综合能耗计算过程中能源折标系数探讨$
徐海伦u王少强1邵远敬u叶理德u
(1.中冶南方工程技术有限公司，2.国家钢铁生产能效优化工程技术研究中心）
摘要从能源折标系数含义出发，揭示了能源转换当量热值和等价热值的内涵及特点，并 对二者进行了比较分析。结合国标中折标系数的参考值，对我国现行折标系数存在的问题进 行了剖析，发现不同国标中能源或耗能工质的折标系数存在差异，其中，氧气、氮气、氩气 和新水等耗能工质差异较大。以某企业炼钢工序的能源实际单耗为例，发现采用不同国标中 等价热值转换时，工序能耗差距分别达78%和174%，采用同一国标中等价热值和当量热值 分别换算时，工序能耗相差165%。
关键词折标系数当量热值等价热值综合能耗
Study on energy conversion coefficient for
comprehensive energy consumption calculation
Xu Hailun1，2Wang Shaoqiang1Shao Yuanjing1,2 Ye Lide1，2
(1. WISDRI Engineering and Rearch Incorporation Limited,
2. National Rearch Center of Energy Efficiency Optimization of Steel Production)
Abstract Bad on the meaning of the coefficient of energy converting into standard coal, the connotation and features were analyzed for energy calorific value and energy equivalent value, and both were compared. Moreover, the problem of the coefficient of energy converting into standard coal was analyzed binding the reference value in the national standard. It is found that there are differences in the coefficient of energy converting into standard coal of energy or energy - consumed medium, and there is a large gap in oxygen, nitrogen, argon, and new water. Take the unit energy consumption of steelmaking process in a plant for example, with energy equivalent value in different national standard to convert ,the relative differences of process energy consumption reach 78% and 174% . The relative difference of process energy consumption reaches 165% when it converts with energy calorific value and energy equivalent value.
Keywords the coefficient of converting into standard coal energy calorific value energy equivalent value comprehensive energy consumption
能源是人类生存和发展的重要物质基础，节 能降耗是关系国计民生和经济社会可持续发展的 重要战略举措。伴随能源与环境约束的逐渐趋 紧，节能难度越来越大，科学准确地进行能耗统*国家863计划资助课题，冶金工业系统能效监测评估及 优化控制技术与系统(2014AA041803)
收稿日期:2016-11 -02
徐海伦(1982 _)，高级工程师/博士;430223湖北省武汉市。计、分析、评价和审计是强化企业能源管控、深 度挖掘节能潜力的前提条件和有效方法。
在企业进行能耗统计分析时，涉及能源种类 通常较多，在现有的能源统计中，列入了 35种 能源产品[1]。由于多种能源之间可以互相替代，使得单一能源的消耗指标可用性较差，多种能源 综合能耗指标的计算分析才更有价值。但是，由
于各种能源形态和计量单位不同，无法直接相 加，所以必须确定一种“标准能源”，并将所有 能源都折算成“标准能源”。国际上经常使用的 “标准能源”有“标准煤”、“标准油”、“标准 气”和热工当量（焦耳）等。我国的能源结构 以煤炭为主，因此采用千克或吨“标准煤”作 为综合能耗的计量单位[2_5]。
