本发明涉及燃煤发电技术领域，具体为一种适应不同地理环境气候和负荷的超临界-跨临界二氧化碳燃煤发电系统。
背景技术：
我国是煤炭消耗大国，其中燃煤发电量的占比一直保持绝对的优势地位。目前，燃煤发电广泛采用蒸汽朗肯循环，但由于受水的物性、相变
二氧化碳(co2)临界点为7.38mpa，30.98℃，在实际操作中容易达到。由于co2物性在临界点附近变化剧烈，密度大，粘性小，压缩因子较小，可以降低压缩机耗功，提高循环效率。但是由于近临界点co2比热很大，如果要使用水冷却，则需要消耗大量冷却水才能使冷热物流匹配良好。
实际电厂冷却配置需要考虑众多因素，如当地气候、位置特征等。由于全球环境问题、气候变换和人口增长导致人均用水量紧缺的问题，电厂用水量则成为要解决的重要问题。特别像中国西北部煤炭资源丰富，但水资源却严重缺乏。因此，针对节水问题，sco2循环燃煤电厂则可以采用空气冷却方式，极大地节约了水资源。实际空冷又受四季变化、昼夜变换等环境因素影响很大，通常很难将温度冷却至期望值。特别是夏天，室外温度高达35-40℃，冷却器采用空冷方式可能只能将co2温度降至50℃左右。其次部分地区，昼夜温差也较大，这也严重影响阻碍了系统效率的提高。通常，南方地区一年中高温天气较长，北方中低温天气时间长，西北地区还有昼夜温差大的特点。所以针对地理位置上的差异，尚需有效的解决办法。
co2进冷却器时的温度比较高，大部分情况都能达到100℃以上，如果将这部分热量利用水或者空气冷却，不仅容易造成低温污染，还会带来巨大的
对于热力循环，冷源温度对循环效率的影响不可忽略。以卡诺循环为例，热源一定的条件下，冷源温度越低，循环效率越大。同时，同一地理位置，冷源温度一直随着四季变换而变换，夏季温度高，冬季温度低，春秋温和。夏季环境温度高，通常都是超临界二氧化碳循环。冬季温度低时，冷却器足以将工质冷却至亚临界状态，所以，冬季怎样将环境中的冷量有效利用，对co2循环具有很大的效率提高空间。同时，对怎样同时应对季节变换引起不同工况系统稳定高效运行调节策略也提出了挑战。
与常规蒸汽朗肯循环不同，由于sco2在高温时的比热小，所以在相同的负荷下，co2在锅炉中不存在相变过程。虽然可以降低
系统负荷越大，工质流量越大，因此锅炉各受热面面积也会越大。大负荷系统工质由于其在锅炉受热面上流过的路径更长，所以引起的沿程阻力损失也会更大；此外其工质流速的增大也会引起阻力损失的增大。对于循环来讲，压降的增大会直接增大压缩机的耗功或者说会直接降低透平进口参数，这两个变化都会降低循环的效率。而经过计算发现，百兆瓦以下锅炉，其压降对循环效率的影响很小；而数百兆瓦甚至更大负荷的锅炉，其压降会显著影响循环效率。因此，针对不同负荷系统应该有不同的策略来解决压降问题。
技术实现要素：
针对上述背景技术提出的问题：对于不同地理环境，其环境温度随季节变化不同，如果按照单一系统运行，效率和经济性都得不到最大化，解决办法可以是设计适应不同地理环境气候和负荷的超临界-跨临界二氧化碳燃煤发电系统和相应的调节策略，以适应不同地理环境气候。
针对上述背景技术提出的问题：对于工质和烟气余热的利用，提高能源转化和利用效率，解决办法可以是对系统分别耦合不同制冷系统，将支流工质冷却至低温，并利用泵压缩至高压状态，支流高压工质可结合喷射装置和高温乏气混合再热，可提高循环做功量，等效于将低温余热转化为高品质动能。
针对上述背景技术提出的问题：上述支流工质比例是随不同系统、不同季节环境温度而变化的，如果不能很好地通过环境温度预测比例大小，将很难将系统运行至理想设计工况，解决办法可以是通过寻找不同系统随季节环境温度的关系，提出了环境温度和各分流点的比例关系和相应的调节方法。
针对上述背景技术提出的问题：环境温度较高时，通常只能冷却至超临界状态，且环境温度越高，压缩机进口温度越高，压缩机耗功也越高，解决办法可以是为了降低压缩机耗功，提高循环效率，引入旁路预热器，采取一级中间冷却方法，并且冷媒为支流工质。此方法一举两用，不仅可以冷却主流工质，降低主压缩机耗功，还可以预热支流工质，提高能源利用率，降低
针对上述背景技术提出的问题：在环境温度比较低时，冷却器可将其冷却至液态，此时，便不能使用压缩机增压，但是，使用泵增压时同样面临着泵在增压时升温相变问题，该问题的产生会导致泵出现气蚀现象，严重影响泵的安全运行；解决办法可以是采用控制待冷却工质流量的方法来控制泵出口状态，这样可以使得泵出口状态略低于临界状态，即可保证系统安全运行，又可降低工质增压过程的耗功。
综上，本发明总目的是：提出一种适应不同地理环境气候和负荷的超临界-跨临界二氧化碳燃煤发电系统，以解决不同气候环境下四季变化引发的环境温度变化，并导致工质增压方式的改变问题；提高锅炉低温烟气余热和循环冷却器低温co2余热利用率，实现提高锅炉和循环效率，降低系统
为解决上述技术问题，本发明采取的技术手段是：适应不同地理环境气候和负荷的超临界-跨临界二氧化碳燃煤发电系统，包括锅炉子系统，循环子系统和制冷子系统，所述制冷子系统采用libr吸收式制冷装置和/或热电制冷装置。
所述锅炉子系统包括冷却壁、再热壁、过热器、高温再热器、低温再热器、省煤器、空气预热器、烟气吸收器和喷射器。
所述循环子系统包括旁路回热器、高温回热器、低温回热器、冷却器、支流工质泵、主流工质泵、旁路预热器、一级主压缩机、二级主压缩机、再压缩机、低压透平、中压透平和高压透平。
所述libr吸收式制冷装置包括蒸发器、吸收器、libr溶液节流阀、libr溶液泵、libr溶液换热器、发生器、冷凝器、水节流阀、冷量储存罐和热量储存罐；所述libr吸收式制冷装置以libr溶液为工质，其中水作为制冷剂，libr作为吸收剂。制冷装置分成设有制冷剂循环和吸收剂溶液循环。在发生器内，libr溶液通过吸收热罐的热量，产生水蒸气通往冷凝器内与空气放热，凝结成水；同时发生器内的libr溶液浓度上升。libr浓溶液温度也较高，通过libr溶液换热器和lib溶液节流阀后进入吸收器内。凝结后的水通过水节流阀降温后，进入蒸发器吸收co2释放的热量，随后在蒸发器出口回到气态并通往吸收器内被libr浓溶液吸收，同时libr溶液溶度降低。libr稀溶液通过libr溶液泵提供动力，通过在libr溶液换热器内吸收libr浓溶液热量后回到发生器内，完成整个循环。蓄冷剂在蒸发器中吸收冷量，而在冷罐中释放冷量；水在热罐中吸收热量，而在发生器中释放热量。
所述热电制冷装置包括热端储热模块、热电模块、冷端储冷模块和直流电源。所述热电制冷装置可通过热端储冷模块和冷端储冷模块存在的温差和热阻产生吸热放热现象。其中，所述热电模块具有m对pn节，直流电源连接热电模块，使pn节两端具有电势差，产生稳定电流。其中，热源为热端储能模块，热电模块通过吸热将冷端储冷模块温度降低，产生一定冷量用于冷却co2工质。
本系统的制冷子系统可选择libr吸收式制冷装置和/或热电制冷装置，使其可形成三个针对不同地理环境气候和负荷的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统。对此，本发明提出超临界-跨临界二氧化碳燃煤发电系统针对三个不同地理环境气候和负荷的运行系统。
(1)应对南方地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统
