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灰色层次分析法在脱硝技术评价中的应用 张彩庆胡文培 华北电力大学经济管理系， 河北 保定 071003 摘要 火电厂排放的氮氧化物 NOx 是主要的大气污染源之一， 以灰色层次分析法为基础， 选择目前应用较为成熟的 3 种典型的烟气脱硝工艺进行多指标、 多层次的综合评价， 将 3 种脱硝技术按照优劣进行排序， 进而为选择合适的脱 硝装置提供参考依据， 以减少火电厂氮氧化物的排放。 关键词 脱硝技术; 灰色层次分析法; 综合评价 APPLICATION OF GREY- AHP IN DENITRATION TECHNOLOGY UATION Zhang CaiqingHu Wenpei Department of Business Adnimistration，North China Electric Power University，Baoding 071003，China AbstractNitrogen oxides NOxexhausted by a thermal power plant is one of the main atmospheric pollution sources. Based on grey-AHP ，three kinds of typical denitration technologies are chosen，which are mature and reliable and widely used at present，to make a multi-index and multi-level comprehensive uation，and to list an order of the three denitration technologies from the best to the worst，which can provide the reference for the selection of denitration devices，so as to reduce NOxemission from thermal power plants. Keywordsdenitrification technology;grey-AHP;comprehensive uation 0引言 我国的电力供应结构以煤电为主 ［ 1］。燃煤发电中 煤炭直接燃烧产生的氮氧化物 NOX 的排放量随着煤 电行业的发展呈不断增长的趋势， 已经成为我国大气 环境污染的主要污染来源之一， 所以治理煤电直燃排 放的 NOX是电力行业以及国家的重要任务之一。 目前， 有不少学者以模糊综合评价为基础对脱硝 技术进行评价， 比如马垠 ［ 2］在其论文中运用多层次、 多算子的模糊综合评价模型对常用的几种脱硝技术 进行了比较和评价; 张艳、 许佩瑶等 ［ 3］对多种联合脱 硫脱硝技术进行模糊综合评判。本论文在综合了灰 色系统理论和层次分析法的基础上， 针对几种主流的 烟气脱硝技术进行多指标、 多层次的综合评价， 根据 电厂的实际情况将灰色层次分析法引入到脱硝技 术的评价中， 为选择合理的脱硝装置提供理论依据。 1灰色层次分析法 灰色AHP 灰色层次分析法是灰色系统理论和层次分析 法相结合的综合评价方法 ［ 4- 5］。通过两种方法的结合 应用， 针对某预定目标进行定性和定量分析， 最终作 出一种评价与描述。其主要步骤如下 1. 1评价指标的确定 首先确定出几种指标， 如环境指标、 技术指标、 经 济指标。 1. 2参考数列的确定 对烟气脱硝技术的综合评价就是最优指标的 确定。 1. 3数据的无量纲化处理 本论文使用的方法是数据均值处理， 见式 1 x′i k xi k / 1 m∑ m j 1 xj k 1 1. 4评价矩阵的确定 用无量纲化处理后的数据计算出灰色关联系数 εi K ， 组成评价矩阵 E。εi K 见式 2 εi K minimink| x0k－ xik| ρmaximaxk| x0k－ xik| | x0k－ xik| ρmaximaxk| x0k－ xik| 2 1. 5评价指标权重的确定 本论文采用层次分析确定各评价指标权重 R。 79 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 1. 