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湿法烟气脱硫系统中烟气换热器的模糊综合评价点击：1913 日期：[ 2014-04-26 22:00:35 ] |
| 湿法烟气脱硫系统中烟气换热器的模糊综合评价 赵健植 金保升 仲兆平 赵振宙 (东南大学洁净煤发电及燃烧技术教育部重点实验室,江苏 南京 210096) 摘要：首次建立燃煤电厂湿法烟气脱硫系统中烟气换热器综合性能评价的模糊数学模型。通过引入3种综合评价方法,并将这3种方法的优点结合起来,对3种不同型式的烟气换热器性能进行了模糊综合评价,根据最大隶属原则得到客观的评价结果。综合评价结果可以指导烟气换热器型式的优选。 关键词：湿法烟气脱硫 烟气换热器 模糊数学 综合评价 基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(G199902253);东南大学振兴行动计划资助项目 作者简介：赵健植(1980-),男,博士,研究方向为湿法烟气脱硫。 中图分类号：X703. 1 文献标识码:A 文章编号:1001-9529(2006)06-0001-04 烟气换热器是湿法烟气脱硫(wet flue gas desulfurization,以下简称WFGD)系统中的重要设备,其作用是降低来自锅炉引风机高温烟气的温度以保护吸收塔内衬防腐材料,同时提高脱硫后烟气的温度以保证烟气充分扩散,并且防止烟气对下游设备的腐蚀。 WFGD中的烟气换热器一般采用蓄热式,通过原烟气和净烟气之间的换热来达到对烟气升温和降温的目的。目前比较常见的换热器类型主要有回转式、热管式和水媒式[1]。不同型式的换热器在投资费用、系统能耗、可靠性等方面存在差异, 因此需要对其进行综合评价,以优选出技术上合理、经济上可行、适合于电厂实际的换热器型式。 由于评价烟气换热器性能的指标中既有定量的因素又有定性的因素,既有确定的因素又有不确定的因素,因此,对换热器的评价存在较大困难。本文通过模糊综合评价方法,基于国内燃煤电厂运行的烟气换热器性能参数,对这3种烟气换热器进行综合分析,对所涉及的定性、定量指标进行处理,得出最佳的换热器型式。研究结果有助于指导WFGD技术方案中烟气换热器的优选。 1 评价方法 1.1 模糊综合评价方法简介 模糊综合评价是以模糊集合理论为基础,将评价目标的评判矩阵和模糊矩阵的合成运算融为 一体的评价方法。它以评判矩阵的建立为基础, 通过德尔斐法(Delphi)对模糊环境中的模糊信息量化,并通过模糊矩阵的合成计算,将量化的无序原始数据转变成有序的、有规律性的生产数据,以 达到综合评价的目的[2]。 模糊评价主要有3要素: (1)被评价对象各因素组成的集合U; (2)评语组成的判断集V; (3) 单因素的判断,即对单因素ui(i=1,2,3,…,m ) 的评判,得到V上的模糊集ri=(ri,1, ri,2, ri,3,…, ri,n)。因此,对每一个因素ui进行评判,可以得 到一个模糊关系R(m×n阶评价矩阵)。用A= (a1,a2,a3,…, am)表示各因素的权重分配,则A与R的合成就是对各因素的综合评价。 1.2 综合评价方法 综合评价方法主要有三种:最大值和最小值法1、最大值和最小值法2以及加权平均法[3]。 (1)最大值和最小值法1 例如:矩阵A=(ai,j)m×n,矩阵R=(ri,j)n×p 由于A的列数和R的行数相等,故可做合成 运算得到B。 B=A·R=(bi,j)m×p 由式(1)表明,在考虑多种因素时,因素U的 最终评价对各等级V的隶属度都不能大于对应 的a,i k,即a,i j作为rk, j的限制和制约因子;在决定 b,i j时,只考虑调整后(a,i k∧rk, j)中最大的那一项, 即只由主要因素做出评价,对次要因素的影响完 全被忽略。 (2)最大值和最小值法2 条件如上例:B=A·R=(bi,j)m×p 此方法与方法(1)有相似的地方,都是通过求取对应的最大和最小值得出最终的结论,但此 处用在决定bi,j时,首先考虑了ai,k和rk,j中起决定因素的最大值,其后只考虑调整后(ai,k∧rk,j)中 最小的那一项作为主要因素评价,其它次要的因素的影响完全被忽略。 (3)加权平均法 条件如上例:B=A·R=(bi,j)m×p 此方法与线性代数中矩阵乘法的运算法则相同。在决定因素的评价对等级V的隶属度bi,j时,考虑了所有因素U的影响;由于考虑了所有因素的影响,ai,j的大小具有了刻画各种因素U的重要 程度的权系数的意义。最后采用最大隶属原则, 根据最终值的大小排序,以此来判断优劣。 