對(duì)煙氣高效除塵技術(shù)的模糊綜合評(píng)判

毛雙華，祝云飛，林國(guó)輝

(浙江巨化熱電有限公司，浙江 衢州 324000)

0　概　述

某發(fā)電集團(tuán)公司首次提出了超低排放理念，即排放時(shí)二氧化硫不超過(guò)35 mg/m3、氮氧化物不超過(guò)50 mg/m3、煙塵不超過(guò)5 mg/m3。為了實(shí)現(xiàn)電站鍋爐的超低排放，各大電站常采用高效的多污染物協(xié)同控制技術(shù)，對(duì)燃煤電站原有的脫硝設(shè)備、脫硫設(shè)備和除塵設(shè)備進(jìn)行提效改造，并引入了新型環(huán)保技術(shù)進(jìn)一步脫除汞及三氧化硫，達(dá)到超低排放的要求。為了改善當(dāng)前的霧霾天氣，增設(shè)高效除塵設(shè)備是必然趨勢(shì)[1-6]。目前，國(guó)內(nèi)電廠已普遍建立了環(huán)保除塵項(xiàng)目，但適用范圍、投運(yùn)效果和工程造價(jià)，大不相同。為此，對(duì)除塵項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)估，是實(shí)施環(huán)保項(xiàng)目重要的前期工作。

1　除塵技術(shù)與評(píng)估

目前，除塵技術(shù)已有10多種，但因各電廠在地理位置、氣象條件、燃煤成分和廢物處理上存在差異，采用的除塵技術(shù)各不相同。在國(guó)內(nèi)外，對(duì)除塵技術(shù)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)有許多研究成果，比較成熟的有美國(guó)EPRI評(píng)價(jià)體系、IEA評(píng)價(jià)體系[7，8]等。在國(guó)內(nèi)，較為常見(jiàn)的有能源研究會(huì)評(píng)價(jià)體系、杭州環(huán)保所評(píng)價(jià)體系等[9]。在正確評(píng)價(jià)或選擇除塵類(lèi)型時(shí)，必須結(jié)合機(jī)組的具體條件，考慮多方面的影響因素。各種因素具有不用程度的模糊性，依據(jù)各評(píng)價(jià)休系，對(duì)除塵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)各評(píng)價(jià)體系所取指標(biāo)的靈活度較小。為使評(píng)判模型既統(tǒng)籌全局，又能突出重點(diǎn)，需充分考慮各因素之間的關(guān)聯(lián)度，同時(shí)，可靈活地分配指標(biāo)權(quán)重，以適應(yīng)不同的電站。為此，引入了模糊綜合評(píng)判法[10]，對(duì)燃煤鍋爐采用的多種除塵技術(shù)，分別進(jìn)行了環(huán)保技術(shù)及適應(yīng)性方面的綜合評(píng)價(jià)。

2　建立模糊綜合評(píng)判模型

模糊綜合評(píng)判是綜合考慮被評(píng)判對(duì)象的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)，又兼顧被評(píng)判對(duì)象的特性及影響因素，可量化各項(xiàng)指標(biāo)，并根據(jù)不同指標(biāo)的重要程度，分配權(quán)重系數(shù)，然后得出被評(píng)判對(duì)象的綜合評(píng)判值。最終，可根據(jù)評(píng)判值的優(yōu)劣，優(yōu)選最佳的技術(shù)方案。

模糊綜合評(píng)判可分為一級(jí)模糊綜合評(píng)判和多級(jí)模糊綜合評(píng)判。當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)較少時(shí)，宜用一級(jí)模糊綜合評(píng)判。評(píng)價(jià)指標(biāo)較多時(shí)，宜用多級(jí)模糊綜合評(píng)判。

2.1　一級(jí)模糊綜合評(píng)判

在進(jìn)行模糊評(píng)判時(shí)，首先要確定2個(gè)集合，即影響評(píng)判結(jié)果的主要因素組成的因素集，記作U={u1,u2,···,ui}。還有評(píng)語(yǔ)組成的評(píng)語(yǔ)集，記作V={v1,v2,···,vj}。評(píng)判的具體步驟[10]：

(1)單因素評(píng)價(jià)

根據(jù)評(píng)估經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則，對(duì)因素集U中的單個(gè)因素un(n=1,2,···,i)，做單因素評(píng)價(jià)，將該因素帶入其隸屬函數(shù)，由因素ui，確定該因素對(duì)評(píng)語(yǔ)vm(m=1,2,···,j)的隸屬程度rnm，從而得出第n個(gè)因素un的單因素評(píng)價(jià)集，即：rn=(rn1,rn2,···,rnj)。

