基于因果-模糊層次分析的濕法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)

侯建勇，嚴(yán)芳，王浩，程曉輝，嚴(yán)厚華，胡剛

（1 新疆大學(xué)商學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830008；2 中冶華天工程技術(shù)有限公司，安徽 馬鞍山 243061）

石灰石膏法脫硫技術(shù)在鋼鐵冶煉煙氣脫硫中的應(yīng)用主要借鑒燃煤電廠煙氣濕法脫硫。燒結(jié)/球團(tuán)工序是鋼鐵工業(yè)中主要的SO污染物排放源，約占整個(gè)鋼鐵行業(yè)排放量的60%。石灰石膏法脫硫技術(shù)具有反應(yīng)速率快、脫硫效率高、運(yùn)行相對(duì)可靠、吸收劑易得、副產(chǎn)品可回收利用等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在燒結(jié)/球團(tuán)煙氣脫硫項(xiàng)目中，尤其是在含高濃度SO的煙氣中使用效果更佳。但根據(jù)脫硫系統(tǒng)的煙氣特點(diǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行受工藝、設(shè)備及運(yùn)營(yíng)狀況的影響，致使運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)磨損、腐蝕、堵塞等現(xiàn)象，影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

在前期針對(duì)脫硫系統(tǒng)分析和評(píng)價(jià)方法的選擇中，曹國(guó)慶等采用灰色層次分析理論，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保三類性能對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。孫冠中等采用層次分析法對(duì)燃煤電廠煙氣脫硫脫硝一體化的9種工藝進(jìn)行了對(duì)比評(píng)價(jià)。但在復(fù)雜的脫硫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，存在著各種不確定性和模糊性，單純采用層次分析法并不能把系統(tǒng)失穩(wěn)原因的模糊不確定性囊括在內(nèi)。為了更完善地分析和評(píng)價(jià)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)特征，現(xiàn)引入因果-模糊層次分析法（causal-fuzzy analytic hierarchy process, C-FAHP）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。C-FAHP 法是先采用因果分析法對(duì)系統(tǒng)失穩(wěn)原因進(jìn)行分析和說(shuō)明，再采用層次分析法對(duì)各影響因素進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，并引入模糊理論結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

本文通過(guò)對(duì)石灰石膏法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行闡述，采用因果分析法進(jìn)行影響因素分析，繪制魚骨圖構(gòu)建出影響因素的結(jié)構(gòu)，再采用模糊層次分析法（FAHP）建立運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)模型，進(jìn)行權(quán)重分配和數(shù)學(xué)運(yùn)算。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行案例和專家評(píng)語(yǔ)，得出案例運(yùn)行穩(wěn)定性的綜合評(píng)分以及評(píng)價(jià)等級(jí)。把綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證C-FAHP法用于石灰石膏法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)的適用性。采用C-FAHP法有助于脫硫所屬單位對(duì)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)狀態(tài)與效果的評(píng)估，節(jié)省因長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)督而花費(fèi)的人力物力。

1 脫硫系統(tǒng)運(yùn)行常見(jiàn)問(wèn)題

根據(jù)鋼鐵企業(yè)煙氣脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行模式，結(jié)合萊蕪鋼鐵265m燒結(jié)煙氣脫硫案例，調(diào)查出影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素主要來(lái)自六個(gè)方面，包括工藝、設(shè)備管道、電氣、儀表自動(dòng)化、公輔和運(yùn)維管理等。系統(tǒng)運(yùn)行失穩(wěn)會(huì)帶來(lái)諸多不利，如運(yùn)行成本增加、維修強(qiáng)度加大、人機(jī)協(xié)調(diào)不力、環(huán)保不達(dá)標(biāo)、副產(chǎn)品不合格等。

1.1 燒結(jié)球團(tuán)煙氣特點(diǎn)及石灰石膏法脫硫工藝

1.1.1 燒結(jié)/球團(tuán)煙氣特點(diǎn)

鋼鐵企業(yè)燒結(jié)/球團(tuán)工序的煙氣與燃煤鍋爐煙氣特性有所不同，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）煙氣量大且煙氣波動(dòng)大。目前國(guó)內(nèi)主力燒結(jié)機(jī)規(guī)模為180～600m，工況煙氣量(108～360)×10m/h。球團(tuán)單機(jī)產(chǎn)能為(100～400)×10t/a，煙氣量(55～215)×10m/h。