前两种方法只是突出主要因素的影响作用, 而忽略了其它因素的影响,因此这两种方法为主因素突出法,这有利于做出快速的判断,但将其它因素忽略又显得不足,使得评价结果不够准确;第三种方法考虑了综合的因素,将所有的因素按一定的权重相加,这无疑在整体上有明显的优势,但没有更好地突出主要因素的影响。由于这三种方法各有利弊,为了充分利用三种综合评价各自的优点,本文把这三种方法结合起来,以便能够得到更加准确的评价结果。 2 烟气换热器模糊综合评价 2.1 评价指标的选取 本文确定的评价指标有适用机组、烟气换热器占脱硫设备总投资的比例、占地面积、运行电耗、冲洗水耗、烟气泄漏程度、维修频率、换热元件的使用寿命等共8个指标。3种烟气换热器的各项评价指标见表1[4, 5-7]。 2.2 建立隶属函数和确定隶属度 (1)适用机组 将适用机组分为小于300MW(级别0~1)、小于600MW(级别1~2)、不限(级别2~3)3个等级。用隶属函数表达式为: (2)设备投资所占比例 烟气换热器系统投资一般占脱硫设备总投资的9% ~10%之间,将该比例按照降半梯形隶属 函数表达,即: (3)占地面积 占地面积的约束条件(对于300 MW机组) 确定为100 m2≤x≤500 m2,选择降半梯形隶属函数表达,即: (4)运行电耗 由表1可知运行电耗的范围为0≤x≤300 kW,按照降半梯形隶属函数表达,即: (5)冲洗水耗 冲洗水耗的范围为0≤x≤20 m3/h,按照降 半梯形隶属函数表达,即: (6)烟气泄漏程度 将烟气泄漏程度分为无泄漏(级别0~1)、轻 微泄漏(级别1~2)、重度泄漏(级别2~3)等3个等级。 用隶属函数表达式为: (7)维修频率 将烟气换热器的维修频率分为大修周期为2 a(级别0~1)、2. 5 a(级别1~2)、3 a(级别2~3) 等3个等级。 用隶属函数表达为: (8)换热元件的使用寿命 将换热元件的使用寿命分为6 a、7 a、8 a等3 个等级,级别分别为0~1、1~2、2~3。 用隶属函数表达式为: 利用表1的数据,根据其相应的隶属函数计算得到各类指标的隶属度,结果如表2所示。当评价指标较多时,评价权重过于分散,在综合过程中可能被淹没掉,一般可采用多级评判或将评判目标中的同一属性的指标归一化,可以更好地突出综合特性。将表2中同一属性的指标进 行归一化后得到因素模糊关系矩阵R为: 2.3 确定权重矩阵A 根据各个要素在评价中的轻重作用,结合专 家意见和烟气脱硫的实际情况,建立权重向量矩 阵A为: A=[0.16 0.25 0.14 0.14 0.08 0.10 0.07 0.06] 2.4 综合计算 设B1、B2、B3分别为方法1、方法2和方法3 的计算结果,则: 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] 将B1、B2、B3加权平均后得到最终的综合评 价B为: 经归一化后 B*=[0.328 8 0.353 1 0.318 1] 根据最大隶属原则,3种型式的烟气换热器的综合评价数值从大到小的顺序为:热管式、回转式、水媒式,此顺序即为换热器型式的优劣次序。因此热管式换热器应当作为首选。 3 结论 (1)根据WFGD中烟气换热器选型评价较为模糊的特点,把模糊数学综合评价方法引入到烟气换热器型式评价体系中,并且将综合评价不同方法的优点结合起来,得到比较准确的评价结果。 (2)本文的评价结果是在相应的权数阵基础上得到的,在实际的烟气换热器选型评判中,应根据具体情况和要求确定参与评价的技术指标和权数矩阵。 (3)采用本文的评价方法,可为燃煤电厂根据具体情况,选用经济上实用、技术上可行的烟气换热器型式,提供参考依据,以减少电厂在选择烟气换热器上的片面性和盲目性。 参考文献: [1]曾庭华,杨 华,马 斌,等.湿法烟气脱硫系统的安全性 及优化[M].北京:中国电力出版社, 2003. [2]汪培庄.应用模糊数学[M].北京:北京经济学院出版社,1989. [3]崔亚兵,陈晓平.燃煤电厂烟气脱硫技术的模糊综合评价 [J].中国动力工程学报, 2005, 25(1): 136-140. [4]马宗庆.热管烟气换热器在湿法脱硫工艺中的应用及比 较[J].电力建设, 2005, 26(2): 55-57. [5]蔡明坤. FGD系统用GGH设备设计[J].锅炉技术, 2004, 35(5): 1-4. [6]汪洪涛,吴少华,赛俊聪,等.湿法烟气脱硫系统中的低温 腐蚀及烟气再热问题[ J].热能动力工程, 2002, (17): 469-472. [7]张卫东.石灰石—石膏湿法脱硫技术的设计及优化研究 [D].山东大学, 2004. |
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