基于模糊綜合評(píng)判的轉(zhuǎn)接站除塵器的選用

張 洋，文 豪，張德文，謝文寧，耿東耀( 太原科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，太原 03004； 交通部水運(yùn)科學(xué)研究院，北京 00088)

我國(guó)是世界上最大的煤炭、鐵礦石等散狀物料資源的進(jìn)口國(guó)與消費(fèi)國(guó)，在煤炭、礦石等散狀物料的輸送過程中，帶式輸送轉(zhuǎn)接站轉(zhuǎn)運(yùn)過程中所形成的粉塵污染是形成港區(qū)污染的主要原因，對(duì)港區(qū)工作環(huán)境、居民生活環(huán)境及其周圍生態(tài)環(huán)境等均構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為了實(shí)現(xiàn)港口的綠色化建設(shè)，降低港口的粉塵污染，國(guó)內(nèi)外港口積極研發(fā)和應(yīng)用各種各樣的轉(zhuǎn)接站除塵設(shè)備。在除塵器的選用過程中，往往會(huì)存在多種因素的影響，為了兼顧各個(gè)方面的影響，本文采用模糊綜合評(píng)判數(shù)學(xué)模型對(duì)除塵設(shè)備進(jìn)行綜合評(píng)判，將以判斷經(jīng)驗(yàn)為主的定性分析轉(zhuǎn)為定性與定量分析相結(jié)合的評(píng)判機(jī)制，客觀正確地決策出綜合指標(biāo)最優(yōu)的除塵設(shè)備。

1 帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)接站的除塵技術(shù)

港口帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)接站的起塵原理是在煤炭、礦石的輸送轉(zhuǎn)接過程中，松散的煤炭、礦石等物料不斷受到擠壓，致使間隔中的空氣擠壓出來，由于高速氣流和粉塵的剪切作用，會(huì)帶動(dòng)粉塵一同逸出。散料中含有的粉末狀料，在轉(zhuǎn)接站的落料管中從高處下落時(shí)，也會(huì)被高速的氣流帶動(dòng)致使粉塵到處飛揚(yáng)。針對(duì)轉(zhuǎn)接站的粉塵污染，我國(guó)港口常用的轉(zhuǎn)接站除塵技術(shù)有袋式除塵技術(shù)，此外還有微動(dòng)力除塵技術(shù)、靜電除塵技術(shù)、干霧除塵技術(shù)等。

1.1 袋式除塵技術(shù)

袋式除塵器是一種干式濾塵裝置[1]。煤炭、礦石的物料的揚(yáng)塵位置增設(shè)密閉吸塵罩，以抽吸空氣的形式形成負(fù)壓來防止粉塵擴(kuò)散，并將抽取的空氣通過布袋除塵器進(jìn)行過濾、分離，從而完成除塵過程。濾袋采用紡織的濾布或非紡織的氈制成，利用纖維織物的過濾作用對(duì)含塵氣體進(jìn)行過濾，當(dāng)含塵氣體進(jìn)入袋式除塵器時(shí)，顆粒大、比重大的粉塵，由于重力的作用沉降下來，落入灰斗，含有較細(xì)小粉塵的氣體在通過濾料時(shí)，粉塵被阻留，使氣體得到凈化。

袋式除塵技術(shù)是利用布袋和粉塵層的過濾作用使粉塵和氣體分離，除塵效率高，但其初投資較高，占用空間較大，運(yùn)行費(fèi)用高，布袋來不及更換致使除塵效果大大降低[2]。而在大宗散貨碼頭的應(yīng)用中，由于不能保證布袋的及時(shí)更換，致使除塵系統(tǒng)失去了應(yīng)有的作用，而在收集布袋內(nèi)的粉塵也會(huì)存在著二次污染。

1.2 微動(dòng)力除塵技術(shù)

微動(dòng)力除塵技術(shù)屬于干法除塵，適用于帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)站除塵。設(shè)備安裝在運(yùn)輸機(jī)的頭部和尾部，設(shè)備大小根據(jù)物料特性決定。其主要組成部分有密封室、脈沖負(fù)壓吸塵器、多功能除塵室、塵料分離裝置、濾塵室、密封簾等。其脈沖負(fù)壓除塵器過濾面積根據(jù)物料特性決定，直徑為800 mm～1 500 mm.對(duì)于粉塵量大，負(fù)壓氣流小，可以添加小型布袋除塵器，過濾面積為40 m2～80 m2，其電機(jī)功率為1.5 kW～3.0 kW.微動(dòng)力除塵技術(shù)的原理是應(yīng)用空氣動(dòng)力學(xué)原理，采用壓力平衡和閉環(huán)流通方式，最大限度減低物流導(dǎo)管內(nèi)粉塵空氣的壓力，使之與外部空間壓力趨于平衡。微動(dòng)力除塵技術(shù)具有無占地、投資少、動(dòng)力消耗小。維護(hù)量小，無需人工操作、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)[3-5]。

