BR112019018476A2

BR112019018476A2 - sistema e método para a combustão de combustíveis sólidos e derivados dos mesmos

Info

Publication number: BR112019018476A2
Application number: BR112019018476A
Authority: BR
Inventors: Gregory Brent; Bonilha Chris; Abdulsater Hassan; Lenertz James; Eron Fetvedt Jeremy; Tschirren Stefan; Lu Xijia
Original assignee: 8 Rivers Capital Llc
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2020-04-14
Also published as: CN110662922A; JP2020510180A; ZA201906537B; AU2018229962B2; KR102677621B1; EP3593049A1; US20180259183A1; US10859264B2; KR20190122814A; KR20230107910A; AU2018229962A1; US11435077B2; WO2018162995A1; JP7071390B2; US20210116126A1; US20220412557A1; KR102467532B1; CN110662922B; KR20220156671A; KR102554955B1

Abstract

a presente invenção refere-se a aparelhos e métodos que são úteis para um ou mais aspectos de uma usina de produção de energia. mais particularmente, a invenção refere-se a aparelhos combustores e a métodos para um combustor adaptado para utilizar misturas diferentes de combustível derivadas da gaseificação de um combustível sólido. a combustão de misturas diferentes de combustível dentro do combustor pode ser facilitada mediante o arranjo de elementos do combustor controlados de modo que um conjunto definido de características da combustão permaneça substancialmente constante através de uma gama de misturas diferentes de combustível.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA E MÉTODO PARA A COMBUSTÃO DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS E DERIVADOS DOS MESMOS.

CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção refere-se a sistemas e a métodos para a combustão de combustíveis não gasosos, em particular na geração de energia. Os sistemas e os métodos são particularmente úteis para acomodar a combustão de combustíveis com químicas variáveis. ANTECEDENTES [002] À medida que a demanda mundial para a produção de energia elétrica aumenta, há uma necessidade contínua quanto a usinas de produção de energia adicionais de energia para satisfazer tais necessidades. Por causa das demandas de mercado, é desejável que tal produção de energia seja conseguido com a maior eficiência possível e, até a extensão possível, com captura de carbono. Continua havendo grandes reservas de combustíveis sólidos, tais como o carvão, que pode ser utilizado para a produção de energia, em particular através da oxidação parcial do carvão para produzir um combustível gasoso (isto é, gás de síntese) que ainda pode ser queimado. Por causa da variação significativa nas composições de carvão, no entanto, é difícil obter uma fonte de gás de síntese com uma química confiável e consistente. Dessa maneira, há uma necessidade quanto a sistemas e métodos de combustão por meio dos quais os combustíveis sólidos possam ser parcialmente oxidados para obter combustíveis gasosos que podem eles mesmos ser queimados para a produção de energia sem efeitos deletérios que advêm de químicas inconsistentes.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [003] A presente invenção provê sistemas e métodos para a produção de energia a partir de combustíveis sólidos. Mais particularmente, a presente invenção provê sistemas e métodos de produção de

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2/28 energia que podem utilizar um combustível gasoso que seja formado a partir da gaseificação de um combustível sólido. Os sistemas e os métodos são configurados para acomodar químicas diferentes nos combustíveis gasosos que provêm de variações nas químicas de combustíveis sólidos que são gaseificados a montante. Isto pode conferir uma vantagem significativa, uma vez que combustíveis não gasosos diferentes podem ser trocados tal como necessário sem a necessidade da troca associada das peças para o sistema de produção de energia que queimam os combustíveis gasosos a jusante, tudo isso enquanto conferem uma eficiência elevada de queima do combustível e baixa temperatura do forro.

[004] Em uma ou mais modalidades, a presente invenção pode prover usinas de produção de energia. Em modalidades exemplificadoras, uma usina de produção de energia pode compreender: um gaseificador configurado para receber um combustível sólido e prover um combustível gasoso; um combustor configurado para receber o combustível gasoso, um oxidante, e um diluente, e emitir uma corrente de exaustão do combustor; e uma turbina configurada para receber a corrente de exaustão do combustor; em que o combustor inclui um invólucro externo e um forro do combustor que define uma câmara de combustão no mesmo, em que pelo menos uma parcela de uma superfície externa do forro do combustor é configurada para receber de encontro à mesma um fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante e o diluente antes da recepção pela câmara de combustão para prover desse modo o resfriamento do forro do combustor. Em outras modalidades, a usina de produção de energia pode ser definida com relação a uma ou a mais das seguintes alternativas, que podem ser combinadas em qualquer número ou ordem.

[005] A superfície externa do forro do combustor pode incluir uma periferia e um comprimento, e substancialmente a totalidade da superPetição 870190087510, de 05/09/2019, pág. 14/64

3/28 fície externa do forro do combustor, em torno da periferia e ao longo do seu comprimento, pode ser configurada para receber de encontro à mesma o fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante ou o diluente antes da recepção pela câmara de combustão.

[006] O forro do combustor pode compreender uma pluralidade de membros de nervura de reforço estendidos longitudinalmente acoplados com a superfície externa do forro do combustor, e pelo menos uma parcela da superfície externa do forro do combustor entre membros de nervura de reforço adjacentes pode ser configurada para receber de encontro à mesma o fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante e o diluente antes da recepção pela câmara de combustão.

[007] A usina de produção de energia também pode compreender um membro de luva que se estende sobre a superfície externa do forro do combustor e a pluralidade de membros de nervura de reforço, em que o membro de luva coopera com pelo menos os membros de nervura de reforço de modo a definir uma pluralidade de canais de resfriamento estendidos longitudinalmente sobre a superfície externa do forro do combustor, em que o fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante e o diluente é dirigido através dos canais de resfriamento e de encontro à superfície externa da câmara de combustão antes da recepção pela câmara de combustão.

[008] O forro do combustor pode compreender uma ou mais aberturas definidas no mesmo e adaptadas para a passagem através das mesmas do oxidante rumo à câmara de combustão.

[009] O forro do combustor pode compreender uma ou mais aberturas definidas no mesmo e adaptadas para a passagem do diluente rumo à câmara de combustão através das mesmas.

[0010] O forro do combustor pode compreender um primeiro forro interno e um segundo forro externo.

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4/28 [0011] O forro interno e o forro externo podem ser espaçados um do outro de modo a definir um espaço entre os mesmos, em que o espaço é adaptado para a passagem do diluente através do mesmo.

[0012] A câmara de combustão pode definir uma zona de reação e uma zona de diluição.

[0013] O combustor também pode compreender um injetor de oxidante que acopla uma extremidade a montante do forro do combustor.

[0014] O injetor de oxidante pode compreender um injetor de oxidante de primeiro estágio arranjado para introduzir pelo menos pelo menos uma primeira parcela do oxidante na câmara de combustão.

[0015] O injetor de oxidante de primeiro estágio pode incluir um dispositivo de turbilhonamento configurado para dirigir o oxidante na câmara de combustão a um ângulo em relação ao plano axial.

[0016] O dispositivo de turbilhonamento pode compreender uma pluralidade de respiros de oxidante angulados configurados para dirigir o oxidante para a câmara de combustão a um ângulo de cerca de 20 graus a cerca de 85 graus em relação ao plano axial.

[0017] O injetor de oxidante pode incluir uma passagem através do mesmo configurada para o acoplamento por um bocal de combustível.