所述制冷子系统只采用libr吸收式制冷装置，所述循环子系统还包括有第一三通阀门、第二三通阀门、第三三通阀门、第四三通阀门、第五三通阀门、第六三通阀门、第七三通阀门、第八三通阀门、第九三通阀门、第十三通阀门、第十一三通阀门、第十二三通阀门和第十三三通阀门。
低压透平的出口连接第一三通阀门的b口，第一三通阀门的a口依次连接旁路回热器和第二三通阀门的c口，第一三通阀门的c口依次连接高温回热器、低温回热器和第二三通阀门的a口，第二三通阀门的b口连接第三三通阀门的a口，第三三通阀门的c口依次连接热罐和第四三通阀门的c口，第三三通阀门的b口连接第五三通阀门的c口，第四三通阀门的a口和第五三通阀门的a口分别连接第六三通阀门的a、c口，第四三通阀门的b口和第五三通阀门的b口分别连接第七三通阀门的a、b口,第六三通阀门的b口依次连接再压缩机和第十三三通阀门的b口，第七三通阀门的c口依次连接冷却器和第八三通阀门的a口，第八三通阀门的c口依次连接冷罐、支流工质泵和第九三通阀门的c口，第八三通阀门的b口连接第十一三通阀门的a口，第九三通阀门的a口连接第十三通阀门的b口，第九三通阀门的b口依次连接旁路预热器和第十三通阀门的a口，第十三通阀门的c口依次连接旁路回热器、省煤器和喷射器，第十一三通阀门的b口依次连接一级主压缩机、旁路预热器、二级主压缩机和第十二三通阀门的a口，第十一三通阀门的c口依次连接主流工质泵和第十二三通阀门的b口，第十二三通阀门的c口依次连接和第十三三通阀门的c口，第十三三通阀门的a口依次连接高温回热器、冷却壁、过热器、高压透平、低温再热器、再热壁和中压透平，所述中压透平分别连接所述喷射器、高温再热器和低压透平的入口；其中，所述热罐连接所述烟气吸收器，对烟气吸收器内的废余烟气热量进一步吸收。
由于南方地区气候夏季高温多雨，冬季温和少雨，以环境温度为20℃为界，四季气温大部分时间都在20℃以上，即二氧化碳布雷顿循环在南方地区大部分时间是可以只能将工质冷却至临界点之上。且由于冷源温度较高，此时工质需要冷却的余热温度也相对较高。对于这种气候条件，制冷系统适合用libr吸收式制冷装置。这种制冷方式可以吸收70℃以上的余热，同时cop可达0.7左右，具有效率高，节能效果好，经济性高的优点。当环境温度低于20℃的少数时段，libr吸收式制冷装置也可以吸收少部分的锅炉烟气余热用于工作。由于低温时，环境便可将工质冷却至液态，所以单位工质所需要制冷系统的冷量也很少。因此，虽然环境温度降低会引起制冷量减少，但是旁路支流却有更大比例流量的工质可以被制冷系统冷却。
本发明应对南方地区气候还公开阀门随环境温度变化开度范围，如表1所示，
表1应对南方地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统各典型阀门开度大小
主流工质从第八三通阀门的a口进入，b、c出口流出不同流量的工质；同时，做完功的工质从第一三通阀门的b口流入，a、c出口流出不同流量的工质。当环境温度为10-15℃时，第八三通阀门的c口流量比例为0.58-1，同时第一三通阀门的a出口流量比例为0.36-0.6；当环境温度为15-20℃时，第八三通阀门的c出口流量比例为0.38-0.58，同时第一三通阀门的a出口流量比例为0.24-0.36；当环境温度为20-25℃时，第八三通阀门的c出口流量比例为0.44-0.62，同时第一三通阀门的a出口流量比例为0.27-0.46；当环境温度为25-30℃时，第八三通阀门的c出口流量比例为0.62-0.63，同时第一三通阀门的a出口流量比例为0.46-0.47；当环境温度大于30℃时，第八三通阀门的c出口流量比例大于0.63，第一三通阀门的a出口流量比例大于0.47。
该系统在环境温度低于20℃时，冷却器可将工质冷却至液态。此时，增压装置需要改为泵，但泵在工作时，既增压也增温。所以工质泵在工作中易发生相变，转变成超临界状态，造成汽蚀现象。为了解决上述问题，本系统采用以下方法：
所述循环子系统还包括有冷却池，所述主流工质泵设置在冷却池中，针对第十一三通阀门，工质从a口流入，其中b口关闭，c口开启，这时工质从c口流出通过水浸式的主流工质泵增压。此时，由于主压缩机不工作，所以这时旁路预热器也是不工作状态，即所述第十三通阀门的a口和第九三通阀门的b口处于关闭状态。水浸式泵可以同时增压和降温，可以通过改变水池流量来改变泵的冷却效率，使工质不发生相变。水浸式泵的布置既可以保证增压过程不出现相变气蚀现象，水池对泵的冷却也可以降低泵得工作耗功，使得泵可以安全高效运行，提高了系统的效率。
对于第十二三通阀门、第三三通阀门、第五三通阀门、第六三通阀门、第四三通阀门、第七三通阀门的各进出口的开闭情况为：当环境温度低于20℃时，第十二三通阀门的a进口关闭，工质从b口流入，c口流出；第三三通阀门的a进口和c出口打开，b出口关闭；第五三通阀门的进出口全部关闭；第六三通阀门的a进口关闭，c进口和b出口打开；第四三通阀门的全部进出口打开；第七三通阀门的a进口和c出口打开，b进口关闭。这时工质从第三三通阀门的a口流入，c口流出；工质从第四三通阀门的c口流入，a、c口流出(a、b出口流量比例为0.2-0.4)；工质从第六三通阀门的c口流入，b口流出；工质从第七三通阀门的a口流入，c口流出。当环境温度高于20℃时，第十二三通阀门的b进口关闭，工质从a口流入，c口流出；第三三通阀门的a进口和b出口打开，c出口关闭；第五三通阀门全部进出口打开；第六三通阀门的a进口和b出口打开，c进口关闭；第四三通阀门的全部进出口关闭；第七三通阀门的进口b和出口c打开，进口a关闭。此时，工质从第三三通阀门的a口流入，b口流出；工质从第五三通阀门的c口流入，a、b口流出(a、b出口工质流量比例为0.2-0.4)；工质从第六三通阀门的a口流入，b口流出；工质从第七三通阀门的b口流入，c口流出。
(2)应对北方地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统
所述制冷子系统只采用热电制冷装置，所述循环子系统还包括有第十四三通阀门、第十五三通阀门、第十六三通阀门、第十七三通阀门、第十八三通阀门、第十九三通阀门、第二十三通阀门、第二十一三通阀门和第二十二三通阀门；
低压透平的出口连接第十四三通阀门的b口，第十四三通阀门的a口依次连接旁路回热器和第十五三通阀门的c口，第十四三通阀门的c口依次连接高温回热器、低温回热器和第十五三通阀门的b口，第十五三通阀门的c口依次连接热端储热模块和第十六三通阀门的c口，第十六三通阀门的b口依次连接冷却器和第十七三通阀门的a口，第十六三通阀门的a口依次连接再压缩机和第二十二三通阀门的b口，第十七三通阀门的c口依次连接冷端储冷模块和第十八三通阀门的b口，第十七三通阀门的b口依次连接一级主压缩机、旁路预热器、二级主压缩机和第二十一三通阀门的a口，第十八三通阀门的a口依次连接主流工质泵和第二十一三通阀门的b口，第十八三通阀门的c口依次连接支流流工质泵和第十九三通阀门的c口，第十九三通阀门的a口连接第二十三通阀门的b口，第十九三通阀门的b口依次连接旁路预热器和第二十三通阀门的a口，第二十三通阀门的c口依次连接旁路回热器、省煤器和喷射器，第二十一三通阀门的c口依次连接低温回热器和第二十二三通阀门的c口，第二十二三通阀门的a口依次连接高温回热器、冷却壁、过热器、高压透平、低温再热器、再热壁和中压透平，所述中压透平分别连接所述喷射器、高温再热器和低压透平的入口；所述热端储热模块连接所述烟气吸收器，对烟气吸收器内的废余烟气热量进一步吸收。
