化固體燃料的方法包括:用固體燃料氣化器從固體燃料中提取氣體燃料；用水洗滌氣體燃料；用無焰燃燒室逐漸氧化氣體燃料，該無焰燃燒室被配置為經(jīng)由第一入口接收所凈化的氣體燃料并維持氣體燃料的逐漸氧化過程；將水導(dǎo)引到無焰燃燒室中；以及在無焰燃燒室內(nèi)維持足以蒸發(fā)并氧化水和水中的污染物的內(nèi)部溫度。
[0008]一些方法進(jìn)一步包括在沒有催化劑的情況下在無焰燃燒室內(nèi)維持逐漸氧化過程。一些方法進(jìn)一步包括在用無焰燃燒室逐漸氧化氣體燃料之前壓縮氣體燃料。一些方法進(jìn)一步包括在將水導(dǎo)引到無焰燃燒室中之前壓縮水。一些方法進(jìn)一步包括維持足以氧化氣體燃料的無焰燃燒室的內(nèi)部溫度持續(xù)約0.1秒和約I秒之間。一些方法進(jìn)一步包括通過與無焰燃燒室流體連通的渦輪機(jī)使來自無焰燃燒室的壓縮的加熱流體膨脹。
[0009]一些實(shí)施例包括固體燃料氣化器逐漸氧化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:從固體燃料中提取并凈化氣體燃料的固體燃料氣化器；被配置為經(jīng)由入口接收所凈化的氣體燃料并維持氣體燃料的逐漸氧化過程的無焰燃燒室；以及被配置為從氣化器接收污染物并將污染物導(dǎo)引到無焰燃燒室中的導(dǎo)引器。在一些實(shí)施例中，無焰燃燒室被配置為在沒有催化劑的情況下維持足以氧化污染物的內(nèi)部溫度。
[0010]在一些實(shí)施例中，氣化器包括凈化氣體燃料的洗滌器。一些實(shí)施例規(guī)定氣體燃料由洗滌器用水凈化。在一些實(shí)施例中，由導(dǎo)引器接收的污染物在水里面。在某些實(shí)施例中，導(dǎo)引器包括用于在將水導(dǎo)引到無焰燃燒室中之前對水加壓的壓縮器。一些實(shí)施例規(guī)定無焰燃燒室被配置為維持足以氧化氣體燃料的內(nèi)部溫度持續(xù)約0.01秒和約10秒之間。
[0011]在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括與無焰燃燒室流體連通的渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)被配置為從無焰燃燒室接收加熱的壓縮流體并使該流體膨脹。在一些實(shí)施例中，來自無焰燃燒室的加熱的壓縮流體是氣體。
[0012]一些實(shí)施方式可以包括以下特征中的一個(gè)或更多個(gè)。將水連通到加壓反應(yīng)室中包括將液體連通到加壓反應(yīng)室中。蒸發(fā)液體包括在加壓反應(yīng)室中蒸發(fā)液體。包括空氣和燃料的空氣/燃料混合物被連通到加壓反應(yīng)室中。該液體進(jìn)一步包括燃料，蒸發(fā)液體包括蒸發(fā)燃料和水，并且該氣體包括已蒸發(fā)的燃料和已蒸發(fā)的水。該燃料包括乙醇、煤油和/或其他類型燃料。該液體包括按體積多于百分之五十的水，或者該液體包括按體積多于百分之五十的燃料。將水連通到加壓反應(yīng)室中包括將已蒸發(fā)的燃料和已蒸發(fā)的水連通到加壓反應(yīng)室中。蒸發(fā)該液體包括通過將液體與加熱空氣混合來蒸發(fā)燃料和水。將水連通到加壓反應(yīng)室中包括將加熱空氣、已蒸發(fā)的燃料和已蒸發(fā)的水連通到加壓反應(yīng)室中。通過蒸發(fā)液體燃料形成的燃料氣體與已蒸發(fā)的水和/或空氣組合。將水連通到反應(yīng)室中包括將燃料氣體、已蒸發(fā)的水和/或空氣的混合物連通到反應(yīng)室中。氧化該燃料生成氧化產(chǎn)物氣體。該氧化產(chǎn)物氣體在驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的燃?xì)鉁u輪機(jī)中膨脹。填埋氣在蒸發(fā)該液體之前被從填埋區(qū)(landfill)接收。該填埋氣被冷凝以形成稍后被蒸發(fā)的液體。該填埋氣包括燃料，并且冷凝該液體將使水與燃料分離。該液體包括有毒材料。將水連通到加壓反應(yīng)室中包括將有毒材料連通到反應(yīng)室中。
[0013]在一些方面，一種系統(tǒng)包括蒸發(fā)器和反應(yīng)室。該蒸發(fā)器將包括水和燃料的液體蒸發(fā)以形成包括水和燃料的氣體。該蒸發(fā)器包括被布置成接收液體的蒸發(fā)器入口和被布置成傳送來自蒸發(fā)器的氣體的蒸發(fā)器出口。該反應(yīng)室被配置為在高于反應(yīng)室周圍的環(huán)境壓力的壓力下用空氣氧化該燃料。該反應(yīng)室包括與蒸發(fā)器出口連通的反應(yīng)室入口以便接收包括水和燃料的氣體。
[0014]一些實(shí)施方式可以包括以下特征中的一個(gè)或更多個(gè)。該系統(tǒng)包括渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)具有與反應(yīng)室的出口流體連通的渦輪機(jī)入口。該渦輪機(jī)被配置為接收來自反應(yīng)室的輸出氣體，并通過使輸出氣體在渦輪機(jī)入口和渦輪機(jī)出口之間膨脹來將輸出氣體的熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。該系統(tǒng)包括機(jī)械耦合到渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)。該發(fā)電機(jī)被配置為將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。該系統(tǒng)包括從填埋區(qū)接收填埋流體的填埋井。該液體包括至少一部分的填埋流體。該系統(tǒng)包括從填埋井接收填埋流體并使來自填埋流體的液體冷凝的冷凝器。
[0015]在一些方面，氧化反應(yīng)室包括被布置成接收包括水的液體并將該液體連通到反應(yīng)室中的第一入口。該反應(yīng)室包括被布置成接收包括空氣的氣體并將該氣體連通到反應(yīng)室中的第二入口。該反應(yīng)室被配置為蒸發(fā)該反應(yīng)室中的該液體以形成包括水、空氣和燃料的氣體混合物。該反應(yīng)室被配置為在反應(yīng)室中用空氣氧化燃料。
[0016]一些實(shí)施方式可以包括以下特征中的一個(gè)或更多個(gè)。該液體包括燃料。該氣體包括燃料。該反應(yīng)室包括被布置成將燃料連通到反應(yīng)室中的第三入口。該反應(yīng)室包括與渦輪機(jī)流體連通的出口。
[0017]本文描述的是用于將水或蒸氣注入到燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中的方法和實(shí)施例。在燃?xì)鉁u輪機(jī)中燃燒更多氣體可以增加渦輪機(jī)的輸出。然而，這樣做可能增加燃燒的燃料量并導(dǎo)致更高溫度，這導(dǎo)致增加的有害NOx氣體形成。在一些實(shí)施例中，通過提供水或蒸氣進(jìn)入系統(tǒng)，本文描述的逐漸氧化系統(tǒng)可以在不增加NOx形成的情況下提供燃料的氧化，同時(shí)增加系統(tǒng)的輸出。
[0018]一些實(shí)施例描述了系統(tǒng)的燃料在空氣/燃料混合物沿流動(dòng)路徑流入反應(yīng)室中時(shí)由無焰逐漸氧化過程來氧化。燃料優(yōu)選在足夠低以減少或防止有害化合物例如氮氧化物的形成和/或排放的溫度下并且在充分高以氧化被導(dǎo)引到反應(yīng)室中的燃料和其他污染物的溫度下被氧化?？諝?燃料混合物流過反應(yīng)室并從反應(yīng)室的內(nèi)表面吸熱，包括可能從可以含在反應(yīng)室內(nèi)的填充材料吸熱。在一些實(shí)施例中，反應(yīng)室不包括填充材料，并且流過反應(yīng)室的空氣/燃料混合物從反應(yīng)室內(nèi)現(xiàn)有的氣體或其他成分吸熱?？諝?燃料混合物在混合物流過反應(yīng)室時(shí)溫度逐漸升高。在空氣/燃料混合物的溫度達(dá)到或超過燃料的自燃溫度時(shí)，燃料經(jīng)歷放熱氧化反應(yīng)。
[0019]本文描述的許多實(shí)施例由于許多原因中的一個(gè)或更多個(gè)(例如降低燃燒的可能性、控制溫度、提高效率和/或增加輸出等)而考慮向系統(tǒng)添加蒸汽或水。如本文進(jìn)一步描述，該操作不同于在燃燒系統(tǒng)中弓I入水或蒸汽。
[0020]本文描述的一些方法包括:蒸發(fā)包括水的液體以形成包括水的氣體；將水連通到加壓高于反應(yīng)室外部周圍的環(huán)境壓力的反應(yīng)室中；以及在含有空氣、燃料和水的加壓反應(yīng)室中用空氣氧化燃料，同時(shí)維持反應(yīng)室中的燃料的最大溫度低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度。
[0021]在一些方法中，將水連通到加壓反應(yīng)室中包括將液體連通到加壓反應(yīng)室中，并且其中蒸發(fā)該液體包括在加壓反應(yīng)室中蒸發(fā)該液體。一些方法進(jìn)一步包括將包含空氣和燃料的空氣/燃料混合物連通到加壓反應(yīng)室中。在一些實(shí)例中，該液體進(jìn)一步包括燃料，蒸發(fā)該液體包括蒸發(fā)燃料和水，并且該氣體包括已蒸發(fā)的燃料和已蒸發(fā)的水。
[0022]在一些方法中，該燃料包括乙醇或煤油中的至少一種。在一些實(shí)例中，該液體包括按體積多于百分之五十的水。在一些方法中，將水連通到加壓反應(yīng)室中包括將包含已蒸發(fā)的燃料和已蒸發(fā)的水的氣體連通到加壓反應(yīng)室中，并且該方法進(jìn)一步包括將空氣連通到加壓反應(yīng)室中。
[0023]一些方法進(jìn)一步包括將空氣與包含已蒸發(fā)的燃料和已蒸發(fā)的水的氣體混合，其中將水連通到加壓反應(yīng)室中包括將包含空氣、已蒸發(fā)的燃料和已蒸發(fā)的水的混合物連通到加壓反應(yīng)室中。在一些方法中，將水連通到加壓反應(yīng)室中包括將液體連通到加壓反應(yīng)室中，并且蒸發(fā)該液體包括在加壓反應(yīng)室中蒸發(fā)該液體。
[0024]在一些方法中，該液體進(jìn)一步包括燃料,蒸發(fā)該液體包括通過將液體與加熱的空氣混合來蒸發(fā)燃料和水，并且其中該氣體包括加熱的空氣、已蒸發(fā)的燃料和已蒸發(fā)的水。在一些實(shí)例中，將水連通到加壓反應(yīng)室中包括將包含加熱的空氣、已蒸發(fā)的燃料和已蒸發(fā)的水的氣體連通到加壓反應(yīng)室中。
[0025]一些方法規(guī)定氧化該燃料生成氧化產(chǎn)物氣體，該方法進(jìn)一步包括在燃?xì)鉁u輪機(jī)中使氧化產(chǎn)物氣體膨脹。在一些方法中，在燃?xì)鉁u輪機(jī)中使氧化產(chǎn)物氣體膨脹將驅(qū)動(dòng)機(jī)械耦合到燃?xì)鉂欇啓C(jī)的發(fā)電機(jī)。
[0026]一些方法進(jìn)一步包括在蒸發(fā)該液體之前從填埋區(qū)接收填埋氣并冷凝來自填埋氣的液體。在一些方法中，填埋氣包括燃料。在一些方法中，液體包括污染物，并且將水連通到加壓反應(yīng)室中包括將污染物連通到反應(yīng)室中，并且其中該污染物在反應(yīng)室中被氧化。
[0027]在本文描述的一些實(shí)施例中，公開了包括蒸發(fā)器的系統(tǒng)，該蒸發(fā)器蒸發(fā)包括水的液體以形成包括水的氣體，該蒸發(fā)器具有被布置成接收液體的蒸發(fā)器入口和被布置成傳送來自蒸發(fā)器的氣體的蒸發(fā)器出口。該系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括反應(yīng)室，該反應(yīng)室包括與蒸發(fā)器出口連通以接收氣體的反應(yīng)室入口，該反應(yīng)室被配置為在以高于反應(yīng)室周圍的環(huán)境壓力的壓力容納燃料、空氣和氣體且同時(shí)維持反應(yīng)室中的最大溫度低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度時(shí)用空氣氧化燃料。
[0028]在一些實(shí)施例中，該液體進(jìn)一步包括液態(tài)的燃料,并且該氣體進(jìn)一步包括氣態(tài)的燃料。一些實(shí)施例規(guī)定反應(yīng)室進(jìn)一步包括被布置成接收燃料或空氣中的至少一種的一個(gè)或更多額外反應(yīng)室入口。一些實(shí)施例進(jìn)一步包括渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)具有與反應(yīng)室的出口流體連通的渦輪機(jī)入口，該渦輪機(jī)被配置為從反應(yīng)室接收氧化產(chǎn)物并通過使氧化產(chǎn)物在渦輪機(jī)入口和渦輪機(jī)出口之間膨脹而將氧化產(chǎn)物的熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。一些實(shí)施例進(jìn)一步包括機(jī)械耦合到渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)被配置為將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。
[0029]本文描述的一些實(shí)施例公開了一種氧化反應(yīng)室，其具有:被布置成將包括水的液體連通到反應(yīng)室的內(nèi)部容積中的第一入口 ；被布置成將包括空氣的氣體連通到該內(nèi)部容積中的第二入口，該反應(yīng)室適于在內(nèi)部容積中用空氣氧化燃料且同時(shí)維持反應(yīng)室中的最大溫度低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度；以及被布置成傳送來自內(nèi)部容積的輸出氣體的出口，該輸出氣體包括水和通過在內(nèi)部容積中氧化燃料生成的氧化產(chǎn)物氣體。
[0030]在一些實(shí)施例中，該液體進(jìn)一步包括燃料，并且在一些實(shí)施例中，該氣體進(jìn)一步包括燃料。一些實(shí)施例規(guī)定出口與渦輪機(jī)入口流體連通。在一些實(shí)施例中，該液體進(jìn)一步包括污染物，并且反應(yīng)室中的最大溫度處于或高于污染物的氧化溫度。在一些實(shí)施例中，該氣體進(jìn)一步包括可以在反應(yīng)室內(nèi)被氧化的污染物,并且氧化室中的溫度處于或高于該氧化溫度以便氧化污染物。
[0031]本文描述的一些實(shí)施例包括一種逐漸氧化系統(tǒng)，其具有:流體入口 ；壓縮器，其從流體入口接收并壓縮包括第一燃料混合物的流體；噴注器，其將第二燃料混合物導(dǎo)引到流體中，該第二燃料混合物包括具有燃料和水的混合物的液體，其中水包括按體積在50%和80%之間的第二燃料混合物；以及逐漸氧化室，其從壓縮器接收流體并且在沒有催化劑的情況下維持流體在該腔室內(nèi)的無焰氧化過程。
[0032]一些實(shí)施例進(jìn)一步包括從逐漸氧化室接收加熱的壓縮流體并使流體膨脹的渦輪機(jī)。在一些實(shí)施例中，噴注器在流體被壓縮器壓縮之前導(dǎo)引第二燃料混合物。在一些實(shí)施例中，噴注器在流體已被壓縮之后并且在流體被接收到逐漸氧化室中之前將第二燃料混合物導(dǎo)引到流體中。一些實(shí)施例規(guī)定噴注器將第二燃料混合物導(dǎo)引到逐漸氧化室中。
[0033]一些實(shí)施例進(jìn)一步包括在將第二燃料混合物導(dǎo)引到逐漸氧化室中之前壓縮第二燃料混合物的壓縮器。在一些實(shí)施例中，第二燃料混合物包括乙醇、汽油和石油餾分中的至少一種。在一些實(shí)施例中，第二燃料混合物包括按體積約25%燃料的燃料與水混合物。在一些實(shí)施例中，噴注器被配置為將第二燃料混合物作為液體噴注到系統(tǒng)中。在一些實(shí)施例中，噴注器被配置為將第二燃料混合物作為氣體噴注到系統(tǒng)中。一些實(shí)施例規(guī)定第二混合物的燃料與水混合比基于第一燃料混合物的燃料與空氣混合物的確定，并且一些實(shí)施例規(guī)定燃料與空氣混合比基于燃料與水混合物的確定。
[0034]在本文描述的一些實(shí)施例中，一種逐漸氧化系統(tǒng)包括:流體入口 ；壓縮器，其從流體入口接收并壓縮包括燃料混合物的流體；噴注器，其在流體已被壓縮之后將蒸汽導(dǎo)引到流體中；逐漸氧化室，其從壓縮器接收流體并且在沒有催化劑的情況下維持該逐漸氧化室內(nèi)的無焰氧化過程；以及渦輪機(jī)，其從逐漸氧化室接收加熱的壓縮流體并使流體膨脹。
[0035]在一些實(shí)施例中，噴注器在流體被壓縮器壓縮之前導(dǎo)弓I蒸汽。在一些實(shí)施例中，噴注器在流體已被壓縮之后并在流體被接收到逐漸氧化室中之前將蒸汽導(dǎo)引到流體中。一些實(shí)施例規(guī)定噴注器將蒸汽導(dǎo)引到逐漸氧化室中。一些實(shí)施例進(jìn)一步包括在將蒸汽導(dǎo)引到逐漸氧化室中之前壓縮蒸汽的蒸汽壓縮器。
[0036]本文描述的一些用于逐漸氧化燃料混合物的方法包括:經(jīng)由流體入口將空氣吸入逐漸氧化系統(tǒng)中；將空氣與燃料混合以形成燃料混合物；壓縮燃料混合物；將蒸汽噴注到系統(tǒng)中以使蒸汽與燃料混合物結(jié)合；在逐漸氧化室中逐漸氧化燃料混合物，該逐漸氧化室在沒有催化劑的情況下維持流體的無焰氧化過程；將加熱的壓縮流體從逐漸氧化室引導(dǎo)到渦輪機(jī)；以及用渦輪機(jī)使流體膨脹。
[0037]在一些方法中，蒸汽在燃料混合物的壓縮之前被噴注到系統(tǒng)中。在一些方法中，蒸汽在燃料混合物的壓縮之后并在燃料混合物的逐漸氧化之前被噴注到系統(tǒng)中。在一些方法中，蒸汽被噴注到逐漸氧化室中。
[0038]本文描述的一些用于逐漸氧化燃料混合物的方法包括:經(jīng)由流體入口將空氣吸入逐漸氧化系統(tǒng)中；將空氣與燃料混合以形成第一燃料混合物；壓縮燃料混合物；將第二燃料混合物噴注到系統(tǒng)中以使第二燃料混合物與第一燃料混合物結(jié)合，第二燃料混合物包括具有燃料和水的混合物的液體，其中水包括按體積在50%和80%之間的第二燃料混合物；以及在逐漸氧化室中逐漸氧化第一和第二燃料混合物，該逐漸氧化室在沒有催化劑的情況下維持流體的無焰氧化過程。
[0039]一些方法進(jìn)一步包括將加熱的壓縮流體從逐漸氧化室引導(dǎo)到渦輪機(jī)并用該渦輪機(jī)使流體膨脹。在一些方法中，第二燃料混合物在流體被壓縮器壓縮之前被噴注到系統(tǒng)中。在一些方法中，第二燃料混合物在流體已被壓縮之后并在流體被接收到逐漸氧化室中之前被噴注到系統(tǒng)中。在一些方法中，第二燃料混合物被噴注到逐漸氧化室中。一些方法進(jìn)一步包括在將第二燃料混合物導(dǎo)引到逐漸氧化室中之前用壓縮器壓縮第二燃料混合物。