6灰色综合评价 由评价矩阵 E 和权重系数 R， 得到灰色综合评价 结果见式 3 D R E d1， d2， ， dm 3 最后， 根据最大关联度原则对各技术方案进行评 价， 即与 di中最大者相对应的脱硝技术方案为最佳 选择。 2脱硝技术评价指标体系 烟气脱硝技术分析是一项系统性强、 涉及面广的 评价工作， 它包括评价指标、 评价方法等的确定。本文 在参考了美国 EPR electric power research institute 的 脱硝评价体系， 又根据烟气脱硝技术的特殊性， 最终确 定了其经济技术综合评价指标 ［ 2- 3］， 如图 1 所示。 烟气 脱销 技术 综合 评价 指标 体系 A 环保指标 B1 脱硝效率 C1 SO2/SO3的氧化程度 C2 { 技术指标 B2 技术复杂程度 C3 NH3的逃逸 C4 对空气预热器的影响 C5 系统压力损失 C6      经济指标 B3 老厂改造成本 C7 新建电厂成本 C8 系统运行成本 C9 催化剂的消耗情况 C10                     图 1烟气脱硝技术评价体系 3烟气脱硝技术的灰色AHP 评价 选择性催化还原法 SCR 、 选择性非催化还原法 SNCR 以及 SNCR-SCR 法是当今世界 3 种主流的烟 气脱硝技术， 其涉及的工程环保因素非常多， 而且各 因素之间又没有明确的界限， 因此可采用灰色层次分 析的综合评价方法对其进行评判， 从而选择出符合我 国国情且适用于不同电厂自身实际情况的烟气脱硝 技术。3 种烟气脱硝技术经济分析见表 1。 表 1 3 种技术的经济技术分析 项目SCRSNCRSNCR-SCR 脱硝效率 /70 ～ 90 25 ～ 4055 ～ 90 SO2/SO3氧化程度 会导致不导致相对 SCR 较低 技术复杂程度相对复杂复杂相对简单 NH3的逃逸 小大小 对空气预热器的影响有无相对 SCR 较低 系统压力损失大无相对 SCR 较低 老厂改造成本 / 元t － 1 1001590 新建电厂成本 / 元t － 1 60 ～ 80 10 ～ 20介于两者之间 系统运行成本 / 元t － 1 1. 3 0. 81. 1 催化剂的消耗情况大不用少量 3. 1评价指标的量化 从表 1 可见， 烟气脱硝技术指标既有定性指标的 也有定量的指标。在技术评价中需对这些指标进行 量化。对于定性的指标的量化， 可由专家评议确定， 即将定性指标分为 5 个等级， 分别为优、 良、 中、 差、 劣。当因素指标为优， 评定值为 0. 9; 因素指标为良 时， 评定值为 0. 7; 因素指标为中时， 评定值为 0. 5; 因 素指标为差时， 评定值为 0. 3; 因素指标为劣时， 评定 值为 0. 1; 当因素值介于两等级之间时， 评定值取这 两等级评定值之间的值 ［ 4- 7］。 对于给出数据范围的定量指标的量化， 实际上可 按本论文提出的方法进行无量纲化处理; 在实际应用 中也可以由专家评议确定。本文为了简化计算， 对 表 1 中给出了数据范围的评价指标的量化按如下进 行 a. 数据范围为 x ～ y 时， 取 x y /2; b. 数据范围 为小于 x 时， 取 x; c. 数据范围为大于 y 时， 取 y［ 4］。 烟气脱硝技术量化处理后给出的各评价指标的因素 值如表 2 所示。 表 2评价指标的因素集 项目SCRSNCRSNCR-SCR 脱硝效率8032. 572. 5 SO2/SO3氧化度 0. 30. 90. 5 技术复杂程度0. 50. 30. 9 NH3的逃逸 0. 90. 30. 9 对空气预热器的影响0. 40. 90. 5 系统压力损失0. 40. 90. 5 老厂改造成本1001590 新建电厂成本701542. 5 系统运行成本1. 30. 81. 1 催化剂的消耗情况0. 40. 90. 8 3. 2评价指标权重的确定 根据本文所述的评价指标、 评价模型和权重确定 方法进行计算， 可以得出 第一指标层的权重向量为 RA ［0. 66， 0. 17， 0. 17］ 第二指标层的权重系数向量为 RB1 ［0. 83， 0. 17］ ; RB2 ［ 0. 4， 0. 3， 0. 1， 0. 2］ ; RB3 ［ 0. 3， 0. 3， 0. 3， 0. 1］ 3. 