相对于南方气候，北方天气存在冬季时间长，温度低的特点，这使得系统工质可以冷却至很低，但工质余热温度却不是很高，为了充分利用这部分的冷量同时保证制冷系统有足够的制冷量，本发明对这种类型气候设计了耦合热电制冷装置的方式。该系统的热电制冷装置可以同时吸收工质余热和锅炉烟气余热。
该系统的第十七三通阀门、第十八三通阀门和第十四三通阀门都存在分流比例的问题，其开度随环境温度变化范围如表2所示
表2应对北方地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统各典型阀门开度大小
其中对于第十七三通阀门：工质从a口流入，b、c口流出。当环境温度低于15℃时，c出口流量比例为1；环境温度为15-20℃时，c出口流量比例为0.96-1；环境温度为20-25℃时，c出口流量比例为0.56-0.96；环境温度为25-30℃时，c出口流量比例为0.53-0.56；环境温度大于30℃时，c出口流量比例低于0.53。
对于第十八三通阀门：工质从b口流入，a、c口流出。当环境温度低于20℃时，c出口流量比例为0.5；当环境温度高于20℃时，c出口流量比例为1。
对于第十四三通阀门：工质从b口流入，a、c口流出。当环境温度低于10℃时，a出口流量比例低于0.3；当环境温度为10-15℃时，a出口流量比例为0.3-0.31；当环境温度为15-20℃时，c出口流量比例为0.31；当环境温度为20-25℃时，c出口流量比例为0.31-0.37；当环境温度为25-30℃时，c出口流量比例为0.37-0.4；环境温度大于35℃时，c出口流量比例低于0.4。
可以发现，对于第十四三通阀门的a出口流量比例随环境温度的升高先上升后下降，对于第十七三通阀门的c出口流量比例都会随着环境温度的升高而先保持稳定后下降；而第十八三通阀门的c出口流量比例只有0.5和1两种情况。
工质在增压之前共发生两次分流过程，其中第一次发生在进冷却器之前再压缩分流，第二次发生在第十七三通阀门或者第十八三通阀门，分成主流和支流。当环境温度大于20℃时，分流发生在第二十三通阀门处，其流量比例根据热电制冷系统制冷量分配；而当环境温度小于20℃时，分流则发生在第十八三通阀门处，且人为的将流量平均分成主流和支流部分。第十四三通阀门的a出口流量比例随着支流流量的变化而变化。当温度低于20℃时，虽然第十八三通阀门的c出口流量比例保持在0.5，但是由于再压缩分流比有细微的增大，所以实际支流流量是会变大的，这也是第十四三通阀门的a出口流量比例增大的主要原因。当温度高于20℃时，主流和支流的分流发生在第十七三通阀门处，制冷系统制冷量的增大速度小于单位质量工质需冷量的速度，因此第十七三通阀门的c出口流量比例是逐渐减小的。
系统在环境温度低于20℃时，主压缩机不工作，同时也导致旁路预热器也不工作，所以旁路支流工质不存在预热过程。即环境温度低于20℃时，第二十三通阀门的c出口打开，a出口关闭；第十九三通阀门的a出口打开，b出口关闭。而对于第二十一三通阀门，当环境温度低于20℃时，a进口关闭工质从b口流入，c口流出；当环境温度高于20℃时，b进口关闭工质从a口流入，c口流出。
(3)应对西北地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统
所述制冷子系统同时采用libr吸收式制冷装置和热电制冷装置，
所述循环子系统还包括有第二十三三通阀门、第二十四三通阀门、第二十五三通阀门、第二十六三通阀门、第二十七三通阀门、第二十八三通阀门、第二十九三通阀门、第三十三通阀门、第三十一三通阀门、第三十二三通阀门、第三十三三通阀门、第三十四三通阀门、第三十五三通阀门、第三十六三通阀门和第三十七三通阀门；
所述低压透平的出口连接第二十三三通阀门的b口，所述第二十三三通阀门的a口依次连接所述旁路回热器和第二十四三通阀门的a口，所述第二十三三通阀门的c口依次连接所述高温回热器、低温回热器和第二十四三通阀门的b口，所述第二十四三通阀门的c口连接第二十五三通阀门的b口，所述第二十五三通阀门的c口依次连接所述热罐和第二十六三通阀门的c口，所述第二十五三通阀门的a口依次连接所述热端储热模块和第二十六三通阀门的a口，所述第二十六三通阀门的b口连接第二十七三通阀门的c口，所述第二十七三通阀门的a口依次连接所述再压缩机和第二十八三通阀门的b口，所述第二十七三通阀门的b口依次连接所述冷却器和第二十九三通阀门的a口，所述第二十九三通阀门的b口依次连接所述一级主压缩机、旁路预热器、二级主压缩机、第三十三通阀门的a口，所述第二十九三通阀门的c口依次连接第三十一三通阀门的a、c口、所述冷罐、第三十二三通阀门的a、b口、第三十三三通阀门的b、c口、支流工质泵、第三十四三通阀门的c、b口、旁路预热器、第三十五三通阀门的a、c口、旁路回热器、省煤器和喷射器；所述第三十一三通阀门的b口依次连接所述冷端储冷模块和第三十二三通阀门的c口，所述第三十三三通阀门的a口依次连接所述主流工质泵和第三十三通阀门的b口，所述第三十三通阀门的c口依次连接低温回热器、再压缩机和第二十八三通阀门的c口，所述第二十八三通阀门的a口依次连接所述高温回热器、冷却壁、过热器低压透平、低温再热器、再热壁和中压透平，所述中压透平分别连接所述喷射器、高温再热器和低压透平的入口；第三十六三通阀和第三十七三通阀的b口分别连接烟气吸收器的输出口和输入口，第三十六三通阀的a、c口分别连接热端储热模块和热罐的输入口，第三十七三通阀的a、c口分别连接所述热端储热模块和热罐的输出口。
我国西北地区昼夜温差大，且常年干旱缺水，化石能源也极其丰富。而本发明冷却介质为环境空气，以煤炭资源为消耗，所以是非常适合在西北地区运行的，也可以极大解决该地区电力短缺的问题。但是由于该地区昼夜温差大，如果制冷系统单纯使用libr吸收式制冷，就会使夜晚低温时制冷量少，系统效率不能提高；但是只是用热电制冷，由于热电制冷cop较低会使得温度较高的工质余热不能得到充分的利用，系统
第二十三三通阀门、第二十九三通阀门和第三十三三通阀门的各出口开度调节比例对该系统的稳定运行至关重要。本发明提出一种负反馈调节机制，三个阀门采用电子阀门，阀门开度可根据电流大小调节。而各阀门的开度大小是随环境温度的变化而变化的。此时，可根据实时测温装置调节电子阀门电流的大小。通过以上办法，虽然环境温度随时间变化较大，但是也可以快速调节系统运行过程，从而保证了系统在设计工况下高效稳定安全运行。三个阀门开度随环境温度变化范围如表3所示。
表3应对西北地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统各典型阀门开度大小
其中，对于第二十九三通阀门：工质从a口流入，b、c口流出。当环境温度低于15℃时，c出口流量比例为1；环境温度为15-20℃时，c出口流量比例为0.96-1；环境温度为20-25℃时，c出口流量比例为0.60-0.96；环境温度为25-30℃时，c出口流量比例为0.62-0.63；环境温度大于35℃时，c出口流量比例大于0.63。