（2）含硫量隨礦石的品質(zhì)變化范圍大。鐵礦石中的硫大部分以硫酸鹽或硫化物的形式存在，SO多數(shù)在礦石焙燒的過(guò)程中生成，燒結(jié)煙氣中的SO濃度通常為500～2000mg/m，在采用高硫礦時(shí)可達(dá)到3000mg/m以上。

（3）煙氣溫度變化幅度大。正常運(yùn)行時(shí)煙氣溫度為150～160℃，但生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)機(jī)頭低溫、機(jī)尾高溫的狀況，最低時(shí)在80℃左右，最高時(shí)可接近

200℃。

（4）煙氣濕度大。一般燒結(jié)/球團(tuán)煙氣含水量在10%～13%之間。

（5）煙氣含氧量高。燒結(jié)煙氣含氧量在16%左右，球團(tuán)煙氣在18%左右。

1.1.2 石灰石膏法脫硫工藝簡(jiǎn)介

在以石灰石膏法脫硫技術(shù)為主的燃煤鍋爐煙氣脫硫中，采用的吸收劑通常為CaCO，而燒結(jié)/球團(tuán)煙氣石灰石膏法一般采用CaO為吸收劑，副產(chǎn)品均為石膏（CaSO·2HO）。吸收劑粉料加水?dāng)嚢韬笾瞥蒀a(OH)漿液，由石灰漿液泵送至吸收塔。漿液在塔內(nèi)由循環(huán)泵送至噴淋層，經(jīng)噴嘴噴灑與煙氣逆向接觸，Ca(OH)與SO發(fā)生吸收反應(yīng)，再經(jīng)加氧后生成石膏漿液，達(dá)到一定密度后由石膏漿液泵送至石膏脫水子系統(tǒng)，經(jīng)旋流分離、真空脫水后制成石膏。煙氣經(jīng)塔頂濕電除塵器再次除塵后，經(jīng)煙氣換熱器（GGH）換熱升溫后經(jīng)煙囪排放，工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 石灰石膏法脫硫工藝流程

1.2 工藝運(yùn)行控制指標(biāo)異常

脫硫系統(tǒng)運(yùn)行控制的主要工藝指標(biāo)有：吸收劑活性、漿液pH、漿液密度、氯離子濃度、漿液氧化指標(biāo)等。若工藝指標(biāo)異常超限，則會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生抑制作用，帶來(lái)不利后果。

1.2.1 吸收劑的活性不足

吸收劑漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為20%～25%，其活性與石灰的品質(zhì)有關(guān)，主要指標(biāo)包括：含鈣量、粒度、比表面積、孔隙結(jié)構(gòu)等。石灰進(jìn)場(chǎng)化驗(yàn)要求純度不低于90%，粒徑小于200 目（74μm），根據(jù)郭瑞堂等對(duì)石灰活性實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論：石灰石粉的粒度在43.5～63μm 時(shí)，其反應(yīng)速率和球磨經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得三種不同粒徑的石灰石粉料溶解速率隨時(shí)間的變化關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 三種粒徑的石灰石粉溶解速率隨時(shí)間的變化關(guān)系[13]

1.2.2 漿液運(yùn)行pH過(guò)低

脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)漿液pH 控制在5.2～5.5之間為宜，馬雙忱等在脫硫效率與pH 關(guān)系實(shí)驗(yàn)中得出：pH 適當(dāng)下降可以節(jié)省部分石灰原料，但也會(huì)導(dǎo)致脫硫效率下降，正常運(yùn)行時(shí)不宜低于4.5；祝杰等在對(duì)電廠濕法脫硫模型試驗(yàn)中得出：當(dāng)吸收劑原料為CaCO時(shí)，脫硫效率隨pH 的提高而增加，但超過(guò)5.5 后繼續(xù)增大會(huì)使CaCO在水中的溶解速率下降，抑制液相吸收SO的速率。pH與脫硫效率的關(guān)系曲線見(jiàn)圖3。

