Система и способ высокоэффективного производства энергии с использованием в качестве циркулирующего рабочего тела диоксида углерода

Номер патента: 24796

Опубликовано: 31.10.2016

Авторы: Браун Гленн Уилльям Джр., Аллам Родни Джон, Палмер Майлз Р.

Есть еще 22 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ производства электрической энергии, в котором

вводят топливо, О2 и циркулирующую текучую среду на основе СО2 в камеру сгорания, причем СО2 вводят в камеру сгорания под давлением по меньшей мере 12 МПа и при температуре по меньшей мере 400°С;

сжигают топливо, обеспечивая поток продуктов горения, содержащий СО2 и имеющий температуру по меньшей мере 800°С;

обеспечивают расширение потока продуктов горения, с целью выработки электрической энергии, в турбине, имеющей вход, предназначенный для приема потока продуктов горения, и выход, предназначенный для выброса выхлопного потока турбины, содержащего СО2, при этом отношение давления потока продуктов горения на входе к давлению выхлопного потока турбины на выходе составляет менее 12;

отводят тепло от выхлопного потока турбины путем пропускания его через основной теплообменный блок, обеспечивая охлажденный выхлопной поток турбины;

удаляют из охлажденного выхлопного потока турбины одну или несколько вторичных компонент, присутствующих в охлажденном выхлопном потоке турбины в дополнение к СО2, обеспечивая очищенный охлажденный выхлопной поток турбины;

подвергают очищенный охлажденный выхлопной поток турбины сжатию в первом компрессоре до давления, превосходящего критическое давление для СО2, обеспечивая поток сверхкритической циркулирующей текучей среды на основе СО2;

охлаждают поток сверхкритической циркулирующей текучей среды на основе СО2 до температуры, при которой ее плотность составляет по меньшей мере 200 кг/м3;

пропускают сверхкритическую, высокоплотную циркулирующую текучую среду на основе СО2 через второй компрессор, подвергая ее сжатию до давления, требуемого для ввода в камеру сгорания;

пропускают сверхкритическую, высокоплотную, находящуюся под высоким давлением циркулирующую текучую среду на основе СО2 через тот же основной теплообменный блок, так что отведенное тепло используется для повышения температуры циркулирующей текучей среды на основе СО2;

подводят дополнительное количество тепла от иного источника, чем тепло, отведенное от выхлопного потока турбины, ко всей или к части сверхкритической, высокоплотной, находящейся под высоким давлением циркулирующей текучей среды на основе СО2 выше по потоку камеры сгорания и ниже по потоку второго компрессора;

повторно вводят нагретую, сверхкритическую, высокоплотную циркулирующую текучую среду на основе СО2 в камеру сгорания;

причем температура нагретой, сверхкритической, высокоплотной циркулирующей текучей среды на основе СО2, вводимой в камеру сгорания, меньше температуры выхлопного потока турбины, и эта разница температуры составляет не более 50°С.

2. Способ по п.1, в котором на стадии отвода тепла выхлопной поток турбины охлаждается до температуры, лежащей ниже точки росы для заключенной в нем воды.

3. Способ по п.1, в котором стадия удаления вторичных компонент включает дополнительное охлаждение выхлопного потока турбины до окружающей температуры охлаждающей среды.

4. Способ по п.3, в котором при дополнительном охлаждении конденсируется вода вместе с одной или несколькими вторичными компонентами, образуя раствор, содержащий одно или несколько веществ из группы, включающей H2SO4, HNO3, HCl и ртуть.

5. Способ по п.1, в котором при сжатии в первом компрессоре охлажденный выхлопной поток турбины доводится до давления, составляющего менее 12 МПа.

6. Способ по п.1, в котором поток предназначенного для трубопроводной транспортировки СО2 отводится от потока сверхкритической, высокоплотной, находящейся под высоким давлением циркулирующей текучей среды на основе СО2 до пропускания через основной теплообменный блок.

7. Способ по п.6, в котором поток предназначенного для трубопроводной транспортировки СО2 содержит в основном весь СО2, полученный при горении заключенного в углеродосодержащем топливе углерода.

8. Способ по п.6, в котором поток предназначенного для трубопроводной транспортировки СО2 находится под давлением, соответствующим непосредственному вводу в трубопровод СО2 высокого давления.

9. Способ по п.1, в котором сжигание производится при температуре от 1500 до 4000°С.

10. Способ по п.1, в котором топливо включает поток продуктов неполного сгорания.

11. Способ по п.10, включающий сжигание углеродосодержащего топлива с О2 в присутствии циркулирующей текучей среды на основе СО2, при этом углеродосодержащее топливо, О2 и циркулирующая текучая среда на основе СО2 обеспечиваются в таком соотношении, что углеродосодержащее топливо окисляется только частично, образуя поток продуктов неполного сгорания, содержащий негорючие компоненты, СО2 и одно или несколько веществ из группы, включающей Н2, СО, СН4, H2S и NH3.

12. Способ по п.11, в котором углеродосодержащее топливо, О2 и циркулирующая текучая среда на основе СО2 обеспечиваются в таком соотношении, что температура потока продуктов неполного сгорания достаточно низка, чтобы все негорючие компоненты в потоке находились в виде твердых частиц.

13. Способ по п.12, в котором температура потока продуктов неполного сгорания составляет от 500 до 900°С.

14. Способ по п.12, включающий пропускание потока продуктов неполного сгорания через один или несколько фильтров.

15. Способ по п.14, в котором фильтр снижает остаточное количество негорючих компонент до величины меньше 2 мг/м3 продукта неполного сгорания.

16. Способ по п.11, в котором углеродосодержащее топливо включает уголь, лигнит или нефтяной кокс.

17. Способ по п.16, в котором углеродосодержащее топливо представлено в измельченном виде и обеспечивается как пульпа, содержащая СО2.

18. Способ по п.17, в котором измельченное топливо имеет более 90% частиц со средним размером менее 500 мкм.

19. Способ по п.18, в котором более 99% частиц имеет средний размер менее 100 мкм.

20. Способ по п.1, в котором циркулирующую текучую среду на основе СО2 вводят под давлением 15 МПа.

21. Способ по п.1, в котором циркулирующую текучую среду на основе СО2 вводят под давлением 20 МПа.

22. Способ по п.1, в котором циркулирующую текучую среду на основе СО2 вводят при температуре по меньшей мере 600°С.

23. Способ по п.1, в котором циркулирующую текучую среду на основе CO2 вводят при температуре по меньшей мере 700°С.

24. Способ по п.1, в котором поток продуктов горения имеет температуру по меньшей мере 1000°С.

25. Способ по п.1, в котором поток продуктов горения имеет давление, составляющее по меньшей мере 90% от давления вводимого в камеру сгорания CO2.

26. Способ по п.25, в котором поток продуктов горения имеет давление, составляющее по меньшей мере 95% от давления вводимого в камеру сгорания CO2.

27. Способ по п.1, в котором отношение давления потока продуктов горения на входе к давлению выхлопного потока на выходе турбины составляет от 1,5 до 10.

28. Способ по п.27, в котором отношение давления потока продуктов горения на входе к давлению выхлопного потока на выходе турбины составляет от 2 до 8.

29. Способ по п.1, в котором топливо представляет собой углеродосодержащее топливо, а отношение CO2, содержащегося в циркулирующей текучей среде на основе CO2, к углероду, содержащемуся во вводимом в камеру сгорания топливе, в молярном выражении составляет от 10 до 50.

30. Способ по п.29, в котором отношение CO2, содержащегося в циркулирующей текучей среде на основе CO2, к O2, вводимому в камеру сгорания, в молярном выражении составляет от 10 до 30.

31. Способ по п.1, в котором СО2 в выхлопном потоке турбины находится в газообразном состоянии.

32. Способ по п.31, в котором выхлопной поток турбины имеет давление, меньшее или равное 7 МПа.

33. Способ по п.1, в котором основной теплообменный блок включает последовательность по меньшей мере из трех теплообменников.

34. Способ по п.33, в котором первый теплообменник в последовательности принимает выхлопной поток турбины и понижает его температуру, причем первый теплообменник выполнен из высокотемпературного сплава, выдерживающего температуру по меньшей мере 700°С.

35. Способ по п.1, в котором поток сверхкритической, высокоплотной циркулирующей текучей среды на основе СО2 после прохождения через второй компрессор имеет давление по меньшей мере 15 МПа.

36. Способ по п.35, в котором поток сверхкритической, высокоплотной циркулирующей текучей среды на основе СО2 после прохождения через второй компрессор имеет давление по меньшей мере 25 МПа.

37. Способ по п.1, в котором поток сверхкритической циркулирующей текучей среды на основе СО2 охлаждается до температуры, при которой его плотность составляет по меньшей мере 400 кг/м3.

38. Способ по п.1, в котором дополнительное количество тепла включает тепло, отведенное от блока выделения О2.

39. Способ по п.1, в котором О2 обеспечивают в таком количестве, что часть топлива окисляется до продуктов горения, содержащих одну или несколько компонент, выбираемых из группы, включающей СО2, H2O и SO2, а остальная часть топлива окисляется до одной или нескольких компонент, выбираемых из группы, включающей Н2, CO, CH4, H2S, NH3 и их сочетание.

40. Способ по п.39, в котором турбина содержит два блока, каждый из которых имеет вход и выход, и при этом рабочие температуры на входах каждого из блоков в основном одинаковы.

41. Способ по п.40, в котором добавляют некоторое количество О2 к потоку текучей среды на выходе первого турбинного блока.

42. Способ по п.1, в котором выхлопной поток турбины представляет собой окислительную текучую среду, содержащую избыточное количество О2.

43. Способ по п.1, в котором циркулирующая текучая среда на основе СО2 вводится в камеру сгорания в виде смеси с О2 или топливом или с обоими вместе.

44. Способ по п.1, в котором камера сгорания включает камеру сгорания с транспирационным охлаждением.

45. Способ по п.44, в котором циркулирующая текучая среда на основе СО2 вводится в камеру сгорания с транспирационным охлаждением как часть или вся текучая среда транспирационного охлаждения, направляемая через один или несколько каналов подачи транспирационной текучей среды, сформированных в камере сгорания с транспирационным охлаждением.

46. Способ по п.1, в котором сжигание производят при температуре 1300°С.

47. Способ по п.1, в котором сжигание производят при температуре от 1500 до 4000°С.

48. Способ по п.1, в котором O2 обеспечивают в виде потока с молярной концентрацией О2, равной по меньшей мере 85%.

49. Способ по п.48, в котором молярная концентрация O2 составляет от 85 до 99,8%.

50. Способ по п.1, в котором выхлопной поток турбины подают непосредственно в основной теплообменный блок без прохождения через дополнительную камеру сгорания.

51. Способ по п.1, в котором сочетанием стадий обеспечивают эффективность сжигания, превышающую 50%, подсчитываемую как отношение вырабатываемой полезной мощности к общей теплотворной способности углеродосодержащего топлива, сжигаемого при выработке мощности.

52. Способ по п.1, в котором между стадией сжигания и стадией обеспечения расширения пропускают поток продуктов горения по меньшей мере через одно устройство удаления посторонних примесей, находящихся в твердом или жидком состоянии.

53. Способ по п.1, в котором между стадией обеспечения расширения и стадией отвода тепла пропускают выхлопной поток турбины через вспомогательный теплообменный блок.

54. Способ по п.53, в котором во вспомогательном теплообменном блоке тепло от выхлопного потока турбины используется для нагревания одного или нескольких потоков пара.

55. Система производства электрической энергии для осуществления способа по п.1, содержащая

камеру сгорания, выполненную с возможностью приема топлива, О2 и потока циркулирующей текучей среды на основе СО2 и имеющую по меньшей мере одну ступень горения топлива в присутствии циркулирующей текучей среды на основе СО2, а также обеспечивающую поток продуктов горения, содержащий СО2 под давлением по меньшей мере 8 МПа и при температуре по меньшей мере 800°С;

основную турбину для производства электрической энергии, сообщающуюся с камерой сгорания и имеющую вход, предназначенный для приема потока продуктов горения, и выход, предназначенный для выброса выхлопного потока турбины, содержащего СО2, причем основная турбина выполнена с возможностью регулирования перепада давления, так что отношение давления потока продуктов горения на входе к давлению выхлопного потока на выходе турбины составляет менее 12;

основной теплообменный блок, сообщающийся с основной турбиной и предназначенный для приема выхлопного потока турбины и передачи тепла от него потоку циркулирующей текучей среды на основе СО2;

по меньшей мере один компрессор, сообщающийся по меньшей мере с одним теплообменником и предназначенный для повышения давления потока циркулирующей текучей среды на основе СО2;

один или несколько теплообменных компонентов в дополнение к основному теплообменному блоку, выполненных с возможностью доставки дополнительного количества тепла от иного источника, чем тепло, отведенное от выхлопного потока турбины, к циркулирующей текучей среде на основе СО2 выше по потоку камеры сгорания и ниже по потоку по меньшей мере одного компрессора.

56. Система по п.55, содержащая одно или несколько разделительных устройств, установленных между теплообменным блоком и по меньшей мере одним компрессором и предназначенных для удаления одной или нескольких вторичных компонент, присутствующих в циркулирующей текучей среде на основе СО2 наряду с СО2.

57. Система по п.56, в которой по меньшей мере один компрессор включает первый компрессор, выполненный с возможностью сжатия потока циркулирующей текучей среды на основе СО2 до давления, превышающего критическое давление для СО2.

58. Система по п.57, содержащая охлаждающее устройство, выполненное с возможностью охлаждения потока циркулирующей текучей среды на основе СО2, выходящего из первого компрессора, до температуры, при которой его плотность больше 200 кг/м3.

59. Система по п.58, содержащая второй компрессор, выполненный с возможностью сжатия потока циркулирующей текучей среды на основе СО2 до давления, требуемого для ввода в камеру сгорания.

60. Система по п.55, в которой один или несколько теплообменных компонентов соединены с блоком выделения О2.

61. Система по п.55, в которой камера сгорания представляет собой первую камеру сгорания и которая содержит вторую камеру сгорания, расположенную выше по потоку от первой камеры сгорания и сообщающуюся с ней.

62. Система по п.61, содержащая один или несколько фильтров или разделительных устройств, расположенных между второй камерой сгорания и первой камерой сгорания.

63. Система по п.61, содержащая смесительное устройство, предназначенное для образования пульпы, состоящей из измельченного топлива и псевдоожижающей среды, для сжигания во второй камере сгорания.

64. Система по п.61, содержащая размольное устройство, предназначенное для измельчения твердого топлива для сжигания во второй камере сгорания.

65. Система по п.55, в которой теплообменный блок содержит по меньшей мере два теплообменника.

66. Система по п.65, в которой теплообменный блок содержит последовательность по меньшей мере из трех теплообменников.

67. Система по п.65, в которой первый теплообменник в последовательности выполнен с возможностью приема выхлопного потока основной турбины и сформирован из высокотемпературного сплава, выдерживающего температуру по меньшей мере 700°С.

68. Система по п.55, в которой основная турбина для производства электрической энергии содержит последовательность по меньшей мере из двух турбин.

69. Система по п.55, содержащая вспомогательный теплообменный блок, расположенный между основной турбиной для производства электрической энергии и сообщающийся с ней и основным теплообменным блоком.

70. Система по п.69, содержащая бойлер, сообщающийся со вспомогательным теплообменным блоком по меньшей мере одним паровым потоком.

71. Система по п.70, содержащая вспомогательную турбину для производства электрической энергии, имеющую вход, предназначенный для приема по меньшей мере одного парового потока со вспомогательного теплообменного блока.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