对于第三十三三通阀门：工质从b口流入，a、c口流出。当环境温度低于20℃时，c出口流量比例为0.5；当环境温度高于20℃时，c出口流量比例为1。
对于第二十三三通阀门：工质从b口流入，a、c口流出。当环境温度低于25℃时，a出口流量比例为0.5；当环境温度为25-30℃时，a出口流量比例为0.46-0.50；环境温度大于30℃时，c出口流量比例大于0.47。
可以发现，对于第二十三三通阀门的a出口流量比例随环境温度的升高先上升再下降最后上升，对于第二十九三通阀门的c出口流量比例都会随着环境温度的升高而先保持稳定再下降最后上升；而第三十三三通阀门的c出口流量比例只有0.5和1两种情况。
在环境温度小于20℃时，热电制冷系统充分利用低温余热，产生足量的冷量，这时主流和支流的分开发生在第三十三三通阀门214中；而当环境温度大于20℃时，由于libr吸收式制冷系统的制冷量的增加速度要大于单位质量工质需冷量的增加速度，所以使得最后支流流量比例的增加。
所述系统在环境温度低于20℃时，主压缩机不工作，同时也导致旁路预热器也不工作，所以旁路支流工质不存在预热过程。即环境温度低于20℃时，第三十五三通阀门的b、c出口打开，a出口关闭；第三十四三通阀门的a、c出口打开，b出口关闭。而对于第三十三通阀门，当环境温度低于20℃时，a进口关闭，工质从b口流入，c口流出；当环境温度高于20℃时，b进口关闭，工质从a口流入，c口流出。
关于第二十五三通阀门、第二十六三通阀门、第三十六三通阀门、三十七三通阀门、第三十一三通阀门、第三十二三通阀门的各进出口开闭情况为：环境温度大于20℃时，第二十五三通阀门的b进口和c出口打开，a出口关闭；第二十六三通阀门的c进口和b出口打开，a进口关闭；第三十六三通阀门的b进口和c出口打开，a出口关闭；三十七三通阀门的c进口和b出口打开，a进口关闭；第三十一三通阀门的c出口和a进口打开，b出口关闭；第三十二三通阀门的a进口和b出口打开，c进口关闭。此时，锅炉的低温余热和需要冷却的工质低温余热都用于libr吸收式制冷系统，同时需要进一步冷却的工质也是通过libr吸收式制冷系统的冷罐来获得冷量。环境温度小于20℃时，于第二十五三通阀门的b进口和a出口打开，c出口关闭；第二十六三通阀门的a进口和b出口打开，c进口关闭；第三十六三通阀门的b进口和a出口打开，c出口关闭；三十七三通阀门的a进口和b出口打开，c进口关闭；第三十一三通阀门的b出口和a进口打开，c出口关闭；第三十二三通阀门的c进口和b出口打开，a进口关闭。此时，锅炉的低温余热和需要冷却的工质低温余热都用于热电制冷系统，同时需要进一步冷却的工质也是通过热电制冷系统的冷端储冷模块来获得冷量。
本发明的有益效果是：本发明通过耦合吸收式制冷子系统和热电制冷子系统,冷却介质为环境空气，以煤炭资源为消耗，非常适合在我国西北地区运行，通过阀门控制吸收式制冷子系统和热电制冷子系统的工作情况，可形成应对地理位置气候不同引发的系统安全高效运行的三种不同运行系统状态，解决不同气候环境下四季变换引发的环境温度变化，并导致工质增压方式的改变问题；提高锅炉低温烟气余热和循环冷却器低温co2余热利用率，实现提高锅炉和循环效率，降低系统
附图说明
图1为本发明应对南方地区气候的系统工作状态框图；
图2为图1中各阀门的方向示意图；
图3为图1系统的运行效果对比图；
图4为本发明应对北方地区气候的系统工作状态框图；
图5为图4中各阀门的方向示意图；
图6为图4系统的运行效果对比图；
图7为本发明应对西北地区气候的系统工作状态框图；
图8为图7中各阀门的方向示意图；
图9为图7系统的运行效果对比图；
图10为本发明的小型增压燃烧煤粉锅炉结构示意图；
图11为本发明的大型常压燃烧煤粉锅炉结构示意图；
图12为本发明的冷却壁和再热壁的结构示意图；
图13为本发明的冷却壁和再热壁的外管及内壁的表面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
临界-跨临界二氧化碳燃煤发电系统，包括锅炉子系统1、循环子系统2和制冷子系统，所述制冷子系统采用libr吸收式制冷装置3和/或热电制冷装置4。本系统的制冷子系统可选择libr吸收式制冷装置3和/或热电制冷装置4，使其可形成三个针对不同地理环境气候和负荷的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统。对此，本发明提出超临界-跨临界二氧化碳燃煤发电系统针对三个不同地理环境气候和负荷的运行系统。
实施例1：应对南方地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统实施例
如图1和图2所示，应对南方地区气候时，临界-跨临界二氧化碳燃煤发电系统，包括锅炉子系统1、循环子系统2和libr吸收式制冷装置3。
所述锅炉子系统包括冷却壁11、再热壁12、过热器13、高温再热器14、低温再热器15、省煤器16、空气预热器17、烟气吸收器18和喷射器19。
所述循环子系统包括旁路回热器201、高温回热器203、低温回热器205、冷却器208、支流工质泵213、主流工质泵215、旁路预热器216、一级主压缩机217、二级主压缩机218、再压缩机219、低压透平220、中压透平221、高压透平222和阀门组，阀门组包括有第一三通阀门501(下文简称阀门501)、第二三通阀门502(下文简称阀门502)、第三三通阀门503(下文简称阀门503)、第四三通阀门504(下文简称阀门504)、第五三通阀门505(下文简称阀门505)、第六三通阀门506(下文简称阀门506)、第七三通阀门507(下文简称阀门507)、第八三通阀门508(下文简称阀门508)、第九三通阀门509(下文简称阀门509)、第十三通阀门510(下文简称阀门510)、第十一三通阀门511(下文简称阀门511)、第十二三通阀门512(下文简称阀门512)和第十三三通阀门513(下文简称阀门513)。
所述libr吸收式制冷装置3包括蒸发器301、吸收器302、libr溶液节流阀303、libr溶液泵304、libr溶液换热器305、发生器306、冷凝器307、水节流阀308、冷罐309和热罐312；libr吸收式制冷循环3是以libr溶液为工质，其中水作为制冷剂，libr作为吸收剂。在发生器306内，libr溶液通过吸收热罐312的热量，产生水蒸气通往冷凝器307内与空气放热，凝结成水；同时发生器306内的libr溶液浓度上升。libr浓溶液温度也较高，通过libr溶液换热器305和lib溶液节流阀303后进入吸收器302内。凝结后的水通过水节流阀308降温后，进入蒸发器301吸收co2释放的热量，随后在蒸发器301出口回到气态并通往吸收器302内被libr浓溶液吸收，同时libr溶液溶度降低。libr稀溶液通过libr溶液泵304提供动力，通过在libr溶液换热器305内吸收libr浓溶液热量后回到发生器306内，完成整个循环。蓄冷剂在蒸发器301中吸收冷量，而在冷罐309中释放冷量；水在热罐312中吸收热量，而在发生器306中释放热量。
