锅炉热效率计算方法的一点商榷

上海投资咨询公司 何承尧

一看到本文的标题，或许有读者会问：锅炉的排烟温度与能量守恒定律，看似是风马牛不相及的两件事，为何凑到一块儿来了。这缘于笔者前不久参加了某种型号锅炉申报节能产品的评审，有检测单位为此锅炉提供的热效率测试报告称：该锅炉的排烟温度为60℃～70℃，其热效率高达百分之一百零几！参加评审的一些专家认为这是不可能的，因为它违反了能量守恒定律，而另外有专家认为：按锅炉测试规程是可能出现锅炉热效率大于百分之百的。孰是孰非，笔者认为有必要进行思索和研讨。

1 能量守恒定律与热平衡基本概念

能量守恒定律（又可称为能量守恒与转换定律）是宇宙间的基本定律，对一切现象都适用。它可表述为：对一个封闭系统而言，不论系统内发生何种具体的变化，该系统变化前后的能量必然保持不变。也可表述为：各种形式的能量可以互相转换，能量在转换过程中，既不能创造，也不能消灭，转换前后其总量保持不变。

热能是能量的表现形式之一。运用能量守恒定律来分析热力学现象，就得出了热力学第一定律和热力学第二定律。热力学第一定律论证了热和功可以互相转换，转换前后总量是相当的。热力学第二定律则可表述为：热能不可能自动地从冷物体传递给热物体，亦即热机的热效率永远小于100%。

能量平衡（简称能平衡）即运用热力学定律考察一个体系（包括：设备、装置、系统或企业、单位等）的输入能量与有效利用能量及损失能量之间的平衡关系。

根据热力学第一定律，输入能量必然等于有效利用能量与损失能量之和。根据热力学第二定律，热能不可能百分之百被有效利用，即损失能量不可能为零，其能量利用率不可能为100%，一定会小于100%。

2 锅炉的热效率

锅炉的热效率包括锅炉的毛效率和净效率。锅炉的毛效率是仅考察锅炉本身所消耗燃料的有效利用率，而锅炉的净效率则不仅考虑锅炉本身所消耗的燃料，而且须考虑锅炉附属设备（如：送风机、引风机、水泵等）的能耗，并扣除锅炉排污、蒸汽吹灰等锅炉自身消耗的热量之后，所计算出来的有效利用率。很显然，锅炉的净效率小于锅炉的毛效率，但通常为了方便，只关注锅炉的毛效率。

按照锅炉测试的方法，锅炉热效率又可分为锅炉正平衡热效率和反平衡热效率。锅炉正平衡热效率是测算有效利用能量占输入能量的份额，而锅炉反平衡热效率则测算：100%减去锅炉各项热损失所占的份额之后所得出的有效利用率。显然，锅炉反平衡热效率由于不可避免的各项热损失客观存在，故一定会小于100%。

3 问题的症结

通过上述简单地重温理论，不难发现：上述锅炉热效率测出大于100%显然是错误的，因其违背了能量守恒定律、热力学定律、热平衡原理及锅炉热效率测试原理，无论如何是不应该出现的，可为什么按现有锅炉测试规程竟然出现了呢？让我们再深入地进行分析。

锅炉热效率测试中，它的输入能量采用的是低位发热量，而排烟温度为60-70℃（已低于该蒸汽分压下的露点），在此温度下，燃烧产物（烟气）中的水蒸气已经释放出凝结热，并通过烟气余热回收装置予以回收，热平衡计算将这部分回收热量算作有效利用的能量，而输入能量因采用低位发热量却未能计入水蒸气的凝结热，看起来平衡的热平衡方程式实际上是不平衡的，以致得出该锅炉热效率大于100%的错误结论。