СИСТЕМА И СПОСОБ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ ЦИРКУЛИРУЮЩЕГО РАБОЧЕГО ТЕЛА ДИОКСИДА УГЛЕРОДА В изобретении описаны способы и система производства энергии с использованием высокоэффективной камеры сгорания в сочетании с циркулирующей текучей средой на основе СО 2. Предпочтительно в способах и системах могут использоваться энергетическая турбина с низким отношением давлений и работающий на отходящем газе теплообменник специального исполнения. Дополнительное низкопотенциальное тепло от внешнего источника может быть использовано для обеспечения части от общего количества тепла, требуемого для нагревания циркулирующей текучей среды на основе СО 2. Образующийся из топлива СО 2 может улавливаться и подаваться под давлением, соответствующим давлению в трубопроводе. Также могут улавливаться другие посторонние включения. Аллам Родни Джон (GB), Палмер Майлз Р., Браун Гленн Уилльям Джр. Область техники Изобретение относится к системам и способам производства энергии, например электрической, путем использования циркулирующей текучей среды для передачи энергии, выработанной при высокоэффективном горении топлива. В частности, в системе и способе в качестве циркулирующей текучей среды может быть использован диоксид углерода. Уровень техники По оценкам в ближайшие 100 лет основная потребность мирового производства электроэнергии будет удовлетворяться за счет использования органических топлив, хотя одновременно будут развиваться и использоваться неуглеродные источники энергии. Однако известным способам производства энергии путем сжигания органических топлив и (или) биомассы присущи увеличение стоимости энергии и возрастание выхода диоксида углерода (СО 2), a также других вредных выбросов. Все больше и больше становится ясным, что глобальное потепление потенциально влечет за собой катастрофические последствия из-за увеличения выбросов углерода развитыми и развивающимися странами. Как представляется, солнечная и ветровая энергия не способны заместить сжигание органического топлива в ближайшей перспективе, а с ядерной энергией связаны такие угрозы, как распространение ядерных материалов и необходимость в захоронении ядерных отходов. На обычные средства для производства энергии из органических топлив или соответствующей биомассы в настоящее время накладываются все большие требования по улавливанию СО 2 при высоком давлении для доставки его на изолированные пункты. Как доказано, такие требования трудновыполнимы, так как существующие технологии обеспечивают очень низкую эффективность улавливания СО 2 даже в лучших конструкциях. Кроме того, капитальные затраты на улавливание СО 2 высоки, что приводит к существенному удорожанию электроэнергии по сравнению с системами, выбрасывающими СО 2 в атмосферу. Соответственно, в мире существует все большая потребность в системах и способах высокоэффективного производства энергии, обеспечивающих снижение выброса СО 2 и (или) облегчение удаления выработанного СО 2. Раскрытие изобретения Настоящее изобретение обеспечивает способы и систему выработки энергии с использованием высокоэффективной камеры сгорания (например, камеры сгорания с испарительным охлаждением) в сочетании с циркулирующей текучей средой (например, циркулирующей текучей средой на основе СО 2). В частности, циркулирующая текучая среда может вводиться в камеру сгорания вместе с топливом и окислителем для сжигания таким образом, чтобы создавались высокое давление и высокотемпературный поток текучей среды, включающий циркулирующую текучую среду и различные продукты горения. Поток текучей среды может вводиться в устройство выработки энергии, например турбину. Преимущество изобретения заключается в том, что поток текучей среды при расширении в турбине может поддерживаться при относительно высоком давлении, так что коэффициент давления в турбине (т.е. отношение давления на входе к давлению на выходе турбины) составляет приблизительно менее 12. Поток текучей среды может быть дополнительно обработан путем разделения его компонент, что может включать пропускание потока текучей среды через теплообменник. В частности, циркулирующая текучая среда (по меньшей мере часть которой может быть отведена обратно из потока текучей среды) может быть пропущена через тот же теплообменник для подогрева циркулирующей текучей среды до введения ее в камеру сгорания. В таких вариантах выполнения может быть целесообразным задействовать этот теплообменник (например, за счет выбора низкопотенциального источника тепла), так чтобы он имел лишь небольшую разницу температур между продуктами на выходе турбины и используемой повторно текучей средой на горячем краю теплообменника. В частных вариантах выполнения изобретение обеспечивает системы производства энергии, способные выдавать мощность с высокой эффективностью при низких капитальных затратах, а также производить в основном чистый СО 2 под давлением, в основном соответствующим давлению в трубопроводе, служащем для его удаления. СО 2 может быть также введен обратно в систему производства энергии для повторного использования. Предлагаемые в изобретении системы и способы отличаются возможностью использования широкого разнообразия источников топлива. Например, в предлагаемой в изобретении высокоэффективной камере сгорания, применяемой согласно изобретению, могут использоваться газообразные (например,природный газ или извлеченный из угля газ), жидкие (например, углеводороды, битумы) и твердые (например, уголь, лигнит, битум) топлива. Могут использоваться даже другие виды топлив помимо описанных. В других частных вариантах выполнения предлагаемые в изобретении способы и системы особенно применимы там, где они могут повысить наивысший коэффициент полезного действия существующих электростанций, работающих на сжигании угля и не приспособленных для улавливания СО 2. Например,такие существующие электростанции в лучшем случае могут достичь коэффициента полезного действия,равного 45% (по теплотворной способности, при работе на смолистом угле и давлении в конденсаторе 1,7 дюйма Hg (43 мм рт. ст.). В настоящей системе такой коэффициент полезного действия может быть повышен при одновременном отводе СО 2 для удаления или другого вида сброса под требуемым давле-1 024796 нием. В другом частном варианте выполнения изобретения обеспечивается возможность снижения физических размеров и капитальных затрат для системы производства энергии по сравнению с существующими технологиями, в которых используется аналогичное топливо. Таким образом, предлагаемые в изобретении способы и системы могут значительно снизить стоимость строительных работ, связанных с системами производства электроэнергии. Более того, предлагаемые в изобретении способы и системы могут обеспечить улавливание фактически 100% используемого или производимого СО 2, особенно СО 2, получающегося из присутствующего в топливе углерода. В частности, СО 2 может быть обеспечен в виде осушенного, очищенного газа под давлением, соответствующим давлению в трубопроводе. Кроме того, изобретение обеспечивает возможность раздельного извлечения других содержащихся в топливе и выделяющихся при горении посторонних примесей для их использования и (или) сброса. В одном из частных вариантов выполнения настоящего изобретения предлагается способ производства энергии, включающий использование такой циркулирующей текучей среды, как СО 2. В частных вариантах выполнения предлагаемый в изобретении способ производства энергии может включать введение углеродосодержащего топлива, О 2 циркулирующей текучей среды на основе СО 2 в камеру сгорания с испарительным охлаждением. Конкретно, СО 2 может вводиться под давлением по меньшей мере приблизительно 8 МПа (предпочтительно по меньшей мере приблизительно 12 МПа) и при температуре по меньшей мере приблизительно 200 С (предпочтительно по меньшей мере приблизительно 400 С). Способ может включать сжигание топлива с получением потока продуктов горения, содержащего CO2. В частности, поток продуктов горения может иметь температуру по меньшей мере приблизительно 800 С. Кроме того, способ может включать расширение потока продуктов горения в турбине, служащей для выработки мощности и имеющей вход, предназначенный для приема потока продуктов горения, и выход,предназначенный для выброса выхлопного потока турбины, содержащего СО 2. Предпочтительно отношение давления потока продуктов горения на входе к давлению выхлопного потока турбины на выходе может составлять менее приблизительно 12. В частных вариантах выполнения может быть желательным введение СО 2 в камеру сгорания под давлением по меньшей мере приблизительно 10 МПа или под давлением по меньшей мере приблизительно 20 МПа и температуре по меньшей мере приблизительно 400 С или температуре по меньшей мере приблизительно 700 С. Еще другие возможные параметры процесса описаны далее. В некоторых вариантах выполнения циркулирующая текучая среда на основе СО 2 может вводиться в камеру сгорания с испарительным охлаждением в виде смеси с О 2 или с углеродосодержащим топливом или с обоими вместе. В других вариантах выполнения циркулирующая текучая среда на основе СО 2 может вводиться в камеру сгорания с испарительным охлаждением как часть или вся текучая среда испарительного охлаждения, направляемая через один или несколько каналов подачи испаряющейся текучей среды, сформированных в камере сгорания с испарительным охлаждением. В частных вариантах выполнения циркулирующая текучая среда на основе СО 2 может направляться в камеру сгорания только в качестве испаряющейся текучей среды. Процесс сжигания может отличаться, в частности, фактической температурой горения. Например,горение может происходить при температуре по меньшей мере приблизительно 1500 С. В других вариантах выполнения горение может проводиться при температуре приблизительно от 1600 до 3300 С. Изобретение может также отличаться чистотой кислорода, содержащегося в потоке О 2. Например, в некоторых вариантах выполнения может использоваться окружающий воздух. Однако в частных вариантах выполнения может быть предпочтительной очистка кислорода. Например, О 2 может быть обеспечен в виде потока с молярным содержанием О 2, составляющим по меньшей мере 85%. Описаны также другие частные варианты выполнения. В частных вариантах выполнения поток продуктов горения может иметь температуру по меньшей мере приблизительно 1000 С. Кроме того, поток продуктов горения может иметь давление, составляющее по меньшей мере приблизительно 90% от давления СО 2, вводимого в камеру сгорания, или по меньшей мере 95% от этого давления. В некоторых вариантах выполнения отношение давления потока продуктов горения на входе турбины к давлению выхлопного потока турбины на выходе турбины может составлять приблизительно от 1,5 до 10 или может быть приблизительно от 2 до 8. Другие возможные отношения давлений рассмотрены далее. Изобретение может отличаться соотношением содержаний конкретных веществ, вводимых в камеру сгорания. Например, отношение СО 2, содержащегося в циркулирующей текучей среде на основе СО 2,к углероду, содержащемуся в топливе, вводимом в камеру сгорания, в молярном выражении может быть приблизительно от 10 до 50 или может быть от 10 до 30. Другие возможные соотношения содержаний рассмотрены далее. Изобретение может отличаться тем, что по меньшей мере часть СО 2, содержащегося в выхлопном потоке турбины, может быть использована повторно и введена обратно в камеру сгорания. По меньшей мере часть СО 2 может быть выведена из системы (например, с целью удаления или другого сброса), на-2 024796 пример, через трубопровод. В частных вариантах выполнения содержащийся в выхлопном потоке турбины СО 2 может находиться в газообразном состоянии. Конкретно, выхлопной поток турбины может иметь давление менее 7 МПа или равное ему. В других вариантах выполнения предлагаемый способ может включать пропускание выхлопного потока турбины по меньшей мере через один теплообменник, охлаждающий выхлопной поток турбины и обеспечивающий поток циркулирующей текучей среды на основе СО 2 с температурой менее приблизительно 200 С. Это может быть полезным для обеспечения потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 с параметрами, облегчающими удаление одной или нескольких вторичных компонент (т.е. компонент, отличных от СО 2). В частных вариантах выполнения это может включать пропускание выхлопного потока турбины через последовательность по меньшей мере из двух теплообменников. Точнее сказать, первый теплообменник в последовательности может воспринимать выхлопной поток турбины и понижать его температуру, причем первый теплообменник выполнен из высокотемпературного сплава,выдерживающего температуру по меньшей мере приблизительно 900 С. Предлагаемый в изобретении способ может включать выполнение одной или нескольких стадий разделения потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 с целью удаления одной или нескольких вторичных компонент, присутствующих в потоке циркулирующей текучей среды на основе СО 2 наряду с СО 2, как описано выше. В частности, одна или несколько вторичных компонент могут включать воду. Предлагаемые в изобретении способы могут включать повышение давления потока СО 2. Например,после расширения потока продуктов горения и охлаждения выхлопного потока турбины может быть предпочтительным повышение давления потока для возвращения его обратно в камеру сгорания. В частности, способы могут включать пропускание потока циркулирующей текучейсреды на основе СО 2 через один или несколько компрессоров (например, насосов) для его сжатия до давления, составляющего по меньшей мере 8 МПа. Это может также включать пропускание потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 через последовательность по меньшей мере из двух компрессоров с целью повышения его давления. В некоторых вариантах выполнения давление потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 может быть доведено до давления, составляющего по меньшей мере приблизительно 15 МПа. Могут быть предпочтительными и другие диапазоны давления, отличные от приведенных. В других вариантах выполнения сжатый поток циркулирующей текучей среды на основе СО 2 может быть обеспечен, в частности, в сверхкритическом состоянии. В некоторых вариантах выполнения по меньшей мере часть СО 2 в виде потока сжатой циркулирующей текучей среды отводится в трубопровод высокого давления для удаления (или другого сброса), как уже отмечалось выше. Кроме повышения давления предлагаемые в изобретении способы могут также включать нагревание предварительно охлажденного потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 для его введения обратно в камеру сгорания (т.е. повторного использования потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2). В некоторых вариантах выполнения это может включать нагревание сжатого потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 до температуры по меньшей мере приблизительно 200 С, по меньшей мере приблизительно 400 С или по меньшей мере приблизительно 700 С. В некоторых вариантах выполнения сжатый поток циркулирующей текучей среды на основе CO2 может быть нагрет до температуры, меньшей температуры выхлопного потока турбины не более чем на 50 С. Другие возможные температурные диапазоны рассмотрены далее. В частности, такое нагревание может включать пропускание потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 через тот же теплообменник(и), что используется для охлаждения выхлопного потока турбины. Такое нагревание может также включать подачу тепла от внешнего источника (т.е. отличного от тепла, переданного в теплообменниках). В частных вариантах выполнения нагревание может включать использование тепла, отведенного от блока выделения О 2. Предпочтительно это дополнительное тепло вводится на холодном краю теплообменного блока (или в случае использования последовательности теплообменников перед тем теплообменником в последовательности, который действует в наивысшем температурном диапазоне). В некоторых вариантах выполнения изобретение может отличаться основными свойствами потока продуктов горения, что дает возможность его опционного применения в различных турбинах. Например,в некоторых вариантах выполнения поток продуктов горения может представлять собой восстановительную текучую среду, содержащую одну или несколько горючих компонент (например, компонент, выбираемых из группы, включающей H2, CO, CH4, H2S, NH3 и их сочетание). Это может регулироваться отношением О 2 к используемому топливу. В некоторых вариантах выполнения поток продуктов горения может содержать полностью окисленные компоненты, такие как СО 2, Н 2 О и SO2, а также восстановленные компоненты, перечисленные выше. Фактически полученный состав может зависеть от отношения O2 к используемому топливу на входе в камеру сгорания с испарительным охлаждением. В частности, турбина, используемая в таких вариантах выполнения, может содержать два или более блоков, каждый из которых имеет вход и выход. В частных вариантах выполнения блоки турбины могут действовать таким образом, что рабочие температуры на входах каждого из блоков в основном одинаковы. Это может включать добавление некоторого количест-3 024796 ва О 2 к потоку текучей среды на выходе первого турбинного блока (или предшествующего турбинного блока при использовании трех или более блоков). Подача О 2 может дать возможность сжигания одной или нескольких горючих компонент, приведенных выше, что повышает температуру потока до его поступления в следующую турбину последовательности. Это дает возможность максимизации мощности,получаемой от газообразных продуктов горения в присутствии циркулирующей текучей среды. В других вариантах выполнения выхлопной поток турбины может представлять собой окислительную текучую среду. Например, выхлопной поток турбины может содержать избыточное количество О 2. В некоторых вариантах выполнения изобретение может отличаться состоянием различных потоков. Например, после стадии расширения в турбине потока продуктов горения выхлопной поток турбины может быть в газообразном состоянии. Этот газ может быть пропущен через по меньшей мере один теплообменник для охлаждения газообразного выхлопного потока турбины с целью отделения СО 2 от любых вторичных компонент. После чего по меньшей мере часть выделенного СО 2 может подвергаться сжатию с преобразованием в сверхкритическое состояние текучей среды и повторно пропускаться через тот же теплообменник(и) для нагревания СО 2 с целью его повторного введения в камеру сгорания. В частных вариантах выполнения температурная разница между температурой выхлопного потока турбины,поступающего в теплообменник (или в первый теплообменник при использовании последовательности) после стадии расширения, и температурой нагретой, сжатой, сверхкритической циркулирующей текучей среды на основе СО 2, выходящей из того же теплообменника для повторного введения в камеру сгорания, может быть менее приблизительно 50 С. Как отмечено выше, поток текучей среды, выходящий из работающей на топливе камеры сгорания,может содержать циркулирующую текучую среду на основе СО 2, а также одну или несколько дополнительных компонент, таких как продукты горения. В некоторых вариантах выполнения может быть целесообразным повторно использовать по меньшей мере часть СО 2, и вводить его в работающую на топливе камеру сгорания. Поэтому циркулирующая текучая среда может быть повторно используемой текучей средой. Конечно, в качестве циркулирующей текучей среды может быть использован СО 2 от внешнего источника. Выхлопной газ турбины может охлаждаться в работающем на отходящем газе теплообменнике, и полученное тепло может использоваться для нагревания находящегося под высоким давлением,повторно используемого СО 2. Охлажденные выхлопные газы турбины, выходящие с низкотемпературного края теплообменника, могут содержать компоненты, полученные из топлива или в процессе горения,такие как Н 2 О, SO2, SO3, NO, NO2, Hg и HCl. В других вариантах выполнения эти компоненты могут быть удалены из потока с использованием соответствующих способов. Другие компоненты этого потока могут содержать инертные, газообразные посторонние включения, полученные из топлива или окислителя, такие как N2, аргон (Ar) и избыточный О 2. Они могут быть удалены с использованием соответствующих процессов разделения. В дополнительных вариантах выполнения выхлопные газы турбины должны находиться под давлением, меньшим, чем давление конденсации СО 2, заключенного в этих газах, при температуре, допустимой в средствах охлаждения, так чтобы не могло образоваться СО 2 в жидкой фазе при охлаждении выхлопных газов, так как это дает возможность эффективного отделения воды в виде жидкости от газообразного СО 2, который будет содержать минимальное количество водяных паров. В дополнительных вариантах выполнения очищенный СО 2 может быть теперь подвергнут сжатию для получения потока находящейся под высокими давлением, повторно используемой циркулирующей текучей среды на основе СО 2 вместе по меньшей мере частью СО 2 в виде текучей среды, представляющей собой окисленный углерод, полученный из углерода, содержащегося в топливе, вводимом в камеру сгорания, которая может быть подана в трубопровод высокого давления для удаления. Возможность передачи СО 2 непосредственно из процесса горения в трубопровод высокого давления с минимальной дополнительной обработкой или сжатием благодаря высокому давлению выхлопного потока турбины является особым преимуществом перед известными способами, в которых СО 2 извлекается при близком к атмосферному давлении (т.