[0018] O injetor de oxidante pode compreender um injetor de oxidante de segundo estágio arranjado para introduzir pelo menos uma segunda parcela do oxidante através uma parede do forro do combustor que define a câmara de combustão.

[0019] O injetor de oxidante de segundo estágio pode ser arranjado em relação ao injetor de oxidante de primeiro estágio de modo que a segunda parcela de pelo menos o oxidante seja introduzida através da parede do forro do combustor a jusante do injetor de oxidante de primeiro estágio.

[0020] Em algumas modalidades, uma usina de produção de energia pode compreender: um gaseificador configurado para receber

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5/28 um combustível sólido e prover um combustível gasoso; um combustor que tem um forro do combustor que define uma câmara de combustão configurada para receber o combustível gasoso, um oxidante e um diluente, e emitir uma corrente de exaustão do combustor, em que a câmara de combustão define uma zona de reação e uma zona de diluição; e um arranjo de injeção configurado para injetar pelo menos o oxidante na câmara de combustão do combustor, em que o arranjo de injeção inclui: um injetor de oxidante de primeiro estágio que acopla uma extremidade do forro do combustor, em que o injetor de oxidante de primeiro estágio é arranjado para introduzir pelo menos uma primeira parcela do oxidante na zona de reação da câmara de combustão através de um dispositivo de turbilhonamento, em que o dispositivo de turbilhonamento do injetor de oxidante de primeiro estágio provê a misturação do oxidante com o combustível, e produz a recirculação em tomo da zona de reação; e um injetor de oxidante de segundo estágio arranjado para introduzir pelo menos uma segunda parcela do oxidante na zona de reação, através de uma parede do forro do combustor que define a câmara de combustão, a jusante do injetor de oxidante de primeiro estágio e antes da zona de diluição da câmara de combustão, em que o injetor de oxidante de segundo estágio é configurado para estabilizar uma chama produzida pela combustão e para prover uma misturação adicional do oxidante com o combustível antes da zona de diluição. Em outras modalidades, a usina de produção de energia pode ser definida com relação a uma ou a mais das seguintes alternativas, que podem ser combinadas em qualquer número ou ordem.

[0021] Pelo menos uma parcela de uma superfície externa do forro do combustor pode ser configurada para receber de encontro à mesma um fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante e o diluente antes da recepção pela câmara de combustão, para prover desse modo o resfriamento do forro do combustor.

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6/28 [0022] O forro do combustor pode compreender uma pluralidade de membros de nervura de reforço estendidos longitudinalmente acoplados com a superfície externa do forro do combustor, e pelo menos uma parcela da superfície externa do forro do combustor entre membros de nervura de reforço adjacentes pode ser configurada para receber de encontro à mesma o fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante e o diluente antes da recepção pela câmara de combustão.

[0023] O forro do combustor pode compreender uma ou mais aberturas definidas no mesmo e adaptadas para a passagem do diluente rumo à câmara de combustão através das mesmas.

[0024] Em um ou mais modalidades, a presente invenção pode se referir a métodos de produção de energia. Em modalidades exemplificadoras, um método de produção de energia pode compreender: a gaseificação de um combustível sólido para formar um combustível gasoso; a injeção do combustível gasoso proveniente do gaseificador em um combustor com um oxidante e um diluente de modo a queimar o combustível e formar uma corrente de exaustão do combustor; e a passagem da corrente de exaustão do combustor através de uma turbina para gerar energia; em que o combustor inclui um invólucro externo e um forro do combustor que define uma câmara de combustão no mesmo, e em que um fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível gasoso, o oxidante e o diluente é passado ao longo de pelo menos uma parcela de uma superfície externa do forro do combustor antes da recepção pela câmara de combustão para prover desse modo o resfriamento do forro do combustor. Em outras modalidades, os métodos de produção de energia podem ser definidos com relação a uma ou a mais das seguintes alternativas, que podem ser combinadas em qualquer número ou ordem.

[0025] O forro do combustor pode compreender uma pluralidade

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7/28 de membros de nervura de reforço estendidos longitudinalmente acoplados com a superfície externa do forro do combustor, e o fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível e o oxidante, pode ser passado ao longo de pelo menos uma parcela da superfície externa do forro do combustor entre membros de nervura de reforço adjacentes antes da recepção pela câmara de combustão.

[0026] O forro do combustor pode compreender um ou mais aberturas definidas no mesmo, e pelo menos uma parcela do oxidante pode ser passada através de uma ou mais aberturas para a câmara de combustão.

[0027] O forro do combustor pode compreender uma ou mais aberturas definidas no mesmo, e pelo menos uma parcela do diluente pode ser passada através de uma ou mais aberturas para a câmara de combustão.

[0028] O método de produção de energia pode compreender a passagem de pelo menos uma parcela do oxidante para a câmara de combustão através de um injetor de oxidante que acopla uma extremidade a montante do forro do combustor.

[0029] O método de produção de energia pode compreender a passagem de uma parcela do oxidante para a câmara de combustão através de um injetor de oxidante de primeiro estágio que inclui um dispositivo de turbilhonamento que dirige o oxidante para a câmara de combustão a um ângulo de cerca de 20 graus a cerca de 85 graus em relação ao plano axial.

[0030] O método de produção de energia pode compreender a passagem do combustível gasoso para a câmara de combustão através de um bocal de combustível que é acoplando a uma passagem através do injetor de oxidante.

[0031] O método de produção de energia pode compreender a passagem de uma parcela do oxidante para a câmara de combustão

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8/28 através de um injetor de oxidante de segundo estágio que passa através de uma parede do forro do combustor que define a câmara de combustão.

[0032] Em outras modalidades, os presentes sistemas e métodos podem incorporar o uso de um aparelho combustor que tem uma configuração definida. Em modalidades exemplificadoras, tal combustor pode ter uma câmara de combustão configurada para receber um combustível, um oxidante e um diluente, em que o combustor é adaptado para queimar composições diferentes do combustível dentro da câmara de combustão e dirigir os produtos da combustão resultantes da câmara de combustão para uma extremidade de entrada de um bocal de exaustão e através do bocal de exaustão para uma extremidade de saída do mesmo, em que pelo menos uma parcela de uma superfície externa do bocal de exaustão é configurada para receber pelo menos um fluxo de oxidante de encontro à mesma para prover desse modo o resfriamento do bocal de exaustão.

[0033] Em algumas modalidades, a superfície externa do bocal de exaustão pode definir pelo menos parcialmente um canal helicoidal que se estende da extremidade de saída à extremidade de entrada do bocal de exaustão, em que o canal helicoidal é configurado para receber pelo menos o oxidante na extremidade de saída e dirigir o oxidante para a extremidade de entrada.

[0034] Em algumas modalidades, a superfície externa do bocal de exaustão pode definir pelo menos parcialmente um canal helicoidal que se estende da extremidade de entrada à extremidade de saída do bocal de exaustão, em que o canal helicoidal é configurado para receber pelo menos o oxidante na extremidade de entrada e dirigir o oxidante para a extremidade de saída.

[0035] Em algumas modalidades, a superfície externa do bocal de exaustão pode definir pelo menos parcialmente um canal helicoidal

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9/28 que tem uma primeira parcela helicoidal que se estende da extremidade de saída à extremidade de entrada, e uma segunda parcela helicoidal em comunicação fluida com a primeira parcela helicoidal e se estendendo da extremidade de entrada à extremidade de saída do bocal de exaustão, em que a primeira parcela helicoidal é configurada para receber pelo menos o oxidante na extremidade de saída e dirigir pelo menos o oxidante para a extremidade de entrada, e a segunda parcela helicoidal é configurada para receber pelo menos o oxidante da primeira parcela helicoidal na extremidade de entrada e dirigir pelo menos o oxidante para a extremidade de saída.