低压透平220出口工质经过阀门501分成两股，一股经过旁路回热器201后到达阀门502；另一股则依次通过高温回热器203和低温回热器205也进入阀门502，汇合后进入阀门503。通常，当环境温度大于20℃时，阀门503的工质全部流入制冷系统的热罐312放热后再进入阀门504分流，部分先经过阀门506，后进入再压缩机219增压，流入阀门513，另一部分流向阀门507；当环境温度低于20℃时，503的工质则全部进入阀门505分流，部分经过阀门505后进入再压缩机219增压，流入阀门513，部分流向阀门507。阀门507工质经过冷却器208冷却后进入阀门508分流。其中，主流再进入阀门511，当环境温度大于20℃时，阀门511中的工质先经过一级主压缩机509压缩，然后经过旁路预热器216冷却，最后进入二级主压缩机213再次增压，流入阀门512；当环境温度低于20℃时，阀门511中的工质直接经过水浸式主流工质泵215到达阀门512。支流则分别通过冷罐309进一步冷却和支流工质泵213增压后到达阀门509，当环境温度大于20℃时，阀门509工质进入旁路预热器216中预热后到达阀门510；环境温度低于20℃时，阀门509工质则直接流向阀门510。阀门510中的工质分别通过旁路回热器201和锅炉系统1中的省煤器16增温后到达喷射器19。阀门512的工质经过低温回热器205加热后进入阀门513与再压缩机219出口工质混合，然后工质分别经过高温回热器203以及锅炉系统1的冷却壁11和过热器13加热后进入高压透平222做功降温减压。然后，高压透平222出口的工质依次通过低温再热器15和再热壁12再热后进入中压透平221做功。最后，中压透平221出口工质也进入喷射器19与支流工质混合增速，再经过高温再热器14增温后在低压透平220中完成最后一次做功。co2工质经过以上过程，完成了整个超临界-跨临界二氧化碳循环。
由于南方地区气候夏季高温多雨，冬季温和少雨，以环境温度为20℃为界，四季气温大部分时间都在20℃以上，即二氧化碳布雷顿循环在南方地区大部分时间是可以只能将工质冷却至临界点之上。且由于冷源温度较高，此时工质需要冷却的余热温度也相对较高。对于这种气候条件，制冷系统适合用libr吸收式制冷装置。这种制冷方式可以吸收70℃以上的余热，同时cop可达0.7左右，具有效率高，节能效果好，经济性高的优点。当环境温度低于20℃的少数时段，libr吸收式制冷装置也可以吸收少部分的锅炉烟气余热用于工作。由于低温时，环境便可将工质冷却至液态，所以单位工质所需要制冷系统的冷量也很少。因此，虽然环境温度降低会引起制冷量减少，但是旁路支流却有更大比例流量的工质可以被制冷系统冷却。
应对南方地区气候各阀门随环境温度变化开度范围，如表4所示，
表4应对南方地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统各典型阀门开度大小
主流工质从阀门508的a口进入，b、c出口流出不同流量的工质；同时，做完功的工质从阀门501的b口流入，a、c出口流出不同流量的工质。当环境温度为10-15℃时，阀门508的c口流量比例为0.58-1，同时阀门501的a出口流量比例为0.36-0.6；当环境温度为15-20℃时，阀门508的c出口流量比例为0.38-0.58，同时阀门501的a出口流量比例为0.24-0.36；当环境温度为20-25℃时，阀门508的c出口流量比例为0.44-0.62，同时阀门501的a出口流量比例为0.27-0.46；当环境温度为25-30℃时，阀门508的c出口流量比例为0.62-0.63，同时阀门501的a出口流量比例为0.46-0.47；当环境温度大于30℃时，阀门508的c出口流量比例大于0.63，阀门501的a出口流量比例大于0.47。
可以发现，随着环境温度的上升，该两个比例都呈现先减小后增大的趋势，并且在临界点附近是，会发生剧烈的变化。由于环境温度低于20℃时，冷却器可将工质冷却至临界点之下，由于在临界点附近工质物性发生显著变化，使得循环工质余热温度也变化明显(环境温度为20℃时，工质余热温度为100℃；而环境温度为18℃时，工质余热温度只有67℃)，所以制冷量随环境温度的增大而增大。同时，旁路支流工质的终温保持在12℃左右，此时，环境温度约低，单位质量工质需要制冷系统提供的冷量也就越低。综合上述两个因素，导致了比例随环境温度上升而先减小后增大的现象。由于工质进入冷却器之前存在分流过程，使得实际支流流量和主流流量之和要小于循环总流量，所以用于支流工质回热的工质流量比例要小于支流流量比例。
该系统在环境温度低于20℃时，冷却器可将工质冷却至液态。此时，增压装置需要改为泵，但泵在工作时，既增压也增温。所以工质泵在工作中易发生相变，转变成超临界状态，造成汽蚀现象。为了解决上述问题，本系统采用以下方法：所述循环子系统2还包括有冷却池200，所述主流工质泵215设置在冷却池200中，针对阀门511，工质从a口流入，其中b口关闭，c口开启，这时工质从c口流出通过水浸式的主流工质泵增压。此时，由于主压缩机不工作，所以这时旁路预热器也是不工作状态，即所述阀门510的a口和第九三通阀门509的b口处于关闭状态。水浸式泵可以同时增压和降温，可以通过改变水池流量来改变泵的冷却效率，使工质不发生相变。水浸式泵的布置既可以保证增压过程不出现相变气蚀现象，水池对泵的冷却也可以降低泵得工作耗功，使得泵可以安全高效运行，提高了系统的效率。
对于阀门512、阀门503、阀门505、阀门506、阀门504、阀门507的各进出口的开闭情况为：当环境温度低于20℃时，阀门512的a进口关闭，工质从b口流入，c口流出；阀门503的a进口和c出口打开，b出口关闭；阀门505的进出口全部关闭；阀门506的a进口关闭，c进口和b出口打开；阀门504的全部进出口打开；阀门507的a进口和c出口打开，b进口关闭。这时工质从阀门503的a口流入，c口流出；工质从阀门504的c口流入，a、c口流出(a、b出口流量比例为0.2-0.4)；工质从阀门506的c口流入，b口流出；工质从阀门507的a口流入，c口流出。当环境温度高于20℃时，阀门512的b进口关闭，工质从a口流入，c口流出；阀门503的a进口和b出口打开，c出口关闭；阀门505全部进出口打开；阀门506的a进口和b出口打开，c进口关闭；阀门504的全部进出口关闭；阀门507的进口b和出口c打开，进口a关闭。此时，工质从阀门503的a口流入，b口流出；工质从阀门505的c口流入，a、b口流出(a、b出口工质流量比例为0.2-0.4)；工质从阀门506的a口流入，b口流出；工质从阀门507的b口流入，c口流出。
所述旁路预热器216，一方面冷却了主流工质，降低了二级主压缩机218的压缩耗功，另一方面同时可将高压的旁路支流预热，并且旁路工质再改过程吸热发生相变。所以旁路预热器216的布置即降低了压缩耗功由降低了支流工质在省煤器16和旁路回热器201中的吸热量，提高了循环的热效率，降低了该过程的
通过上述对应对南方地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统各阀门的控制描述，本发明还对假设当系统在设定工况下稳定运行做了模拟计算可得到新系统和简单再压缩再热循环的原系统的发电效率做了对比。如附图3所示，为应对南方地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统的运行效果对比图，可以发现，改进系统相对原系统具有巨大优势，特别是对于南方天气常年温度偏高的气候下。