[0040]在一些實(shí)施例中，第二燃料混合物包括乙醇、汽油和石油餾分中的至少一種。在一些實(shí)施例中，第二燃料混合物包括按體積約25%燃料的燃料與水混合物。在一些實(shí)施例中，第二燃料混合物作為液體被噴注到系統(tǒng)中。在一些實(shí)施例中，第二燃料混合物作為氣體被噴注到系統(tǒng)中。一些實(shí)施例進(jìn)一步包括確定第一燃料混合物的燃料與空氣混合比，并基于第一燃料混合比調(diào)整第二混合物的燃料與水混合比。
[0041]本文描述的一些實(shí)施例中，一種逐漸氧化系統(tǒng)包括:從固體燃料中提取氣體燃料的固體燃料氣化器；用凈化液體從氣體燃料中移除污染物的洗滌器；以及無焰燃燒室，其
(i)從洗滌器接收凈化液體和污染物，(ii)維持足以提供逐漸氧化過程的內(nèi)部溫度，以及
(iii)提供停留時(shí)間，以使來自洗滌器的基本全部污染物在無焰燃燒室內(nèi)被氧化。在一些實(shí)施例中，無焰燃燒室被配置為在沒有催化劑的情況下維持逐漸燃燒過程。
[0042]在該系統(tǒng)的一些實(shí)施例中，氣體燃料由洗滌器用水凈化。在某些實(shí)施例中，從洗滌器接收的污染物在水里面，并且導(dǎo)引器包括用于在將水導(dǎo)引到無焰燃燒室中之前對水加壓的壓縮器。無焰燃燒室優(yōu)選被配置為在約0.01秒和約10秒之間維持足以氧化氣體燃料的內(nèi)部溫度。在一些實(shí)施例中，無焰燃燒室維持最大溫度低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度。
[0043]在某些實(shí)施例中，無焰燃燒室被配置為從洗滌器接收氣體燃料并且在逐漸氧化過程期間氧化氣體燃料。在一些實(shí)例中，來自洗滌器的基本全部氣體燃料由無焰燃燒室接收并氧化。在某些實(shí)例中，來自洗滌器的氣體燃料的第一部分由無焰燃燒室接收并氧化，并且來自洗滌器的氣體燃料的第二部分被分配離開該系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，無焰燃燒室經(jīng)由第一入口從洗滌器接收氣體燃料，并且從第二入口接收補(bǔ)充氣體燃料。
[0044]—些實(shí)施例包括與無焰燃燒室流體連通的渦輪機(jī)。該渦輪機(jī)優(yōu)選被配置為從無焰燃燒室接收加熱的壓縮氣體并使該氣體膨脹。
[0045]本發(fā)明在一些實(shí)施例中也描述了一種逐漸氧化系統(tǒng)，其包括:第一入口，其被配置為將污染液體連通到系統(tǒng)；第二入口，其被配置為將燃料連通到系統(tǒng)；無焰燃燒室，其接收污染液體和燃料并維持足以提供逐漸氧化過程的內(nèi)部溫度且同時(shí)維持燃燒室中的最大溫度低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度，以使液體中的燃料和污染物被氧化；以及被布置成傳導(dǎo)來自燃燒室的輸出氣體的出口，該輸出氣體包括在燃燒室中由逐漸燃燒過程生成的氧化產(chǎn)物氣體。在一些實(shí)施例中，無焰燃燒室被配置為在沒有催化劑的情況下維持逐漸氧化過程。
[0046]在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)可以被配置為使得污染液體由用水凈化氣體燃料的洗滌器接收。在一些實(shí)施例中，污染液體包括來自洗滌器的水。在某些實(shí)施例中，燃料包括來自洗滌器的氣體燃料，并且無焰燃燒室在逐漸氧化過程期間氧化該氣體燃料?？梢栽谙到y(tǒng)中提供壓縮器，該壓縮器在液體被無焰燃燒室接收之前對污染液體加壓。
[0047]在一些實(shí)施例中，無焰燃燒室被配置為在約0.01秒和約10秒之間維持足以氧化氣體燃料的內(nèi)部溫度。在某些實(shí)施例中，無焰燃燒室維持最大溫度低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度。一些實(shí)施例也包括與無焰燃燒室流體連通的渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)被配置為接收輸出氣體并使該輸出氣體膨脹。
[0048]本文描述了氧化固體燃料的方法，所述方法包括以下步驟:用固體燃料氣化器從固體燃料中提取氣體燃料；在洗滌器中用凈化液體洗滌氣體燃料以從氣體燃料中移除污染物；將凈化液體和污染物從洗滌器傳導(dǎo)到無焰燃燒室；以及通過以下步驟在燃燒室中氧化污染物:(i)在燃燒室中維持足以提供逐漸氧化過程的內(nèi)部溫度，以及(ii)提供在燃燒室內(nèi)的停留時(shí)間，以使來自洗滌器的基本全部污染物在燃燒室內(nèi)被氧化。
[0049]一些方法規(guī)定無焰燃燒室在沒有催化劑的情況下維持逐漸氧化過程。一些方法規(guī)定氣體燃料由洗滌器用水凈化。在一些方法中，由燃燒室從洗滌器接收的污染物在水里面。某些方法進(jìn)一步包括在無焰燃燒室中進(jìn)行氧化之前用壓縮器壓縮水和污染物。在一些方法中，停留時(shí)間在約0.01秒和約10秒之間。
[0050]某些方法也包括將加熱的壓縮氣體從無焰燃燒室傳導(dǎo)到渦輪機(jī)并在該渦輪機(jī)中使該氣體膨脹。一些方法進(jìn)一步包括將氣體燃料從洗滌器傳導(dǎo)到無焰燃燒室，并且在逐漸氧化過程期間氧化該氣體燃料。在一些方法中，來自洗滌器的基本全部氣體燃料被傳導(dǎo)到無焰燃燒室并由其氧化。
[0051]一些方法規(guī)定來自洗滌器的氣體燃料的第一部分被傳導(dǎo)到無焰燃燒室并由其氧化，并且來自洗滌器的氣體燃料的第二部分被分配離開燃燒室。在一些方法中，氣體燃料經(jīng)由第一入口被傳導(dǎo)到無焰燃燒室，并且燃燒室從第二入口接收補(bǔ)充氣體燃料。某些方法規(guī)定燃燒室維持最大內(nèi)部溫度低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度。
[0052]本文描述的氧化液體中的污染物的方法包括以下步驟:經(jīng)由第一入口傳導(dǎo)污染液體到無焰燃燒室；經(jīng)由第二入口傳導(dǎo)燃料到無焰燃燒室；以及通過以下步驟在無焰燃燒室中用燃料氧化污染液體中的污染物:(i)在燃燒室中維持足以提供逐漸氧化過程的內(nèi)部溫度，(ii )維持燃燒室中的最大溫度低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度，以及(iii )提供在燃燒室內(nèi)的停留時(shí)間，以使來自洗滌器的基本全部污染物在燃燒室內(nèi)被氧化。一些方法規(guī)定無焰燃燒室在沒有催化劑的情況下維持逐漸燃燒過程。在一些方法中，停留時(shí)間在約0.01秒和約10秒之間。
[0053]某些方法規(guī)定污染液體被從用水凈化氣體燃料的洗滌器傳導(dǎo)到燃燒室。在一些方法中，污染液體包括來自洗滌器的水。一些方法規(guī)定燃料包括來自洗滌器的氣體燃料，并且無焰燃燒室在逐漸氧化過程期間氧化該氣體燃料。某些方法進(jìn)一步包括在將液體傳導(dǎo)到無焰燃燒室之前壓縮污染液體。一些方法進(jìn)一步包括從無焰燃燒室傳導(dǎo)加熱的壓縮氣體到渦輪機(jī)并在該渦輪機(jī)中使氣體膨脹。
[0054]這些概念的一個(gè)或更多實(shí)施例的詳情在附圖和下面的說明書中闡述。這些概念的其他特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將通過說明書和附圖以及權(quán)利要求變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0055]現(xiàn)在將參考附圖描述實(shí)施本發(fā)明的各種特征的一般架構(gòu)。附圖和相關(guān)描述被提供用于圖解說明本發(fā)明的實(shí)施例，而不是限制本發(fā)明的范圍。在所有附圖中，參考標(biāo)記被重復(fù)使用以指示所指代元件之間的對應(yīng)關(guān)系。
[0056]圖1A是氣化器發(fā)電站的實(shí)施例的圖示。[0057]圖1B是氣化器發(fā)電站的實(shí)施例的圖示。
[0058]圖2A是氣化器發(fā)電站的進(jìn)一步實(shí)施例的圖示。
[0059]圖2B是氣化器發(fā)電站的進(jìn)一步實(shí)施例的圖示。
[0060]圖3A是氣化器發(fā)電站的進(jìn)一步實(shí)施例的圖示。
[0061]圖3B是氣化器發(fā)電站的進(jìn)一步實(shí)施例的圖示。
[0062]圖4是燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施例的圖示。
[0063]圖5是燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)一步實(shí)施例的圖示。
[0064]圖6是燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)一步實(shí)施例的圖示。
[0065]圖7A是示出在示例性氧化反應(yīng)系統(tǒng)中的流體流的示意圖。
[0066]圖7B是示出在示例性氧化反應(yīng)系統(tǒng)中的流體流的示意圖。
[0067]圖7C是示出在示例性氧化反應(yīng)系統(tǒng)中的流體流的示意圖。
[0068]圖7D是示出在示例性氧化反應(yīng)系統(tǒng)中的流體流的示意圖。
[0069]圖8是燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施例的圖示。
[0070]圖9是燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)一步實(shí)施例的圖示。
[0071]圖10是燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)一步實(shí)施例的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0072]固體燃料例如煤或生物質(zhì)的氣化可以用來產(chǎn)生氣體燃料。在氣化過程期間，通過在高溫下用受控制量的氧氣和/或蒸汽與原材料反應(yīng)，含碳材料例如煤、石油、生物燃料或生物質(zhì)被轉(zhuǎn)化成例如一氧化碳和烴。這些過程得到可在以其他方式與固體燃料不相容的系統(tǒng)中用作燃料的氣體。
[0073]在氣化過程的一些實(shí)施例中，提供含有機(jī)材料的固體燃料。一個(gè)示例如生物質(zhì)氣化是生物質(zhì)的不完全燃燒，其導(dǎo)致產(chǎn)生具有一氧化碳(CO)、氫氣(H2)和甲烷(CH4)的可燃?xì)怏w。該混合物可以被稱為發(fā)生爐氣體或燃料氣體。該燃料氣體可以用來運(yùn)行內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，可以用作爐用油的替代物，并且可以用來生產(chǎn)甲醇。因?yàn)樯镔|(zhì)材料可以經(jīng)歷氣化，所以該過程在與其中僅所選擇的生物質(zhì)材料可以產(chǎn)生燃料的乙醇生產(chǎn)或生物氣相比較時(shí)是有吸引力的。生物質(zhì)氣化僅被提供作為氣化過程的示例，并且本發(fā)明不意圖局限于生物質(zhì)氣化，因?yàn)闅饣^程可以用其他含碳材料來實(shí)施。
[0074]在氣化期間，有限量的氧氣或空氣與有機(jī)材料一起被導(dǎo)引到反應(yīng)器中，從而允許一些有機(jī)材料稍微或部分氧化，產(chǎn)生一氧化碳和能量。該第一過程驅(qū)動(dòng)第二反應(yīng)，該第二反應(yīng)將有機(jī)材料進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成氫氣和額外的二氧化碳。第三反應(yīng)在一氧化碳和來自有機(jī)材料的殘留水反應(yīng)以形成甲烷和過量二氧化碳時(shí)發(fā)生。該第三反應(yīng)在增加反應(yīng)氣體和有機(jī)材料的停留時(shí)間以及反應(yīng)器內(nèi)的熱和壓力的反應(yīng)器中更徹底地發(fā)生。
[0075]生物質(zhì)的完全燃燒產(chǎn)物一般含有氮?dú)?、水蒸氣、二氧化碳，并且可以含有氧氣和氮?dú)狻Ｈ欢?，在氣化的不完全燃燒中，產(chǎn)物是可燃?xì)怏w(例如CO、H2和CH4)。氣化過程的較無用產(chǎn)物包括例如焦油和灰塵。燃料氣體的產(chǎn)生是通過水蒸氣和二氧化碳經(jīng)過例如熾熱的木炭層發(fā)生反應(yīng)來提供的。因此在許多氣化器系統(tǒng)中，這些過程包括創(chuàng)建將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成木炭的條件并將木炭維持在適當(dāng)溫度以將木炭轉(zhuǎn)化成CO和H2。在各種類型的氣化器系統(tǒng)中，存在例如下吸(downdraft)氣化器、上吸(updraft)氣化器和平吸(crossdraft)氣化器。[0076]然而，該氣體燃料的若干方面以及用來形成該氣體燃料的過程具有氣化過程的有限實(shí)施方式。例如，大多數(shù)氣化過程產(chǎn)生弱氣體(weak gas)。例如，在一些氣化過程中，燃料氣體僅包括按體積約2-6%的CH4。低百分比的燃料氣體限制其能夠被使用的方式。本文描述了利用與由這些氣化過程產(chǎn)生的燃料氣體一樣低的水平的燃料氣體的方法和系統(tǒng)。
[0077]在許多氣化過程中，濕氣由于過程中所涉及的反應(yīng)或燃料氣體的處理而與燃料氣體一起產(chǎn)生。在一些實(shí)例中，燃料氣體必須被洗滌或凈化。這可以通過用水凈化氣體來執(zhí)行。這可能增加燃料氣體的濕氣含量，其可能使得燃料氣體更不適用于許多應(yīng)用。本文描述了由發(fā)電系統(tǒng)利用燃料氣體和洗滌水來處理洗滌水并通過在發(fā)電系統(tǒng)中包括洗滌水而提高發(fā)電系統(tǒng)的輸出的方法和系統(tǒng)。
[0078]氣化過程也產(chǎn)生不期望的成分例如焦油。如上面提到，用于凈化燃料氣體的一種方法是用水洗滌氣體。該過程是不期望的，因?yàn)樗兊檬芙褂秃蛷臍怏w移除的其他烴污染。然后這種水變?yōu)橛泻U料，并且處置這種水可能是非常昂貴的。從氣體中移除焦油也已通過過濾器來實(shí)現(xiàn)，這需要定期維護(hù)并可能導(dǎo)致周期性的系統(tǒng)停機(jī)以便清理或更換過濾器。本文描述了一體式氣化器發(fā)電站的實(shí)施例，其除了利用弱氣化氣體來產(chǎn)生電力之外，還用水洗滌燃料氣體，然后將水提供給氧化系統(tǒng)，該氧化系統(tǒng)蒸發(fā)水并氧化焦油和其他烴。這些方法和系統(tǒng)產(chǎn)生電力并提供清潔地消耗污染水的措施。
[0079]圖1A不出一體式氣化器氧化系統(tǒng)50的實(shí)施例。固體燃料21和23經(jīng)由輸送器22通過氣化器入口進(jìn)料斗24被傳送到氣化器19。該氣化器包括提供空氣從而以導(dǎo)致部分或不完全氧化的方式與燃料反應(yīng)的鼓風(fēng)機(jī)20。通過一系列依賴溫度和時(shí)間的反應(yīng)，氣化器將固體燃料轉(zhuǎn)化成具有組分例如CO、H2和CH4的燃料氣體。燃料氣體也含有稀釋其能量含量的氮和二氧化碳。其他復(fù)雜烴例如C4、(:5、(:6和(:7以及灰燼也在氣化過程期間形成。如上面提到,這些產(chǎn)物中的一些作為污染物例如焦油和微粒進(jìn)入氣體。
[0080]燃料氣體中的污染物可能損害氣體的終端用戶并且必須從氣體中移除。例如，若氣體被冷卻以便用作渦輪機(jī)燃料，則污染物可能損壞壓縮機(jī)和渦輪機(jī)組件。該冷卻和污染物移除例如通過在洗滌器27中用水流洗滌離開氣化器的氣體來實(shí)現(xiàn)。容納在儲箱104中的水循環(huán)通過泵108、管道28和30以及噴嘴29。一些實(shí)施例規(guī)定水在循環(huán)期間被冷卻。儲箱104中的水在其洗滌新鮮氣流時(shí)變得逐漸污染。在一些實(shí)施例中，其他液體被用于洗滌燃料氣體，并且這些實(shí)施例以類似方式操作。
[0081]如圖1A所示，一體式氣化器和燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)50可以利用其中含有污染物的水。在一些實(shí)施例中，污染物可以是能夠在逐漸氧化過程期間被氧化的焦油和其他烴。在該過程期間，焦油和烴可以被用作燃料，因?yàn)樗鼈儗⒈煌耆趸⒆鳛槿剂蠈ο到y(tǒng)起作用。因此，如本文描述，具有燃料的水可以指代與燃料氣體混合的水或具有將在反應(yīng)室101中被氧化的污染物的水。同樣，如本文描述，具有污染物的水可以指代具有來自氣化器19的燃料氣體或污染物的水。
[0082]圖1A的示例系統(tǒng)50包括空氣源110 (例如環(huán)境空氣)，其可以被耦合到氣化器19并且經(jīng)由供應(yīng)線31接收已洗滌的燃料氣體。該系統(tǒng)也包括壓縮器114、渦輪機(jī)115、熱交換器122、加壓裝置108、蒸發(fā)室118和反應(yīng)室101。一體式氣化器發(fā)電站可以包括能夠以相同和/或不同方式使用的額外的、更少的和/或不同的組件。
[0083]空氣源110為反應(yīng)室101中的氧化過程提供空氣?？諝庠?10提供來自氣化器19的氣體，該氣體與空氣混合?？諝庠碔io可以提供來自系統(tǒng)50周圍的大氣的空氣。來自空氣源110的空氣可以含有足以氧化燃料的任何濃度的氧氣。除氧氣之外，來自空氣源110的空氣還可以包括其他氣體。例如，該空氣可以包括氮?dú)?、二氧化碳?或其他反應(yīng)氣體或不反應(yīng)氣體。
[0084]來自空氣源110的空氣可以被連通到壓縮器114。在圖1A示出的示例系統(tǒng)50中，壓縮器114可以通過軸桿從渦輪機(jī)115接收機(jī)械旋轉(zhuǎn)能。壓縮器114可以利用來自渦輪機(jī)115的機(jī)械旋轉(zhuǎn)能來提高壓縮器114中的空氣/燃料混合物的壓力。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)50可以包括以不同方式操作的壓縮器。
[0085]壓縮空氣可以從壓縮器114被連通到熱交換器122。壓縮過程加熱空氣，并且空氣可以被熱交換器122進(jìn)一步加熱。熱交換器122從壓縮器114接收壓縮空氣、加熱壓縮空氣并將加熱的壓縮空氣連通到反應(yīng)室101。熱交換器122也可以接收來自渦輪機(jī)115的排氣。熱交換器122可以使用來自排氣的熱量將壓縮空氣預(yù)熱。例如，排氣和空氣/燃料混合物可以在流過熱交換器122時(shí)接觸傳熱結(jié)構(gòu)的相反側(cè)面。傳熱結(jié)構(gòu)可以從較高溫度的排氣傳導(dǎo)熱能到較低溫度的空氣。
[0086]在示出的示例中，流體儲箱104容納包括液態(tài)水和來自氣化過程的燃料和/或污染物的液體混合物102。流體儲箱104可以容納額外的和/或不同的氣體、液體和/或固體物質(zhì)。流體儲箱104可以包括任何合適大小或配置的任何類型的液體存儲系統(tǒng)或容器。流體儲箱104可以包括提供進(jìn)入和/或離開流體儲箱104的流體連通的入口和/或出口。在一些示例中，液體混合物102包括液體乙醇、液體煤油和/或另一類型的液體燃料。在一些示例中，液體混合物102包括來自氣化過程的焦油和其他污染物。液體混合物102可以包括來自任何水源的水。
