（环境工程专业论文）燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价及专家系统研究.pdf

四川大学硕士学位论文燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价及专家系统研究环境工程专业硕士研究生李友平指导教师尹华强教授我国s 0 2 污染及酸雨危害严重，其中以燃煤电厂产生的s 0 2 为主。燃煤电厂s 0 2 污染已成为我国大气污染控制的重点。烟气脱硫( f g d ) 技术是控制s 0 2污染最有效的途径之一。各类f g d 工艺多达2 0 0 多种，如何评价和选择投资省、运行费用低、运行可靠、环境特性好的f g d 技术，是当前烟气脱硫产业发展急需解决的一大难题。因此，对各种f g d 技术进行综合评价，为燃煤电厂选择烟气脱硫技术及产业发展提供依据和指导。本文通过专家讨论、问卷调查等方式，从经济、技术和环境三方面建立了有较好适应性的燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价指标体系，包括单位投资、脱硫率和环境特性等1 3 项指标，全面概括了烟气脱硫技术的基本特性。利用以两两比较判断和九度赋值为原理的层次分析法，结合头脑风暴法、德尔菲法等决策分析方法确定了既有主观性又有客观性的评价指标权重；应用模糊数学原理，采用二级模糊评价矩阵对湿式石灰石一石膏法、喷雾干燥法、电子束法、新氨法和磷铵肥法五种典型f g d 技术进行综合评价，评价结果为： 0 1 2 60 2 1 60 2 0 30 2 9 50 1 6 0 ，即技术优劣依次为：新氨法 喷雾干燥法 电子束法 磷铵肥法 湿式石灰石一石膏法，由此可见普遍应用的湿式石灰石一石膏法并不是经济、技术、环境性能都好，所以开发新的烟气脱硫技术十分必要。探讨了燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价专家系统，以v i s u a lp r o l o g6 0 和s q ls e r v e r7 0 等软件为开发工具建立了燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价专家系统框架。研究成果及创新点如下：( 1 ) 在归纳总结现有评价指标体系的基础上建立的燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价指标体系，具有较强的代表性和科学性。四j l l 大学硕士学位论文( 2 ) 首次运用层次分析法来确定燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价指标权重，采用二级模糊评价矩阵对烟气脱硫技术进行综合评价，使评价结果更准确合理。( 3 ) 开发了燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价专家系统框架并能实现技术初选，为专家系统实际应用奠定了基础。关键词：综合评价专家系统指标体系烟气脱硫四川大学硕士学位论文r e s e a r c ho ne x p e r ts y s t e ma n dc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nf o rc o a lf i r e dp o w e rp l a n tf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g i e se n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n gm a j o rw r i t t e nb yl iy o u 。p i n ga d v i s e db yy i nh u a - q i a n gt h ea i rp o l l u t i o nc a u s e db ys 0 2i sv e r ys e r i o u si nc h i n as oi ti ss e e na st h ek e yo b j e c to fa i rp o l l u t i o n t h ef l u eg a sd e s u l f o r i z a t i o n ( f g d ) t e c h n o l o g i e sa r et h eb e s tw a y so fc o n t r o l l i n gs 0 2p o l l u t i o n h o w e v e r , f a c i n gs om a n yf g dt e c h n o l o g i e si t sh a r dt oc h o o s ea na d a p t i v eo n e t h e r e f o r et h er e s e a r c ho nc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nf o rc o a lf i r e dp o w e rp l a n tf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g i e sc a nh e l pt h ep l a n t sw i t hc h o o s i n go r i ec o m f o r t a b l et e c h n i q u ea