[0036] Em algumas modalidades, tal aparelho combustor pode ter uma câmara de combustão configurada para receber um combustível, um oxidante e um diluente. O combustor pode ser adaptado para queimar composições de combustível diferentes. A câmara de combustão pode definir uma zona de combustão e uma zona de recirculação. Um arranjo de injeção pode ser configurado para injetar pelo menos o oxidante na câmara de combustão do combustor. O arranjo de injeção pode incluir um primeiro estágio arranjado para introduzir pelo menos uma primeira parcela do oxidante em uma zona primária da câmara de combustão através de um dispositivo de turbilhonamento. O dispositivo de turbilhonamento de primeiro estágio pode prover a misturação do oxidante com o combustível, e produz uma zona de recirculação dentro da zona primária em torno de um eixo central da câmara de combustão para induzir uma quebra do vórtice de estabilização de chama e realçar a misturação. Um segundo estágio pode ser arranjado para introduzir pelo menos uma segunda parcela do oxidante na zona de recirculação, através de uma parede de um forro do combustor que define a câmara de combustão, a jusante da zona preliminar e antes de uma zona de diluição da mesma. O segundo estágio pode ser configurado para estabilizar uma chama produzida pela comPetição 870190087510, de 05/09/2019, pág. 21/64

10/28 bustão e prover uma misturação adicional do oxidante com o combustível antes da zona de diluição.

[0037] Essas e outras características, aspectos e vantagens da presente invenção serão aparentes a partir de uma leitura da descrição detalhada a seguir em conjunto com os desenhos anexos, que são descritos de modo resumido ao seguir. A presente invenção inclui qualquer combinação de dois, três, quatro ou mais dos aspectos indicados acima, assim como as combinações de todas as duas, três, quatro ou mais características ou elementos indicados nesta invenção, independente do fato se tais características ou elementos são expressamente combinados em uma descrição específica da modalidade no presente documento. A presente invenção deve ser lida de maneira holística, de modo que todas as características ou elementos separáveis da presente invenção, em qualquer um de seus vários aspectos e modalidades, devem ser vistos como destinados a podem ser combinados, a menos que o contexto dite claramente de alguma outra maneira. Os aspectos da presente invenção conferem desse modo vantagens tal como detalhado de uma outra maneira o presente documento.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0038] A FIGURA 1 é uma ilustração de uma usina de produção de energia útil para a execução de um método de produção de energia de acordo com as modalidades exemplificadoras da presente invenção;

[0039] a FIGURA 2 é uma vista em seção transversal parcial de um combustor útil em uma usina de produção de energia e em um método de produção de energia de acordo com as modalidades exemplificadoras da presente invenção;

[0040] a FIGURA 3a é uma ilustração em perspectiva de um forro do combustor útil em uma usina de produção de energia e em um método de produção de energia de acordo com as modalidades exempliPetição 870190087510, de 05/09/2019, pág. 22/64

11/28 ficadoras da presente invenção;

[0041] a FIGURA 3b é uma vista em seção transversal parcial de um forro do combustor útil em uma usina de produção de energia e em um método de produção de energia de acordo com as modalidades exemplificadoras da presente invenção;

[0042] a FIGURA 4 é uma ilustração parcial em perspectiva de um bocal de combustível útil em uma usina de produção de energia e em um método de produção de energia de acordo com as modalidades exemplificadoras da presente invenção; e [0043] a FIGURA 5 é uma ilustração parcial em perspectiva de um dispositivo de turbilhonamento útil em uma usina de produção de energia e em um método de produção de energia de acordo com as modalidades exemplificadoras da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0044] O presente objeto será descrito agora de maneira mais ampla a seguir com referência às modalidades exemplificadoras do mesmo. Essas modalidades exemplificadoras são descritas de modo que a presente invenção seja integral e completa, e vai indicar completamente o âmbito do objeto aos elementos versados na técnica. Certamente, o objeto pode ser incorporado em muitas formas diferentes e não deve ser interpretado como limitado às modalidades indicadas no presente documento; ao invés disto, essas modalidades são fornecidas de modo que a presente invenção satisfaça os requisitos legais aplicáveis. Tal como usado no relatório descritivo e nas reivindicações anexas, as formas no singular um, uma, o/a incluem referentes plurais a menos que o contexto dite claramente de alguma outra maneira.

[0045] A presente invenção refere-se a sistemas e métodos adaptados para a produção de energia ao utilizar combustíveis sólidos tais como o carvão. Os combustíveis sólidos podem especificamente ser parcialmente oxidados para prover um combustível gasoso, tal como o

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12/28 gás de síntese (ou singás) que é queimado em uma usina e em um processo de produção de energia. Dessa maneira, em algumas modalidades, a invenção engloba a oxi-combustão do gás de síntese de carvão em um ambiente de CO2 supercrítico de alta pressão. A presente invenção, portanto, engloba sistemas e métodos em que 0 carvão e um outro material de partida de hidrocarboneto sólido podem ser parcialmente oxidados como um gás de síntese, 0 qual pode então ser alimentado em um combustor no sistema e método de oxi-combustão.

[0046] Em uma ou mais modalidades, um combustível sólido pode ser parcialmente oxidado para prover um combustível gasoso que é ele mesmo queimado em uma usina e um processo de produção de energia. Dessa maneira, tal como usado no presente documento, a referência a um combustível gasoso, gás combustível ou outros ainda deve ser compreendida como se referindo a um combustível na forma de gás que é derivado diretamente da oxidação parcial de um combustível sólido - por exemplo, a gaseificação de um combustível sólido. O termo gás de síntese deve ser compreendido em particular como se referindo a um gás de química variável que provém da oxidação parcial do carvão. Por exemplo, 0 carvão e/ou um outro material de material sólido podem ser parcialmente oxidados em um gaseificador para produzir um gás de síntese cru a alta temperatura, 0 qual pode conter combinações variadas de H2, CO, CH4, CO2, H2S e outras espécies secundárias. Do mesmo modo, outros combustíveis sólidos podem ser parcialmente oxidados para prover um combustível gasoso. O gás de síntese cru também pode ser processado, por exemplo, aos ser resfriado e limpo para remover as cinzas, o(s) ácido(s) solúvel(eis), a água e o(s) metal(is) pesado(s). A espécie de enxofre pode ser removida por um processo de remoção de gás ácido existente ou permanecer no gás de síntese para a combustão. Os gaseificadores existentes, incluindo os gaseificadores de fluxo arrastado, os gaseificadoPetição 870190087510, de 05/09/2019, pág. 24/64

13/28 res de leito fluidizado e os gaseificadores de leito móvel podem ser usados para a gaseificação de vários materiais de partida de carvão ou outros materiais de partida sólidos. A química de gás de síntese de carvão limpo varia por materiais de partida de carvão diferentes, gaseificadores diferentes, sistemas de alimentação de carvão diferentes e procedimentos de limpeza de gás de síntese diferentes.

