雙堿脫硫工藝模糊綜合評價的應(yīng)用研究

先 元 華

（宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 四川 宜賓 644003）

雙堿脫硫工藝模糊綜合評價的應(yīng)用研究

先 元 華

（宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 四川 宜賓 644003）

針對目前脫硫工藝的評價絕大多數(shù)都是基于專家主觀經(jīng)驗來確定，難以精確量化。用模糊綜合評價方法對雙堿法脫硫工藝進(jìn)行了效果分析，主要從脫硫效果、運行費用、系統(tǒng)可用率、二次污染程度、設(shè)備投資與占地面積等六方面進(jìn)行了評價分析，構(gòu)建了因素集、評語集、權(quán)重集、單因素模糊評判矩陣和多層次模糊綜合評價。結(jié)果表明該工藝評分為76.297，工藝評價為良好。結(jié)果有利于數(shù)字化描述來指導(dǎo)脫硫工藝的選型，具有較好實用性。

雙堿法脫硫；模糊綜合評價；績效評價

雙堿脫硫法是采用鈉基脫硫劑作吸收劑，再用氫氧化鈣再生的方法[1,2]。在脫硫塔內(nèi)，由煤燃燒過程生成的二氧化硫被鈉堿吸收生成亞硫酸鈉，生成后的亞硫酸鈉液隨系統(tǒng)進(jìn)入再生池，在再生池內(nèi)被氫氧化鈣還原再生，再生出的鈉基脫硫劑再被打回脫硫塔繼續(xù)循環(huán)使用。雙堿法脫硫工藝降低了投資及運行費用，鈉堿在循環(huán)過程中只起傳媒作用，在整個脫硫反應(yīng)過程基本不消耗，反應(yīng)過程中生成的亞硫酸鈣和硫酸鈣沉淀物定期排出。

目前，我國對脫硫系統(tǒng)工藝的評價絕大多數(shù)還是采用專家憑經(jīng)驗的方法來進(jìn)行，對脫硫工藝的選型也只是從經(jīng)濟(jì)方面、技術(shù)方面或脫硫效果單方面來決定，因而評價和選型的結(jié)果缺乏科學(xué)性和合理性[3]。本文針對雙堿脫硫工藝的特點，結(jié)合模糊綜合評價方法，將雙堿脫硫法工藝進(jìn)行數(shù)字化描述，從而指導(dǎo)脫硫工藝選型。

1 工藝效益評價分析

脫硫工藝的效益評價主要包括脫硫效果、運行費用、系統(tǒng)可用率、二次污染程度、設(shè)備投資與占地面積等6個方面[4-7]。

1.1 脫硫效果

雙堿脫硫法的煙氣處理量較大，一般可達(dá)500 000 m3/h甚至更高，適用于高、中、低任何含硫量煤種的煙氣脫硫，鈉基脫硫液吸收SO2速度快，液氣比要求低，約為3 L/m3。塔內(nèi)增加了獨特噴嘴布置形式的結(jié)構(gòu)，脫硫液與煙氣的接觸面積和接觸時間增長，因而脫硫效率較高，可達(dá)98%以上，尾氣排放達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 運行費用

系統(tǒng)采用鈉堿吸收SO2，用石灰石再生，再生后的鈉堿液在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，整個系統(tǒng)無廢水排放。因此，脫硫劑使用量小，鈉堿的理論消耗量為0.494 t/h，石灰石的理論消耗量為2.65 t/h，水耗費用也很少。用鈉堿脫硫，循環(huán)水基本上是鈉堿的水溶液，在循環(huán)過程中對水泵、管道、設(shè)備均無腐蝕與堵塞現(xiàn)象，便于設(shè)備運行與保養(yǎng)，主設(shè)備維修費用較低。系統(tǒng)只需要用于液體在管道內(nèi)循環(huán)泵，所以耗電量低[8]。

1.3 系統(tǒng)可用率

系統(tǒng)可用率代表了系統(tǒng)的可用程度，一定程度上反映了系統(tǒng)運行的安全性與可靠性。雙堿法脫硫噴射速率高，噴射角度精確，霧化效果好，暢通的通道設(shè)計可最大程度避免阻塞現(xiàn)象。噴嘴采用先進(jìn)的快開接口，可實現(xiàn)其快速拆卸，便于安裝、更換，有效減少維護(hù)檢修的工作時間及工作量。吸收劑的再生和脫硫渣的沉淀發(fā)生在塔外，這樣避免了塔內(nèi)堵塞和磨損，提高了運行的可靠性，降低了操作費用。一般情況下，系統(tǒng)的裝置利用率高達(dá)95%以上。

