(57) 1. Установка для сжигания углеродсодержащего топлива, содержащая
устройство камеры сгорания, формирующее камеру сгорания, имеющую входную часть, разнесенную в продольном направлении от противолежащей выходной части и выполненную с возможностью приема углеродсодержащего топлива, кислорода и рабочего тела для формирования топливной смеси для сжигания ее в камере сгорания при температуре горения с образованием продуктов горения, причем камера сгорания выполнена также с возможностью направления продуктов горения в продольном направлении к выходной части, и при этом устройство камеры сгорания содержит
элемент защитной оболочки высокого давления;
пористый расположенный по периметру транспирационный элемент, по меньшей мере, частично ограничивающий камеру сгорания и, по меньшей мере, частично охваченный элементом защитной оболочки высокого давления, причем вокруг периметра и вдоль длины пористого транспирационного элемента выполнено множество пор, проходящих через пористый транспирационный элемент изогнутыми или наклонными с возможностью направления сквозь него потока транспирационной субстанции к камере сгорания и внутрь нее, в основном равномерно по его периметру, так чтобы поток транспирационной субстанции направлялся в основном по касательной к периметру пористого транспирационного элемента и по винтовой линии вокруг его периметра и в продольном направлении между входной частью и выходной частью, препятствуя взаимодействию между продуктами горения и пористым транспирационным элементом;
узел форсунки, выполненный с возможностью приема углеродсодержащего топлива, кислорода и рабочего тела и подачи топливной смеси в камеру сгорания по направлению к выходной части в винтовом потоке, направление которого противоположно винтовому потоку транспирационной субстанции; и
источник текучей среды, непосредственно сообщающийся с входной частью камеры сгорания и с транспирационным элементом и выполненный с возможностью подачи сверхкритического диоксида углерода к входной части камеры сгорания в качестве рабочего тела и к транспирационному элементу в качестве транспирационной субстанции.
2. Установка по п.1, в которой входная часть выполнена с возможностью приема одного из группы, включающей твердое углеродсодержащее топливо, жидкое углеродсодержащее топливо и газообразное углеродсодержащее топливо, с кислородом, имеющим молярную долю больше приблизительно 85%, и рабочим телом.
3. Установка по п.1, в которой входная часть выполнена с возможностью приема суспензии, содержащей приблизительно от 25 до 95 мас.% сыпучего твердого углеродсодержащего топлива, имеющего средний размер частиц приблизительно между 50 и 200 мкм, и псевдоожижающую субстанцию, содержащую воду или жидкий CO₂ с плотностью приблизительно от 450 до 1100 кг/м³.
4. Установка по п.1, в которой камера сгорания выполнена с возможностью приема углеродсодержащего топлива, кислорода и рабочего тела в области ее входной части под давлением приблизительно от 40 до 500 бар.
5. Установка по п.4, в которой камера сгорания выполнена с возможностью приема углеродсодержащего топлива, кислорода и рабочего тела в области ее входной части под давлением по меньшей мере приблизительно 80 бар.
6. Установка по п.1, в которой камера сгорания выполнена с возможностью приема углеродсодержащего топлива, кислорода и рабочего тела в области ее входной части при температуре горения приблизительно от 1300 до 5000°С, так чтобы негорючие загрязняющие примеси, содержащиеся в углеродсодержащем топливе, переходили в жидкое состояние в продуктах горения.
7. Установка по п.1, в которой пористый транспирационный элемент выполнен с возможностью направления потока транспирационной субстанции через множество пор в камеру сгорания, так чтобы поток транспирационной субстанции поддерживал выходную смесь, включающую транспирационную субстанцию и продукты горения, вблизи выходной части камеры сгорания при температуре от приблизительно 400 до приблизительно 3500°С.