[0047] As propriedades de um gás de síntese, incluindo as propriedades da combustão, podem diferir de maneira significativa com base na química real do combustível do gás de síntese. Por exemplo, os combustíveis de gás de síntese que são ricos em hidrogênio e metano irão exibir propriedades combustíveis dos combustíveis de gás de síntese que são ricos em monóxido de carbono. O valor de aquecimento do gás de síntese é bastante impactado pelo teor de CO2 no gás de síntese, e este pode diferir de maneira significativa dependendo do tipo de gaseificador de carvão que é utilizado para produzir 0 gás de síntese. Por exemplo, 0 gás de síntese produzido a partir de gaseificadores alimentados com lama podem ter um teor de CO2 acima de 20% em massa, ao passo que 0 gás de síntese produzido a partir de gaseificadores alimentados secos pode ter tipicamente um teor de CO2 de menos de 10% em massa. Portanto, para uma determinada massa de cada combustível, propriedades tais como as características da chama, a energia térmica aplicada aos perfis de temperatura do sistema a jusante, as condições do gás de exaustão e as composições do gás de exaustão, podem variar de maneira significativa.

[0048] Uma vez que um combustor para uma instalação de produção de energia deve ser projetado como uma câmara fixa, somente uma gama estreita de misturas de combustível pode ser combinada com as condições do desenho do combustor (e, portanto, as condição de saída da chama e do combustor) e desse modo ser tolerável para 0 uso no combustor. Além disso, as misturas dentro dessa faixa ainda

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14/28 podem causar perturbações no comportamento do combustor ou da chama que deve ser controlado com firmeza. A presente invenção é desse modo vantajosa, uma vez que pode prover a produção de energia ao utilizar carvão ou um outro combustível sólido como fonte de combustível inicial ao prover a oxidação parcial seguida pela combustão do gás de síntese produzido em um combustor que é configurado para acomodar as químicas variadas do gás de síntese produzido.

[0049] A presente invenção pode desse modo ser relacionada às usinas e aos processos de produção de energia incluindo uma variedade de elementos. Os exempOlos não limitadores dos elementos que podem ser incluídos em usinas e em processos de produção de energia de acordo com a presente invenção são descritos na Patente U.S. no. 8.776.532, na Patente U.S. no. 9.581.082 e na Publicação de Patente U.S. no. 2017/0241338, cujas divulgações são incorporadas no presente documento a título de referência.

[0050] Uma usina de produção de energia e os métodos de operação da mesma são descritos ainda no presente documento com relação à FIGURA 1. Tal como visto na mesma, a usina de produção de energia 100 inclui elementos apropriados para a oxidação parcial de um combustível sólido, tal como o carvão, para formar um combustível gasoso que é queimado em um combustor que é configurado para a operação contínua mesmo quando os combustíveis de químicas diferentes são utilizados. Dessa maneira, é possível utilizar combustíveis sólidos de graus diferentes que resultam na formação de combustíveis gasosos com químicas variadas sem a necessidade para trocar o combustor.

[0051] Com referência à FIGURA 1, nas modalidades exemplificadoras, uma usina de produção de energia 100 pode incluir uma alimentação de ar 101 que forneça o ar a uma unidade de separação de ar (ASU) 102 para formar uma corrente do oxigênio substancialmente

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15/28 puro na linha 103 e na linha 104. Embora não ilustrado, deve ser compreendido que a ASU 102 pode incluir uma variedade de compressores e/ou bombas configurados para fornecer o oxigênio nas linhas 103 e 104 a maiores pressões (que podem diferir ou ser substancialmente as mesmas). Caso desejado, no entanto, os compressores e/ou as bombas adicionais podem ser fornecidos na linha 103 e/ou na linha 104 para prover o nível desejado de compressão. O oxigênio na linha 103 é dirigido a um gaseificador 105, que pode ser um único gaseificador ou uma pluralidade de gaseificadores, e qualquer tipo apropriado de gaseificador tal como indicado de alguma outra maneira no presente documento pode ser utilizado. O combustível sólido da fonte de combustível sólido 106 pode ser fornecido a uma estação de preparação 107 onde, por exemplo, o combustível sólido pode ser moído com um ou mais moedores para obter um combustível sólido particularizado de tamanho médio de partícula desejado. Na estação de preparação 107, o combustível sólido pode ser arrastado em um meio de fluidificação, tal como o dióxido de carbono substancialmente puro (embora outros meios de fluidificação possam ser usados adicional ou altemativamente). O combustível sólido preparado na estação de preparação 107 é passado através da linha 108 ao gaseificador 105 e sai da linha 109 como um combustível gasoso parcialmente oxidado. Por exemplo, quando o combustível sólido é o carvão, um gás de síntese (singás) de químicas variadas pode ser fornecido através da linha 109. O combustível gasoso na linha 109 é passado através de uma unidade de lavagem 110, em que a unidade pode incluir um ou mais elementos para remover os particulados e outros componentes que não são combustíveis presentes no combustível gasoso. O combustível gasoso limpo é passado na linha 111 para um trocador de calor 112, que pode ser usado para prover o aquecimento de baixo grau tal como descrito de alguma outra maneira no presente documento. O

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16/28 combustível gasoso resfriado sai do trocador de calor na linha 113, é comprimido no compressor de combustível gasoso 114, e é passado através da linha 115 para um combustor 116.

[0052] O combustível gasoso da linha 115 é queimado no combustor 116 com o oxigênio proveniente da linha 104, que pode ser opcionalmente diluído com um diluente, tal como um gás inerte, dióxido de carbono, ou a água. De preferência, o dióxido de carbono reciclado na linha 155 também é inserido no combustor 116. A corrente de exaustão do combustor sai do combustor 116 na linha 117 e é expandida em uma turbina 118 para gerar energia com o gerador 119. A exaustão da turbina na linha 120 é passada através de um trocador de calor 125 onde é resfriada e sai na linha 126 antes da passagem através de um resfriador 127 que provê a corrente de exaustão através da linha 128 próxima da temperatura ambiente a um separador de água 130. A água sai do separador 130 na linha 132, e a corrente de água também pode incluir impurezas solubilizadas, tais como H2SO4 e HNO3. Dióxido de carbono substancialmente puro sai do separador 130 na linha 131, é comprimido no compressor 135, passa através da linha 136 para 0 resfriador 137 para aumentar a densidade do dióxido de carbono, e sai na linha 138. Uma parcela do dióxido de carbono na linha 138 pode ser passada através da linha 140 para a estação de preparação de combustível sólido 107 (por exemplo, para ser usado como um meio de fluidificação). O restante do dióxido de carbono de elevada densidade passa na linha 139 para bomba 145, onde é bombeado a uma pressão apropriada para a entrada ao combustor 116, e sai como linha 150. Uma parcela do dióxido de carbono a alta pressão na linha 150 pode ser exportada da usina de produção de energia 100 na linha 151. A parcela restante de dióxido de carbono reciclado substancialmente puro a alta pressão da linha 150 é dirigida através da linha 152 através do trocador de calor 125 para ser reaquecida de encontro à exaustão

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17/28 da turbina na linha 120. O dióxido de carbono reciclado aquecido passa na linha 155 para o combustor 116.

[0053] Em uma ou mais modalidades, a presente invenção provê em particular um combustor (116, 216) que pode ser configurado para queimar um combustível gasoso que é sujeito a químicas variadas que provém da formação do combustível gasoso através da oxidação parcial de um combustível sólido. Dessa maneira, o combustor (116, 216) pode ter uma câmara de combustão 270 configurada para receber um combustível, um oxidante e um diluente, diretamente, indiretamente, ou direta e indiretamente. Por exemplo, o combustível, o oxidante e o diluente podem ser recebidos na câmara de combustão 270 diretamente através de um mecanismo de injeção ou um mecanismo de difusão. Por exemplo, o combustível, o oxidante e o diluente podem ser recebidos na câmara de combustão 270 indiretamente por um arranjo de misturação, em que o combustível, o oxidante e o diluente são previamente misturados antes de ser introduzidos na câmara de combustão 270.

