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      濕法煙氣脫硫系統中煙氣換熱器的模糊綜合評價

      點擊:1721 日期:[ 2014-04-26 22:00:35 ]
                                   濕法煙氣脫硫系統中煙氣換熱器的模糊綜合評價                                  趙健植  金保升  仲兆平  趙振宙               (東南大學潔凈煤發電及燃燒技術教育部重點實驗室,江蘇 南京 210096)     摘要:首次建立燃煤電廠濕法煙氣脫硫系統中煙氣換熱器綜合性能評價的模糊數學模型。通過引入3種綜合評價方法,并將這3種方法的優點結合起來,對3種不同型式的煙氣換熱器性能進行了模糊綜合評價,根據最大隸屬原則得到客觀的評價結果。綜合評價結果可以指導煙氣換熱器型式的優選。     關鍵詞:濕法煙氣脫硫  煙氣換熱器  模糊數學  綜合評價     基金項目:國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)資助項目(G199902253);東南大學振興行動計劃資助項目     作者簡介:趙健植(1980-),男,博士,研究方向為濕法煙氣脫硫。     中圖分類號:X703. 1 文獻標識碼:A 文章編號:1001-9529(2006)06-0001-04     煙氣換熱器是濕法煙氣脫硫(wet flue gas desulfurization,以下簡稱WFGD)系統中的重要設備,其作用是降低來自鍋爐引風機高溫煙氣的溫度以保護吸收塔內襯防腐材料,同時提高脫硫后煙氣的溫度以保證煙氣充分擴散,并且防止煙氣對下游設備的腐蝕。     WFGD中的煙氣換熱器一般采用蓄熱式,通過原煙氣和凈煙氣之間的換熱來達到對煙氣升溫和降溫的目的。目前比較常見的換熱器類型主要有回轉式、熱管式和水媒式[1]。不同型式的換熱器在投資費用、系統能耗、可靠性等方面存在差異, 因此需要對其進行綜合評價,以優選出技術上合理、經濟上可行、適合于電廠實際的換熱器型式。     由于評價煙氣換熱器性能的指標中既有定量的因素又有定性的因素,既有確定的因素又有不確定的因素,因此,對換熱器的評價存在較大困難。本文通過模糊綜合評價方法,基于國內燃煤電廠運行的煙氣換熱器性能參數,對這3種煙氣換熱器進行綜合分析,對所涉及的定性、定量指標進行處理,得出最佳的換熱器型式。研究結果有助于指導WFGD技術方案中煙氣換熱器的優選。     1 評價方法     1.1 模糊綜合評價方法簡介     模糊綜合評價是以模糊集合理論為基礎,將評價目標的評判矩陣和模糊矩陣的合成運算融為 一體的評價方法。它以評判矩陣的建立為基礎, 通過德爾斐法(Delphi)對模糊環境中的模糊信息量化,并通過模糊矩陣的合成計算,將量化的無序原始數據轉變成有序的、有規律性的生產數據,以 達到綜合評價的目的[2]。 模糊評價主要有3要素: (1)被評價對象各因素組成的集合U; (2)評語組成的判斷集V; (3) 單因素的判斷,即對單因素ui(i=1,2,3,…,m ) 的評判,得到V上的模糊集ri=(ri,1, ri,2, ri,3,…, ri,n)。因此,對每一個因素ui進行評判,可以得 到一個模糊關系R(m×n階評價矩陣)。用A= (a1,a2,a3,…, am)表示各因素的權重分配,則A與R的合成就是對各因素的綜合評價。     1.2 綜合評價方法     綜合評價方法主要有三種:最大值和最小值法1、最大值和最小值法2以及加權平均法[3]。     (1)最大值和最小值法1     例如:矩陣A=(ai,j)m×n,矩陣R=(ri,j)n×p 由于A的列數和R的行數相等,故可做合成 運算得到B。     B=A·R=(bi,j)m×p                     由式(1)表明,在考慮多種因素時,因素U的 最終評價對各等級V的隸屬度都不能大于對應 的a,i k,即a,i j作為rk, j的限制和制約因子;在決定 b,i j時,只考慮調整后(a,i k∧rk, j)中最大的那一項, 即只由主要因素做出評價,對次要因素的影響完 全被忽略。     (2)最大值和最小值法2     條件如上例:B=A·R=(bi,j)m×p                    此方法與方法(1)有相似的地方,都是通過求取對應的最大和最小值得出最終的結論,但此 處用在決定bi,j時,首先考慮了ai,k和rk,j中起決定因素的最大值,其后只考慮調整后(ai,k∧rk,j)中 最小的那一項作為主要因素評價,其它次要的因素的影響完全被忽略。     (3)加權平均法     條件如上例:B=A·R=(bi,j)m×p                      此方法與線性代數中矩陣乘法的運算法則相同。在決定因素的評價對等級V的隸屬度bi,j時,考慮了所有因素U的影響;由于考慮了所有因素的影響,ai,j的大小具有了刻畫各種因素U的重要 程度的權系數的意義。最后采用最大隸屬原則, 根據最終值的大小排序,以此來判斷優劣。     前兩種方法只是突出主要因素的影響作用, 而忽略了其它因素的影響,因此這兩種方法為主因素突出法,這有利于做出快速的判斷,但將其它因素忽略又顯得不足,使得評價結果不夠準確;第三種方法考慮了綜合的因素,將所有的因素按一定的權重相加,這無疑在整體上有明顯的優勢,但沒有更好地突出主要因素的影響。