(2)評(píng)判矩陣

將i個(gè)單因素評(píng)價(jià)集作為行，構(gòu)成總的評(píng)價(jià)矩陣Rij。得：

(3)確定各因素的權(quán)重

(4)綜合評(píng)判

B=A*R=(b1,b2,···,bj)

(1)

式(1)中，“*”表示廣義模糊合成運(yùn)算，即：

2.2　多級(jí)模糊綜合評(píng)判

由于被評(píng)判對(duì)象的影響因素較多，難于細(xì)致地分配各影響因素的權(quán)重，即便定出了權(quán)重，但根據(jù)權(quán)重歸一性原則，將使各影響因素所分得的權(quán)重值很小，導(dǎo)致各影響因素的評(píng)判結(jié)果十分接近，從面無(wú)法清晰地分辨優(yōu)劣。因此，可將多種影響因素，按某些屬性分成若干類(lèi)的大因素，然后進(jìn)行多層次綜合評(píng)判，即構(gòu)成多級(jí)模糊綜合評(píng)判模型[10]。二級(jí)模糊綜合評(píng)判的步驟：

(1)將給定的因素集U，按各因素不同的屬性，劃分成S個(gè)互不相交的因素子集。得：

U=(U1,U2,···,US)

此時(shí)，因素集U中的子集Ui=(ui1,ui2,···,uik)(i=1,2,···,S)，為U的子類(lèi)或因素子集。

(2)對(duì)因素子集Ui(i=1,2,···S)，再進(jìn)行一級(jí)綜合評(píng)價(jià)。

設(shè)Ui重要因素的模糊子集為Ai，Ui的ki個(gè)因素對(duì)V的模糊綜合評(píng)價(jià)集為R，選擇1個(gè)一級(jí)模型，對(duì)Ui進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)。設(shè)Ui的模糊綜合評(píng)價(jià)集為：

Bi=Ai*Ri=(bi1,bi2,···,bij)(i=1,2,···,S)

(3)對(duì)因素集U進(jìn)行二級(jí)模糊綜合評(píng)判。

將因素集U的S個(gè)因素子集Ui，看成是因素集U上的S個(gè)單因素，設(shè)U=(U1,U2,···,US)的因素重要程度模糊子集為：

A=(A1,A2,···AS)

由各Ui的評(píng)價(jià)結(jié)果Bi，構(gòu)造二級(jí)綜合評(píng)判矩陣R：

即可得U的綜合評(píng)判矩陣B：

按照同樣的程序，還可建立三級(jí)、四級(jí)或更高層次的綜合評(píng)價(jià)模型。

3　除塵技術(shù)方案的模糊評(píng)判

3.1　模糊評(píng)判對(duì)象集的選取

根據(jù)國(guó)內(nèi)某電站已投運(yùn)的3種煙氣高效除塵技術(shù)，選取評(píng)判對(duì)象集，為S=(S1,S2,S3)=(濕式電除塵，管束式除塵，濕式相變凝聚除塵)。利用模糊評(píng)判法，為新老電廠除塵方案的選擇，提供參考。

3.2　評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的確定

對(duì)于煙氣高效除塵技術(shù)優(yōu)劣的評(píng)判，所產(chǎn)生的影響因素有很多。根據(jù)主要影響因素，組成了因素集，為：

U=(U1,U2,U3,U4)=(環(huán)境特性集，技術(shù)性能集，經(jīng)濟(jì)性能集，對(duì)燃煤鍋爐的適應(yīng)性集)

U1=(U11,U12,U13)= (平均出口粉塵濃度，PM2.5及以下顆粒的吸附率，平均出口液滴含量)

U2=(U21,U22,U23,U24,U25,U26)=(工藝成熟度，技術(shù)復(fù)雜程度，系統(tǒng)升級(jí)性能，使用壽命，電耗，水耗)

U3=(U31,U32,U33)=(設(shè)備投資金額，年檢維修成本，年運(yùn)行成本。)

U4=(U41,U42,U43)=(對(duì)電廠設(shè)備的影響，對(duì)機(jī)組運(yùn)行方式的適應(yīng)性，其它有益效果)

3.3　除塵技術(shù)的對(duì)比

通過(guò)試驗(yàn)和調(diào)研，對(duì)3種煙氣高效除塵技術(shù)，分別進(jìn)行了綜合性能指標(biāo)比較[16-18]。經(jīng)比較，各類(lèi)除塵技術(shù)的綜合性能指標(biāo)，如表1所示。

表1高效除塵技術(shù)綜合性能指標(biāo)

