节能量计算的第二定律方法及其应用_周少祥第31卷第4期2022年4月热能动力工程JOUＲNALOFENGINEEＲINGFOＲTHEＲMALENEＲGYANDPOWEＲVol．31，No．4Apr．，2022收稿日期：2022－11－03；修订日期：2022－12－30基金项目：国家自然科学基金资助项目（51376059）作者简介：周少祥（1963－），男，湖北武汉人，华北电力大学教授.文章编号：1011－2060（2022）04－0012－05节能量计算的第二定律方法及其应用周少祥1，刘玉梅2，孔维盈1，刘浩1（1．华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京102206；2．北京兴油工程项目管理有限公司，北京101080）摘要：鉴于第一定律的节能分析方法存在的问题，本研究基于热力学第二定律，推导出节约能量计算的一般化方法，从热力学实质上揭示节约能量正比于节能技术改造带来的能源利用系统总熵产的减少。针对火电机组，给出了系统总熵产计算模型。以输入燃料一定为条件，推导出超超临界机组锅炉烟气余热回收用于加热凝结水的节约能量计算公式，进一步揭示机组总熵产的减量正比于总热损失的减量，这意味着基于热力学第二定律的节能量计算和审计可以通过改造前后的系统总体热平衡分析进行，案例分析验证了本研究提出方法的正确性和实用性。关键词：节能；熵产分析；余热利用；单耗分析中图分类号：TK115文献标识码：ADOI：10．16146/j．cnki．rndlgc．2022．04．003引言根据基于热力学第二定律的单耗分析理论［1－6］，造成燃料消耗或产品燃料单耗增大的根本原因在于能源利用过程的不可逆性。因此，节能的根本措施在于减小系统的不可逆性，节约能量的大小应与节能改造前后系统熵产的减小直接相关。然而，目前国家法定的节约能量计算方法是基于热力学第一定律的，简单地以节约能量的绝对量进行计算。但是根据第二定律，不同品质热量的使用价值是不同的，以绝对量计算节约能量不符合热力学第二定律，这一问题阻碍着国家节能减排事业的健康发展。本研究在前期工作的基础上，探讨基于热力学第二定律的一般化节约能量计算方法，拟为节能技术改进的科学评价提供技术支撑。1节能评价的热力学第二定律方法单耗分析理论是华北电力大学宋之平教授提出的［1］，经过多年的发展，已成为一套完整的评价体系［25］。这一理论方法告诉我们，对于一定产品产量P的生产，如果所消耗的燃料量为Bkg标准煤，则有如下火用平衡方程式：B·ef=P·ep+∑Iri（1）式中：B—燃料消耗量，kg或kg/s；ef—燃料比火用，kJ/kg；根据热力学原理，取值标准煤的理论最大发电量，即ef=Δhθl，s/3600=29307/3600=8．141kW·h/kg；P—产品产量。对于火电厂，产品P为机组供电量W、kW或kW·h，对于电厂锅炉，产品---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---P为锅炉热负荷Qb，kW或GJ/h等；ep—产品比火用，对于火电厂的供电量W、kW或kW·h，其比火用的量纲是kW/kW或（kW·h）/（kW·h），对于电厂锅炉热产品GJ/h，其比火用的量纲可以是（kW·h）/GJ；Iri—第i种不可逆损失，kW或kW·h等。式（1）两边同除（P·ef），得能源利用系统的单耗分析模型：b=bmin+∑bi（2）式中：bmin=ep/ef—理论最低燃料单耗，kg/（kW·h）或kg/GJ等；bi=Iri/（P·ef）—系统内某环节设备火用耗损引起的附加燃料单耗，kg/（kW·h）或kg/GJ等。一个能源利用系统节能技术改进的节能量计算可以通过定产品产量（输出一定）开展，也可以通过定燃料输入开展。根据式（1），在相同燃料输入Bkg/s标准煤的条件下，节能技术所带来的产品产量的增量为：ΔP=－∑ΔIriep（3）而在产品产量P不变的条件下，则由式（2）可得产品燃料单耗的减量为：本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---