[0054] Com relação à FIGURA 2, a câmara de combustão 270 do combustor 216 pode ser definida por um forro 260 do combustor que é circundado por um invólucro externo 265. O invólucro externo 265 pode incluir um ou mais elementos de resfriamento, tais como os orifícios de resfriamento 282, através dos quais um fluido de resfriamento pode ser circulado. Em algumas modalidades, o fluido de resfriamento pode ser o mesmo material que é usado para o diluente tal como discutido ainda no presente documento. Pelo menos uma parcela de uma superfície externa do forro 260 do combustor pode ser configurada para receber de encontro à mesma um fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante e o diluente antes de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante, ou o diluente que está sendo dirigido para a câmara de combustão 270 para prover desse modo o resfriaPetição 870190087510, de 05/09/2019, pág. 29/64

18/28 mento do forro do combustor. Em algumas modalidades, a superfície externa do forro 260 do combustor pode incluir uma periferia e um comprimento, e substancialmente a totalidade da superfície externa do forro do combustor, em torno da periferia e ao longo do comprimento do mesmo, pode ser configurada para receber de encontro à mesma o fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante, ou o diluente antes de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante, ou o diluente que está sendo dirigido para a câmara de combustão 270.

[0055] O resfriamento da parede da parte traseira ou o resfriamento da superfície da parede externa pode ser vantajoso, em algumas modalidades, para manter as temperaturas operacionais do forro 260 do combustor abaixo de um limite particular. Isto pode ser provido em alguns casos ao fluir o dióxido de carbono supercrítico (2), o oxidante e/ou o fluxo de combustível ao longo de um comprimento do forro do combustor antes de fornecer o SCO2, 0 oxidante e/ou 0 combustível ao combustor. O SCO2 de alta pressão tem um elevado valor de calor específico, 0 que pode reduzir a quantidade de SCO2 requerida para resfriar eficazmente 0 forro 260 do combustor em comparação a outros tipos de gases de resfriamento.

[0056] Além do acima exposto (ou alternativamente), 0 SCO2 que resfria 0 forro 260 do combustor pode ser subsequentemente dirigido (reciclado) para outros processos associados com 0 sistema de energia com a implementação de tal combustor. Desta maneira, a perda de energia através da parede do combustor e/ou do forro pode ser reduzida, e a eficiência do ciclo de combustão pode ser melhorada.

[0057] Nas modalidades exemplificadoras ilustradas na FIGURA 2, forro 260 do combustor inclui uma pluralidade de perfurações 261 de modo que 0 fluido injetado que flui ao longo da periferia externa do forro do combustor pode passar através das mesmas rumo à câmara de

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19/28 combustão 270. A câmara de combustão 270 pode ser dividida em uma zona de reação 271 e uma zona de diluição 273. A zona de reação (ZR) 271 pode ser a parcela da câmara de combustão 270 próxima do bocal de combustível 280 - isto é, na parte dianteira, ou parcela a montante da câmara de combustão. A zona de diluição (ZD) 273 pode ser próxima à saída 291 da câmara de combustão 270 - isto é, na extremidade ou na parcela a jusante da câmara de combustão. Em algumas modalidades, cada uma dentre a zona de reação 271 e a zona de diluição 273 pode englobar cerca da metade do volume total da câmara de combustão 270. Uma razão de volume (ZR/ZD) da câmara de combustão 270 englobada pela zona de reação 271 em relação à zona de diluição 273 pode ser de cerca de 0,1 a cerca de 5, de cerca de 0,25 a cerca de 4, de cerca de 0,5 a cerca de 2, ou de cerca de 0,75 a cerca de 1,5.

[0058] Para a combustão, o gás de combustível entra na linha 215 para passar através do bocal de combustível 280 rumo à câmara de combustão 270, e particularmente à zona de reação 271. O gás de combustível na linha 215 pode ser diluído através da adição de diluente através da linha 255a. O diluente pode ser, por exemplo, um gás inerte, o dióxido de carbono, a água, ou uma mistura destes. O bocal de combustível 280 pode incluir um cone 281a com uma pluralidade de perfurações 281b. As perfurações 281b no cone 281a podem ser alinhadas a um ângulo definido do plano axial (por exemplo, de cerca de 15 graus a cerca de 80 graus, de cerca de 20 graus a cerca de 70 graus, de cerca de 25 graus a cerca de 60 graus, ou de cerca de 30 graus a cerca de 50 graus do axial) para distribuir o combustível através da zona de reação 271 enquanto o combustível mistura com o oxidante e queima. O oxidante na linha 204 entra no injetor de oxidante 285, que inclui um injetor de oxidante de primeiro estágio 285a e um injetor de oxidante de segundo estágio 285b. O oxidante no injetor de

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20/28 oxidante de primeiro estágio 285a pode entrar na câmara de combustão 270 substancialmente colinear com o gás combustível que entra através do bocal de combustível 280. Tal como descrito ainda mais adiante, o injetor de oxidante de primeiro estágio 285a pode ser substancialmente configurado para aplicar um fluxo direcional definido ao oxidante, tal como a provisão de um fluxo turbilhonante dentro da câmara de combustão 270, em particular dentro da zona de reação 271. Embora duas aberturas sejam ilustradas na FIGURA 2, definindo o injetor de oxidante de primeiro estágio 285a, deve ser compreendido que o injetor de oxidante de primeiro estágio 285a pode circundar substancialmente o bocal de combustível 280 e desse modo definir uma pluralidade de aberturas para a injeção de oxidante - por exemplo, pelo menos 2, pelo menos 3, pelo menos 4, pelo menos 5, pelo menos 6, ou até mesmo mais aberturas (tais como 2 a 20, 3 a 16, ou 4 a 12 aberturas). O injetor de oxidante de segundo estágio 285b pode compreender uma ou mais perfurações ou outros portais configurados através do forro 260 do combustor. Dessa maneira, o oxidante pode passar em torno de uma parcela da periferia externa do forro 260 do combustor, em particular em torno de uma parcela da periferia externa do forro do combustor que está definindo pelo menos parcialmente a zona de reação 271 dentro da câmara de combustão 270. O oxidante que entra na câmara de combustão 270 através do injetor de oxidante de segundo estágio 285b pode ser injetado substancialmente perpendicular ao fluxo de oxidante que entra através do injetor de oxidante de primeiro estágio 285a. Novamente, embora quatro aberturas sejam ilustradas na FIGURA 2 definindo o injetor de oxidante de segundo estágio 285b, deve ser compreendido que o injetor de oxidante de segundo estágio 285b pode circundar substancialmente uma parcela da câmara 270 do combustor e desse modo definir uma pluralidade de aberturas para a injeção do oxidante através do forro 260 do combusPetição 870190087510, de 05/09/2019, pág. 32/64

21/28 tor - por exemplo, pelo menos 2, pelo menos 3, pelo menos 4, pelo menos 5, pelo menos 6, ou até mesmo mais aberturas (tais como 2 a 20, 3 a 16, ou 4 a 12 aberturas). As aberturas que definem o injetor de oxidante de segundo estágio 285b podem ser espaçadas longitudinalmente ao longo de uma parcela do forro 260 do combustor tal como ilustrado. Em algumas modalidades, as aberturas que definem o injetor de oxidante de segundo estágio 285b podem ser alinhadas em uma única fileira em torno da periferia externa do forro 260 do combustor ou podem ser alinhadas em uma pluralidade de fileiras em torno da periferia externa do forro do combustor. O oxidante na linha 204 pode ser diluído através da adição de diluente através da linha 255b. O diluente pode ser, por exemplo, um gás inerte, o dióxido de carbono, a água, ou uma mistura destes. Na entrada para a câmara de combustão 270, o forro 260 do combustor encaixa sobre o injetor de oxidante 285 para conferir suporte radial enquanto também permite o crescimento térmico axial. A periferia do forro 260 do combustor é configurada para controlar o fluxo de resfriamento usado para resfriar o forro e controlar a alimentação de oxidante de segundo estágio.

