石灰石-石膏湿法烟气脱硫方案的模糊综合评价

王 彪

(华北电力大学 控制与计算机工程学院，河北 保定071003)

0 引言

随着国家对环境保护的要求越来越严格，烟气脱硫在燃煤火电厂中受到越来越多的关注。不同的电厂，依据其特有的地理位置等具体情况，选择一种合适的烟气脱硫技术或者针对选定的脱硫技术选择合适的设计方案是尤为重要的。

在脱硫工程设计与运行过程中存在着许许多多的模糊信息，要求技术人员根据各种模糊信息做出合适的方案选择。模糊综合评价［1］是以模糊集合论为基础，将评价目标树、Delphi 法和模糊矩阵的合成运算融为一体的技术评价方法。李林方［2］利用模糊综合评价法对简易湿法、循环流化床、石灰石湿法、海水脱硫法、旋转喷雾干燥法、炉内喷钙尾部增湿活化法和电子束法7 种烟气脱硫进行了综合评价，综合性能最优的为循环流化床法，但是从对电厂的适应性和技术性看，石灰石湿法是最优的;王书肖等［3］利用模糊综合评价法对石灰石湿法、简易湿法、旋转喷雾干燥法、炉内喷钙尾部增湿、电子束法和湿式氨法6 类典型的脱硫技术进行了综合评价，得出在综合指标下石灰石湿法是优先选择的对象。他们是利用模糊综合评价对多种脱硫技术进行评价，最后得出一种脱硫技术对多数电厂比较适用;而本文是利用模糊综合评价方法对石灰石-石膏湿法烟气脱硫［4～7］这一特定脱硫技术的几种设计方案进行综合评价。

1 模糊综合评价

模糊综合评价是以模糊数学中的模糊集合论为基础，将模糊信息量化，经过运算，将量化的无序的数据变成有一定规律的数据，根据最大隶属度原则，得到最终的评价结果。

1.1 一级模糊综合评价

当被评价的事物比较简单或者影响此事物的因素比较少时，一般用一级模糊综合评价就可以了，其过程为:

(1)确定被评价事物的因素集，设其有m个因素，即:U= {ui}，i=1，2，…，m。

(2)确定被评价事物的评语集，设其有n种可能，即:V= {vj}，j=1，2，…，n。

(3)根据被评价事物的特性，利用典型的隶属函数规则并加以改造，建立ui对vj的隶属函数，从而可得到第i个因素对各评语的隶属度，即:

以此类推，将m个因素对应于评语的隶属度放在一起，即:

式中:R 是总的评价矩阵。

(4)根据各因素对被评价事物的影响程度，依据专家的意见，通过一定的计算，得到各因素的重要程度系数ai，各系数组合在一起，构成一个模糊集，即:A = ［a1，a2，…，am］。其应满足归一性和非负性，即:=1，ai≥0 。

(5)最后选择合适的模糊算子，求出模糊综合评价集，即:

根据最大隶属度原则，得出总的评价结果。

1.2 多级模糊综合评价

当被评价事物的影响因素很多时，进行模糊评价所计算得到的各因素的重要程度系数就会比较小，各系数之间的差会很小，这样得到的模糊综合评价结果就很难区分事物的优劣或重要程度。所以在评价时对众多因素进行一个分类，先对每一类进行一级模糊评价，再对高一层次的进行二级评价，以此类推，最后得到评价结果。

2 脱硫方案的模糊综合评价

2.1 评价对象集的确定

对于石灰石-石膏湿法脱硫技术，塔内烟气流速、pH 值、液气比、吸收区高度和石灰石粒径是设计和运行时的重要参数，它们直接影响脱硫系统的脱硫效率和整个系统的经济性。根据实际的工程应用情况，选出每个参数的两个典型数据，确定8 种方案(所选参数是针对1 000 MW 机组脱硫系统)如表1 所示，这8 种方案作为模糊综合评价的对象，构成评价对象集U= {Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ，Ⅶ，Ⅷ}。

2.2 对象因素集的确定

对于脱硫系统来说，有两点是最重要的，一是脱硫效率，只有系统达到一定的脱硫效率(≥95%)才能满足烟气排放的要求;二是经济性，电厂选择某个设计方案，在达到一定脱硫效率的前提下，希望其经济性最高。所以本文选取脱硫效率、单位kW 造价和单位kW 运行费用为对象因素，从而构成对象因素集合，即:V= {脱硫效率、单位kW 造价、单位kW 运行费用}。根据实际电厂运行情况可以得出，塔内烟气流速、pH值、液气比、吸收区高度和石灰石粒径直接影响脱硫效率、单位kW 造价和单位kW 运行费用。所以以下为脱硫效率、单位kW 造价和单位kW运行费用的子因素:

表1 评价方案

脱硫效率的子因素集V1= {塔内烟气流速、pH 值、液气比、吸收区高度、石灰石粒径}。

单位kW 造价的子因素集V2= {塔内烟气流速、吸收区高度、石灰石粒径}

单位kW 运行费用子因素V3= {塔内烟气流速、液气比、吸收区高度、石灰石粒径}

2.3 因素重要程度的求取

各因素的重要程度是利用专家评议法来确定的。笔者邀请了10 位脱硫专工和主值班员对各因素按其重要程度进行排序，最后利用专家评议法［8］算出其重要程度。

脱硫效率、单位kW 造价和电价增加值对整个脱硫系统的重要程度模糊集:A= (0.575，0.057，0.368)。

烟气流速、pH 值、液气比、吸收区高度和石灰石粒径对脱硫效率的重要程度:A1= (0.189，0.386，0.347，0.039，0.039)。

塔内烟气流速、吸收区高度和石灰石粒径对单位kW 造价的重要程度:A2= (0.725，0.203，0.072)。

塔内烟气流速、液气比、吸收区高度和石灰石粒径对电价增加值的重要程度:A3= (0.478，0.325，0.048，0.148)。

2.4 隶属函数的求取

在模糊数学中，需要用一个介于0 和1 之间的数来反映元素从属于模糊集合的程度，这是隶属函数的由来。隶属函数的具体给定，少不了人脑的加工，所以隶属函数应该是带夹有主观因素的对模糊对象的客观量度。目前还没有一种完全成熟的方法来确定隶属函数，都是根据个人的经验，依据一般的方法来确定的。笔者使用的方法为模糊分布法［9］。

(1)各因素与脱硫效率的隶属函数

烟气流速:

pH 值:

液气比:

吸收区高度:

石灰石粒径:

(2)各因素与单位kW 造价的隶属函数

塔内烟气流速:

吸收区高度:

石灰石粒径:

(3)各因素与单位kW 运行费用的隶属函数

塔内烟气流速:

液气比:

吸收区高度:

石灰石粒径:

2.5 综合评价

(1)单因素评价

塔内烟气流速、pH 值、液气比、吸收区高度和石灰石粒径对脱硫效率的隶属度矩阵，也就是评价矩阵:

由2.3 知 A1= (0.189，0.386，0.347，0.039，0.039)，得模糊评价集

塔内烟气流速、吸收区高度和石灰石粒径对单位kW 造价的隶属度矩阵，也就是评价矩阵:

由2.3 知A2= (0.725，0.203，0.072)，得模糊评价集

塔内烟气流速、液气比、吸收区高度和石灰石粒径对单位kW 运行费用的隶属度矩阵，也就是评价矩阵:

由2.3 知 A3= (0.478，0.325，0.048，0.148)，得模糊评价集

(2)综合评价

而A = (0.575，0.057，0.368)，可得模糊综合评价集

根据最大隶属度原则，各方案进行综合评价所得到的优劣排序为:Ⅱ，Ⅰ，Ⅳ，Ⅲ，Ⅷ，Ⅶ，Ⅵ，Ⅴ。所以1 000 MW 机组的脱硫系统的参数设计应为:塔内烟气流速为3.5 m/s，pH 值为5.2，液气比为15 L/m3，吸收区高度为15 m，石灰石粒径为90% 通过250 目 (0.063 mm)的金属筛网。

3 结论

通过对石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术的几种典型的设计方案进行模糊综合评价，得出了适合1 000 MW 机组的脱硫系统的设计参数;对于已经建成的脱硫系统，个别参数对运行人员选择运行参数有一定的意义。但由于搜集到的资料有限，所建立的隶属函数可进一步的完善，因素的重要程度可进一步的接近实际。从而可以更精确地给出石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统设计方案的模糊综合评价。

［1］许雪燕．模糊综合评价模型的研究及应用［D］．成都:西南石油大学，2011．

［2］李林方．火电厂烟气脱硫技术的模糊综合评价［D］．重庆:重庆大学，2006．

［3］王书肖，郝吉明，陆永琪，等．火电厂烟气脱硫技术的模糊综合评价［J］．中国电力，2001，34 (12):58-62．

［4］聂鹏飞，马磊，张鹏．600 MW 机组湿法脱硫效率降低的原因分析及对策［J］．电力科学与工程，2011，27 (7):60-64．

［5］马苗云．燃煤电厂湿法烟气脱硫系统优化控制的仿真运行研究［D］．保定:华北电力大学，2012．

［6］兰颖，马平．湿法烟气脱硫系统脱硫效率的影响因素分析［J］．电力科学与工程，2013，29 (7):58-63．

［7］余鹏，王森，曾庭华．1 000 MW 机组无旁路湿法石灰石-石膏烟气脱硫系统运行风险分析及控制措施［J］．广东电力，2012，25 (2):116-119．

［8］陈水利，李敬功，王向公．模糊集理论及其应用［M］．北京:科学出版社，2005．

［9］李鸿吉．模糊数学基础及实用算法［M］．北京:科学出版社，2005．