圖3 pH與SO2脫除效率的關(guān)系曲線

1.2.3 漿液密度超高

塔內(nèi)漿液密度達(dá)到1200kg/m時(shí)，需開(kāi)啟石膏漿液泵向石膏脫水系統(tǒng)送漿脫水，脫水后生成石膏產(chǎn)品。當(dāng)塔內(nèi)漿液密度繼續(xù)上升至1270kg/m后，會(huì)對(duì)Ca(OH)與SO的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用，導(dǎo)致脫硫效率下降，塔內(nèi)漿液密度與脫硫效率的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4所示。漿液密度過(guò)高也會(huì)使粉塵顆粒物在漿液內(nèi)富集，以及致使石膏漿液顏色加深，影響石膏品質(zhì)。

圖4 塔內(nèi)漿液密度與脫硫效率的關(guān)系曲線

1.2.4 漿液內(nèi)氯離子含量超標(biāo)

Cl主要來(lái)自煙氣夾帶粉塵中的可溶氯化物、HCl 和工藝水。因Cl與Ca結(jié)合形成溶解性鈣鹽，會(huì)抑制CaCO的溶解，并且會(huì)干擾CaSO·2HO 的結(jié)晶。Cl還會(huì)造成設(shè)備腐蝕，尤其是對(duì)不銹鋼設(shè)備形成點(diǎn)蝕穿孔，繼而導(dǎo)致液體介質(zhì)泄漏。因此，需要控制塔內(nèi)漿液中的Cl濃度，通常采用外排廢水的方式將其濃度控制在10～20g/L。

1.2.5 漿液氧化指標(biāo)不足

圖5 S(Ⅳ)-S(Ⅵ)-H2O體系E-pH圖[5]

1.3 脫硫系統(tǒng)設(shè)備故障

脫硫設(shè)備故障主要有：除霧器壓差超標(biāo)、設(shè)備腐蝕與磨損、石膏脫水設(shè)備故障等。

1.3.1 除霧器壓差超標(biāo)

除霧器是布置在脫硫塔內(nèi)噴淋層上部去除煙氣水分的重要設(shè)備，一般有折流板式、屋脊式等類型。由于煙氣與漿液逆向接觸，煙氣攜帶著粉塵與石膏顆粒物一起附著在除霧器表面。除霧器壓差指標(biāo)能反映出其堵塞情況，通?？刂圃?00Pa/層，當(dāng)壓差超出控制指標(biāo)時(shí)，需要用除霧器沖洗水進(jìn)行沖洗。除霧器壓差受煙氣量和除霧器堵塞率的影響較大，當(dāng)堵塞率＞0.3時(shí)，應(yīng)立即對(duì)除霧器進(jìn)行沖洗。堵塞率、壓差與煙氣量的關(guān)系曲線如圖6所示。

圖6 堵塞率、壓差與煙氣量的關(guān)系曲線[22]

1.3.2 設(shè)備腐蝕與磨損

設(shè)備腐蝕主要源自化學(xué)腐蝕，包括酸堿腐蝕和電化學(xué)腐蝕。Ca(OH)溶液呈堿性，但腐蝕性并不強(qiáng)。主要的腐蝕來(lái)自于煙氣中SO、SO、HCl氣體腐蝕以及脫硫塔內(nèi)的酸性漿液和Cl腐蝕。塔內(nèi)漿液運(yùn)行的pH波動(dòng)范圍在4.5～5.8之間，呈酸性，漿液內(nèi)存在粉塵夾帶溶解于漿液中的Fe、Na、K、Mg、Ca、Cu等陽(yáng)離子，以及SO、SO、Cl、NO等陰離子，同時(shí)還會(huì)生成各種酸性鹽和氯鹽。塔內(nèi)漿液中Cl會(huì)破壞不銹鋼表面的鈍化膜，鈍化膜不完整后會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)蝕坑，促使坑中的金屬電勢(shì)增高，與坑外處于鈍化膜保護(hù)下的低電勢(shì)金屬形成微觀電池場(chǎng)，加速鈍化膜的消亡，從而金屬基體逐漸被其他腐蝕物質(zhì)侵蝕，見(jiàn)圖7。

圖7 Cl-對(duì)不銹鋼鈍化膜破壞的示意圖[24]