[0059] Uma corrente de diluente 255c pode ser passada diretamente para a câmara de combustão 270 através do forro 260 do combustor em um ou mais modalidades. A corrente de diluente 255c pode desse modo ser injetada em torno de pelo menos uma parcela da periferia externa do forro 260 do combustor para a passagem através das perfurações 261 ou outras aberturas na câmara de combustão 270. A corrente de diluente 255c pode ser particularmente injetada na zona de diluição 273.

[0060] O forro 260 do combustor também é ilustrado na FIGURA

3a e na FIGURA 3b. Em uma ou mais modalidades, o forro 260 do combustor pode ser configurado para incluir uma pluralidade de membros de reforço estendidos longitudinalmente acoplados com a superPetição 870190087510, de 05/09/2019, pág. 33/64

22/28 fície externa do forro do combustor, em que pelo menos uma parcela da superfície externa do forro do combustor entre os membros de reforço adjacentes é configurada para receber de encontro à mesma um fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante, ou o diluente antes de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante, ou o diluente que está sendo dirigido para a câmara de combustão. Tal como ilustrado, a superfície externa 260a do forro 260 do combustor inclui uma pluralidade de nervuras 263 que se estendem para fora da superfície externa do forro do combustor, e uma pluralidade de canais de resfriamento 264 é definida pelas nervuras adjacentes e pela superfície externa do forro do combustor. Pelo menos uma parcela do injetor de oxidante de segundo estágio 285b pode ser definida no forro 260 do combustor na forma de uma pluralidade de portas de oxidante 285b' que se estendem para fora do forro do combustor. O oxidante para a injeção através do injetor de oxidante de segundo estágio 285b pode desse modo fluir ao longo de pelo menos uma parcela do forro 260 do combustor nos canais 264 entre as nervuras 263 para prover o resfriamento da parte traseira do forro do combustor antes da injeção na câmara de combustão 270. Tal como ilustrado, as portas de oxidante 285b' que formam o injetor de oxidante de segundo estágio 285b são alinhadas radialmente em torno da periferia externa do forro 260 do combustor em uma única disposição. Deve ser compreendido, no entanto, que alinhamentos diferentes também são englobados. Por exemplo, uma pluralidade de disposições pode ser utilizada. Além disso, um espaçamento aleatório pode ser utilizado.

[0061] Além do acima exposto, uma pluralidade de portas de diluente 261' pode ser incluída no forro 260 do combustor, em que as portas de diluente se estendem para fora da superfície externa 260a do forro do combustor. As portas de diluente 261' são posicionadas a jusante em relação às portas de oxidante 285b'. Dessa maneira, as porPetição 870190087510, de 05/09/2019, pág. 34/64

23/28 tas de oxidante 285b' podem ser substancialmente alinhadas posicionalmente com a zona de reação 271 dentro da câmara de combustão 270, e as portas de diluente 261' podem ser substancialmente alinhadas posicionalmente com a zona de diluição 273 da câmara de combustão. O diluente para a injeção na câmara de combustão 270 pode desse modo fluir ao longo de pelo menos uma parcela do forro 260 do combustor nos canais 264 entre as nervuras 263 para prover o resfriamento da parte traseira do forro do combustor antes da injeção na câmara de combustão. Tal como ilustrado, as portas de diluente 261' são alinhadas radialmente em torno da periferia externa do forro 260 do combustor em uma pluralidade de disposições. Deve ser compreendido, no entanto, que alinhamentos diferentes também são englobados. Por exemplo, uma única disposição ou um número maior de disposições podem ser utilizados. Além disso, um espaçamento aleatório pode ser utilizado.

[0062] O forro 260 do combustor e/ou o invólucro externa 265 do combustor 216 podem incluir elementos estruturais adicionais tal como necessário. Por exemplo, a fim de separar os fluxos de resfriamento fornecidos pelo oxidante e pelo diluente ao longo da periferia externa do forro 260 do combustor, uma parede de separação 293 pode ser incluída entre as portas de oxidante 285b' e as portas de diluente 261' de modo que somente o oxidante possa fluir ao longo da parcela a montante do forro 261 do combustor e somente o diluente possa fluir ao longo da parcela a jusante do forro 261 do combustor. Em algumas modalidades, a linha de combustor pode compreender uma pluralidade de camadas. Por exemplo, tal como visto na FIGURA 3a, uma primeira camada interna 260' do forro 260 do combustor estende-se para fora da extremidade 260c a montante do forro do combustor. A primeira camada 260' pode desse modo acoplar o injetor de oxidante 285 tal como descrito de alguma outra maneira no presente documento. O

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24/28 oxidante pode ser passado ao longo da periferia externa do forro 260 do combustor para a passagem para a porta de oxidante 285b'. O diluente pode ser passado em um espaço 266 entre a primeira camada 260' e uma segunda camada externa 260. As nervuras 263 e as canais 264 podem desse modo ser definidos na segunda camada externa 260 do forro 260 do combustor. O diluente pode sair da extremidade 260d a jusante do forro 260 do combustor e circular para fora rumo à periferia externa da linha de combustor para fluir de volta e para as portas de diluente 261'.

[0063] Em contudo outras modalidades, tal como visto na FIGURA 3b, um membro de luva pode se estender sobre a superfície externa do forro 267 do combustor 260 e a pluralidade de nervuras de reforço 263. O membro de luva 267 pode cooperar com pelo menos as nervuras 263 de modo a definir a pluralidade de canais de resfriamento estendidos longitudinalmente 264 em torno da superfície externa da câmara de combustão 270. O fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante, ou o diluente pode ser dirigido através dos canais de resfriamento 264 e de encontro à superfície externa 260a do forro 260 do combustor antes de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante, ou o diluente que está sendo dirigido para a câmara de combustão 270. Em algumas modalidades, o dióxido de carbono supercrítico (SCO2) pode ser particularmente usado como diluente que é dirigido para fluir ao longo dos canais. Esse fluxo de resfriamento de SCO2 ao longo dos canais provê, por exemplo, 0 resfriamento convectivo da parte traseira ou da superfície externa do forro do combustor, 0 que facilita a manutenção do forro do combustor abaixo das limitações de temperatura dos materiais.