实施例2：应对北方地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统实施例
如图4和图5所示，应对北方地区气候时，临界-跨临界二氧化碳燃煤发电系统，包括锅炉子系统1、循环子系统2和热电制冷装置4。锅炉子系统1与实施例1相同，此处不作赘述。
循环子系统2与实施例1相比，其区别在于阀门组包括第十四三通阀门601(下文简称阀门601)、第十五三通阀门602(下文简称阀门602)、第十六三通阀门603(下文简称阀门603)、第十七三通阀门604(下文简称阀门604)、第十八三通阀门605(下文简称阀门605)、第十九三通阀门606(下文简称阀门606)、第二十三通阀门607(下文简称阀门607)、第二十一三通阀门608(下文简称阀门608)和第二十二三通阀门609(下文简称阀门609)；
所述热电制冷装置4包括热端储热模块401、热电模块402、冷端储冷模块403和直流电源404。热电制冷装置4可通过热端和冷端存在的温差和热阻产生吸热放热现象。其中，热电模块402具有m对pn节，直流电源404连接热电模块402，使pn节两端具有电势差，产生稳定电流。其中，热源为热端储能模块401，热电模块通过吸热将冷端储冷模块403温度降低，产生一定冷量用于冷却co2工质。
低压透平220出口工质经过阀门601分成两股，一股经过旁路回热器201后到达阀门602；另一股则分别通过高温回热器203和低温回热器205也进入阀门602。汇合后的工质进入热电制冷系统4中的热端储热模块401放热后到达阀门603。阀门603中的工质分流，一部分经过再压缩机219增压后进入阀门609；另一部分则经过冷却器208冷却后到达阀门604。通常，当环境温度大于20℃时，阀门604的工质部分分别经过一级主压缩机217增压、旁路预热器216冷却和二级主压缩机218再增压后到达阀门608；另一部分则先通过冷端储冷模块403冷却到达阀门605，再通过支流工质泵213加压，流经阀门606后到达旁路预热器216余热，支流工质预热后，分别经过阀门607、旁路回热器201和省煤器16加热到达喷射器19。当环境温度小于20℃时，阀门604的工质不需要分流，全部流向热电制冷系统4的冷端储能模块403进一步冷却后到达阀门605。其中，主流工质通过主流工质泵215增压后到达阀门608；支流工质通过支流工质泵213加压后，分别通过阀门606、阀门607以及旁路回热器201和省煤器16加热后到达喷射器19。阀门608的主流工质经过低温回热器205后与再压缩机219出口工质在阀门609处混合，混合后工质先经过高温回热器203和锅炉系统1中的冷却壁11和过热器13加热后在高压透平222中第一次做功，然后再经低温再热器15和再热壁12加热后在中压透平221中第二次做功，最后主流工质和支流工质在喷射器19中混合，经过喷射器19混合增速和高温再热器14增温后在低压透平220中完成最后一次做功。co2工质经过以上过程，完成了整个超临界-跨临界二氧化碳循环。
相对于南方气候，北方天气存在冬季时间长，温度低的特点，这使得系统工质可以冷却至很低，但工质余热温度却不是很高，为了充分利用这部分的冷量同时保证制冷系统有足够的制冷量，本发明对这种类型气候设计了耦合热电制冷装置的方式。该系统的热电制冷装置可以同时吸收工质余热和锅炉烟气余热。相比于libr吸收式制冷系统，热电制冷系统可以吸收的余热温度下限更低，这意味着系统能源使用率更高，系统
该系统的阀门604、阀门605和阀门601都存在分流比例的问题，其开度随环境温度变化范围如表5所示
表5应对北方地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统各典型阀门开度大小
其中对于阀门604：工质从a口流入，b、c口流出。当环境温度低于15℃时，c出口流量比例为1；环境温度为15-20℃时，c出口流量比例为0.96-1；环境温度为20-25℃时，c出口流量比例为0.56-0.96；环境温度为25-30℃时，c出口流量比例为0.53-0.56；环境温度大于30℃时，c出口流量比例低于0.53。
对于阀门605：工质从b口流入，a、c口流出。当环境温度低于20℃时，c出口流量比例为0.5；当环境温度高于20℃时，c出口流量比例为1。
对于阀门601：工质从b口流入，a、c口流出。当环境温度低于10℃时，a出口流量比例低于0.3；当环境温度为10-15℃时，a出口流量比例为0.3-0.31；当环境温度为15-20℃时，c出口流量比例为0.31；当环境温度为20-25℃时，c出口流量比例为0.31-0.37；当环境温度为25-30℃时，c出口流量比例为0.37-0.4；环境温度大于35℃时，c出口流量比例低于0.4。
可以发现，对于阀门601的a出口流量比例随环境温度的升高先上升后下降，对于阀门604的c出口流量比例都会随着环境温度的升高而先保持稳定后下降；而阀门605的c出口流量比例只有0.5和1两种情况。
工质在增压之前共发生两次分流过程，其中第一次发生在进冷却器之前再压缩分流，第二次发生在阀门604或者阀门605，分成主流和支流。当环境温度大于20℃时，分流发生在阀门607处，其流量比例根据热电制冷系统制冷量分配；而当环境温度小于20℃时，分流则发生在阀门605处，且人为的将流量平均分成主流和支流部分。阀门601的a出口流量比例随着支流流量的变化而变化。当温度低于20℃时，虽然阀门214的c出口流量比例保持在0.5，但是由于再压缩分流比有细微的增大，所以实际支流流量是会变大的，这也是阀门601的a出口流量比例增大的主要原因。当温度高于20℃时，主流和支流的分流发生在阀门604处，制冷系统制冷量的增大速度小于单位质量工质需冷量的速度，因此阀门604的c出口流量比例是逐渐减小的。
所述系统在环境温度低于20℃时，主压缩机不工作，同时也导致旁路预热器也不工作，所以旁路支流工质不存在预热过程。即环境温度低于20℃时，阀门607的c出口打开，a出口关闭；阀门606的a出口打开，b出口关闭。而对于阀门608，当环境温度低于20℃时，a进口关闭工质从b口流入，c口流出；当环境温度高于20℃时，b进口关闭工质从a口流入，c口流出。
通过上述对应对北方地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统各阀门的控制描述，本发明还对假设当系统在设定工况下稳定运行做了模拟计算可得到新系统和简单再压缩再热循环的原系统的发电效率做了对比。如附图6所示，为应对北方地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统的运行效果对比图，可以发现，改进系统相对于原系统效果非常明显。在环境温度低于20℃时，发电效率更是可以长期保持48.5％以上，当然随这环境温度升高，由于余热量增多，效果也是越来越明显。
实施例3：应对西北地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统实施例
