燃煤鍋爐NOx減排方案模糊評價

姚文卓 周濤 劉建全

摘? 要：對于更嚴格的電廠燃煤鍋爐NOx排放標準，須采用多種脫硝技術或進行優化升級。利用模糊層次分析法，對4種脫硝技術進行綜合評價。計算表明：FeⅡEDTA濕法絡合脫硝技術的綜合評價最好，這項技術的關鍵在于吸收液的再生和利用;電子束照射法脫硝技術的關鍵在于降低自身耗電量;雜多酸法脫硝技術適合搭配其他脫硝工藝使用;脈沖電暈等離子體法脫硝技術中脈沖電源的性能有待優化。

關鍵詞：燃煤鍋爐? 排放標準? 脫硝? 模糊層次分析法

中圖分類號：TK229 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）07（c）-0065-04

Fuzzy Evaluation of NOx Emission Reduction of Coal Fired Boilers

YAO Wenzhuo1，2? ZHOU Tao2*? Liu Jianquan1

（1.College of Energy and Mechanical Engineering， Shanghai University of Electric Power， Shanghai， 200082? China;2.School of Energy and Environment? Southeast University， Nanjing， Jiangsu Province， 210000? China）

Abstract： In order to cope with more stringent NOx emission requirements of coal fired boilers in power plants， a variety of denitration techniques or optimization upgrades are required. Four kinds of denitration technology were evaluated by using fuzzy comprehensive evaluation， computation shows that FeⅡEDTA wet process complexometric denitration method is much better than three other ways， the technology is the key to wastes water recycling; the emphasis of the electron beam method of denitration is to reduce power consumption; Polyoxometalates method is suitable to be used with other denitration technology; the performance of pulse power in Pulsed Corona Discharge Plasma is to be further optimized.

Key Words： Coal fired boilers; Emission standards; Denitration; Fuzzy comprehensive evaluation

為滿足《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）電廠燃煤鍋爐NOx排放低于100mg/Nm3，多數電廠選擇低NOx燃燒技術（LNB），選擇催化還原技術（SCR），選擇非催化還原技術（SNCR）等主流脫硝技術。基于目前機組容量及負荷變化情況對于NOx排放的影響程度[1]，上述工藝已能實現目前排放要求，但面對更嚴苛的排放標準且要實現“超凈排放”，還需對現有脫硝技術優化[2，3]或采用其他工藝降低氮氧化物的生成量[4]。王莉[5]對FeⅡEDTA濕法絡合脫硝液的再生資源脫硝工程化應用取得進展。孫墨杰等人[6]研究了絡合吸收結合生物還原法，在濕法絡合脫硝基礎上加入反硝化細菌，在絡合劑再生方面取得突破。馬雙忱等人[7]研究了雜多酸化合液濃度、pH、溫度等因素對NOx去除率的影響。張序等人[8]分析了雜多酸在煙氣脫硝中的研究應用現狀。利鋒[9]分析了電子束照射法應用過程中的主要經濟技術問題。KK Yong[10]通過將電子束與微波技術相結合，旨在降低能耗改善脫除效率。黨永霞[11]研究了脈沖電暈結合不同吸收劑對NOx的脫除效率的差別。以上工藝都有很好的應用前景。模糊集合理論可表示不同因素間依賴關系，可對各因素進行細化評價[12]。考慮每種技術優勢，通過模糊評價可更好地比較從而得出最適當的技術或改進結論。

2? 評價方法

2.1 評價指標

為保證評價準確性，須兩兩對比給出相對重要性評分，在各評價指標間根據評價因子和隸屬函數確立對應關系，這種方法[13]稱為模糊層次分析法（FAHP法）。評價指標如圖1所示。

2.2 評價權重

姜海濤[14]采用FAHP法確定指標權重，給出了各評價指標權重矩陣，B1～B3相對A的權重矩陣為：

W1=（0.3833? 0.2333? 0.3833） ? ? ? ? ? ?（1）

C1-C3、C4-C6、C7-C10相對于B1-B3的權重矩陣為：

W21=（0.3833? 0.2833? 0.3333） ? ? ? ? ?（2）

W22=（0.4667? 0.2833? 0.2500） ? ? ? ? ? （3）

W23=（0.2750? 0.2750? 0.2083? 0.2417） （4）

2.3 判斷矩陣層次排序方法

徐澤水[15]給出了計算判斷矩陣R=（r1 r2 … ri）T的通用公式：

式中aij為第i行元素對第j列元素相對得分。

層次排序S指根據判斷矩陣算出上一層各指標對本層指標相對重要性權重：

式中? ? ?為模糊數學中計算方式，若A=（a1 a2），B=（b1 b2）T，則：

式中“∧”和“∨”為取小算子和取大算子。

3? 計算結果

3.1 評價分值結果

（1）4種技術指標評價。

根據實際情況，各項指標評價如表1。

（2）各方案在B1、B2、B3上相對得分。

為確立相關性，兩兩相比較，當一項比另一項稍微、較強、強烈、極端重要時，記0.6、0.7、0.8、0.9，反之記0.4、0.3、0.2、0.1，同等重要記0.5。各方案在B1、B2、B2上相對得分如表2所示。