[0064] Em operação, 0 mesmo bocal de combustível 280 e 0 injetor de oxidante 285 podem ser utilizados com químicas variadas de combustível mediante 0 ajuste da razão entre 0 oxidante e 0 diluente

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25/28 e/ou a razão entre o combustível e o diluente. Isto pode ser obtido ao variar as razões nas correntes injetadas e/ou ao variar a quantidade de diluente que é adicionada diretamente à câmara de combustão 270 na corrente de diluente 255c. A reação de combustão pode ser completada em uma faixa de temperatura substancialmente uniforme (por exemplo, de cerca de 1.200°C a cerca de 3.000°C, de cerca de 1,400°C a cerca de 2.800, ou de cerca de 1,600°C a cerca de 2.400°C) na zona de reação para formar uma corrente de exaustão 299 do combustor que é refrigerada na zona de diluição 273 até uma faixa de temperatura quase uniforme (por exemplo, de cerca de 600°C a cerca de 1.500°C, de cerca de 800°C a cerca de 1.400°C, ou de cerca de 900°C a cerca de 1.200°C). O combustor 216 é de preferência dimensionado para acomodar a taxa de liberação de calor, as vazões e os tempos de residência requeridos para produzir fluxos de entrada da turbina bem misturados com combustão completa, em que a exaustão do combustor é rica em dióxido de carbono.

[0065] Em uma ou mais modalidades, o injetor de oxidante de primeiro estágio 285a pode ser configurado para introduzir uma primeira parcela do oxidante da linha 204 (incluindo opcionalmente o diluente da linha 255b) na zona de reação 271 da câmara de combustão 270 através de um dispositivo de turbilhonamento. Nas modalidades exemplificadoras ilustradas na FIGURA 2, uma placa de turbilhonamento 286 pode ser incluída com o injetor de oxidante 285, e é posicionada de preferência na saída do injetor de oxidante na câmara de combustão 270. A placa de turbilhonamento 286 pode compreender um orifício central 286a através do qual o bocal de combustível 280 pode se estender. Dessa maneira, o orifício central 286a pode ter um diâmetro interno que seja substancialmente idêntico a um diâmetro externo do bocal de combustível 280, embora as dimensões relativas possam variar conforme necessário para acomodar componentes adiPetição 870190087510, de 05/09/2019, pág. 37/64

26/28 cionais, tal como um arranjo de vedação que pode ser provido entre o bocal de combustível e a placa de turbilhonamento tal como desejado. A placa de turbilhonamento 286 também inclui uma pluralidade de respiros de oxidante 286b - ou seja, aberturas na placa de turbilhonamento para permitir que o fluxo de oxidante proveniente do injetor de oxidante 285 passe através das mesmas. Tal como ilustrado, com a inclusão da placa de turbilhonamento 286, o injetor de oxidante de primeiro estágio 285a pode circundar substancialmente o bocal de combustível 280 e desse modo definir uma pluralidade de aberturas para a injeção de oxidante - por exemplo, pelo menos 2, pelo menos 3, pelo menos 4, pelo menos 5, pelo menos 6, ou até mesmo mais aberturas (tais como 2 a 20, 3 a 16, ou 4 a 12 aberturas). Os respiros de oxidante 286b na placa de turbilhonamento 286 são de preferência angularmente alinhados para dirigir o oxidante para a câmara de combustão 270 a um ângulo em relação ao plano axial. Em algumas modalidades, o alinhamento angular pode ser configurado para produzir um número desejado de turbilhonamento. Por exemplo, os respiros de oxidante 286b podem ser angularmente alinhados para dirigir o oxidante para a câmara de combustão a um ângulo em relação ao plano axial que fica na faixa de cerca de 20 graus a cerca de 85 graus, de cerca de 30 a cerca de 80 graus, de cerca de 40 graus a cerca de 75 graus, ou de cerca de 50 graus a cerca de 70 graus. O alinhamento angular pode ser configurado para prover um número eficaz de turbilhonamento de cerca de 1 a cerca de 10, de cerca de 1,1 a cerca de 5, ou de cerca de 1,2 a cerca de 2.

[0066] O dispositivo de turbilhonamento utilizado no injetor de oxidante de primeiro estágio 285a é de preferência configurado para prover a misturação do oxidante com o combustível de modo a produzir a recirculação dentro da zona de reação 271 em torno de um eixo central para induzir uma quebra do vórtice de estabilização de chama e

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27/28 realçar a misturação. O injetor de oxidante de segundo estágio 285b pode ser configurado para introduzir uma segunda parcela de oxidante (opcionalmente incluindo o diluente) na câmara de combustão 270 através do forro 260 do combustor. A injeção de oxidante através do injetor de oxidante de segundo estágio 285b é de preferência provida a jusante do injetor de oxidante de primeiro estágio 285a, mas ainda posicionada para introduzir o oxidante na zona de reação 271 da câmara de combustão 270 (isto é, a montante da zona de diluição 273). O injetor de oxidante de segundo estágio 285b pode ser configurado para estabilizar uma chama produzida pela combustão e prover uma misturação adicional do oxidante com o combustível a montante da zona de diluição 273. O fluxo de massa do oxidante (opcionalmente incluindo um diluente) através do injetor de oxidante de primeiro estágio 285a e do injetor de oxidante de segundo estágio 285b pode variar e pode ser ajustável em resposta às mudanças na química do combustível. A razão do fluxo de massa entre o injetor de oxidante de primeiro estágio 285a e o injetor de oxidante de segundo estágio 285b pode ser de cerca de 0,1 a cerca de 8, de cerca de 0,25 a cerca de 5, de cerca de 0,5 a cerca de 2, ou de cerca de 0,75 a cerca de 1.5. A razão de massa entre o injetor de oxidante de primeiro estágio 285a e o injetor de oxidante de segundo estágio 285b pode ser ajustada para prover uma misturação eficiente de combustível/oxidante e uma queima de combustível completa do combustível, do oxidante e da mistura de combustível e diluente.

[0067] Muitas modificações e outras modalidades do objeto atualmente divulgado irão vir à mente do elemento versado na técnica à qual esse objeto pertence com o benefício dos ensinamentos apresentados nas descrições acima e nos desenhos associados. Portanto, deve ser compreendido que a presente invenção não deve ser limitada às modalidades específicas descritas no presente documento e que as

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28/28 modificações e outras modalidades devem ser incluídas dentro do âmbito das reivindicações anexas. Embora termos específicos sejam empregados no presente documento, eles são usados em um sentido genérico e descritivo apenas e não para finalidades de limitação.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Usina de produção de energia, caracterizada pelo fato de que compreende:

um gaseificador configurado para receber um combustível sólido e prover um combustível gasoso;

um combustor configurado para receber o combustível gasoso, um oxidante e um diluente, e emitir uma corrente de exaustão do combustor; e uma turbina configurada para receber a corrente de exaustão do combustor;

em que o combustor inclui um invólucro externo e um forro do combustor que define uma câmara de combustão no mesmo, em que pelo menos uma parcela de uma superfície externa do forro do combustor é configurada para receber de encontro à mesma um fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante e o diluente antes da recepção pela câmara de combustão para prover desse modo o resfriamento do forro do combustor.
2. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a superfície externa do forro do combustor inclui uma periferia e um comprimento, e em que substancialmente a totalidade da superfície externa do forro do combustor, em torno da periferia e ao longo do seu comprimento, é configurada para receber de encontro à mesma o fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante, ou o diluente antes da recepção pela câmara de combustão.
3. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o forro do combustor compreende uma pluralidade de membros de nervura de reforço estendidos longitudinalmente acoplados com a superfície externa do forro do combustor, em que pelo menos uma parcela da superfície externa do