е. приблизительно 0,1 МПа) или выбрасывается в атмосферу. Кроме того, согласно настоящему изобретению предназначенный для удаления СО 2 может быть перемещен таким образом, который более эффективен и экономичен по сравнению с известным уровнем техники. Удельная теплоемкость циркулирующей текучей среды на основе СО 2, поступающей в теплообменник в идеале под давлением выше критического, высока и снижается с ростом температуры. Это особенное большое преимущество с точки зрения части низкотемпературного тепла, отводимого от внешнего источника. Например, это может быть подача пара низкого давления, обеспечивающего тепло при конденсации. В дополнительных вариантах выполнения этим источником может быть тепло, получаемое при работе воздушного компрессора, используемого в установке криогенного разделения воздуха, подающей окислитель в камеру сгорания в адиабатическом режиме, причем это получающееся при сжатии тепло без промежуточного охлаждения передается движущемуся в замкнутом цикле потоку теплопередающей текучей среды, используемой для сообщения тепла потоку циркулирующей текучей среды на основе СО 2. В одном из вариантов выполнения предлагаемого в изобретении способа производства энергии могут производиться следующие действия: вводят топливо, О 2 и циркулирующую текучую среду на основе СО 2 в камеру сгорания, причем СО 2 вводят в камеру сгорания под давлением по меньшей мере приблизительно 8 МПа и при температуре по меньшей мере приблизительно 200 С; сжигают топливо, обеспечивая поток продуктов горения, содержащий СО 2 и имеющий температуру по меньшей мере приблизительно 800 С; обеспечивают расширение потока продуктов горения с целью выработки энергии в турбине, имеющей вход, предназначенный для приема потока продуктов горения, и выход предназначенный для выброса выхлопного потока турбины, содержащего СО 2, при этом отношение давления потока продуктов горения на входе к давлению выхлопного потока турбины на выходе составляет менее приблизительно 12; отводят тепло от выхлопного потока турбины путем пропускания его через теплообменный блок,обеспечивая охлаждение выхлопного потока турбины; удаляют из охлажденного выхлопного потока турбины одну или несколько вторичных компонент,присутствующих в охлажденном выхлопном потоке турбины в дополнение к СО 2, обеспечивая очищенный охлажденный выхлопной поток турбины; подвергают очищенный охлажденный выхлопной поток турбины сжатию в первом компрессоре до давления, превосходящего критическое давление для СО 2, обеспечивая поток сверхкритической циркулирующей текучей среды на основе СО 2; охлаждают поток сверхкритической циркулирующей текучей среды на основе СО 2 до температуры,при которой ее плотность составляет по меньшей мере приблизительно 200 кг/м 3; пропускают сверхкритическую, высокоплотную циркулирующую текучую среду на основе СО 2 через второй компрессор, подвергая ее сжатию до давления, требуемого для ввода в камеру сгорания; пропускают сверхкритическую, высокоплотную, находящуюся под высоким давлением циркулирующую текучую среду на основе СО 2 через тот же теплообменных блок, так что отведенное тепло используется для повышения температуры циркулирующей текучей среды на основе СО 2; подводят дополнительное количество тепла к сверхкритической, высокоплотной, находящейся под высоким давлением циркулирующей текучей среде на основе СО 2, так чтобы разница между температурой циркулирующей текучей среды на основе СО 2, выходящей из теплообменного бока для повторного использования в камере сгорания, и температурой выхлопного потока турбины составляла менее приблизительно 50 С; и повторно используют нагретую, сверхкритическую, высокоплотную циркулирующую текучую среду на основе СО 2 в камере сгорания. В частных вариантах выполнения предлагаемые системы и способы могут быть особенно полезными в сочетании с существующими энергетическими системами и способами (например, обычными работающими на сжигании угля электростанциями, ядерными реакторами и другими системами и способами,в которых могут использоваться обычные бойлерные системы). В некоторых вариантах выполнения между стадией расширения и стадией отвода тепла, описанными выше, предлагаемые способы могут включать пропускание выхлопного потока турбины через второй теплообменный блок. В таком втором теплообменном блоке тепло от выхлопного потока турбины может использоваться для нагревания одного или нескольких потоков, получаемых от паровой энергетической системы (например, обычной бойлерной системы, включая работающие на сжигании угля электростанции и ядерные реакторы). Подогретые таким образом паровые потоки могут быть затем пропущены через одну или несколько турбин с целью производства энергии. Выходящие из турбин потоки могут быть затем обработаны путем циклического пропускания через компоненты обычной энергетической системы (например, бойлеры). В дополнительных вариантах выполнения предлагаемый в изобретении способ может отличаться одной или несколькими стадиями из следующих: охлаждение выхлопного потока турбины до температуры, ниже точки росы для воды; дальнейшее охлаждение выхлопного потока турбины охлаждающей средой с температурой окружающего воздуха; конденсация воды вместе с одной или несколькими вторичными компонентами с образованием раствора, содержащего одно или несколько веществ из следующих: H2SO4, HNO3, HCl и ртуть; повышение давления охлажденного выхлопного потока турбины до значения, меньшего, чем приблизительно 15 МПа; отведение направляемого в трубопровод потока СО 2 от сверхкритической, высокоплотной, находящейся под высоким давлением циркулирующей текучей среды на основе СО 2 до пропускания через теплообменный блок; использование в качестве топлива продуктов неполного сгорания; сжигание углеродосодержащего топлива с О 2 в присутствии циркулирующей текучей среды на основе СО 2, при этом углеродосодержащее топливо, О 2 и циркулирующая текучая среда на основе СО 2 обеспечиваются в таком соотношении, что углеродосодержащее топливо окисляется только частично,образуя поток продуктов неполного сгорания, содержащий негорючие компоненты, CO2 и одно или несколько веществ из группы, включающей Н 2, CO, СН 4, H2S и NH3; обеспечение углеродосодержащего топлива, O2 и циркулирующей текучей среды на основе CO2 в таком соотношении, что температура потока продуктов неполного сгорания достаточно низка, чтобы все негорючие компоненты в потоке находились в виде твердых частиц; пропускание потока частично окисленных продуктов горения через один или несколько фильтров; использование фильтра для снижения количества остаточных негорючих компонент до величины,менее чем приблизительно 2 мг/м 3 частично окисленных продуктов горения; использование угля, лигнита или нефтяного кокса в качестве топлива; обеспечение измельченного топлива в виде пульпы с CO2; В дополнительных вариантах выполнения изобретение может быть представлено как способ производства энергии, при выполнении которого вводят углеродосодержащее топливо, O2 и циркулирующую текучую среду на основе CO2 в камеру сгорания с испарительным охлаждением, причем CO2 вводят под давлением по меньшей мере приблизительно 8 МПа и при температуре по меньшей мере приблизительно 200 С; сжигают топливо, обеспечивая поток продуктов горения, содержащий CO2 и имеющий температуру по меньшей мере приблизительно 800 С; обеспечивают расширение потока продуктов горения с целью выработки энергии в турбине, имеющей вход, предназначенный для приема потока продуктов горения, и выход предназначенный для выброса выхлопного потока турбины, содержащего CO2, при этом отношение давления потока продуктов горения на входе к давлению выхлопного потока турбины на выходе составляет менее приблизительно 12; пропускают выхлопной поток турбины через последовательность по меньшей мере из двух теплообменников, отбирающих тепло от выходного потока турбины и обеспечивающих поток циркулирующей текучей среды на основе CO2; удаляют из потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 одну или несколько вторичных компонент, присутствующих в нем наряду с СО 2; пропускают поток циркулирующей текучей среды на основе СО 2 через последовательность по меньшей мере из двух компрессоров, повышающих давление циркулирующей текучей среды на основе СО 2 по меньшей мере приблизительно до 8 МПа и преобразующих СО 2, содержащийся в циркулирующей текучей среде, из газообразного состояния в сверхкритическое состояние; и пропускают сверхкритическую циркулирующую текучую среду на основе СО 2 через ту же последовательность из двух теплообменников, которая используется для отвода тепла, с целью повышения температуры циркулирующей текучей среды на основе СО 2 по меньшей мере приблизительно до 200 С (или опционно до температуры, меньшей температуры выхлопного потока турбины не более чем приблизительно на 50 С). Это, в частности, может включать введение дополнительного тепла от внешнего источника (например, источника тепла, получаемого не от прохождения выхлопного потока турбины через теплообменник(и. В дополнительных вариантах выполнения изобретение может отличаться обеспечением высокоэффективного способа производства энергии при сжигании углеродосодержащего топлива без выброса СО 2 в атмосферу. В частности, при выполнении способа могут выполняться следующие действия: вводят углеродосодержащее топливо, О 2 и повторно используемую циркулирующую текучую среду на основе СО 2 в камеру сгорания с испарительным охлаждением в определенном стехиометрическом соотношении, причем СО 2 вводят под давлением по меньшей мере приблизительно 8 МПа и при температуре по меньшей мере приблизительно 200 С; сжигают топливо, обеспечивая поток продуктов горения, содержащий СО 2 и имеющий температуру по меньшей мере приблизительно 800 С; обеспечивают расширение потока продуктов горения с целью выработки энергии в турбине, имеющей вход, предназначенный для приема потока продуктов горения, и выход предназначенный для выбросавыхлопного потока турбины, содержащего СО 2, при этом отношение давления потока продуктов горения на входе к давлению выхлопного потока турбины на выходе составляет менее приблизительно 12; пропускают выхлопной поток турбины через последовательность по меньшей мере из двух теплообменников, отбирающих тепло от выходного потока турбины и обеспечивающих поток циркулирующей текучей среды на основе СО 2; пропускают поток циркулирующей текучей среды на основе СО 2 через последовательность по меньшей мере из двух компрессоров, повышающих давление циркулирующей текучей среды на основе СО 2 по меньшей мере приблизительно до 8 МПа и преобразующих СО 2, содержащийся в циркулирующей текучей среде, из газообразного состояния в сверхкритическое состояние; пропускают поток циркулирующей текучей среды на основе СО 2 через блок разделения, в котором стехиометрически необходимое количество СО 2 отводят и направляют в камеру сгорания, а избыток СО 2 отбирают без выброса в атмосферу; и пропускают сверхкритическую циркулирующую текучую среду на основе СО 2 через ту же последовательность по меньшей мере из двух теплообменников, которая используется для отвода тепла, с целью повышения температуры циркулирующей текучей среды на основе СО 2 по меньшей мере приблизитель-6 024796 но до 200 С (или опционно до температуры, меньшей температуры выхлопного потока турбины не более чем приблизительно на 50 С) перед вводом в камеру сгорания; при этом эффективность сжигания составляет более 50%, и эта эффективность подсчитывается как отношение полезной мощности к общей теплотворной способности углеродосодержащего топлива, сжигаемого при выработке мощности. В другом частном варианте выполнения изобретение может быть представлено как обеспечивающее систему производства энергии. В частности, предлагаемая в изобретении система производства энергии может сдержать камеру сгорания с испарительным охлаждением, энергетическую турбину, по меньшей мере один теплообменник и по меньшей мере один компрессор. В частных вариантах выполнения камера сгорания с испарительным охлаждением может иметь по меньшей мере один вход, служащий для приема углеродосодержащего топлива, О 2 и потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2. Камера сгорания может иметь по меньшей мере одну ступень горения топлива в присутствии циркулирующей текучей среды на основе CO2, а также обеспечивать поток продуктов горения, содержащий СО 2 под определенными давлением (например, по меньшей мере приблизительно 8 МПа) и температуре (например, по меньшей мере приблизительно 800 С). Энергетическая турбина может сообщаться с камерой сгорания и может иметь вход, служащий для приема потока продуктов горения, и выход, для выброса выхлопного потока турбины, содержащего СО 2. Турбина может быть выполнена с возможностью регулирования перепада давления, так что отношение давления потока продуктов горения на входе к давлению выхлопного потока турбины на выходе составляет менее приблизительно 12. С турбиной может сообщаться по меньшей мере один теплообменник, принимающий поток выхлопов турбины. Теплообменник(и) может передавать тепло от выхлопного потока турбины потоку циркулирующей текучей среды на основе СО 2. По меньшей мере с одним теплообменником может сообщаться по меньшей мере один компрессор. Компрессор(ы) может быть выполнен с возможностью повышения давления потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 до заданного значения. В добавление к вышесказанному предлагаемая в изобретении система выработки энергии может включать одно или несколько разделительных устройств, расположенных между по меньшей мере одним теплообменником и по меньшей мере одним компрессором. Такое разделительное устройство(а) может быть способным удалять одну или несколько вторичных компонент, присутствующих в циркулирующей текучей среде на основе СО 2 наряду с СО 2. Кроме того, система производства энергии может содержать вместе с этим блок выделения О 2, включающий одну или несколько компонент, генерирующих тепло. Поэтому система производства энергии может также содержать одну или несколько компонент переноса тепла, передающих тепло от блока выделения О 2 потоку циркулирующей текучей среды на основе СО 2 выше по потоку камеры сгорания. Как вариант, система производства энергии может содержать внешний источник тепла. Например, это может быть подача пара низкого давления, обеспечивающего тепло при конденсации. Поэтому система производства энергии может содержать одну или несколько компонент переноса тепла, передающих тепло от блока разделения воздуха потоку циркулирующей текучей среды на основе СО 2 выше по потоку камеры сгорания. В дополнительных вариантах выполнения предлагаемая в изобретении система производства тепла может содержать одну или несколько составляющих из следующих: первый компрессор, выполненный с возможностью повышения давления потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 до значения, превышающего критическое давление для СО 2; второй компрессор, выполненный с возможностью сжатия потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 до давления, требуемого для ввода в камеру сгорания; охлаждающее устройство, выполненное с возможностью охлаждения потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 до температуры, при которой ее плотность превышает приблизительно 200 кг/м 3; одну или несколько компонент теплопередачи, доставляющих тепло от внешнего источника циркулирующей текучей среде на основе СО 2 выше по потоку камеры сгорания и ниже по потоку второго компрессора; второй компрессор, расположенный выше по потоку камеры сгорания с испарительным охлаждением и сообщающийся с ней; один или несколько фильтров или разделительных устройств, расположенных между второй камерой сгорания и камерой сгорания с испарительным охлаждением; смесительное устройство, предназначенное для образования пульпы измельченного топлива с псевдоожижающей средой; размольное устройство для измельчения твердого топлива. В других вариантах выполнения настоящее изобретение может обеспечивать систему производства энергии, которая может содержать следующее: один или несколько инжекторов, предназначенных для обеспечения топлива, циркулирующей текучей среды на основе СО 2 и окислителя; камеру сгорания с испарительным охлаждением, имеющую по меньшей мере одну ступень горения топлива и обеспечи-7 024796 вающую выходной поток текучей среды под давлением по меньшей мере приблизительно 4 МПа (предпочтительно по меньшей мере приблизительно 8 МПа) и при температуре по меньшей мере приблизительно 800 С; энергетическую турбину, имеющую вход и выход, в которой энергия вырабатывается за счет расширения потока текучей среды, и в которой предусмотрено поддержание потока текучей среды при заданном давлении, так что отношение давления потока текучей среды на входе к выходному давлению составляет менее приблизительно 12; теплообменник, предназначенный для охлаждения потока текучей среды, поступающего с выхода турбины, и для нагревания циркулирующей текучей среды на основе СО 2; и одно или несколько устройств разделения потока текучей среды, выходящего из теплообменника, на СО 2 и одну или несколько других компонент, предназначенных для удаления или сброса. В дополнительных вариантах выполнения система производства энергии может также содержать одно или несколько устройств для отвода по меньшей мере части СО 2, отделенной от потока текучей среды, в трубопровод высокого давления. В частных вариантах выполнения предлагаемая в изобретении система может содержать одну или несколько компонент, обеспечивающих модернизацию, как описано выше, традиционной системы производства энергии, такой как работающая на сжигании угля электростанция, ядерный реактор и т.п. Например, энергетическая система может содержать два теплообменных блока (например, основной теплообменный блок и вспомогательный теплообменный блок). Основной теплообменный блок может быть, в основном, блоком, описанным выше, и вспомогательный теплообменный блок может быть блоком, пригодным для передачи тепла от выхлопного потока турбины одному или нескольким паровым потокам(например, от бойлера, соединенного с обычной системой производства энергии) для получения потоков перегретого пара. Таким образом, предлагаемая в изобретении система производства энергии может содержать вспомогательный теплообменный блок, расположенный между турбиной, с которой он сообщается, и основным теплообменным блоком. Аналогично система производства энергии может содержать бойлер, сообщающийся со вспомогательным теплообменным блоком по меньшей мере одним паровым потоком. Кроме того, система производства энергии может содержать вспомогательную турбину для производства энергии, имеющую вход,предназначенный для приема по меньшей мере одного парового потока со вспомогательного теплообменного блока. Таким образом, система может быть представлена как содержащая основную энергетическую турбину и вспомогательную энергетическую турбину. Основная турбина может представлять собой турбину, сообщающуюся с предлагаемой в изобретении камерой сгорания. Вспомогательная турбина может представлять собой турбину, сообщающуюся с паровым потоком, в частности с потоком перегретого пара, доведенного до перегретого состояния за счет тепла от выхлопного потока основной энергетической турбины. Такая система с добавленными одной или несколькими компонентами из обычной системы производства энергии, рассмотрена в настоящем описании, в частности, в связи с фиг. 12 и примером 2. Использование терминов основная энергетическая турбина и вспомогательная энергетическая турбина не должно рассматриваться как ограничение объема изобретения и служит исключительно для внесения ясности в описание. В другом частном варианте выполнения изобретения внешний поток может нагреваться на высокотемпературном краю теплообменника путем передачи тепла, получающегося при охлаждении выхлопного потока турбины, и в результате находящийся под высоким давлением используемый повторно поток выходит из теплообменника и поступает в камеру сгорания при низкой температуре. В этом случае количество топлива, сжигаемое в камере сгорания, может быть увеличено, так чтобы сохранить температуру на входе турбины. Теплотворная способность дополнительного топлива эквивалентна избыточной тепловой нагрузке на теплообменнике. В некоторых вариантах выполнения изобретение может отличаться возможностью обеспечения технологической установки, выдающей полезную мощность из счет циркуляции текучей среды, содержащей в основном СО 2. В других вариантах выполнения в изобретении обеспечен способ, для которого могут быть установлены конкретные параметры. В частных вариантах изобретение может отличаться выполнением одного или нескольких действий или устройствами, пригодными для проведения таких действий: повышение давления циркулирующей текучей среды на основе СО 2 до значения, превышающего критическое давление для СО 2; непосредственное сжигание твердого, жидкого или газообразного водородосодержащего топлива в атмосфере в основном чистого О 2 при одновременном смешивании с обогащенной СО 2 сверхкритической, циркулирующей текучей средой для получения требуемой температуры на входе турбины, например, превышающей приблизительно 500 С (или другого температурного диапазона, как описано); расширение в турбине сверхкритического потока, сформированного продуктами горения и повторно используемой текучей средой, обогащенной СО 2, с получением полезной мощности, в частности расширение до достижения давления, превышающего приблизительно 2 МПа, но лежащего ниже значения,при котором появляется СО 2 в жидкой фазе, если текучую среду охлаждать до температуры, совместимой с использованием действующих при температуре окружающей среды охлаждающих средств (например, приблизительно 7,3-7,4 МПа); введение выхлопных газов турбины в теплообменник, в котором выхлопные газы охлаждаются, а тепло передается повторно используемой, сверхкритической текучей среде, обогащенной СО 2; охлаждение содержащего СО 2 потока, выходящего из теплообменника, в работающем при температуре окружающей среды охлаждающем средстве, и разделение воды в жидкой фазе, содержащей по меньшей мере в небольших концентрациях СО 2, и газообразного СО 2, содержащего по меньшей мере в небольшом количестве пары воды; выполнение отделения воды способом, обеспечивающим требуемое время сохранения (например,10 секунд) непосредственного контакта между газообразным СО 2 и жидкой водой или слабокислой фазой, так чтобы могла происходить реакция, в которой участвуют SO2, SO3, Н 2 О, NO, NO2, О 2 и (или) Hg,икоторая приводит к конверсии более 98% сернистых соединений, присутствующих в потоке, в H2SO4, к конверсии более 90% оксидов азота, присутствующих в потоке, в HNO3 и к конверсии более 80% ртути,присутствующей в потоке, в растворимые соединения ртути; отделение неконденсируемых компонент (таких как N2, Ar и О 2) от газообразного СО 2 путем охлаждения до температуры, близкой к точке замерзания СО 2, с отделением газожидкостной фазы, оставляяN2, Ar и О 2 преимущественно в газообразной фазе; повышение давления потока очищенного газообразного СО 2 в газовом компрессоре до значения,при котором при охлаждении в охлаждающем средстве, действующем при температуре окружающей среды, будет получаться высокоплотная текучая среда на основе СО 2 (например, с плотностью по меньшей мере приблизительно 200 кг/м 3, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 300 кг/м 3, и еще более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 400 кг/м 3); охлаждение сжатого СО 2 в охлаждающем средстве, действующем при температуре окружающей среды, с формированием высокоплотной сверхкритической текучей среды на основе СО 2 (например, с плотностью по меньшей мере приблизительно 200 кг/м 3, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 300 кг/м 3, и еще более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 400 кг/м 3); повышение давления высокоплотной текучей среды на основе CO2 в компрессоре до значения, превышающего критическое давление для СО 2; разделение потока СО 2 высокого давления на два отдельных потока -первый, поступающий на холодный край теплообменника, и второй, нагреваемый с использованием внешнего источника тепла, доступного при температуре, ниже приблизительно 250 С; способствование эффективной теплопередаче (включая опционное использование внешнего источника тепла), так чтобы разница между температурой выхлопного потока турбины, поступающего на горячий край теплообменника, и температурой циркулирующей текучей среды на основе СО 2, выходящей с горячего края того же теплообменника, составляла менее приблизительно 50 С (или другого приведенного в данном описании температурного порога); повышение давления циркулирующей текучей среды на основе СО 2 до значения приблизительно от 8 МПа до 50 МПа (или другого диапазона давлений, приведенного здесь); смешивание потока О 2 по меньшей мере с частью потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 и потоком углеродосодержащего топлива с формированием единого потока текучей среды (или пульпы, если используется пылеобразное твердое топливо), находящегося при температуре, ниже температуры самовозгорания топлива, и соотношение в котором подбирается так, чтобы обеспечить температуру адиабатического пламени в диапазоне приблизительно от 1200 до 3500 С (или в другом температурном диапазоне, приведенном в данном описании); смешивание по меньшей мере части циркулирующей текучей среды на основе СО 2 с продуктами горения с формированием потока текучей среды, имеющего температуру в диапазоне приблизительно от 500 до 1600 С (или в другом температурном диапазоне, приведенном в данном описании); создание выхлопного потока турбины, имеющего давление приблизительно от 2 до 7,3 МПа (или в другом диапазоне давлений, приведенном в данном описании); внешний нагрев потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 c использованием тепла сжатия, вырабатываемого при действии (в частности, в адиабатическом режиме) одного или нескольких воздушных компрессоров, входящих в установку криогенного получения О 2, и (или) при действии компрессора СО 2 (в частности, в адиабатическом режиме), причем тепло переносится за счет циркуляции соответствующей теплопередающей текучей среды (включая саму циркулирующую текучую среду на основеCO2); нагревание одного или нескольких внешних потоков текучей среды в теплообменнике эквивалентным количеством добавочного топлива, сжигаемого в камере сгорания, при этом один или несколько внешних потоков текучей среды могут включать пар, перегретый в теплообменнике; использование тепла, получаемого при конденсации пара, поступающего от внешнего источника,для внешнего нагревания части потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2; охлаждение в теплообменнике содержащего СО 2 потока (выходящего с холодного края теплообменника) с целью обеспечения тепла для подогрева обеспечиваемого извне потока текучей среды; обеспечение входного потока О 2, в котором молярная концентрация О 2 составляет по меньшей мере приблизительно 85% (или в другом диапазоне концентраций, приведенном в данном описании); действие камеры сгорания таким образом, что концентрация О 2 в общем газовом потоке, выходящем из камеры сгорания (т.