如图7和图8所示，应对西北地区气候时，临界-跨临界二氧化碳燃煤发电系统，包括锅炉子系统1、循环子系统2、libr吸收式制冷装置3和热电制冷装置4。锅炉子系统1与实施例1和2均相同，libr吸收式制冷装置3与实施例1相同，热电制冷装置4与实施例2相同，此处不作赘述；循环子系统2与实施例1和2相比，其区别在于阀门组包括第二十三三通阀门202(下文简称阀门202)、第二十四三通阀门209(下文简称阀门209)、第二十五三通阀门313(下文简称阀门313)、第二十六三通阀门314(下文简称阀门314)、第二十七三通阀门207(下文简称阀门207)、第二十八三通阀门204(下文简称阀门204)、第二十九三通阀门210(下文简称阀门210)、第三十三通阀门206(下文简称阀门206)、第三十一三通阀门311(下文简称阀门311)、第三十二三通阀门310(下文简称阀门310)、第三十三三通阀门214(下文简称阀门214)、第三十四三通阀门212(下文简称阀门212)、第三十五三通阀门211(下文简称阀门211)、第三十六三通阀门405(下文简称阀门405)和第三十七三通阀门406(下文简称阀门406)。
低压透平222出口工质经过阀门202分成两股，一股经过旁路回热器201后到达阀门209；另一股则分别通过高温回热器203和低温回热器205也进入阀门209。汇合后的工质进入阀门313，当环境温度高于20℃时，工质进入吸收式制冷系统3的热罐放热后，到达阀门314；当环境温度低于20℃时，工质进入热电制冷系统4的热端储热模块401放热后，到达阀门314。工质到达阀门314后流到阀门207分流，部分经过再压缩机219增压后进入阀门204；另一部分这进入冷却器208冷却后到达阀门210。工质在阀门210中的流向也会根据环境温度流向改变，当环境温度高于20℃时，主流工质通过一级主压缩机217增压、旁路预热器216冷却和二级主压缩机218增压后到达阀门206；支流工质通过阀门311通过吸收式制冷系统3的冷罐309进一步冷却，再经过阀门310、阀门214和支流工质泵213增压后，依次通过阀门212和旁路预热器216预热后进入阀门211，最后支路工质从阀门211分别通过旁路回热器201和锅炉系统1的省煤器16加热后进入喷射器19。当环境温度低于20℃时，阀门210的工质则全部经过阀门311通往热电制冷系统4中的冷端储冷模块403进一步冷却，冷却后的工质先通过阀门310，后再阀门214处被分流，其中主流工质通过主流工质泵215增压后到达阀门206；支流工质通过支流工质泵213增压后到达阀门212，然后分别通过阀门211以及旁路回热器201和锅炉系统1的省煤器16加热后通向喷射器19。阀门206的主流工质经过低温回热器205后与再压缩机219出口工质在阀门204处混合，混合后工质先经过高温回热器203和锅炉系统1中的冷却壁11和过热器13加热后在高压透平222中第一次做功，然后再经低温再热器15和再热壁12加热后在中压透平221中第二次做功，最后主流工质和支流工质先在喷射器19中混合增速和高温再热器14增温后在低压透平220中完成最后一次做功。co2工质经过以上过程，完成了整个超临界-跨临界二氧化碳循环。
我国西北地区昼夜温差大，且常年干旱缺水，化石能源也极其丰富。而本发明冷却介质为环境空气，以煤炭资源为消耗，所以是非常适合在西北地区运行的，也可以极大解决该地区电力短缺的问题。但是由于该地区昼夜温差大，如果制冷系统单纯使用libr吸收式制冷，就会使夜晚低温时制冷量少，系统效率不能提高；但是只是用热电制冷，由于热电制冷cop较低会使得温度较高的工质余热不能得到充分的利用，系统
为解决上述问题，本发明提出同时耦合热电制冷系统和libr吸收式制冷系统的超临界-跨临界二氧化碳燃煤发电系统。所述系统可根据环境温度选择制冷系统，所以其同时集成了吸收式制冷和热电制冷的优点。常年可保持较高的发电效率。
但是阀门202、阀门210和阀门214的各出口开度调节比例对该系统的稳定运行至关重要。本发明提出一种负反馈调节机制，三个阀门采用电子阀门，阀门开度可根据电流大小调节。而各阀门的开度大小是随环境温度的变化而变化的。此时，可根据实时测温装置调节电子阀门电流的大小。通过以上办法，虽然环境温度随时间变化较大，但是也可以快速调节系统运行过程，从而保证了系统在设计工况下高效稳定安全运行。三个阀门开度随环境温度变化范围如表6所示。
表6应对西北地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统各典型阀门开度大小
其中，对于阀门210：工质从a口流入，b、c口流出。当环境温度低于15℃时，c出口流量比例为1；环境温度为15-20℃时，c出口流量比例为0.96-1；环境温度为20-25℃时，c出口流量比例为0.60-0.96；环境温度为25-30℃时，c出口流量比例为0.62-0.63；环境温度大于35℃时，c出口流量比例大于0.63。
对于阀门214：工质从b口流入，a、c口流出。当环境温度低于20℃时，c出口流量比例为0.5；当环境温度高于20℃时，c出口流量比例为1。
对于阀门202：工质从b口流入，a、c口流出。当环境温度低于25℃时，a出口流量比例为0.5；当环境温度为25-30℃时，a出口流量比例为0.46-0.50；环境温度大于30℃时，c出口流量比例大于0.47。
可以发现，对于阀门202的a出口流量比例随环境温度的升高先上升再下降最后上升，对于阀门210的c出口流量比例都会随着环境温度的升高而先保持稳定再下降最后上升；而阀门214的c出口流量比例只有0.5和1两种情况。
在环境温度小于20℃时，热电制冷系统充分利用低温余热，产生足量的冷量，这时主流和支流的分开发生在阀门214中；而当环境温度大于20℃时，由于libr吸收式制冷系统的制冷量的增加速度要大于单位质量工质需冷量的增加速度，所以使得最后支流流量比例的增加。
所述系统在环境温度低于20℃时，主压缩机不工作，同时也导致旁路预热器也不工作，所以旁路支流工质不存在预热过程。即环境温度低于20℃时，阀门211的b、c出口打开，a出口关闭；阀门212的a、c出口打开，b出口关闭。而对于阀门206，当环境温度低于20℃时，a进口关闭，工质从b口流入，c口流出；当环境温度高于20℃时，b进口关闭，工质从a口流入，c口流出。
关于阀门313、314、405、406、311、310的各进出口开闭情况为：环境温度大于20℃时，阀门313的b进口和c出口打开，a出口关闭；阀门314的c进口和b出口打开，a进口关闭；阀门405的b进口和c出口打开，a出口关闭；阀门406的c进口和b出口打开，a进口关闭；阀门311的c出口和a进口打开，b出口关闭；阀门310的a进口和b出口打开，c进口关闭。此时，锅炉的低温余热和需要冷却的工质低温余热都用于libr吸收式制冷系统，同时需要进一步冷却的工质也是通过libr吸收式制冷系统的冷罐来获得冷量。环境温度小于20℃时，阀门313的b进口和a出口打开，c出口关闭；阀门314的a进口和b出口打开，c进口关闭；阀门405的b进口和a出口打开，c出口关闭；阀门406的a进口和b出口打开，c进口关闭；阀门311的b出口和a进口打开，c出口关闭；阀门310的c进口和b出口打开，a进口关闭。此时，锅炉的低温余热和需要冷却的工质低温余热都用于热电制冷系统，同时需要进一步冷却的工质也是通过热电制冷系统的冷端储冷模块来获得冷量。
