专利名称：使用空气气体分离单元和燃烧单元的发电方法
技术领域：
本发明涉及一种发电的方法，其使用空气气体分离单元、利用空气或比空气更贫氮的氧化剂(该氧化剂源于空气气体分离单元)进行操作并且产生燃烧废气的燃烧单元、和用于压缩和/或浄化源于燃烧単元所产生的燃烧废气的CO2的単元。
背景技术：
气候变化是最大的环境挑战之一。大气中二氧化碳浓度的增加是造成全球变暖的极大原因。人为产生的CO2主要通过矿物燃料在发电站的燃烧排放到大气中。
为了阻止CO2的排放，设计了一种技术来捕集含碳燃料燃烧期间排放的CO2以便于将其隔离在地下。所产生的其中一个制约因素是CO2份额一般不超过15%的废气中的CO2的分离，这需要相当大的分离能量。
ー种可能性在于，在燃烧的上游从空气中分离出氮，从而在锅炉出口处保留的所有物质几乎只有CO2和水，(S卩)燃烧产物。然后利用氧-燃料燃烧操作锅炉。可以利用氧回收一部分废气(主要是CO2)以避免在锅炉中达到太高的温度。由此以低成本实现CO2捕集。
这种技术在投资和在全球能源效率的角度来看均是有前途的。
电カ生产商具有操作起来成本或大或小的各种生产装置，例如风轮机、核电站等，并且显然具有含碳燃料发电站(CFPS)。CFPS操作起来成本相对较高。根据本发明，发电方法的操作根据CFPS所生产的电的销售价格而变化。
同样地，根据该销售价格，电カ生产商可以决定捕集CFPS所排放的所有或ー些CO2,并且可以选择不去捕集它。
对CO2的部分捕集并不非常适合于氧-燃料燃烧技术。实际上，以100%的氧-燃料燃烧或以空气燃烧进行操作是必要的，但是很难避免这些规则。特别地，如果在废气中存在30%以上的氮，则分离CO2将会损失在流量更集中时所获得的所有优点。
因此，用于部分捕集的标准解决方案是，100%地投入空气分离単元(ASU)并且以其100%的容量进行操作。但是，可以仅投入一部分压缩和干燥単元(或者100%投入，但是仅使其操作到对应于需要捕集的CO2的程度)。不幸的是，这种压缩和干燥单元不像ASU那样，其仅占ー小部分投入和自消耗能量。
此外，利用ASU以其100%的容量操作意味着随着时间的流逝消耗恒定量的能量，其不能够适应成本和可用能量输出的变化。发明内容
因此，产生的ー个问题是提出一种发电方法，该发电方法可以比已知方法更有利润地进行发电。
如果在给定时刻，电价非常高，这意味着生产的边际成本非常高。如果这种成本非常高，则可能需要供电网络以使用最終的生产装置。这些(生产装置)(例如柴油/燃料发生器単元、气体开式循环)具有显著减小的效率并且具有通常非常高的CO2排放系数。这些排放系数通常甚至比在低级模式中操作、被供应空气并且没有CO2分离的氧-燃料燃烧站的排放系数更高。
因此，根据本发明，建议通过使用氧-燃料燃烧站发电，甚至将CO2排放到大气中，而不去处理它，因为在全球规模上，该CO2排放将少于最終的生产装置的CO2排放。因此，当电非常贵时在氧-燃料燃烧站排放较多的CO2使得可以在网络规模上相对于现有技术减少CO2排放。
根据本发明的一个主题，提供了一种通过燃烧含碳燃料来发电的方法，其使用空气气体生产单元、用于燃烧含碳燃料的単元、和用于压缩和/或浄化源于燃烧废气的CO2的単元(16，20)，所述用于燃烧含碳燃料的単元具有利用空气的第一操作模式和利用氧的第ニ操作模式，在第一操作模式中，对用于燃烧含碳燃料的単元供应空气并且不供应源于所 述生产単元的富含氧的流体，在第二操作模式中，仅对用于燃烧含碳燃料的単元供应比空气更贫氮且更富氧的氧化剂，该氧化剂至少部分地源于空气气体；在所述方法中，在空气气体生产单元的操作期间，将空气输送到空气气体生产单元，在燃烧单元以及压缩和/或净化单元的操作期间，被输送到压缩和/或净化单元的燃烧废气的至少一部分源于燃烧单元，其特征在于，如果所产生的电的销售价格超出第一阈值、和/或如果由所述单元中的至少ー个所消耗的电的购买价格超出第二阈值、和/或如果排放燃烧废气的价格低于第三阈值、和/或如果用于排放废气的价格与电的销售价格之间的比率低于第四阈值，则减少输送到压缩和/或净化单元的废气的量，可能的话减少到零，并且增加输送到空气中的废气的量，可选地同时将所有的废气都输送到空气中。
排放废气的价格对应于在将含ニ氧化碳的气体排到大气中时所需缴纳的碳排放税。
当提到在空气操作期间不向锅炉输送来自于生产单元的富含氧的流体时，不排除将少量富含氧的流量(占空气流量的至多5%)输送到锅炉的可能性。
空气操作的概念也不排除燃烧单元可以接纳来自于不同于空气气体生产单元的其它源的其它氧化剂的可能性，例如一部分废气。类似地，氧操作的概念不排除燃烧单元可以接纳来自于不同于空气气体生产单元的其它源的其它氧化剂的可能性。
根据其它可选特征
-如果所产生的电的销售价格超出第一阈值、和/或如果由所述单元中的至少ー个所消耗的电的购买价格超出第二阈值，则减少输送到空气气体分离单元的空气的量和/或从所述空气气体分离单元输送到所述燃烧単元的氧化剂的量，并且增加输送到所述燃烧单元的空气的量。
-如果电的销售价格超出第一阈值，则减少输送到空气气体分离单元的空气的量和/或从所述分离单元输送的氧化剂的量，可能的话减少到零，并且对所述燃烧単元供应空气，该燃烧单元不再接收比空气更贫氮且更富氧的氧化剂。
-如果电的销售价格高于第四阈值，则增加输送到所述燃烧単元的空气的量，可能的话从零増加，所述第四阈值根据需要可以小于、等于或大于第一阈值。
-如果电的销售价格超出第一阈值，则所述燃烧单元仅利用空气操作，并且可能的话，如果电的销售价格低于第一阈值，则所述燃烧单元仅利用比空气更贫氮的氧化剂操
全文摘要
对于包含向锅炉(7)提供供给的空气气体分离单元(2)和由锅炉提供供给的用于压缩和/或净化CO2的单元(16，20)的设备，根据所产生的电的销售价格和/或排放废气的费用来调整输送到压缩和/或净化单元中的废气的量。
文档编号F01K13/02GK102859123SQ201180013095
公开日2013年1月2日 申请日期2011年3月11日 优先权日2010年3月11日
发明者N·阿拉尔, A·吉亚尔 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司