е. в потоке продуктов горения) и поступающем в турбину, составляет более приблизительно 0,1 молярного% (мол.%); выполнение способа производства энергии таким образом, что используется только одна энергетическая турбина; выполнение способа производства энергии таким образом, что используется только одна камера сгорания в основном для полного сжигания углеродосодержащего топлива, вводимого в нее; действие камеры сгорания таким образом, что количество кислорода в потоке О 2, поступающем в камеру сгорания, ниже количества, требуемого для стехиометрического горения потока топлива, входящего в камеру сгорания, что приводит к образованию в потоке продуктов горения или Н 2, или монооксида углерода (СО), или обоих вместе; и выполнение способа с использованием двух или более турбин, каждая из которых имеет определенное входное давление, причем или Н 2, или СО, или оба вместе присутствуют в выхлопном потоке,выходящем из первой турбины (и последующих турбин в случае их наличия за исключением конечной турбины в последовательности турбин), и часть или весь Н 2 и СО сжигается за счет добавления потока О 2 до входа во вторую и последующие турбины для повышения рабочей температуры каждой из второй и последующих турбин до более высокого значения, что приводит к наличию избытка О 2 в выхлопном потоке последней турбины, составляющем приблизительно более 0,1 мол.%. В дополнительных вариантах выполнения настоящего изобретения могут обеспечиваться одно или несколько следующих действий: нагревание циркулирующей текучей среды на основе СО 2 в устройстве теплообменника за счет охлаждения выхлопного потока турбины, так что выхлопной поток турбины охлаждается до температуры,ниже точки росы содержащейся в нем воды; охлаждение выхлопного потока турбины охлаждающим средством, действующим при температуре окружающей среды, и конденсация воды вместе с образовавшимися из топлива и в процессе горения посторонними включениями, в том числе H2SO4, HNO3, HCl и другие примеси, такие как Hg и другие металлы в виде гетерополярных соединений в растворе; повышение давления циркулирующей текучей среды на основе СО 2 в первом компрессоре до значения, превышающего критическое давление, но не превышающее 10 МПа; охлаждение циркулирующей текучей среды до точки, в которой ее плотность превышает 600 кг/м 3; повышение в компрессоре давления высокоплотной циркулирующей текучей среды на основе СО 2 до значения, требуемого для преодоления перепада давлений в системе и подачи циркулирующей текучей среды на основе СО 2 в камеру сгорания; выведение продуктового потока (предназначенного для трубопроводной транспортировки) СО 2, содержащего в основном весь СО 2, образованный при горении углерода, содержащегося в потоке топлива,причем поток СО 2 отбирается или из выходного потока первого компрессора, или из второго компрессора; сообщение дополнительного количества тепла циркулирующей текучей среде на основе СО 2 при температуре, превышающей точку росы для воды, или непосредственно в теплообменнике, или путем нагревания вспомогательного потока, содержащего часть циркулирующей текучей среды на основе СО 2,так что разница температур между циркулирующей текучей средой на основе СО 2 и выхлопами турбины на горячем краю теплообменника составляет менее 50 С; использование топлива, содержащего углеродосодержащее топливо, образующее негорючий остаток при горении, который частично окисляется в камере сгорания с испарительным охлаждением с образованием потока, включающего Н 2, CO, СН 4, H2S, NH3 и негорючий остаток, причем в камеру сгорания подается часть циркулирующей текучей среды на основе СО 2 для охлаждения частично окисленных продуктов горения до температуры от 500 до 900 С, при которой шлак присутствует в виде твердых частиц,которые могут быть полностью удалены из выходного потока текучей среды устройством фильтрации; обеспечение разницы температур между охлаждающимся выхлопным потоком турбины и нагревающимся потоком циркулирующей текучей среды на основе СО 2 в точке, где вспомогательный поток повторно смешивается с отдельно нагретым потоком циркулирующей текучей среды на основе СО 2, составляющей от 10 до 50 С; обеспечение давления выхлопного потока турбины, выходящего с холодного края теплообменника,таким, чтобы не образовывалось жидкого СО 2 при охлаждении этого потока до отделения воды и посторонних примесей; использование по меньшей мере части выхлопного потока турбины для перегрева нескольких паровых потоков, получаемых от работающих на паре энергетических систем, соединенных с обычными бойлерными системами и ядерными реакторами; обеспечение дополнительного низкопотенциального тепла циркулирующему потоку СО 2 от пара,находящегося под одним или несколькими значениями давления и отобранного от внешнего источника,такого как электростанция; использование расширившегося выходного потока с холодного края теплообменного устройства для обеспечения нагревания по меньшей мере части конденсата, выходящего из конденсатора пара работающей на паре электростанции; использование для потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 дополнительного низкопотенциального тепла, получаемого от горячих выхлопов газовой турбины с открытым циклом; подача газа, полученного при частичном окислении угля, плюс СО 2 в качестве топлива во вторую камеру сгорания с целью их полного сжигания; действие одной камеры сгорания при отношении O2 к топливу таком, что часть топлива окисляется до продуктов окисления, содержащих СО 2, Н 2 О и SO2, и остальная часть топлива окисляется до компонент, содержащих Н 2, СО и H2S; действие двух турбин, при котором повышается общее требуемое отношение давлений за счет введения О 2 в выхлопной поток первой турбины с целью сжигания восстановленных компонент для повторного нагрева потока под промежуточным давлением до более высокой температуры перед его расширением при прохождении через вторую турбину. Настоящее изобретение охватывает еще дополнительные варианты выполнения по сравнению с описанными в связи с разными фигурами и (или) раскрытыми в прилагаемом описании изобретения,приведенном в данном документе. Краткое описание чертежей Далее изобретение рассмотрено более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - схематически изображение камеры сгорания с испарительным охлаждением, которая может быть использована в некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения; на фиг. 2 - приводимое в качестве примера схематическое поперечное сечение стенки испарительного элемента в устройстве камеры сгорания, которая может быть использована в некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения; на фиг. 3 А и 3 В - схематически процесс горячей посадки узла испарительного элемента устройства камеры сгорания, который может быть использован в некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения; на фиг. 4 - схематически предлагаемое устройство удаления посторонних включений, содержащихся в продуктах горения, которое может быть использовано в некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения; на фиг. 5 - блок-схема, иллюстрирующая энергетический цикл согласно одному из вариантов выполнения настоящего изобретения; на фиг. 6 - блок-схема, иллюстрирующая прохождение потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2 через разделительный блок согласно одному из вариантов выполнения настоящего изобретения; на фиг. 7 - блок-схема, иллюстрирующая сжатие с использованием двух или нескольких компрессоров или насосов в блоке повышения давления согласно одному из вариантов выполнения настоящего изобретения; на фиг. 8 - блок-схема, представляющая теплообменный блок согласно одному из вариантов выполнения настоящего изобретения, в котором используется последовательность из трех отдельных теплообменников; на фиг. 9 - блок-схема, представляющая турбинный блок, в котором используются две турбины последовательно, работающие в восстановительном режиме согласно одному из вариантов выполнения настоящего изобретения; на фиг. 10 - блок-схема, иллюстрирующая систему и способ производства энергии с использованием двух камер сгорания согласно одному из вариантов выполнения настоящего изобретения; на фиг. 11 - блок-схема, иллюстрирующая частный вариант системы и способа производства энергии согласно одному из вариантов выполнения настоящего изобретения; на фиг. 12 - блок-схема, иллюстрирующая другой вариант системы и способа производства энергии,включающий обычный работающий на сжигании угля бойлер согласно одному из вариантов выполнения настоящего изобретения. Осуществление изобретения Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на различные варианты выполнения. Эти варианты выполнения представлены так, чтобы данное описание было законченным и исчерпывающим,полностью раскрывая объем изобретения специалисту в данной области техники. Действительно, изобретение может быть реализовано во многих различных вариантах и не должно рассматриваться как ограниченное приведенными ниже вариантами выполнения, тем более что эти варианты представлены так,чтобы данное описание удовлетворяло всем действующим нормативным требованиям. В приведенном описании и в приложенной формуле изобретения использование форм единственного числа включает множественность объектов, до тех пор пока не оговорено иное. Настоящее изобретение обеспечивает системы и способы производства энергии за счет использования высокоэффективной камеры сгорания топлива (например, камеры сгорания с испарительным охлаж- 11024796 дением) и соответствующей циркулирующей текучей среды (например, циркулирующей текучей среды на основе СО 2). Циркулирующая текучая среда подается в камеру сгорания вместе с необходимым топливом, каким-то необходимым окислителем и другими соответствующими продуктами, обеспечивающими эффективное горение. В частных вариантах выполнения способы могут реализовываться с использованием камеры сгорания, работающей при очень высоких температурах (например, в диапазоне приблизительно от 1600 до 3300 С или в других температурных диапазонах, приведенных в данном описании), и присутствие циркулирующей текучей среды может выполнять функцию снижения температуры потока текучей среды, выходящего из камеры сгорания, так чтобы этот поток можно было использовать для преобразования энергии при ее производстве. В частности, для выработки мощности поток продуктов горения может расширяться при прохождении по меньшей мере в одной турбины. Расширенный газовый поток может охлаждаться для удаления из него различных компонент, таких как вода, и извлеченное из расширенного газового потока тепло может использоваться для нагрева циркулирующей текучей среды на основе СО 2. Очищенный поток циркулирующей текучей среды может быть затем сжат и нагрет для повторного направления через камеру сгорания (рециклирования). При желании часть СО 2 из потока продуктов горения (т.е. состоящая из СО 2, образовавшегося при горении содержащего углерод топлива в присутствии кислорода) может быть отведена для удаления или для другой цели, например для направления в трубопровод транспортировки СО 2). В системе и способах могут использоваться специфические параметры процесса и компоненты с целью достижения максимальной эффективности системы и способа, в частности, с точки зрения избежания выброса СО 2 в атмосферу. Как особо подчеркнуто в данном описании, в качестве примера циркулирующей текучей среды взята текучая среда на основе СО 2. Хотя согласно данному изобретению использование циркулирующей текучей среды на основе СО 2 представляет собой преимущественный вариант выполнения, такое раскрытие изобретения не должно рассматриваться как обязательно ограничивающее рамки циркулирующих текучих сред, которые могут использоваться в изобретении, до тех пор пока не оговорено иное. В некоторых вариантах выполнения в предлагаемой в изобретении системе производства энергии может использоваться циркулирующая текучая среда, содержащая преимущественно СО 2. Другими словами химическая природа циркулирующей текучей среды непосредственно перед вводом в камеру сгорания такова, что эта текучая среда содержит преимущественно СО 2. В этом смысле слово "преимущественно" может означать, что текучая среда имеет содержание СО 2 по меньшей мере приблизительно 90% молярной концентрации, по меньшей мере приблизительно 91% молярной концентрации, по меньшей мере приблизительно 92% молярной концентрации, по меньшей мере приблизительно 93% молярной концентрации, по меньшей мере приблизительно 94% молярной концентрации, по меньшей мере приблизительно 95% молярной концентрации, по меньшей мере приблизительно 96% молярной концентрации, по меньшей мере приблизительно 97% молярной концентрации, по меньшей мере приблизительно 98% молярной концентрации, по меньшей мере приблизительно 98% молярной концентрации. Циркулирующая текучая среда непосредственно перед поступлением в камеру сгорания предпочтительно содержит, по существу, только СО 2. В этом смысле фраза "по существу, только" может означать молярную концентрацию СО 2, равную по меньшей мере приблизительно 99,1%, по меньшей мере приблизительно 99,25%, по меньшей мере приблизительно 99,5%, по меньшей мере приблизительно 99,75%, по меньшей мере приблизительно 99,8%, по меньшей мере приблизительно 99,9%. В камере сгорания СО 2 может соединяться с одним или несколькими другими компонентами, которые могут получаться из топлива, любого окислителя и других производных от горения топлива. Таким образом, выходящая из камеры сгорания циркулирующая текучая среда, которая в данном случае может быть описана как поток продуктов горения, может содержать СО 2 наряду с меньшими количествами других продуктов, таких как Н 2 О, О 2,N2, Ar, SO2, SO3, NO, NO2, HCl, Hg, а также следы других компонент, которые могут получиться в процессе горения (например, частицы, такие как зола или сжиженная зола), включая другие горючие вещества. Как более подробно описано ниже, процесс горения может быть управляемым, так что свойство потока текучей среды могут быть или восстановительным или окислительным, что может обеспечить отдельно описанные преимущества. Системы и способы, предлагаемые в изобретении, могут объединять одну или несколько камер сгорания, пригодных для сжигания соответствующего топлива, как описано далее. Предпочтительно по меньшей мере одна камера сгорания, используемая в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой высокоэффективную камеру сгорания, способную обеспечить в основном полное сжигание топлива при относительно высокой температуре горения. Высокотемпературное горение может быть особенно полезным для обеспечения, по существу, полного сгорания топлива и таким образом максимальной эффективности. В различных вариантах выполнения высокотемпературное горение может означать горение при температуре по меньшей мере приблизительно 1200 С, по меньшей мере приблизительно 1300 С, по меньшей мере приблизительно 1400 С, по меньшей мере приблизительно 1500 С, по меньшей мере приблизительно 1600 С, по меньшей мере приблизительно 1750 С, по меньшей мере приблизительно 2000 С, по меньшей мере приблизительно 2500 С или по меньшей мере приблизительно 3000 С. В частных вариантах выполнения высокотемпературное горение может означать горение при температуре приблизительно от 1200 до 5000 С, приблизительно от 1500 до 4000 С, приблизительно от 1600 до 3500 С, приблизительно от 1700 до 3200 С, приблизительно от 1800 до 3100 С, приблизительно от 1900 до 3000 С или приблизительно от 2000 до 3000 С. В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения высокотемпературное горение может производиться с использованием камеры сгорания с испарительным охлаждением. Один из примеров камеры сгорания с испарительным охлаждением, которая может быть использована в данном изобретении, описан в патентной заявке US 12/714074, поданной 26.02.2010, содержание которой целиком включено в данную заявку в качестве ссылки. В некоторых вариантах выполнения камера сгорания с испарительным охлаждением, пригодная для использования в данном изобретении, может содержать одну или несколько теплообменных зон, одну или несколько охлаждающих текучих сред и одну или несколько испарительных текучих сред. Использование камеры сгорания с испарительным охлаждением согласно настоящему изобретению имеет особые преимущества над известным в предшествующем уровне техники сжиганием топлива для получения энергии. Например, использование испарительного охлаждения может быть полезным для предотвращения коррозии, образования осадка и эрозии в камере сгорания. Это дополнительно дает возможность камере сгорания работать в значительно более высоком температурном диапазоне, что позволяет полностью или в основном полностью сжигать используемое топливо. Эти и другие преимущества описаны далее. В одном из частных вариантов выполнения камера сгорания с испарительным охлаждением, пригодная для использования в данном изобретении, может содержать камеру сгорания, по меньшей мере,частично сформированную испарительным элементом, по меньшей мере, частично охваченным предохраняющей от давления защитной оболочкой. Камера сгорания может иметь входную часть и противолежащую ей выходную часть. Входная часть камеры сгорания выполнена с возможностью приема топливной смеси для ее сжигания в камере сгорания при некоторой температуре горения с образованием продуктов горения. Камера сгорания может быть также выполнена с возможностью направления продуктов горения к выходной части. Испарительный элемент может быть выполнен с возможностью направления сквозь него испаряющейся субстанции в камеру сгорания для предотвращения непосредственного взаимодействия между продуктами горения и испарительным элементом. Кроме того, испарительный элемент может быть введен в камеру сгорания для обеспечения требуемой выходной температуры продуктов горения. В частных вариантах выполнения испаряющаяся субстанция может, по меньшей мере,частично содержать циркулирующую текучую среду. Стенки камеры сгорания могут быть облицованы слоем пористого материала, сквозь который направляется и проходит испаряющаяся субстанция, такая как СО 2 и (или) Н 2 О. В других частных вариантах выполнения изобретения внутренняя испарительная часть 2332 может пролегать от входной части 222 А к выходной части 222 В испарительного элемента 230. В некоторых вариантах перфорированная/пористая структура внутренней испарительной части 2332 может занимать в основном весь промежуток (по оси) от входной части 222 А до выходной части 222 В, так что испаряющаяся текучая среда 210 вводится, по существу, по всей длине камеры 222 сгорания. То есть в основном вся внутренняя испарительная часть 2332 может быть выполнена с перфорированной/пористой структурой, так что испарительному охлаждению подвергается практически вся длина камеры 222 сгорания. В частности, в некоторых вариантах выполнения изобретения общая площадь перфорированного/пористого участка может быть в основном равной поверхности внутренней испарительной части 2332. В других частных вариантах выполнения перфорации/поры могут быть разнесены друг от друга на соответствующие расстояния, так что обеспечивается в основном равномерное распределение испаряющейся субстанции, поступающей от внутренней испарительной части 2332 в камеру 222 сгорания (т.е. не образуется никаких "мертвых зон", в которых нет потока или присутствия испаряющейся субстанции 210. В одном из вариантов на одном квадратном дюйме внутренней испарительной части 2332 может располагаться группа перфораций/пор в количестве 250250 на квадратный дюйм, что составляет 62500 пор/кв.дюйм, т.