燃煤機(jī)組節(jié)能減排形勢越來越嚴(yán)峻，采用合適的方法開展電站鍋爐節(jié)能生產(chǎn)和清潔生產(chǎn)評價方法研究已經(jīng)成為重要課題．基于熱力學(xué)第二定律的火用分析方法，可對鍋爐設(shè)備效率和污染物排放特性進(jìn)行詳細(xì)分析研究，也是研究人員建立綜合考慮鍋爐經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的評價體系的重要應(yīng)用方法．
1、火用方法在鍋爐經(jīng)濟(jì)性分析中的應(yīng)用
在針對鍋爐的研究工作中，董厚忱將火用分析方法應(yīng)用于鍋爐分析的最前端——設(shè)計(jì)計(jì)算，得到輸入鍋爐的燃料等物質(zhì)的火用與有效利用率及各項(xiàng)火用損失率間的平衡關(guān)系，從而分析能源利用的合理性，此外，還計(jì)算了各級受熱面的火用利用率，分析出高煙高溫區(qū)域受熱面火用效率較高的主要原因是能級利用程度的更加完善．
針對火用方法計(jì)算電站鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，國外學(xué)者ROSEN M A和REGULAGADDA P'171分別運(yùn)用熱力學(xué)第一定律和第二定律對燃燒過程和換熱器傳熱過程進(jìn)行計(jì)算，得出熱效率和火用效率；總結(jié)出火電廠絕大部分火用損失發(fā)生在鍋爐側(cè)，即鍋爐是火電廠系統(tǒng)不可逆過程的主要來源．CONNELL和KOSHLAND[181指出，化石燃料的能量使用損失效率等于火用損失與輸入煙的比值，因此鍋爐燃料燃燒的火用效率也就被賦子了實(shí)際意義，研究結(jié)果表明，鍋爐內(nèi)主要火用損過程為燃燒過程和傳熱過程，燃燒過程降低火用損失的措施有調(diào)節(jié)空氣系數(shù)和進(jìn)口空氣溫度．
三門峽富通新能源銷售的生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，如下所示：
KAUSHIK S C[19]對燃煤電廠和燃?xì)怆姀S進(jìn)行了詳細(xì)的熱量計(jì)算和不可逆火用損失計(jì)算，結(jié)果表明，鍋爐的火用損失主要發(fā)生在爐膛的燃燒過程中，這可能是由于燃燒不完全、隔熱效果較差和熵產(chǎn)較大引起的，而并非熱量計(jì)算結(jié)果所表明的凝汽器是火用損失的主要設(shè)備，揭示了從不同角度進(jìn)行火用分析的重要性．
近些年來，國內(nèi)學(xué)者對我國電廠進(jìn)行實(shí)際計(jì)算分析，并對火電機(jī)組尤其是鍋爐部分設(shè)備和裝置的改造[20,21]進(jìn)行了大量研究，包括如何提高給水溫度，同時在保證鍋爐排煙溫度不變的前提下適當(dāng)提高二次風(fēng)溫等，陳莉[22]提出將火用方法用于鍋爐效率計(jì)算和性能分析，并對火用分析編制應(yīng)用程序，得出了鍋爐的火用效率及其各部位、各過程的火用損失大小，并把所得到的結(jié)果與對鍋爐熱量平衡分析得到的結(jié)果進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)鍋爐的火用損失主要包括燃燒過程的火用損失和傳熱過程的火用損失，這就為進(jìn)一步提高鍋爐的效率指明了方向，即主要從燃燒、傳熱過程人手，通過富氧燃燒、提高蒸汽初參數(shù)等方法來減小鍋爐的煤耗．
2、火用方法在鍋爐污染物排放特性分析中的應(yīng)用
燜方法可以用來提高社會與自然發(fā)展的可持續(xù)性．CORNELISSEN [23]指出在獲得可持續(xù)發(fā)展中的一個重要因素就是利用火用分析，由于能源內(nèi)部的不可逆性，燜損失可能會發(fā)生，因此應(yīng)盡量減少該類損失以獲得可持續(xù)發(fā)展，此外，還指出環(huán)境影響與排放物和資源枯竭的關(guān)系可以根據(jù)在物理原則上創(chuàng)建的火用為基礎(chǔ)來進(jìn)行表達(dá)．
現(xiàn)有的許多火電廠環(huán)境污染的評價指標(biāo)，大多是對某一污染物質(zhì)的數(shù)量進(jìn)行單項(xiàng)比較，綜合評價電廠性能的定量指標(biāo)較少．研究人員認(rèn)為，火用是衡量系統(tǒng)損失和環(huán)境損失之間合適的聯(lián)系，燜方法可以對鍋爐污染物排放到環(huán)境中所造成的影響進(jìn)行定量評價分析．鍋爐系統(tǒng)火用的量級取決于鍋爐系統(tǒng)和環(huán)境的狀態(tài)，只有當(dāng)該系統(tǒng)與環(huán)境相平衡時，損失才為零，戴恩賢24]指出系統(tǒng)火用與環(huán)境的關(guān)系，如圖1所示，他還提出基于火用概念的環(huán)境污染定義可以建立系統(tǒng)排放的廢棄物和廢熱火用計(jì)算模型．在鍋爐系統(tǒng)中，廢物火用主要是指從煙氣、固體燃燒廢料、廢水，以及廢熱中離開發(fā)電廠進(jìn)入環(huán)境時所具有的火用，
在計(jì)算鍋爐污染物總燜時，需要考慮不同污染物對環(huán)坑危害程度的不同，MIRCEA等以C0為基準(zhǔn)，比較人在S02，NOx，C02的環(huán)境中能夠忍受的濃度和時間，利用“等價C02排放量”來確定污染程度的倍數(shù)關(guān)系，計(jì)算得出的火用損，從能量利用角度來看，是物質(zhì)或系統(tǒng)作功能力的損失，從環(huán)境角度來看，這些火用所具有的勢差是環(huán)境損害的度量．ROSEN M A和DINCER I等人綜合提出了鍋爐火用效率和鍋爐媚損對環(huán)境影響之間的關(guān)系，研究了火用效率對S02，NOx，C02等污染物的排放和對環(huán)境承受指數(shù)的影響．