8. Установка по п.7, в которой пористый транспирационный элемент выполнен с возможностью направления потока транспирационной субстанции через множество пор в камеру сгорания, так чтобы поток транспирационной субстанции через множество пор создавал в камере сгорания непосредственно вблизи пористого транспирационного элемента буферный слой для предотвращения взаимодействия между пористым транспирационным элементом и сжиженными негорючими загрязняющими примесями, а также теплом, сопутствующим продуктам горения.
9. Установка по п.1, в которой множество пор пористого транспирационного элемента выполнены изогнутыми или наклонными относительно внутренней поверхности пористого транспирационного элемента с возможностью создания эффекта Коанда в потоке транспирационной субстанции, направляемой сквозь него в камеру сгорания, так чтобы поток транспирационной субстанции направлялся в основном по касательной к внутренней поверхности пористого транспирационного элемента.
10. Установка по п.1, в которой пористый транспирационный элемент включает по меньшей мере один проходящий сквозь него транспирационный канал, выполненный с возможностью направления добавочного прямолинейного потока транспирационной субстанции в топливную смесь, или продукты горения, так чтобы воздействовать на параметры их потоков.
11. Установка по п.1, содержащая средство теплоотвода, связанное с элементом защитной оболочки высокого давления и выполненное с возможностью регулирования его температуры, причем средство теплоотвода содержит теплообменную рубашку с циркулирующей в ней жидкостью.
12. Установка по п.1, в которой совокупная площадь пор, сформированная пористым транспирационным элементом, по существу, равна площади его поверхности.
13. Установка по п.12, в которой поры разнесены друг от друга и распределены в основном равномерно по пористому транспирационному элементу между его входной и выходной частями.
14. Установка по п.1, содержащая устройство преобразования, выполненное с возможностью приема продуктов горения из выходной части камеры сгорания и обеспечивающее преобразование энергии, заключенной в продуктах горения, в кинетическую энергию.
15. Установка по п.13, в которой углеродсодержащее топливо представляет собой твердое топливо и которая содержит разделительное устройство, расположенное между устройством камеры сгорания и устройством преобразования и выполненное с возможностью существенного удаления сжиженных негорючих загрязняющих примесей из принимаемых им продуктов горения до их направления в устройство преобразования.
16. Установка по п.15, в которой пористый транспирационный элемент выполнен с возможностью направления потока транспирационной субстанции через множество пор, им образуемых, так что поток транспирационной субстанции поддерживает смесь транспирационной субстанции и продуктов горения, поступающих в устройство преобразования, при температуре выше температуры перехода в жидкое состояние негорючих загрязняющих примесей.
17. Установка по п.16, содержащая средство подачи транспирационной субстанции, размещенное за разделительным устройством и выполненное с возможностью введения транспирационной субстанции в продукты горения, из которых в основном удалены негорючие загрязняющие примеси, так чтобы поддерживать смесь транспирационной субстанции и продуктов горения, поступающей в устройство преобразования, при температуре от приблизительно 400 до приблизительно 3500°С.
18. Установка по п.15, в которой разделительное устройство содержит группу последовательно установленных устройств центробежного сепаратора, каждое из которых включает группу элементов центробежного разделения, при работе установленных параллельно, так что сжиженные негорючие загрязняющие примеси, удаленные из продуктов горения разделительным устройством, с возможностью извлечения собираются в отстойнике, соединенном с разделительным устройством.
19. Установка по п.14, в которой устройство преобразования содержит блок турбины, обеспечивающий преобразование энергии поступающих в него продуктов горения в кинетическую энергию, или генераторный блок, выполненный с возможностью преобразования кинетической энергии в электричество.