n dp r o m o t et h ef g di n d u s t r yd e v e l o p m e n t f i r s t l y , t h ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mf o rc o a lf i r e dp o w e rp l a n tf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g i e si sb u i l tu pi nt h ep a p e rb yt h ew a y so fe x p e r td i s c u s s i o na n dq u e s t i o n n a i r es u r v e y s e c o n d l y , t h ew e i g h t so ft h ee v a l u a t i o ni n d e x e sa r em a i n l yd e t e r m i n e db yu s eo ft h ea n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s sa n dt h et w os t a g ef u z z ye v a l u a t i o nm o d e li sa p p l i e dt ot h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ns y s t e m l a s t l y ，t h ee x p e r ts y s t e mi sc o m b i n e dt ot h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nf o rc o a lf i r e dp o w e rp l a n tf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g i e s ，a n dt h e nt h ee x p e r ts y s t e mf r a mi se s t a b l i s h e d 玎1 ec o n c l u s i o n sa n di n n o v a t i o n sa r e -( 1 ) t h ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mf o rc o a lf i r e dp o w e rp l a n tf l u eg a sd e s u l f u r i z at i o nt e c h n o l o g i e si sm o r es c i e n t i f i c ( 2 ) t h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o de s t a b l i s h e db yu s eo ft h ea n a l y t i c a li i l四川大学硕士学位论文h i e r a r c h yp r o c e s sa n dt h et w os t a g ef u z z ye v a l u a t i o nm o d e li sm o l er e a s o n a b l e ( 3 ) b u i l d i n gu pt h ee x p e r ts y s t e mf r a mf o rc o a lf i r e dp o w e rp l a n tf l u eg a sd e s u l f r i z a t i o nt e c h n o l o g i e sc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n k e yw o r d s ：c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ，e x p e r ts y s t e m ，i n d e xs y s t e m ，f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o ni v四川大学硕士学位论文1 绪论2 0 0 3 年底，全国发电装机容量达到3 8 4 亿k w ，其中火电装机容量2 8 6 亿k w ，占7 4 3 。根据环境统计，火电行业二氧化硫排放量占工业总排放量的比例，已由2 0 0 2 年的5 4 9 上升到2 0 0 3 年的6 1 7 。预计到2 0 0 5 年底，煤电装机容量约3 3 6 亿k w ，s 0 2 产生量约1 8 0 0 万t ，约占全国产生量的6 0 ；到2 0 1 0 年全国发电总装机容量将达到6 4 7 亿k w ，其中火电4 7 6 亿k w ，占7 4 ，s 0 2 产生量约2 3 0 0 多万t ，约占全国产生量的6 5 9 6 ；到2 0 2 0 年全国发电总装机容量将达到9 5 l o 亿k w ，煤电约占6 亿k w 以上，s 0 2 产生量约2 5 0 0 ) 亍t ”。因此，燃煤电厂是我国控s g s 0 2 污染的关键行业。控制s 0 2 污染的技术可分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫三类。