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中国超超临界发电机组占全球半壁江山,这“超超临界”是什么?

十万个为什么 空空 2024-3-24 20:19:42 2次浏览

关于问题中国超超临界发电机组占全球半壁江山,这“超超临界”是什么?一共有 2 位热心网友为你解答:

【1】、来自网友【寒木钓萌(提问者)】的最佳回答:

最容易让人理解的说法是,“超超临界”意味着火电厂能用最少的煤发出最多的电。

图片来自 svedoliver/iStock/Getty Images.

比如使用超超临界机组的

上海外高桥第三发电厂

,他们每向外提供 1 度电只需燃烧 274 克煤。而作为对比,日本排名第一的矶子电厂新 1 号机组,2009 年时,他们每向外供 1 度电需要燃煤 304 克。如果不是使用

超超临界

技术,煤耗就更高了,向外供 1 度电需要燃煤 330 克至 340 克。

也正因此,2015 年 10 月,美国《电力杂志》将上海外高桥第三发电厂评选为 2015 年度世界顶级火力发电厂,因为它是全球第一个将供电煤耗降到

280 克以下

的发电厂。

以上咱们只是对“超超临界”有一个总的认识,下面咱们来好好了解一下它。

临界乳光

要理解超超临界,我们首先得了解一下什么是“临界”。

著名物理学家皮埃尔·居里发现,一块磁铁加热后,其磁性会消失。问题来了,加热到多少温度时磁性才会消失?这个温度就是磁铁的临界温度,为了纪念居里,又叫做居里温度。

同理,水也有自己的临界点。我们知道,水加热后会变成蒸气,但这是在空旷环境下,如果是在一个

密闭的容器中加热

呢?此时,加热密闭容器,容器中的水会蒸发,这会增加容器内的压力,而压力越大,水的沸点就越高。比如高压锅,我们要加热到 120℃左右,高压锅中的水才会沸腾。

问题来了。我们还是以高压锅来举例子,假设这个高压锅

异常坚固,并且是完全密封的

此时,我们加热高压锅内的水,让其内部的气压不断增加,继而里面水的沸点也会不断升高,这是我们可以预见的。

但是,如果我们一直这么加热下去,让高压锅内的水温不断升高,最后会出现什么情况?

对于这个问题,150 多年前的人们一直很困惑。直到 1869 年,英国物理学家安德鲁斯在皇家学会作了一个研究报告,这才解决了问题。

安德鲁斯没有选择水,这是他聪明的地方,他选择二氧化碳做实验,因为二氧化碳沸点很低,零下 56.55℃时就沸腾了。

他加热密闭容器中的液态二氧化碳,结果他发现,在 31℃附近时,容器内的液态二氧化碳和气态二氧化碳,

两者之间的差别完全消失了

。也就是说,加热前,容器内有一个液态面,液态面上方是二氧化碳气体。

但温度到达 31℃时,你就分不清容器内到底是气体还是液体了,

它变成了我们现在说的“超临界流体”。

于是我们说,31.04℃就是二氧化碳的临界温度,在这个温度下,容器内对应的气压就是二氧化碳的临界气压。

超临界流体有很多奇妙的性质

比如它具有气体的可压缩性,又同时具有类似于液体的较大密度和较大的溶解度,这让其具有很多重要的作用,我们可以用它从咖啡豆里面提取咖啡因,这就是

超临界流体萃取

“临界乳光”现象。

最后,液体在到达自身临界温度时的那一刻会呈现出乳白色,这种现象就叫做“

临界乳光

”。

现在,咱们再来看看水的临界温度和临界气压。

在约 374℃和 22.1 兆帕(约等于 218 个大气压)下,水变成了超临界流体。

我们都知道,火电站发电是通过将水加热,变成高温高压水蒸气冲击汽轮机从而发电的。

图为某种汽轮机内部转子,图片来自 Christine und David Schmitt。

如果某个火电厂,它的水蒸气压力低于 218 个大气压,那么它的发电机组就是

亚临界机组

。如果蒸气压超过 218 个大气压,那么就是

超临界机组

那什么又是超超临界呢?

其实,超超临界并不是一种物理学上的划分,而只是一种工业上的称谓,仅仅是表示更高的压力和更高的温度。国际上,不同国家对超超临界的起始温度和压力的定义不同。

比如日本的定义是大于 24.2 兆帕,或达到 593℃;丹麦是大于 27.5 兆帕;而我国一般是压力高于 27 兆帕,或温度高于 580℃。

这说的只是起始温度,实际上,

我国运行的超超临界机组大多在 600℃。

十年磨一克

超超临界意味着更高的蒸气温度和气压,而输入汽轮机的蒸气温度和气压越高,效率也就越高,这可以从

卡诺循环

朗肯循环

这两个理论上予以证明。

然而若去证明,网友们必睡倒一片。但不证明,这说法又显得抽象。所以咱们就试着从别的角度来说说。

能量是有品质之分的,温度越高,品质越高。

想象一下,相同体积的高压锅和气球,显然,因为高压锅内部气压高,含有的气体量大。如果我们希望气球内含有的气体也跟高压锅一样多,那就得把气球体积增大很多很多倍,变成大气球。

所以,火电站中,如果产生的蒸气温度越高,气压越大,那么相应地,输送蒸气的管道就能造的比较小,否则就是庞然大物。同理,汽轮机的体积也会大大减小,这能减少钢铁的使用量。

火电厂降低煤耗意味着减少污染,提高经济性。所以,在火电行业内流传着:

“十年磨一克”、“十克煤耗,一代技术”的说法。

上海外高桥第三发电厂是全球第一个将供电煤耗降到 280 克以下的发电厂,其机组蒸气温度 600℃,发电效率提高到了惊人的 45.4%。

然而,这还不是火电技术的终点,中国 700℃超超临界燃煤发电技术试验平台已投入运行。未来,若 700℃超超临界发电技术商业运行后,火电的发电效率将有望提升到 50%。


寒木钓萌:喜欢本文就点个????,以鼓励产生更多这样的文章^_^


出品:科普中国

制作:寒木钓萌

监制:中国科学院计算机网络信息中心

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【2】、来自网友【王玉东 20】的最佳回答:

锅炉,尤其是电厂锅炉,最早是跟我们家用的小锅炉差不多,烧出来气体,冲击叶轮发电。后来发现冲击压力越大,效率越高,于是低压锅炉基础上增加蒸汽压力就有了中压锅炉,高压锅炉,超高压,亚临界,超临界,超超临界锅炉的区分。锅炉发生的对应的蒸汽压力越来越大,当达到不论如何加温,压力蒸汽都是以液体状态存在的时候,这个点就是临界点。低于这个蒸汽压力的是亚临界,超过这个的是超临界。比超临界压力还高一个档次,超超临界。

超超临界锅炉技术是高精尖技术,世界上没几个国家做的出来,我国做的目前世界顶尖水平。超超临界对材料,工艺,技术方方面面都有着十分严格的要求。

改开之初,我国锅炉技术还是以亚临界作为高端技术,还有点整不太明白,技术也相对落后。这几十年奋起直追,目前主流都是超超临界,亚临界锅炉已经处于严格要求淘汰的技术水准上了。

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