[0087]液體混合物102可以包括來自流體源的流體。許多不同類型的流體源是可預(yù)期的。一些示例流體源包括釀酒設(shè)施、乙醇生產(chǎn)設(shè)施、填埋區(qū)、酒精生產(chǎn)設(shè)施、煉油廠、鋼鐵廠、化工廠、油田、飯店和/或液體燃料和/或液態(tài)水的其他來源。如本文所用，術(shù)語“流體”是廣義術(shù)語并且意圖包括但不限于能夠類似于液體或氣體流動(dòng)的物質(zhì)。在一些實(shí)施例中，流體燃料指代氣體燃料，但在許多實(shí)施例中，流體燃料可以指代處于液態(tài)或氣態(tài)中的至少一種的燃料。在一些實(shí)施例中，流體燃料可以指代液體燃料和氣體燃料二者。
[0088]液體混合物102可以從流體儲箱104被連通到蒸發(fā)室118中。在示出的示例系統(tǒng)50中，導(dǎo)管106和加壓裝置108提供流體儲箱104的出口和蒸發(fā)室118的入口之間的流體連通。加壓裝置108可以是泵或引起流體從儲箱104流到蒸發(fā)室118中的另一類型裝置。蒸發(fā)室118可以包括熱交換器或提高液體混合物102的溫度的另一類型加熱裝置。
[0089]液體混合物的溫度的提高可以提高液體在蒸發(fā)室118中蒸發(fā)的速率。來自系統(tǒng)50和/或熱能的其他來源的排氣可以被用來加熱蒸發(fā)室118中的液體。在示出的示例中，導(dǎo)管124向蒸發(fā)室118提供來自熱交換器122的熱能。在向蒸發(fā)室118施加熱能后,排氣可以通過出口 112被排放到大氣。
[0090]液體混合物102在蒸發(fā)室118中蒸發(fā)以形成氣體混合物。在蒸發(fā)室118中形成的氣體混合物可以包括來自混合物102中的液體燃料的燃料蒸氣和/或來自混合物102中的液態(tài)水的水蒸氣。例如，加熱乙醇和水混合物的液體混合物可以蒸發(fā)乙醇和水。
[0091]在蒸發(fā)室118中形成的氣體混合物可以被連通到反應(yīng)室101中。在圖1A所示的示例中，包括蒸發(fā)的水和燃料或污染物的氣體混合物被連通到導(dǎo)管120中，并且從導(dǎo)管120進(jìn)入導(dǎo)管128中以便與來自熱交換器122的壓縮的預(yù)熱空氣混合。因?yàn)閳D1A中的蒸發(fā)室118生成燃料和水的氣體混合物，所以將來自蒸發(fā)室118的輸出與導(dǎo)管120中的空氣混合形成了空氣、燃料和水的氣相混合物。如上所述，因?yàn)槲廴疚飳⒃诜磻?yīng)室101中被氧化，所以即使污染物在此也被稱為燃料。
[0092]反應(yīng)室101在燃料氧化時(shí)保留空氣和燃料。燃料在反應(yīng)室101中的氧化可以通過將燃料提升到燃料自燃溫度或高于自燃溫度而啟動(dòng)。系統(tǒng)50可以不依賴于氧化催化劑材料(例如鉬)和/或不依賴于點(diǎn)火源(例如火焰或火花)在反應(yīng)室101中啟動(dòng)氧化?？梢栽诓粚⒖諝?燃料混合物的溫度升高到閾值溫度以上(例如通過在反應(yīng)室中維持燃料的最大溫度低于該閾值溫度)的情況下在反應(yīng)室101中用空氣氧化燃料。閾值溫度可以基于一個(gè)或更多因素確定，例如閾值溫度可以是渦輪機(jī)的推薦或最大操作溫度、渦輪機(jī)的推薦或最大入口溫度、導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度、基于穿過反應(yīng)室101的燃料的流速所選擇的溫度，和/或其他因素。
[0093]在一些實(shí)施方式中，在低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度下，燃料在反應(yīng)室101中被氧化。因此，反應(yīng)室101可以氧化基本全部燃料，同時(shí)僅產(chǎn)生最少量的氮氧化物。例如，來自系統(tǒng)112的排氣可以包括少于百萬分之一的氮氧化物、VOC和CO中的每種，并且可以甚至減小在進(jìn)入的空氣中含有的VOC和CO的濃度。
[0094]在一些情況下，反應(yīng)室101中的耐火材料的熱質(zhì)可以充當(dāng)濕潤器，用于吸熱并防止可能損壞渦輪機(jī)和/或產(chǎn)生不希望的副產(chǎn)物(例如氮氧化物、二氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化合物和/或其他副產(chǎn)物)的過高溫度。在一些情況下，反應(yīng)室101中的耐火材料的熱質(zhì)可以提供熱能的臨時(shí)來源，這可以幫助維持燃料的氧化。
[0095]反應(yīng)室101可以包括一個(gè)或更多入口。每個(gè)入口可以將空氣、燃料、水或其任何組合連通到反應(yīng)室中。例如，來自蒸發(fā)室118的氣體燃料/水混合物可以被直接連通到反應(yīng)室101中。在一些實(shí)施方式中，液體混合物102可以被以液態(tài)形式直接連通到反應(yīng)室101中，如本文描述的實(shí)施例中將說明的那樣。反應(yīng)室101包括將氧化燃料和/或其他材料連通到渦輪機(jī)115的一個(gè)或更多出口。
[0096]在示出的示例中，排氣管132通過導(dǎo)管130將排氣連通到渦輪機(jī)115的入口。當(dāng)水混合物中含有的燃料包括來自氣化器的污染物時(shí)，可能有利的是包括與管道132成一條直線的過濾器32以確保傳送到渦輪機(jī)115的加熱空氣不會導(dǎo)致?lián)p壞系統(tǒng)50的渦輪機(jī)或其他組件。過濾器32可以被配置為捕集由水混合物102中的污染物或其他成分的氧化所導(dǎo)致的灰燼或灰塵。
[0097]在加熱過程期間和/或在持續(xù)操作期間，通過出口離開反應(yīng)室101的氣體可以包括完全氧化的燃料產(chǎn)物、不反應(yīng)氣體和僅痕量的氮氧化物與二氧化碳。在一些實(shí)例中，通過出口離開反應(yīng)室101的氣體可以包括多于痕量的未氧化燃料、氮氧化物、二氧化碳和/或其他材料。
[0098]潤輪機(jī)115將氧化產(chǎn)物氣體的能量轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。示例潤輪機(jī)115通過潤輪機(jī)入口接收被氧化的燃料，使被氧化的燃料在渦輪機(jī)入口和渦輪機(jī)出口之間膨脹，并通過渦輪機(jī)出口傳送膨脹氣體。在一些實(shí)施方式中，混合物在反應(yīng)室101中保留足夠長的時(shí)間以氧化混合物中的基本全部燃料，包括來自氣化器的污染物。在一些情況下，通過氧化所蒸發(fā)的燃料和/或液體混合物102中的污染物而在反應(yīng)室101中釋放的熱量可以提供充足的熱能來將進(jìn)入的燃料加熱到氧化溫度，同時(shí)維持反應(yīng)室101的內(nèi)部溫度高于氧化燃料所需要的溫度并向渦輪機(jī)115提供動(dòng)力。
[0099]在輸出氣體向渦輪機(jī)115提供動(dòng)力之后，渦輪機(jī)115將輸出氣體的熱能轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。渦輪機(jī)115的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能驅(qū)動(dòng)壓縮器114，并且渦輪機(jī)115將輸出氣體從渦輪機(jī)115的出口連通到熱交換器122。輸出氣體向熱交換器122提供熱能，然后優(yōu)選被連通到蒸發(fā)室118以便向蒸發(fā)室118提供熱能。輸出氣體通過出口 112例如通過排氣煙囪離開系統(tǒng)。
[0100]在儲箱104中洗滌和/或冷卻水(或其他冷卻液)將從氣化器中的氣流收集焦油、微粒和其他可溶污染物。液體由泵108通過管道28輸送到洗滌容器27，其中該液體在通過管道26離開氣化器19并進(jìn)入洗滌容器27的氣流上噴霧。洗滌液體收集來自氣體的焦油和微粒并且經(jīng)由管道30運(yùn)送焦油和微粒到儲箱104中。當(dāng)水或液體中的焦油和微粒的濃度達(dá)到該濃度充分高的點(diǎn)時(shí)，臟水或液體被泵入蒸發(fā)器18中。可以添加冷卻系統(tǒng)從而在將液體再循環(huán)以便進(jìn)一步洗滌之前降低液體溫度。蒸發(fā)器118用離開熱交換器10的氣體加熱，但保持充分熱以蒸發(fā)臟水或液體。來自蒸發(fā)器118的蒸汽被輸送到管道128，并從那里被輸送到反應(yīng)室101，在此處蒸汽的燃料部分和污染物部分被氧化以便從氣體中回收任何有用的熱量。
[0101]在一些實(shí)例中，臟水過度污染并且蒸發(fā)器118不能用廢熱蒸發(fā)水中全部的污染物。對于這樣的狀況，可以使用圖2A-3B中示出的系統(tǒng)。
[0102]圖2A不出一體式氣化器系統(tǒng)60的進(jìn)一步實(shí)施例。在該配置中，蒸發(fā)的水與蒸發(fā)的或攜帶的污染物一起被從蒸發(fā)器118直接導(dǎo)引到反應(yīng)室101中，此后反應(yīng)基本上如前進(jìn)行。
[0103]圖3A示出一體式氣化器系統(tǒng)70的進(jìn)一步實(shí)施例，其中污染水被直接噴霧到反應(yīng)室101中而無需首先經(jīng)過蒸發(fā)室118。一旦在反應(yīng)室101里面，則水和污染物被氧化，并且因此形成的氣體行進(jìn)穿過反應(yīng)室101并進(jìn)入渦輪機(jī)115。若水的噴霧趨向于冷凍反應(yīng)室101，則流動(dòng)可以縮減或暫時(shí)停止直到反應(yīng)室101再次充分熱。攜帶的任何灰燼將被捕集到反應(yīng)室101內(nèi)部的多孔介質(zhì)上或者熱過濾器32中。捕集灰燼的其他可能的措施包括使用重力、流動(dòng)的方向改變或旋風(fēng)型分離器?？商鎿Q地，可以使用雙系統(tǒng)以使得如果灰燼含量過高則可以使用第二反應(yīng)室101，從而在從一個(gè)反應(yīng)室移除灰燼時(shí)另一個(gè)反應(yīng)室在服務(wù)中。
[0104]污染水的處置可能有助于或者可能無助于改善系統(tǒng)的效率和/或輸出，這取決于如何執(zhí)行該過程。如果污染水含有顯著量的烴，則烴中的能量可以被釋放，因此使用否則將浪費(fèi)的燃料來提高功率輸出。同樣，如果來自系統(tǒng)的廢熱被用來在圖1A-2B的配置中生成蒸汽，則系統(tǒng)的總效率可以改善。
[0105]在上面描述的一些配置中，反應(yīng)室101內(nèi)部的溫度可以維持在低于2300F，該溫度是有害NOx開始形成的溫度。這些實(shí)施例因此具有防止NOx形成的附加益處。
[0106]圖1B、圖2B和圖3B闡述了具有與圖1A、圖2A和圖3A所示的特征類似的許多特征的一體式氣化器發(fā)電站的實(shí)施例。在圖1B、圖2B和圖出的實(shí)施例中，系統(tǒng)被配置為除了將由氣化器產(chǎn)生的氣體燃料通過空氣源110引導(dǎo)到反應(yīng)室101之外，還重新引導(dǎo)氣體燃料以便在系統(tǒng)外部使用。導(dǎo)管33被顯示為連接到洗滌器27和導(dǎo)管31。當(dāng)在反應(yīng)室101內(nèi)對氣體燃料具有較低需求時(shí)，氣體燃料可以通過導(dǎo)管33被重新引導(dǎo)以便在系統(tǒng)外部使用。當(dāng)在反應(yīng)室101內(nèi)對氣體燃料具有較大需求時(shí)，通過導(dǎo)管33被重新引導(dǎo)以便在系統(tǒng)外部使用的氣體燃料的量可以減小，以便為反應(yīng)室101內(nèi)的氧化過程提供足夠的氣體燃料。通過導(dǎo)管33被重新引導(dǎo)的氣體燃料的量可以減小到某一點(diǎn)，在該點(diǎn)處來自洗滌器27的全部氣體燃料都被引導(dǎo)到空氣源110。
[0107]本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過逐漸氧化過程來完成反應(yīng)室內(nèi)的燃料和污染物的氧化。在該逐漸氧化過程期間，反應(yīng)室內(nèi)的溫度被維持在完全氧化燃料和污染物而不產(chǎn)生有害排氣的溫度。因?yàn)槭褂弥饾u氧化過程，所以燃料的濕氣含量不會有害地影響燃料的氧化。在許多燃燒室中，濕氣含量可能遏制燃料點(diǎn)火并由此使得燃燒室不可靠。然而，因?yàn)橹饾u氧化過程是在沒有燃料燃燒的情況下實(shí)現(xiàn)的，所以可以在不考慮增加的濕氣含量的情況下實(shí)現(xiàn)燃料和污染物的氧化。實(shí)際上在許多實(shí)例中，增加的濕氣含量可以提供額外的優(yōu)點(diǎn)。
[0108]在下面描述的是可以結(jié)合一體式氣化器發(fā)電站一起使用的逐漸氧化系統(tǒng)的進(jìn)一步實(shí)施例。盡管在這些實(shí)施例中沒有說明氣化器，但本領(lǐng)域技術(shù)人員基于系統(tǒng)的先前描述和下面描述的操作將理解氣化器如何工作。在以下實(shí)施例中，除非以其他方式明確解釋，水/燃料混合物可以包括含有將在反應(yīng)室中由逐漸氧化過程氧化的氣化污染物的供水，因?yàn)槲廴疚锟梢栽谠撨^程中作為燃料操作。
[0109]如上所述，因?yàn)槿剂系暮渴遣豢扇嫉?，所以含水燃料?jīng)常不與一些常規(guī)燃燒過程相容。此外，水在燃料點(diǎn)火時(shí)蒸發(fā)，并且蒸發(fā)的潛熱從燃燒過程帶走熱量。如果燃料的含水量過高，則燃燒不可能發(fā)生。乙醇，即可以得自于水果、甘蔗、谷物、纖維廢物和其他來源的普通酒精，已被用作可再生燃料，但通常通過首先生產(chǎn)乙醇和水的稀釋混合物并且然后從混合物中分離水來生產(chǎn)乙醇。水和乙醇完全可互溶，并且水的分離需要昂貴的蒸餾。甚至蒸餾通常不能從乙醇中移除全部水，并且通常需要特殊工藝來使乙醇變得完全無水。類似地，來自燃料箱和廢水收集箱的油/水混合物經(jīng)常被運(yùn)送到水分離和/或銷毀設(shè)施以便處理，這可能是非常昂貴的。能夠有效地消耗燃料和水的混合物的燃?xì)鉁u輪機(jī)可以降低燃料消耗、燃料成本、清理需求和/或環(huán)境影響。在一些常規(guī)系統(tǒng)中，液體燃料與任何攜帶的水的蒸發(fā)的潛熱降低燃?xì)鉁u輪機(jī)動(dòng)力循環(huán)的效率。
[0110]在圖4所示的示例系統(tǒng)100中，燃料/水混合物102被存儲在儲箱104中。燃料/水混合物102可以包括來自氣化器的污染物。可以使用加壓裝置108將該混合物泵送穿過熱交換器/蒸發(fā)器118。通過管道124離開熱交換器122的熱排氣被輸送到蒸發(fā)器118，在此處該熱排氣蒸發(fā)液體燃料/水混合物。通過用否則將被排放到大氣的過剩熱量蒸發(fā)液體燃料和水，蒸發(fā)的潛熱由過剩熱源提供并因此不顯著降低系統(tǒng)效率。
[0111]在一些實(shí)施方式中，總體系統(tǒng)效率可以改善。例如，據(jù)估計(jì)對于許多普通液體燃料(例如乙醇、汽油、石油餾分和/或其他燃料)，具有按體積25%的燃料的燃料/水混合物可以僅用可從系統(tǒng)排氣獲得的過剩熱量來蒸發(fā)。額外的益處是蒸發(fā)的水可以增加氣體混合物的質(zhì)量流量，并因此也可以增加渦輪機(jī)的功率輸出。在一些實(shí)施例中，水/燃料混合物可以包括來自氣化器的污染物。
[0112]在一些實(shí)施方式中，可以通過減少污染物和/或其他有害材料的排放來減少環(huán)境影響。例如，系統(tǒng)100可以按照減少或消除氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)和/或其他類型的潛在有害氣體的方式來氧化燃料。[0113]在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)100可以通過在持續(xù)操作期間維持燃料的最大溫度低于2300 0F (高于2300華氏度(°F)的溫度可以導(dǎo)致氮氧化物形成)來減少或消除氮氧化物形成。通過控制在反應(yīng)室內(nèi)部的溫度和停留時(shí)間，燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)可以生成具有少于百萬分之一(ppm)的一氧化碳(CO)和/或少于Ippm的氮氧化物(NOx)的排氣。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)100可以被配置為生成具有少于5ppm的NOx的排氣。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)100可以被配置為生成具有少于3ppm的NOx的排氣。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)100可以被配置為生成具有少于2ppm的NOx的排氣。一些系統(tǒng)生成具有15ppm或更多CO和/或15ppm或更多NOx的排氣。
[0114]在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)100被配置為通過維持反應(yīng)室101內(nèi)的最大溫度低于氮氧化物的可觀形成的閾值溫度來減少或消除氮氧化物的形成。例如，在一些實(shí)施例中，反應(yīng)室101內(nèi)的最大溫度低于2300F。在一些實(shí)施例中，反應(yīng)室101內(nèi)的最大溫度在約2000F和約2300F之間。在一些實(shí)施例中，反應(yīng)室101內(nèi)的最大溫度在約2100F和約2300F之間。在一些實(shí)施例中，反應(yīng)室101內(nèi)的最大溫度在約2200F和約2300F之間。在一些實(shí)施例中，反應(yīng)室101內(nèi)的最大溫度可以大于約2300F或小于約2000F。
[0115]一些燃料/水混合物(例如乙醇/水混合物、生物煉制副產(chǎn)物和其他物質(zhì))是可以相對簡單生產(chǎn)的，但對一些當(dāng)前發(fā)電站來說需要額外的處理。這樣的燃料可以直接用于本文描述的系統(tǒng)來產(chǎn)生電力，并且在一些情況下甚至比不與水混合的燃料產(chǎn)生更多的電力。在一些情況下，發(fā)電站可以基于主要是水的燃料/水混合物運(yùn)行。例如，蒸發(fā)的燃料/水混合物可以被連通到氧化燃料的反應(yīng)室中，并且來自氧化燃料的能量可以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。