設(shè)備磨損主要有風(fēng)機(jī)葉輪磨損、泵葉輪磨損等。除塵后的煙氣經(jīng)主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，煙氣中依然夾帶有少量的物料粉塵，粉塵在葉輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)下與葉片沖刷，造成葉片的磨損。磨損程度主要與粉塵顆粒的粒徑、硬度、噴射角度、葉片材質(zhì)、氣流速度等因素有關(guān)，陳倩萍在用石英砂對(duì)不同材質(zhì)的葉片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后得到：四種材料在噴射角度為30°～45°時(shí)產(chǎn)生的磨損量最大，耐磨性能排序?yàn)?6Mn 鋼＞Q235A＞球墨鑄鐵＞鑄鋁合金，其在不同角度時(shí)耐磨性能曲線如圖8所示。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)葉片進(jìn)行堆焊后可增強(qiáng)其耐磨度，堆焊材料性能排序?yàn)镕e-05＞517＞856＞717，Q235A 葉片堆焊后的耐磨性能曲線對(duì)比見(jiàn)圖9。

圖8 四種材質(zhì)不同角度的耐磨性能曲線[25]

圖9 Q235A葉片堆焊后耐磨性能曲線對(duì)比[25]

泵葉輪磨損主要有化學(xué)磨損和物理磨損。化學(xué)磨損主要來(lái)自腐蝕，物理磨損來(lái)自粉塵及其他雜質(zhì)的摩擦與沖刷，腐蝕-磨損交互作用的磨損占總腐蝕磨損量的48.73%。在材料受到腐蝕與磨損共同作用時(shí)，會(huì)相互加劇各自的破壞速度，致使以Cr30A合金為材質(zhì)的葉輪和泵殼內(nèi)側(cè)腐蝕、葉輪效率下降甚至失效，況且燒結(jié)煙氣中的粉塵硬度大于電廠粉煤灰的硬度。目前鋼鐵企業(yè)濕法脫硫系統(tǒng)的漿液泵逐漸采用鑄鋼內(nèi)襯高分子材料的工程塑料泵代替合金泵。

1.3.3 石膏脫水設(shè)備故障

真空皮帶脫水機(jī)是處理石膏產(chǎn)品的重要設(shè)備。按照煙氣脫硫石膏標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 37785—2019）的規(guī)定，一級(jí)石膏含水率≤10%、Cl含量≤100mg/kg。影響脫水效果的因素主要有：石膏結(jié)晶粒度、濾餅厚度、濾布透孔率、皮帶及濾布跑偏、吸水真空度等。石膏脫水率對(duì)成品粒度有較大影響，含水率9%和18.7%時(shí)的粒度分布如圖10 所示。石膏濾餅厚度控制在20～25mm 為宜，保證濾布沖洗干凈以防堵塞，出現(xiàn)皮帶或?yàn)V布跑偏現(xiàn)象時(shí)及時(shí)調(diào)整。吸水真空度保持在-0.06MPa，可浮動(dòng)偏差為±0.01MPa。皮帶運(yùn)行速度為3～9m/min，運(yùn)行中可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)速。

圖10 兩種含水率的石膏漿液粒度分布[27]

1.4 電氣故障

脫硫系統(tǒng)中的電氣故障主要有增壓風(fēng)機(jī)跳閘、聯(lián)鎖故障、控制系統(tǒng)（distributed control system,DCS 或programmable logic controller, PLC）斷 電 現(xiàn)象等。設(shè)計(jì)時(shí)配備保安電源和抽出式電控柜（motor control center, MCC），防止開(kāi)關(guān)失壓脫扣?？刂葡到y(tǒng)的供電接自不間斷電源（uninterrupted power supply,UPS）控制柜，采用“雙電源無(wú)擾快速自動(dòng)切換裝置”進(jìn)行電源切換，作為主路和備用電源之間的切換元件。電氣及控制元件應(yīng)設(shè)計(jì)有足量冗余，作為日常備用。

1.5 儀自控制系統(tǒng)故障

儀表、自動(dòng)化控制簡(jiǎn)稱儀自控制。脫硫系統(tǒng)內(nèi)的監(jiān)測(cè)儀表主要有現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)傳兩種形式，遠(yuǎn)傳儀表可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至計(jì)算機(jī)畫面進(jìn)行監(jiān)測(cè)。主要的遠(yuǎn)傳測(cè)點(diǎn)包括壓力、壓差、溫度、風(fēng)量、pH、密度和煙氣進(jìn)出口成分檢測(cè)（continuous emission monitoring system, CEMS）等，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)引入控制系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是操作人員執(zhí)行決策的判斷依據(jù)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及傳輸?shù)目煽啃允莾x表自動(dòng)化系統(tǒng)的基本要求。比如：操作人員可根據(jù)泵出口壓力判斷泵運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)煙氣溫度決定是否開(kāi)啟緊急噴淋降溫裝置來(lái)保護(hù)塔體防腐材料和除霧器，根據(jù)壓差判斷除霧器是否需要噴淋沖洗，根據(jù)pH 判斷是否需要添加吸收劑，根據(jù)密度值判斷是否外排漿液制取石膏，根據(jù)煙氣中SO進(jìn)出口濃度調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)等。

