中國超超臨界發電機組占全球半壁江山，這“超超臨界”到底是啥？
出品：科普中國
建造：寒木釣萌
監制：中國科學院計較機收集信息中間
圖片來自svedoliver/iStock/Getty Images.
輕易讓人理解的說法是，“超超臨界”意味著火電廠能用起碼的煤發出最多的電。好比利用超超臨界機組的上海外高橋第三發電廠，他們每標的目的外供給1度電只需燃燒274克煤。而作為對比，日本排名第一的磯子電廠新1號機組，2009年時，他們每標的目的外供1度電需要燃煤304克。若是不是利用超超臨界手藝，煤耗就更高了，標的目的外供1度電需要燃煤330克至340克。
也正是以，2015年10月，美國《電力雜志》將上海外高橋第三發電廠評選為2015年度宿世界頂級火力發電廠，因為它是全球第一個將供電煤耗降到280克以下的發電廠。
以上咱們只是對“超超臨界”有一個總的熟悉，下面咱們來好好領會一下它。
臨界乳光
要理解超超臨界，我們起首得領會一下什么是“臨界”。
聞名物理學家皮埃爾·居里發現，一塊磁鐵加熱后，其磁性會消逝。問題來了，加熱到幾多溫度時磁性才會消逝？這個溫度就是磁鐵的臨界溫度，為了紀念居里，又叫做居里溫度。
同理，水也有本身的臨界點。我們知道，水加熱后會釀成蒸氣，但這是在空曠情況下，若是是在一個密閉的容器中加熱呢？此時，加熱密閉容器，容器中的水會蒸發，這會增添容器內的壓力，而壓力越年夜，水的沸點就越高。好比高壓鍋，我們要加熱到120℃擺布，高壓鍋中的水才會沸騰。
問題來了。我們仍是以高壓鍋來舉例子，假設這個高壓鍋異常堅忍，而且是完全密封的。
此時，我們加熱高壓鍋內的水，讓其內部的氣壓不竭增添，繼而里面水的沸點也會不竭升高，這是我們可以預見的。
可是，若是我們一向這么加熱下去，讓高壓鍋內的水溫不竭升高，最后會呈現什么環境？
對于這個問題，150多年前的人們一向很猜疑。直到1869年，英國物理學家安德魯斯在皇家學會作了一個研究陳述，這才解決了問題。
安德魯斯沒有選擇水，這是他伶俐的處所，他選擇二氧化碳做嘗試，因為二氧化碳沸點很低，零下56.55℃時就沸騰了。
他加熱密閉容器中的液態二氧化碳，成果他發現，在31℃四周時，容器內的液態二氧化碳和氣態二氧化碳，兩者之間的不同完全消逝了。也就是說，加熱前，容器內有一個液態面，液態面上方是二氧化碳氣體。
但溫度達到31℃時，你就分不清容器內到底是氣體仍是液體了，它釀成了我們此刻說的“超臨界流體”。
于是我們說，31.04℃就是二氧化碳的臨界溫度，在這個溫度下，容器內對應的氣壓就是二氧化碳的臨界氣壓。
超臨界流體有良多奇奧的性質，好比它具有氣體的可壓縮性，又同時具有近似于液體的較年夜密度和較年夜的消融度，這讓其具有良多主要的感化，我們可以用它從咖啡豆里面提取咖啡因，這就是超臨界流體萃取。
“臨界乳光”現象。
最后，液體在達到自身臨界溫度時的那一刻會呈現出乳白色，這種現象就叫做“臨界乳光”。
此刻，咱們再來看看水的臨界溫度和臨界氣壓。
在約374℃和22.1兆帕（約等于218個年夜氣壓）下，水釀成了超臨界流體。
我們都知道，火電站發電是經由過程將水加熱，釀成高溫高壓水蒸氣沖擊汽輪機從而發電的。
圖為某種汽輪機內部轉子，圖片來自Christine und David Schmitt。
若是某個火電廠，它的水蒸氣壓力低于218個年夜氣壓，那么它的發電機組就是亞臨界機組。若是蒸氣壓跨越218個年夜氣壓，那么就是超臨界機組。
那什么又是超超臨界呢？
其實，超超臨界并不是一種物理學上的劃分，而只是一種工業上的稱呼，僅僅是暗示更高的壓力和更高的溫度。國際上，分歧國度對超超臨界的肇端溫度和壓力的界說分歧。
好比日本的界說是年夜于24.2兆帕，或達到593℃;丹麥是年夜于27.5兆帕;而我國一般是壓力高于27兆帕，或溫度高于580℃。
這說的只是肇端溫度，現實上，我國運行的超超臨界機組年夜多在600℃。
十年磨一克
超超臨界意味著更高的蒸氣溫度和氣壓，而輸入汽輪機的蒸氣溫度和氣壓越高，效率也就越高，這可以從卡諾輪回和朗肯輪回這兩個理論上予以證實。
若去證實，網友們必睡倒一片。但不證實，這說法又顯得抽象。所以咱們就試著從此外角度來說說。
想象一下，不異體積的高壓鍋和氣球，顯然，因為高壓鍋內部氣壓高，含有的氣體量年夜。若是我們但愿氣球內含有的氣體也跟高壓鍋一樣多，那就得把氣球體積增年夜良多良多倍，釀成年夜氣球。
所以，火電站中，若是發生的蒸氣溫度越高，氣壓越年夜，那么響應地，輸送蒸氣的管道就能造的比力小，不然就是龐然年夜物。同理，汽輪機的體積也會年夜年夜減小，這能削減鋼鐵的利用量。
火電廠降低煤耗意味著削減污染，提高經濟性。所以，在火電行業內傳播著“十年磨一克”“十克煤耗，一代手藝”的說法。
上海外高橋第三發電廠是全球第一個將供電煤耗降到280克以下的發電廠，其機組蒸氣溫度600℃，發電效率提高到了驚人的45.4%。
然而，這還不是火電手藝的終點，中國700℃超超臨界燃煤發電手藝試驗平臺已投入運行。將來，若700℃超超臨界發電手藝貿易運行后，火電的發電效率將有望晉升到50%。
“科普中國”是中國科協帶同社會各方操縱信息化手段開展科學傳布的科學權勢巨子品牌。
本文由科普中國融合創作出品，轉載請注明出處。
- 發表于 2018-01-30 00:00
- 閱讀 ( 1124 )
- 分類：其他類型
0 篇文章
作家榜 ?
-
xiaonan123
189 文章
-
湯依妹兒
97 文章
-
luogf229
46 文章
-
jy02406749
45 文章
-
小凡
34 文章
-
Daisy萌
32 文章
-
我的QQ3117863681
24 文章
-
華志健
23 文章