3、火用方法在鍋爐經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性統(tǒng)一評價中
的應(yīng)用
由于提高鍋爐效率和降低污染物排放對環(huán)境的影響是相互聯(lián)系、相互促進(jìn)的，鍋爐效率的提高，尤其是提高燃燒和傳熱過程的火用效率，對資源的有效利用、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展也會帶來新的改善．降低污染物排放，也就是減少了損失的高品位能量，即提高了鍋爐效率．實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的共同提高將是未來鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及節(jié)能改造的發(fā)展趨勢．
國內(nèi)外學(xué)者就此問題進(jìn)行了相關(guān)研究．MARC A Rosen分別應(yīng)用第一、第二熱力學(xué)定律對鍋爐系統(tǒng)可利用能量的效率、過程的性能進(jìn)行了計(jì)算，并繪制了燜流圖和能流圖，從熱經(jīng)濟(jì)學(xué)角度和環(huán)境收益角庋建立了評價指標(biāo)．IBRAHINDincer[27 3指出火用是解釋能源消耗對環(huán)境影響的最好工具，分析了火用和經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等可持續(xù)發(fā)展之間的關(guān)系，火用效率的提高可以降低火用損并降低作為污染排放的火用，以減少對環(huán)境的破壞．
燜理論充分解釋了能量消耗損失的原因，對于未來能源使用效率有更準(zhǔn)確、科學(xué)的評估和預(yù)測，將會成為可持續(xù)發(fā)展的重要測評工具．將火用論應(yīng)用到實(shí)際鍋爐計(jì)算的最終目標(biāo)是得出完善的節(jié)能減排的統(tǒng)一定量評價方法，找出設(shè)備或運(yùn)行過程中火用利用率最低的部分，并可以提出具體合理的改造方法．
目前火用理論在火電廠中的應(yīng)用，學(xué)者們需要進(jìn)一步研究分析以下5個方面的內(nèi)容．
(1)傳統(tǒng)火用分析方法需要結(jié)合其他理論，如結(jié)合單耗分析方法、熵分析分法等進(jìn)行完善與改進(jìn)，使其對實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行指導(dǎo)，此為基礎(chǔ)，也是創(chuàng)新關(guān)鍵．
(2)國內(nèi)超（超）臨界600 MW及以上機(jī)組正相繼投入運(yùn)行，對這些大型火電機(jī)組鍋爐熱力系統(tǒng)進(jìn)行火用分析的工作較少，且較常用矩陣法進(jìn)行定量計(jì)算分析，要構(gòu)建更加完善的用于實(shí)際運(yùn)行的火用分析數(shù)學(xué)模型，采用更加科學(xué)準(zhǔn)確的分析求解方法，為大型火電機(jī)組的節(jié)能提供理論依據(jù)，
(3)火用分析可通過分析高品質(zhì)能量低利用效率部分來設(shè)置更高效的能源系統(tǒng)的邊際狀態(tài)，如對鍋爐各個受熱面子系統(tǒng)或燃燒、傳熱過程進(jìn)行火用分析以確定具體低效率位置等．
(4)對污染物控制設(shè)備的火用計(jì)算分析可以進(jìn)一步揭示鍋爐側(cè)節(jié)能環(huán)保工作，如綜合計(jì)算脫硫脫硝、除塵等系統(tǒng)的能耗及廢物火用對環(huán)境的定量影響，對鍋爐熱經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性的綜合定量評價方法的建立將起到重要作用．
(5)要努力將理論與實(shí)際運(yùn)行接軌，減少節(jié)能減排分析的抽象性，增加實(shí)際可操作性，根據(jù)鍋爐各受熱面以及環(huán)保設(shè)備具體的火用分析結(jié)果，調(diào)整運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備改造方向．
4、結(jié)語
隨著火電裝機(jī)容量的增加，燃煤鍋爐是節(jié)能減排工作重要的研究對象，針對燃煤鍋爐繪制受熱面和污染物控制設(shè)備系統(tǒng)流程圖，并進(jìn)行火用分析計(jì)算，建立鍋爐經(jīng)濟(jì)性能和環(huán)保性能的統(tǒng)一評價指標(biāo)體系，確定鍋爐運(yùn)行最佳工況，避免低效高排放等問題，是火電廠未來理論研究及工程應(yīng)用的迫切需求．
基于火用理論綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，繪制相應(yīng)的火用表、火用圖，得出了兩個性能最佳結(jié)合點(diǎn)．節(jié)能減排綜合模型的建立意義重大，并將成為評價火電廠鍋爐性能好壞、指導(dǎo)實(shí)際改造、故障診斷和優(yōu)化運(yùn)行的重要方法和指標(biāo)．