将各种能源及耗能工质折算成标准煤时所采 用的转换系数即为折标系数，折标系数的取值对 于综合能耗的计算、对比分析和评估等具有十分 重要的影响。文章围绕能源的折标系数展开讨 论，重点分析了现行折标系数的内涵和弊端，定 量计算了折标系数差异对综合能耗的影响，并提 出了改进建议，为企业科学评价能耗、持续推进 节能提供了参考。
1能源折标系数
由于热能是能源利用的最一般形式，其它能 量形式都可以转化为热能，故习惯上采用热量作 为能源换算的基础。我国现行的能源折标系数有 当量热值和等价热值两种，在实际使用中，存在 二者混用的状态。
1-1当量热值
能源的当量热值又称理论热值（或实际发 热值），是指某种能源本身所具有的发热量。当量热值原则上要进行实测，根据国家标准《煤 的发热量测定方法》（GB/T213_2〇08)中的规 定，发热值的测量是在充氧的弹筒内完全燃烧所 放出的热量。按照能源在燃烧中水蒸气所处的不 同相态，发热值有高位发热值和低位发热值之 分，二者差额是燃烧时所产生的水蒸气凝结潜 热。日本和北美习惯采用高位发热值，欧洲的多 数国家以及我国均是采用低位发热值[6_7]。当量 热值法是将各种能源按照所含有的热量折算成标 准煤，其折标系数的计算如式（1)所示。
折标系数（当量值法）=某种能源的低位 发热值/标准煤热值 （1)式（1)中的标准煤是人为规定的低位发热量为 7000千卡的固态燃料，将其热量由千卡换算为 国际法定单位焦耳时，根据换算方法的差异，所 得的焦耳热量并不相同。较为常用的换算方法有 20°C卡和国家蒸汽表卡，与焦耳对应关系如下：1单位20°C卡等于4. 1816J;1单位国际蒸汽表 卡等于4. 1868 J。目前两种换算方法均有使用，如国家标准《钢铁企业节能设计规范》(GB5062l_2〇10)中采用2〇°C卡换算，计算出 lkgce(千克标煤）
的热量为29271.2 kJ，而国 家标准《粗钢生产主要工序单位产品能源消耗 限额》（GB 21256 _2〇13)中采用国际蒸汽表 卡进行换算，lkgce的热量为29307. 6 kj，后者 在文献中较为多见。
1.2等价热值
目前，国际上常采用初次能耗折算的方法作 为评价能源转换系统的重要指标，将不同品位的 能源全部折算为初次能源的消耗量[8]，此方法 等同于国内常用的等价热值法。能源的等价热值 是指加工转换产出的某种能源与相应投入的能源 当量，即为了得到一个单位的二次能源（或耗 能工质）实际要消耗的一次能源的热量，其与 当量热值的关系如式（2)所示。精选食材
折标系数（等价值法）=二次能源（或耗 能工质）的当量热值/转换效率 （2)由于式（2)中转换效率会随着科技水平的提高 而不断增大，因此，等价热值是一个不断变化的 量。考虑到能源转换及统计均为实际应用，所以 应以实际转换效率（多采用平均值）进行计算。由于二次能源与一次能源之间的内在联系在于转 换，因此，能源转换企业的自耗、二次能源传输 损失等不应折算成等价热值。例如，电力真正的 转换环节是发电，故其等价热值应采用发电煤 耗，而非供电煤耗，也非用电煤耗，更非用电综 合煤耗[9]。
1-3当量热值与等价热值比较分析
将当量热值和等价热值进行比较分析，可以 发现如下特点。
(1)从理论上将，所有的一次能源、二次 能源和可以作为能量形式利用的耗能工质（如 乙炔、电石和压缩空气等）均具有当量热值，不能作为能量形式利用的耗能工质（新水、软 水等）不存在当量热值。所有的二次能源和可 以作为能量形式利用的耗能工质均具有等价热 值，一次能源则不存在等价热值，不能作为能量 形式利用的耗能工质也不具有等价热值[1°]。但 是，所有耗能工质的生产都需要消耗能源，并且
大多消耗二次能源，如钢铁行业常用的新水、循 环水、氧、氮和氩等均需要消耗电，而无论何种 二次能源，都具有当量热值和等价热值。因此， 文献中论及的耗能工质的当量热值和等价热值， 应指生产耗能工质所消耗能源的当量热值和等价 热值。
(2)
当量热值换算法主要基于热力学第一
定律，前提条件是单位热当量的不同能源是完全 等价且可以替代。但根据热力学第二定律可知， 能量不仅有数量多少，还有品位高低之分，如电 能、机械能属于高品位能量，热能是低品位能 量。与低品位能源相比，获取相同热量的高品位 能源需要付出更大的代价。例如，发1 kW h 电 需要0. 342kgce (按2006年我国火力发电煤耗计
算），但
1 kW h 电的当量热值只相当于0.1229
k g c e ，实际上，
lk W h 电的做功能力远大于其他
种类的能源。因此，该方法可能将一些忽略能源 品位的“高质低用”做法误导成“高效节能” 过程[11]。
(3)
由热力学第二定律可知，能量在相互
转化过程中，一定存在贬损，即能质的不守恒或 贬值。因此，从一次能源加工转换成二次能源 时，必然存在转换效率的问题，等价热值法考虑 了这种转换效率。但是，二次能源和耗能工质转 化成一次能源后，仍需采用当量热值进行折算， 其对于一次能源的品位差异依然无法体现。更重 要的是，等价热值将能源转化过程的能耗计入终 端耗能过程，会导致终端能量失衡。以电为例， 如果某发电企业的煤耗等于或低于全国平均水 平，贝U
该发电企业的能耗为零或负值，而对终端 用户而言，每消耗热量为0.1229 kgce 的电，却
需要按0. 342kgce 进行计算，必然导致能量不平
衡。
关于自信的议论文
(4)
