超临界机组

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，这可以从卡诺循环和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%。

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