燃烧后脱硫技术即烟气脱硫( f l u eg a sd e s u l f i a r i z a f i o n , 缩写为f g d ) 技术，被认为是控制s 0 2 污染最有效的途径之一，也是世界各国控锖, j s 0 2 污染的主要手段。f g d技术经过五十多年的发展，各类工艺达2 0 0 多种闭，可供商业选用的也有几十种。如何选择投资省、运行费用低、运行可靠、脱硫效率高的f g d 技术，是当前f g d市场急需解决的一大难题。为此，开展旨在减少入力物力耗费和提高f g d 技术选择科学性的燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价及专家系统研究迫在眉睫。1 1s o 。对人体健康和生态环境的影响我国改革开放以来，随着经济的快速发展，环境问题己成为全社会关注的焦点。由s 0 2 排放引起的酸雨污染范围在不断扩大，已由8 0 年代初的西南局部地区，扩展到华中、华南和华东的大部分地区；同时，s 0 2 排放总量也在不断攀升，如图卜i ( 根据历年中国环境状况公报整理) 。酸雨和s 0 2 污染造成了巨大的经济损失，全国酸雨的损失在1 9 9 8 年超过了1 1 0 0 亿元，相当于每吨s 0 2的经济损失为5 0 0 0 元【3 1 ，已成为制约我国经济、社会可持续发展的重要因素。s 0 2 随空气进入人体，可直接作用于呼吸道黏膜。也可以溶于液体，引发或加重呼吸系统的各种疾病，如鼻炎、气管炎、肺癌等；s 0 2 对皮肤和眼结膜具有强烈刺激作用：对青少年的生长发育有不良影响，降低其免疫功能和抗病能力。在低浓度下主要影响呼吸系统：浓度较高时会造成支气管炎、哮喘病，四川大学硕士学位论文对有呼吸系统和心脏疾病的人，将导致病情加剧，严重者有致命危险。表1 1表明，s o ：对人体的危害随浓度的增大而加重 4 1 。口2 4 0 0鲤：戮再1 8 0 0年份1 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 3图卜1 我国近几年s 0 2 排放情况比较s 0 2 也是我国酸雨形成的最主要的酸性物质之一。s 0 2 和氮氧化物还能形成无机盐的细颗粒物，加重空气中的细颗粒物污染。酸雨腐蚀材料，破坏生态环境，使农作物减产，使林木枯萎死亡，使水体酸化并危害水生动植物。表1 - 1s 0 2 浓度变化对人体的危害s o z 浓度( m g m 。)对人体的危害2 8 6 4 2 9呼吸道的纤毛运动和黏膜分泌功能受抑 5 7 2引起咳嗽 7 1 5喉头纤毛运动有6 5 - - 7 0 受阻碍 2 8 6支气管和肺受明显刺激，肺组织受损 1 1 4 4呼吸困难，窒息死亡1 2 燃煤电厂烟气脱硫技术的发展前景燃煤电厂s 0 2 的减排措施主要包括改变燃料形态、降低煤含硫量、关停燃煤电厂小机组和加装烟气脱硫装置。在我国，改变燃料形态、再降低煤含硫量等措施的发展空间已很小。降低燃煤s 0 2 排放量，关键要靠加装烟气脱硫装置。根据国务院关于两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划的批复【5 】，新建、扩建和改建的燃煤机组不论煤含硫量是多少，都要采取脱硫措施。按此政策，四川- 大学硕士学位论文到2 0 2 0 年燃煤电厂s 0 2 的排放总量要想实现预期目标或维持现状，意味着从现在起到2 0 2 0 年所有新增燃煤机组都进行脱硫也不能满足要求，还必须对现有部分燃煤机组进行脱硫。预计到2 0 2 0 年我国需新增火电机组约2 9 6 3 。3 6 亿k w ，届时全国需要的燃煤机组脱硫容量在3 5 l k w 左右，如此巨大的烟气脱硫容量，按烟气脱硫的单位投资为4 0 0 元k 、计，仅静态投资就需1 4 0 0 亿元，年运行费用高达3 5 0 亿元左右。另外，根据近两年我国主要燃煤电厂的燃煤统计，电厂燃煤平均含硫量仅为0 8 ，东北、华东地区低于平均值，西南地区高于平均值。如果在全国范围内实施排污权交易，且燃煤电厂s 0 2 浓度排放标准不太严格，但实施总量控制，这样使用低硫煤的电厂( 不论是新建、扩建、改建，还是现有电厂) 就不需要进行烟气脱硫，排污指标不足部分可在交易市场上购买；相反，燃用高硫煤的电厂，不能满足排放标准必须采取脱硫措旌，脱除后的富余排污指标可在市场上交易，获得部分经济补偿。如果通过排污权交易使我国烟气脱硫机组的煤含硫量平均从0 8 提高到1 6 ，则意味着到2 0 2 0 年我国的烟气脱硫容量可从3 5 亿k w 下降到1 _ 8 l k w 左右。由此节省的静态投资高达8 0 0 亿元，年运行费用可节省2 0 0 亿元左右【5 l 。即便实施排污权交易，烟气脱硫市场也还有9 0 0 亿元人民币，可见燃煤电厂f g d 技术发展前景非常好。1 3 烟气脱硫技术评价研究现状国内的f g d 技术发展比较迟缓，因此f g d 技术的评价体系和评价方法也不太成熟。对f g d 技术的评价体系和评价方法主要有：( 1 ) 国家电力公司电力环保研究所1 9 9 9 年在消化吸收美国环保局( e p a ) 大气和能源工程研究实验室( a e e p l ) 开发的“大气污染综合控制计算机模式”( i a p c s ) 和美国电力研究院( e p r i ) 开发的“f g d 改造工程费用估算导则”( c s 一3 6 9 6 ) 的基础上，结合我国工程技术经济分析的具体规定和要求，开发了“现有燃煤电厂f g d 改造方案的经济评价方法”【7 。( 2 ) 中国能源研究会在九十年代煤炭合理有效利用研究报告中，从环境特性、节能率、成熟度和经济性等四方面探讨了清洁煤技术的评价问题【1 ”“】。