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2/7 forro do combustor entre os membros de nervura de reforço adjacentes é configurada para receber de encontro à mesma o fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante e o diluente antes da recepção pela câmara de combustão.
4. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que também compreende um membro de luva que se estende sobre a superfície externa do forro do combustor e a pluralidade de membros de nervura de reforço, em que o membro de luva coopera com pelo menos os membros de nervura de reforço de modo a definir uma pluralidade de canais de resfriamento estendidos longitudinalmente sobre a superfície externa do forro do combustor, em que o fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante e o diluente é dirigido através dos canais de resfriamento e de encontro à superfície externa da câmara de combustão antes da recepção pela câmara de combustão.
5. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o forro do combustor compreende uma ou mais aberturas definidas no mesmo e adaptadas para a passagem do oxidante para a câmara de combustão através das mesmas.
6. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o forro do combustor compreende uma ou mais aberturas definidas no mesmo e adaptadas para a passagem do diluente rumo à câmara de combustão através das mesmas.
7. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o forro do combustor compreende um primeiro forro interno e um segundo forro externo.
8. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o forro interno e o forro exter-

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3/7 no são espaçados um do outro de modo a definir um espaço entre os mesmos, em que o espaço é adaptado para a passagem do diluente através do mesmo.
9. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a câmara de combustão define uma zona de reação e uma zona de diluição.
10. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o combustor também compreende um injetor de oxidante que acopla uma extremidade a montante do forro do combustor.
11. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o injetor de oxidante compreende um injetor de oxidante de primeiro estágio arranjado para introduzir pelo menos uma primeira parcela de pelo menos o oxidante na câmara de combustão.
12. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o injetor de oxidante de primeiro estágio inclui um dispositivo de turbilhonamento configurado para dirigir o oxidante para a câmara de combustão a um ângulo em relação ao plano axial.
13. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de turbilhonamento compreende uma pluralidade de respiros de oxidante angulados configurados para dirigir o oxidante para a câmara de combustão a um ângulo de cerca de 20 graus a cerca de 85 graus em relação ao plano axial.
14. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o injetor de oxidante inclui uma passagem através do mesmo configurada para o acoplamento por um bocal de combustível.

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15. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o injetor de oxidante compreende um injetor de oxidante de segundo estágio arranjado para introduzir pelo menos uma segunda parcela do oxidante através de uma parede do forro do combustor que define a câmara de combustão.
16. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que o injetor de oxidante de segundo estágio é arranjado em relação ao injetor de oxidante de primeiro estágio de modo que a segunda parcela de pelo menos o oxidante seja introduzida através da parede do forro do combustor a jusante do injetor de oxidante de primeiro estágio.
17. Usina de produção de energia, caracterizada pelo fato de que compreende:

um gaseificador configurado para receber um combustível sólido e prover um combustível gasoso;

um combustor que tem um forro do combustor que define uma câmara de combustão configurada para receber o combustível gasoso, um oxidante, e um diluente, e emitir uma corrente de exaustão do combustor, em que a câmara de combustão define uma zona de reação e uma zona de diluição; e um arranjo de injeção configurado para injetar pelo menos o oxidante na câmara de combustão do combustor, em que o arranjo de injeção inclui:

um injetor de oxidante de primeiro estágio que acopla uma extremidade do forro do combustor, em que o injetor de oxidante de primeiro estágio é arranjado para introduzir pelo menos uma primeira parcela do oxidante na zona de reação da câmara de combustão através de um dispositivo de turbilhonamento, em que o dispositivo de turbilhonamento do injetor de oxidante de primeiro estágio provê a misturação do oxidante com o combustível, e produz a recirculação em torPetição 870190087510, de 05/09/2019, pág. 44/64

5/7 no da zona de reação; e um injetor de oxidante de segundo estágio arranjado para introduzir pelo menos uma segunda parcela do oxidante na zona de reação, através de uma parede do forro do combustor que define a câmara de combustão, a jusante do injetor de oxidante de primeiro estágio e antes da zona de diluição da câmara de combustão, em que o injetor de oxidante de segundo estágio é configurado para estabilizar uma chama produzida pela combustão e prover uma misturação adicional do oxidante com o combustível antes da zona de diluição.
18. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma parcela de uma superfície externa do forro do combustor é configurada para receber de encontro à mesma um fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante e o diluente antes da recepção pela câmara de combustão para prover desse modo o resfriamento do forro do combustor.
19. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que o forro do combustor compreende uma pluralidade de membros de nervura de reforço estendidos longitudinalmente acoplados com a superfície externa do forro do combustor, em que pelo menos uma parcela da superfície externa do forro do combustor entre os membros de nervura de reforço adjacentes é configurada para receber de encontro à mesma o fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível, o oxidante e o diluente antes da recepção pela câmara de combustão.
20. Usina de produção de energia de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que o forro do combustor compreende uma ou mais aberturas definidas no mesmo e adaptadas para a passagem do diluente rumo à câmara de combustão através das mesmas.

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21. Método de produção de energia, caracterizado pelo fato de que compreende:

a gaseificação de um combustível sólido para formar um combustível gasoso;

a injeção do combustível gasoso proveniente do gaseificador em um combustor com um oxidante e um diluente de modo a queimar o combustível e formar uma corrente de exaustão do combustor; e a passagem da corrente de exaustão do combustor através de uma turbina para gerar energia;

em que o combustor inclui um invólucro externo e um forro do combustor que define uma câmara de combustão no mesmo, e em que um fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível gasoso, o oxidante e o diluente é passado ao longo de pelo menos de uma parcela de uma superfície externa do forro do combustor antes da recepção pela câmara de combustão para prover desse modo o resfriamento do forro do combustor.
22. Método de produção de energia de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o forro do combustor compreende uma pluralidade de membros de nervura de reforço estendidos longitudinalmente acoplados com a superfície externa do forro do combustor, e em que o fluxo de qualquer um ou mais dentre o combustível e o oxidante é passado ao longo de pelo menos de uma parcela da superfície externa do forro do combustor entre os membros de nervura de reforço adjacentes antes da recepção pela câmara de combustão.
23. Método de produção de energia de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o forro do combustor compreende uma ou mais aberturas definidas no mesmo, e em que uma parcela do oxidante é passada através de uma ou mais aberturas

Petição 870190087510, de 05/09/2019, pág. 46/64

7/7 para a câmara de combustão.
24. Método de produção de energia de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o forro do combustor compreende uma ou mais aberturas definidas no mesmo, em que pelo menos uma parcela do diluente é passada através de uma ou mais aberturas para a câmara de combustão.
25. Método de produção de energia de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que compreende a passagem de pelo menos uma parcela do oxidante para a câmara de combustão através de um injetor de oxidante que acopla uma extremidade a montante do forro do combustor.
26. Método de produção de energia de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que compreende a passagem de uma parcela do oxidante para a câmara de combustão através de um injetor de oxidante de primeiro estágio que inclui um dispositivo de turbilhonamento que dirige o oxidante para a câmara de combustão a um ângulo de cerca de 20 graus a cerca de 85 graus em relação ao plano axial.
27. Método de produção de energia de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que compreende a passagem do combustível gasoso para a câmara de combustão através de um bocal de combustível que está acoplando uma passagem através do injetor de oxidante.
28. Método de produção de energia de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que compreende a passagem de uma parcela do oxidante para a câmara de combustão através de um injetor de oxidante de segundo estágio que passa através de uma parede do forro do combustor que define a câmara de combustão.