指標(biāo)濕式電除塵管束式除塵濕式相變凝聚除塵平均出口粉塵濃度/(mg·(Nm3)-1)4.62.52.6PM2.5及以下顆粒的吸附率/%908595平均出口液滴含量/(mg·(Nm3)-1)18308工藝成熟度商業(yè)化工業(yè)應(yīng)用國(guó)內(nèi)工業(yè)示范技術(shù)復(fù)雜程度復(fù)雜較簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單系統(tǒng)升級(jí)性能一般較好一般使用壽命/a101520電耗/kW100030水耗/(t·h-1)125幾乎為零設(shè)備投資金額/萬(wàn)元1400600350年檢維修成本/萬(wàn)元3551年運(yùn)行成本/萬(wàn)元49512對(duì)電廠設(shè)備的影響影響較小影響脫硫系統(tǒng)水平衡影響較小對(duì)機(jī)組運(yùn)行方式的適應(yīng)性好較好好其它有益效果脫除部分汞和砷等有毒重金屬脫除部分汞和砷等有毒重金屬脫除部分汞和砷等有毒重金屬、回收汽化潛熱

3.4　隸屬函數(shù)及隸屬度的確定

確立隸屬函數(shù)的方法，主要有圖表法、中值法等[10]?，F(xiàn)根據(jù)綜合評(píng)判中各因素的具體情況，遵循隸屬函數(shù)的本質(zhì)及簡(jiǎn)單實(shí)用的原則，對(duì)定量因素和定性因素，分別采用圖表法和五級(jí)分類(lèi)法，確定各因素相應(yīng)的隸屬函數(shù)。

首先，構(gòu)建定量因素(U11,U12,U13,U24,U25,U26,U31,U32,U33)的隸屬函數(shù)。

(1)平均出口粉塵濃度

根據(jù)除塵標(biāo)準(zhǔn)，確定除塵效率的約束條件，為0≤X≤10，采用線(xiàn)性隸屬函數(shù)，即：

(2)對(duì)顆粒的吸附率

根據(jù)除塵技術(shù)所能達(dá)到的比值范圍，采用線(xiàn)性隸屬函數(shù)，即：

(3)平均出口液滴含量

以135 MW機(jī)組為例，將平均出口液滴含量的約束條件，確定為10≤X≤50，其隸屬函數(shù)為：

(4)使用壽命

根據(jù)除塵設(shè)備的實(shí)際情況，使用壽命的約束條件，確定為5≤X≤20，其隸屬函數(shù)為：

(5)電耗

根據(jù)3種除塵設(shè)備的使用情況，將電耗的約束條件，確定為0≤X≤150，其隸屬函數(shù)為：

(6)水耗

根據(jù)3種除塵設(shè)備的運(yùn)行情況，將水耗的約束條件，確定為0≤X≤15，其隸屬函數(shù)為：

(7)設(shè)備投資金額

以135 MW機(jī)組為例，當(dāng)設(shè)備投資金額高于1 500萬(wàn)元時(shí)，視為高額投資。低于300萬(wàn)元時(shí)，視為低額投資。將該投資比例，按降半梯形隸屬函數(shù)式表達(dá)，即：

(8)年檢維修成本

以135 MW機(jī)組為例，將除塵設(shè)備的年檢維修成本的約束條件，確定為0≤X≤50，其隸屬函數(shù)為：

(9)年運(yùn)行成本

以135 MW機(jī)組為例，將除塵設(shè)備的年運(yùn)行成本小于5萬(wàn)元，視為低成本，大于50萬(wàn)元，視為高成本，其隸屬函數(shù)的表達(dá)式，可用降半梯形分布進(jìn)行描述，即：

對(duì)于定性因素(U21,U22,U23,U41,U42,U43)，可統(tǒng)一采用五級(jí)分類(lèi)法，構(gòu)建其隸屬函數(shù)。除塵設(shè)備的技術(shù)復(fù)雜程度的分級(jí)，如表2所示?，F(xiàn)以U22為例進(jìn)行分析，將技術(shù)復(fù)雜程度，分為很復(fù)雜、復(fù)雜、較復(fù)雜、較簡(jiǎn)單、較簡(jiǎn)單等五個(gè)等級(jí)，利用隸屬函數(shù)表達(dá)式，即為：

表2技術(shù)復(fù)雜程度的分級(jí)

技術(shù)復(fù)雜度很復(fù)雜復(fù)雜較復(fù)雜較簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單分級(jí)4～53～42～31～20～1

利用表2的數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)，確定隸屬函數(shù)，經(jīng)計(jì)算，得到各類(lèi)煙氣高效除塵技術(shù)指標(biāo)的隸屬度，各指標(biāo)隸屬度的數(shù)值，如表3所示。