( 3 ) “八五”攻关课题我国的酸沉降控制规划与对策研究提出的致酸物质控制技术评价体系口3 】，评价指标体系包括成熟度、技术性能和经济性三方面，四川大学碰士学位论文还从用户角度提出了筛选各项技术的基本原则。( 4 ) 清华大学环境科学与工程系和北京市环境保护科学研究院针对北京市中小型锅炉的烟气脱硫基本情况，并参考国内外所采用的技术指标体系建立的脱硫除尘评价体系【1 4 】，从实用性、环境性、成熟度和经济性四方面，按照各项指标的重要程度进行加权和指标体系相结合的评价方法来评定脱硫除尘系统的优劣。( 5 ) 中国煤炭科学研究院杭州环保研究所在针对中小型燃煤锅炉烟气脱硫除尘技术中提出了自己的综合性能评价体系【4 j 。( 6 ) 将f g d 技术评价方法与专家系统相结合，以适应f g d 技术评价的科学、智能和高效的发展要求。江苏大学赵光明等人【15 】研制了综合评选f g d 技术专家系统，对专家系统应用到f g d 技术评价作了有益尝试。此外，四川大学尹华强等人【37 】最早应用模糊数学原理对烟气脱硫技术进行评价；清华大学环境科学与工程系郝吉明等人【1 5 。”】对f g d 技术综合评价进行了研究；上海环境科学研究院 2 1 也对f g d 技术经济评价作了研究。国外的f g d 技术起步较早，对烟气脱硫技术进行评价和筛选从8 0 年代就已经开始，在美国、日本和德国等国家发展较快，并己基本规范化；特别是美国e p r i 和田纳西流域管理局( t v a ) 在8 0 年代初就建, - rt f g d 的经济评价方法。国外f g d 评价体系和评价方法主要有：e p r i 评价体系【1 8 】，它包括经济、技术和商业化三类指标；煤炭研究所( i e a ) 评价体系【19 】始于1 9 8 6 年，主要从技术的潜在性能、有效性等方面考虑；美国能源部( d o e ) 的清洁煤技术( c c t p ) 评价体系1 3 】，它主要从环境特性、技术成熟度、适用性和成本等方面进行评价。1 4 本文研究的目的和意义目前燃煤电厂选择烟气脱硫技术普遍的做法是：( 1 ) 外出考察，去技术拥有单位和使用单位实地考察；( 2 ) 邀请技术单位前来介绍并作科研报告。这两种方法都会耗费大量人力、物力和财力，并且无法做到项目决策的科学性和合理性，在为具体工程选择烟气脱硫方案时，无法进行科学合理的经济、技术以及环境评价。f g d s e 程方案选择工作是一个十分复杂的系统工程。在满足环保要求的前提下，选择何种工艺、何种脱硫剂、是否全气量处理、确定脱硫效率、脱硫后4四川大学硕士学位论文的副产物如何处理等问题，直接关系到工程的投资、占地、运行费用等。目前国内尚无系统有效的技术评价模式来定性和定量地对现有的f g d 技术进行综合评价，以便为电厂提供可靠的技术。当前国内f g d 项目大多没有取得预期的运行效果，这与我国没有一套行之有效的技术评价方法有不可分割的关系。f g d 是一项投资巨大且不易取得经济效益的工程，基于国家政策的严格要求，烟气脱硫势在必行且脱硫要求会更高。因此决策者不应当只考虑选用投资运行费用相对较低、副产物有一定价值和出路的f g d 技术，还应看到烟气处理规模、脱硫率也是决定投资及运行费用的重要因素。处理部分烟气量就可以使排放符合环保要求，为何要处理全部烟气量? 8 0 的脱硫率就可以达到排放标准，为何要追求9 0 的高脱硫率? 9 0 的脱硫率与8 0 的脱硫率相比，总投资将增加2 0 3 0 ，年运行费用将增加3 0 4 0 。由此可见，如果没有科学的评价方法，电厂就难以正确地选择f g d 技术，高昂的投资和运行费用将成为沉重负担，也难以达到经济与环境的可持续发展。因此，研究燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价及专家系统，将使f g d i 程的设计和建设有充分的科学依据，保证f g d 优良的经济性和技术性，提高烟气脱硫技术评价的准确性和科学性，节省资金和减少浪费，也将极大地促进我国烟气脱硫产业规范化和科学化，实现经济、技术与环境的和谐发展。f g d 技术评价在国内外已有研究，但都比较简单和粗略，且尚未得到广泛应用。本课题为适应这一需求，拟对国内外的烟气脱硫技术作全面、详尽的收集整理；对各种f g d 技术的各项参数进行分析对比，找出决定性因子，为建立评价因子数据库奠定基础i 并通过建模、模拟、统计等方法建立f g d 技术综合评价系统，帮助电厂做出正确选择并节省资金成本，从而推动我国烟气脱硫技术产业化升级，并为环保工作者及烟气脱硫同行提供权威的科学的全面的烟气脱硫知识和信息。为此，本文主要研究以下三方面的内容：( 1 ) 建立科学全面准确的燃煤电厂烟气脱硫技术评价指标体系。( 2 ) 建立燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价方法。( 3 ) 开发燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价专家系统框架。四川大学硕士学位论文2 燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价指标体系研究选择经济合理、技术可行、环境达标，适合我国不同地区、不同资源条件和不同用户需求的f g d 技术，是当前我国烟气脱硫技术产业发展急需解决的一大难题。这需要有科学准确的评价方法对各种f g d 技术进行评价，而评价方法的建立必须以客观全面科学的评价指标体系作为基础。