由于這三種方法各有利弊,為了充分利用三種綜合評價各自的優點,本文把這三種方法結合起來,以便能夠得到更加準確的評價結果。     2 煙氣換熱器模糊綜合評價     2.1 評價指標的選取     本文確定的評價指標有適用機組、煙氣換熱器占脫硫設備總投資的比例、占地面積、運行電耗、沖洗水耗、煙氣泄漏程度、維修頻率、換熱元件的使用壽命等共8個指標。3種煙氣換熱器的各項評價指標見表1[4, 5-7]。                       2.2 建立隸屬函數和確定隸屬度    (1)適用機組     將適用機組分為小于300MW(級別0~1)、小于600MW(級別1~2)、不限(級別2~3)3個等級。用隸屬函數表達式為:                    (2)設備投資所占比例     煙氣換熱器系統投資一般占脫硫設備總投資的9% ~10%之間,將該比例按照降半梯形隸屬 函數表達,即:                     (3)占地面積 占地面積的約束條件(對于300 MW機組) 確定為100 m2≤x≤500 m2,選擇降半梯形隸屬函數表達,即:                      (4)運行電耗     由表1可知運行電耗的范圍為0≤x≤300 kW,按照降半梯形隸屬函數表達,即:                      (5)沖洗水耗     沖洗水耗的范圍為0≤x≤20 m3/h,按照降 半梯形隸屬函數表達,即:                      (6)煙氣泄漏程度     將煙氣泄漏程度分為無泄漏(級別0~1)、輕 微泄漏(級別1~2)、重度泄漏(級別2~3)等3個等級。     用隸屬函數表達式為:                      (7)維修頻率     將煙氣換熱器的維修頻率分為大修周期為2 a(級別0~1)、2. 5 a(級別1~2)、3 a(級別2~3) 等3個等級。     用隸屬函數表達為:                      (8)換熱元件的使用壽命 將換熱元件的使用壽命分為6 a、7 a、8 a等3 個等級,級別分別為0~1、1~2、2~3。     用隸屬函數表達式為:                      利用表1的數據,根據其相應的隸屬函數計算得到各類指標的隸屬度,結果如表2所示。當評價指標較多時,評價權重過于分散,在綜合過程中可能被淹沒掉,一般可采用多級評判或將評判目標中的同一屬性的指標歸一化,可以更好地突出綜合特性。將表2中同一屬性的指標進 行歸一化后得到因素模糊關系矩陣R為:                         2.3 確定權重矩陣A     根據各個要素在評價中的輕重作用,結合專 家意見和煙氣脫硫的實際情況,建立權重向量矩 陣A為:     A=[0.16 0.25 0.14 0.14 0.08 0.10 0.07 0.06]     2.4 綜合計算     設B1、B2、B3分別為方法1、方法2和方法3 的計算結果,則:     B1=A·R=[0. 16 0. 25 0. 25]     B2=A·R=[0. 230 8 0. 16 0. 14]     B3=A·R=[0. 335 3 0. 370 1 0. 312 7]     將B1、B2、B3加權平均后得到最終的綜合評 價B為:                   經歸一化后     B*=[0.328 8 0.353 1 0.318 1]     根據最大隸屬原則,3種型式的煙氣換熱器的綜合評價數值從大到小的順序為:熱管式、回轉式、水媒式,此順序即為換熱器型式的優劣次序。因此熱管式換熱器應當作為首選。     3 結論     (1)根據WFGD中煙氣換熱器選型評價較為模糊的特點,把模糊數學綜合評價方法引入到煙氣換熱器型式評價體系中,并且將綜合評價不同方法的優點結合起來,得到比較準確的評價結果。     (2)本文的評價結果是在相應的權數陣基礎上得到的,在實際的煙氣換熱器選型評判中,應根據具體情況和要求確定參與評價的技術指標和權數矩陣。     (3)采用本文的評價方法,可為燃煤電廠根據具體情況,選用經濟上實用、技術上可行的煙氣換熱器型式,提供參考依據,以減少電廠在選擇煙氣換熱器上的片面性和盲目性。     參考文獻:     [1]曾庭華,楊 華,馬 斌,等.濕法煙氣脫硫系統的安全性 及優化[M].北京:中國電力出版社, 2003.     [2]汪培莊.應用模糊數學[M].北京:北京經濟學院出版社,1989.     [3]崔亞兵,陳曉平.燃煤電廠煙氣脫硫技術的模糊綜合評價 [J].中國動力工程學報, 2005, 25(1): 136-140.     [4]馬宗慶.熱管煙氣換熱器在濕法脫硫工藝中的應用及比 較[J].電力建設, 2005, 26(2): 55-57.     [5]蔡明坤. FGD系統用GGH設備設計[J].鍋爐技術, 2004, 35(5): 1-4.     [6]汪洪濤,吳少華,賽俊聰,等.濕法煙氣脫硫系統中的低溫 腐蝕及煙氣再熱問題[ J].熱能動力工程, 2002, (17): 469-472.     [7]張衛東.石灰石—石膏濕法脫硫技術的設計及優化研究 [D].山東大學, 2004. 
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