[0116]在一些實(shí)例中，通過使用來自渦輪機(jī)的廢熱在將燃料/水混合物連通到反應(yīng)室中之前蒸發(fā)燃料/水混合物的全部或部分來進(jìn)一步提高效率。此外，因?yàn)橛伤傻恼羝?，所以?jīng)過系統(tǒng)的質(zhì)量流量可以增加，這可以導(dǎo)致系統(tǒng)輸出的進(jìn)一步增加。增加的輸出(不增加燃料輸入)也可以提高效率。在一些實(shí)施方式中，來自這種系統(tǒng)的水蒸氣使經(jīng)過氧化劑的質(zhì)量流量增加高達(dá)約6%，并使最終效率和潛在輸出增益增加高達(dá)約5%。例如，在200kW系統(tǒng)中，在沒有燃料消耗增加的情況下功率增加可以是約12kW。
[0117]在一些實(shí)施例中，可以用來自發(fā)電站的廢熱蒸發(fā)約25%的乙醇和約75%的水的混合物，并且渦輪機(jī)系統(tǒng)可以處理得到的蒸發(fā)混合物以輸出能量。在一些實(shí)施例中，混合物可以包括約20%的乙醇和約80%的水，并且在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，混合物可以包括約15%的乙醇和約85%的水。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，混合物可以包括比約85%更高的含量的水和/或比約15%更低的含量的乙醇。例如，在一些實(shí)施例中，混合物可以包括高達(dá)約15%的乙醇。在一些實(shí)施例中，混合物可以包括在約2%和約15%之間的乙醇。在具有低燃料含量的實(shí)施例，例如具有乙醇成分在約2%和約15%之間的混合物的實(shí)施例中，可以添加額外燃料以補(bǔ)充低燃料含量混合物，如本文進(jìn)一步所解釋。在一些實(shí)施例中，可以按照相同或相似的比率使用不同于乙醇的其他燃料。
[0118]圖4示出能夠利用與水混合的燃料的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)100的示例。該示例系統(tǒng)100包括空氣源Iio (例如環(huán)境空氣)、壓縮器114、渦輪機(jī)115、熱交換器122、液體儲箱104、加壓裝置108、蒸發(fā)室118和反應(yīng)室101。如圖4所示，示例系統(tǒng)100也可以包括發(fā)電機(jī)119。在示出的示例系統(tǒng)中，軸桿105將渦輪機(jī)115機(jī)械耦合到壓縮器114和發(fā)電機(jī)119 (渦輪機(jī)115、壓縮器114和發(fā)電機(jī)119的組合被稱為渦輪發(fā)電機(jī))。燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)可以包括可以按照相同和/或不同的方式使用的額外的、更少的和/或不同的組件。
[0119]示例性空氣源110為反應(yīng)室101中的氧化過程提供空氣。在氧存在的情況下，烴燃料在它們被加熱到高于其自燃溫度時(shí)被氧化?？諝庠?10提供含氧氣體，其與燃料混合以氧化該燃料。在一些實(shí)施例中，空氣源110由氣化器向系統(tǒng)100提供，如本文的實(shí)施例中所解釋?？諝庠?10可以提供來自系統(tǒng)50周圍的大氣的空氣。來自空氣源110的空氣可以含有足以氧化該燃料的任何濃度的氧氣。來自空氣源110的空氣可以包括除氧氣之外的其他氣體。例如，空氣可以包括氮?dú)?、二氧化碳?或其他反應(yīng)或不反應(yīng)氣體。
[0120]在一些實(shí)施例中，燃燒氣體可以被添加到空氣源110中以調(diào)整系統(tǒng)100的性能。例如，在低燃料含量混合物不含有足夠用于可自持續(xù)銷毀的燃料或者氧化過程不能維持的實(shí)施例中，可以在空氣源110處添加燃燒氣體與空氣以便為氧化過程提供充足燃料。可以在空氣源110處添加的燃燒氣體包括例如但不限于氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、天然氣、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、異丁烷、1-丁烯、丁二烯、異戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳。
[0121]在一些實(shí)施例中，在空氣源110處添加的燃燒氣體量可以基于在燃料/水混合物102中檢測的燃料量調(diào)整。如果燃料/水混合物102的燃料含量改變以使得在混合物102中有不期望的燃料濃度，則在空氣源110處添加的燃燒氣體量可以相應(yīng)地增加或減少。在一些實(shí)施例中，在空氣源110處添加的燃燒氣體量基于由系統(tǒng)100接收的燃料/水混合物102中的燃料含量的量。在一些實(shí)施例中，在空氣源110處添加的燃燒氣體量基于燃料/水混合物102中的燃料含量的量與反應(yīng)室101內(nèi)的溫度的組合。在一些實(shí)施例中，在空氣源110處添加的燃燒氣體量基于燃料/水混合物102中的燃料含量的量與反應(yīng)室101內(nèi)的溫度變化或溫度變化率的組合。
[0122]可以在液體儲箱104中、在加壓裝置108和蒸發(fā)室118之間或者在蒸發(fā)室118和反應(yīng)室101之間檢測燃料/水混合物102中的燃料含量的量。由于在一些實(shí)例中燃料/水混合物102中的一些燃料可以在燃料/水混合物102被蒸發(fā)室118加熱時(shí)氧化，因此一些實(shí)施例規(guī)定在蒸發(fā)室118和反應(yīng)室101之間檢測燃料/水混合物102的燃料含量。在這樣的實(shí)施例中，在空氣源110處添加的燃燒氣體量基于在蒸發(fā)室118和反應(yīng)室101之間檢測的燃料/水混合物102的燃料含量。
[0123]在一些實(shí)例中，燃料/水混合物102可以含有不被認(rèn)為是燃料的額外成分。例如，在一些實(shí)施例中，燃料/水混合物102可以包括污染物和水。污染水可以是一些其他過程的副產(chǎn)物，并且污染水被傳導(dǎo)到系統(tǒng)100以氧化污染水或廢水。例如，如上所述，污染水可以來自作為氣化器的一部分的洗滌器。在氣化過程中，水被用來在分配氣體燃料以便使用之前凈化所產(chǎn)生的污染物氣體燃料。然后例如通過在液體儲箱104中沉積污染水來將污染水傳導(dǎo)到系統(tǒng)100。然后以類似于上面關(guān)于燃料/水混合物102描述的方式將污染水抽取到系統(tǒng)100中，并且當(dāng)污染物在反應(yīng)室101中被氧化時(shí)水被蒸發(fā)。以此方式，系統(tǒng)100可以作為處理和凈化污染水、有毒水或廢水的裝置進(jìn)行操作。系統(tǒng)100可以作為在凈化污染水的同時(shí)產(chǎn)生如有的話則最少量的有害氣體副產(chǎn)物的污染控制裝置進(jìn)行操作。
[0124]在燃料/水混合物102包括非常低的燃料含量、低燃料含量和污染水的組合或者僅污染水的實(shí)施例中，補(bǔ)充氣體燃料可以由空氣源110導(dǎo)引到系統(tǒng)100中，如在上面所解釋。在一些實(shí)施例中，氣體燃料是維持反應(yīng)室101中的氧化過程的基本唯一燃料。一些實(shí)施例規(guī)定該氣體燃料是由氣化器產(chǎn)生的氣體燃料的至少一部分。[0125]在一些實(shí)例中，向系統(tǒng)100提供的污染水可以在反應(yīng)室101中的氧化之前用液體燃料補(bǔ)充。例如，如果來自氣化器的污染水被沉淀到液體儲箱104中，則液體燃料可以被添加到液體儲箱104以增加燃料/水混合物102的燃料含量。可以附加于或替代在空氣源110處導(dǎo)引氣體燃料而執(zhí)行該過程。
[0126]來自空氣源110的空氣可以被連通到壓縮器114。在圖4所示的示例系統(tǒng)100中，示例壓縮器114通過壓縮器入口接收來自空氣源110的空氣，壓縮所接收的空氣，并通過壓縮器出口傳送壓縮空氣。壓縮器114可以通過軸桿105從渦輪機(jī)115接收機(jī)械旋轉(zhuǎn)能量。壓縮器114可以利用來自渦輪機(jī)115的機(jī)械旋轉(zhuǎn)能量增加壓縮器114中的空氣/燃料混合物的壓力。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)100可以包括以不同方式操作的壓縮器。示例軸桿105將來自渦輪機(jī)115的旋轉(zhuǎn)能量傳遞到壓縮器114和發(fā)電機(jī)119。在一些實(shí)施方式中，軸桿105可以包括多個(gè)軸桿。例如，第一軸桿可以將來自渦輪機(jī)115的能量傳遞到壓縮器114，并且第二軸桿可以將來自渦輪機(jī)的能量傳遞到發(fā)電機(jī)119。
[0127]壓縮空氣可以從壓縮器114被連通到熱交換器122。壓縮過程加熱空氣，并且熱交換器122可以進(jìn)一步加熱空氣。示例熱交換器122接收來自壓縮器114的壓縮空氣，加熱該壓縮空氣，并將加熱的壓縮空氣連通到反應(yīng)室101。熱交換器122也可以接收來自渦輪機(jī)115的排氣。熱交換器122可以使用來自排氣的熱量預(yù)熱壓縮空氣。例如，排氣和空氣/燃料混合物可以在流過熱交換器122時(shí)接觸傳熱結(jié)構(gòu)的相反側(cè)面。該傳熱結(jié)構(gòu)可以將熱能從較高溫度的排氣傳導(dǎo)到較低溫度的空氣。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)100可以包括以不同方式操作的熱交換器。例如，系統(tǒng)100可以使用來自不同來源的熱量來預(yù)熱空氣，或者系統(tǒng)100可以在不預(yù)熱混合物的情況下將空氣連通到反應(yīng)室101中。
[0128]在將空氣和燃料連通到反應(yīng)室101中之前，空氣可以與燃料混合以形成空氣/燃料混合物。一般地，空氣可以在系統(tǒng)100中的任何點(diǎn)處與燃料組合。例如，在將空氣連通到壓縮器114中之前、在將空氣連通到熱交換器122中之前、在將空氣連通到反應(yīng)室中之前和/或在將空氣連通到反應(yīng)室101中之后，燃料可以與空氣混合。在圖4所示的示例中，在熱交換器122和反應(yīng)室101內(nèi)部之間的導(dǎo)管128中，空氣與燃料混合。在導(dǎo)管128中接收的燃料包括通過在蒸發(fā)室118中蒸發(fā)液體混合物102而形成的氣態(tài)燃料。在一些實(shí)例中，空氣和燃料可以在進(jìn)入反應(yīng)室的入口處混合。
[0129]在示出的示例中，流體儲箱104容納包括液體燃料和液態(tài)水的液體混合物102。流體儲箱104可以容納額外的和/或不同的氣體、液體和/或固體物質(zhì)。流體儲箱104可以包括任何合適大小或配置的任何類型液體存儲系統(tǒng)或容器。流體儲箱104可以包括提供進(jìn)入和/或離開流體儲箱104的流體連通的入口和/或出口。在一些示例中，液體混合物102包括液體乙醇、液體煤油和/或另一類型液體燃料。液體混合物102可以包括來自任何水源的水。
[0130]在一些實(shí)施方式中，液體混合物102中的水包括污染物、微粒、有毒材料和/或其他類型物質(zhì)。在一些實(shí)施例中，污染物、微粒、有毒材料和/或其他類型物質(zhì)可以是在氣化器中用水洗滌氣流的結(jié)果。一般地，液體混合物102可以具有任何比率的水和燃料。在一些示例中，液體混合物102包括低百分比的液體燃料(例如25%)，而在一些示例中，液體混合物102包括較高百分比的液體燃料(例如30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或更多)。在一些示例中，液體混合物102包括低百分比的液態(tài)水(例如20%、10%或更少)；而在一些示例中，液體混合物102包括較高百分比的液態(tài)水(例如30%、40%、50%、60%、70%或更多)。反應(yīng)室101優(yōu)選被配置為充分氧化燃料、污染物、微粒、有毒材料和/或其他類型物質(zhì)以使得排氣或產(chǎn)物較無害。例如，在一些實(shí)施例中，這些物質(zhì)被分解成至少C02、H20和02。在一些實(shí)施例中，這些物質(zhì)基本上僅被分解成CO2、H2O和O2。
[0131]在一些情況下，液體混合物102可以僅包括液體燃料和液態(tài)水，而在混合物102中沒有其他材料。液體混合物102可以包括除液體燃料和液態(tài)水之外的其他材料。例如，液體混合物102可以包括額外的和/或不同的液體、氣體和/或固體。在一些情況下，額外的水可以被添加到液體混合物102以增加燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)100的功率輸出。
[0132]液體混合物102可以包括來自流體源的流體。許多不同類型的流體源是可預(yù)期的。一些示例流體源包括釀酒設(shè)施、乙醇生產(chǎn)設(shè)施、填埋區(qū)、酒精生產(chǎn)設(shè)施、煉油廠、鋼鐵廠、化工廠、油田、飯店和/或液體燃料和/或液態(tài)水的其他來源。
[0133]液體混合物102可以從流體儲箱104被連通到蒸發(fā)室118中。在示出的示例系統(tǒng)100中，導(dǎo)管106和加壓裝置108提供流體儲箱104的出口和蒸發(fā)室118的入口之間的流體連通。加壓裝置108可以是泵或致使流體從儲箱104流到蒸發(fā)室118中的另一類型裝置。蒸發(fā)室118可以包括熱交換器或升高液體混合物102的溫度的另一類型加熱裝置。
[0134]液體混合物的溫度的升高可以提高液體在蒸發(fā)室118中蒸發(fā)的速率。來自渦輪機(jī)系統(tǒng)100的排氣和/或其他熱能來源可以被用來在蒸發(fā)室118中加熱液體。在示出的示例中，導(dǎo)管124從熱交換器122向蒸發(fā)室118提供熱能。在給予蒸發(fā)室118熱能后，排氣可以通過出口 112被排放到大氣。
[0135]液體混合物102在蒸發(fā)室118中蒸發(fā)以形成氣體混合物。在蒸發(fā)室118中生成的氣體混合物可以包括來自混合物102中的液體燃料的燃料蒸氣和/或來自混合物102中的液態(tài)水的水蒸氣。例如，加熱乙醇和水混合物的液體混合物可以蒸發(fā)乙醇和水。蒸發(fā)物質(zhì)的比率可以基于局部壓力。
[0136]蒸發(fā)液體混合物102可以包括蒸發(fā)水以形成包括氣態(tài)水的氣體混合物，并且蒸發(fā)液體混合物102可以包括蒸發(fā)燃料以形成包括氣態(tài)燃料的氣體混合物。該氣體混合物可以包括任何氣態(tài)，例如蒸汽狀態(tài)和/或由蒸發(fā)過程生成的另一類型氣態(tài)。例如，該氣體混合物可以包括由任何類型汽化過程導(dǎo)致的汽化液體例如水蒸氣和/或燃料蒸氣。在蒸汽狀態(tài)中，蒸汽的局部壓力可以處于或高于沸點(diǎn)壓力，并且/或者蒸汽的溫度可以處于或高于沸點(diǎn)溫度。該氣體混合物可以處于沸點(diǎn)溫度和/或沸點(diǎn)壓力以下。
[0137]液體的蒸發(fā)過程可以包括在低于液體沸點(diǎn)的溫度下的液相到氣相轉(zhuǎn)換。蒸發(fā)過程可以包括額外和/或不同類型的汽化過程。例如，在一些實(shí)例中，蒸發(fā)過程可以包括沸騰和/或由液體形成氣體的其他熱動(dòng)力過程。用于蒸發(fā)液體混合物102的熱量可以部分或完全由來自熱交換器122的排氣提供。除燃料和/或水之外，在蒸發(fā)室118中形成的氣體混合物也可以包括其他材料。例如，來自液體混合物102的蒸汽可以與額外的和/或不同的液體、氣體和/或固體混合。
[0138]在蒸發(fā)室118中形成的氣體混合物可以被連通到反應(yīng)室101中。在圖4所示的示例中，包括蒸發(fā)的水和蒸發(fā)的燃料的氣體混合物被連通到導(dǎo)管120中，并且從導(dǎo)管120進(jìn)入導(dǎo)管128以便與來自熱交換器122的壓縮的預(yù)熱空氣混合。因?yàn)閳D4中的蒸發(fā)室118生成燃料和水的氣態(tài)混合物，所以來自蒸發(fā)室118的輸出與導(dǎo)管120中的空氣的混合將形成空氣、燃料和水的氣相混合物?？諝?燃料/水混合物可以具有低濃度的燃料，例如低于燃料的爆炸下限(LEL)濃度。
[0139]該混合物可以具有低熱值，例如約15btu/scf或更低，或者該混合物可以具有較高熱值。該混合物可以是例如不能維持明火的不可燃混合物。在一些實(shí)施方式中，從液體混合物102蒸發(fā)的燃料足以維持系統(tǒng)100的操作。
[0140]系統(tǒng)100可以額外包括能夠?qū)⒖諝馀c燃料和水的蒸發(fā)混合物進(jìn)行混合的混合器(未示出)?？諝饪梢栽跊]有混合器裝置的情況下與燃料和水混合，例如通過將蒸發(fā)的混合物燃料噴注到空氣流中。在一些示例中，空氣、燃料、水和/或其他物質(zhì)可以在系統(tǒng)100中的另外的點(diǎn)和/或不同的點(diǎn)處混合。例如，在將空氣連通到壓縮器114中之前，來自空氣源110的空氣可以與額外的燃料組合。在一些實(shí)例中，反應(yīng)室101可以包括將空氣從空氣源110直接引導(dǎo)到反應(yīng)室101中的空氣入口。在一些實(shí)施方式中，空氣可以作為控制流被導(dǎo)引到反應(yīng)室101中，例如用于冷卻反應(yīng)室101中的高溫區(qū)域。在一些實(shí)施方式中，空氣和蒸發(fā)的混合物可以被分離地連通到反應(yīng)室101中以便在反應(yīng)室101中形成空氣/燃料/水混合物。
[0141]反應(yīng)室101在燃料氧化時(shí)維持空氣和燃料?？梢酝ㄟ^將燃料溫度提升到燃料的自燃溫度或高于該自燃溫度來啟動(dòng)燃料在反應(yīng)室101中的氧化。系統(tǒng)100可以不依賴于氧化催化劑材料(例如鉬)和/或不依賴于點(diǎn)火源(例如火焰或火花)在反應(yīng)室101中啟動(dòng)氧化。在不提升空氣/燃料混合物的溫度高于閾值溫度的情況下，例如通過在反應(yīng)室中維持燃料的最大溫度低于閾值溫度，可以在反應(yīng)室101中用空氣氧化燃料。
[0142]可以基于一個(gè)或更多因素確定閾值溫度，例如閾值溫度可以是渦輪機(jī)的推薦或最大操作溫度、渦輪機(jī)的推薦或最大入口溫度、導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度、基于穿過反應(yīng)室101的燃料流速所選擇的溫度和/或其他因素。
[0143]在一些實(shí)施方式中，在低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度下，燃料在反應(yīng)室101中被氧化。因此，反應(yīng)室101可以在氧化基本全部燃料的同時(shí)僅產(chǎn)生最少量的氮氧化物。例如，來自系統(tǒng)100的排氣可以包括少于百萬分之一的氮氧化物、VOC和CO中的每種，并且甚至可以降低進(jìn)入的空氣中含有的VOC和CO的濃度。
[0144]反應(yīng)室101可以包括內(nèi)襯有絕緣耐火材料的內(nèi)部容積。可以在反應(yīng)室101中提供被稱為填充材料的高溫吸熱和/或抗熱材料例如陶瓷或巖石。填充材料可以具有促進(jìn)緩慢氧化流過反應(yīng)室101的弱燃料的熱質(zhì)。該熱質(zhì)可以通過向進(jìn)入的氣體發(fā)送熱量并從氧化氣體接收熱量來幫助穩(wěn)定燃料的逐漸氧化的溫度。