1.6 公輔供應(yīng)失穩(wěn)

公輔工程包括系統(tǒng)的給水排水和壓縮空氣、蒸汽、燃?xì)獾墓?yīng)等。脫硫系統(tǒng)生產(chǎn)、生活用水來(lái)自廠區(qū)供水管網(wǎng)，生活污水須經(jīng)處理至一級(jí)B標(biāo)以上，燃煤電廠的脫硫廢水須處理后回用并達(dá)到零排放。在北方冬季寒冷地區(qū)應(yīng)當(dāng)預(yù)防水管凍結(jié)而導(dǎo)致破裂。壓縮空氣和蒸汽管道均屬于壓力管道，應(yīng)當(dāng)防止因局部疲勞損傷而導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生。

1.7 日常運(yùn)維管理

項(xiàng)目運(yùn)行成本和設(shè)備使用壽命與日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)的質(zhì)量有直接聯(lián)系。富有責(zé)任心和生命力的運(yùn)維團(tuán)隊(duì)可在日常巡檢中及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并加以排除，避免生產(chǎn)或安全事故的發(fā)生。

在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，在有毒有害氣體區(qū)域作業(yè)時(shí)，須佩戴防毒面具和隨身濃度檢測(cè)儀。在有火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)，需要嚴(yán)格審批制度并做好防范措施。直接接觸腐蝕性介質(zhì)作業(yè)時(shí)，須按照安全規(guī)定穿戴好防護(hù)用品，并且按照操作規(guī)程進(jìn)行作業(yè)。

2 影響因素的因果分析

2.1 因果分析法

因果分析法也稱為魚骨圖法，由日本學(xué)者石川馨提出，是通過(guò)頭腦風(fēng)暴搜集影響系統(tǒng)特性的原因，并與特性關(guān)聯(lián)后找出其中的主要原因。該方法層次分明、條理清晰，被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)系統(tǒng)特性影響因素的分析。

2.2 魚骨圖的繪制

影響脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的因素可從六類進(jìn)行分析，包括工藝、設(shè)備管道、電氣、儀表自動(dòng)化、公輔、運(yùn)維管理，繪制出魚骨圖分析各影響因素的結(jié)構(gòu)，每類因素中又可找出不同的影響子項(xiàng)，詳見(jiàn)圖11。

圖11 脫硫系統(tǒng)運(yùn)行失穩(wěn)因素魚骨圖

3 影響因素的模糊綜合評(píng)價(jià)

3.1 層次結(jié)構(gòu)模型的建立

系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性除了要考慮以上六類因素以外，還需考慮人與事的模糊性以及不確定性，將人的日常管理考慮在內(nèi)?；谝陨戏治鰧?duì)系統(tǒng)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，把各影響因素按類別分為6個(gè)一級(jí)指標(biāo)和24 個(gè)二級(jí)指標(biāo)，如圖12 所示，按照“目標(biāo)-指標(biāo)-評(píng)價(jià)”三個(gè)層次建立運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)模型。根據(jù)評(píng)價(jià)模型設(shè)立模糊評(píng)價(jià)等級(jí)，共設(shè)定為五級(jí)（很穩(wěn)定、比較穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、欠穩(wěn)定、不穩(wěn)定）。根據(jù)指標(biāo)中各評(píng)價(jià)對(duì)象發(fā)生的頻率，建立評(píng)語(yǔ)集，把各因素的權(quán)重與模糊關(guān)系進(jìn)行合成運(yùn)算，得出模糊綜合評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，根據(jù)評(píng)價(jià)層劃分的分值區(qū)域（表1）得出系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)價(jià)等級(jí)。

圖12 石灰石膏法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定狀況模糊評(píng)價(jià)模型