е. перфорации/поры располагаются друг от друга на расстоянии 0,004 дюйма (приблизительно 0,1 мм). Отношение площади пор к общей площади стенки (пористость в %) может составлять,например, приблизительно 50%. Поры в группе могут изменяться в широком диапазоне с целью приспособления к требуемым параметрам, например требуемому перепаду давления на испарительном элементе в зависимости от величины потока. В некоторых вариантах могут использоваться различные параметры группы приблизительно от 1010 до 1000010000 пор на дюйм при процентной пористости приблизительно от 10 до 80%. Поток испаряющейся субстанции через пористый испарительный слой и опционно через дополнительные средства может быть сконфигурирован так, чтобы обеспечивать требуемую общую температуру выходного потока текучей среды на выходе из камеры сгорания. В некоторых вариантах выполнения в качестве дополнения к описанному такая температура может составлять приблизительно от 500 до 2000 С. Этот поток может также служить для охлаждения испарительного элемента до температуры ниже максимально допустимой рабочей температуры материала, из которого выполнен испарительный элемент. Испаряющаяся субстанция может также служить для предотвращения попадания на стенки жидкого или твердого шлака или других загрязнений, имеющихся в топливе, которые могут привести к коррозии, загрязнению или другим повреждениям стенок. В таких случаях может быть желательным использовать для испарительного элемента материал с надлежащей теплопроводностью, чтобы имеющееся тепло могло отводиться в радиальном направлении наружу через пористый испарительный элемент и затем передаваться за счет конвективной теплопередачи от поверхностей пористого слоя текучей среде,проходящей по радиусу вовнутрь к испарительному слою. Такая конфигурация может обеспечить возможность нагрева следующей части разбавляющего потока, направляемого сквозь испарительный элемент, до температуры приблизительно от 500 до 1000 С, и одновременно поддерживать температуру пористого испарительного элемента в диапазоне, допустимом для использованного в нем материала. Пригодные материалы для пористого испарительного элемента могут включать, например, пористые керамики, сетки из тугоплавких металлических нитей, цилиндрические секции с просверленными отверстиями и (или) слои спеченного металла или спеченные металлические порошки. Второе предназначение испарительного элемента может состоять в том, чтобы обеспечить в основном постоянный, направленный по радиусу вовнутрь поток испаряющейся текучей среды, в том числе в продольном направлении камеры сгорания, для достижения хорошего перемешивания между потоком испаряющейся текучей среды и продуктами горения при распространении равномерного осевого потока вдоль длины камеры сгорания. Третье предназначение испарительного элемента может состоять в достижении скорости разбавляющей текучей среды радиально вовнутрь такой, чтобы создавать буфер или другим образом препятствовать ударам твердых и (или) жидких шлаковых включений или других загрязнений, содержащихся в продуктах горения, о поверхность испарительного слоя, приводящим к его забиванию или другим повреждениям. Такой фактор может иметь особое значение, например, при сжигании такого топлива, как уголь, после которого остается инертная негорючая компонента. Внутренняя стенка сосуда высокого давления камеры сгорания, охватывающая испарительный элемент, также может быть изолирована для локализации высокотемпературного потока испаряющейся среды в камере сгорания. Один из вариантов устройства камеры сгорания, предлагаемого в настоящем изобретении и приспособленного для работы на твердом топливе, схематически изображен на фиг. 1, на которой устройство камеры сгорания в общем обозначено ссылочным номером 220. В данном примере устройство 220 может быть выполнено с возможностью сжигания сыпучего твердого материала, такого как уголь, с образованием продуктов горения, хотя любые другие подходящие горючие углеродосодержащие материалы, рассмотренные в данном описании, также могут быть использованы в качестве топлива. Камера 222 сгорания может быть сформирована испарительным элементом 230, выполненным с возможностью пропускать через себя испаряющуюся текучую среду в камеру 222 сгорания (т.е. способствовать испарительному охлаждению и (или) буферному взаимодействию между продуктами горения и испарительным элементом 230). Для специалиста в данной области техники понятно, что испарительный элемент 230 может быть в основном цилиндрическим, так чтобы формировать в основном цилиндрическую камеру 222 сгорания, имеющую входную часть 222 А и противолежащую выходную часть 222 В. Испарительный элемент 230 может быть, по меньшей мере, частично окружен предотвращающим воздействие давления элементом 2338. Входная часть 222 А камеры 222 сгорания может быть приспособлена для приема топливной смеси из смесительного устройства, обозначенного в общем ссылочным номером 250. В других вариантах выполнения такое смесительное устройство может отсутствовать, и один или несколько продуктов, поступающих в камеру сгорания, могут отдельно вводиться через независимые входы. Согласно частным вариантам выполнения изобретения топливная смесь может сжигаться внутри камеры 222 сгорания при определенной температуре горения с образованием продуктов горения, причем камера 222 сгорания выполнена с возможностью направления этих продуктов к выходной части 222 В. С предотвращающим воздействие давления элементом 2338, может быть сопряжено средство 2350 теплоотвода (см.,например, фиг. 2), приспособленное для регулирования температуры этого элемента. В частных вариантах выполнения элемент 2350 теплоотвода может содержать теплообменный кожух, по меньшей мере,частично образованный стенкой 2336, противолежащей предотвращающему воздействие давления элементу 2338, при этом в образованных между ними водяных рубашках 2337 может циркулировать охлаждающая жидкость. В одном из вариантов выполнения циркулирующей жидкостью может быть вода. В одном из частных вариантов выполнения пористая внутренняя испарительная часть 2332 выполнена таким образом, чтобы направлять испаряющуюся текучую среду в камеру 222 сгорания, обеспечивая поступление испаряющейся субстанции 210 в камеру 222 сгорания в основном под прямым углом(90) относительно внутренней поверхности внутренней испарительной части 2332. Среди других преимуществ изобретения введение испаряющейся субстанции 210 в основном под прямым углом относительно внутренней испарительной части 2332 может способствовать эффекту или другими словами усиливать эффект направления жидких или твердых шлаковых включений или других загрязнений либо завихрений горячих продуктов горения от внутренней поверхности внутренней испарительной части 2332. Отсутствие контакта между жидкими или твердыми шлаковыми включениями предотвращает их слипание в большие образования или массы, что, как известно в предшествующем уровне техники, происходит из-за контакта включений или частиц с твердыми стенками. Введение испаряющейся субстанции 210 в основном под прямым углом относительно внутренней испарительной части 2332 может способство- 14024796 вать эффекту или другими словами усиливать эффект предотвращения формирования вблизи внутренней испарительной части вихрей продуктов горения с существенной компонентой скорости, перпендикулярной внутренней испарительной части, которые могут попадать на внутреннюю испарительную часть и повреждать ее. В таких случаях наружная испарительная часть 2331, предотвращающий воздействие давления элемент 2338, теплообменный кожух 2336 и (или) изолирующий слой 2339 могут быть выполнены, индивидуально или в сочетании, так чтобы обеспечивать "распределительный" эффект (т.е. обеспечивать в основном однородно распределенный подвод) подачи испаряющейся субстанции/текучей среды 210 к внутренней испарительной части 2332 и сквозь нее далее в камеру 222 сгорания. То есть в основном однородный подвод (в терминах расхода потока, давления или любых других подходящих или соответствующих величин) испаряющейся субстанции 210 в камеру 222 сгорания может быть обеспечен конфигурацией наружной испарительной части 2331, предотвращающего воздействие давления элемента 2338, теплообменного кожуха 2336 и (или) изолирующего слоя 2339, при которой однородная подача испаряющейся субстанции 210 к внутренней испарительной части 2332 или подача испаряющейся субстанции 210 вблизи наружной поверхности внутренней испарительной части 2332 может регулироваться и формироваться таким образом, чтобы обеспечивать в основном однородное распределение испаряющейся субстанции 210 в камере 222 сгорания. Такое в основном однородное распределение может предотвращать формирование вихрей продуктов горения, которые в противном случае могут образовываться при взаимодействии неоднородного испарительного потока с потоком продуктов горения, причем эти потоки могут сталкиваться с внутренней испарительной частью и повреждать ее. Смесительное устройство 250 (при его наличии) может быть выполнено с возможностью смешивания углеродного топлива 254 с обогащенным кислородом 242 и с циркулирующей текучей средой 236 для образования топливной смеси 200. Углеродное топливо 254 может быть обеспечено в виде твердого углеродного топлива, жидкого углеродного топлива и (или) газообразного углеродного топлива. Обогащенный кислород 242 может быть кислородом, имеющим молярную чистоту лучше приблизительно 85%. Обогащенный кислород 242 может подаваться, например, из любой известной в предшествующем уровне техники системы (процесса), например из процесса криогенного разделения воздуха или из высокотемпературного процесса выделения кислорода на ионных мембранах (из воздуха). Циркулирующей текучей средой 236 может быть, как описано, диоксид углерода. В случаях, когда углеродное топливо 254 представляет собой сыпучее твердое вещество, например измельченный уголь 254 А, смесительное устройство 250 может быть также выполнено с возможностью смешивания этого топлива 254 А с псевдоожижающей субстанцией 255. В соответствии с одним из частных вариантов выполнения твердое сыпучее углеродное топливо 254 А может иметь средний размер частиц приблизительно от 50 до 200 микрон. В соответствии с еще одним частным вариантом выполнения изобретения псевдоожижающая субстанция 255 может содержать воду и (или) жидкий СО 2 с плотностью, лежащей приблизительно от 450 до 1100 кг/м 3. В частности, псевдоожижающая субстанция 255 может быть смешана с сыпучим твердым углеродным топливом 254 А, образуя пульпу 250 А, содержащую, например, приблизительно от 25 до 55 мас.% сыпучего твердого углеродного топлива 254 А. Хотя на фиг. 1 изображено, что кислород 242 смешивается с топливом 254 и циркулирующей текучей средой 236 до введения в камеру 222 сгорания, специалисту в данной области понятно, что в некоторых случаях кислород 242 может вводиться в камеру 222 сгорания отдельно, если возникает такая необходимость или желание. В некоторых частных вариантах выполнения смесительное устройство 250 может содержать, например, группу разнесенных друг от друга распылительных сопел (не показаны), размещенных у торцевой стенки 223 испарительного элемента 230, соответствующей входной части 222 А цилиндрической камеры 222 сгорания. Впрыскивание таким способом топлива/топливной смеси в камеру 222 сгорания может обеспечить, например, большую площадь поверхности входного потока распыленной топливной смеси, что может в свою очередь способствовать быстрой передаче тепла этому входному потоку распыленной топливной смеси за счет радиации. Следовательно, температуру распыленной топливной смеси можно быстро поднять до температуры воспламенения топлива, что может привести в результате к компактному горению. Скорость впрыскивания топливной смеси может лежать, например, в диапазоне приблизительно от 10 до 40 м/с, хотя эти величины могут зависеть от многих факторов, таких как конфигурация конкретных распылительных сопел. Такая компоновка распыления может принимать различные формы. Например, конфигурация распыления может включать группу отверстий, например, с диаметром, лежащим в диапазоне приблизительно от 0,5 до 3 мм, причем распыляемое топливо должно впрыскиваться через них со скоростью приблизительно от 10 до 40 м/с. Как более подробно показано на фиг. 2, камера 222 сгорания может быть сформирована испарительным элементом 230, который может быть, по меньшей мере, частично охвачен предотвращающим воздействие давления элементом 2338. В некоторых вариантах предотвращающий воздействие давления элемент 2338 дополнительно может быть, по меньшей мере, частично окружен теплопередающим кожухом 2336, который может взаимодействовать с предотвращающим от воздействия давления элементом 2338, образуя между ними один или несколько каналов 2337, через которые может циркулировать поток воды под низким давлением. Следовательно, за счет испарения прогоняемая вода может быть использована для регулирования и (или) поддержания выбранной температуры предотвращающего воздействие давления элемента 2338, например, в диапазоне приблизительно от 100 до 250 С. В некоторых частных вариантах между испарительным элементом 230 и предотвращающим воздействие давления элементом 2338 может быть расположен изоляционный слой 2339. В некоторых вариантах испарительный элемент 230 может содержать, например, наружную испарительную часть 2331 и внутреннюю испарительную часть 2332, при этом внутренняя испарительная часть 2332 располагается против наружной испарительной части 2331 относительно предотвращающего воздействие давления элемента 2338 и ограничивает камеру 222 сгорания. Наружная испарительная часть 2331 может быть составлена из любого подходящего термостойкого материала, такого как, например, сталь и легированные стали, включая нержавеющую сталь и никелевые сплавы. В некоторых вариантах наружная испарительная часть 2331 может быть выполнена со сформированными в ней первыми каналами 2333 А подачи испаряющейся текучей среды, проходящими через нее от поверхности, прилегающей к изоляционному слою 2339, к поверхности, прилегающей к внутренней испарительной части 2332. Первые каналы 2333 А подачи испаряющейся текучей среды могут в некоторых вариантах соответствовать вторым каналам 2333 В подачи испаряющейся текучей среды, сформированным предотвращающим воздействие давления элементом 2338, теплообменным кожухом 2336 и (или) изоляционным слоем 2339. Таким образом, первые и вторые каналы 2333 А, 2333 В подачи испаряющейся текучей среды могут быть выполнены так, чтобы взаимодействовать при направлении испаряющейся текучей среды через них к внутренней испарительной части 2332. В некоторых вариантах, как показано, например, на фиг. 1, испаряющаяся текучая среда 210 может включать циркулирующую текучую среду 236 и может поступать от некоего присоединенного источника. При необходимости первые и вторые каналы 2333 А,2333 В подачи испаряющейся текучей среды могут быть изолированы с целью доставки испаряющейся текучей среды 210 (т.е. СО 2) в достаточном количестве и при достаточном давлении, так чтобы испаряющаяся текучая среда 210 направлялась через внутреннюю испарительную часть 2332 в камеру 222 сгорания. Такие меры, включающие рассмотренное введение испарительного элемента 230 и соответствующей испаряющейся текучей среды 210, могут дать возможность устройству 220 камеры сгорания работать при относительно высоких давлениях и относительно высоких температурах, отличных от указанных ранее. При этом внутренняя испарительная часть 2332 может быть выполнена, например, из пористого керамического материала, перфорированного материала, ламинированного материала, проницаемого слоя,состоящего из волокон, произвольно ориентированных в двух измерениях и упорядоченных в третьем измерении, или из любого пригодного материала или комбинации материалов, имеющих удовлетворяющие раскрытым в данном описании требованиям, а именно имеющих многочисленные каналы или поры для прохождения потока или другие пригодные каналы 2335, предназначенные для приема и направления испаряющейся текучей среды через внутреннюю испарительную часть 2332. Не служащие ограничением примеры пористых керамических и других материалов, пригодных для использования в таких системах испарительного охлаждения, включают оксид алюминия, оксид циркония, модифицированный напряженный цирконий, медь, молибден, вольфрам, вольфрамомедный псевдосплав, молибден с вольфрамовым покрытием, медь с вольфрамовым покрытием, различные высокотемпературные никелевые сплавы, материалы, покрытые или армированные рением. Соответствующие материалы можно получить,например, от CoorsTek, Inc. (Golden, СО) (цирконий), UltraMet Advanced Materials Solutions (Pacoima,CA) (жаропрочные металлические покрытия), Orsam Sylvania (Danvers, MA) (вольфрам/медь) и MarkeTech International, Inc. (Port Townsend, WA) (вольфрам). Примеры перфорированных материалов, пригодных для использования в таких системах испарительного охлаждения, включают все вышеприведенные материалы и их поставщиков (у которых перфорированные конечные материалы могут быть получены, например, путем формирования отверстий в изначально непористых структурах известными в производстве способами). Примеры пригодных ламинированных материалов включают все вышеприведенные материалы и их поставщиков (у которых ламинированные конечные структуры могут быть получены, например, ламинированием непористых или частично пористых структур таким образом, чтобы достичь необходимой конечной пористости известными в производстве способами. На фиг. 3 А и 3 Б показано, что согласно одному из вариантов выполнения устройства 220 камеры сгорания (т.е. устройства для сжигания), конструкция, ограничивающая камеру 222 сгорания может быть выполнена путем горячей посадки между испарительным элементом 230 и охватывающей конструкцией,такой как предотвращающий воздействие давления элемент 2338 или изолирующий слой 2339, расположенный между испарительным элементом 230 и этим элементом 2338. Например, это относится к случаю, когда относительно "холодный" испарительный элемент 230 может быть в радиальном и (или) осевом направлении выполнен меньшего размера по отношению к охватывающему его предотвращающему воздействие давления элементу 2338. По существу, при введении в предотвращающий воздействие давления элемент 2338 между ними может быть оставлен радиальный и (или) осевой зазор (см., например,фиг. 3 А). Конечно такая разница размеров может облегчить введение испарительного элемента 230 в предотвращающий воздействие давления элемент 2338. Однако испарительный элемент 230 может быть выполнен так, что при нагревании, например, до рабочей температуры он может расшириться в радиальном и (или) осевом направлении, уменьшив или выбрав указанные зазоры (см., например, фиг. 3 В). В этом случае между испарительным элементом 230 и предотвращающим воздействие давления элементом 2338 может сформироваться осевая и (или) радиальная посадка с натягом. В случаях испарительного элемента 230 с наружной испарительной частью 2331 и внутренней испарительной частью 2332 с такой посадкой с натягом может под давлением устанавливаться внутренняя испарительная часть 2332. По существу, для формирования внутренней испарительной части 2332 могут использоваться подходящие высоко термостойкие хрупкие материалы, такие как пористая керамика. При такой конфигурации внутренней испарительной части 2332 испаряющаяся субстанция 210 может содержать, например, диоксид углерода (поступающий из того же источника, что и циркулирующая текучая среда 236), направляемый через внутреннюю испарительную часть 2332, так что испаряющаяся субстанция 210 образует в камере 222 сгорания буферный слой 231 (т.е. "паровую стенку"), непосредственно прилегающий в камере 222 сгорания к внутренней испарительной части 2332, причем буферный слой 231 может быть сформирован так, чтобы предотвращать взаимодействие между внутренней испарительной частью 2332 и сжиженными негорючими компонентами, а также теплом, выделяемым продуктами горения. То есть в некоторых вариантах выполнения испаряющаяся текучая среда 210 может быть доставлена через внутреннюю испарительную часть 2332 по меньшей мере под давлением, соответствующим давлению в камере 222 сгорания, и при этом расход испаряющейся текучей среды 210 (т.е. потока СО 2) в камеру 222 сгорания может быть достаточен для смешивания испаряющейся текучей среды 210 с продуктами горения и охлаждения их с образованием выходной смеси текучей среды, имеющей достаточную температуру относительно исходных требований последующего, происходящего ниже по потоку процесса (т.е. для турбины может требоваться определенная входная температура, составляющая,например, приблизительно 1225 С), но при этом выходная смесь текучих сред остается достаточно высокотемпературной, чтобы поддерживать шлаковые включения или загрязнения, содержащиеся в топливе, в газообразном или жидком состоянии. Жидкое состояние негорючих компонентов топлива может облегчить, например, отделение таких загрязнений от продуктов горения в жидкой форме, предпочтительно в высоко текучей, обладающей низкой вязкостью форме, что делает менее вероятным забивание или другое повреждение отводной системы, примененной для такого отделения. Практически такие требования могут зависеть от различных факторов, таких как вид используемого твердого углеродного топлива (т.е. угля) и конкретные параметры шлака, образующегося в процессе горения. То есть температура горения в камере 222 сгорания предпочтительно может быть такой, чтобы любые негорючие компоненты углеродного топлива превращались в жидкость в продуктах горения. В частных вариантах выполнения изобретения пористая внутренняя испарительная часть 2332 выполняется с возможностью направления испаряющейся текучей среды в камеру 222 сгорания по радиусу вовнутрь, создавая защитную стенку из текучей среды или буферный слой 231 у поверхности внутренней испарительной части 2332, ограничивающей камеру 222 сгорания (см., например, фиг. 2). Поверхность внутренней испарительной части 2332 нагревается также продуктами горения. По существу, пористая внутренняя испарительная часть 2332 может быть выполнена так, чтобы иметь соответствующую теплопроводность, достаточную для того, чтобы проходящая через нее испаряющаяся текучая среда нагревалась, в то время как пористая внутренняя испарительная часть 2332 одновременно охлаждалась, приводя к тому, что температура поверхности внутренней испарительной части 2332, ограничивающей камеру 222 сгорания, составляет, например, приблизительно 1000 С в области наивысшей температуры горения. Таким образом, защитная стенка из текучей среды или буферный слой 231, сформированный взаимодействием испаряющейся текучей среды с внутренней испарительной частью 2332, препятствует взаимодействию между внутренней испарительной частью 2332 и высокотемпературными продуктами горения и другими частицами загрязнения и, по существу, ограждает внутреннюю испарительную часть 2332 от контакта, загрязнения или другого повреждения. Кроме того, испаряющаяся текучая среда 210 может вводиться в камеру 222 сгорания через внутреннюю испарительную часть 2332 так, чтобы регулировать температуру выходной смеси испаряющейся текучей среды 210 и продуктов горения у выходной части 222 В камеры 222 сгорания вблизи заданной температуры (например, приблизительно от 500 до 2000 С). В частных вариантах устройство 220 камеры сгорания может быть выполнено как высокоэффективное устройство камеры сгорания с испарительным охлаждением, способное обеспечить относительно полное сжигание топлива 254 при относительно высокой рабочей температуре, как описано. В таком устройстве 220 камеры сгорания в некоторых вариантах выполнения могут использоваться одна или несколько охлаждающих текучих сред и (или) одна или несколько испаряющихся текучих сред 210. В устройство 220 камеры сгорания могут быть также введены дополнительные компоненты. Например, может быть обеспечен блок разделения воздуха, предназначенный для выделения N2 и О 2, и может быть обеспечен узел впрыскивания топлива, предназначенный для приема О 2 из блока разделения воздуха, смешивания О 2 с циркулирующей текучей средой на основе СО 2 и с потоком топлива, содержащим газ, жидкость, сверхкритическое топливо или твердое сыпучее топливо, взвешенное в текучей среде высокой плотности на основе СО 2. В другом частном варианте выполнения изобретения устройство 220 камеры сгорания с испарительным охлаждением может включать топливный инжектор для впрыскивания потока топлива под давлением в камеру 222 сгорания устройства 220 камеры сгорания, причем поток топлива может содержать обработанное углеродное топливо 254, псевдоожижающую среду 255 (которая может содержать циркулирующую текучую среду 236, как было рассмотрено) и кислород 242. Кислород 242 (обогащенный) и циркулирующая текучая среда 236 на основе СО 2 могут быть соединены в виде гомогенной сверхкритической смеси. Количество присутствующего кислорода может быть достаточным для горения топлива и образования продуктов горения, имеющих требуемый состав. Устройство 220 камеры сгорания может также содержать камеру 222 сгорания, выполненную как объем работающей при высокой температуре и высоком давлении камеры сгорания, приспособленной для приема потока топлива, а также испаряющейся текучей среды 210, поступающей в объем камеры сгорания через стенки пористого испарительного элемента 230, ограничивающего камеру 222 сгорания. Значение скорости подачи испаряющейся текучей среды 210 может быть использовано для задания на требуемом уровне температуры в выходной части устройства камеры сгорания/на входе турбины и (или) для охлаждения испарительного элемента 230 до температуры, совместимой с материалом, из которого выполнен испарительный элемент 230. Испаряющаяся текучая среда 210, направляемая через испарительный элемент 230, обеспечивает текучую среду/буферный слой у поверхности испарительного элемента 230, ограничивающего камеру 222 сгорания,причем текучая среда/буферный слой могут предотвращать взаимодействие зольных включений или жидкого шлака, образующихся при определенном горении топлива, с незащищенными стенками испарительного элемента 230. Кроме того, камера 222 сгорания может быть выполнена так, что поток топлива (и циркулирующей текучей среды 236) может впрыскиваться или иным образом вводиться в камеру 222 сгорания под давлением, большим, чем давление, при котором происходит горение. Устройство 220 камеры сгорания может содержать предотвращающий воздействие давления элемент 2338, по меньшей мере, частично охватывающий испарительный элемент 230, формирующий камеру 222 сгорания, и между предотвращающим воздействие давления элементом 2338 и испарительным элементом 230 может быть размещен изолирующий элемент 2339. В некоторых вариантах выполнения с предотвращающим воздействие давления элементом 2338 может взаимодействовать средство 2350 теплоотвода, такое как снабженная кожухом водоохлаждаемая система, формирующая рубашки 2337 с циркулирующей водой (т.