燃煤機組節(jié)能減排形勢越來越嚴峻，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行詳細分析研究，也是研究人員建立綜合考慮鍋爐經(jīng)濟性和環(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)計計算，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．
    針對火用方法計算電站鍋爐運行經(jīng)濟性，國外學者ROSEN M A和REGULAGADDA P'171分別運用熱力學第一定律和第二定律對燃燒過程和換熱器傳熱過程進行計算，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壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，如下所示：     近些年來，國內(nèi)學者對我國電廠進行實際計算分析，并對火電機組尤其是鍋爐部分設(shè)備和裝置的改造[20,21]進行了大量研究，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提高二次風溫等，陳莉[22]提出將火用方法用于鍋爐效率計算和性能分析，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)來進行表達．
    現(xiàn)有的許多火電廠環(huán)境污染的評價指標，大多是對某一污染物質(zhì)的數(shù)量進行單項比較，綜合評價電廠性能的定量指標較少．研究人員認為，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)電廠進入環(huán)境時所具有的火用，
    在計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，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．實現(xiàn)燃煤鍋爐經(jīng)濟性和環(huán)保性的共同提高將是未來鍋爐經(jīng)濟運行及節(jié)能改造的發(fā)展趨勢．
    國內(nèi)外學者就此問題進行了相關(guān)研究．MARC A Rosen分別應(yīng)用第一、第二熱力學定律對鍋爐系統(tǒng)可利用能量的效率、過程的性能進行了計算，并繪制了燜流圖和能流圖，從熱經(jīng)濟學角度和環(huán)境收益角庋建立了評價指標．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、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確、科學的評估和預(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)用到實際鍋爐計算的最終目標是得出完善的節(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，學者們需要進一步研究分析以下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、熵分析分法等進行完善與改進，使其對實際運行進行指導(dǎo)，此為基礎(chǔ)，也是創(chuàng)新關(guān)鍵．
    (2)國內(nèi)超（超）臨界600 MW及以上機組正相繼投入運行，對這些大型火電機組鍋爐熱力系統(tǒng)進行火用分析的工作較少，且較常用矩陣法進行定量計算分析，要構(gòu)建更加完善的用于實際運行的火用分析數(shù)學模型，采用更加科學準確的分析求解方法，為大型火電機組的節(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)備的火用計算分析可以進一步揭示鍋爐側(cè)節(jié)能環(huán)保工作，如綜合計算脫硫脫硝、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)要努力將理論與實際運行接軌，減少節(jié)能減排分析的抽象性，增加實際可操作性，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)整運行參數(shù)和設(shè)備改造方向．
4、結(jié)語
    隨著火電裝機容量的增加，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，并進行火用分析計算，建立鍋爐經(jīng)濟性能和環(huán)保性能的統(tǒng)一評價指標體系，確定鍋爐運行最佳工況，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．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)實際改造、故障診斷和優(yōu)化運行的重要方法和指標．