（山东电力建设第三工程有限公司 山东青岛 266100）
摘要：火电机组的能源利用效率分析一直是关乎电厂运行经济性、可靠性的重要研究课题，主要目的在于从热力学分析角度探讨提高能源利用效率，降低能源消耗，节约运行成本的途径和方法。现有能源利用效率分析的方法主要是基于热力学第一定律和第二定律效率，而基于单耗分析理论的热力学第二定律的能源利用效率分析方法通过对能源利用过程损失的界定，在根本上对提高产品的有用能，提高能源的真实利用效率提供可靠性意见，对火电机组的节能潜力以及诊断提供指导性建议。
关键词：火电机组；能源利用效率；第一定律效率；第二定律效率；单耗分析理论；节能
1.引言
在火电机组中，燃煤机组作为传统发电机组，以其成熟的技术和优良的调峰性能始终占据着中国发电行业的半壁江山。煤作为主要燃料，在我国以其储存含量丰富以及成本较低的优势较其他燃料相比更为突出，但相反，以煤为主的发电机组的大量运行也是我国能源效率低下与环境污染严重的主要原因。因此，提高优质能源利用率，在降低燃料消耗量的同时平衡供需关系的首要任务就行挖掘机组的节能潜力，以科学有效的手段提高降低机组损耗，提高产品产量，在满足技术性和经济性的前提下，减少供电煤耗率，即每供1KWh电能所消耗的标准煤量。
2.论文正文
在火电机组众多的节能分析方法中，基于热力学第一定律和第二定律的分析方法是学术界普遍采用的分析方法。
2.1 基于热力学第一定律的节能分析方法
基于热力学第一定律的节能分析方法称为耗差分析法，也称热量法，是以燃料低位热值为基准，进而折算不同燃料的折标准煤系数，其遵循的是燃料的热量等价原则[1]。耗差分析法也是目前燃料利用分析普遍采用的方法。
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（1）
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、
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—分别表示燃料
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与燃料
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的消耗量；
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、
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—分别表示燃料
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与燃料
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的低位发热量。
耗差分析法的分析思路是将标准煤与其余燃料之间进行折算，得出不同燃料的标准煤系数。因此，本文将燃料
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作为标准煤，
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作为标准煤的低位发热量，折标准煤系数定义为
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，燃料
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的折标准煤系数为：
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（2）
基于热力学第一定律的能源利用效率为：
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（3）
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表示燃料中被有效利用的部分，即有效能。
热力学第一定律的能源利用效率分析方法实际上是从宏观的角度去理解和计算的，未将机组参数配置考虑在内，其计算结果往往还有待深入挖掘。
2.2 基于热力学第二定律的节能分析方法
基于热力学第二定律的分析方法也称为
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分析方法。
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分析方法的重大意义就是首次把不平衡当做研究对象，从做功能力损失中发现节能潜能。华北电力大学宋之平教授于20世纪90年代提出了单耗分析理论，首次提出要将燃料利用的实际品位和生成产品的能量品质纳入能源利用审计工作并将单耗分析方法首次以电厂热力系统为应用对象进行燃煤电厂节能潜能分析。基于
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分析方法的单耗分析理论可用于电力、供热、制冷及物质性产品如钢铁、铝、海水淡化及制盐系统的分析与评价。
产品生产过程实际上就是内部不同能量型式之间的转换过程，由质能守恒定律可知，在能量不同型式的转换过程中，
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的总量是不变的，可表示为：燃料
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=产品
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+
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损耗：
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（4）
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表示燃料的固有
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值，简称燃料
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；
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表示终端产品具有的
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值，简称产品
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；
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表示每个能量转换过程中的不可逆损失。
不可逆损失在能量转化利用的实际过程中是必然存在的，只能降低而不能消除，终端产品获得的
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必然要小于燃料
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。根据Gouy-Stodola公式：
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（5）
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表示做功能力损失；
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表示环境温度；
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表示由不可逆损失引起的熵产。
在计算能源实际转换过程中通常视环境温度为常量，因此做功的能力损失与实际过程熵产的大小成正比，再根据热力学中对熵产的定义，只要不可逆过程就必然存在熵产，因此实际热力过程必然存在做功能力损失。
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（6）
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为实际热力过程生产的产品总量，kg；
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为生产
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kg产品所需提供燃料的量，kg；
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为产品的比
