基于灰色层次分析法的火电厂脱硫工艺综合评价

0 引言

能源是社会发展的基础，我国富煤的能源结构特点，使得煤炭在我国一次能源消费中占主导地位。21世纪以来，我国电力行业发展迅速，核电、风电和太阳能发电有较快增长，但火力发电仍是我国主要的发电形式，截止到2013年底，火电机组容量约占总装机容量的69.1%，占总发电量的79.9%。火力发电产生了大量的二氧化硫，截止到2012年底，火电厂排放二氧化硫858.3万吨，占全国二氧化硫排放量的40.5%。二氧化硫不仅会对人类健康、自然生态、工农业生产、建筑物材料等造成危害和破坏，还会形成酸雨，导致土壤、河水酸化随着居民生活水平的提高，对环境质量提出了更高的要求。为此，国家制定了一系列的法律法规，力求最大化的减少SO2排放，促进绿色可持续发展。例如，《火电厂大气污染物排放标准》要求已建和新建火电厂必须加装脱硫设备，而且规定了二氧化硫排放浓度的限值。因此，各大火电厂十分重视烟气脱硫。目前，国内外已经开发出数百种脱硫技术，如何科学有效地对它们进行评价，结合实际需求选择合理、经济、实用的脱硫技术，具有十分重要的意义。

1 火电厂主要脱硫技术简介

国内外普遍采用的四类脱硫方法包括：煤燃烧前脱硫、煤燃烧中脱硫、煤燃烧后脱硫以及煤转化过程中脱硫。燃烧前脱硫是在燃烧前对煤进行净化，去除原煤中所含的硫分;燃烧中脱硫是在燃烧过程中使用固硫剂除去SO2;燃烧后脱硫即在尾部加装脱硫装置，对烟气进行处理;煤转化中脱硫主要是煤气化、液化和水煤浆技术。火电厂煤耗量大而且劣质煤硫分含量高，一般采用烟气脱硫技术，只有循环流化床锅炉采用燃烧中脱硫技术。

1)石灰石石膏湿法烟气脱硫技术

本技术以石灰或者石灰石当吸收剂，原料廉价且易获取。整个系统由吸收塔系统、烟气系统、石灰石浆液制备及供应系统、工艺水系统、废水处理系统和电气控制系统等组成。该技术具有以下优点：适用于任何含硫的煤种的烟气脱硫，对SO2浓度变化适应范围广，脱硫效率高，吸收剂利用率高。近年来，随着该技术系统的不断改进和简化，不但运行和维护更为方便，而且造价也在进一步降低。

2)简易石灰石石膏湿法烟气脱硫技术

本技术是在石灰石石膏湿法高效、稳定成熟的基础上提出的，其基本原理和主要系统与后者大致相同，只是对设备进行了简化，减少了投资，在一定程度上降低了脱硫效率。

3)喷雾干燥法脱硫技术

本工艺采用石灰浆作为吸收剂，主要由石灰制浆系统、吸收塔系统、灰渣再循环系统组成。该工艺应用较为广泛，多用于处理200MW以下机组的烟气脱硫，有着显著的优点：投资低、耗能小、腐蚀小、系统简单，运行可靠性较高，无废水排放。缺点是用石灰吸收，容易在吸收塔壁结垢，产品综合利用率低。近年来，其工艺结构没有较大变化，主要通过灰渣再循环、利用添加剂等手段提高吸收剂利用率。

2 基于层次分析法的脱硫评价

2.1 层次分析法的基本理论

上世纪80年代，层次分析法首次被提出，它具有简单、实用而且灵巧的特点。依据具体问题和要求，把定量指标和定性指标有机的结合起来，把问题逐层分解，构建成多个相互关联的模块，并找到他们之间的联系。每一层次均以上一层次为依据，组成一个层次结构模型。然后逐层分析，计算出判断矩阵的最大特征值以及对应的特征向量，获得相对同一事件，各个元素的相对重要性权值，最终获得最低层因素对于最高层(总目标)的重要性权值。

2.2 脱硫方法评价指标

建立指标评价体系要遵循科学性、实用性、可比性、可操作性、通用性原则，否则所建指标将杂乱无章，与此同时，利用这些原则对已经建立的指标进行检验，判断其是否科学合理。对比和分析国内外已有的指标体系，综合考虑脱硫技术的环境、经济和技术性能，确定如下的脱硫技术综合评价指标体系。

3 主要脱硫方法的综合评价及结论

3.1 评价指标定量化

本文选择以下7种脱硫技术进行评价：A1：循环流化床;A2：炉内喷钙尾部增湿活化法;A3：简易湿法;A4：旋转喷雾干燥法;A5：石灰石湿法;A6：电子束法;A7：海水脱硫法。

3.2 结论

根据以上的计算结果，可得如下结论：

1)若仅考虑环境性能，依据评价结果R1，应优先选用电子束法脱硫技术A6。

2)若仅考虑经济性能，依据评价结果R2，应优先选用循环流化床脱硫技术A1。

3)若仅考虑技术性能，依据评价结果R3，应优先选用石灰石湿法脱硫技术A5。

4)根据综合评价结果R，7种脱硫技术中应优先选用海水脱硫技术A7，次优的是循环流化床脱硫技术A1。