表3高效除塵技術(shù)的指標(biāo)隸屬度

指標(biāo)濕式電除塵管束式除塵濕式相變凝聚除塵平均出口粉塵濃度/(mg·(Nm3)-1)0.540.750.74PM2.5及以下顆粒的吸附率/%0.750.6250.875平均出口液滴含量/(mg·(Nm3)-1)0.80.51工藝成熟度10.80.6技術(shù)復(fù)雜程度0.40.60.8系統(tǒng)升級(jí)性能0.40.60.4使用壽命/年0.330.671電耗/kW0.3310.8水耗/(t·h-1)0.20.671設(shè)備投資金額/萬(wàn)元0.0830.750.96年檢維修成本/萬(wàn)元0.30.90.98年運(yùn)行成本/萬(wàn)元0.0210.84對(duì)電廠設(shè)備的影響0.80.70.9對(duì)機(jī)組運(yùn)行方式的適應(yīng)性0.90.80.85對(duì)煤種的適應(yīng)性0.90.750.85

3.5　權(quán)重矩陣的確定

權(quán)重的確定，一般采用專(zhuān)家賦權(quán)法。賦權(quán)法可反映部分實(shí)際情況，但易受主觀經(jīng)驗(yàn)的影響，造成評(píng)判的失真。因此，現(xiàn)采用判斷矩陣分析法確定權(quán)重，可盡量消除主觀成分，較為符合客觀事實(shí)[10]。

根據(jù)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用判斷矩陣分析法，逐層確定各層評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

(1)第一層評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

根據(jù)四項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)U1，U2，U3，U4，其相對(duì)重要程度判斷值b12，b13，b14，b23，b24，b34，分別為3，1，4，0.5，2，3。構(gòu)造矩陣為：

A=(1.86,0.76,1.66,0.45)

將數(shù)值歸一化后，得第一層評(píng)價(jià)指標(biāo)(U1，U2，U3，U4)的權(quán)重，取A=(0.39,0.16,0.35,0.1)。

(2)第二層評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

利用相同方法，對(duì)第二層評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要對(duì)比值進(jìn)行判斷，可分別得第二層評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。環(huán)境特性指標(biāo)A1=(0.54,0.3,0.16)，技術(shù)性能指標(biāo)A2=(0.45,0.16,0.015,0.36,0.01,0.005)，經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)A3=(0.54,0.2,0.26)，對(duì)燃煤鍋爐的適應(yīng)性A4=(0.57,0.28,0.15)。

3.6　綜合評(píng)判

(1)初級(jí)評(píng)價(jià)

依據(jù)表3數(shù)據(jù)，對(duì)環(huán)境特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)環(huán)境特性評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度，構(gòu)造隸屬度矩陣為：

采用加權(quán)平均模型M(·,+)[11]，對(duì)環(huán)境特性進(jìn)行一級(jí)模糊綜合評(píng)判，得到評(píng)價(jià)結(jié)果為：

B1=A1·R1=

(0.645,0.673,0.822)

將數(shù)據(jù)歸一化后，得B1=(0.301,0.314,0.384)。

同理，對(duì)技術(shù)性能評(píng)價(jià)后，得B2=(0.301,0.336,0.363)。對(duì)經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)后，得B3=(0.058,0.449,0.494)。對(duì)燃煤鍋爐的適應(yīng)性評(píng)價(jià)后，得B4=(0.316,0.355,0.329)。

(2)第二級(jí)評(píng)價(jià)

由各初級(jí)評(píng)判的結(jié)果，構(gòu)造二級(jí)綜合評(píng)判矩陣為：

采用加權(quán)平均模型M(·,+)，可進(jìn)行二級(jí)模糊綜合評(píng)判，得到煙氣高效除塵技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)為：

B=A·R=

(0.217,0.369,0.414)

根據(jù)各因素的最大關(guān)聯(lián)度，經(jīng)計(jì)算，濕式相變凝聚除塵的評(píng)分值最高，為0.414，是煙氣高效除塵的最佳方案。其次，是管束式除塵的評(píng)分值，為0.369。濕式電除塵的評(píng)分值，為0.217。

4　結(jié)　語(yǔ)

引入模糊評(píng)判方法，是為了優(yōu)選燃煤電站適用的除塵方案。綜合考慮環(huán)境特性、技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性能及適應(yīng)性等因素，利用判斷矩陣分析法，確定各影響因素的權(quán)重，算法較為簡(jiǎn)易，邏輯性強(qiáng)，評(píng)價(jià)的結(jié)果可靠。

評(píng)判結(jié)果表明，采用濕式相變凝聚除塵技術(shù)是較佳的除塵方案。在2017年5月，該電廠8號(hào)爐投運(yùn)了濕式相變凝聚除塵設(shè)備，將煙氣平均出口粉塵的濃度，控制在2.6 mg/m3以下，

達(dá)到了超低排放的標(biāo)準(zhǔn)。6號(hào)爐、7號(hào)爐分別安裝了管束式除塵設(shè)備和濕式電除塵設(shè)備，出口煙氣的粉塵濃度，為5 mg/m3。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了模糊評(píng)判方法的合理性。

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