笔者认为有必要阐明燃料低位发热量QYDW和高位发热量QYgW的区别及应用条件。

低位发热量QYDW是燃料完全燃烧，且燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时所发出的热量。

高位发热量QYgW是燃料完全燃烧，且燃烧产物中的水蒸气凝结为水时所发出的热量。

显然，在锅炉热平衡测试时，对于排烟温度较高、燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在的情况，输入能量应采用燃料的低位发热量QYDW，而对于排烟温度已低于该状态下露点，燃烧产物中的水蒸气凝结为水的情况，则应该采用燃料的高位发热量QYgW作为输入能量，否则测试的结果必然是错误的。

高位发热量QYgW比低位发热量高，其差值即为燃烧产物中的水蒸气凝结时所放出的凝结热，表达式为：

式中：r——水蒸气的凝结热

WH2O——燃烧产物中水蒸气的相对量能量守恒定律、热力学定律历经数百年社会活动的实践证明是颠扑不破的真理，而锅炉热平衡测试规程是依据上述定律的原理，在一定时间、一定条件下的具体应用方法，它的应用是有前提的，即不能违背上述定律的原理，它的应用是有条件的，如果条件变化了，就必须根据上述定律的原理作相应的调整，决不能不顾客观规律，生搬硬套而得出错误的结论。

事实上，要解决此问题并不难，只要将燃料的高位发热量作为输入能量即可，而燃料的高位发热量可进行实测，也可根据燃料的成分分析结果，用经验公式计算。

4 锅炉的排烟温度是否越低越好

对于锅炉的排烟温度是否越低越好这一问题，笔者认为不能一概而论，而应进行技术、经济、社会的全面综合分析。

从技术角度看，为了回收烟气的余热，必须增加锅炉尾部受热面，从而增加烟道中烟气流通的阻力，也就必须增加锅炉鼓风机、引风机及回收热水的水泵电耗。同时由于烟气温度的降低，减少了烟囱中烟气的自拔风力，这就会进一步增加锅炉鼓风机、引风机的电耗。在此我们必须权衡能量的得与失，得到的是数十℃的热水，而付出的是锅炉鼓风机、引风机及水泵增加的电耗，得失大小要心中有数。如本文前面所述，通常我们只考虑锅炉的毛效率，而未考虑锅炉的 净效率，而锅炉的附属设备耗能不小，且多为用电设备，而电是宝贵的二次能源，能源的投入产出账是应该算清楚的，不然，看似锅炉的毛效率提高了一点，而锅炉的净效率却反而损失了，最后仍得不偿失。

从经济角度看，为了回收烟气的余热，必须增加锅炉尾部受热面，由于烟气温度的进一步降低，换热器的温差减小，因而为了回收同数量的热量，必须加大换热器的面积，当然也相应增加回收热水的水泵投资。这里就必须算一算经济账，所投入的是这些装置、设备的投资以及鼓风机、引风机及水泵增加的用电费用，所得到的是回收的热水，所投入的资金多少时间可回收回来？经济上也应做到得大于失才行。

从社会角度看，锅炉属于压力容器设备一类，其安全性必须高度重视。锅炉排烟温度降得过低，如低于当时条件下的露点时，烟气中的水蒸气凝结为水，而烟气中的酸性气体将溶于水而形成酸，对于锅炉尾部受热面、引风机、烟道及烟囱会造成腐蚀，即使锅炉尾部受热面可采用防腐材料（如不锈钢）制成，但代价昂贵，而引风机、烟道、烟囱等不可能全部采用防腐材料，仍旧存在腐蚀的可能，会造成安全隐患。腐蚀是一个渐进的，较为缓慢发展的过程，不是一两次热工测试可以发现的，而要进行相当一段时间的“挂片试验”进行观察、分析、测量，方可得出结论。锅炉系通用级设备，应用广泛，量大面广，而安全性是第一位的，进行节能技术改造不可不慎重。

总之，笔者认为，锅炉排烟温度须从上述三方面进行全面、综合的分析后，才能下结论，不可轻易断言越低越好。

以上是笔者根据经典力学、经典热力学的原理，对锅炉热效率及锅炉排烟温度所作的思考、分析，切盼业内专家不吝赐教。