[0145]在一些情況下，反應(yīng)室101中的耐火材料的熱質(zhì)可以充當(dāng)緩沖器，用于吸收熱量并防止可能損壞渦輪機(jī)和/或產(chǎn)生不期望的副產(chǎn)物(例如氮氧化物、二氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化合物和/或其他副產(chǎn)物)的過高溫度。在一些情況下，反應(yīng)室101中的耐火材料的熱質(zhì)可以提供熱能的臨時(shí)來源，其可以幫助維持燃料的氧化。
[0146]反應(yīng)室101的體積和形狀以及整個(gè)系統(tǒng)的配置可以被設(shè)計(jì)為提供穿過反應(yīng)室的受控流動(dòng)和流速，以允許充足的停留時(shí)間用于燃料的完全氧化。流徑可以足夠長，以使得在該流徑的長度上被平均的空氣和燃料混合物沿該流徑的流速允許燃料完全氧化。作為示例，在一些情況下，氣體在該室中的平均停留時(shí)間可以等于或大于一秒。在一些情況下，氣體在該室中的平均停留時(shí)間可以小于一秒。在一些實(shí)施例中，氣體在該室中的停留時(shí)間可以在從約0.1秒到約10秒的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，氣體在該室中的停留時(shí)間可以在從約0.5秒到約5秒的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，氣體在該室中的停留時(shí)間可以在從約0.5秒到約2秒的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，氣體在該室中的停留時(shí)間可以在從約0.5秒到約I秒的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，氣體在該室中的停留時(shí)間可以在從約I秒到約2秒的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，氣體在該室中的停留時(shí)間可以小于約0.1秒或大于約10秒?；旌衔锏难趸俾适侨剂铣煞帧⑷剂蠞舛?、氧濃度、壓力、溫度和其他因素的函數(shù)。因此，可以通過相應(yīng)地調(diào)整這些參數(shù)來調(diào)整氧化速率。
[0147]反應(yīng)室101也可以包括一個(gè)或更多傳感器，用于檢測多種性質(zhì)例如溫度、壓力、流速或與燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)100的起動(dòng)和/或操作相關(guān)的其他性質(zhì)。反應(yīng)室101也可以包括控制氧化過程的多個(gè)方面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和/或裝置。例如，反應(yīng)室101可以包括分流器、閥門和/或控制反應(yīng)室中的流體的溫度、壓力、流速和/或其他方面的其他特征件。
[0148]反應(yīng)室101可以包括一個(gè)或更多入口。每個(gè)入口可以將空氣、燃料、水或其任何組合連通到反應(yīng)室中。例如，來自蒸發(fā)室118的氣體燃料/水混合物可以被直接連通到反應(yīng)室101中。在一些實(shí)施方式中，液體混合物102可以被直接以液態(tài)連通到反應(yīng)室101中。反應(yīng)室101包括將被氧化的燃料和/或其他材料連通到渦輪機(jī)115的一個(gè)或更多出口。
[0149]在示出的示例中，排氣管132通過導(dǎo)管130將排氣連通到渦輪機(jī)115的入口。在加熱過程期間和/或在持續(xù)操作期間，通過出口離開反應(yīng)室101的氣體可以包括完全氧化的燃料產(chǎn)物、不反應(yīng)氣體和僅痕量的氮氧化物與二氧化碳。在一些實(shí)例中，通過出口離開反應(yīng)室101的氣體可以包括多于痕量的未氧化燃料、氮氧化物、二氧化碳和/或其他材料。
[0150]在操作中，反應(yīng)室101可以被加壓，例如高于大氣壓力和/或高于反應(yīng)室101外部周圍的環(huán)境壓力。反應(yīng)室中的壓力可以由壓縮器114和/或另一加壓裝置提供。在一些實(shí)例中，加壓反應(yīng)室101中的壓力大于兩磅每平方英寸規(guī)格(即比反應(yīng)室外部周圍的環(huán)境壓力高出多于兩磅每平方英寸)。在一些實(shí)例中，反應(yīng)室101中的壓力在操作期間是十到五十磅每平方英寸規(guī)格或更大。
[0151]被連通到加壓反應(yīng)室101中的材料可以在高壓例如比反應(yīng)室101內(nèi)部的壓力更高的壓力下被導(dǎo)引到加壓反應(yīng)室101中。例如，空氣、燃料和/或水可以在反應(yīng)室101的內(nèi)部壓力或高于該內(nèi)部壓力的條件下被導(dǎo)引到加壓反應(yīng)室101中。反應(yīng)室101中的高壓力致使流體從反應(yīng)室連通到渦輪機(jī)115中，這允許來自反應(yīng)室101的輸出氣體向渦輪機(jī)提供動(dòng)力。
[0152]潤輪機(jī)115將氧化產(chǎn)物氣體的能量轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。示例潤輪機(jī)115通過潤輪機(jī)入口接收被氧化的燃料，使被氧化的燃料在渦輪機(jī)入口和渦輪機(jī)出口之間膨脹，并通過渦輪機(jī)出口傳送膨脹氣體。渦輪機(jī)115可以通過軸桿105向壓縮器114傳輸機(jī)械旋轉(zhuǎn)能。潤輪機(jī)115可以通過軸桿105向發(fā)電機(jī)119傳輸機(jī)械旋轉(zhuǎn)能。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)100可以包括以不同方式操作的渦輪機(jī)。
[0153]發(fā)電機(jī)119將來自渦輪機(jī)115的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)化成電能。例如，發(fā)電機(jī)119可以向電網(wǎng)或存儲電力和/或在電力上操作的系統(tǒng)輸出電力。在一些實(shí)施方式中，發(fā)電機(jī)119可以在起動(dòng)期間向壓縮器114提供機(jī)械能。例如，發(fā)電機(jī)可能能夠在將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的電動(dòng)模式中操作。在一些實(shí)例中，系統(tǒng)100可以在不向發(fā)電機(jī)119提供能量的情況下操作。例如，系統(tǒng)100可以不依賴于輸出功率而作為熱氧化器進(jìn)行操作以銷毀燃料和/或其他材料(例如液體混合物102中的材料)。[0154]在示例系統(tǒng)100的操作的一些方面，反應(yīng)室101在反應(yīng)狀態(tài)中操作?？諝庠?10向壓縮器114提供空氣。壓縮器114壓縮該空氣并將壓縮空氣連通到熱交換器122。熱交換器122加熱該壓縮空氣。包括液體燃料和液態(tài)水的液體混合物102通過加壓裝置108被連通到蒸發(fā)室118中。液體混合物102在蒸發(fā)室118中蒸發(fā)以形成氣體混合物。該氣體混合物包括均為氣相的燃料和水，其可以包括燃料和/或水蒸氣。該氣體混合物在導(dǎo)管128中與加熱的壓縮空氣組合。所產(chǎn)生的空氣、燃料和水的混合物被導(dǎo)引到反應(yīng)室101中。在反應(yīng)室101中該混合物被加熱并且燃料被氧化。
[0155]在一些實(shí)施方式中，混合物在反應(yīng)室101中保留足夠長時(shí)間以便氧化混合物中基本全部的燃料。在一些情況下，通過氧化來自液體混合物102的蒸發(fā)燃料在反應(yīng)室101中釋放的熱可以提供充足的熱能來將進(jìn)入的燃料加熱到氧化溫度，同時(shí)維持反應(yīng)室101的內(nèi)部溫度高于氧化燃料所需要的溫度并向渦輪機(jī)115提供動(dòng)力。
[0156]包括氧化產(chǎn)物氣體和水的輸出氣體通過反應(yīng)室101被連通到反應(yīng)室出口并進(jìn)而到達(dá)渦輪機(jī)115。離開反應(yīng)室的輸出氣體的溫度可以為大約1600 °F或更高，或者輸出氣體可以具有較低溫度。輸出氣體可以在進(jìn)入渦輪機(jī)入口之前被過濾。氧化產(chǎn)物氣體可以用在渦輪機(jī)115之前施加到氧化產(chǎn)物的流體(例如空氣和/或另一氣體或液體)冷卻，例如用于防止使渦輪機(jī)115過熱。
[0157]輸出氣體向渦輪機(jī)115提供動(dòng)力，并且渦輪機(jī)115將輸出氣體的熱能轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。渦輪機(jī)115的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能驅(qū)動(dòng)壓縮器114和/或發(fā)電機(jī)119。渦輪機(jī)115將輸出氣體從渦輪機(jī)115的出口連通到熱交換器122。輸出氣體向熱交換器122提供熱能。輸出氣體也可以被連通到蒸發(fā)室118并向蒸發(fā)室118提供熱能。輸出氣體通過例如排氣煙囪離開系統(tǒng)。
[0158]該氧化系統(tǒng)能夠通過處理具有任何濃度的燃料和/或污染物的廢水、廢液和廢混合物來作為污染控制裝置進(jìn)行操作。該系統(tǒng)也能夠通過供應(yīng)額外的液體燃料或氣體燃料維持反應(yīng)來處理具有不適合提供自持續(xù)反應(yīng)的濃度的廢氣和廢混合物。因此，該系統(tǒng)能夠提供氣體和/或液體的廢物銷毀，同時(shí)提供較高的效率、提高的功率和改善的環(huán)境安全的副產(chǎn)物的益處。
[0159]圖5示出可以利用與水混合的燃料的另一示例性燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)200。這些實(shí)施例包括來自氣化器的污染物，該污染物可以通過逐漸氧化過程在反應(yīng)室101中被氧化。在示例系統(tǒng)200中，液體混合物102被導(dǎo)引到導(dǎo)管128中的加熱空氣流中。液體混合物102由加壓裝置108從儲箱104連通，并且從加壓裝置108通過導(dǎo)管134連通。圖5中的液體混合物102被從導(dǎo)管134連通到導(dǎo)管128中，在此處液體混合物102與加熱空氣混合。來自導(dǎo)管128中的加熱空氣的熱能蒸發(fā)液體混合物102以形成氣體混合物。因此，示例系統(tǒng)200不需要獨(dú)立的蒸發(fā)室?？諝庵械臒崮芸赡茏阋栽谝后w混合物102進(jìn)入反應(yīng)室101之前蒸發(fā)液體混合物102。系統(tǒng)200的其他方面可以基本上如關(guān)于圖4中的示例系統(tǒng)100描述來操作。
[0160]在圖5中，液體混合物102被顯示為在熱交換器122下游進(jìn)入空氣流。如果空氣中的熱能足以蒸發(fā)該混合物，則液體混合物102可以額外地或可替換地被導(dǎo)引到熱交換器122上游。盡管該方案可能降低系統(tǒng)的效率，但其可以允許使用較弱的燃料/水混合物。另夕卜，熱交換器122的出口處的排熱可以用于其他應(yīng)用。[0161]圖6示出可以處理液體的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)300的示例。系統(tǒng)300包括燃料源136和液體源131。在一些實(shí)施例中，液體源131可以用來自氣化器的液體(例如水)供應(yīng)。在這樣的實(shí)施例中，液體可以包括能夠在反應(yīng)室101中的逐漸氧化過程期間被氧化的污染物。流體儲箱104中的液體混合物138包括來自液體源131的液體。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)300由液體燃料和氣態(tài)燃料的組合供能。例如，氣態(tài)燃料可以由燃料源136提供，并且液體燃料可以由液體源131提供。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)300僅由或主要由來自液體源131的液體燃料供能，并且燃料源提供極少燃料或不提供額外的燃料。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)300僅由或主要由來自燃料源136的氣態(tài)燃料供能，并且液體源131提供極少燃料或不提供額外的燃料。
[0162]在一些實(shí)例中，示例燃料源136向系統(tǒng)300提供燃料以便維持反應(yīng)室101中的氧化過程和/或加熱反應(yīng)室101。示例系統(tǒng)300可以利用初始為氣態(tài)的燃料，和/或系統(tǒng)300可以利用能夠轉(zhuǎn)化成氣體或蒸汽的液體或固體燃料。
[0163]燃料源136可以提供單一類型燃料和/或其中一種或全部可以在反應(yīng)室101中被氧化的多個(gè)不同類型燃料。燃料源136可以提供烴燃料和/或其他類型燃料。燃料源136可以提供弱燃料(weak fuel)。弱燃料可以包括低BTU氣體(即每單位質(zhì)量低能量)和/或具有低發(fā)熱值的燃料。弱燃料可以包括含有濃度低于可維持明火和/或其他燃燒反應(yīng)的濃度的燃料的氣體。例如，燃料可以與空氣混合，所得到的燃料濃度低于燃料的爆炸下限(LEL)濃度。
[0164]在一些實(shí)例中，即使在空氣存在的情況下，將這樣的弱燃料導(dǎo)引到火花或火焰也可能撲滅該火花或火焰而不能氧化混合物中的燃料。然而，當(dāng)弱燃料被升高到高于其自燃溫度的溫度時(shí)，燃料可以在空氣存在的情況下被氧化，而無需引入火花或火焰。弱燃料的具體示例包括主要是二氧化碳或氮器且含有少量甲烷、乙烷、一氧化碳和其他類型燃料的氣體。這種氣體經(jīng)常從所謂的無產(chǎn)出物的天然氣井發(fā)射出。燃料源136可以提供不同于弱燃料的燃料或除了弱燃料之外的燃料。例如，在一些實(shí)施方式中，除弱燃料之外或代替弱燃料，燃料源136可以提供丙烷、丁烷、煤油、汽油和/或其他類型燃料。在一些情況下，燃料源136可以提供氫燃料。
[0165]燃料源136可以包括從填埋區(qū)發(fā)出的氣體，該氣體可能僅含有微小百分比的甲烷燃料(例如3%或更少)。具有這樣低濃度甲烷的氣體可能低于爆炸下限。燃料的爆炸下限(LEL)可以指代在點(diǎn)火源存在的情況下能夠產(chǎn)生火焰閃爍的空氣中燃料的最低濃度。低于LEL的濃度通常對于燃燒來說太弱。不同類型的燃料具有不同的LEL值，其通常在按體積約1%到5%的范圍中，盡管一些燃料具有在該近似范圍之外的LEL。LEL值的一些特別示例是(基于體積近似地):對于乙烷為3%、對于氫氣為4%、對于甲烷為5%和對于丙烷為2%。
[0166]來自燃料源136的燃料可以是天然(例如非人類的)燃料源或人造(例如人類的)燃料源。例如，燃料源136可以提供來自牲畜噴出物、沼澤地、水稻農(nóng)場的甲烷和/或由發(fā)酵或有機(jī)物的其他生物或化學(xué)處理產(chǎn)生的甲烷。其他示例性燃料源可以包括糞肥、市政廢物、濕地、從系統(tǒng)300或其他系統(tǒng)的裂縫中泄漏滲出的氣體以及鉆井和開采操作。在一些實(shí)施方式中，燃料源136包括與水混合的燃料，并且來自燃料源136的燃料包括水蒸氣。在一些實(shí)施方式中，燃料源136僅將氣體燃料連通到系統(tǒng)300。系統(tǒng)300也可以利用一個(gè)或更多補(bǔ)充燃料源。例如，可以由燃料源136向系統(tǒng)提供氣體燃料，并且可以由液體源131向系統(tǒng)300提供液體燃料。
[0167]在提供固體燃料的實(shí)例中，轉(zhuǎn)化過程可以用來將固體燃料轉(zhuǎn)化成氣體燃料，然后可以通過經(jīng)由燃料源136噴注燃料氣體來由系統(tǒng)300使用該氣體燃料。轉(zhuǎn)化過程可以包括氣化器，如上面所解釋。在提供液體燃料的實(shí)例中，液體燃料可以由液體源131添加到液體儲箱104，其與液體混合物138 —起被抽取到系統(tǒng)中。因此，系統(tǒng)300可以適用于固體、液體或氣態(tài)形式的燃料。
[0168]液體源131提供流體儲箱104中的液體混合物138的全部或部分。由液體源131提供的液體混合物138可以包括或可以等同于關(guān)于本文描述的其他實(shí)施例所描述的液體混合物102。液體源131可以包括液態(tài)水、液體燃料和/或?qū)⒂上到y(tǒng)300處理的其他液體的多個(gè)不同來源。在一些實(shí)施例中，液體混合物102包括來自在氣化器中洗滌氣流的污染物。在一些實(shí)施例中，液體源131提供僅液態(tài)水、僅液體燃料或該兩者的某種組合。
[0169]一些示例性流體源包括釀酒設(shè)施、乙醇生產(chǎn)設(shè)施、填埋區(qū)、酒精生產(chǎn)設(shè)施、煤礦、煉油廠、鋼鐵廠、化工廠、油田、沼澤地、污物處理設(shè)施和/或液體燃料和/或液態(tài)水的其他來源。例如，釀酒、乙醇生產(chǎn)和釀造中的液流可能具有可以在系統(tǒng)300中處理的含水的不合格產(chǎn)品。乙醇例如仍在大型和小型設(shè)施中以數(shù)百種方式制作，其任何一個(gè)都可以用作液體源131。隨著生物燃料的領(lǐng)域擴(kuò)展，越來越多的給料可以用來制作乙醇。在使用原材料例如藻類、野葛和木頭來生產(chǎn)乙醇的情況下，系統(tǒng)300可以銷毀木質(zhì)素、纖維和邊緣流。
[0170]液體混合物138可以包括許多不同濃度的酒精，例如40度、100度和/或其他濃度。因此，系統(tǒng)300可以位于例如啤酒廠、生物精煉廠或乙醇廠中以在該廠消耗副產(chǎn)物。系統(tǒng)300也可以處于獨(dú)立的位置并通過輸送或分配來接收副產(chǎn)物。除這些示例之外，也可以用不同方式接收和/或生產(chǎn)液體混合物138。
[0171]系統(tǒng)300可以基于來自燃料源136的燃料進(jìn)行操作，系統(tǒng)300可以基于來自液體源131的燃料進(jìn)行操作，和/或系統(tǒng)300可以同時(shí)和/或不同時(shí)基于來自燃料源136和液體源131的燃料進(jìn)行操作。例如，在其中需要?jiǎng)恿磴@井以開采和抽取甲烷的煤礦處，系統(tǒng)300可以一開始基于來自液體源131的煤油或乙醇運(yùn)行。當(dāng)從煤礦中收集到甲烷時(shí)，該甲烷可以用作燃料源136，并且可以代替煤油或乙醇直到所抽取的甲烷單獨(dú)向系統(tǒng)300供應(yīng)燃料。