表1 評(píng)價(jià)層分值區(qū)域定性等級(jí)劃分

3.2 建立指標(biāo)因素判斷矩陣

采用層次分析法（AHP）展開(kāi)定性與定量結(jié)合分析，可將專家評(píng)估思維過(guò)程系統(tǒng)化、數(shù)學(xué)化，通過(guò)專家評(píng)判、數(shù)據(jù)檢驗(yàn)最終確定權(quán)重分配。把個(gè)評(píng)價(jià)因素排成一個(gè)階判斷矩陣，通過(guò)對(duì)因素的兩兩比較，確定各因素的對(duì)比值，見(jiàn)表2。

表2 重要性標(biāo)度值1～9的含義

影響因素重要度對(duì)比的比值根據(jù)調(diào)查匯總后得出，調(diào)查對(duì)象包括項(xiàng)目工程師、操作員、巡檢員與機(jī)修工等。依據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)模型中的兩級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)建立判斷矩陣，如表3～表9所示。

表3 一級(jí)指標(biāo)U判斷矩陣

表4 二級(jí)指標(biāo)F1判斷矩陣

表5 二級(jí)指標(biāo)F2判斷矩陣

表6 二級(jí)指標(biāo)F3判斷矩陣

表7 二級(jí)指標(biāo)F4判斷矩陣

表8 二級(jí)指標(biāo)F5判斷矩陣

表9 二級(jí)指標(biāo)F6判斷矩陣

3.3 指標(biāo)因素權(quán)重計(jì)算原理

根據(jù)指標(biāo)層～的矩陣，利用方差法計(jì)算二級(jí)指標(biāo)f的權(quán)重，如式(1)所示。

對(duì)w需要進(jìn)行對(duì)上層的歸一化處理，如式(2)所示。

經(jīng)歸一化后的權(quán)重值需用式(3)計(jì)算一致性指標(biāo)C.I.(consistency index)，并把矩陣平均一致性指標(biāo)R.I.(random index)（表10）代入式(4)，算出一致性比例C.R.(consistency ratio)。若計(jì)算結(jié)果C.R.＜0.1，則認(rèn)為判斷矩陣的一致性可以接受；若C.R.≥0.1即為不可接受，需對(duì)矩陣進(jìn)行重新修正。

下面來(lái)著重說(shuō)一下我的這幅《樂(lè)園》的具體創(chuàng)作過(guò)程，主要包括構(gòu)圖、色彩、線條、肌理效果、展出方式。這幅作品的尺寸為100cm*200cm，采用的是毛氈材料拼貼的方式。

表10 部分平均隨機(jī)一致性指標(biāo)[34]

3.4 指標(biāo)因素向量集

根據(jù)向量集通式(5)可算得指標(biāo)層中6組一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量集。

式中，f為該矩陣二級(jí)指標(biāo)的起始因素；f為終止因素。

W=[0.4178,0.1776,0.1058,0.0556,0.2431];

W=[0.5774,0.0564,0.1517,0.2145];

W=[0.1422,0.3854,0.3854,0.0871];

W=[0.2583,0.6370,0.1047];

W=[0.5450,0.1385,0.2329,0.0837];

根據(jù)指標(biāo)層的向量集，采用式(6)求出特征向量的最大值，見(jiàn)式(6)。

根據(jù)式(6)計(jì)算得到指標(biāo)層的最大特征值分別為：()=5.132，()=4.202，()=4.021，()=3.039，()=4.051，()=4.058。

根據(jù)一致性指標(biāo)式(3)可得出判斷矩陣～的C.I.值：C.I.()=0.033，C.I.()=0.067，C.I.()=0.007，C.I.()=0.019，C.I.()=0.017，C.I.()=0.019。

由一致性比例式(4)可得出判斷矩陣～的C.R.值：C.R.()=0.030，C.R.()=0.076，C.R.()=0.008，C. R.()=0.037，C.R.()=0.019，C.R.()=0.022。

由于六組C.R.數(shù)值均＜0.1，一致性指標(biāo)均可接受。

根據(jù)式(7)求出目標(biāo)層的向量集W，歸一化后可得目標(biāo)層的權(quán)重向量集。

根據(jù)式(6)計(jì)算得到目標(biāo)層的最大特征值為()=6.398。根據(jù)一致性指標(biāo)式(3)可得出判斷矩陣的C.I.值：C.I.()=0.080。由一致性比例式(4)可得出判斷矩陣的C.R.值：C.R.()=0.063＜0.1，一致性指標(biāo)可接受。脫硫系統(tǒng)AHP 法評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重匯總見(jiàn)圖13。

