石灰石-石膏濕法煙氣脫硫方案的模糊綜合評價

王 彪

(華北電力大學 控制與計算機工程學院，河北 保定071003)

0 引言

隨著國家對環(huán)境保護的要求越來越嚴格，煙氣脫硫在燃煤火電廠中受到越來越多的關(guān)注。不同的電廠，依據(jù)其特有的地理位置等具體情況，選擇一種合適的煙氣脫硫技術(shù)或者針對選定的脫硫技術(shù)選擇合適的設(shè)計方案是尤為重要的。

在脫硫工程設(shè)計與運行過程中存在著許許多多的模糊信息，要求技術(shù)人員根據(jù)各種模糊信息做出合適的方案選擇。模糊綜合評價［1］是以模糊集合論為基礎(chǔ)，將評價目標樹、Delphi 法和模糊矩陣的合成運算融為一體的技術(shù)評價方法。李林方［2］利用模糊綜合評價法對簡易濕法、循環(huán)流化床、石灰石濕法、海水脫硫法、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化法和電子束法7 種煙氣脫硫進行了綜合評價，綜合性能最優(yōu)的為循環(huán)流化床法，但是從對電廠的適應性和技術(shù)性看，石灰石濕法是最優(yōu)的;王書肖等［3］利用模糊綜合評價法對石灰石濕法、簡易濕法、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕、電子束法和濕式氨法6 類典型的脫硫技術(shù)進行了綜合評價，得出在綜合指標下石灰石濕法是優(yōu)先選擇的對象。他們是利用模糊綜合評價對多種脫硫技術(shù)進行評價，最后得出一種脫硫技術(shù)對多數(shù)電廠比較適用;而本文是利用模糊綜合評價方法對石灰石-石膏濕法煙氣脫硫［4～7］這一特定脫硫技術(shù)的幾種設(shè)計方案進行綜合評價。

1 模糊綜合評價

模糊綜合評價是以模糊數(shù)學中的模糊集合論為基礎(chǔ)，將模糊信息量化，經(jīng)過運算，將量化的無序的數(shù)據(jù)變成有一定規(guī)律的數(shù)據(jù)，根據(jù)最大隸屬度原則，得到最終的評價結(jié)果。

1.1 一級模糊綜合評價

當被評價的事物比較簡單或者影響此事物的因素比較少時，一般用一級模糊綜合評價就可以了，其過程為:

(1)確定被評價事物的因素集，設(shè)其有m個因素，即:U= {ui}，i=1，2，…，m。

(2)確定被評價事物的評語集，設(shè)其有n種可能，即:V= {vj}，j=1，2，…，n。

(3)根據(jù)被評價事物的特性，利用典型的隸屬函數(shù)規(guī)則并加以改造，建立ui對vj的隸屬函數(shù)，從而可得到第i個因素對各評語的隸屬度，即:

以此類推，將m個因素對應于評語的隸屬度放在一起，即:

式中:R 是總的評價矩陣。

(4)根據(jù)各因素對被評價事物的影響程度，依據(jù)專家的意見，通過一定的計算，得到各因素的重要程度系數(shù)ai，各系數(shù)組合在一起，構(gòu)成一個模糊集，即:A = ［a1，a2，…，am］。其應滿足歸一性和非負性，即:=1，ai≥0 。

(5)最后選擇合適的模糊算子，求出模糊綜合評價集，即:

根據(jù)最大隸屬度原則，得出總的評價結(jié)果。

1.2 多級模糊綜合評價

當被評價事物的影響因素很多時，進行模糊評價所計算得到的各因素的重要程度系數(shù)就會比較小，各系數(shù)之間的差會很小，這樣得到的模糊綜合評價結(jié)果就很難區(qū)分事物的優(yōu)劣或重要程度。所以在評價時對眾多因素進行一個分類，先對每一類進行一級模糊評價，再對高一層次的進行二級評價，以此類推，最后得到評價結(jié)果。

2 脫硫方案的模糊綜合評價

2.1 評價對象集的確定

對于石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)，塔內(nèi)煙氣流速、pH 值、液氣比、吸收區(qū)高度和石灰石粒徑是設(shè)計和運行時的重要參數(shù)，它們直接影響脫硫系統(tǒng)的脫硫效率和整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性。根據(jù)實際的工程應用情況，選出每個參數(shù)的兩個典型數(shù)據(jù)，確定8 種方案(所選參數(shù)是針對1 000 MW 機組脫硫系統(tǒng))如表1 所示，這8 種方案作為模糊綜合評價的對象，構(gòu)成評價對象集U= {Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ，Ⅶ，Ⅷ}。

2.2 對象因素集的確定

對于脫硫系統(tǒng)來說，有兩點是最重要的，一是脫硫效率，只有系統(tǒng)達到一定的脫硫效率(≥95%)才能滿足煙氣排放的要求;二是經(jīng)濟性，電廠選擇某個設(shè)計方案，在達到一定脫硫效率的前提下，希望其經(jīng)濟性最高。所以本文選取脫硫效率、單位kW 造價和單位kW 運行費用為對象因素，從而構(gòu)成對象因素集合，即:V= {脫硫效率、單位kW 造價、單位kW 運行費用}。根據(jù)實際電廠運行情況可以得出，塔內(nèi)煙氣流速、pH值、液氣比、吸收區(qū)高度和石灰石粒徑直接影響脫硫效率、單位kW 造價和單位kW 運行費用。所以以下為脫硫效率、單位kW 造價和單位kW運行費用的子因素:

表1 評價方案

脫硫效率的子因素集V1= {塔內(nèi)煙氣流速、pH 值、液氣比、吸收區(qū)高度、石灰石粒徑}。

單位kW 造價的子因素集V2= {塔內(nèi)煙氣流速、吸收區(qū)高度、石灰石粒徑}

單位kW 運行費用子因素V3= {塔內(nèi)煙氣流速、液氣比、吸收區(qū)高度、石灰石粒徑}

2.3 因素重要程度的求取

各因素的重要程度是利用專家評議法來確定的。筆者邀請了10 位脫硫?qū)９ず椭髦蛋鄦T對各因素按其重要程度進行排序，最后利用專家評議法［8］算出其重要程度。

脫硫效率、單位kW 造價和電價增加值對整個脫硫系統(tǒng)的重要程度模糊集:A= (0.575，0.057，0.368)。

煙氣流速、pH 值、液氣比、吸收區(qū)高度和石灰石粒徑對脫硫效率的重要程度:A1= (0.189，0.386，0.347，0.039，0.039)。

塔內(nèi)煙氣流速、吸收區(qū)高度和石灰石粒徑對單位kW 造價的重要程度:A2= (0.725，0.203，0.072)。

塔內(nèi)煙氣流速、液氣比、吸收區(qū)高度和石灰石粒徑對電價增加值的重要程度:A3= (0.478，0.325，0.048，0.148)。

2.4 隸屬函數(shù)的求取

在模糊數(shù)學中，需要用一個介于0 和1 之間的數(shù)來反映元素從屬于模糊集合的程度，這是隸屬函數(shù)的由來。隸屬函數(shù)的具體給定，少不了人腦的加工，所以隸屬函數(shù)應該是帶夾有主觀因素的對模糊對象的客觀量度。目前還沒有一種完全成熟的方法來確定隸屬函數(shù)，都是根據(jù)個人的經(jīng)驗，依據(jù)一般的方法來確定的。筆者使用的方法為模糊分布法［9］。

(1)各因素與脫硫效率的隸屬函數(shù)

煙氣流速:

pH 值:

液氣比:

吸收區(qū)高度:

石灰石粒徑:

(2)各因素與單位kW 造價的隸屬函數(shù)

塔內(nèi)煙氣流速:

吸收區(qū)高度:

石灰石粒徑:

(3)各因素與單位kW 運行費用的隸屬函數(shù)

塔內(nèi)煙氣流速:

液氣比:

吸收區(qū)高度:

石灰石粒徑:

2.5 綜合評價

(1)單因素評價

塔內(nèi)煙氣流速、pH 值、液氣比、吸收區(qū)高度和石灰石粒徑對脫硫效率的隸屬度矩陣，也就是評價矩陣:

由2.3 知 A1= (0.189，0.386，0.347，0.039，0.039)，得模糊評價集

塔內(nèi)煙氣流速、吸收區(qū)高度和石灰石粒徑對單位kW 造價的隸屬度矩陣，也就是評價矩陣:

由2.3 知A2= (0.725，0.203，0.072)，得模糊評價集

塔內(nèi)煙氣流速、液氣比、吸收區(qū)高度和石灰石粒徑對單位kW 運行費用的隸屬度矩陣，也就是評價矩陣:

由2.3 知 A3= (0.478，0.325，0.048，0.148)，得模糊評價集

(2)綜合評價

而A = (0.575，0.057，0.368)，可得模糊綜合評價集

根據(jù)最大隸屬度原則，各方案進行綜合評價所得到的優(yōu)劣排序為:Ⅱ，Ⅰ，Ⅳ，Ⅲ，Ⅷ，Ⅶ，Ⅵ，Ⅴ。所以1 000 MW 機組的脫硫系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計應為:塔內(nèi)煙氣流速為3.5 m/s，pH 值為5.2，液氣比為15 L/m3，吸收區(qū)高度為15 m，石灰石粒徑為90% 通過250 目 (0.063 mm)的金屬篩網(wǎng)。

3 結(jié)論

通過對石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)的幾種典型的設(shè)計方案進行模糊綜合評價，得出了適合1 000 MW 機組的脫硫系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù);對于已經(jīng)建成的脫硫系統(tǒng)，個別參數(shù)對運行人員選擇運行參數(shù)有一定的意義。但由于搜集到的資料有限，所建立的隸屬函數(shù)可進一步的完善，因素的重要程度可進一步的接近實際。從而可以更精確地給出石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計方案的模糊綜合評價。

［1］許雪燕．模糊綜合評價模型的研究及應用［D］．成都:西南石油大學，2011．

［2］李林方．火電廠煙氣脫硫技術(shù)的模糊綜合評價［D］．重慶:重慶大學，2006．

［3］王書肖，郝吉明，陸永琪，等．火電廠煙氣脫硫技術(shù)的模糊綜合評價［J］．中國電力，2001，34 (12):58-62．

［4］聶鵬飛，馬磊，張鵬．600 MW 機組濕法脫硫效率降低的原因分析及對策［J］．電力科學與工程，2011，27 (7):60-64．

［5］馬苗云．燃煤電廠濕法煙氣脫硫系統(tǒng)優(yōu)化控制的仿真運行研究［D］．保定:華北電力大學，2012．

［6］蘭穎，馬平．濕法煙氣脫硫系統(tǒng)脫硫效率的影響因素分析［J］．電力科學與工程，2013，29 (7):58-63．

［7］余鵬，王森，曾庭華．1 000 MW 機組無旁路濕法石灰石-石膏煙氣脫硫系統(tǒng)運行風險分析及控制措施［J］．廣東電力，2012，25 (2):116-119．

［8］陳水利，李敬功，王向公．模糊集理論及其應用［M］．北京:科學出版社，2005．

［9］李鴻吉．模糊數(shù)學基礎(chǔ)及實用算法［M］．北京:科學出版社，2005．