垃圾焚烧技术的模糊数学综合评价

摘要:为探索一种能全面、客观地评价垃圾焚烧工艺的方法,对现有垃圾工艺给出有参考意义的评价,建立了垃圾焚烧技术模糊评价的数学模型,并对四类具有代表性的垃圾焚烧技术进行评价,得出:四种垃圾焚烧技术对我国国情及城市垃圾特点的适应性整体上处于中下水平;对于较大规模的垃圾处理工程,在经济条件允许的地区,机械炉排炉焚烧技术是当前优先推荐的垃圾焚烧技术;从整体上看热解气化焚烧炉技术最具应用潜力,有很大的研究价值。

关键词:垃圾焚烧技术;固体废弃物;模糊数学

1、前言

在我国随着城市化进程的加快和城市规模的不断扩大,城市垃圾产量已经相当可观,城市垃圾处理技术是当今环境保护领域研究的一个热点问题。焚烧技术是实现垃圾减量化、无害化、能源化的一个重要手段。在当今国际、国内日益重视环保的大环境下,采用垃圾焚烧技术具有必要性和可能性。我国学者近些年来做了大量研究,从国外引进并自己开发了多种垃圾焚烧技术。全面、客观地评价垃圾焚烧工艺,在垃圾焚烧技术的选择和应用过程中是非常重要的,本文将运用模糊数学综合方法对流化床焚烧炉技术、回转窑焚烧炉技术、机械炉排炉焚烧技术及热解气化焚烧炉技术四类具有代表性的垃圾焚烧技术进行评价,为垃圾焚烧技术的选择和应用提供参考。

2、模糊综合评价的方法和步骤

综合评价涉及三个要素:

评价对象集合:X={x1,x2…,xn}

决断集合:Y={y1,y2…,yn}

单因素决断矩阵R=(rij)n×m。

本文中,流化床焚烧炉技术、回转窑焚烧炉技术、机械炉排炉焚烧技术及热解气化焚烧炉技术组成了评价对象集合。选择如下决断集合:Y={优,中,差｝相应记分为(3,2,1)。

2.1 评价指标体系的建立

评价垃圾焚烧工艺,需要考虑包括燃烧后污染物的产生情况、工程投资,运行费用等多项环境和经济因素。同时由于我国目前大多数城市垃圾具有无机成分高于有机成分、可燃份含量较少、垃圾含水率较高、垃圾的燃烧热值较低的特点,因此在评价垃圾处理工艺时还需考虑该工艺对我国垃圾的热值适应性。

垃圾焚烧产生的污染物包括CO、HC1、SOx、NOx、重金属、二恶英等,其中重金属、二恶英在后继的烟气处理中是较难去除的,并且具有极强的危害性,为避免因评价指标过多而分散权重,仅选用这两种重要污染物质作为污染物评价指标。

本文最后构建的评价指标体系包括:重金属的产生情况、二恶英的产生情况、燃料适应性、处理能力、设计制造水平、对我国垃圾的热值适应性、运行操作费用、初投资8项评价指标,其中设计制造水平指的是某项工艺设备的生产供应情况。在确定各因素权重时利用等级层次结构模型,应用层次分析法,同时考虑专家意见。计算得出各因素权重,如表1。

2.2 矩阵的复合

按照算子B=A·R进行矩阵的复合,其中A为权重模糊子集,可以得如下结果:

B1=(0.050,0.505,0.444)

B2=(0.155,0.585,0.259)

B3=(0.322,0.483,0.185)

B4=(0.313,0.576,0.111)

三个等级的评分集为P=(3,2,1),P向量分别与B1、B2、B3、B4求内积得到四种工艺的综合评分值分别为:1.606、1.896、2.147、2.202。

3、计算结果讨论

从综合评分值看,四种垃圾焚烧技术的最高值为2.202,接近中等水平,即对于我国国情来说,这四种垃圾焚烧工艺的适应程度整体上处于中下水平,这一结果说明,今后迫切需要对现有的垃圾焚烧处理工艺进行改进创新,研制出更适合我国国情的垃圾焚烧处理技术,目前已经有许多科研单位及学者致力于这方面的研究,并取得一定的成果[1]～[4]。

四种垃圾焚烧技术中综合评分值最高的是热解气化焚烧炉技术。本文在对各评价指标赋权时,将二恶英的产生情况、重金属的产生情况及运行操作费用都列为最重要的评价指标,而热解气化焚烧炉技术的一个突出特点就是低污染,同时,在四种垃圾焚烧工艺中热解气化焚烧炉技术的运行操作费用处于中等水平,而其它三种技术,除回转窑焚烧炉技术运行操作费用相对较低外,流化床焚烧炉技术和机械炉排炉焚烧技术的运行操作费都较高,除此之外热解气化焚烧炉技术的燃料适应性较广,初投资也不高于其他三种垃圾焚烧技术,这样便可说明气化焚烧炉技术综合评分较高的原因。以上分析表明从整体上看热解气化焚烧炉技术是最具应用潜力的技术,但该技术在处理含水率超过50%的垃圾时需要投入辅助燃料才能稳定燃烧[1],而我国城市垃圾成分十分复杂,热值低,含水率高,且地区差异较大,因此热解气化焚烧炉技术在我国的广泛应用目前来说还有一定困难。而从模糊综合评价结果看,该项技术具有很大的研究价值,随着国内外相关技术的成熟及我国垃圾成分的改善和热值的提高,热解气化焚烧炉技术的应用前景将越来越广阔,对于热解气化焚烧炉技术的研究则应侧重于提高其对低燃烧热值垃圾的适应性方面。

机械炉排炉焚烧技术的综合评分略低于热解气化焚烧炉技术。相对热解气化焚烧炉技术来说机械炉排炉焚烧技术的缺点是运行操作费用和初投资相对较高,但机械炉排炉焚烧技术发展较为成熟,对垃圾热值适应范围广,处理规模相对较大,尽管其综合评分略低于热解气化焚烧炉技术,结合我国目前的实际情况,仍认为对于较大规模的垃圾处理工程来说,在经济条件允许的地区,机械炉排炉焚烧技术是当前优先的垃圾焚烧技术,而今后对于机械炉排炉焚烧技术的研究也应侧重于操作运行的简便化及降低设备成本方面。

从整体上看,流化床焚烧炉技术和回转窑焚烧炉技术不具备大规模应用的条件,但这两种工艺仍然具有各自的优点和应用价值。流化床焚烧炉技术发展较为成熟,在处理燃烧发热值低、含水率高的垃圾时具有一定优势,可以同其它技术结合应用;回转窑焚烧炉技术的运行操作费用则相对较少,在经济条件极不发达的地区可以考虑使用。

参考文献:

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