1.3 靜電除塵技術(shù)

靜電除塵屬于干式除塵。靜電除塵技術(shù)是利用靜電力的作用實(shí)現(xiàn)除塵的，其工作原理是含有粉塵顆粒的氣體，在接有高壓直流電源的陰極線和接地的陽極板之間所形成的高壓電場(chǎng)通過時(shí)，由于陰極發(fā)生電暈放電、氣體被電離，此時(shí)，帶負(fù)電子的氣體離子，在電場(chǎng)的作用下，向陽極運(yùn)動(dòng)，到達(dá)陽極后，放出多帶的電子，塵粒則沉積于陽極板上，而得到凈化的氣體排出防塵器外。

靜電除塵技術(shù)凈化效率高，能夠捕集0.01 μm以上的細(xì)粒微塵；阻力損失??；處理氣體的范圍最大；可以完全實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)控制。但其識(shí)別比較復(fù)雜，要求設(shè)備調(diào)運(yùn)和安裝以及維護(hù)管理水平高；一次投資較大，占地面積較大[6-9]。

圖1 靜電除塵技術(shù)原理

圖2 微動(dòng)力除塵技術(shù)原理

1.4 干霧除塵技術(shù)

干霧除塵技術(shù)技術(shù)屬于濕式除塵。傳統(tǒng)的濕式除塵技術(shù)是對(duì)起塵點(diǎn)噴水，增加濕度使粉塵不再揚(yáng)起，對(duì)無組織排放的粉塵具有抑制作用，但其對(duì)處理細(xì)小粉塵的能力比較低，導(dǎo)致除塵效率不高。干霧除塵技術(shù)應(yīng)用原理是水霧顆粒與塵埃顆粒大小相近時(shí)吸附、過濾、凝結(jié)的幾率最大。當(dāng)含塵粒的氣流繞過霧滴時(shí)，霧滴捕捉住氣流中塵粒的幾率與霧滴的直徑有關(guān)，霧滴與塵埃直徑越接近，就越容易與粉塵相撞而將其捕捉來實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)小塵粒的捕捉。

干霧除塵技術(shù)簡(jiǎn)化了除塵管理工作，微米級(jí)干霧抑塵只需要將水、壓縮空氣送至各產(chǎn)塵點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)就地抑塵；無需進(jìn)行灰塵清理，避免了二次污染；占地空間少，可有效節(jié)省廠房?jī)?nèi)空間，降低基建投資；大幅度降低除塵運(yùn)營(yíng)成本；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好，維修量少，維修費(fèi)用低[10-14]。

圖3 干霧抑塵原理

針對(duì)煤炭、礦石等大宗散貨碼頭轉(zhuǎn)運(yùn)站應(yīng)用的諸多除塵技術(shù)，港口在除塵技術(shù)的改造過程中要綜合考慮各種制約因素的影響，綜合決策出方案中最好的一種技術(shù)。

2 模糊綜合評(píng)判的應(yīng)用

針對(duì)煤炭、礦石等大宗散貨碼頭轉(zhuǎn)運(yùn)站應(yīng)用的諸多除塵技術(shù)，港口在除塵技術(shù)的改造過程中要綜合考慮各種制約因素的影響，并應(yīng)兼顧各個(gè)影響因素，在此，我們引入模糊綜合評(píng)價(jià)理念。模糊綜合評(píng)判又稱為模糊多目標(biāo)決策，是對(duì)多種因素所影響的事物或現(xiàn)象進(jìn)行總體評(píng)價(jià)的一種方法[15]。

2.1 因素集的建立

影響備擇對(duì)象的各種決策因素所構(gòu)成的集合稱為因素集，其為一個(gè)普通集合，用U表示。其表示為：

U={u1,u2,…,um}

通過對(duì)港口轉(zhuǎn)接站除塵技術(shù)的研究確定因素集為：

U={除塵效果，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，初投資，耗電量，占地面積}

2.2 權(quán)重集的建立

由于影響因素對(duì)選擇除塵技術(shù)的重要程度是不同的，所以要對(duì)重要的因素要特別重視，對(duì)影響不太重要的因素隨應(yīng)考慮，但不必十分注重。通常對(duì)因素集中的因素ui進(jìn)行權(quán)數(shù)ai分配，并滿足一下條件：

在權(quán)重值的確定中，我們采用層次分析法對(duì)其進(jìn)行求解。層次分析法是一種定性分析和定量分析想結(jié)合的決策方法。它對(duì)影響因素進(jìn)行深入分析后，構(gòu)建一個(gè)結(jié)構(gòu)模型，利用較少的定量信息使決策思維數(shù)學(xué)化，是一種解決多準(zhǔn)則，無結(jié)構(gòu)特性的決策問題的簡(jiǎn)單決策方法。