1.4 二次污染程度

雙堿法脫硫工藝的處理方法為濕法，因此產(chǎn)生的副產(chǎn)物不會造成顆粒而造成霧霾；副產(chǎn)物產(chǎn)量大，但主要是石膏，因而可回收再利用率高；脫硫塔對二氧化硫的吸收率為98%以上，因此脫硫后的尾氣對環(huán)境污染不大。

1.5 占地面積

占地面積包括設(shè)備運行所需的廠房和廢棄物的處理場地，它主要決定于裝置容量、燃料含硫量、脫硫率、脫硫劑的選擇。在環(huán)境保護(hù)日益受到重視和土地日益昂貴的今天，應(yīng)當(dāng)盡可能提高設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度和減少廢棄物產(chǎn)生量，雙堿法脫硫方案設(shè)備龐大，附屬設(shè)施多，占地面積約為2 000 m2。

1.6 設(shè)備投資

設(shè)備投入直接影響企業(yè)的脫硫承受能力，進(jìn)而影響工藝流程的選型。雙堿脫硫法設(shè)備少、流程短、操作簡便、維護(hù)方便、投資僅為其他濕法技術(shù)的2/3～3/4，適用于中小型鍋爐進(jìn)行除塵脫硫。

2 模糊綜合評價方法的建立

模糊綜合評價是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)量化綜合評判事物的數(shù)學(xué)工具，對難以精確化的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合評價的實用方法。針對雙堿脫硫法的實際，其效益評價可以采用模糊綜合評價法，并用專家打分的方法（德爾菲法）來確定權(quán)重，簡化雙堿脫硫法的評價步驟。主要評價步驟如下：

2.1 建立評價指標(biāo)體系因素集U

設(shè)評價對象有若干個影響因素，則評價指標(biāo)體系是由各種因素組成的一個集合，即

式中，U為指標(biāo)體系的因素集，則有影響因素u1,u2,……,un。影響雙堿脫硫法效益評價的因素主要有脫硫效果、運行費用、系統(tǒng)可用率、二次污染程度、設(shè)備投資與占地面積等6個因素，所以指標(biāo)體系因素集為U={u1,u2,……，u6}。

2.2 建立評語集V

評語集是評價者（一般指專家）對所評價的對象作出的評價結(jié)論的集合，即V={v1, v2,……，vn}

式中，v1, v2,……，vn分別代表對所評價對象的結(jié)論因子。建立雙堿脫硫法效益評價的評語集為

2.3 確立權(quán)重集W

在指標(biāo)體系中，各因素的重要程度不同，因而權(quán)重也就不同。設(shè)u1,u2,……，un對應(yīng)的權(quán)重分別為w1,w2,……,wn,則由各權(quán)重組成的集合為

2.4 建立單因素模糊評判矩陣R

單因素是指評語集元素的隸屬程度，單因素模糊評判矩陣定義為Ri={ri1,ri2,……,rin}

則將每個因素的單因素評判列為矩陣

2.5 模糊綜合評價運算

式中，B代表模糊綜合評價集，根據(jù)評價對象的綜合評價結(jié)果做出工藝效益的總體評價。

3 雙堿脫硫法模糊綜合評價算例

我們以宜賓紙業(yè)雙堿法脫硫工藝為例，建立模糊評價指標(biāo)體系，進(jìn)行模糊綜合評價計算。

3.1 模糊評判指標(biāo)體系的構(gòu)建

為了建立數(shù)學(xué)模型，將指標(biāo)體系分為三個層面：①目標(biāo)層：脫硫整體效益評價；②一級目標(biāo)層：包括脫硫效率、運行費用、系統(tǒng)可用率、二次污染程度、占地面積、設(shè)備投資六個指標(biāo)；③二級目標(biāo)層：包括分別與一級目標(biāo)層相關(guān)的24個指標(biāo)。詳細(xì)見表1。

3.1.1 建立目標(biāo)層的因素集

根據(jù)績效評價指標(biāo)體系，評價對象的因素集為：

式中，u1為脫硫效果；u2為運行費用；u3為系統(tǒng)可用率；u4為二次污染程度；u5為占地面積；u6為設(shè)備投資。

3.1.2 建立評語集

3.1.3 確立權(quán)重集

由于每個評價指標(biāo)對雙堿脫硫法的重要程度不同，采取由相關(guān)領(lǐng)域的專家對考評指標(biāo)進(jìn)行重要性排序，根據(jù)薩迪標(biāo)度法歸納，得出一級指標(biāo)權(quán)重集。