圖13 脫硫系統(tǒng)AHP法評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重匯總

3.5 目標(biāo)層的模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊綜合評(píng)價(jià)是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)價(jià)法，應(yīng)用模糊變換原理對(duì)受到多因素制約的事物或?qū)ο笞龀隹傮w評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)可分為五步：因素集→評(píng)語(yǔ)集→權(quán)重向量→模糊關(guān)系矩陣→模糊綜合評(píng)價(jià)。模糊綜合評(píng)價(jià)實(shí)施步驟見(jiàn)圖14。

圖14 模糊綜合評(píng)價(jià)實(shí)施步驟

3.5.1 評(píng)價(jià)對(duì)象因素集

={,,,,,}

式中，F（=1,2,…,6）為影響評(píng)價(jià)對(duì)象的各種因素，即評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.5.2 評(píng)價(jià)對(duì)象評(píng)語(yǔ)集

V={,,,,}

式中，v（=1,2,3,4,5）表示故障發(fā)生頻率等級(jí)，評(píng)語(yǔ)等級(jí)對(duì)應(yīng)分值見(jiàn)表11。

表11 故障發(fā)生頻率等級(jí)對(duì)應(yīng)分值

3.5.3 指標(biāo)因素權(quán)重

3.5.4 模糊關(guān)系矩陣

模糊關(guān)系矩陣是得出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的矢量矩陣，矩陣形式為R=(r)×，見(jiàn)式(8)。

式中，r（=1,2,…,;=1,2,…,）表示指標(biāo)因素f獲得v評(píng)語(yǔ)的權(quán)重，即f對(duì)v的隸屬關(guān)系。

3.5.5 模糊綜合評(píng)價(jià)

將評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的權(quán)重向量W與模糊關(guān)系矩陣R合成，得到目標(biāo)層的模糊綜合評(píng)價(jià)矢量B，見(jiàn)式(9)。

式中，b（=1,2,…,5）表示被評(píng)價(jià)主體對(duì)模糊子集元素v的隸屬度。

目標(biāo)層總體模糊評(píng)價(jià)關(guān)系B，結(jié)合評(píng)語(yǔ)集V，求得綜合評(píng)分，見(jiàn)式(10)。

4 結(jié)合案例進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)

4.1 脫硫案例項(xiàng)目概況

山東萊鋼某265m燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)采用石灰石膏法脫硫技術(shù)，煙氣脫硫前已經(jīng)電除塵器進(jìn)行了降塵，煙氣量為96×10m/h。該系統(tǒng)投產(chǎn)于2013年，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)各種影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的問(wèn)題，燒結(jié)車間在大修期間對(duì)該工段進(jìn)行了修理，運(yùn)行班組配備專業(yè)運(yùn)維人員進(jìn)行巡檢和維護(hù)。

采用FAHP 法對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行模糊層次綜合評(píng)價(jià)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定狀況模糊評(píng)價(jià)模型以圖12 為依據(jù)，各因素的權(quán)重值如圖13所示。

4.2 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)對(duì)象評(píng)語(yǔ)集

邀請(qǐng)10 名與該脫硫項(xiàng)目相關(guān)的專家（包括管理、設(shè)計(jì)、施工、技術(shù)、運(yùn)行、巡檢、維修等專業(yè)），對(duì)24種影響因素的發(fā)生頻率進(jìn)行對(duì)應(yīng)選擇打分，經(jīng)對(duì)選填人數(shù)統(tǒng)計(jì)后得出統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如表12所示。

表12 影響因素發(fā)生頻率專家評(píng)判結(jié)果統(tǒng)計(jì)

4.3 建立模糊關(guān)系矩陣

根據(jù)專家評(píng)分統(tǒng)計(jì)結(jié)果，根據(jù)式(8)對(duì)指標(biāo)因素建立6 個(gè)模糊關(guān)系矩陣，r的值由式(11)確定。

4.4 模糊評(píng)價(jià)運(yùn)算

首先對(duì)一級(jí)指標(biāo)的模糊關(guān)系矩陣進(jìn)行單因素模糊判斷，把判斷矩陣的權(quán)重向量與模糊關(guān)系矩陣的隸屬度進(jìn)行合成(∧,∨)運(yùn)算，可以得到歸一化后的六個(gè)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果。