[0172]一旦所抽取的甲烷已充分耗盡，系統(tǒng)300可以基于煤礦排出的甲烷操作，提供清潔動(dòng)力并銷毀溫室氣體。在鋼廠，清潔動(dòng)力可以由基于來自液體源131的煤油或乙醇運(yùn)行的系統(tǒng)300供應(yīng)。當(dāng)鼓風(fēng)爐氣體變得可用時(shí)，系統(tǒng)300可以基于來自燃料源136的鼓風(fēng)爐氣體操作。在煉油廠或化工廠，含VOC的廢氣可以向系統(tǒng)300供應(yīng)燃料，而不是在熱氧化器中燃燒。不合格副產(chǎn)物例如石腦油可以用作補(bǔ)充燃料并產(chǎn)生清潔動(dòng)力，而不是例如被收集并由卡車運(yùn)輸?shù)教幹玫攸c(diǎn)。來自填埋區(qū)的低甲烷含量氣體可以與來自填埋區(qū)附近的石油和氣體操作的氣體進(jìn)行組合以生成清潔動(dòng)力。除這些示例之外，系統(tǒng)300可以基于液體燃料和氣態(tài)燃料以不同方式操作。
[0173]當(dāng)液體混合物138包括液體燃料時(shí)，系統(tǒng)300可以基本上如圖4的系統(tǒng)100那樣操作。例如，蒸發(fā)室118可以蒸發(fā)液體混合物138，并且所產(chǎn)生的氣體混合物可以與空氣組合并且被連通到反應(yīng)室101中。來自蒸發(fā)室118的蒸發(fā)燃料可以在沒有來自燃料源136的燃料的情況下向系統(tǒng)300供能。在一些情況下，來自熱交換器122的空氣流包括來自燃料源136的燃料。因此，來自燃料源136的燃料和來自蒸發(fā)室118的蒸發(fā)燃料可以組合，并且都可以在反應(yīng)室101中同時(shí)被氧化。
[0174]在一些實(shí)施方式中，液體混合物138不包括顯著量的液體燃料，并且系統(tǒng)300完全或基本完全基于來自燃料源136的燃料進(jìn)行操作。例如，液體混合物138可以包括液態(tài)水和/或在反應(yīng)室101中處理時(shí)不釋放顯著量的熱能的其他材料。在這些情況下，通過氧化來自燃料源136的燃料在反應(yīng)室101中釋放的熱量可以銷毀液體混合物138中的污染物、副產(chǎn)物和/或其他材料。例如，來自填埋區(qū)的液態(tài)水可能含有有毒材料和/或可以在反應(yīng)室101中銷毀的其他類型污染物。因此，液體源131可以是產(chǎn)生填埋流體的填埋井。填埋流體可以包括提供給燃料源136的甲烷，并且填埋流體可以包括被冷凝并提供給流體儲箱104的水。
[0175]在示例系統(tǒng)300中，如在圖4的系統(tǒng)100中那樣，使用來自熱交換器122的熱量在蒸發(fā)室118中蒸發(fā)液體混合物138。液體混合物138可以可替換地或另外以另一方式蒸發(fā)。例如,可以如在圖5的系統(tǒng)200中那樣通過將混合物噴注到熱空氣流中來蒸發(fā)液體混合物138 ;在一些實(shí)施方式中，液體混合物138可以在反應(yīng)室101中蒸發(fā)。
[0176]在一些實(shí)施例中，可以經(jīng)由燃料源136添加燃燒氣體以調(diào)整系統(tǒng)300的性能或操作。例如，在低燃料含量混合物不含有足夠用于可自持續(xù)銷毀的燃料或者不能僅基于液體混合物138中的燃料含量來維持氧化過程的實(shí)施例中，燃燒氣體可以通過燃料源136在空氣源110處與空氣一起添加，從而為自持續(xù)氧化過程提供充足燃料。可以通過燃料源136添加的燃燒氣體包括例如但不限于氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、天然氣、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、異丁烷、1-丁烯、丁二烯、異戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳。
[0177]可以基于在液體混合物138中檢測的燃料量調(diào)整由燃料源136添加的燃燒氣體量。如果液體混合物138的燃料含量改變以使得混合物138中存在不期望的燃料濃度，則在燃料源136處添加的燃燒氣體量可以相應(yīng)地增加或減少。在一些實(shí)施例中，在燃料源136處添加的燃燒氣體量基于由系統(tǒng)300接收的液體混合物138中的燃料含量的量。在一些實(shí)施例中，在燃料源136處添加的燃燒氣體量基于液體混合物138中的燃料含量的量與反應(yīng)室101內(nèi)的溫度的組合。在一些實(shí)施例中，在燃料源136處添加的燃燒氣體量基于液體混合物138中的燃料含量的量與反應(yīng)室101內(nèi)的溫度變化或溫度變化率的組合。
[0178]可以在液體儲箱104中、在加壓裝置108和蒸發(fā)室118之間或者在蒸發(fā)室118和反應(yīng)室101之間檢測液體混合物138中的燃料含量的量。在一些實(shí)例中，由于液體混合物138中的一些燃料可以在液體混合物138被蒸發(fā)器118加熱時(shí)氧化，因此一些實(shí)施例規(guī)定在蒸發(fā)室118和反應(yīng)室101之間檢測液體混合物138的燃料含量。在這些實(shí)施例中，在燃料源136處添加的燃燒氣體量基于在蒸發(fā)室118和反應(yīng)室101之間檢測的液體混合物138的燃料含量。
[0179]在一些實(shí)例中，液體混合物138可以含有不被認(rèn)為是燃料的額外成分。例如，在一些實(shí)施例中，液體混合物138可以包括污染物和水。污染水可以是一些其他過程的副產(chǎn)物，并且污染水被傳導(dǎo)到系統(tǒng)300以氧化該污染水或廢水。例如，污染水可以來自作為氣化器的一部分的洗滌器，如上所述，其可以是液體源131。在氣化過程中，在分配氣體燃料以便使用之前，水被用來凈化所產(chǎn)生的污染物氣體燃料。然后例如通過在液體儲箱104中沉積污染水，該污染水被傳導(dǎo)到系統(tǒng)300。然后以類似于上面關(guān)于液體混合物138描述的方式將污染水抽取到系統(tǒng)300，并且當(dāng)污染物在反應(yīng)室101中被氧化時(shí)水被蒸發(fā)。以此方式，系統(tǒng)300可以作為處理和凈化污染水、有毒水或廢水的裝置進(jìn)行操作。系統(tǒng)300可以作為在凈化污染水的同時(shí)產(chǎn)生如有的話則最少量的有害氣體副產(chǎn)物的污染控制裝置進(jìn)行操作。
[0180]在液體混合物138包括非常低的燃料含量、低燃料含量和污染水的組合或者僅污染水的實(shí)施例中，補(bǔ)充氣體燃料可以由燃料源136導(dǎo)引到系統(tǒng)300中，如在上面所解釋。在一些實(shí)施例中，氣體燃料是維持反應(yīng)室101中的氧化過程的基本唯一燃料。一些實(shí)施例規(guī)定該氣體燃料是由氣化器產(chǎn)生的氣體燃料的至少一部分，并且來自氣化器洗滌器的水由液體源131導(dǎo)引到系統(tǒng)300。
[0181]在一些實(shí)例中，向系統(tǒng)300提供的污染水可以在反應(yīng)室101中的氧化之前用液體燃料補(bǔ)充。例如，如果來自氣化器的污染水被沉淀到液體儲箱104中，則液體燃料可以被添加到液體儲箱104以增加液體混合物138的燃料含量。可以附加于或替代由燃料源136導(dǎo)引氣體燃料而執(zhí)行該過程。
[0182]圖5的系統(tǒng)200可以適用于接收來自液體源131的液體和/或來自燃料源136的燃料。在任一種系統(tǒng)100、200、300中，液體混合物可以在反應(yīng)室中和/或在將該混合物連通到反應(yīng)室中之前被轉(zhuǎn)化成氣體。在液體混合物在反應(yīng)室之前被轉(zhuǎn)化成氣體的情況下，氣態(tài)混合物可以在反應(yīng)室中和/或在將空氣、燃料和其他氣體連通到反應(yīng)室中之前與空氣、燃料和/或其他氣體組合。穿過系統(tǒng)100、200、300 (例如在各種系統(tǒng)組件之間)的流體連通可以由傳感器和/或監(jiān)控裝置測量，可以由控制閥和其他類型的流動(dòng)控制裝置控制和/或調(diào)節(jié)，和/或可以由導(dǎo)管、管道、端口、腔室和/或其他類型的結(jié)構(gòu)容納。因此，系統(tǒng)100、200、300可以包括沒有在圖中具體示出的額外裝置、結(jié)構(gòu)和子系統(tǒng)。
[0183]圖7A和圖7B是示出示例性氧化反應(yīng)系統(tǒng)中的流體流動(dòng)的示意圖。在圖7A和圖7B中，示意性示出水流、燃料流和空氣流。盡管流體在圖中分離示出，但在各種實(shí)施方式中流體可以在一個(gè)或更多適當(dāng)點(diǎn)處混合。例如，圖7A中示出的液態(tài)水和液體燃料可以是圖1A-2B的液體混合物102的成分。作為另一示例，圖7B中示出的燃料和空氣可以是圖6的壓縮器114中接收的空氣/燃料混合物。
[0184]流體在圖7A和圖7B中顯示為進(jìn)入和離開反應(yīng)室410。每一流體可以與示出的其他流體獨(dú)立地連通到反應(yīng)室410中，和/或示出的一種或更多種流體可以與另一流體一起連通到反應(yīng)室410中。例如，在一些實(shí)施方式中，空氣和燃料/水混合物被獨(dú)立地導(dǎo)引到反應(yīng)室410中(S卩，空氣通過第一入口，而燃料/水混合物通過第二入口)，而在一些實(shí)施方式中，空氣和燃料/水混合物在燃料進(jìn)入反應(yīng)室410之前混合以形成空氣/燃料/水混合物(即，空氣/燃料/水混合物可以通過共用入口被導(dǎo)引到加壓反應(yīng)室中)。
[0185]在一些實(shí)施例中，由系統(tǒng)將空氣與燃料和水的混合物進(jìn)行混合。在一些實(shí)施例中，燃料和水的混合物是蒸發(fā)氣體。在一些實(shí)施例中，空氣/燃料混合物與水混合物進(jìn)行混合。在一些實(shí)施例中，空氣/燃料混合物與蒸汽混合。在一些實(shí)施例中，空氣/燃料混合物與燃料和水的混合物進(jìn)行混合。在一些實(shí)施例中，燃料和水的混合物是蒸發(fā)氣體。
[0186]圖7A和圖7B中的點(diǎn)劃線是用來提高反應(yīng)室410外部的流體溫度的來自反應(yīng)室的熱能的示意性表示。在一些實(shí)施方式中，流體在反應(yīng)室410外部被加熱而無需來自反應(yīng)室410的熱量，并且在圖中表示的一個(gè)或更多個(gè)熱傳遞可以省略。在一些實(shí)施方式中，額外的和/或不同的流體由來自反應(yīng)室410的熱量在反應(yīng)室410外部加熱，并且利用額外的和/或不同的熱傳遞。
[0187]圖7A和圖7B都示出在反應(yīng)室410中用空氣氧化燃料?？梢栽诓粚⑷剂系臏囟壬叩介撝禍囟纫陨?例如通過在反應(yīng)室中維持燃料的最大溫度低于該閾值溫度)的情況下用空氣氧化燃料。閾值溫度可以是渦輪機(jī)的推薦或最大操作溫度、渦輪機(jī)的推薦或最大入口溫度、導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度、基于穿過反應(yīng)室410的燃料流速所選擇的溫度和/或其他因素等。在一些實(shí)施方式中，在低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度下，燃料在反應(yīng)室410中被氧化。反應(yīng)室410可以是本文描述的其他實(shí)施例中示出的反應(yīng)室101。反應(yīng)室410可以是不同類型的氧化反應(yīng)室。反應(yīng)室410可以是加壓或不加壓的。
[0188]在示出的示例中，從反應(yīng)室410中氧化燃料釋放的熱能被轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。因此，燃?xì)鉁u輪機(jī)、蒸汽渦輪機(jī)和/或?qū)崮苻D(zhuǎn)換成機(jī)械能的另一系統(tǒng)可以與反應(yīng)室410 —起使用。機(jī)械能可以例如由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成電能。在一些實(shí)例中，以額外的或不同的方式使用從反應(yīng)室410中氧化燃料釋放的能量。
[0189]在圖7A示出的示例性氧化反應(yīng)系統(tǒng)400中，液態(tài)水401和液體燃料402被轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水403和氣態(tài)燃料404。該燃料可以包括酒精、煤油、汽油和/或其他類型燃料。氣態(tài)燃料404可以包括燃料蒸氣和/或另一類型氣態(tài)的燃料。氣態(tài)水403可以包括水蒸氣和/或另一類型氣態(tài)的水。氣態(tài)水403、氣態(tài)燃料404和空氣405被連通到反應(yīng)室410中。當(dāng)燃料404、空氣405和水403在反應(yīng)室410中的時(shí)候，用反應(yīng)室410中的空氣405氧化燃料404。
[0190]污染物、有毒材料和/或與水403混合的其他物質(zhì)可以在反應(yīng)室410中被銷毀、氧化和/或以其他方式改變?？赡馨ㄓ卸静牧系奈廴疚锇赡軐Νh(huán)境和/或活有機(jī)體有害的物質(zhì)。燃料404和空氣405的氧化反應(yīng)生成氧化產(chǎn)物氣體406，該氧化產(chǎn)物氣體可以與水403 —起被傳送出反應(yīng)室410。水403和氧化產(chǎn)物406的熱能被轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。
[0191]在圖7B示出的示例性氧化反應(yīng)系統(tǒng)450中，液態(tài)水431被連通到反應(yīng)室410中，和/或液態(tài)水431在反應(yīng)室外部被轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水436。在液態(tài)水431被連通到反應(yīng)室410中的實(shí)施方式中，液態(tài)水431在反應(yīng)室410中被轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水434。
[0192]在液態(tài)水431在反應(yīng)室410外部被轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水436的實(shí)施方式中，氣態(tài)水436被連通到反應(yīng)室410中。燃料432和空氣433被連通到反應(yīng)室410中。當(dāng)燃料432、空氣433與水434和/或水436在反應(yīng)室410中的時(shí)候，用反應(yīng)室410中的空氣433氧化燃料432。燃料432和空氣433的氧化反應(yīng)生成氧化產(chǎn)物氣體435，該氧化產(chǎn)物氣體435與水434和/或水436 —起被傳送出反應(yīng)室410。水434和/或水436與氧化產(chǎn)物435的熱能被轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。
[0193]在示例系統(tǒng)400和450中，從液體到氣體的轉(zhuǎn)化可以包括蒸發(fā)過程，該蒸發(fā)過程利用來自在反應(yīng)室410中氧化燃料的熱量。從液體到氣體的轉(zhuǎn)化可以包括蒸發(fā)、汽化、沸騰和/或其他類型過程。在示例系統(tǒng)400、450的任一個(gè)中，污染物、有毒材料和/或與水403、434和/或436混合的其他物質(zhì)可以在反應(yīng)室410中被銷毀、氧化和/或以其他方式改變。水403,434和/或436的質(zhì)量可以增加示例系統(tǒng)400、450的機(jī)械能輸出。
[0194]圖7C和圖7D是以與圖7A和圖7B所示的那些類似的方式示出過程的示意圖。圖7C和圖7D示出包括氣化器(圖7C)和不必需包括氣化器(圖7D)的示例性氧化反應(yīng)系統(tǒng)中的流體流。在圖7C和圖7D中，示意性示出水流、燃料流和空氣流。盡管流體在圖中分離示出，但在各種實(shí)施方式中流體可以在一個(gè)或更多適當(dāng)點(diǎn)處混合。例如，在圖7C中反應(yīng)室中的氣化器之間的氣體燃料和空氣分離示出，并且兩者可以是氣體混合物的成分。
[0195]在圖7C中，氣化器接收固體燃料并將固體燃料轉(zhuǎn)化成氣體燃料。液態(tài)水被提供以洗滌氣體燃料，并且所洗滌的氣體燃料離開氣化器并可以被直接引導(dǎo)到反應(yīng)室，或者可替換地可以被重新定向以便在系統(tǒng)外使用。用于洗滌氣體燃料的污染的液態(tài)水也被引導(dǎo)到反應(yīng)室。盡管附圖示出氣體燃料被從系統(tǒng)重新定向，但這是可選步驟，并且在一些實(shí)施例中由氣化器產(chǎn)生的全部氣體燃料都被反應(yīng)室利用。在一些實(shí)施例中，如圖所示，由氣化器產(chǎn)生的僅一部分氣體燃料被反應(yīng)室利用。
[0196]在反應(yīng)室內(nèi)，液態(tài)水被加熱到氣態(tài)水，并且在一些實(shí)施例中，先前已被加熱的氣態(tài)水被進(jìn)一步加熱以準(zhǔn)備將熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。由反應(yīng)室接收的污染的液態(tài)水被轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水和在液態(tài)水中所含的污染物。污染物用供應(yīng)給反應(yīng)室的任何燃料氧化并產(chǎn)生氧化產(chǎn)物，該氧化產(chǎn)物然后與氣態(tài)水一起用來將熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。
[0197]流體在圖7C中顯示為進(jìn)入和離開反應(yīng)室。這些流體可以與示出的其他流體獨(dú)立地連通到反應(yīng)室中，和/或示出的一種或更多種流體可以與另一流體一起連通到反應(yīng)室中。例如,在一些實(shí)施方式中，空氣和燃料/水混合物被獨(dú)立地導(dǎo)引到反應(yīng)室中(即，空氣通過第一入口，而燃料/水混合物通過第二入口)，而在一些實(shí)施方式中，空氣和燃料/水混合物在燃料進(jìn)入反應(yīng)室之前混合以形成空氣/燃料/水混合物(即，空氣/燃料/水混合物可以通過共用入口被導(dǎo)引到加壓反應(yīng)室中)。
[0198]在一些實(shí)施例中，由系統(tǒng)將空氣與燃料和水的混合物進(jìn)行混合。在一些實(shí)施例中，燃料和水的混合物是蒸發(fā)氣體。在一些實(shí)施例中，空氣/燃料混合物與水混合物進(jìn)行混合。在一些實(shí)施例中，空氣/燃料混合物與蒸汽混合。在一些實(shí)施例中，空氣/燃料混合物與燃料和水的混合物進(jìn)行混合。在一些實(shí)施例中，燃料和水的混合物是蒸發(fā)氣體。