е. наружные по отношению к предотвращающему воздействие давления элементу 2338, образующему "оболочку" устройства 220 камеры сгорания). Испаряющаяся текучая среда 210, вводимая во взаимодействие с испарительным элементом 230 устройства 220 камеры сгорания, может представлять собой, например, СО 2, смешанный с небольшим количеством Н 2 О и (или) инертный газ, такой как N2 или аргон. Испарительный элемент 230 может содержать, например, пористый металл, керамику, композитную матрицу, слоистую трубчатую конструкцию или любую другую подходящую конструкцию или их комбинации. В некоторых частных вариантах выполнения в процессе горения в камере 222 сгорания может создаваться высокотемпературный поток продуктов горения под высоким давлением, который может быть затем направлен в устройство производства энергии, такое как турбина, для последующего расширения в нем, что более подробно рассмотрено в данном описании. Относительно высокие значения давления, используемого в рассмотренных вариантах выполнения устройства 220 камеры сгорания, могут предназначаться для концентрации энергии, производимой тем самым с относительно высокой интенсивностью в минимальном объеме, т.е., по существу, с относительно высокой плотностью энергии. Относительно высокая плотность энергии дает возможность выполнять процессы, происходящие ниже по направлению потока, более эффективным образом, чем при низких давлениях, и, следовательно, обеспечивать большую эффективность способа. Поэтому в частных вариантах выполнения изобретения могут обеспечиваться плотности энергии, на порядки превосходящие величины, присущие существующим энергетическим установкам (т.е. в 10-100 раз). Повышенная плотность энергии увеличивает эффективность процесса, а также снижает стоимость оборудования, необходимого для преобразования энергии из тепловой в электрическую, за счет уменьшения его размеров и массы,влияющих на стоимость. Как рассмотрено в данном описании, устройство камеры сгорания, используемое в предлагаемых в изобретении способах и системах, может быть полезным для сжигания различных углеродосодержащих топлив из различных источников. В частных вариантах выполнения углеродосодержащее топливо может выжигаться в основном полностью, так что в потоке продуктов горения не содержится жидких или твердых негорючих веществ. Однако в некоторых вариантах выполнения использование твердого углеродосодержащего топлива согласно изобретению может приводить к наличию негорючих компонент. В частных вариантах выполнения устройство камеры сгорания может предусматривать возможность достижения температуры горения, приводящей в процессе горения к переводу в жидкое состояние негорючих элементов, содержащихся в твердом углеродосодержащем топливе. В таких случаях могут быть предприняты меры по удалению расплавленных негорючих элементов. Удаление может быть выполнено,например, с использованием циклонных сепараторов, лопаточных сепараторов, многослойных огнеупорных фильтров или их комбинации. В частных вариантах выполнения включения могут быть удалены из высокотемпературной циркулирующей текучей среды посредством последовательности циклонных сепараторов, таких как, например, циклонные сепараторы 2340, показанные на фиг. 4. В общем варианты выполнения такого циклонного сепаратора, задействованного в настоящем изобретении, могут содер- 18024796 жать группу последовательно расположенных устройств 100 центробежного сепаратора, включающую входное устройство 100 А центробежного сепаратора, выполненное с возможностью приема продуктов горения/выходного потока текучей среды и сопутствующих им сжиженных негорючих элементов, и выходное устройство 100 В центробежного сепаратора, выполненное с возможностью выпуска продуктов горения/выходного потока текучей среды, из которых в значительной мере удалены негорючие элементы. Каждое устройство 100 центробежного сепаратора включает группу элементов центробежного сепаратора или циклонов 1, в рабочем состоянии расположенных параллельно у центрального сборного трубопровода 2, причем каждый элемент центробежного сепаратора или циклон 1 выполнен так, чтобы удалять по меньшей мере часть сжиженных негорючих элементов из продуктов горения/выходного потока текучей среды и направлять эту удаленную часть сжиженных негорючих элементов в сборник 20. Такое устройство 2340 разделения может быть выполнено с возможностью работы при повышенном давлении и, как таковое, может также содержать корпус 125 высокого давления, приспособленный для размещения в нем устройств центробежного сепаратора и сборника. В соответствии с такими вариантами выполнения корпус 125 высокого давления может быть продолжением предотвращающего воздействие давления элемента 2338, также охватывающим устройство 220 камеры сгорания, или он может быть отдельным элементом, контактирующим с предотвращающим воздействие давления элементом 2338, связанным с устройством 220 камеры сгорания. В обоих случаях из-за повышенной температуры, воздействующей на устройство 2340 разделения со стороны выходного потока текучей среды, корпус 125 высокого давления может также содержать систему рассеяния тепла, такую как теплообменная рубашка с циркулирующей в ней жидкостью (не показана), в процессе работы взаимодействующая с ним, отводя тепло. В некоторых вариантах выполнения в рабочем состоянии с теплообменной рубашкой может взаимодействовать устройство рекуперации тепла (не показано), выполненное с возможностью приема циркулирующей в теплообменной рубашке жидкости и извлечения из нее тепловой энергии. В частных вариантах осуществления изобретения представленное на фиг. 4 устройство 2340 разделения (удаления шлака) может быть выполнено с возможностью последовательной установки с устройством 220 камеры сгорания у выходной части 222 В последнего с целью восприятия поступающего из него выходного потока текучей среды/продуктов горения. Выходной поток текучей среды испарительного охлаждения из устройства 220 камеры сгорания вместе с включениями в него жидкого шлака (негорючими элементами) может быть направлен через конический переходник 10 на центральный вход сборного питателя 2 А входного устройства 100 А центробежного сепаратора. В одном из частных вариантов выполнения разделительное устройство 2340 может содержать три устройства 100 А, 100 В, 100 С центробежного сепаратора (хотя специалисту в данной области должно быть понятно, что такое разделительное устройство может включать одно, два, три или несколько устройств центробежного сепаратора, в зависимости от желания или необходимости). В данном примере в рабочем положении три устройства 100 А,100 В, 100 С центробежного сепаратора установлены последовательно, образуя трехступенчатый блок циклонного разделения. Каждое устройство центробежного сепаратора содержит, например, группу элементов циклонного разделения (циклоны 1), установленных по окружности соответствующего центрального сборного трубопровода 2. Центральный сборный питатель 2 А и центральный сборный трубопровод 2 входного устройства 100 А центробежного сепаратора, а также среднее устройство 100 С центробежного сепаратора герметизированы у своих выходных краев. В таких вариантах выходной поток текучей среды направляется в боковые каналы 11, соответствующие каждому из элементов центробежного сепаратора(циклонам 1) соответствующего устройства 100 центробежного сепаратора. Боковые каналы 11 выполнены с возможностью соединения со входным краем соответствующего циклона 1, образуя направленный по касательной входной поток в нем (в результате, например, входной поток текучей среды, поступающий в циклон 1, взаимодействует со стенкой циклона 1 в виде спиральной струи). Затем выходной канал 3 каждого из циклонов 1 направляется во входную часть центрального сборного трубопровода 2 соответствующего устройства 100 центробежного сепаратора. У выпускного устройства 100 В центробежного сепаратора выходной поток текучей среды (из которого в основном удалены негорючие компоненты) направляется от центрального сборного трубопровода выпускного устройства 100 В центробежного сепаратора через сборный трубопровод 12 и выходное сопло 5, так что он оказывается связанным с устройством преобразования. Таким образом, приведенное в качестве примера трехступенчатое устройство циклонного разделения дает возможность снижения содержания шлака в выходном потоке текучей среды, например, до уровня ниже 5 ppm по массе (частей на миллион). На каждой ступени разделительного устройства 2340 отделенный жидкий шлак отводится от каждого циклона 1 через выходные трубопроводы 4, тянущиеся к сборнику 20. Затем отделенный жидкий шлак направляется в выходное сопло или трубопровод 14, проходящий от сборника 20 и корпуса 125 высокого давления для дальнейшего удаления и (или) повторного использования содержащихся в нем компонент. В процессе удаления жидкий шлак может быть направлен через водоохлаждаемый участок 6 или через другой участок, соединенный с источником холодной воды под давлением, на котором взаимодействие с этой водой приводит к затвердеванию и (или) гранулированию жидкого шлака. Смесь затвердевшего шлака и воды может быть затем разделена в емкости (сборнике) 7 на текучую смесь шлака/воды, которая может быть удалена, в частности после сброса давления, через соответствующий кла- 19024796 пан 9, в то время как остаточный газ может быть удален через отдельную магистраль 8. В некоторых вариантах выполнения пара емкостей с соответствующими системами, действующими последовательно,могут обеспечить непрерывную работу устройства. Так как разделительное устройство 2340 может использоваться во взаимодействии с относительно высокотемпературным выходным потоком продуктов горения (т.е. при температуре, достаточной для поддержания нахождения негорючих компонент в жидком состоянии с относительно низкой вязкостью),может быть желательным в некоторых случаях, чтобы поверхности разделительного устройства 2340,испытывающие воздействие продуктов горения/выходного потока текучей среды или сжиженных негорючих компонент, содержащихся в них, включали материалы, обладающие по меньшей мере одним свойством из группы, охватывающей термостойкость, коррозионную стойкость и низкую теплопроводность. Примерами таких материалов могут служить оксиды циркония и алюминия, хотя эти примеры ни в коей мере не предназначены для ограничения объема изобретения. По существу, в некоторых частных вариантах выполнения изобретения разделительное устройство 2340 может быть выполнено с возможностью удаления в значительной степени сжиженных негорючих компонент из продуктов горения/выходного потока текучей среды и поддержания нахождения негорючих компонент в жидком состоянии с низкой вязкостью по меньшей мере до удаления их из сборника 20. Конечно в вариантах выполнения, в которых не используется твердое топливо и негорючие элементы не содержатся в потоке продуктов горения, введение сепаратора шлака не является необходимым. В некоторых вариантах выполнения разделительное устройство 2340 может быть использовано для отделения твердых частиц шлака, образовавшихся при горении такого топлива, как уголь, при котором получается негорючий твердый остаток. Например, уголь может быть измельчен до требуемого размера(например, до состояния, при котором меньше 1 массового % дисперсного или порошкового угля содержит частицы, размеры которых больше 100 мкм) и превращен в пульпу с жидким СО 2. В частных вариантах выполнения жидкий СО 2 может находиться при температуре приблизительно от -40 до -18 С. Пульпа может содержать приблизительно от 40 до 60 мас.% угля. Пульпа может быть затем сжата до требуемого давления горения. Согласно фиг. 1 рециркуляционный поток 236 может быть разделен по характеру ввода в камеру 220 сгорания. Первая часть (поток 236 а) может быть введена в камеру 220 сгорания через смесительное устройство 250, и вторая часть (поток 236b) может быть введена в камеру 220 сгорания путем пропускания через слой 230 испарительного охлаждения. Как описано выше, возможна работа камеры 220 сгорания при отношении О 2 к топливу, при котором образуется восстановительная газовая смесь (например, содержащая Н 2, CH4, CO, H2S и(или) NH3). Часть потока 236, поступающая в камеру сгорания через слой 230 испарительного охлаждения, может быть использована для охлаждения смеси продуктов горения и циркулирующей текучей среды на основе СО 2 до температуры, которая значительно ниже температуры затвердевания шлака (например, лежащей в диапазоне приблизительно от 500 до 900 С). Общий газовый поток 5 из разделительного устройства 2340 может быть пропущен через фильтрационный блок, который снижает содержание остаточных твердых шлаковых частиц до очень низкого уровня (например, ниже приблизительно 2 мг/м 3 газа, проходящего через фильтр). Этот очищенный газ можно затем сжигать во второй камере сгорания, где он может быть разбавлен дополнительной частью потока 236 повторно используемой текучей среды. В таких вариантах выполнения поток 236 повторно используемой текучей среды может быть должным образом распределен между двумя камерами сгорания. В соответствии с настоящим изобретением в качестве топлива может быть использован любой углеродосодержащий материал. В частности, благодаря высоким давлениям и высоким температурам, поддерживаемым в работающем на смеси топлива и кислорода устройстве камеры сгорания согласно предлагаемым в изобретении способам и системам, пригодные топлива включают, но не ограничивают этим,различные сорта и виды угля, древесину, нефть, мазут, природный газ, получаемый из угля горючий газ,битум из битумных песков, обычный битум, биомассу, водоросли, измельченные горючие отходы, асфальт, старые покрышки, дизельное топливо, бензин, авиационное топливо (JP-5, JP-4), газы, полученные при газификации или пиролизе углеводородного материала, этанол, твердое и жидкое биотопливо. Это может рассматриваться как важно отличие от известных в предшествующем уровне техники систем и способов. Например, известные системы сжигания твердых топлив, таких как уголь, требуют значительных конструктивных отличий от систем для сжигания отличных от твердых топлив, таких как природный газ. Все такие топлива перед впрыскиванием в устройство камеры сгорания могут быть соответствующим образом обработаны до достаточных кондиций и сжаты до давления, превышающего давление в камере сгорания. Такие топлива могут быть в виде жидкости, суспензии, геля или пасты с соответствующими текучестью и вязкостью при температурах окружающей среды или при повышенных температурах. Например, топливо может подаваться при температуре приблизительно от 30 до 500 С, приблизительно от 40 до 450 С, приблизительно от 50 до 425 С или приблизительно от 75 до 400 С. Все твердые топливные материалы могут быть размолоты, или раздроблены, или другим образом обработаны, чтобы уменьшить размер частиц до допустимого. При необходимости может быть добавлена псевдоожижающая или превращающая в пульпу среда для достижения должных кондиций и удовлетворения требова- 20024796 ний к потоку при его прокачке под высоким давлением. Конечно, псевдоожижающая среда может не понадобиться в зависимости от вида топлива (т.е. если это жидкость или газ). Аналогично, в некоторых вариантах выполнения в качестве псевдоожижающей среды может быть использована циркулирующая текучая среда. Испаряющиеся текучие среды, пригодные для использования в предлагаемой в данном изобретении камере сгорания, могут включать любую текучую среду, способную проходить в достаточном количестве и при достаточном давлении через внутреннюю облицовку, образуя паровую стенку. В настоящем варианте выполнения изобретения СО 2 может быть идеальной испаряющейся текучей средой в том смысле, что сформированная паровая стенка имеет хорошие термоизолирующие свойства, а также свойства поглощения видимого и ультрафиолетового излучения. СО 2 может быть использован как сверхкритическая текучая среда. Другие примеры испаряющихся текучих сред включают Н 2 О, охлажденные продукты горения, отведенные ниже по потоку, кислород, водород, природный газ, метан и другие легкие углеводороды. Топлива могут быть особенно пригодными в качестве испаряющихся текучих сред при запуске камеры сгорания, обеспечивая надлежащие рабочие температуры и давления в камере сгорания перед впрыскиванием топлива от основного источника. Топлива также могут быть использованы в качестве испаряющихся текучих сред для регулирования рабочих температуры и давления в камере сгорания при переходе между основными источниками топлива, например при переходе с угля на биомассу в качестве основного топлива. В некоторых вариантах выполнения могут быть использованы две или несколько испаряющихся текучих сред. Кроме того, разные испаряющиеся текучие среды могут быть использованы в разных местоположениях вдоль камеры сгорания. Например, первая испаряющаяся текучая среда может быть использована в высокотемпературной теплообменной зоне, и вторая испаряющаяся текучая среда может быть использована в низкотемпературной теплообменной зоне. Испаряющаяся текучая среда может быть оптимизирована для определенных условий по температуре и давлению в камере сгорания, в которой испаряющаяся текучая среда образует паровую стенку. В настоящем примере испаряющаяся текучая среда представляет собой предварительно нагретый, повторно используемый СО 2. В одном из частных вариантов настоящее изобретение обеспечивает способы производства энергии. В частности, в способах предусмотрено использование циркулирующей текучей среды на основе СО 2, которую предпочтительно в соответствии со способом используют повторно, как описано. В предлагаемых в изобретении способах используют также высокоэффективные камеры сгорания, например камеры сгорания с испарительным охлаждением, как описано выше. В некоторых вариантах выполнения способы в общем могут быть описаны по блок-схеме, изображенной на фиг. 5. Как можно видеть, обеспечена камера сгорания 220, и в ней обеспечены различные входы. Углеродосодержащее топливо 254 и О 2 242 (при необходимости) могут вводиться в камеру 220 сгорания вместе с циркулирующей текучей средой 236, в настоящем варианте выполнения представляющей собой СО 2. Смесительное устройство 250 представлено пунктирной линией, что означает, что эта компонента присутствует опционно. В частности, любое сочетание из двух или всех трех продуктов (топливо, О 2 и циркулирующая текучая среда на основе СО 2) может быть скомбинировано в смесительном устройстве 250 перед вводом в камеру 220 сгорания. В различных вариантах выполнения может быть желательным, чтобы вводимые в камеру сгорания продукты обладали определенными физическими характеристиками, обеспечивающими необходимую эффективность способа производства энергии. Например, в некоторых вариантах выполнения может быть желательным, чтобы СО 2, составляющий циркулирующую текучую среду, вводился в камеру сгорания при определенном давлении и (или) температуре. В частности, может быть предпочтительным,чтобы СО 2 вводился в камеру сгорания под давлением по меньшей мере приблизительно 8 МПа. В дополнительных вариантах выполнения вводимый в камеру сгорания СО 2 может находиться под давлением по меньшей мере приблизительно 10 МПа, по меньшей мере приблизительно 12 МПа, по меньшей мере приблизительно 14 МПа, по меньшей мере приблизительно 15 МПа, по меньшей мере приблизительно 16 МПа, по меньшей мере приблизительно 18 МПа, по меньшей мере приблизительно 20 МПа, по меньшей мере приблизительно 22 МПа, по меньшей мере приблизительно 24 МПа или по меньшей мере приблизительно 25 МПа. В других вариантах выполнения давление может составлять приблизительно от 8 до 50 МПа, приблизительно от 12 до 50 МПа, приблизительно от 15 до 50 МПа, приблизительно от 20 до 50 МПа, приблизительно от 22 до 50 МПа, приблизительно от 22 до 45 МПа, приблизительно от 22 до 40 МПа, приблизительно от 25 до 40 МПа или приблизительно от 25 до 35 МПа. Кроме того, может быть предпочтительным, чтобы СО 2 вводился в камеру сгорания при температуре по меньшей мере приблизительно 200 С. В дополнительных вариантах выполнения вводимый в камеру сгорания СО 2, может быть при температуре по меньшей мере приблизительно 250 С, по меньшей мере приблизительно 300 С, по меньшей мере приблизительно 350 С, по меньшей мере приблизительно 400 С, по меньшей мере приблизительно 450 С, по меньшей мере приблизительно 500 С, по меньшей мере приблизительно 550 С,по меньшей мере приблизительно 600 С, по меньшей мере приблизительно 650 С, по меньшей мере приблизительно 700 С, по меньшей мере приблизительно 750 С, по меньшей мере приблизительно 800 С, по меньшей мере приблизительно 850 С или по меньшей мере приблизительно 900 С. В некоторых вариантах выполнения может быть желательным, чтобы вводимое в камеру сгорания топливо обеспечивалось в определенном состоянии. Например, в некоторых вариантах выполнения может быть желательным, чтобы углеродосодержащее топливо вводилось в камеру сгорания при определенном