2 1 现有烟气脱硫评价指标体系分析总结国内外烟气脱硫技术评价指标体系的优缺点，对建立科学全面适合我国实际情况的评价指标体系十分必要。2 1 1 国内评价指标体系由于我国的f g d 技术发展缓慢，现有运行的技术大多从国外引进，所以到目前为止，没有全面详尽的有关投资、运行、管理等方面的资料。这决定了很难制订出科学全面客观的f g d 评价指标体系，但国内的许多高校、科研院所对建立烟气脱硫技术评价指标体系已作了许多积极的探讨【2 0 】。( 1 ) 致酸物质控制技术评价指标体系“八五”攻关课题我国的酸沉降控制规划与对策研究提出的致酸物质控制技术评价指标体系【1 3 】，包括成熟度、技术性能和经济性三方面。该指标体系从用户角度提出了筛选各项技术的四条基本原则：不要追求太高的脱硫率，一般在7 0 左右为宜；投资少，一般应低于主体工程投资的1 5 左右，运行费用比较低：技术成熟程度至少要在国外已经商业化；优先考虑二次污染小、具有除尘、节能和脱氮等综合效益的技术。这四条基本原则对于选择f g d 技术，有很好地参考价值，特别是可以防止盲目追求高脱硫率；另外技术成熟度分类比较准确，被广泛引用；但不足之处在于指标体系过于简单，没能概括出f g d技术的基本特征。( 2 ) 电力环境保护研究所评价指标体系国家电力公司电力环境保护研究所脱硫工艺的技术评价指标体系【7 1 】，对f g d 工程中可能的因子作了分析归纳，主要从技术评估、经济评估两个方面考四川大学硕士学位论文虑，较全面地综合了烟气脱硫技术的各项指标，如表2 1 所示。该指标体系实用性较强，但技术指标和经济指标太多，造成了不必要的重复，且没有考虑环境因素。表2 - 1 电力环境保护研究所评价指标体系分类指标技术指标脱硫率经济指标吸收剂利用率吸收剂的可获得性和易处理性脱硫副产品的处置和可利用性对锅炉和烟气处理系统的影响对机组运行的影响对周围环境的影响占地大小流程的复杂程度动力消耗工艺成熟程度总投资运行费用工程总投资单位容量造价年运行费用脱硫成本电价的增加值( 3 ) 能源研究会评价指标体系中国能源研究会在九十年代煤炭合理有效利用研究报告中探讨了清洁煤技术的评价问题，提出了评价指标体系【1 “。此评价指标体系包括环境特性、节能率、成熟度和经济性四个大指标。环境特性评价是指将烟气中的s 0 2 、n o 。和总悬浮颗粒( t s p ) 三种大气污染物的排放量与污染物排放标准进行比较，低于标准的评为“很好”，达到标准的评为“好”，接近标准的评为“中等”，达不到标准的评为“不好”；节能率是指将设备或系统的总热效率与现有技术的平均值进行比较，算出单位产品或服务能耗降低的百分数；成熟度评价按2 0 0 0 年四川大学硕士学位论文前清洁煤技术可能达到的开发阶段，分为实验室、中试、示范、商业化示范和商业化5 个阶段：经济性评价按1 9 8 8 年人民币值计算出系统的单位投资和成本，并与常规技术进行比较。该指标体系的经济性指标( 单位投资和单位成本) 较全面的概括了技术的经济性特征，技术成熟度分得更详细和全面，环境特性更是准确规范，这些都值得参考和借鉴；但总的指标体系不全面，适用性差。( 4 ) 清华大学综合评价指标体系清华大学环境科学与工程系的郝吉明、陆永琪等人【16 】提出的f g d 综合评价指标体系，分为环境特性、技术性能和经济性能三个方面，见表2 2 。环境特性根据处理后烟气的s 0 2 排放量进行评价，按其平均值与排放标准的比较分为很好、好、中等和不好四个等级；技术性能主要指脱硫效率、处理能力、技术复杂程度、占地情况、再热需要及副产品利用等；经济性指标包括f g d 占总投资的比例和单位脱硫成本等。该指标体系从环境、技术、经济三方面全面考察烟气脱硫技术，分类比较科学，但是环境性能不够全面。表2 - 2 清华大学综合评价指标体系分类指标环境特性技术性能经济性能很好：低于标准好：达到标准中等：接近标准不好：达不到标准脱硫效率处理能力成熟度技术复杂程度占地情况再热需要副产品利用单位脱硫成本总投资比例( 5 ) 北京中小型锅炉评价指标体系清华大学环境科学与工程系和北京市环境保护科学研究院针对北京市中小四川大学硕士学位论文型锅炉的烟气脱硫基本情况，并参考国内外所采用的技术指标体系，建立了一套综合评价体系【14 】。按照各项指标的重要程度进行加权和指标体系相结合的评价方法来评定脱硫除尘系统的优劣，其评价指标体系。该指标体系提出了赋予各个指标不权重值，为烟气脱硫技术评价方法提供了新思路，这点非常值得学习；但指标分类不够科学。( 6 ) 杭州环保所评价指标体系中国煤炭科学研究院杭州环保研究所针对中小型燃煤锅炉烟气脱硫除尘技术提出的综合性能评价体系，脱硫技术综合性能主要包括技术成熟度、技术性能、可靠性和经济性四个方面【3 l 。该指标体系指标繁多，且分类不尽合理。2 1 2 国外评价指标体系国夕 的f g d 技术起步较早，对烟气脱硫技术进行评价和筛选从8 0 年代初就已经开始，常见的评价指标体系主要有e p r i 评价体系、l e a 评价体系和c c t p评价体系三种。( 1 ) e p r i 评价体系e p r i 关于烟气脱硫技术评价的研究工作从8 0 年代开始，迄今已经过多次修改和完善。e p r i 评价指标体系 1 0 l 包括定量经济评价指标，细分为基建投资和折现费用两个分指标；定性技术性能评价指标，包括烟气脱硫技术工艺的优缺点评价和脱硫效率对主要输入参数的敏感度：定性商业化评价指标，主要是评价f g d 技术的商业化进程。该指标体系过于简单，不能有效地概括f g d 技术的特征，其中脱硫率对主要输入参数的敏感度指标对分析研究煤含硫量、烟气量、电厂规模对脱硫率及其他经济指标的影响有重要意义。