垃圾焚烧厂布袋式除尘系统运行稳定性分析数学建模论文Word文档下载推荐.docx
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垃圾焚烧厂布袋式除尘系统运行稳定性分析
摘要
如今垃圾问题在我国已日趋严重，以垃圾焚烧方法处理生活垃圾已是我国社会维持可持续发展的必由之路，依靠垃圾焚烧厂发电已经成为一种常态。
在垃圾焚烧厂用布袋式除来降低对周边环境的影响，但对于布袋式除尘系统的稳定性还有待于提高改善。
本文针对垃圾焚烧厂布袋式除尘系统运行稳定性问题运用了模糊数学综合评价法，通过收集处理分析数据，构建了三个模糊矩阵，对除尘系统影响烟尘排放量的温度、压强、布袋损坏率等其他因素进行了分析计算，并运用熵权法求出各影响因素的权重。
对问题一我们查找了国家标准对垃圾焚烧厂排放污染物的限制，结合深圳市某电力公司公布的烟尘污染物等排放数据分析，再加上先前建立的稳定性模型得到了一个较为准确的环境上限范围。
在设置环境保护综合监测方案时，引入高斯模型，利用模拟测算布点法，同时结合布点法进行修正，得到设置检测站的方法，最终我们向政府提出了一个有效具体可操作性强的方案。
对问题二我们利用附件二和收集来的数据带入稳定性模型进行了综合评价，再根据对比分析，得到了一个合理的结果。
关键字：
稳定性层次分析模糊综合评价法熵权法高斯模型
。
一、问题重述
1.1问题背景
今天，以焚烧方法处理生活垃圾已是我国社会维持可持续发展的必由之路。
然而，随着社会对垃圾焚烧技术了解的逐步深入，民众对垃圾焚烧排放污染问题的担忧与日俱增，甚至是最新版的污染排放国标都难以满足民众对二恶英等剧毒物质排放的控制要求（例如国标允许焚烧炉每年有60小时的故障排放时间，而对于焚烧厂附近的居民来说这是难以接受的）。
事实上，许多垃圾焚烧厂都存在虽然排放达标，但却仍然扰民的现象。
国标控制排放量与民众环保诉求之间的落差，已成为阻碍新建垃圾焚烧厂选址落地的重要因素。
而阻碍国标进一步提升的主要问题还是现行垃圾焚烧除尘工艺存在缺乏持续稳定性等重大缺陷。
另外，在各地不得不建设大型焚烧厂集中处理垃圾的情况下，采用现行除尘工艺的大型焚烧厂即便其排放浓度不超标，却仍然存在排放总量限额超标的问题，也会给当地的环境带来重大的恶化影响。
总之，现行垃圾焚烧除尘工艺不能持续稳定运行的缺陷，是致使社会公众对垃圾焚烧产生危害疑虑的主要原因。
因此，量化分析布袋除尘器运行稳定性问题，不仅能深入揭示现行垃圾焚烧烟气处理技术缺陷以期促进除尘技术进步，同时也能对优化焚烧工况控制及运行维护规程有所帮助。
1.2问题提出
（1）如果给定焚烧厂周边范围单位面积排放总量限额（地区总量/地区面积），在考虑除尘系统稳定性因素的前提下，试分析讨论焚烧厂扩建规模的环境允许上限是多少？
并基于你的分析结果，向政府提出环境保护综合监测建议方案；
（2）如果采用一种能够完全稳定运行、且除尘效果超过布袋除尘工艺的新型超净除尘替代工艺，你的除尘模型稳定性能提升多少？
二、问题分析
2.1问题1的分析
问题1要求我们在给定焚烧厂周边范围的单位面积排放总量限额下，考虑除尘系统的稳定性下，给出焚烧厂扩建的环境允许上限。
首先要建立关于布袋式除尘系统的稳定性模型，我们采取了模糊综合评价法，找出了几个对除尘稳定性影响较大的因素，再根据题目附件1中的数据进行量化分析得到模糊矩阵，然后用熵权法求出了各个因素对稳定性影响的权重，接着对布袋式除尘系统进行了稳定性评估，并根据国标对焚烧厂污染气体排放的上限进行了分析，在处理数据后结合除尘系统稳定性模型得到了一个环境上限的范围。
最后利用高斯模型对环境进行了动态监测并向政府提出了环境综合保护监测的建议方案。
2.2问题2的分析
用一种新型超净除尘替代工艺后除尘模型的稳定性会提升多少，我们准备利用前面建立的布袋式除尘系统的稳定性模型，将附件2中的部分数据带入对各项影响因素进行处理分析得到最后稳定性能的提升。
三、模型假设
3.1基本假设
（1）假设布袋的滤料是同一材质，因为滤料的不同会影响布袋除尘的效率及系统的稳定性。
（2）假设烟尘所含颗粒物半径都为1，且烟尘气体中无腐蚀性和易燃性等其他危险气体，烟尘中颗粒越大就会导致布袋间阻力越大，同样会影响布袋的稳定性。
（3）假设除尘系统无漏风现象，系统运行时电压稳定。
四、符号说明
模糊矩阵，=1,2,3
对数据标准化处理的指标，=1,2,3
指标数据标准化后的值
数据信息熵，=1,2,3
指标权重，=1,2,3,
模糊矩阵下的稳定性分数，=1,2,3
处的常规污染物的质量浓度
处的特殊污染物的质量浓度