通過多位港口決策人員的打分，我們得到判斷矩陣為：

我們采用近似的計(jì)算方法，彌補(bǔ)應(yīng)用定義計(jì)算的復(fù)雜性，公式為：

討論一致性，我們需要計(jì)算矩陣的最大特征值，應(yīng)用公式為：

通過計(jì)算，我們得到其權(quán)重集，并通過了一致性的檢驗(yàn)，結(jié)果為：

W=(0.113 0.431 0.263 0.128 0.064)

2.3 備擇集的建立

備擇集又稱評(píng)價(jià)集，是決策者對(duì)評(píng)判對(duì)象可能做出各種總的評(píng)判結(jié)果組成的集合。用V表示：

V={v1,v2,…,vn}

根據(jù)上面介紹的除塵技術(shù)，建立備擇集：

V={袋式除塵技術(shù)，靜電除塵技術(shù)，微動(dòng)力除塵技術(shù)，干霧除塵技術(shù)}

模糊綜合評(píng)判的目的就是在綜合考慮所有影響因素的基礎(chǔ)上，從備擇對(duì)象中選擇出來最優(yōu)的一個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.4 單因素的模糊評(píng)判

單因素模糊評(píng)價(jià)是從一個(gè)因素出發(fā)進(jìn)行評(píng)判，以確定評(píng)判對(duì)象對(duì)評(píng)價(jià)集V的隸屬程度。影響因素的的評(píng)判結(jié)果可用模糊集Ri表示，Ri稱為單因素評(píng)判集，可簡(jiǎn)記為：

Ri=(ri1,ri2，…,rin)

通過建立構(gòu)造隸屬度函數(shù)，得到因素集U中第i個(gè)因素ui對(duì)評(píng)判集V中的第j個(gè)元素vj的隸屬程度rij.rij可以理解為ui與vj之間隸屬“合理關(guān)系”的程度，即按ui評(píng)判時(shí)，評(píng)判對(duì)象的合理程度。

通過國(guó)內(nèi)港口應(yīng)用不同除塵技術(shù)的分析，并以帶式除塵器的各項(xiàng)影響因素的單位為基數(shù)，以比例的形式列于表1.

表1 不同除塵技術(shù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)

通過數(shù)據(jù)，單獨(dú)對(duì)每個(gè)因素進(jìn)行除塵技術(shù)進(jìn)行模糊評(píng)判，得到的評(píng)判結(jié)果為：

R1=(0.252 0.253 0.249 0.246)

R2=(0.250 0.200 0.225 0.325)

R3=(0.193 0.173 0.306 0.328)

R4=(0.186 0.181 0.335 0.298)

R5=(0.125 0 0.5 0.375)

2.5 模糊綜合評(píng)判

單因素模糊評(píng)判僅僅反映了一個(gè)因素對(duì)備擇對(duì)象的影響，未考慮各個(gè)因素影響，所以綜合考慮多有因素的影響，得出更為合理的評(píng)判結(jié)果，因此要進(jìn)行模糊綜合評(píng)判。

B=W°R

即：

其中“°”表示A與R的一種合成方法。bj稱為評(píng)判指標(biāo)，它表明綜合考慮所有影響因素的影響時(shí)，評(píng)判對(duì)象對(duì)其vj的隸屬度。在此，我們采用矩陣乘法進(jìn)行計(jì)算，即：

通過計(jì)算我們可知：

B=(0.218 0.183 0.280 0.316)

2.6 評(píng)判指標(biāo)的處理

在得到評(píng)判指標(biāo)b1，b2，…，bn，為了得到確切的評(píng)價(jià)結(jié)果，我們引入最大隸屬度法。最大隸屬度法是取V中與maxbj最為接近的備擇元素作為評(píng)判結(jié)果。通過B中的數(shù)值比較不難發(fā)現(xiàn)：

maxbj=b4

故其對(duì)應(yīng)的干霧除塵技術(shù)為備擇方案中最好方案。

3 結(jié)論

①干霧除塵技術(shù)應(yīng)用于轉(zhuǎn)接站中，將對(duì)無組織的粉塵空氣起到良好的抑塵效果，并且沒有二次污染，避免了職業(yè)病的發(fā)生。它在港口中的應(yīng)用，將提升大宗散貨碼頭的環(huán)保水平，達(dá)到最優(yōu)節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保要求。

②模糊綜合評(píng)判模型應(yīng)用于轉(zhuǎn)接站的除塵技術(shù)，兼顧了多種因素的影響，為除塵技術(shù)的決策選擇提供了一種有效的方法，擺脫了的完全靠經(jīng)驗(yàn)來決策的狀態(tài)。模糊綜合評(píng)判通過應(yīng)用于人的經(jīng)驗(yàn)，能更好的作出決策，完成備擇對(duì)象的最佳選擇。

③模糊綜合評(píng)價(jià)模型不僅可以應(yīng)用在一類的決策當(dāng)中，亦可以進(jìn)行類之間方案的決策，這就要求我們進(jìn)行二級(jí)或多級(jí)模糊綜合評(píng)判。

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