毛雙華，祝云飛，林國輝

(浙江巨化熱電有限公司，浙江 衢州 324000)

0　概　述

某發(fā)電集團公司首次提出了超低排放理念，即排放時二氧化硫不超過35 mg/m3、氮氧化物不超過50 mg/m3、煙塵不超過5 mg/m3。為了實現(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)，對燃煤電站原有的脫硝設(shè)備、脫硫設(shè)備和除塵設(shè)備進行提效改造，并引入了新型環(huán)保技術(shù)進一步脫除汞及三氧化硫，達到超低排放的要求。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[1-6]。目前，國內(nèi)電廠已普遍建立了環(huán)保除塵項目，但適用范圍、投運效果和工程造價，大不相同。為此，對除塵項目進行科學(xué)合理的評估，是實施環(huán)保項目重要的前期工作。

1　除塵技術(shù)與評估

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。在國內(nèi)外，對除塵技術(shù)的經(jīng)濟評價有許多研究成果，比較成熟的有美國EPRI評價體系、IEA評價體系[7，8]等。在國內(nèi)，較為常見的有能源研究會評價體系、杭州環(huán)保所評價體系等[9]。在正確評價或選擇除塵類型時，必須結(jié)合機組的具體條件，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)各評價休系，對除塵技術(shù)指標進行分析，發(fā)現(xiàn)各評價體系所取指標的靈活度較小。為使評判模型既統(tǒng)籌全局，又能突出重點，需充分考慮各因素之間的關(guān)聯(lián)度，同時，可靈活地分配指標權(quán)重，以適應(yīng)不同的電站。為此，引入了模糊綜合評判法[10]，對燃煤鍋爐采用的多種除塵技術(shù)，分別進行了環(huán)保技術(shù)及適應(yīng)性方面的綜合評價。

2　建立模糊綜合評判模型

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

模糊綜合評判可分為一級模糊綜合評判和多級模糊綜合評判。當(dāng)評價指標較少時，宜用一級模糊綜合評判。評價指標較多時，宜用多級模糊綜合評判。

2.1　一級模糊綜合評判

在進行模糊評判時，首先要確定2個集合，即影響評判結(jié)果的主要因素組成的因素集，記作U={u1,u2,···,ui}。還有評語組成的評語集，記作V={v1,v2,···,vj}。評判的具體步驟[10]：

(1)單因素評價

根據(jù)評估經(jīng)驗和規(guī)則，對因素集U中的單個因素un(n=1,2,···,i)，做單因素評價，將該因素帶入其隸屬函數(shù)，由因素ui，確定該因素對評語vm(m=1,2,···,j)的隸屬程度rnm，從而得出第n個因素un的單因素評價集，即：rn=(rn1,rn2,···,rnj)。

(2)評判矩陣

將i個單因素評價集作為行，構(gòu)成總的評價矩陣Rij。得：

(3)確定各因素的權(quán)重

(4)綜合評判

B=A*R=(b1,b2,···,bj)

(1)

式(1)中，“*”表示廣義模糊合成運算，即：

2.2　多級模糊綜合評判

由于被評判對象的影響因素較多，難于細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)致各影響因素的評判結(jié)果十分接近，從面無法清晰地分辨優(yōu)劣。因此，可將多種影響因素，按某些屬性分成若干類的大因素，然后進行多層次綜合評判，即構(gòu)成多級模糊綜合評判模型[10]。二級模糊綜合評判的步驟：

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

U=(U1,U2,···,US)

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

(2)對因素子集Ui(i=1,2,···S)，再進行一級綜合評價。

設(shè)Ui重要因素的模糊子集為Ai，Ui的ki個因素對V的模糊綜合評價集為R，選擇1個一級模型，對Ui進行模糊綜合評價。設(shè)Ui的模糊綜合評價集為：

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

(3)對因素集U進行二級模糊綜合評判。

將因素集U的S個因素子集Ui，看成是因素集U上的S個單因素，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的評價結(jié)果Bi，構(gòu)造二級綜合評判矩陣R：

即可得U的綜合評判矩陣B：

按照同樣的程序，還可建立三級、四級或更高層次的綜合評價模型。

3　除塵技術(shù)方案的模糊評判

3.1　模糊評判對象集的選取

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

3.2　評價指標體系的確定

對于煙氣高效除塵技術(shù)優(yōu)劣的評判，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)濟性能集，對燃煤鍋爐的適應(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，年運行成本。)

U4=(U41,U42,U43)=(對電廠設(shè)備的影響，對機組運行方式的適應(yīng)性，其它有益效果)

3.3　除塵技術(shù)的對比

通過試驗和調(diào)研，對3種煙氣高效除塵技術(shù)，分別進行了綜合性能指標比較[16-18]。經(jīng)比較，各類除塵技術(shù)的綜合性能指標，如表1所示。

