能源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要保障．2010年，我國(guó)全年能源消費(fèi)總量為3. 25×10
9 t標(biāo)準(zhǔn)煤，火力發(fā)電燃煤消耗量約占煤炭產(chǎn)量的50%，煤燃燒所釋放的S02占S02排放總量的87%，NOx占67%，C0：占71010，粉塵占60%。，隨著《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( GB 13223-2011)的頒布，火電廠污染物排放問(wèn)題得到了越來(lái)越多的關(guān)注和治理，
區(qū)別于廣泛應(yīng)用于鍋爐計(jì)算的熱平衡理論，火用理論是考慮量質(zhì)匹配的能量分析方法，可通過(guò)制定分析數(shù)學(xué)模型、建立能量系統(tǒng)的平衡方程、確立用能評(píng)價(jià)準(zhǔn)則進(jìn)行研究．RANT于1956年提出火用概念，將能分成一定環(huán)境條件下可轉(zhuǎn)換的和不可轉(zhuǎn)換的兩部分，并確定了火用效率的計(jì)算原則．龜山一吉田提出元素化學(xué)燜周期表，將火用理論擴(kuò)展到工業(yè)對(duì)環(huán)境影響的定量評(píng)價(jià)．SOMA[4]提出了火用傳遞理論，火用方法被完善為可研究的熱動(dòng)力學(xué)方法：雖然由熱力學(xué)第一定律得到能量在傳遞和轉(zhuǎn)換過(guò)程中是守恒的，但火用傳遞過(guò)程其火用量是減少的．項(xiàng)新耀‘5 3在火用傳遞理論的基礎(chǔ)上提出了火用分布場(chǎng)和燜流的概念，得出火用傳遞系數(shù)受不可逆性程度大小影響的結(jié)論，可對(duì)不同能級(jí)傳輸能量系統(tǒng)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)．
鍋爐是電站中完成燃燒系統(tǒng)的設(shè)備，是電廠污染物排放的主要來(lái)源．目前，很多國(guó)家已經(jīng)把火用分析法廣泛應(yīng)用于熱能動(dòng)力、石油化工等行業(yè)．其中，日本于1980年頒布了火用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)也于20世紀(jì)80年代開(kāi)始將火用分析法用于評(píng)價(jià)指導(dǎo)用能實(shí)踐．對(duì)于發(fā)電廠而言，采用火用方法對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性和污染物排放特性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，可以更客觀準(zhǔn)確地挖掘節(jié)能潛力、改進(jìn)設(shè)備性能，以及提高火電機(jī)組對(duì)環(huán)境的友好性．
1、火用理論概述及研究現(xiàn)狀
1.1傳統(tǒng)火用分析方法的概述
目前，我國(guó)電站鍋爐的熱經(jīng)濟(jì)性定量分析通常采用熱量法，即熱平衡法．但由于節(jié)能不僅要重視量，還應(yīng)注意節(jié)能潛力的挖掘及能級(jí)匹配的政善，因此結(jié)合火用方法進(jìn)行節(jié)能評(píng)價(jià)具有重要指導(dǎo)意義.
火用描述的是能量的做功能力，也就是工程角度上的最終收益．與熱力學(xué)第一定律建立的能量方程及能量分析方法不同，火用方程和火用分析方法是對(duì)實(shí)際設(shè)備和系統(tǒng)分析用能過(guò)程的合理性和有效利用程度進(jìn)行分析，優(yōu)點(diǎn)是可以從能量的量和質(zhì)兩個(gè)方面分析能量的利用情況，準(zhǔn)確揭示系統(tǒng)中煳損失最大的環(huán)節(jié)或過(guò)程，為節(jié)約能源提供目標(biāo)及對(duì)策．
三門峽富通新能源主要生產(chǎn)銷售燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料的生物質(zhì)鍋爐，如下圖所示：
將傳統(tǒng)熱力學(xué)火用分析方法用于對(duì)電站鍋爐的計(jì)算分析得出：鍋爐燃燒和傳熱過(guò)程中火用損偏大，因此鍋爐是火用損失最大的設(shè)備．由于燃燒和傳熱過(guò)程的不可逆性難以避免，而且受材料和制造水平的限制，理論節(jié)能并不能完全應(yīng)用于實(shí)際技術(shù)中，因此傳統(tǒng)熱力學(xué)火用分析方法并不能最大限度地為節(jié)能減排工作進(jìn)行評(píng)價(jià)指導(dǎo)，其具體不足主要有：
(1)燜分析法只能具體量化系統(tǒng)和設(shè)備中不可逆所造成的耗能，無(wú)法全面分析不可逆性和能量消耗增加的原因，難以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)；
(2)鍋爐系統(tǒng)中不同過(guò)程和設(shè)備所造成的火用損失是不等價(jià)的，局部的不可逆對(duì)整體造成的影響更是不同，因此無(wú)法對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；
(3)由于僅考慮系統(tǒng)的熱力學(xué)評(píng)價(jià)而忽視了生產(chǎn)運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)成本因素，火用分析法無(wú)法更全面地評(píng)價(jià)系統(tǒng)和設(shè)備的坐產(chǎn)性能，以獲得真正的經(jīng)濟(jì)效益；
(4)火用分析法無(wú)法確定標(biāo)準(zhǔn)參考環(huán)境參數(shù)，只能簡(jiǎn)單定量分析評(píng)價(jià)鍋爐排放污染物的火用量，此外，也無(wú)法全面分析具體設(shè)備或過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響．
1.2炳理論改進(jìn)應(yīng)用方法的研究現(xiàn)狀
針對(duì)傳統(tǒng)火用分析方法所存在的問(wèn)題和不足，學(xué)者們提出了多種改進(jìn)火用理論應(yīng)用的具體方法，其中熵分析法、單耗分析法和熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論等受到越來(lái)越多的關(guān)注．
(1)熵分析法 系統(tǒng)的熵越大，其能量的品位越低，對(duì)外做功的潛力越小，可用性也就越小，該方法是通過(guò)對(duì)所研究體系的熵平衡進(jìn)行分析，求取熵產(chǎn)的大小及分布，分析影響熵產(chǎn)的因素，作為評(píng)價(jià)過(guò)程的不完善程度和改進(jìn)過(guò)程的依據(jù)．同時(shí)，基于熵方法可以根據(jù)熵增原理對(duì)環(huán)境影響進(jìn)行分析，采用環(huán)境收益指標(biāo)的定量計(jì)算如下：Rh=對(duì)環(huán)境熵產(chǎn)/主要成本
(2)單耗分析法建立在燜分析基礎(chǔ)上的能量系統(tǒng)分析的理論和方法，以產(chǎn)品單耗作為節(jié)能降耗的主要指標(biāo)，分析單耗的構(gòu)成及其分布和變化．
(3)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論 通過(guò)建立線性數(shù)學(xué)模型解決火電廠的系統(tǒng)整體研究以及各設(shè)備在不同運(yùn)行工況下的成本變化規(guī)律．實(shí)際應(yīng)用中，MARC Rosen A等人建立了火電廠對(duì)環(huán)境的燜成本和收益計(jì)算方法．
表1為熱平衡法、熵分析法、傳統(tǒng)火用分析法、單耗分析法、熱經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)理論等熱力學(xué)計(jì)算方法及其在電站鍋爐中的應(yīng)用的分析比較．