20. Установка для сжигания углеродсодержащего топлива, содержащая
устройство камеры сгорания, формирующее камеру сгорания, имеющую входную часть, разнесенную в продольном направлении от противолежащей выходной части и выполненную с возможностью приема углеродсодержащего топлива, кислорода и рабочего тела для формирования топливной смеси для сжигания ее в камере сгорания при температуре горения с образованием продуктов горения, причем камера сгорания выполнена также с возможностью направления продуктов горения в продольном направлении к выходной части, и при этом устройство камеры сгорания содержит
элемент защитной оболочки высокого давления;
пористый расположенный по периметру транспирационный элемент, по меньшей мере, частично ограничивающий камеру сгорания и, по меньшей мере, частично охваченный элементом защитной оболочки высокого давления, причем вокруг периметра и вдоль длины пористого транспирационного элемента выполнено множество пор, проходящих через пористый транспирационный элемент изогнутыми или наклонными с возможностью направления сквозь него потока транспирационной субстанции к камере сгорания и внутрь нее, в основном равномерно по его периметру, так чтобы поток транспирационной субстанции направлялся в основном по касательной к периметру пористого транспирационного элемента и по винтовой линии вокруг его периметра и в продольном направлении между входной частью и выходной частью, препятствуя взаимодействию между продуктами горения и пористым транспирационным элементом;
узел форсунки, выполненный с возможностью приема углеродсодержащего топлива, кислорода и рабочего тела и подачи в основном равномерного прямолинейного потока топливной смеси в камеру сгорания по направлению к выходной части, так что винтовой поток транспирационной субстанции вызывает завихривание топливной смеси в камере сгорания; и
источник текучей среды, непосредственно сообщающийся с входной частью камеры сгорания и с транспирационным элементом и выполненный с возможностью подачи сверхкритического диоксида углерода к входной части камеры сгорания в качестве рабочего тела и к транспирационному элементу в качестве транспирационной субстанции.
21. Установка по п.20, в которой камера сгорания содержит секцию горения, расположенную со стороны входной части, и секцию дожигания, расположенную со стороны выходной части, и при этом пористый транспирационный элемент выполнен так, чтобы винтовой поток транспирационной субстанции в секции дожигания был противоположен винтовому потоку транспирационной субстанции в секции горения, так чтобы направление наведенного завихривания продуктов горения в секции дожигания менялось на обратное по сравнению с направлением наведенного завихривания топливной смеси в секции горения.
22. Установка по п.20, в которой пористый транспирационный элемент выполнен так, чтобы винтовой поток транспирационной субстанции попеременно менял направление на обратное вдоль по меньшей мере части пористого транспирационного элемента, так чтобы между входной частью и выходной частью попеременно менялось направление наведенного завихривания топливной смеси или продуктов горения.
23. Установка по п.20, в которой входная часть выполнена с возможностью приема одного из группы, включающей твердое углеродсодержащее топливо, жидкое углеродсодержащее топливо и газообразное углеродсодержащее топливо, с кислородом, имеющим молярную долю больше приблизительно 85%, и рабочим телом.
24. Установка по п.20, в которой входная часть выполнена с возможностью приема суспензии, содержащей приблизительно от 25 до 95 мас.% сыпучего твердого углеродсодержащего топлива, имеющего средний размер частиц приблизительно между 50 и 200 мкм, и псевдоожижающей субстанции, содержащей воду или жидкий CO₂ с плотностью приблизительно от 450 до 1100 кг/м³.
25. Установка по п.20, в которой камера сгорания выполнена с возможностью приема углеродсодержащего топлива, кислорода и рабочего тела в области ее входной части под давлением приблизительно от 40 до 500 бар.
26. Установка по п.25, в которой камера сгорания выполнена с возможностью приема углеродсодержащего топлива, кислорода и рабочего тела в области ее входной части под давлением по меньшей мере приблизительно 80 бар.
27. Установка по п.25, в которой камера сгорания выполнена с возможностью приема углеродсодержащего топлива, кислорода и рабочего тела в области ее входной части при температуре горения приблизительно от 1300 до 5000°С, так чтобы негорючие загрязняющие примеси, содержащиеся в углеродсодержащем топливе, переходили в жидкое состояние в продуктах горения.