3.2 模糊判斷矩陣計算結果

由表2和式（5）得FeⅡEDTA濕法絡合脫硝在B1上的模糊判斷矩陣為（0.2500 0.2167 0.2500）T，歸一化處理后為（0.3488 0.3024 0.3488）T。

同理其他在B1上的模糊判斷矩陣，歸一化處理后為（0.3176 0.3176 0.3648）T和（0.3469 0.3469 0.3062）T和（0.3192 0.3616 0.3192）T。

在B1、B2、B3上的模糊判斷矩陣為：

3.3 層次排序結果

各方案在B1、B2、B3上的單層次排序為：

單層次排序模糊判斷矩陣：

層次總排序：

層次總排序值越高方案優越性更好。可以看出FeⅡEDTA濕法絡合脫硝為最優方案。

4? 結論

根據模糊綜合評價法對FeⅡEDTA濕法絡合脫硝、雜多酸法、電子束照射法、脈沖電暈等離子體法4種方案進行了評價，得出最優方案。

（1）根據最大隸屬度原則，4種方法中FeⅡEDTA濕法絡合脫硝法更優，結合計算過程和實際情況可以看出吸收劑成本過高且吸收液的處理問題是制約其的關鍵所在。

（2）電子束照射法的不足主要是由于其在工作過程中容易使煙塵覆蓋于電極上，而單純依靠電極振打難以很好地實現電極清潔，且自身耗電量大，降低了電廠經濟性指標。

（3）雜多酸法脫硝技術中，雖然由于組成雜多酸鉬等礦元素在我國儲量豐富，產品易得，價格低廉，但其脫硝效率過低，更適合搭配其他脫硝工藝一同使用。

（4）脈沖電暈等離子體法中脈沖電源的性能待進一步優化，脈沖電暈放電過程對煙氣中各組分的作用機理待進一步探究。

參考文獻

[1] 郭江源，張志勇，郝素華.火電廠機組負荷調整對SCR脫硝效果的影響分析[J].環境保護科學，2020，46（3）：80-84.

[2] 成新興，武寶會，周彥軍，等.燃煤電廠超低排放改造方案及其經濟性分析[J].熱力發電，2017，46（11）：97-102.

[3] 何陸燦，葛銘，陳國慶，等.火電廠SCR脫硝系統噴氨優化調整[J].熱力發電，2019，48（11）：129-134.

[4] 祁連中，李偉，謝威，等.層燃鍋爐自動化低氮燃燒技術的研究應用[J].工業鍋爐，2020（02）：25-30.

[5] 王莉.FeⅡEDTA濕法絡合脫硝液的再生及資源化初探[D].浙江大學，2007.

[6] 孫墨杰，李治寬，鄭勝，等.Fe（Ⅱ）EDTA吸收-好氧反硝化菌處理氮氧化物的研究[J].東北電力大學學報，2015，35（5）：11-16.

[7] 馬雙忱，趙毅，陳傳敏.采用雜多酸化合物溶液同時脫硫脫氮的實驗研究[J].環境污染治理技術與設備，2002，3（3）：47-50.

[8] 張序，李建軍，姜丹，等.雜多酸催化劑用于煙氣脫硝的研究進展[J].河南化工，2016，33（4）：7-10.

[9] 利鋒.電子束照射法脫硫脫氮技術工藝[J].環境保護科學，2004，30（3）：4-6.

[10] KK Yong， DH Han. Microwave Effect in the Simultaneous Removal of NOx and SO2 under Electron Beam Irradiation and Kinetic Investigation of NOx Removal Rate[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，2010，49（17）：8147-8156.

[11] 黨永霞.脈沖電暈結合現場吸收法脫硫脫硝中試實驗研究[D].浙江工業大學，2011.

[12] Zhou Tao， Chen Juan， Luo Feng， et al. Fuzzy PSA evaluation method for passive residual heat removal system[J].Nuclear Engineering & Design， 2012， 247（6）：230-235.

[13] 岳清，郝保水，侯霞.基于模糊層次分析法的評價選優系統設計[J].北京信息科技大學學報：自然科學版，2017，32（5）：24-33.

[14] 姜海濤.岱海電廠脫硝改造工程技術方案選取及預期效果評價[D].華北電力大學，2013.

[15] 徐澤水.模糊互補判斷矩陣排序的一種算法[J].系統工程學報，2001，16（4）：311-314.