[0199]圖7C和圖7D中的點(diǎn)劃線是用來提高反應(yīng)室外部的流體溫度的來自反應(yīng)室的熱能的示意性表示。這可以例如由圖4中的熱交換器122或蒸發(fā)室118實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施方式中，流體在反應(yīng)室外部被加熱而無需來自反應(yīng)室的熱量，并且在圖中表示的一個(gè)或更多個(gè)熱傳遞可以省略。在一些實(shí)施方式中，額外的和/或不同的流體由來自反應(yīng)室的熱量在反應(yīng)室外部加熱，并且利用額外的和/或不同的熱傳遞。從液體到氣體的轉(zhuǎn)化可以包括蒸發(fā)過程，該蒸發(fā)過程利用來自在反應(yīng)室中氧化燃料的熱量。從液體到氣體的轉(zhuǎn)化可以包括蒸發(fā)、汽化、沸騰和/或其他類型過程。
[0200]圖7C和圖7D示出在反應(yīng)室中用空氣氧化燃料。在不提升燃料的溫度高于閾值溫度的情況下，例如通過在反應(yīng)室中維持燃料的最大溫度低于閾值溫度，可以用空氣氧化燃料。該閾值溫度可以是渦輪機(jī)的推薦或最大操作溫度、渦輪機(jī)的推薦或最大入口溫度、導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度、基于穿過反應(yīng)室410的燃料流速所選擇的溫度和/或其他因素等。在一些實(shí)施方式中，在低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度下，燃料在反應(yīng)室中被氧化。圖7C和圖7D的反應(yīng)室以及系統(tǒng)的其他部分可以是本文描述的其他實(shí)施例中示出的反應(yīng)室。該反應(yīng)室可以是不同類型的氧化反應(yīng)室。該反應(yīng)室可以是加壓或不加壓的。
[0201]在示出的示例過程中，在反應(yīng)室中氧化燃料所釋放的熱能被轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。燃?xì)鉁u輪機(jī)、蒸汽渦輪機(jī)和/或?qū)崮苻D(zhuǎn)化成機(jī)械能的另一系統(tǒng)可以與反應(yīng)室一起使用。機(jī)械能可以例如由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成電能。在一些實(shí)例中，以另外或不同的方式使用在反應(yīng)室中氧化燃料所釋放的能量。
[0202]在圖7C和圖7D的示例中，燃料被提供給反應(yīng)室。該燃料可以是與來自氣化器的氣體燃料進(jìn)行組合的氣體燃料。該燃料也可以是單獨(dú)或與液態(tài)水一起供應(yīng)給反應(yīng)室的液體燃料。在一些實(shí)施例中，除來自氣化器的氣體燃料和/或污染的液態(tài)水之外，還向系統(tǒng)補(bǔ)充的氣體燃料或液體燃料的量基于由以下物質(zhì)向反應(yīng)室供應(yīng)的燃料含量的判定:(i)來自氣化器的氣體燃料，(ii)液態(tài)水中的污染物，或(iii)來自氣化器的氣體燃料和液態(tài)水中的污染物的組合。
[0203]在圖7C所示的氧化反應(yīng)系統(tǒng)中，液態(tài)水、液體燃料和污染液體被轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水、氣態(tài)燃料和污染物。燃料可以包括酒精、煤油、汽油和/或其他類型的燃料。氣態(tài)燃料可以包括燃料蒸氣和/或處于另一類型氣態(tài)的燃料。氣態(tài)水可以包括水蒸氣和/或處于另一類型氣態(tài)的水?？諝?、氣態(tài)水、氣態(tài)燃料和污染物被連通到反應(yīng)室內(nèi)或者在反應(yīng)室內(nèi)被轉(zhuǎn)化成氣態(tài)。當(dāng)燃料和污染物在反應(yīng)室中時(shí)，用空氣將它們氧化。
[0204]如所解釋，與水混合的污染物、有毒材料和/或其他物質(zhì)可以在反應(yīng)室中被銷毀、氧化和/或以其他方式修改?？梢园ㄓ卸静牧系奈廴疚锇赡軐Νh(huán)境和/或活的有機(jī)體有害的物質(zhì)。燃料、空氣和污染物的氧化反應(yīng)生成氧化產(chǎn)物氣體，其與水一起被連通到反應(yīng)室外。水和氧化產(chǎn)物的熱能被轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。
[0205]在圖7C和圖7D中示出的示例性氧化反應(yīng)系統(tǒng)中，液態(tài)水被連通到反應(yīng)室中，并且/或者液態(tài)水在反應(yīng)室外被轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水。在液態(tài)水被連通到反應(yīng)室中的實(shí)施方式中，液態(tài)水在反應(yīng)室中被轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水。在一些實(shí)施例中，液態(tài)水僅在反應(yīng)室內(nèi)被轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水，并且在一些實(shí)施例中，液態(tài)水僅在反應(yīng)室外被轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水。在一些實(shí)施例中，一些液態(tài)水在反應(yīng)室外被轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水，并且一些液態(tài)水在反應(yīng)室內(nèi)被轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水。在液態(tài)水在反應(yīng)室外被轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水的實(shí)施方式中，氣態(tài)水被引導(dǎo)到反應(yīng)室內(nèi)以便進(jìn)一步加熱氣態(tài)水。
[0206]圖7D示出與圖7C中所示的過程相似的過程。然而，在圖7D的過程中，污染液體并不必需源于氣化器的洗滌器。在圖7D中示出反應(yīng)室的氧化過程可以被用來對向系統(tǒng)供應(yīng)的先前污染水進(jìn)行處理并使其基本無害。在一些實(shí)施例中，僅為了進(jìn)行處理的目的而向系統(tǒng)供應(yīng)污染水，并且反應(yīng)室能夠氧化水中的污染物，并提供產(chǎn)生的氧化產(chǎn)物和氣態(tài)水用于將熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。
[0207]盡管圖7A-7D將液體和生成的氣體描述為液態(tài)水和氣態(tài)水,但液體可以是不同于水的其他液體，并且液態(tài)水可以包括不同于水的其他液體。
[0208]將水或蒸汽噴注到燃?xì)鉁u輪機(jī)中的燃燒氣體中能夠增加渦輪機(jī)的輸出。然而，為了補(bǔ)償由這種噴注導(dǎo)致的溫度降低，必需增加燃燒的燃料量，這導(dǎo)致更高的溫度并導(dǎo)致增加的有害NOx氣體形成。在一些實(shí)施例中，如上所述，本文描述的逐漸氧化系統(tǒng)可以通過提供水進(jìn)入該系統(tǒng)而在不增加NOx形成的情況下提供燃料的氧化，且同時(shí)增加系統(tǒng)的輸出。
[0209]如結(jié)合本文描述的實(shí)施例所解釋，當(dāng)空氣/燃料混合物在反應(yīng)室中沿流徑流動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的燃料被氧化。優(yōu)選通過銷毀基本全部燃料的無焰逐漸氧化過程氧化該燃料。優(yōu)選在充分低以減少或防止有害化合物例如氮氧化物的形成和/或排放的溫度下并且在充分高以氧化被導(dǎo)引到反應(yīng)室中的燃料和其他污染物的溫度下氧化該燃料。
[0210]空氣/燃料混合物流過反應(yīng)室并從反應(yīng)室的內(nèi)部吸熱，該內(nèi)部可以包括可選地容納在反應(yīng)室內(nèi)的填充材料。結(jié)果，空氣/燃料混合物的溫度隨著混合物流過反應(yīng)室而逐漸升高。當(dāng)空氣/燃料混合物的溫度達(dá)到或超過燃料的自燃溫度時(shí)，燃料經(jīng)歷放熱氧化反應(yīng)。因此，可以不依賴于氧化催化劑材料或點(diǎn)火源而在反應(yīng)室中啟動(dòng)該氧化反應(yīng)。在一些情況下，可以在反應(yīng)室中提供催化劑材料以有效地降低燃料的自燃溫度，但本文描述的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括在沒有催化劑的情況下進(jìn)行反應(yīng)室的操作以實(shí)現(xiàn)空氣/燃料混合物的逐漸氧化。
[0211]當(dāng)燃料氧化時(shí)，放熱反應(yīng)將熱量施加到反應(yīng)室和可能的填充材料，并且熱能被連通到反應(yīng)室中流徑的另一區(qū)域。通過反應(yīng)室傳遞的熱能可以被施加到進(jìn)入的燃料以幫助啟動(dòng)進(jìn)入的燃料的氧化。反應(yīng)室可以被設(shè)計(jì)以使得在一系列操作條件下(例如在最大流速和燃料濃度下)，提供充足的停留時(shí)間和燃料溫度以允許空氣/燃料混合物中的一些或全部燃料基本完全氧化。在一些情況下，反應(yīng)室中的空氣/燃料混合物的溫度可以被控制，從而維持空氣/燃料混合物的最大溫度基本處于或低于渦輪機(jī)的期望入口溫度。
[0212]如上所述，一些實(shí)施例因?yàn)樵S多原因中的一個(gè)或更多個(gè)(例如降低燃燒的可能性、控制溫度、提高效率和/或增加輸出等)而考慮向系統(tǒng)添加蒸汽或水。就引入蒸汽或水而言，這些系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)之間的不同是顯著的。例如，在燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒室上游引入蒸汽或水可能妨礙燃燒的完全性，并且可能導(dǎo)致釋放未燃燒的烴。在燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒室下游引入蒸汽將對氣體具有冷凍效應(yīng)，并因此將需要燃燒室提供額外燃料，提高了最大火焰溫度并增加了有害NOx排放物的形成。在燃燒室下游引入水將需要更多燃料來燃燒，由此通過形成甚至更多的有害NOx而進(jìn)一步惡化該狀況。
[0213]本文描述的逐漸燃燒系統(tǒng)的實(shí)施例避免了這樣的問題，因?yàn)樗鼈冊试S充足的時(shí)間來使得能夠從上述潛在的混亂狀況恢復(fù)。這些實(shí)施例也具有若干其他優(yōu)點(diǎn)。反應(yīng)室比燃燒室大得多。其可以用陶瓷填充材料充塞。水中的任何溶解固體將在填充材料上析出，因此降低或消除在使用前凈化水的需求。在若干應(yīng)用例如具有填埋區(qū)和水處理廠蒸煮器的應(yīng)用中，許多污染水就地收集。該水否則將必須移除到用于處理這樣的污染水的設(shè)施。通過將該水導(dǎo)引到系統(tǒng)中并且甚至導(dǎo)引到反應(yīng)室中，不僅污染物被銷毀，而且在此類污染物中的任何燃料價(jià)值通過污染物的氧化來回收。
[0214]圖8示出用于具有蒸汽噴注的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)500的過程流程圖的實(shí)施例。將空氣從空氣源110抽取到系統(tǒng)中，并且經(jīng)由燃料源136引入燃料氣體?？諝夂腿剂显诖髿鈮合卤换旌显谝黄?，并且混合物在壓縮器114中被壓縮。壓縮的混合物在熱交換器122中被加熱，從這里其通過管道128被輸送到逐漸氧化反應(yīng)室101。
[0215]反應(yīng)室101被維持在足以氧化混合物中的燃料的溫度，其中氧化的熱量提升產(chǎn)物氣體的溫度。反應(yīng)室101中的溫度被維持為充分高以氧化混合物中的全部燃料，但該溫度低于可能導(dǎo)致有害NOx氣體形成的溫度。
[0216]來自反應(yīng)室101的排氣通過排氣管132和導(dǎo)管130取得并去往渦輪機(jī)115，在此處使排氣膨脹以便輸送有用動(dòng)力從而驅(qū)動(dòng)壓縮器114并用于其他用途例如通過發(fā)電機(jī)發(fā)電。氣體的密度與其溫度逆相關(guān)。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，進(jìn)入的空氣和燃料/空氣混合物的密度降低，并且流過壓縮器的氣體的質(zhì)量因此也下降。該較低質(zhì)量流量導(dǎo)致來自燃?xì)鉁u輪機(jī)的減小的功率輸出，因此降低轉(zhuǎn)化成電力的能量。
[0217]在一些地區(qū)，因?yàn)樵谙募靖叻迤陂g需求最高并且此時(shí)常規(guī)發(fā)電站輸出下降，所以此時(shí)電力最昂貴。本文描述的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)可以增加燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電站的功率輸出，由此在最需要時(shí)精確地產(chǎn)生電力?？梢詫?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方式是將水或蒸汽導(dǎo)引到系統(tǒng)中。
[0218]水可從水源150或從具有液體源131的液體儲箱104獲得。水通過導(dǎo)管106被輸送到泵或加壓裝置108，在此處水被加壓。然后水被連通到蒸發(fā)室118，并且得到的蒸汽通過導(dǎo)管120被連通到導(dǎo)管128，然后其被導(dǎo)引到反應(yīng)室101。用于蒸發(fā)水的熱量從渦輪機(jī)排氣抽取，該排氣穿過導(dǎo)管126、熱交換器122、導(dǎo)管124到蒸發(fā)室118。由導(dǎo)管128導(dǎo)引到反應(yīng)室101的蒸汽/空氣/燃料混合物具有比僅空氣/燃料混合物更高的質(zhì)量流量。由于較高的質(zhì)量流量，現(xiàn)在存在穿過反應(yīng)室101并穿過渦輪機(jī)115的增加的質(zhì)量流量，導(dǎo)致增加的電力生產(chǎn)。
[0219]在一些實(shí)施例中，噴注到系統(tǒng)中的水或蒸汽包括按體積在約50%和約80%之間的燃料混合物，該燃料混合物包括燃料和空氣。在一些實(shí)施例中，噴注到系統(tǒng)中的水或蒸汽包括在約40%和約85%之間的燃料混合物，并且在進(jìn)一步的實(shí)施例中，水或蒸汽包括在約20%和約90%之間的燃料混合物。
[0220]其他反應(yīng)可以有利于實(shí)現(xiàn)增加的輸出。進(jìn)入導(dǎo)管128的蒸汽處于比燃料/空氣混合物低的溫度，并且進(jìn)入反應(yīng)室101的氣體的溫度因此低于沒有蒸汽導(dǎo)引的情況。因此有利的是基于導(dǎo)引到導(dǎo)管128中的蒸汽量提高或以其他方式調(diào)整進(jìn)入壓縮器114的氣體的燃料/空氣比。
[0221]在一些實(shí)施例中，燃料/空氣比取決于導(dǎo)引到導(dǎo)管128中的蒸汽量。例如，在操作期間，系統(tǒng)可以在沒有蒸汽被導(dǎo)引到導(dǎo)管128中的第一狀態(tài)中操作。在該第一狀態(tài)中，系統(tǒng)可以在第一燃料/空氣比下操作。在第二狀態(tài)中，蒸汽可以被導(dǎo)引到導(dǎo)管128中，并且期望的燃料/空氣比可以基于導(dǎo)引到導(dǎo)管128中的蒸汽量來確定并實(shí)現(xiàn)，以便在反應(yīng)室101內(nèi)維持逐漸氧化過程。氧化過程的維持可以在不提高反應(yīng)室內(nèi)部的最大溫度的情況下實(shí)現(xiàn)，同時(shí)仍在反應(yīng)室內(nèi)部實(shí)現(xiàn)燃料的完全氧化。
[0222]增加的質(zhì)量流和燃料流將增加輸送到渦輪機(jī)115的能量，并因此將增加渦輪機(jī)系統(tǒng)的輸出。由壓縮器114消耗的能量保持與之前大致相同，并且增加的渦輪機(jī)輸出被發(fā)電機(jī)用來增加其電力輸出。
[0223]圖9示出實(shí)現(xiàn)與圖8所示實(shí)施例基本相同的結(jié)果的修改流動(dòng)模式的實(shí)施例。在圖9的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)600中，蒸汽由導(dǎo)管120直接取得并且由導(dǎo)管155帶入反應(yīng)室101中。蒸汽由可以是例如噴嘴的入口 160從導(dǎo)管155導(dǎo)引到反應(yīng)室101中。盡管導(dǎo)引點(diǎn)與之前相比在下游更遠(yuǎn)處(即放置在反應(yīng)室101內(nèi)而不是放入導(dǎo)管128中)，但結(jié)果基本相同。額外燃料流可以通過提高燃料/空氣比來提供，由此在反應(yīng)室101內(nèi)釋放額外的熱量，并由此將溫度提升到與之前相同的閾值，導(dǎo)致額外的能量被轉(zhuǎn)化成電力。
[0224]來自反應(yīng)室101的排氣通過排氣管132和導(dǎo)管130被排出到渦輪機(jī)115，在此處使排氣膨脹以輸送動(dòng)力從而驅(qū)動(dòng)壓縮器114。排氣在渦輪機(jī)115中膨脹之后，其被連通到熱交換器122以便加熱來自壓縮器114的燃料/空氣混合物。然后經(jīng)由導(dǎo)管124將排氣傳導(dǎo)到蒸發(fā)室118以便加熱和/或蒸發(fā)來自加壓裝置108的水。在穿過蒸發(fā)裝置118之后，排氣可以通過出口 112從系統(tǒng)中排出。
[0225]圖10示出提供將被直接導(dǎo)引到反應(yīng)室101中的水的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)700的進(jìn)一步實(shí)施例。關(guān)于該圖示的流動(dòng)模式，水的蒸發(fā)發(fā)生在反應(yīng)室101中。這需要比之前更高的燃料/空氣比以適應(yīng)在反應(yīng)室101內(nèi)加熱水并將其蒸發(fā)成蒸汽所需要的能量。[0226]從液體源131經(jīng)由導(dǎo)管106向加壓裝置108提供水。然后通過導(dǎo)管120將水從加壓裝置108直接連通到反應(yīng)室101。通過可以是例如噴嘴的入口 165將水從導(dǎo)管120導(dǎo)引到反應(yīng)室中。來自反應(yīng)室101的排氣通過排氣管132和導(dǎo)管130被排出到渦輪機(jī)115，在此處使排氣膨脹以輸送動(dòng)力從而驅(qū)動(dòng)壓縮器114。排氣在渦輪機(jī)115中膨脹之后，其被連通到熱交換器122以便加熱來自壓縮器114的燃料/空氣混合物。然后排氣可以通過出口 170從系統(tǒng)中排出。