давлении и (или) температуре. В некоторых вариантах выполнения углеродосодержащее топливо может вводиться в камеру сгорания в состоянии, идентичном или в основном соответствующем состоянию циркулирующей текучей среды на основе СО 2. Фраза "в основном соответствующем состоянию" может означать, что показатель состояния находится в пределах 5%, в пределах 4%, в пределах 3%, в пределах 2% или в пределах 1% от упоминаемого в данном описании показателя состояния (например,показателя состояния циркулирующей текучей среды на основе СО 2). В определенных вариантах выполнения углеродосодержащее топливо может быть смешано с циркулирующей текучей средой на основе СО 2 до ввода в камеру сгорания. В таких вариантах выполнения можно ожидать, что углеродосодержащее топливо и циркулирующая текучая среда на основе СО 2 должны находиться в идентичных или в основном соответствующих состояниях (что в частности может включать в себя состояния, описанные в отношении циркулирующей текучей среды на основе СО 2). В других вариантах выполнения углеродосодержащее топливо может вводиться в камеру сгорания отдельно от циркулирующей текучей среды на основе СО 2. В таких случаях углеродосодержащее топливо все же может вводиться под давлением, приведенным для циркулирующей текучей среды на основе СО 2. В некоторых вариантах выполнения может быть целесообразным поддерживать углеродосодержащее топливо перед вводом в камеру сгорания при температуре, отличающейся от температуры циркулирующей текучей среды на основе СО 2. Например, углеродосодержащее топливо может вводиться в камеру сгорания при температуре приблизительно от 30 до 800 С, приблизительно от 35 до 700 С, приблизительно от 40 до 600 С, приблизительно от 45 до 500 С, приблизительно от 50 до 400 С, приблизительно от 55 до 300 С, приблизительно от 60 до 200 С, приблизительно от 65 до 175 С или приблизительно от 70 до 150 С. В других вариантах выполнения может быть желательным, чтобы вводимый в камеру О 2 обеспечивался в определенном состоянии. Такие состояния могут быть присущи способу обеспечения О 2. Например, может быть желательным обеспечивать О 2 при определенном давлении. В частности, может быть предпочтительным, чтобы О 2 вводился в камеру сгорания под давлением по меньшей мере приблизительно 8 МПа. В дополнительных вариантах выполнения вводимый в камеру сгорания О 2, может быть под давлением по меньшей мере приблизительно 10 МПа, по меньшей мере приблизительно 12 МПа, по меньшей мере приблизительно 14 МПа, по меньшей мере приблизительно 15 МПа, по меньшей мере приблизительно 16 МПа, по меньшей мере приблизительно 18 МПа, по меньшей мере приблизительно 20 МПа, по меньшей мере приблизительно 22 МПа, по меньшей мере приблизительно 24 МПа, по меньшей мере приблизительно 25 МПа, по меньшей мере приблизительно 30 МПа, по меньшей мере приблизительно 35 МПа, по меньшей мере приблизительно 40 МПа, по меньшей мере приблизительно 45 МПа или по меньшей мере приблизительно 50 МПа. Обеспечение О 2 может охватывать использование воздушного сепаратора (или кислородного сепаратора), например криогенного концентратора кислорода,мобильного концентратора кислорода или любого аналогичного устройства, такого как ионномембранный сепаратор кислорода, служащего для выделения О 2 из окружающего воздуха. Отдельно или в сочетании обеспечение О 2 может включать его сжатие для обеспечения требуемого давления, как описано выше. Это действие может вызывать нагрев О 2. В некоторых вариантах выполнения может быть желательным, чтобы О 2 находился при требуемой температуре, отличающейся от температуры, достигаемой при нормальном сжатии газа. Например, может быть желательным, чтобы О 2 вводился в камеру сгорания при температуре приблизительно от 30 до 900 С, приблизительно от 35 до 800 С, приблизительно от 40 до 700 С, приблизительно от 45 до 600 С, приблизительно от 50 до 500 С, приблизительно от 55 до 400 С, приблизительно от 60 до 300 С, приблизительно от 65 до 250 С или приблизительно от 70 до 200 С. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения О 2 может вводиться в камеру сгорания в состоянии, идентичном или в основном соответствующем состоянию циркулирующей текучей среды на основе СО 2 и (или) углеродосодержащего топлива. Это может возникать при смешивании различных компонент перед вводом их в камеру сгорания или может возникать в специфических способах подготовки О 2 для введения в камеру сгорания. В частных вариантах выполнения О 2 может быть смешан с некоторым количеством СО 2 в определенной молярной пропорции, так что О 2 может быть обеспечен при той же температуре, что поток циркулирующей текучей среды на основе СО 2. Например, смешивание может производиться при температуре ниже 100 С, в то время как СО 2 находится под сверхкритическим давлением. Это устраняет опасность воспламенения, связанного с нагреванием одного чистого О 2, благодаря эффекту разбавления диоксидом углерода. Такая смесь может быть составлена в соотношении СО 2/О 2 приблизительно от 1:2 до 5:1, приблизительно от 1:1 до 4:1 или приблизительно от 1:1 до 3:1. В некоторых вариантах выполнения может быть полезным, чтобы подаваемый в камеру сгорания О 2 был в основном очищенным (т.е. улучшенного качества в смысле молярного содержания О 2 относительно других компонент естественным образом присутствующих в воздухе). В определенных вариантах выполнения О 2 может иметь чистоту лучше приблизительно 50 мол.%, лучше приблизительно 60 мол.%,лучше приблизительно 70 мол.%, лучше приблизительно 80 мол.%, лучше приблизительно 85 мол.%,лучше приблизительно 90 мол.%, лучше приблизительно 95 мол.%, лучше приблизительно 96 мол.%,лучше приблизительно 97 мол.%, лучше приблизительно 98 мол.%, лучше приблизительно 99 мол.% или лучше приблизительно 99,5 мол.%. В других вариантах выполнения О 2 может иметь молярную чистоту приблизительно от 85 до 99,6 мол.%, приблизительно от 85 до 99 мол.%, приблизительно от 90 до 99 мол.%, приблизительно от 90 до 98 мол.% или приблизительно от 90 до 97 мол.%. Общее извлечение СО 2 из углерода топлива предусматривает предпочтительное использование чистоты в области по меньшей мере приблизительно 99,5 мол.%. Циркулирующая текучая среда на основе СО 2 может вводиться в камеру сгорания у ее входа вместе с О 2 и углеродосодержащим топливом. Однако как описано выше в отношении камеры сгорания с испарительным охлаждением, циркулирующая текучая среда на основе СО 2 может также вводиться в камеру сгорания с испарительным охлаждением как часть или вся текучая среда испарительного охлаждения,направляемая в испарительный элемент через один или несколько каналов подачи испаряющейся текучей среды, сформированных в камере сгорания с испарительным охлаждением. В некоторых предлагаемых в изобретении вариантах выполнения циркулирующая текучая среда на основе СО 2 может вводиться в камеру сгорания на ее входе (т.е. вместе с О 2 и топливом), а также циркулирующая текучая среда на основе СО 2 может вводиться в камеру сгорания через испарительный элемент как часть или вся текучая среда испарительного охлаждения. В других вариантах выполнения циркулирующая текучая среда на основе СО 2 может вводиться в камеру сгорания только через испарительный элемент как часть или вся текучая среда испарительного охлаждения (т.е. на вход камеры сгорания вместе с О 2 и топливом не поступает никакого СО 2). В некоторых вариантах выполнения изобретение может отличаться соотношением различных компонент, вводимых в камеру сгорания. Для достижения максимальной эффективности горения может быть полезным сжигать углеродосодержащее топливо при высокой температуре. Однако температура горения и температура потока продуктов горения, выходящего из камеры сгорания, может нуждаться в регулировании в пределах определенных значений. С этой целью может быть целесообразным обеспечивать циркулирующую текучую среду на основе СО 2 в определенном соотношении с топливом, так чтобы температура горения и (или) входная температура турбины могли регулироваться в заданном диапазоне с одновременным обеспечением максимальной величины энергии, которая может быть преобразована в выходную мощность. В частных вариантах выполнения это может достигаться путем изменения пропорции между потоком циркулирующей текучей среды на основе СО 2 и углеродом топлива. Требуемое соотношение может зависеть от необходимой входной температуры турбины, а также от разницы температур между входным и выходным потоками на горячем краю теплообменника, что более подробно рассмотрено в данном описании. Вчастности, пропорция может быть определена как молярное отношение СО 2, содержащегося в циркулирующей текучей среде на основе СО 2, к углероду, присутствующему в углеродосодержащем топливе. В некоторых вариантах выполнения для определения молярной величины СО 2, введенного в камеру сгорания, в расчет включается общее количество СО 2, обеспеченное в камеру сгорания (т.е. поданное на вход вместе с топливом и О 2, а также некоторое количество, использованное в качестве текучей среды испарительного охлаждения). Однако в частных вариантах выполнения расчет может основываться только на молярной величине СО 2, поданного на вход камеры сгорания (т.е. за исключением СО 2, использованного как текучая среда испарительного охлаждения). В вариантах выполнения, в которых СО 2 вводится в камеру сгорания только как текучая среда испарительного охлаждения,расчет основывается на содержании СО 2, введенного в камеру сгорания в качестве текучей среды испарительного охлаждения. Таким образом, пропорция может быть представлена как молярное содержание СО 2, поданного на вход камеры сгорания, отнесенное к углероду в топливе, введенном в камеру сгорания. Альтернативно пропорция может быть представлена как молярное содержание СО 2, поданного в камеру камеры сгорания в качестве текучей среды испарительного охлаждения, отнесенное к углероду в топливе, введенном в камеру сгорания. В некоторых вариантах выполнения отношение циркулирующей текучей среды на основе СО 2 к углероду топлива, введенного в камеру сгорания, в молярном представлении может составлять приблизительно от 10 до 50 (т.е. приблизительно от 10 моль СО 2 на 1 моль углерода топлива до 50 моль СО 2 на 1 моль углерода топлива). В других вариантах выполнения отношение СО 2, содержащегося в циркулирующей текучей среде, к углероду топлива может составлять приблизительно от 15 до 50, приблизительно от 20 до 50, приблизительно от 25 до 50, приблизительно от 30 до 50, приблизительно от 15 до 45,приблизительно от 20 до 45, приблизительно от 25 до 45, приблизительно от 30 до 45, приблизительно от 15 до 40, приблизительно от 20 до 40, приблизительно от 25 до 40 или приблизительно от 30 до 40. В других вариантах выполнения отношение СО 2, содержащегося в циркулирующей текучей среде, к углероду топлива может составлять по меньшей мере приблизительно 5, по меньшей мере приблизительно 10, по меньшей мере приблизительно 15, по меньшей мере приблизительно 20, по меньшей мере приблизительно 25 или по меньшей мере приблизительно 30. Молярное отношение СО 2, введенного в камеру сгорания, к углероду, присутствующему в углеродосодержащем топливе, может иметь большое влияние на общий тепловой коэффициент полезного действия системы. Это влияние на эффективность может также зависеть от конструкции и работы других компонент системы, включая теплообменник, водоотделитель и блок создания повышенного давления. Сочетание рассмотренных в данном описании способа и различных элементов системы дает возмож- 23024796 ность достижения высокого теплового коэффициента полезного действия при определенных приведенных отношениях СО 2/С. В известных ранее системах и способах, в которые не включены описанные элементы, для достижения значений эффективности, обеспечиваемых в настоящем изобретении, обычно требуется молярное отношение СО 2/С, существенно более низкое, чем используемое в данном случае. Однако в настоящем изобретении представлены высокоэффективные системы и способы повторного использования СО 2, дающие возможность использования молярных отношений СО 2/С, намного превосходящих те, которые могли быть использованы в предшествующем уровне техники. Использование в соответствии с настоящим изобретением больших значений молярного отношения СО 2/С обладает дополнительным преимуществом, заключающимся в разбавлении вредных примесей, входящих в поток продуктов горения. За счет этого значительно снижается коррозионное или эрозионное воздействие вредных примесей (например, хлоридов и сернистых соединений). В настоящее время в известных системах нет возможности использовать хлористый и (или) сернистый уголь, так как продукты горения такого угля (содержащие HCl и H2SO4) оказывают большое коррозионное и эрозионное воздействие на компоненты энергетических установок. Многие вредные примеси (например, твердые шлаковые частицы, летучие вещества, содержащие такие элементы, как свинец, йод, сурьма и ртуть) при высоких температурах также могут вызывать значительные внутренние повреждения компонент энергетических установок. Эффект разбавления повторно используемым СО 2 может в значительной мере снизить или устранить разрушительное воздействие таких примесей на компоненты энергетических установок. Кроме того, выбор молярных отношений СО 2/С может включать комплексное рассмотрение воздействия на эффективность и эрозию и коррозию компонент установки, а также рассмотрение конструкции компонент системы повторного использования СО 2 и их действия. В настоящем изобретении обеспечена возможность высокоэффективного повторного использования СО 2 и таким образом повышения молярных отношений СО 2/С при высокой тепловой эффективности, что не могло быть предусмотрено в предшествующем уровне техники. Таким образом, большие значения молярных отношений СО 2/С обеспечивают по меньшей мере вышеупомянутые преимущества. Аналогично может быть полезным регулирование содержания О 2, вводимого в камеру сгорания. Это, в частности, может зависеть от характера действия камеры сгорания. Как более подробно рассмотрено во данном описании, предлагаемые в изобретении способы и системы могут обеспечить возможность работы в полностью окислительном режиме, полностью восстановительном режиме или с отклонением от обоих режимов. В полностью окислительном режиме количество О 2, подаваемого в камеру сгорания, предпочтительно должно соответствовать по меньшей мере стехиометрическому количеству,необходимому для достижения полного окисления содержащегося в топливе углерода. В определенных вариантах выполнения количество обеспечиваемого O2 должно превосходить указанное стехиометрическое количество по меньшей мере приблизительно на 0,1 мол.%, по меньшей мере приблизительно на 0,25 мол.%, по меньшей мере приблизительно на 0,5 мол.%, по меньшей мере приблизительно на 1 мол.%, по меньшей мере приблизительно на 2 мол.%, по меньшей мере приблизительно на 3 мол.%, по меньшей мере приблизительно на 4 мол.% или по меньшей мере приблизительно на 5 мол.%. В других вариантах выполнения количество обеспечиваемого O2 должно превосходить указанное стехиометрическое количество на приблизительно от 0,1 до 5 мол.%, приблизительно от 0,25 до 4 мол.% или приблизительно от 0,5 до 3 мол.%. В полностью восстановительном режиме количество О 2, обеспечиваемое в камеру сгорания, предпочтительно должно соответствовать стехиометрическому количеству, необходимому для превращения углеродосодержащего топлива в такие компоненты, как Н 2, CO, CH4, H2S и NH3,плюс некоторый избыток, составляющий по меньшей мере приблизительно 0,1 мол.%, по меньшей мере приблизительно 0,25 мол.%, по меньшей мере приблизительно 0,5 мол.%, по меньшей мере приблизительно 1 мол.%, по меньшей мере приблизительно 2 мол.%, по меньшей мере приблизительно 3 мол.%,по меньшей мере приблизительно 4 мол.% или по меньшей мере приблизительно 5 мол.%. В других вариантах выполнения количество обеспечиваемого О 2 должно превосходить указанное стехиометрическое количество на приблизительно от 0,1 до 5 мол.%, приблизительно от 0,25 до 4 мол.% или приблизительно от 0,5 до 3 мол.%. В некоторых вариантах выполнения изобретения предлагаемые в изобретении способы могут отличаться в отношении физического состояния СО 2 на различных стадиях процесса. Общеизвестно, что СО 2 находится в различных формах в зависимости от физических условий нахождения вещества. СО 2 имеет тройную точку фазовой диаграммы, соответствующую 0,518 МПа и -56,6 С, но он также имеет критические давление и температуру, соответствующие 7,38 МПа и 31,1 С. За этой критической точкой СО 2 существует как сверхкритическая текучая среда, и в настоящем изобретении реализуется возможность достижения максимальной эффективности производства энергии путем поддержания СО 2 в определенном состоянии в определенных точках цикла. В частных вариантах выполнения изобретения вводимый в камеру сгорания СО 2 предпочтительно находится в виде сверхкритической текучей среды. Подразумевается, что эффективность системы или способа производства энергии описывается отношением мощности, вырабатываемой системой или в способе, к мощности, подводимой к системе или в способе. В случае системы или способа производства энергии эффективность часто описывается как отношение электрической энергии или мощности (например, в мегаваттах или МВт), направляемой в по- 24024796 требительскую сеть, к общей теплотворной способности топлива, сгоревшего при выработке электрической энергии (или мощности). Это отношение далее может называться чистой эффективностью системы или способа (по теплотворной способности). В этой эффективности может учитываться вся энергия, требуемая во внутренних процессах системы или способа, включая получение очищенного кислорода (например, в блоке разделения воздуха), сжатие СО 2 для передачи в трубопровод высокого давления и другие стадии способа и элементы системы, требующие подвода энергии. В различных вариантах выполнения в предлагаемых в настоящем изобретении системах и способах используется преимущественно СО 2 в качестве рабочего тела в цикле, в котором углеродосодержащее топливо сжигается (т.е. в камере сгорания) в основном в чистом О 2 при давлении, превосходящим критическое давление для СО 2, образуя поток продуктов горения. Этот поток расширяется в турбине и затем проходит через рекуперативный теплообменник. В теплообменнике отработавшие газы турбины предварительно нагревают повторно используемую циркулирующую текучую среду на основе СО 2 до сверхкритического состояния. Эта предварительно нагретая повторно используемая циркулирующая текучая среда на основе СО 2 подается в камеру сгорания, где она смешивается с продуктами горения углеродосодержащего топлива, образуя общий поток, имеющий определенную максимальную температуру на входе турбины. Изобретение может обеспечить исключительную эффективность, по меньшей мере, частично благодаря использованию преимуществ от минимизации температурной разницы на горячем краю рекуперативного теплообменника. Эта минимизация может быть обеспечена путем использования низкотемпературного источника тепла для нагревания части повторно используемого СО 2 перед вводом в камеру сгорания. При этих низких температурных уровнях удельная теплоемкость и плотность сверхкритического СО 2 очень высоки, и это может дать возможность потоку выхлопных газов турбины предварительно нагревать СО 2 до значительно более высокой температуры, что может существенно снизить температурную разницу на горячем краю рекуперативного теплообменника. В частных вариантах выполнения пригодными источниками низкотемпературного тепла являются компрессоры, используемые в криогенных установках разделения воздуха, работающих в адиабатическом режиме, или выхлопной поток из обычной газовой турбины. В частных вариантах выполнения настоящего изобретения температурная разница на горячем краю рекуперативного теплообменника меньше, чем приблизительно 50 С, и предпочтительно лежит в диапазоне приблизительно от 10 до 30 С. Использование низкой степени повышения давления (например, ниже приблизительно 12) является дополнительным фактором, который может повысить эффективность. Использование СО 2 в качестве рабочего тела вместе с низкой степенью повышения давления снижает энергетические потери на повышение давления охлажденных выхлопных газов турбины до давления повторного использования. Дополнительное преимущество заключается в возможности получения определенного количества углерода из топлива, превращенного в СО 2 в виде текучей среды под высоким давлением, превосходящим сверхкритическое давление для СО 2, проходящей по трубопроводу высокого давления (обычно приблизительно от 10 до 20 МПа) с очень низким паразитным расходом энергии при близком к 100% извлечении углерода из топлива. Параметры такой системы и способа дополнительно рассмотрены в данном описании в больших подробностях. Согласно фиг. 5 углеродосодержащее топливо 254, вводимое в камеру 220 сгорания вместе с О 2 242 и циркулирующей текучей средой 236 на основе СО 2, сгорает, обеспечивая поток 40 продуктов горения. В частных вариантах выполнения камера 220 сгорания представляет собой камеру сгорания с испарительным охлаждением, такую как описанная выше. Температура горения может изменяться в зависимости от конкретных параметров процесса - таких как вид углеродосодержащего топлива, молярное отношение СО 2 к углероду топлива при введении в камеру сгорания и (или) молярное отношение СО 2 к О 2,вводимому в камеру сгорания. В частных вариантах выполнения температура горения представляет собой температуру, приведенную выше в связи с описанием камеры сгорания с испарительным охлаждением. В особо предпочтительных вариантах выполнения могут иметь преимущество температуры горения,превосходящие 1300 С, как здесь описано. Может быть также полезным регулирование температуры горения так, чтобы поток продуктов горения, выходящий из камеры сгорания, имел требуемую температуру. Например, чтобы выходящий из камеры сгорания поток продуктов горения имел температуру по меньшей мере приблизительно 700 С,по меньшей мере приблизительно 750 С, по меньшей мере приблизительно 800С, по меньшей мере приблизительно 850 С, по меньшей мере приблизительно 900 С, по меньшей мере приблизительно 950 С, по меньшей мере приблизительно 1000 С, по меньшей мере приблизительно 1050 С, по меньшей мере приблизительно 1100 С, по меньшей мере приблизительно 1200 С, по меньшей мере приблизительно 1300 С, по меньшей мере приблизительно 1400 С, по меньшей мере приблизительно 1500 С или по меньшей мере приблизительно 1600 С. В некоторых вариантах этот поток может иметь температуру приблизительно от 700 до 1600 С, приблизительно от 800 до 1600 С, приблизительно от 850 до 1500 С,приблизительно от 900 до 1400 С, приблизительно от 950 до 1350 С или приблизительно от 1000 до 1300 С. Как описано выше, давление СО 2 в цикле выработки мощности может быть критическим параметром для максимизации эффективности энергетического цикла. Хотя для веществ, вводимых в камеру сгорания, может быть важным иметь конкретно определенное давление, аналогично может быть важным для потока продуктов горения иметь определенное давлением. В частности, давление потока продуктов горения может быть связано с давлением циркулирующей текучей среды на основе CO2, вводимой в камеру сгорания. В частных вариантах выполнения давление потока продуктов горения может составлять приблизительно 90% от давления СО 2, вводимого в камеру сгорания - т.