虽然所有的二次能源都有当量热值
等价热值，但是，二次能源（除电力以外）的 转化效率较高，如原油加工成汽油、柴油和煤油 等，转换效率高达95%以上，采用当量热值还 是等价热值对计算结果影响不大。电作为最高品 位的能源，其转换效率很低，当量热值与等价热 值相差2倍左右。因此，关于等价热值和当量热 值的讨论多集中在电力上[1243]。采用电力加工
的耗能工质也具有同样的问题。
(5) 能源的当量热值只与其发热量相关某一种品位固定的能源的当量热值是固定不变 的。等价热值除与能源的当量热值相关，还与能 源转换工艺和管理技术水平等因素相关，因此， 理论上某一种固定二次能源或耗能工质的等价热 值应随科技水平进步不断降低。2
折标系数选取中存在的问题给爸爸
根据国家能源统计制度规定，能源折标系数
应以实际值为准，无测试条件单位可以采用国家 统计局规定的折标系数[2]。但对于大多数企业 而言，能源当量热值的测试存在一定的困难，因 此，在进行能源统计时，企业通常会参考国家标 准中推荐的折标系数。表1是不同国家标准中部 分能源的热值及折标系数，其中国标A 、
B、C
分别为《综合能耗计算通则》（GB/T2589 - 2008)、《钢铁企业节能设计规范》（GB50621 - 2〇1〇)和《粗钢生产主要工序单位产品能源消耗 限额》（GB 21256 -2013)。
表1 不同国家标准中能源的热值及折标系数
能源名称
热值
/kj 折标系数
/kgce 国标
A
国标B
国标
C
国标
A
国标B
国标
C
焦炉煤气/m 3
16726 -17981
175********.5714-0. 6143
0.60
0.5714高炉煤气/m 33763334531390. 12860. 11430.1071转炉煤气/m 3/66907327/0. 22860.2500低压蒸汽/kg
3763351328660. 12860. 120.0978电力（当量热值）
/kWh
3600
3596
胡蝶戴笠
36020. 1229
0. 1229
0.1229电力（等价热值）/kWh
按当年火电标准煤耗算10023
按当年火电标准煤耗算
0.3420
注：国家标准6中：11^(^二7000]〇^1，1]〇^1二4‘1816]^即1]^沈二29271‘2]^国标(：中：（1)1]^沈二29307‘6]^(2)电力等
价热值折算系数为2006年电力联合会发布的火电机组发电煤耗。
分析表i可知，同一种能源在不同国家标准 中的折标系数并不完全相同，如焦炉煤气、高炉 煤气、转炉煤气和低压蒸汽等。一方面是因为各 个标准所取的参考热值不一样，另一方面则是因 为从卡折算成焦耳时选取的换算方式不同。此 外，电力的等价热值较为混乱，国标A和B中
只说明按当年火电发电煤耗计算，但在国标B 中计算能耗限额时取〇.404 kgce/kWh，国标C 中则推荐使用2006年火力发电平均煤耗0. 342 kgce/kW h。需要说明的是，0.404是八十年代公 布的发电煤耗。随着发电技术的不断提升，该值 应逐年递减，当年的电力等价热值原则上应以上 一年的统计值为准，但目前很多企业和文献还在 沿用0.404这一数据。
表2和表3为三个标准中部分耗能工质的折值折标系数并未统一。其中，压缩空气、鼓风的 折标系数相差较小。新水、氧气、氮气等折标系 数相差较大，国标A中氧气和氮气（副产品）
怀孕动作>白果的功效与作用的折标系数比国标B中分别大123%和345%，国标A中新水折标系数比国标B小200%。氩气 的折标系
数相差更大，国标C中氩气的折标系 数比国标B中大1733%。对于氧、氮、氩而言，都是在空分过程中提取，部分过程的能耗是公共 的，公共过程的能耗分配比例是确定氧、氮、氩 制备能耗的重要影响因素，国标B中确定了三 者的分配比例，但其它文献并未提及。
以实际某企业炼钢厂的能源消耗量为基础，采用三个国标中四套折标系数计算炼钢工序能 耗，国标A中缺的折标系数取国标B中的值，净化水以软水折标系数替代，计算结果如表4所
标系数。分析可知，三个标准中耗能工质的等价 示。
表2国标A与B中耗能工质的折算系数
耗能工质
国标A
单位耗能工质耗能量等价值折标系数
国标B
等价值折标系数
新水2.51
MJ/t0.0857 kgce/t0.257 kgce/m3软水14. 23
MJ/t0.4857 kgce/t0.500 kgce/m3压缩空气1. 17 MJ/m30.0400 kgce/ m30.040 kgce/m3
鼓风0.88 MJ/m30.0300 kgce/ m30.030 kgce/m3
氧气11. 72 MJ/m30.4000 kgce/ m30• 1796 kgce/m3
氮气（副产品）11. 72 MJ/m30.4000 kgce/ m30.0898 kgce/m3
氮气（主产品）19. 66 MJ/m30.6714 kgce/ m30.6714 kgce/m3氩气//0. 1347 kgce/m3二氧化碳气6.28 MJ/m30.2143 kgce/ m30.2413 kgce/m3
注：国标B中指出：（1) lkgce=7000kcal,lkcal=4.1816kj;(2)空分制氧、氮、氩：钢铁企业常规空分设备分离及压缩气体 能耗，分别按照氧气、氮气、氩气能耗分摊比例1:0. 5:0. 75计算各种气体能耗。