( 2 ) i e a 评价体系l e a 在1 9 8 6 年对当时的f g d 技术进行了比较全面的评价，提出评价体系【19 】。指标体系包括系统的潜在能力、系统的有效性和系统的费用效益。从可得性、可靠性、可用性和可操作性出发评价系统的潜在能力；从设计效率、实际运行效率和立法要求三个方面评价系统的有效性；从基建投资和折现费用两个方面进行评价系统的费用效益描述f g d 系统的费用和效益状况。此评价指标体系中，基建投资折现费为计算投资运行费用提出了有益的思路，但此评价体系不完全适合f g d 技术评价。9四川大学硕士学位论文( 3 ) c c t p 评价体系c c t p 评价体系是美国d o e 研究开发的【3 】。其包括环境特性评价指标，评价每种技术使污染物保持在可接受水平的能力；技术成熟度评价指标，包括由从技术角度估计实现商业化所需的时间和成熟度指数两个分指标；适用性评价指标，评价新兴清洁煤技术相对的潜在效益，它包括对多种能源消费部门的影响、对多种能源生产部门的影响、在新建和改建中的应用、以模块方式建造和运行的可能性和对不同煤种和煤特性的适应能力五个分指标；成本评价指标采用年平均成本法( l a c ) 评价各种清洁煤技术的经济性。该评价指标体系主要针对清洁煤技术，但其中一些思路和方法可以借用到烟气脱硫技术评价中，比如环境特性、技术成熟度、成本等；除此之外对于烟气脱硫技术评价的意义不是很大。2 2 燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价指标体系表2 - 3 燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价指标体系类别指标单位( 值)经济指标单位投资元k w 运行费用万元a 。脱硫成本元t 。技术指标脱硫率占地面积m z k w l脱硫剂的利用率技术成熟度商业化、工业化、中试工艺复杂程度简单、一般、复杂脱硫剂的易得性易、一般、难对锅炉系统的影响小、中、大环境指标环境特性很好、好、不好对周围环境的影响小、中、大副产物的可回收性回收、抛弃基于现有烟气脱硫技术评价指标体系存在的不足，综合考虑f g d 技术自身特点以及评价方法，通过专家讨论、问卷调查等方式提出燃煤电厂烟气脱硫技1 0四川大学硕士学位论文术综合评价指标体系如表2 3 。该指标体系从经济、技术、环境三方面全面准确概括了f g d 的各项基本特征，1 3 项指标既有定性指标又有定量指标且有较好的代表性和适应性，为燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价奠定了基础。2 3 燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价指标体系的组成下面就燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价指标体系的三方面1 3 项评价指标作详细说明。具体如下：( 1 ) 单位投资= 工程总投资总装机容量。f g d 工程总投资主要是工程建设费用( 包括设备费、土建费、安装费和建设周期利息) ，工程设计费、不可预见费和其他费用按一定比例估算。该指标能很直观地反映投资大小，是经济评价指标中最重要的指标之一。通过这项指标用户能很清楚的比较出技术工艺的经济差异，这也是用户最关心的。( 2 ) 运行费用，是指一年中f g d 工程运行所耗费的费用( 扣除副产物的收益和减少的排污费) 。主要包括：a 脱硫剂的费用( 石灰石、石灰、氨、活性炭等) ；b 能耗费用( 水、电、汽等) ；c 维修费，即每年检修和大修费用；d 工人工资；e 其它管理费用。( 3 ) 脱硫成本= ( 工程总投资+ 年运行费用3 0 a ) 脱除s 0 2 的总量。其中脱除s 0 2 的总量= 入口烟气s 0 2 浓度处理烟气量脱硫率7 0 0 0 h 3 0 a 。计算中设定年运行时间为7 0 0 0 小时，f g d 工程服务年限为3 0 年。( 4 ) 脱硫率= 出口烟气s 0 2 浓度入口烟气s 0 2 浓度，表示脱硫系统能力的大小，对于电厂来说，安装烟气脱硫系统的目的是脱除烟气中的部分s 0 2 以满足排放标准的要求，因此脱硫系统必须有足够高的脱硫率。这里主要指最低脱硫率，无论在机组运行变化、脱硫剂容量调整或者地方大气污染物排放标准改变所能保证的脱除率。( 5 ) 占地面积，不仅包括主体设备的占地面积，另外还包括脱硫剂的制各和副产物的堆放等占地面积。( 6 ) 脱硫剂的利用率，是实际参加反应的脱硫剂与加入脱硫剂总量的质量分数。它反映脱硫剂的有效性，影响到脱硫剂的用量以及设备管路大小等。在典型的烟气脱硫工艺中，湿法的脱硫剂利用率最高，一般可达9 0 以上，半于法5 0 左右，干法最低在3 0 9 6 左右。四川大学硕士学位论文( 7 ) 技术成熟度，指技术的运行业绩情况。通常分为实验室、中试、工业示范、工业应用和商业化五个阶段。选择烟气脱硫技术一般只考虑工业应用和商业化的成熟技术，但作为评价方法研究也考虑具有应用前景的中试技术。技术成熟度可以反映运行过程稳定情况。( 8 ) 工艺复杂程度，也叫工艺流程的简易情况。定性地分为简单、一般和复杂三种。比如石灰石一石膏法，不仅有制浆设备还必须有石膏的堆放场，这就不只是脱硫设备，因此其工艺复杂程度为复杂。( 9 ) 脱硫剂的易得性分为易、一般、难。如新氨法的氨就很难获得，需要在化工厂购买，运输和储存都比较困难，因此易得性为难。它不仅关系到运行费用的大小，更关系到资源的合理利用以及副产物对环境影响。( 1 0 ) 对锅炉系统的影响，定性分为小、中、大。