污染源源强
污染源的有效高度
方向的大气扩散参数
五、模型建立与求解
5.1模型的建立
5.1.1运用模糊数学法[1]建立了关于布袋式除尘系统运行稳定性等级评估模型
（1）因素集：
1温度集：
{进口烟温，出口烟温，布袋运行承受温度}
2压强集：
{喷吹压力，强制吹灰压力，布袋差压}
3其他因素集：
{过滤风速，布袋更换数量（每一个月），布袋更换前后烟尘减少量}
（2）评价集：
{类稳定性较好，类稳定性一般，类稳定性较差}
注：
假定类稳定性为80%，类稳定性为50%，类稳定性为30%
（3）模糊关系矩阵：
隶属度组成的矩阵，，。
由各个因素对稳定性的评价见下表1，表2，表3：
稳定性等级
温度因素
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
T1（进口烟温）单位：
172.5
200
220
T2（出口烟温）单位：
190
195
T3（布袋运行承受温度）单位：
270
260
表1
压力因素
P1（喷吹压力）Mpa
0.2
0.3
0.4
P2（强制吹灰压力）
P3（布袋压差）
1.0
1.3
1.6
表2
其他因素
V（过滤风速）单位：
0.8
D（布袋更换数量/每月一个）单位：
个
3.0
10.0
C（布袋更换前后烟尘减少量）单位：
30.0
20.0
表3
由上表可得模糊矩阵[3]:
（4）用熵权法确定权重系数
①数据标准化
将各个指标的数据进行标准化处理。
假设给定了3个指标，其中,,。
假设对各指标数据标准化后的值为，，。
公式如下：
②求各指标的信息熵
根据信息论中信息熵的定义，一组数据的信息熵
其中
如果，则定义。
③确定各指标权重
根据信息熵的计算公式，计算出各个指标的信息熵为，，，则通过信息熵计算各指标的权重：
④由以上公式可得评价权重：
⑤评估分数：
由公式可得每一个模糊矩阵下的稳定性分数，，
[235.3600，241.7600，245.8800]
[0.4400，0.6000，0.7600]
[0.0213，0.9334，3.0445]
（5）稳定性范围
根据题目中表1某厂除尘器基本运行状况和表2某某厂2014年底至2016年初布袋厂家及相关参数可知1#炉和2#炉进口烟温都是220，出口烟温都是195，1#炉布袋差压1350，出口负压2900，2#炉布袋差压为1650，出口负压3000和其他数据可得温度稳定性为级，压力稳定性为级，其他因素稳定性也为级。
则可知稳定性为45%~55%的范围。
5.2模型的求解
5.2.1借用深圳妈湾电力有限公司的烟气排放数据来分析焚烧厂扩建的环境允许上限
（1）深圳妈湾电力有限公司的烟气排放数据见附件1，下表4是生活垃圾焚烧污染控制标准GB18485-2014。
表4生活垃圾焚烧炉排放烟气中污染物限值
序号
污染物项目
限值
取值时间
1
颗粒物（mg/m^3）
30
1小时均值
20
24小时均值
2
氮氧化物（NOx）（mg/m^3）
300
250
3
二氧化硫（SO2）（mg/m^3）
100
80
4
氯化氢（HCl）（mg/m^3）
60
50
5
汞及其化合物（以Hg计）（mg/m^3）
0.05
测定均值
6
镉、铊及其化合物（以Cd+Ti计）（mg/m^3）
0.1
7
锑、砷、铅、铬、钴、铜、锰、镍及其化合物
（以Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni计）（mg/m^3）
8
二噁英类（ngTEQ/m^3）
9
一氧化碳（CO）（mg/m^3）
1小时测定
24小时测定
（2）计算环境上限
在此假设深圳妈湾电力有限公司除尘系统是处于第一类稳定的，由数据计算可得：
颗粒物上限为16.9~19.4（）
氮氧化物上限为260~300（）
二氧化硫上限为65~75（）
以上上限均为一小时均值
5.3环境保护综合检测方案
5.3.1采用高斯模型[2]对环境综合监测
（1）监测区域环境数据预处理
监测区域环境数据预处理是建立测算布点模型进行监测点设置所必须的准备工作。
监测区域的环境状况主要包括气象条件、地形特征、功能区分布3个方面。
预处理的过程是采用统计学方法定量描述监测区域环境状况。
1气象条件
常见的气象条件包括了风、温度、降水、大气稳定度、湍流等，在气象条件分析时应依据监测区域常年统计数据进行分析判断，从而建立准确合适的模拟测算模型。
以深圳市宝安区拟建的垃圾焚烧厂（谷歌地图坐标22.6860
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