同理，得出相應(yīng)各二級指標(biāo)體系的權(quán)重集。

3.1.4 單因素模糊評判

根據(jù)隸屬度規(guī)定，我們將評價結(jié)果分為四類：優(yōu)秀、良好、中等、較差。其分別代表分?jǐn)?shù)90～100、75～90、60～75、60以下，得

本實驗由10名專家組成評價小組，對工藝進(jìn)行效益評價打分統(tǒng)計，見表2。

表1 雙堿脫硫法績效評價指標(biāo)體系Table 1 Dual-alkali desulfurization performance evaluation index system

表2 專家評價打分結(jié)果Table 2 Expert evaluation scoring results

3.1.5 構(gòu)建單指標(biāo)評價矩陣

雙堿脫硫法績效評價必須對多因素影響制約的對象做出總評價，由于多種因素的影響，評價出來的結(jié)果難免有一定的模糊性和主觀性。模糊數(shù)學(xué)的評價方法會使結(jié)果盡量做到客觀從而取得良好效果。根據(jù)專家的評價打分情況，脫硫效果二級指標(biāo)的隸屬度矩陣為：

同理，建立運行費用、系統(tǒng)可用率、二次污染程度、占地面積、設(shè)備投資的評價矩陣R2、R3、R4、R5、R6。

3.2 進(jìn)行多層次模糊綜合評價

采用模糊數(shù)學(xué)中的合成算法進(jìn)行綜合評價，得到一級評價指標(biāo)Wuk于U的隸屬度：

則：B1= Wu1R1={0.5205，0.2690，0.1447，0.0658}，同樣，可計算出B2、B3、B4、B5、B6。由R=[ B1B2B3B4B5B6]，得

則綜合評價結(jié)果B=WR=（0.5205，0. 2184，0.1402，0.0931）。

3.3 進(jìn)行模糊綜合總評價

利用微量的乘積，計算出評價對象的模糊綜合評價值：

評價結(jié)果為良好。

4 結(jié) 語

基于雙堿脫硫法的評分現(xiàn)階段還處于難以精確量化的特點，本文運用模糊綜合評價法從脫硫效果、運行費用、系統(tǒng)可用率、二次污染程度、設(shè)備投資與占地面積等六個方面對雙堿脫硫工藝效進(jìn)行了效益評價，綜合評價總體效果良好，值得推廣。

［1］吳秉堅.模糊數(shù)學(xué)及其經(jīng)濟(jì)分析[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1994：130-138.

［2］陳建春.比較矩陣構(gòu)造法及其在模糊層次分析中的應(yīng)用[J].成都科技大學(xué)學(xué)報,1989(3)：81-86.

［3］劉應(yīng)鵬.模糊集理論與應(yīng)崩[M] .保定:河北大學(xué)出版社，1998.

［4］崔亞兵,陳曉平. 燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)的模糊綜合評價[J].動力工程,2005,25(1)：121-123.

［5］GB13223-1996.國家環(huán)保局 (State Environmental Protection Administration of China). 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(Emissionstandard of air pollutants for thermal power plants)[S].

［6］《中國電力年鑒》編輯委員會.中國電力年鑒1998[M]. 中國電力出版社, 1998.

［7］蔡毅飛,薛來. 灰色關(guān)聯(lián)層次法在脫硫工藝評價中的應(yīng)用研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報, 2011(5)：132-134。

［8］毛瑞勇,李娟,李林方. 燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)的灰色綜合評價[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè), 2006(5)：47-49.

Application of Fuzzy Comprehensive Evaluation of Dual-alkali Desulfurization Process

XIAN Yuan-hua
(Yibin Vocational and Technical College, Sichuan Yibin 644003, China)

Now evaluation of the desulfurization process is based on the subjective experience of experts, so it is difficult to quantify precisely. In this paper, effect of the dual-alkali desulfurization process was analyzed by the fuzzy comprehensive evaluation method from the aspects of desulfurization effect, operating costs, system availability, secondary pollution degree, the equipment investment and covers; the factor set, evaluation set, weight set, single factor fuzzy evaluation matrix and the multi level fuzzy comprehensive evaluation were constructed. The results show that the process score is 76.297, the process evaluation is good. The results are in favor of digital description to guide the selection of the desulfurization process, have good usability.

dual-alkali desulfurization; fuzzy comprehensive evaluation; performance evaluation

TQ 018

A

1671-0460（2015）01-0162-03

四川省自然基金項目，項目號：2013NY028

2014-05-23

先元華（1967-），男，四川宜賓人，副教授，碩士，2010年畢業(yè)于四川大學(xué)，研究方向：環(huán)境工程。E-mail：472199917@qq.com。