有的烟气脱硫工艺要求除尘效率高，所以必须加装除尘器；有的安装了烟气脱硫工艺，会使管道腐蚀、堵塞、结垢：有的会使烟气温度降低、湿度增大，从而影响烟气排放。( 1 1 ) 环境特性分为很好、好和不好三级，其评判标准是依据烟气出口浓度和排放标准的比较：排放浓度低于排放标准为很好，接近排放标准为好，高于排放标准为不好。烟气脱硫的目的就是脱除s 0 2 ，防止s o z 污染及酸雨危害，政府和公众十分关心环境好坏，排放一定要达标，因此这个指标非常重要。( 1 2 ) 对周围环境的影响，主要是指安装烟气脱硫装置之后对周围环境的影响，包括废水、噪声、固体废弃物和生态破坏等。定性分为小、中、大三类。( 1 3 ) 副产物的可回收性。如果不注意副产物的综合利用会造成二次污染，烟气脱硫只是将污染从大气中转移到水体或者土壤中，且对硫资源是巨大的浪费；如果回收副产物，还可以补偿部分脱硫投资。2 4 小结本章在介绍国内外烟气脱硫技术评价指标体系并分析各自优缺点的基础上，通过专家讨论、问卷调查等方式建立了燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价指标体系。该指标体系从经济、技术和环境三方面包括单位投资、年运行费用、脱硫率、环境特性等1 3 项指标，科学全面准确地概括了烟气脱硫技术的基本特性，不仅具有代表性而且具有广泛性，有较好地适应性。四川大学硕士学位论文3 燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价方法研究烟气脱硫技术是燃煤电厂环境污染治理技术中投资最大、工期最长的工程，因此对烟气脱硫技术的选择需要特别谨慎。选优f g d 技术方案，常用的方法有头脑风暴法、德尔菲法、层次分析法、费用一效益法等 2 s 3 5 ，但在烟气脱硫领域还未见文献报道。本文在分析总结各种方法优劣的基础上，综合运用模糊数学原理，对烟气脱硫技术进行综合评价。3 1 烟气脱硫技术评价方法研究燃煤电厂烟气脱硫技术评价方法研究最多的主要是模糊评价；对于其他评价方法虽未见报道，但在烟气脱硫技术方案选择的实际中也常常用到，因此对其他方法作简要介绍，比较各种评价方法的优劣，对得出一种适合烟气脱硫技术的评价方法十分有益。3 1 1 头脑风暴法头脑风暴法【2 8 卫9 l ( b r a i n s t o r m i n g ) 又叫智力激励法，是由现代创造学奠基人美国学者阿历克斯奥斯本( a l e xo s b o m ) 于1 9 3 8 年首次提出。头脑风暴原指精神病患者头脑中出现的短时间思想紊乱，进而产生大量的胡思乱想。奥斯本借用这个概念来比喻思想高度活跃、打破常规的思维方式而产生大量创造性设想的状况。头脑风暴法分为直接头脑风暴法和质疑头脑风暴法，前者是在专家群体决策时尽可能激发创造性，产生尽可能多设想的方法：后者则是对前者提出的设想、方案逐一质疑，分析其现实可行性。在群体决策中，由于群体成员心理作用相互影响，易屈于权威或大多数人意见，形成所谓的“群体思维”。而群体思维往往削弱群体的批判精神和创造力，损害决策的质量。头脑风暴法可防止传统的调查方法为一两个权威所左右或众人有意无意地迎合领导意图的弊端，这是头脑风暴法的显著优点。头脑风暴法也存在一些缺陷：( 1 ) 一般只是提出设想，没有解决问题的具体办法，得到的结果没有可行性只是观赏性的；( 2 ) 要求参与者必须有较高素质，知识面广，经验丰富；( 3 ) 参与者思维方式、知识背景相同或者相似，影响创造四川大学硕士学位论文性的发挥。3 1 2 德尔菲法德尔菲法 3 0 , 3 1 】( d e l p h i ) 是由美国兰德公司( r a n dc o r p o r a t i o n ) 提出的一种专家调查法。它是由组织者就拟定的问题设计调查表，通过函件、电话、电子邮件等方式分别向选定的专家成员征询调查。按照规定程序，专家组成员之间通过组织者的反馈材料匿名地交流意见，通过几轮征询和反馈，专家们的意见逐渐集中，最后获得具有统计意义的判断结果。d e l p h i 法的优点：既能发挥专家们的集体智慧，又能避免专家会议的缺点，采取背靠背地发表意见，以便把心理因素的影响降到最低，然后对各个专家的不同意见进行分析处理，并反复征询意见，最后形成比较客观的预测结果。这种方法对于解决被认为有困难的，有争论的和带有感情色彩的问题具有重要的作用。d e l p h i 法的不足：( 1 ) 调查表的制定要求科学、准确，且确保各位专家了解调查的背景知识和相关情况；( 2 ) 周期较长，耗费大量的人力和财力；( 3 ) 调查结果的可信度和回收率不高；( 4 ) 对定量问题的处理缺乏准确性。3 1 3 层次分析法层次分析法【3 5 】( a n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ，简称a h p ) 是美国匹兹堡大学t l s a a t y 教授在2 0 世纪7 0 年代提出的一种用于解决多目标复杂问题的定性与定量相结合的决策分析方法。其基本思想是：首先，根据问题的性质和要达到的目标，将问题分解成不同的组成因素，按照各因子之间的相互影响和隶属关系将其分层，形成一个有层次结构的模型，该层次结构包括目标层、准则层和方案层：然后，对模型中每一层次因子的相对重要性，依据人们对客观现实的判断给予定量表示，再利用数学方法确定每一层次全部因子相对重要性的权重值；最后通过综合计算各层次的组合权重值，得到方案层相对于总目标的排序权重值，以此作为方案选择的依据。a h p 法的原理【删：( 1 ) 两两比较判断。