表3国标C中耗能工质折算系数
耗能工质
电力折算系数取当量值
国际单位制下折算系数 折标系数
电力折算系数取等价值
国际单位制下折算系数 折标系数
新水1213
kj/t0.0414 kgce/t3373 kj/t0. 1151 kgce/t 工业水1392 kj/t0.0475 kgce/t3874 kj/t0. 1322 kgce/t 软水5539
kj/t0. 1890 kgce/t15413 kj/t0.5259 kgce/t 压缩空气445 kj/m30.0152 kgce/m31240 kj/m30.0423 kgce/m3氧气2350
kj/m30.0802 kgce/m36539 kj/m30.2231 kgce/m3氮气495
kj/m30.0169 kgce/m31377 kj/m30.0470 kgce/m3氩气495 kj/m30.8872 kgce/m31377 kj/m32.4690 kgce/m3鼓风10299 kj/m30.0088 kgce/m328657 kj/m30.0246 kgce/m3注：1 kgce =29307. 6 kj
表4不同标准中折标系数计算的炼钢工序能耗
能源介质吨钢单耗国标A折算
(等价值）
kgce
国标B折算
(等价值）
kgce
国标C折算
(等价值）
kgce
国标C折算
(当量值）
kgce
新水0.38
m30.030.100.040.02软水0.14
m30.070.070.070.03净化水0.43
m30.210.220.230.08浊循环水22.5
m33.223.223.223.22电69.33
kW h28.0128.0123.718.52高压风30.4
m31.221.221.290.46氧气54.02
m321.619.7012.054.33中压氮气10.5
m34.200.940.490.18高压氮气18.58
m312.4712.470.870.31氩气0.7235
m30.100.101.790.64焦炉煤气0.0539
G J1.841.841.841.84混合煤气0.1351
G J4.614.624.614.61低压蒸汽0.013
G J0.440.440.440.44转炉煤气回收-0.7165
G J-24.45-24.48-24.45-24.45余热蒸汽-0.3069
G J-10.47-10.48-10.47-10.47
定量分析法
自制美白祛雀斑面膜工序能耗43.1127.9815.74-10.24
分析表4可知，上述四套折标系数计算的炼 钢工序能耗相差较大，分别为43.11 kgce、27. 98 kgce、15. 74 kgce和-10. 24 kgce，前三组 数据电力取等价热值，工序能耗均为正值，第四 组数据电力取当量热值，工序能耗为负值。以第 三组工序能耗15. 74kgCe为对比基准，则第二组 工序能耗比其大78%，第一组工序能耗比其大 174%，此差异主要是氧气、氮气等的折标系数
引起。因为炼钢工序氧气和氮气的单耗量较大，而氩气和新水由于单耗较低，折标系数差异对工 序能耗的影响不大。第四组工序能耗与第三组相 差25.98kgce，相对差距为165%，可见电力折 标系数的选取对能源统计及评价影响非常大，尤 其是电或耗能工质使用较多的工序。
3关于现行折标系数的建议
现行能源折标系数尚存许多不足之处，关于 当量热值和等价热值的讨论在学术界也从未形成 定论。许多企业存在折标系数混用的情况，这给 能源的统计、评价和审计增加了许多困难。为尽 量减少或消除折标系数混用带来的不利影响，建 议对现有折标系数进行规范化。
(1)二次能源折标系数的选取应根据实际 目的灵活运用。在对某一耗能过程进行能量平衡 计算时，应采用当量热值，因为当量热值正是反映能量的数量关系；在有关节能降耗的能源统 计、计算和分析中，均应采用等价热值。等价热 值可以较为客观地评价二次能源的价值，尤其是 电，可以促进企业遵循“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”的节能原则。
(2)应尽量统一不同国家标准中相同能或耗能工质的热值及折标系数。一次能源的当量 热值应该固定，如企业对一次能源的热值进行实 测，则以实测值为准，如无实测值，则统一参考 国标中的固定值。同时，应尽量统一国家标准中 关于卡与焦耳的换算，避免现行标准中出现不同 的算法，导致能耗折算成标准煤时出现差异。
(3)等价热值应逐年更新，以上一年度全国平均水平为基准，每年定期发布。在对企业 进行能耗统计和能源审计时，应强制企业采用等 价热值。
(4)对于冶金行业而言，氧、氮、氩等能工质的折标系数与制备过程的能耗分配有关，因此，主副产品应尽量细化，并给出三种耗能工 质的能耗分配比例，以供用户参考。
(5)为了使能源的评价更加科学合理，该逐步引入新的能源转换方法[11]，既要考虑能 源的数量，也要考虑能源的品位，并将新的转换 系数制定成标准或手册，供耗能用户参考使用。
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