е. циркулирующей текучей среды. В дополнительных вариантах выполнения давление потока продуктов горения может составлять по меньшей мере приблизительно 91%, по меньшей мере приблизительно 92%, по меньшей мере приблизительно 93%, по меньшей мере приблизительно 94%, по меньшей мере приблизительно 95%, по меньшей мере приблизительно 96%, по меньшей мере приблизительно 97%, по меньшей мере приблизительно 98%, по меньшей мере приблизительно 99% от давления СО 2, вводимого в камеру сгорания. Химический состав потока продуктов горения, выходящих из камеры сгорания, может изменяться в зависимости от вида используемого углеродосодержащего топлива. Что важно, поток продуктов горения содержит СО 2, который будет отобран и повторно введен в камеру сгорания или использован в других циклах, как более подробно описано ниже. Кроме того, избыточный СО 2 (включая СО 2, полученный за счет сжигания топлива) может быть извлечен из циркулирующей текучей среды на основе СО 2 (в частности, под давлением, пригодным для непосредственной передачи в трубопровод СО 2) для удаления или другого сброса за исключением выброса в атмосферу. В дополнительных вариантах выполнения поток газообразных продуктов горения может содержать одну или несколько компонент из группы, включающей водяные пары, SO2, SO3, HCl, NO, NO2, Hg, избыточный О 2, N2, Ar и, возможно, другие загрязняющие примеси, которые могут присутствовать в сжигаемом топливе. Эти вещества, присутствующие в потоке продуктов горения, могут оставаться в циркулирующей текучей среде несмотря на удаление, например, в процессе, рассмотренном в данном описании. Такие вещества, присутствующие в качестве добавки к СО 2, могут называться в данном описании "вторичными компонентами". Как видно на фиг. 5, поток 40 газообразных продуктов горения может направляться в турбину 320,в которой этот поток расширяется, производя энергию (например, с использованием генератора для получения электрической энергии, который на иллюстрации не показан). Турбина 320 может иметь вход для приема потока 40 продуктов горения и выход для вывода выхлопного потока 50 турбины, содержащего СО 2. Хотя на фиг. 5 показана одна турбина 320, должно быть понятно, что могут быть использованы более одной турбины, несколько турбин, соединенных последовательно, или опционно разделенных одной или несколькими дополнительными компонентами, такими как узел дополнительной камеры сгорания, узел компрессии, узел разделения и т.п. Кроме того, параметры процесса могут тщательно контролироваться на стадии максимизации эффективности цикла. Эффективность существующих энергетических установок, работающих на природном газе, критически зависит от температуры на входе турбины. Например, большая и дорогостоящая работа была проделана, чтобы создать технологию турбины, дающую возможность работать при температурах, приближающихся примерно к 1350 С. Чем выше температура на входе турбины, тем выше эффективность установки, но при этом тем дороже турбина, и потенциально короче срок ее службы. Некоторые предприятия ограничены по уплате повышенной стоимости и принятию риска укороченного срока службы. Хотя в настоящем изобретении такие турбины могут использоваться даже для дополнительного повышения эффективности, в некоторых вариантах выполнения этого не требуется. В частных вариантах выполнения представленные системы и способы обеспечивают требуемую эффективность при использовании входной температуры турбины, лежащей в значительно более низком диапазоне, чем приведено выше. Таким образом, изобретение может отличаться в смысле достижения определенной эффективности, как рассмотрено в данном описании, несмотря на обеспечение потока продуктов горения на входе турбины с заданной температурой, которая может быть значительно ниже температур, принятых в предшествующем уровне техники для достижения такой же эффективности на таком же топливе. Как отмечено выше, поток 40 продуктов горения, выходящий из камеры 220 сгорания имеет давление, близко выровненное с давлением циркулирующей текучей среды на основе СО 2, поступающей в камеру 220 сгорания. В частных вариантах выполнения поток 40 продуктов горения находится при температуре и под давлением, такими же как присутствующий в нем СО 2, пребывающий в состоянии сверхкритической текучей среды. При расширении потока 40 продуктов горения в турбине 320 давление его падает. Предпочтительно падение давления регулируется таким образом, что давление потока 40 продуктов горения находится в определенном соотношении с давлением выхлопного потока 50 турбины. В некоторых вариантах выполнения отношение давления потока продуктов горения на входе турбины к давлению выхлопного потока на выходе турбины меньше приблизительно 12. Это может быть описано как отношение входного давления (Ip) к выходному давлению (Ор), т.е. как Ip/Op. В дополнительных вариантах выполнения отношение давлений может быть меньше приблизительно 11, меньше приблизительно 10, меньше приблизительно 9, меньше приблизительно 8 или меньше приблизительно 7. В других вариантах выполнения отношение входного давления турбины к выходному давлению может составлять приблизительно от 1,5 до 12, приблизительно от 2 до 12, приблизительно от 3 до 12, приблизительно от 4 до 12, приблизительно от 2 до 11, приблизительно от 2 до 10, приблизительно от 2 до 9, приблизительно от 2 до 8, приблизительно от 3 до 11, приблизительно от 3 до 10, приблизительно от 3 до 9, приблизительно от 4 до 11, приблизительно от 4 до 10, приблизительно от 4 до 9 или приблизительно от 4 до 8. В частных вариантах выполнения может быть желательным, чтобы выхлопной поток турбины находился в состоянии, при котором входящий в поток СО 2 больше не находится в сверхкритическом состоянии, но скорее представляет собой газ. Например, обеспечение СО 2 в газообразном состоянии может способствовать удалению любых вторичных компонент. В некоторых вариантах выполнения выхлопной поток турбины имеет давлением ниже давления, при котором СО 2 находится в сверхкритическом состоянии. Предпочтительно выхлопной поток турбины имеет давление ниже приблизительно 7,3 МПа, ниже или равное приблизительно 7 МПа, ниже или равное приблизительно 6,5 МПа, ниже или равное приблизительно 6 МПа, ниже или равное приблизительно 5,5 МПа, ниже или равное приблизительно 5 МПа, ниже или равное приблизительно 4,5 МПа, ниже или равное приблизительно 4 МПа, ниже или равное приблизительно 3,5 МПа, ниже или равное приблизительно 3 МПа, ниже или равное приблизительно 2,5 МПа, ниже или равное приблизительно 2 МПа или ниже или равное приблизительно 1,5 МПа. В других вариантах выполнения давление выхлопного потока турбины может составлять приблизительно от 1,5 до 7 МПа, приблизительно от 3 до 7 МПа или приблизительно от 4 до 7 МПа. Предпочтительно давление выхлопного потока турбины меньше давления конденсации СО 2 при температурах охлаждения, в которых оказывается поток (например, естественного охлаждения). Следовательно согласно изобретению предпочтительно, чтобы СО 2 ниже по потоку турбины 320 (и предпочтительно выше по потоку блока 620 создания повышенного давления) поддерживался в газообразном состоянии и не доводился до состояния, в котором он может перейти в жидкую фазу. Хотя прохождение потока продуктов горения через турбину приводит к некоторому снижению температуры, выхлопной поток турбины, как правило, имеет температуру, при которой могут возникать препятствия для удаления вторичных компонент, присутствующих в потоке продуктов горения. Например, выхлопной поток турбины может иметь температуру приблизительно от 500 до 1000 С, приблизительно от 600 до 1000 С, приблизительно от 700 до 1000 С или приблизительно от 800 до 1000 С. Из-за относительно высокой температуры потока продуктов горения может быть полезным выполнение турбины из материалов, способных выдерживать такие температуры. Может быть также полезным, чтобы турбина включала материалы, обеспечивающие высокую химическую стойкость к вторичным веществам, которые могут присутствовать в потоке газообразных продуктов горения. Поэтому в некоторых вариантах выполнения может быть полезным пропускать выхлопной поток 50 турбины через по меньшей мере один теплообменник 420, охлаждающий выхлопной поток 50 турбины и обеспечивающий поток 60 циркулирующей текучей среды на основе СО 2, имеющий температуру, лежащую в заданном диапазоне. В частных вариантах выполнения циркулирующая текучая среда 60 на основе СО 2, выходящая из теплообменника 420 (или из конечного теплообменника в используемой последовательности из двух или нескольких теплообменников), имеет температуру меньше приблизительно 200 С, меньше приблизительно 150 С, меньше приблизительно 125 С, меньше приблизительно 100 С,меньше приблизительно 95 С, меньше приблизительно 90 С, меньше приблизительно 85 С, меньше приблизительно 80 С, меньше приблизительно 75 С, меньше приблизительно 70 С, меньше приблизительно 65 С, меньше приблизительно 60 С, меньше приблизительно 55 С, меньше приблизительно 50 С,меньше приблизительно 45 С или меньше приблизительно 40 С. Как отмечено, может быть полезным, чтобы давление выхлопных газов турбины определенным образом соотносилось с давлением потока продуктов горения. В частных вариантах выполнения выхлопной поток турбины непосредственно пропускается через один или несколько описанных здесь теплообменников без прохождения через какие-нибудь дополнительные компоненты системы. Таким образом,отношение давлений может быть представлено как отношение давления потока продуктов горения на выходе камеры сгорания к давлению потока, поступающего на горячий край теплообменника (или первый теплообменник, если используется последовательность теплообменников). Еще раз это отношение давлений предпочтительно меньше приблизительно 12. В дополнительных вариантах выполнения отношение давлений потока продуктов горения и потока, поступающего на теплообменник, может быть меньше приблизительно 11, меньше приблизительно 10, меньше приблизительно 9, меньше приблизительно 8 или меньше приблизительно 7. В других вариантах выполнения это отношение давлений может быть приблизительно от 1,5 до 10, приблизительно от 2 до 9, приблизительно от 2 до 8, приблизительно от 3 до 8 или приблизительно от 4 до 8. Хотя использование камеры сгорания с испарительным охлаждением обеспечивает возможность высокотемпературного горения, предлагаемые в настоящем изобретении системы и способы могут отличаться способностью обеспечивать также выхлопной поток турбины на теплообменник (или последовательность теплообменников) с достаточно низкой температурой, что снижает стоимость системы, увеличивает срок службы теплообменника(ов) и улучшает показатели надежности системы. В частных вариантах выполнения согласно настоящему изобретению наивысшая рабочая температура для входящего в систему или способ теплообменника меньше приблизительно 1100 С, меньше приблизительно 1000 С,меньше приблизительно 975 С, меньше приблизительно 950 С, меньше приблизительно 925 С или меньше приблизительно 900 С. В некоторых вариантах выполнения может быть особенно полезным, чтобы теплообменник 420 со- 27024796 держал по меньшей мере два последовательных теплообменника для приема выхлопного потока 50 турбины и охлаждения его до требуемой температуры. Тип используемого теплообменника может меняться в зависимости от состояния поступающего в него потока. Например, выхлопной поток 50 турбины может находиться при относительно высокой температуре, как описано выше, и поэтому целесообразно выполнять теплообменник, непосредственно принимающий выхлопной поток 50 турбины, из высококачественных материалов, предназначенных для работы в экстремальных условиях. Например, первый теплообменник в последовательности теплообменников может содержать сплав типа INCONEL или другой материал. Предпочтительно первый теплообменник в последовательности содержит материал, способный выдерживать высокую рабочую температуру, составляющую по меньшей мере приблизительно 700 С, по меньшей мере приблизительно 750 С, по меньшей мере приблизительно 800 С, по меньшей мере приблизительно 850 С, по меньшей мере приблизительно 900 С, по меньшей мере приблизительно 950 С, по меньшей мере приблизительно 1000 С, по меньшей мере приблизительно 1100 С или по меньшей мере приблизительно 1200 С. Может быть также полезным, чтобы один или несколько теплообменников содержали материал, обеспечивающий высокую химическую стойкость к вторичным веществам, которые могут присутствовать в потоке продуктов горения. Сплавы INCONEL, поставляемые фирмой Special Metals Corporation, в некоторых вариантах выполнения могут включать аустенитные никель-хромовые сплавы. В перечень сплавов, которые могут быть использованы входят INCONEL 600,INCONEL 601, INCONEL 601GC, INCONEL 603XL, INCONEL 617, INCONEL 625, INCONEL 625LCF, INCONEL 686, INCONEL 690, INCONEL 693, INCONEL 706, INCONEL 718, INCONEL 718SPF, INCONEL 722, INCONEL 725, INCONEL 740, INCONEL X-750, INCONEL 751, INCONEL MA754, INCONEL MA758, INCONEL 783, INCONEL 903, INCONEL N06230,INCONEL C-276, INCONEL G-3, INCONEL HX, INCONEL 22. Примером предпочтительной конструкции теплообменника может служить пластинчатый теплообменник на диффузионной сварке с химически обработанными ребрами на пластинах, изготовленных из высокотемпературного материала,такого как один или несколько приведенных выше сплавов. Пригодные теплообменники могут включать поставляемые под торговой маркой HEATRIC (фирмой Meggitt USA, Houston, TX). Первый теплообменник в последовательности предпочтительно может отбирать тепло от выхлопного потока турбины, так что один или несколько последующих теплообменников в серии могут быть выполнены из более традиционных материалов, например из нержавеющей стали. В частных вариантах выполнения в последовательности используются по меньшей мере два теплообменника или по меньшей мере три теплообменника для охлаждения выхлопного потока турбины до требуемой температуры. Польза от установки нескольких теплообменников в последовательности особенно может быть видна в приведенном ниже описании передачи тепла от выхлопного потока турбины циркулирующей текучей среде на основе СО 2 для повторного ее нагревания перед вводом в камеру сгорания. В некоторых вариантах выполнения способы и системы могут отличаться тем, что представляют собой одноступенчатый способ сжигания или систему. Это может быть достигнуто за счет использования высокоэффективной камеры сгорания, например описанной камеры сгорания с испарительным охлаждением. По существу, топливо может быть в основном полностью быть сожжено в одной камере сгорания, так что нет необходимости в обеспечении последовательности камер сгорания для полного сжигания топлива. Соответственно, в некоторых вариантах выполнения предлагаемые способы и системы могут быть описаны таким образом, что камера сгорания с испарительным охлаждением является единственной камерой сгорания. В дополнительных вариантах выполнения способы и системы могут быть описаны таким образом, что имеется только одна камера сгорания с испарительным охлаждением до подачи выхлопного потока в теплообменник. В других дополнительных вариантах выполнения способы и системы могут быть описаны таким образом, что выхлопной поток турбины подается непосредственно в теплообменник без пропускания через дополнительную камеру сгорания. После охлаждения поток 60 циркулирующей текучей среды на основе СО 2, выходящий по меньшей мере из одного теплообменника 420, может быть подвергнут дальнейшей обработке с целью отделения оставшихся в нем вторичных компонент, образовавшихся при горении топлива. Как показано на фиг. 5,поток 60 циркулирующей текучей среды может быть направлен в один или несколько разделительных блоков 520. Как рассмотрено ниже в больших подробностях, настоящее изобретение может, в частности,отличаться возможностью обеспечения высокоэффективного способа производства энергии за счет горения углеродосодержащего топлива без выброса СО 2 в атмосферу. Это может быть достигнуто, по меньшей мере, частично путем использования СО 2, образованного при горении углеродосодержащего топлива в качестве циркулирующей текучей среды в цикле выработки энергии. Однако в некоторых вариантах выполнения непрерывное горение и повторное использование СО 2 в качестве циркулирующей текучей среды могут вызывать накопление СО 2 в системе. В таких случаях может быть целесообразным отводить по меньшей мере часть СО 2 из циркулирующей текучей среды (например, количество, приблизительно равное количеству СО 2, образующегося при горении углеродосодержащего топлива). Такой отведенный СО 2 может быть удален любым подходящим способом. В частных вариантах выполнения этот СО 2 может быть направлен в трубопровод для удаления или сбро- 28024796 са пригодными средствами, как будет описано далее. В требования стандарта на трубопроводную систему транспортирования СО 2 может входить, чтобы поступающий в трубопровод СО 2 был свободен от воды для предотвращения коррозии использованной в трубопроводе углеродистой стали. Хотя "сырой" СО 2 мог бы быть введен непосредственно в трубопровод СО 2 из нержавеющей стали, это не всегда возможно, и в действительности может быть более предпочтительным использование трубопровода из углеродистой стали по экономическим соображениям. Соответственно, в некоторых вариантах выполнения вода, присутствующая в циркулирующей текучей среде на основе СО 2 (например, вода, образовавшаяся при горении углеродосодержащего топлива и сохранившаяся в потоке продуктов горения, выхлопном потоке турбины и потоке циркулирующей текучей среды на основе СО 2), может быть удалена главным образом в виде жидкой фазы из охлажденного потока циркулирующей текучей среды на основе СО 2. В частных вариантах выполнения это может быть достигнуто обеспечением циркулирующей текучей среды на основе СО 2 (например, в газообразном состоянии) под давлением, меньшим значения, при котором присутствующий в газовой смеси СО 2 превращается в жидкость в процессе охлаждения газовой смеси до наиболее низкой температуры, создаваемой средством охлаждения, работающим при температуре окружающей среды. Например, циркулирующая текучая среда на основе СО 2 может быть обеспечена при давлении, меньшем 7,38 МПа, в процессе отделения от нее вторичных компонент. Может потребоваться даже более низкое давление, если используются средства охлаждения, действующие при температуре, лежащей у нижней границы температур окружающей среды или значительно ниже этой температуры. Это дает возможность отделения воды в виде жидкости, а также минимизирует загрязненность очищенной циркулирующей текучей среды на основе СО 2,выходящей из разделительного блока. Это также может ограничить давление на выходе турбины значением, меньшим критического давления выхлопного газа турбины. Действительное значение давления может зависеть от температуры, при которой действуют доступные средства охлаждения до температуры окружающей среды. Например, если отделение воды происходит при 30 С, то давление в 7 МПа может приближаться до границы в 0,38 МПа к давлению конденсации СО 2. В некоторых вариантах выполнения циркулирующая текучая среда на основе СО 2, выходящая из теплообменника и поступающая в разделительных блок, может быть обеспечена под давлением приблизительно от 2 до 7 МПа, приблизительно от 2,25 до 7 МПа, приблизительно от 2,5 до 7 МПа, приблизительно от 2,75 до 7 МПа, приблизительно от 3 до 7 МПа, приблизительно от 3,5 до 7 МПа, приблизительно от 4 до 7 МПа или приблизительно от 4 до 6 МПа. В других вариантах выполнения давление может быть таким же, как давление на выходе турбины. В частных вариантах выполнения циркулирующий поток 65 очищенного СО 2 после отделения воды не содержит водяных паров или в основном не содержит водяных паров. В некоторых вариантах выполнения циркулирующий поток очищенного СО 2 может отличаться тем, что содержит водяные пары только в количестве менее 1,5 мол.%, менее 1,25 мол.%, менее 1 мол.%, менее 0,9 мол.%, менее 0,8 мол.%,менее 0,7 мол.%, менее 0,6 мол.%, менее 0,5 мол.%, менее 0,4 мол.%, менее 0,3 мол.%, менее 0,2 мол.% или менее 0,1 мол.%. В некоторых вариантах выполнения поток циркулирующей текучей среды на основе очищенного СО 2 может содержать водяные пары только в количестве приблизительно от 0,01 до 1,5 мол.%, приблизительно от 0,01 до 1 мол.%, приблизительно от 0,01 до 0,75 мол.%, приблизительно от 0,01 до 0,5 мол.%, приблизительно от 0,01 до 0,25 мол.%, приблизительно от 0,05 до 0,5 или приблизительно от 0,05 до 0,25 мол.%. Может быть очень предпочтительным обеспечивать циркулирующую текучую среду на основе СО 2 при вышеуказанных температуре и давлении, что облегчает отделение вторичных компонент, например воды. Другими словами, настоящее изобретение может, в частности, обеспечить поддержание циркулирующей текучей среды на основе СО 2 в требуемом состоянии, так что содержание СО 2 и воды в ней перед разделением находится на требуемом уровне, что облегчает разделение. За счет обеспечения циркулирующей текучей среды на основе СО 2 под описанным выше давлением ее температура может быть снижена до точки, в которой вода в потоке находится в жидком состоянии и поэтому легче отделяется от газообразного СО 2. В некоторых вариантах выполнения может быть желательным обеспечить дополнительные условия сушки, так чтобы циркулирующая текучая среда на основе очищенного СО 2 была полностью или в основном свободна от воды. Как указано выше, при отделении воды от циркулирующей текучей среды на основе СО 2 по разнице в фазовых состояниях веществ может оставаться незначительная часть (т.е. с низкой концентрацией) воды, сохранившейся в этой среде. В некоторых вариантах выполнения может быть приемлемым продолжать цикл с циркулирующей текучей средой на основе СО 2, которая содержит незначительную часть остаточной воды. В других вариантах выполнения может быть целесообразным подвергнуть циркулирующую текучую среду на основе СО 2 дальнейшей обработке, приводящей к полному или частичному удалению остаточной воды. Например, вода с низкой концентрацией может быть удалена с помощью осушителей с поглощающим веществом или других средств, пригодных для использования в свете настоящего описания. Обеспечение циркулирующей текучей среды на основе СО 2 в разделительные блоки под определенным давлением может быть особенно предпочтительным для дополнительной максимизации эффективности энергетического цикла. В частности, обеспечение циркулирующей текучей среды на основе

МПК / Метки

МПК: F23L 7/00, F23M 5/00, F02C 1/00, F23M 5/08

Метки: высокоэффективного, способ, система, углерода, циркулирующего, тела, использованием, диоксида, качестве, энергии, рабочего, производства

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/30-24796-sistema-i-sposob-vysokoeffektivnogo-proizvodstva-energii-s-ispolzovaniem-v-kachestve-cirkuliruyushhego-rabochego-tela-dioksida-ugleroda.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Система и способ высокоэффективного производства энергии с использованием в качестве циркулирующего рабочего тела диоксида углерода</a>

Похожие патенты