28. Установка по п.20, в которой пористый транспирационный элемент выполнен с возможностью направления потока транспирационной субстанции через множество пор в камеру, так чтобы поток транспирационной субстанции поддерживал выходную смесь, включающую транспирационную субстанцию и продукты горения, вблизи выходной части камеры сгорания при температуре от приблизительно 400 до приблизительно 3500°С.
29. Установка по п.28, в которой пористый транспирационный элемент выполнен с возможностью направления потока транспирационной субстанции через множество пор, так чтобы поток транспирационной субстанции через множество пор создавал в камере сгорания непосредственно вблизи пористого транспирационного элемента буферный слой для предотвращения взаимодействия между пористым транспирационным элементом и сжиженными негорючими загрязняющими примесями, а также теплом, сопутствующим продуктам горения.
30. Установка по п.20, в которой множество пор пористого транспирационного элемента выполнены изогнутыми или наклонными относительно внутренней поверхности пористого транспирационного элемента с возможностью создания эффекта Коанда в потоке транспирационной субстанции, направляемом сквозь него в камеру сгорания, так чтобы поток транспирационной субстанции направлялся в основном по касательной к внутренней поверхности пористого транспирационного элемента.
31. Установка по п.20, в которой пористый транспирационный элемент включает по меньшей мере один проходящий сквозь него транспирационный канал, выполненный с возможностью направления добавочного прямолинейного потока транспирационной субстанции в топливную смесь или продукты горения, так чтобы воздействовать на параметры их потоков.
32. Установка по п.20, содержащая средство теплоотвода, связанное с элементом защитной оболочки высокого давления и выполненное с возможностью регулирования его температуры, причем средство теплоотвода содержит теплообменную рубашку с циркулирующей в ней жидкостью.
33. Установка по п.20, в которой совокупная площадь пор, сформированная пористым транспирационным элементом, по существу, равна площади его поверхности.
34. Установка по п.33, в которой поры разнесены друг от друга и распределены в основном равномерно по пористому транспирационному элементу между его входной и выходной частями.
35. Установка по п.20, содержащая устройство преобразования, выполненное с возможностью приема продуктов горения из выходной части камеры сгорания и обеспечивающее преобразование энергии, заключенной в продуктах горения, в кинетическую энергию.
36. Установка по п.35, в которой углеродсодержащее топливо представляет собой твердое топливо и которая содержит разделительное устройство, расположенное между устройством камеры сгорания и устройством преобразования и выполненное с возможностью существенного удаления сжиженных негорючих загрязняющих примесей из принимаемых им продуктов горения до их направления в устройство преобразования.
37. Установка по п.36, в которой пористый транспирационный элемент выполнен с возможностью направления потока транспирационной субстанции через множество пор им образуемых, так чтобы поток транспирационной субстанции поддерживал смесь транспирационной субстанции и продуктов горения, поступающих в устройство преобразования, при температуре выше температуры перехода в жидкое состояние негорючих загрязняющих примесей.
38. Установка по п.37, содержащая средство подачи транспирационной субстанции, размещенное за разделительным устройством и выполненное с возможностью введения транспирационной субстанции в продукты горения, из которых в основном удалены негорючие загрязняющие примеси, так чтобы поддерживать смесь транспирационной субстанции и продуктов горения, поступающей в устройство преобразования, при температуре от приблизительно 400 до приблизительно 3500°С.
39. Установка по п.36, в которой разделительное устройство содержит группу последовательно установленных устройств центробежного сепаратора, каждое из которых включает группу элементов центробежного разделения, при работе установленных параллельно, так что сжиженные негорючие загрязняющие примеси, удаленные из продуктов горения разделительным устройством, с возможностью извлечения собираются в отстойнике, соединенном с разделительным устройством.
40. Установка по п.36, в которой устройство преобразования содержит блок турбины, обеспечивающий преобразование энергии поступающих в него продуктов горения в кинетическую энергию, или генераторный блок, выполненный с возможностью преобразования кинетической энергии в электричество.

---