通过上述对应对西北地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统各阀门的控制描述，本发明还对假设当系统在设定工况下稳定运行做了模拟计算可得到新系统和简单再压缩再热循环的原系统的发电效率做了对比。如附图9所示，为应对西北地区气候的超临界-跨临界二氧化碳循环燃煤发电运行系统的运行效果对比图，可以发现，改进系统不管昼夜温度如何变化，发电效率都要大于原有系统。并且随着环境温度的增大，两个系统由于放热温度增大发电效率都会有明显的降低。但是，随着环境温度的增大，余热量增大量巨大，可明显降低新系统的放热温度，提高改进系统的发电效率，因此环境温度越大改进效果越明显。
针对背景技术提出的问题：不同负荷系统锅炉压降的特点，并考虑锅炉的经济性因素，本发明的解决办法是提出两种锅炉结构适应不同系统负荷的锅炉。小负荷系统压降对效率影响甚小，则考虑经济性，适用于增压燃烧锅炉，压缩锅炉体积，节约制造成本；大中负荷系统压降对效率影响较大，则考虑热力性能，适用于常压燃烧锅炉，降低锅炉流动压降，提高发电效率。
为了同时解决锅炉经济型问题和大压降引发的发电效率低的问题，本发明针对不同负荷型系统提出了两种不同的解决方案，上述所述锅炉子系统1可分别采用小型增压燃烧煤粉锅炉或大型常压燃烧煤粉锅炉。
如图10所示，所述小型增压燃烧煤粉锅炉主要适用于200mwe级以下的系统。其中冷却壁11、再热壁12、过热器13、高温再热器14低温再热器15以及省煤器16都是用于加热循环工质；烟气吸收器18则用于水吸收热量用于制冷系统。此外，改锅炉配备了管式空气预热器17用于预热空气，提高燃烧器110的燃烧效率，其中自然风首先通过压缩机109压缩至约1mpa后送入预热器壳内，烟气自上而下在管内纵向流动，两者形成交叉流动。管内空气通过与烟气换热后，升温成不同温度的一次风(19％)和二次风(81％)。其中，一次风用于输送煤粉，同时还可蒸发煤粉中的大部分水汽，起到预热作用，一次风温度为300-310℃；二次风则需要经过压缩机111先加压，后通过管道输送至燃烧器110，二次风温度为320-340℃。
二次风通过加压后，能够在炉膛中和煤粉充分混合，提高了燃烧效率和燃烧温度。另外，由于炉内气体在高压下，传热强度也大大增加，因此当需要吸收相同热量时，所需的传热面积就减小，这使得锅炉体积可缩小10-15％，炉膛内金属消耗也可减少10-15％。
同时，管式空气预热器也具有结构简单、安装制造方便等优点。另外由于管式空气预热器的密封性较好，其漏风量也比较小，这也使得预热器内的高压气体流动压损减少，有利于预热空气达到设计要求。
如图11所示，所述大型常压燃烧煤粉锅炉适用于200mwe级以上的大中型系统。其燃烧器为常压燃烧，锅炉尺寸较大，压降较小。与增压燃烧锅炉不同，其预热器是采用回转式空气预热器。新鲜空气通过鼓风机111送入预热器的一、二次风通道，空气自下而上流动，烟气则通过烟气通道自上而下流动，两者形成逆向流动。其中二次风温度为310-320℃，二次风温为370-400℃。烟气于空气完成换热后，还需要于烟气吸收器内的水换热，最后烟气出口温度约为90℃。
由于大型电厂需要的预热空气温度较高，假如使用管式空气预热器预热时，就会造成结构尺寸大，金属用量的的问题，同时也给尾部烟气吸收器等结构的布置带来困难，所以改类型空气预热器只适用于小型燃煤锅炉。另外，回转式空气预热器具有结构紧凑，重量轻等特点，适用于大型电站锅炉。但其结构较复杂，外形尺寸和所占空间小，可加热空气温度较高，气密性低漏风量较大，因此其适用于大型常压燃烧锅炉。
针对背景技术提出的问题：炉膛内易造成传热恶化，本发明提供的解决办法是提出一种套管喷射式冷却壁和再热壁结构，并对外管内壁进行改性设计，使其具有类似“荷叶”表面结构，可以极大的提高管内工质与壁面的换热，及时降低壁面温度，避免壁面超温，保证了锅炉的安全运行。
锅炉冷却壁和再热壁布置于炉膛内，由于炉膛内烟温极高，易造成管过热，同时对管子材料的耐热性能要求较高。本发明提出一种套管喷射式管结构，具体结构如附图12所示，工质从内管通过开孔喷向外管内壁，直接造成对冲现象。同时，外管内壁采用一种表面改性管道，采用激光加工和化学涂覆等方法，可以制造处表面如附图13所示的类似荷叶表面结构，即具有一定粗糙度的微纳结构。当工质流过该表面时，发生“荷叶效应”，疏水壁面会发生速度滑移，增大了工质流速，减小了压降损失，同时，在这种仿生结构下，工质与表面换热面积增大，可增强其与壁面间的传热。在套管结构和“荷叶”表面改性的作用下，工质与壁面间的换热系数可增加数倍，可以有效的降低材料的使用，同时，内管温度较低便可采用耐热性能较低的管。因此，本发明的冷却壁和再热壁结构可保证锅炉安全温度高效经济运行。
所述小型增压燃烧煤粉锅炉和大型常压燃烧煤粉锅炉的过热器和再热器等结构采用的时蛇形管布置，具有弯头多，管长较大等特点，这会造成其压降较大等缺点。同时还由于二氧化碳物性影响，其换热系数也相对较低，受热面积很大。因此，本发明采用一种表面改性管道，管道内壁采用激光加工和化学涂覆等方法，可以制造处表面如附图13所示，具有一定粗糙度的微纳结构当工质流过该表面时，疏水壁面会发生速度滑移，增大了工质流速，减小了压降损失；同时，在这种仿生结构下，工质与表面换热面积增大，可增强其与壁面间的传热。这种壁面结构的改性设计，可有效的减少材料的使用，并且不会造成额外的流动阻力损失。
本发明两种锅炉都采用分流模式布置，有效的降低了锅炉的压降。由于co2进锅炉时的温度较高(约500℃)，所以锅炉如果按照传统蒸汽锅炉方式布置水冷壁，将会导致炉膛辐射热量过多而不能被水冷壁完全吸收，进而导致冷却壁内工质出现传热恶化，冷却壁超温，容易发生安全事故。本系统通过在炉膛内同时布置冷却壁和再热壁的方式，及时有效地吸收了炉膛辐射热量，使炉膛出口温度达到1000℃左右。冷却壁用于sco2循环一次加热，再热壁用于sco2循环二次加热；再热壁和冷却壁呈上下布置。过热器和高温再热器布置于水平烟道内，低温再热器和省煤器布置竖直烟道内，空气预热器和烟气吸收器布置于烟道外，属于锅炉附属结构。炉膛内的冷却壁和再热壁吸收热量以辐射方式为主，对流为辅；烟道内的过热器、高温再热器、低温再热器和省煤器等的吸热则以对流为主，辐射为辅。
锅炉竖直烟道内烟气经过低温再热器吸收热量后，烟气温度还有约500℃。为了合理、高效利用中低温烟气余热，本系统设计了三种方法：1、设置省煤器，对高压支流工质加热。一方面可以高压工质加热至中高温，同时解决了排烟温度较高的问题。2、布置空气预热器吸收部分烟气余热，烟气出口可以降至120-130℃。一次风用于输送煤粉，同时既可将煤粉中少量水分蒸发，又可将煤粉预热至一定温度。二次风则直接用于炉膛内燃烧器提供氧气。同时，由于二次风温度较高，可以起到助燃作用，并使燃烧达到较高的温度。3、低温烟气通往烟气吸收器吸收剩余热量用于制冷系统，温度可降至90℃左右。通过以上三个方法，可将锅炉效率提升至95％以上。
本发明不仅提出应对地理位置气候不同引发的系统安全高效运行的三种不同运行系统；还提出两种不同的锅炉布局结构，分别应对系统负荷的不同引起的效率经济性问题。
以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
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