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，kJ·kg-1；
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为燃料的比
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，kJ·kg-1，表示为
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燃料理论上可完全转换成的电量，即，
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。
若产品的品质一定，即蕴含在产品中的
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是定值，那么在一定数量的燃料输入初始条件下，
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损失的增加直接导致产品产量
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的减少，
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损失对应的燃料量可表示为：
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（7）
即：
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（8）
得：
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（9）
引入生产单位产品的理论最低燃料单耗
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与生成过程附加燃料单耗
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的概念：
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（10）
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（11）
综合以上各式可推导出生产任何产品的单耗分析模型为：
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（12）
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为生产单位产品的实际燃料单耗，kg；
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为无任何
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耗损时的产品燃料单耗，即最低理论燃料单耗，kg；任何产品的
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均为确定的值；
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为各附加燃料单耗之和。
依据单耗分析模型的建立，在实际计算中只要获得产品生产的实际燃料单耗
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的数值，便可直接计算出能源转换利用过程的热力学第二定律效率。与热一律的正、反平衡效率相比，基于单耗分析理论的正、反平衡效率的表达式可写为：
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（13）
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（14）
式中，
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表示不可逆损失系数即
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系数之和，
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。
反应一个产品品质的重要指标是产品比
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，在热力学分析中常将“电”视为100%的
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，“电”的比
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为
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，因此在生产“电”的过程中，理论最低燃料单耗为：
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（15）
对于一定量的“热”，这里用
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来表示热力学平均温度，
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表示环境温度，则“热”的比
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为
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或
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。因此，在生产“热”（供热）的过程中，理论最低燃料单耗为：
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（16）
式（15）和（16）是基于单耗分析理论得到的生产不同产品的燃料最低消耗量，“电”的理论最低燃料单耗为定值，而当
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与
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分别确定后，“热”的理论最低燃料单耗也为定值，这就印证了单耗分析理论中提到的“任何产品的
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均为确定的值”的这一说明。
通过上文对热二律效率的阐述说明可知，热力学第二定律的能源利用效率分析方法实际上是从产品品位角度去理解和计算的，强调机组参数配置的重要性，计算结果往往可以在一切能源利用过程中进行比较。
2.3 能源利用的第一定律与第二定律效率的比较
相比较热一律的从能量转换数量考虑的热量平衡法，单耗分析方法着重强调了能量的质量，依据对
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效率的分析，以能量质量损失的角度作为切入点，探索提高有效利用的可用能与供给的可用能之比的有效途径和科学依据。
虽然基于热力学第一定律的耗差分析法理解起来比较直观易懂，且计算方便，但是，这种分析方法并没有考虑各种能源，如热能和电能等在生产和利用过程中的品质差异，使能源的热效率彼此之间失去了可比性。而基于单耗分析而得到的热力学第二定律效率覆盖范围更广，可以在各种能源之间建立起横向比较机制。
结论
本文通过对单耗分析理论的引入，突出强调单耗分析理论的优势，即以产品单耗为研究对象，对产品生产的整个过程进行不可逆分析，并在第二定律方法中新加入了对燃料
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与终端产品
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的分析，使生产过程从燃料的输入开始到产品的产出终止变的更完善，通过与第二定律结合最终推导得到的
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效率计算公式可以真实反映燃料被利用的程度，使第二定律应用性大大提高，对节能减排的顺利进行提供了重要的思路和理论依据。
参考文献：
［1］吴智泉，周少祥，刘虹，安连锁．基于热力学第二定律的一次能源折算方法[J]，中国能源，2011．33（6）：33-36.
［2］周少祥，胡三高，宋之平，孙卫民，张洁．单耗分析理论与能源利用的效率问题[J]．中国能源，2008，30（2）：42-44．
［3］梅冬．燃料燃烧过程的热力学第二定律分析[D]．北京：华北电力大学，2016.