a h p 法是将因子逐个进行两两比较作出判断，构造出比较判断矩阵，通过求解矩阵的最大特征根及其特征向量，求出因子的相对重要1 4四川大学硕士学位论文性。( 2 ) 九标度赋值。对两两比较的结果如何标度，是比较判断的量化问题，a h p法采用九标度赋值。即已知i ，j 两元素，如果i 与j 相比，具有同等重要性，用1 标度；i 比j 稍微重要，用3 标度；i 比j 明显重要，用5 标度；i 比j 强烈重要，用7 标度；i 比j 极端重要，则用9 标度。反之，j 与i 相比，其判断值是上述标度的倒数。如果比较结果介于上述两种判断值之间，分别用2 ，4 ，6 ，8 作为标度值。a h p 法的步骤与方法【3 5 , 3 6 】：( 1 ) 建立层次结构。将所研究的问题分解为目标、准则、措施( 或对象、方案) 等层次，目标层又分总目标层、分目标层和子目标层。一般要求中间层元素个数小于或等于9 ，相邻两层之间有支配关系，当然这种支配关系不一定是完全的。假定上层某元素不支配下层某元素，则被认为支配关系为零。( 2 ) 构造判断矩阵。由某一层任意两个因素相互比较即可得到判断矩阵a = ( 8 u ) ，且a 应满足：a 为正互反阵，即a i j 0 ，a i j = l a j i ，a i i = 1 ：a 具有完全一致性，即a i j a j k = a i k 。但实际上不可能达到完全一致性，只要达到满意一致性就可以了，满足上述条件的矩阵为一致性正互反阵。( 3 ) 计算层次单排序。由判断矩阵a 计算单位排序向量：p l = 【p i l ( k ) ，p 。l ( 】其中p i l ( k ) 为第k 层的第i 个元素对于k - l 层的第l 个元素的归一化排序值，n k为第k 层元素的个数。计算相对排序向量的方法通常有：特值法、方根法和幂法。( 4 ) 单排序的一致性检验。计算层次单排序向量必须对计算所依据的判断矩阵进行一致性检验。结果若在允许范围内，则排序有效；否则需重新调整判断矩阵。定义c i = ( 。n ) ( n 一1 ) 作为度量一致性的指标，c i 值越小，一致性越好；通常判断矩阵阶数越大，c i 也越大。因此，引进平均随机一致性指标i u ( 可查平均随机一致性指标值表) ，并定义c r = c i r i 为随机一致性比例。当c 照o 1时，认为判断矩阵具有满意的一致性，排序有效。( 5 ) 计算层次总排序。计算各层元素对总目标的总排序，按自上而下顺序展开。( 6 ) 整体一致性检验。整体一致性检验也是自上而下逐层进行。由于一般情况下整体一致性很难满足，故在实际应用中这一步可省略。四川大学硕士学位论文3 1 4 模糊评价法模糊评价法【”9 】，是在综合考虑评判对象的各项指标，兼顾评判对象各种特性、各方面因素的基础上，将各项指标进行量化处理，并根据不同指标对评判对象影响程度的大小而分配以适当的权重值，从而对各评判对象给出一个定量的宏观综合评价指标，通过对综合评价指标的比较选出最佳方案。由2 2 节的综合评价指标体系可知，燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价的评价因子有1 3 项之多，若采用一级模糊评价，不仅计算比较繁琐，更重要的是每一评价因子取得的权重值比较小，计算中容易被忽略，导致综合评价得不到预期结果。因此，将评价因子集分为两层( 依据综合评价指标体系) ，即采用二级综合模糊评价。模糊综合评价法的步骤如下 4 0 - - 4 嘲：( 1 ) 确定评价对象集，确定对哪几种技术进行评价。( 2 ) 确定评价因子集，因子集的选取既要有广泛性又要有代表性。将给定的因子集按其不同的属性划分成互不相交的因子集。( 3 ) 建立隶属函数，隶属函数的确立方法有多种，目前应用较多的方法主要有解析定义法、专家评分法、二元对比排序法和图表法等1 4 5 一。( 4 ) 建立模糊矩阵。将因子集中元素在不同评价对象下的值带入隶属函数中，计算出其隶属函数值，从而组成一级单因子模糊矩阵。( 5 ) 确定因子集中各因子的权重。权重是反映因子的相对重要性，确定方法主要有专家评分、层次分析法和灰色关联法等 4 4 】。权重应满足归一性和非负性。( 6 ) 综合评价。即对模糊评价对象集的模糊综合评价，综合评判值最大者即为最佳方案。3 2 燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价指标体系涉及的指标多且包含很多不确定性指标，具有很大模糊性；而模糊综合评价的优点恰是处理不确定性因子较容易且准确客观。因此在分析总结已有评价方法的不足的基础上，主要应用层次分析法和模糊数学原理，建立科学合理的燃煤电厂烟气脱硫技术综合评价方法。3 2 1 选择评价对象选择评价对象的原则：( 1 ) 投资和运行费用相对较低，尽可能节省投资和降1 6四川大学硕士学位论文低运行费用。现阶段要求f g d 工程的单位投资控制在5 0 0 7 0 0 元k w ，即占总投资的1 0 1 5 。运行成本控制在脱除每吨s 0 2 1 0 0 0 元以内，使发电成本提高的幅度不超过5 8 。( 2 ) 技术运行可靠，要求f g d 系统与主生产线同步运转，运转率在8 0 以上，年运行时间不低于7 0 0 0 小时，有较多的运行业绩。( 3 )要求不产生新的废水、废气和废渣，特别要求对脱硫副产物的出路，设计时要周密考虑，尽可能寻求销路好、无二次污染。( 4 ) 对负荷、煤种和工况在一定范围内的波动和变化，具有适应能力，对环境标准的提高留有余地，尽量能同时脱氮。( 5 ) 要求脱硫剂质优价廉、有稳定供给渠道，能耗省，占地面积小。(