根據(jù)6組一級(jí)指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)結(jié)果，組合得出目標(biāo)層的模糊矩陣，如式(12)。

再對(duì)目標(biāo)層的模糊綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行合成運(yùn)算得到，如式(13)。

4.5 綜合評(píng)價(jià)

由W=[0.16720.0907,0.2616,0.4141,0.0426,0.0238]的值大小對(duì)比可得，影響脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的6 類一級(jí)指標(biāo)因素重要度排序?yàn)椋弘姎夤收希緝x自控制故障＞工藝指標(biāo)異常＞設(shè)備故障＞公輔供應(yīng)失穩(wěn)＞日常運(yùn)維管理。

由B=(0.0934,0.1428,0.2234,0.1868,0.3537) 的值可看出，結(jié)合一級(jí)指標(biāo)因素的權(quán)重和專家評(píng)語(yǔ)，對(duì)案例項(xiàng)目的故障發(fā)生頻率進(jìn)行認(rèn)定，五種故障發(fā)生頻率的專家評(píng)估比例統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表13所示。

表13 故障發(fā)生頻率專家評(píng)估影響份額

根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)式(10)和對(duì)應(yīng)分值（表11），求出該項(xiàng)目運(yùn)行穩(wěn)定性的綜合得分為：=[B×V]=77.75。結(jié)合表1 劃分的分值區(qū)域，該項(xiàng)目的運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)評(píng)價(jià)定性等級(jí)為“基本穩(wěn)定/三級(jí)”，項(xiàng)目運(yùn)維穩(wěn)定程度還需進(jìn)一步優(yōu)化和提高。

4.6 準(zhǔn)確性檢驗(yàn)

為了驗(yàn)證該脫硫項(xiàng)目模糊綜合評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，調(diào)查人員對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行為期1年的跟蹤記錄。從2019年8 月份開(kāi)始至2020 年7 月份結(jié)束，歷經(jīng)春、夏、秋、冬四季，跟蹤調(diào)查的內(nèi)容包括：故障發(fā)生所屬范圍、故障名稱及原因、故障處理及結(jié)果等，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表14。

表14 項(xiàng)目跟蹤調(diào)查數(shù)據(jù)記錄

由項(xiàng)目跟蹤記錄和后果嚴(yán)重情況可以看出，當(dāng)電氣設(shè)施發(fā)生故障時(shí)，對(duì)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性影響最大，其他依次為儀表自動(dòng)化設(shè)施、工藝運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備與管道、公輔供應(yīng)，若對(duì)人的管理不到位也會(huì)使系統(tǒng)積勞成疾。及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并及時(shí)處理，可使系統(tǒng)維持良好的運(yùn)行狀態(tài)。調(diào)查結(jié)果與采用C-FAHP 法的評(píng)價(jià)結(jié)果一致，符合項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行情況，表明了C-FAHP 法的準(zhǔn)確性和適用性。

續(xù)表14

5 結(jié)語(yǔ)

本文以萊鋼燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)為例，采用因果分析法分析了石灰石膏法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性影響因素，并基于模糊層次分析法建立了運(yùn)行穩(wěn)定狀況評(píng)價(jià)模型，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并得出以下結(jié)論。

（1）對(duì)6 類一級(jí)指標(biāo)因素進(jìn)行分析和權(quán)重計(jì)算，得到脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性影響程度排序?yàn)椋弘姎庠O(shè)施、儀表自動(dòng)化控制、工藝運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備管道、公輔供應(yīng)、日常運(yùn)行維護(hù)。

（2）對(duì)案例進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)后，得到該項(xiàng)目綜合評(píng)分為77.75，運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)評(píng)價(jià)等級(jí)為“基本穩(wěn)定/三級(jí)”，系統(tǒng)穩(wěn)定性還需進(jìn)一步優(yōu)化與改進(jìn)。

（3）與跟蹤調(diào)查的結(jié)果比對(duì)，項(xiàng)目1年內(nèi)系統(tǒng)影響因素重要程度與采用C-FAHP法進(jìn)行綜合分析的結(jié)果一致，驗(yàn)證了該方法用于石灰石膏法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)具有較好的適用性。