3灰色多层次综合评价 用表 2 中的因素值 无量纲化处理后 分别构造 89 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 环保特性、 技术性能、 经济性能 3 个指标值矩阵 F1、 F2、 F3 F1 1. 300. 531. 18 [] 0. 531. 580. 88 F2 0. 880. 531. 58 1. 290. 431. 29 0. 671. 50. 83            0. 671. 50. 83 F3 1. 460. 221. 32 1. 650. 351 1. 210. 751. 02            0. 571. 291. 14 再分别计算出各相应的关联系数值 εi k ， 得到 关联系数矩阵 E1、 E2、 E3 E1 111 [] 0. 580. 500. 78 E2 111 0. 700. 910. 77 0. 820. 500. 56            0. 820. 500. 56 E3 111 0. 850. 890. 77 0. 810. 670. 78            0. 550. 500. 86 再计算出 3 个二级指标项第二层次综合评价结 果为 D1 RB1E10. 93， 0. 92，[]0. 96 D2 RB2E20. 86， 0. 82，[]0. 88 D3 RB3E30. 85， 0. 82，[]0. 85 再利用 D1、 D2、 D3构造第一层次的评价矩阵 E 0. 930. 920. 96 0. 860. 820. 88        0. 850. 820. 85 最后根据公式 D R E 可得出总的评价结果向 量为 D RAE[]0. 900. 890. 93 3. 4结果分析 根据最大关联度原则对烟气脱硝技术工艺评价 可知 从环保性能、 技术性能评价结果来看， 烟气脱硝 技术 SNCR-SCR 都是最佳的; 从经济性能评价结果来 看， 烟气脱硝技术 SCR、 SNCR-SCR 很接近; 烟气脱硝 技术综合排名次序为 SNCR-SCR 技术优于 SCR， 优 于 SNCR。 显然在上述条件下建电厂时， SNCR-SCR 混合脱 硝法为综合指标下的优先考虑对象。这是因为此法 结合了 SNCR 法的低运行成本和 SCR 法的高脱硝效 率， 而且其适用范围广， 其各项综合指标在整体上优 于其他方案。 4结论 通过灰色层次分析法在脱硝技术综合评价中的 应用， 为电厂选择脱硝装置提供了合理的理论依据， 实践证明 此方法在实际脱硝技术评价中是可行的。 本文使用层次分析法确定指标的权重， 未采用专家打 分法， 在计算过程中都是采用笔算， 所以由于人为的 原因， 确定的权重、 关联度系数与真值之间难免存在 相对的差异。 当电厂修建条件发生变化， 各项指标的权重也将 发生变化， 从而会影响其最终的评价结果。对于电 厂， 当 SNCR 法无法满足所要求的排放浓度而又无需 传统大型的 SCR 脱硝装置的时候， SNCR-SCR 混合法 无疑是一种经济而又富有实效的脱硝手段。 参考文献 ［1 ］ 黄毅诚. 大幅度提高煤炭利用效率减少煤炭的总用量［J］ . 能 源政策研究， 2004 2 5- 6. ［2 ］ 马垠. 中国燃煤电厂烟气脱硝工艺的选择［D］ . 保定 华北电力 大学， 2006. ［3 ］ 张艳， 许佩瑶， 解海卫. 烟气联合脱硫脱氮技术的模糊综合评 判［J］ . 华北电力大学学报， 2004， 31 2 87- 90. ［4 ］ 曹国庆. 基于灰色层 次 分 析 理 论 的 烟 气 脱 硫 技 术 评 价 方 法 ［J］ . 中国电机工程学报， 2006， 26 4 51- 55. ［5 ］ 王启军. 火电厂 FGD 技术综合评价模型研究［D］ . 山西 太原 理工大学， 2006. ［6 ］ 李卓泳， 丁晶. 环境质量评价原理与方法［M］ . 北京 滑雪工业 出版社， 2004. ［7 ］ 吕干云， 陈浩忠. 基于改进灰色关联分析的变压器故障识别 ［J］ . 中国电机工程学报， 24 10 121- 126. ［8 ］ 刘孜， 易斌. 我国火电行业氮氧化物排放现状及减排建议［J］ . 环境保护， 2008 8 7. 作者通信处张彩庆071003河北省保定市华北电力大学经济 管理系 E- mailhuwenpei0911 163. com 2009 － 10 － 13 收稿 99 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期