表1高效除塵技術(shù)綜合性能指標

指標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)用國內(nèi)工業(yè)示范技術(shù)復(fù)雜程度復(fù)雜較簡單簡單系統(tǒng)升級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/萬元1400600350年檢維修成本/萬元3551年運行成本/萬元49512對電廠設(shè)備的影響影響較小影響脫硫系統(tǒng)水平衡影響較小對機組運行方式的適應(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)綜合評判中各因素的具體情況，遵循隸屬函數(shù)的本質(zhì)及簡單實用的原則，對定量因素和定性因素，分別采用圖表法和五級分類法，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)除塵標準，確定除塵效率的約束條件，為0≤X≤10，采用線性隸屬函數(shù)，即：

(2)對顆粒的吸附率

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

(3)平均出口液滴含量

以135 MW機組為例，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機組為例，當(dāng)設(shè)備投資金額高于1 500萬元時，視為高額投資。低于300萬元時，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，即：

(8)年檢維修成本

以135 MW機組為例，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)年運行成本

以135 MW機組為例，將除塵設(shè)備的年運行成本小于5萬元，視為低成本，大于50萬元，視為高成本，其隸屬函數(shù)的表達式，可用降半梯形分布進行描述，即：

對于定性因素(U21,U22,U23,U41,U42,U43)，可統(tǒng)一采用五級分類法，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，如表2所示。現(xiàn)以U22為例進行分析，將技術(shù)復(fù)雜程度，分為很復(fù)雜、復(fù)雜、較復(fù)雜、較簡單、較簡單等五個等級，利用隸屬函數(shù)表達式，即為：

表2技術(shù)復(fù)雜程度的分級

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

利用表2的數(shù)據(jù)和評價，確定隸屬函數(shù)，經(jīng)計算，得到各類煙氣高效除塵技術(shù)指標的隸屬度，各指標隸屬度的數(shù)值，如表3所示。

表3高效除塵技術(shù)的指標隸屬度

指標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/萬元0.0830.750.96年檢維修成本/萬元0.30.90.98年運行成本/萬元0.0210.84對電廠設(shè)備的影響0.80.70.9對機組運行方式的適應(yīng)性0.90.80.85對煤種的適應(yīng)性0.90.750.85

3.5　權(quán)重矩陣的確定

權(quán)重的確定，一般采用專家賦權(quán)法。賦權(quán)法可反映部分實際情況，但易受主觀經(jīng)驗的影響，造成評判的失真。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[10]。

根據(jù)綜合評價指標體系，利用判斷矩陣分析法，逐層確定各層評價指標的權(quán)重。

(1)第一層評價指標的權(quán)重

根據(jù)四項評價指標U1，U2，U3，U4，其相對重要程度判斷值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，得第一層評價指標(U1，U2，U3，U4)的權(quán)重，取A=(0.39,0.16,0.35,0.1)。

(2)第二層評價指標的權(quán)重

利用相同方法，對第二層評價指標的重要對比值進行判斷，可分別得第二層評價指標的權(quán)重。環(huán)境特性指標A1=(0.54,0.3,0.16)，技術(shù)性能指標A2=(0.45,0.16,0.015,0.36,0.01,0.005)，經(jīng)濟性能指標A3=(0.54,0.2,0.26)，對燃煤鍋爐的適應(yīng)性A4=(0.57,0.28,0.15)。

3.6　綜合評判

(1)初級評價

依據(jù)表3數(shù)據(jù)，對環(huán)境特性進行評價。根據(jù)環(huán)境特性評價指標的隸屬度，構(gòu)造隸屬度矩陣為：

采用加權(quán)平均模型M(·,+)[11]，對環(huán)境特性進行一級模糊綜合評判，得到評價結(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，對技術(shù)性能評價后，得B2=(0.301,0.336,0.363)。對經(jīng)濟性能評價后，得B3=(0.058,0.449,0.494)。對燃煤鍋爐的適應(yīng)性評價后，得B4=(0.316,0.355,0.329)。

(2)第二級評價

由各初級評判的結(jié)果，構(gòu)造二級綜合評判矩陣為：

采用加權(quán)平均模型M(·,+)，可進行二級模糊綜合評判，得到煙氣高效除塵技術(shù)的綜合評價為：

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)計算，濕式相變凝聚除塵的評分值最高，為0.414，是煙氣高效除塵的最佳方案。其次，是管束式除塵的評分值，為0.369。濕式電除塵的評分值，為0.217。

4　結(jié)　語

引入模糊評判方法，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，算法較為簡易，邏輯性強，評價的結(jié)果可靠。

評判結(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號爐投運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，

達到了超低排放的標準。6號爐、7號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)實測數(shù)據(jù)，驗證了模糊評判方法的合理性。

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