[0227]可以通過利用廢熱生成蒸汽來改善系統(tǒng)中的效率，并且通過生成蒸汽所回收的熱量越多，系統(tǒng)可以越高效。對效率的影響可以計(jì)算如下:如果在燃料中可獲得IOOkWh的熱量，則大約30kWh的熱量被轉(zhuǎn)化成電力。在沒有蒸汽噴注的情況下，剩余70kWh的熱量被排放，導(dǎo)致例如約30%的效率。然而，如果蒸汽將被噴注，則以其他方式排放的約35kWh的熱量可以被系統(tǒng)傳遞給水以生成蒸汽?，F(xiàn)在該蒸汽必須與其他氣體混合并且進(jìn)一步被加熱以將氣體的溫度提升到期望閾值。該加熱需要供應(yīng)額外燃料并將其氧化。當(dāng)例如需要IOkWh的額外燃料來將蒸汽加熱到適當(dāng)溫度并且如果額外3kWh被生成時(shí)，效率保持與上面相同，即約30%效率。當(dāng)多于額外3kWh被生成時(shí)，效率改善到大于約30% ;并且如果小于額外3kWh被生成，則效率下降到低于約30%。
[0228]額外考慮包括將水泵送到期望壓力所需要的電能以及由于增加的流動(dòng)導(dǎo)致的系統(tǒng)中的損耗。盡管所描述系統(tǒng)的效率可以被改進(jìn)得高于不包括水或蒸汽的系統(tǒng)，但本文描述的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)之一是包括由水或蒸汽補(bǔ)充的逐漸氧化過程可以實(shí)現(xiàn)更大的功率輸出，特別是當(dāng)環(huán)境條件將以其他方式降低功率輸出時(shí)。
[0229]盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但某些變化和修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的，包括不提供本文描述的全部特征和益處的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本發(fā)明超出具體公開的實(shí)施例擴(kuò)展到其他替換或附加實(shí)施例和/或用途及其明顯修改和等價(jià)物。另外，盡管已經(jīng)以變化的細(xì)節(jié)顯示并描述了多個(gè)變體，但基于本公開內(nèi)容對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說本發(fā)明的范圍內(nèi)的其他修改將是顯而易見的。
[0230]也預(yù)期實(shí)施例的具體特征和方面的組合或子組合可以實(shí)現(xiàn)并仍落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，應(yīng)理解所公開的實(shí)施例的各種特征和方面可以相互組合或替代以便形成本發(fā)明的變化模式。因此，希望在此公開的本發(fā)明的范圍不應(yīng)由在上面描述的特別公開的實(shí)施例限制。
【權(quán)利要求】
1.一種逐漸氧化系統(tǒng)，其包括: 固體燃料氣化器，其從固體燃料提取氣體燃料； 洗滌器，其使用凈化液體從所述氣體燃料中移除污染物；以及 無焰燃燒室，其(i)從所述洗滌器接收所述凈化液體和污染物，(ii)維持足以提供逐漸氧化過程的內(nèi)部溫度，以及(iii)提供停留時(shí)間，以使來自所述洗滌器的基本全部污染物在所述無焰燃燒室內(nèi)被氧化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述無焰燃燒室被配置為在沒有催化劑的情況下維持所述逐漸氧化過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述氣體燃料由所述洗滌器使用水來凈化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中從所述洗滌器接收的所述污染物在所述水里面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)引器包括用于在將所述水導(dǎo)引到所述無焰燃燒室中之前對所述水加壓的壓縮器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述無焰燃燒室被配置為維持足以氧化所述氣體燃料的所述內(nèi)部溫度持續(xù)約 0.01秒和約10秒之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括與所述無焰燃燒室流體連通的渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)被配置為從所述無焰燃燒室接收加熱加壓的氣體并使所述氣體膨脹。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述無焰燃燒室維持低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度的最大溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述無焰燃燒室從所述洗滌器接收氣體燃料并在所述逐漸氧化過程期間氧化所述氣體燃料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中來自所述洗滌器的基本全部氣體燃料由所述無焰燃燒室接收并氧化。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中來自所述洗滌器的所述氣體燃料的第一部分由所述無焰燃燒室接收并氧化，并且來自所述洗滌器的所述氣體燃料的第二部分被分配離開所述系統(tǒng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述無焰燃燒室經(jīng)由第一入口從所述洗滌器接收所述氣體燃料，并且從第二入口接收補(bǔ)充氣體燃料。
13.—種逐漸氧化系統(tǒng),其包括: 第一入口，其被配置為將污染液體連通到所述系統(tǒng)； 第二入口，其被配置為將燃料連通到所述系統(tǒng)； 無焰燃燒室，其接收所述污染液體和燃料，并且維持足以提供逐漸氧化過程的內(nèi)部溫度，同時(shí)維持所述燃燒室中的最大溫度低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度，以使所述液體中的所述燃料和污染物氧化；以及 出口，其被布置從所述燃燒室傳導(dǎo)輸出氣體，所述輸出氣體包括在所述燃燒室中由所述逐漸氧化過程生成的氧化產(chǎn)物氣體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述無焰燃燒室被配置為在沒有催化劑的情況下維持所述逐漸氧化過程。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述污染液體由用水凈化氣體燃料的洗滌器接收。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述污染液體包括來自所述洗滌器的所述水。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述燃料包括來自所述洗滌器的氣體燃料，并且所述無焰燃燒室在所述逐漸氧化過程期間氧化所述氣體燃料。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括在所述液體被所述無焰燃燒室接收之前對所述污染液體加壓的壓縮器。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述無焰燃燒室被配置為維持足以氧化所述氣體燃料的內(nèi)部溫度持續(xù)約0.01秒和約10秒之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括與所述無焰燃燒室流體連通的渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)被配置為接收所述輸出氣體并使所述輸出氣體膨脹。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述無焰燃燒室維持最大溫度低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度。
22.一種氧化固體燃料的方法，其包括: 用固體燃料氣化器從固體燃料中提取氣體燃料； 在洗滌器中用凈化液體洗滌所述氣體燃料以從所述氣體燃料中移除污染物； 從所述洗滌器傳導(dǎo)所述凈化液體和污染物到無焰燃燒室；以及 通過以下步驟在所述燃燒室 中氧化所述污染物:(i)在所述燃燒室中維持足以提供逐漸氧化過程的內(nèi)部溫度，以及(ii)提供在所述燃燒室內(nèi)的停留時(shí)間，以使來自所述洗滌器的基本全部所述污染物在所述燃燒室內(nèi)被氧化。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述無焰燃燒室在沒有催化劑的情況下維持所述逐漸氧化過程。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述氣體燃料由所述洗滌器用水凈化。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中由所述燃燒室從所述洗滌器接收的所述污染物在所述水里。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述無焰燃燒室中的氧化之前用壓縮機(jī)壓縮所述水和污染物。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述停留時(shí)間在約0.01秒和約10秒之間。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其進(jìn)一步包括從所述無焰燃燒室傳導(dǎo)加熱的壓縮氣體到渦輪機(jī)并在所述渦輪機(jī)中使所述氣體膨脹。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其進(jìn)一步包括從所述洗滌器傳導(dǎo)氣體燃料到所述無焰燃燒器并且在所述逐漸氧化過程期間氧化所述氣體燃料。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中來自所述洗滌器的基本全部所述氣體燃料被傳導(dǎo)到所述無焰燃燒室并由所述無焰燃燒室氧化。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中來自所述洗滌器的所述氣體燃料的第一部分被傳導(dǎo)到所述無焰燃燒室并由所述無焰燃燒室氧化，并且來自所述洗滌器的所述氣體燃料的第二部分被分配離開所述燃燒室。
32.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述氣體燃料經(jīng)由第一入口被傳導(dǎo)到所述無焰燃燒室，并且所述燃燒室從第二入口接收補(bǔ)充氣體燃料。
33.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述燃燒室維持最大內(nèi)部溫度低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度。
34.一種氧化液體中的污染物的方法，其包括: 經(jīng)由第一入口傳導(dǎo)污染液體到無焰燃燒室； 經(jīng)由第二入口傳導(dǎo)燃料到所述無焰燃燒室；以及 通過以下步驟在所述無焰燃燒室中用所述燃料氧化所述污染液體中的污染物:(i)在所述燃燒室中維持足以提供逐漸氧化過程的內(nèi)部溫度，(i i )在所述燃燒室中維持最大溫度低于導(dǎo)致氮氧化物形成的溫度，以及(iii)提供在所述燃燒室內(nèi)的停留時(shí)間，以使來自所述洗滌器的基本全部所述污染物在所述燃燒室內(nèi)被氧化。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述無焰燃燒室在沒有催化劑的情況下維持所述逐漸氧化過程。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述污染液體從用水凈化氣體燃料的洗滌器被傳導(dǎo)到所述燃燒室。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述污染液體包括來自所述洗滌器的所述水。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述燃料包括來自洗滌器的氣體燃料，并且所述無焰燃燒室在所述逐漸氧化過程期間氧化所述氣體燃料。
39.根據(jù)權(quán)利要求 34所述的方法，其進(jìn)一步包括在將所述液體傳導(dǎo)到所述無焰燃燒室之前壓縮所述污染液體。
40.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述停留時(shí)間在約0.01秒和約10秒之間。
41.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其進(jìn)一步包括從所述無焰燃燒室傳導(dǎo)加熱的壓縮氣體到渦輪機(jī)并在所述渦輪機(jī)中使所述氣體膨脹。
42.—種固體燃料氣化器逐漸氧化系統(tǒng)，其包括: 固體燃料氣化器，其從固體燃料中提取氣體燃料； 洗滌器，其凈化所述氣體燃料； 無焰燃燒室，其被配置為經(jīng)由第一入口接收所凈化的氣體燃料并維持所述氣體燃料的逐漸氧化過程，所述無焰燃燒室包括第二入口 ；以及 耦合到所述第二入口的導(dǎo)引器，其被配置為從所述洗滌器接收污染物并將所述污染物導(dǎo)引到所述無焰燃燒室中； 其中所述無焰燃燒室被配置為維持足以氧化所述污染物的內(nèi)部溫度。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中所述無焰燃燒室被配置為在沒有催化劑的情況下維持所述逐漸氧化過程。
44.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中所述氣體燃料由所述洗滌器用水凈化。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，其中從所述洗滌器接收的所述污染物在所述水里面。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)引器包括用于在將所述水導(dǎo)引到所述無焰燃燒室中之前對所述水加壓的壓縮器。
47.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中所述無焰燃燒室被配置為維持足以氧化所述氣體燃料的所述內(nèi)部溫度持續(xù)約0.1秒和約I秒之間。
48.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括與所述無焰燃燒室流體連通的渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)被配置為從所述無焰燃燒室接收加熱的壓縮氣體并使所述氣體膨脹。
49.一種氧化固體燃料的方法，其包括:用固體燃料氣化器從固體燃料中提取氣體燃料； 用洗滌器洗滌所述氣體燃料以從所述氣體燃料中移除污染物； 用無焰燃燒室逐漸氧化所述氣體燃料，所述無焰燃燒室被配置為經(jīng)由第一入口接收所凈化的氣體燃料并維持所述氣體燃料的逐漸氧化過程； 從所述洗滌器導(dǎo)引所述污染物到所述無焰燃燒室中；以及 在所述無焰燃燒室內(nèi)維持足以氧化所述污染物的內(nèi)部溫度。(使用水可以進(jìn)入從屬權(quán)利要求)
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其進(jìn)一步包括在沒有催化劑的情況下在所述無焰燃燒室內(nèi)維持所述逐漸氧化過程。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其進(jìn)一步包括在用所述無焰燃燒室逐漸氧化所述氣體燃料之前壓縮所述氣體燃料。
52.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其進(jìn)一步包括在將所述水引入所述無焰燃燒室中之前壓縮所述水。
53.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其進(jìn)一步包括維持足以氧化所述氣體燃料的所述無焰燃燒室的所述內(nèi)部溫度持續(xù)約0.1秒和約I秒之間。
54.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其進(jìn)一步包括通過與所述無焰燃燒室流體連通的渦輪機(jī)使來自所述無焰燃燒室的壓縮的加熱氣體膨脹。
55.一種固體燃料氣化器逐漸氧化系統(tǒng)，其包括: 固體燃料氣化器，其從固體燃料中提取并凈化氣體燃料； 無焰燃燒室，其被配置為經(jīng)由入口接收所凈化的氣體燃料并維持所述氣體燃料的逐漸氧化過程；以及 導(dǎo)引器，其被配置為從所述氣化器接收污染物并將所述污染物導(dǎo)引到所述無焰燃燒室中； 其中所述無焰燃燒室被配置為維持足以氧化所述污染物的內(nèi)部溫度。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的系統(tǒng)，其中所述無焰燃燒室在沒有催化劑的情況下維持所述內(nèi)部溫度。
57.根據(jù)權(quán)利要求55所述的系統(tǒng)，其中所述氣化器包括凈化所述氣體燃料的洗滌器。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的系統(tǒng)，其中所述氣體燃料由所述洗滌器用水凈化。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的系統(tǒng)，其中由所述導(dǎo)引器接收的所述污染物在所述水里面。
60.根據(jù)權(quán)利要求58所述的系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)引器包括用于在將所述水導(dǎo)引到所述無焰燃燒室中之前對所述水加壓的壓縮器。
61.根 據(jù)權(quán)利要求55所述的系統(tǒng)，其中所述無焰燃燒室被配置為維持足以氧化所述氣體燃料的所述內(nèi)部溫度持續(xù)約0.1秒和約I秒之間。
62.根據(jù)權(quán)利要求55所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括與所述無焰燃燒室流體連通的渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)被配置為從所述無焰燃燒室接收加熱的壓縮氣體并使所述氣體膨脹。
【文檔編號】F02C3/28GK103534462SQ201180070736
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月25日
【發(fā)明者】E·D·普拉博胡 申請人:能源核心發(fā)電公司