李小良1罗兆生1莫家国1李盛好1陶积勇2卢昌锐2
(1.广西壮族自治区特种设备检验研究院桂林分院;2.桂林市淦隆环保科技有限公司)
摘要利用模糊层次分析法建立优选小型工业锅炉燃料的层次结构模型，计算出综合权重。优选出适合桂林市小型工业锅炉的燃料，不仅能达到国家相关的热效率限定值和大气污染排放标准，还可提高锅炉热效率、降低运行成本，实现节能降耗。 关键词小型工业锅炉燃料模糊层次分析法
中图分类号TQ052.76文献标识码A
目前，桂林市在用锅炉约400台，其中额定蒸发量l~4t/h的占比80%，因国家环保政策的实施，已经明令禁止受理安装额定蒸发量20t/h以下的燃煤锅炉，原有的额定蒸发量10t/h以下的燃煤锅炉全部要求改烧生物质颗粒料或其他清洁能源，锅炉的热效率和排放须达到国家相关节能标准［1~3］和排放标准⑷，而且只要天然气管道铺设到锅炉使用企业的附近，所有额定蒸发量10t/h以下的锅炉都被要求改为燃气锅炉$因此，生物质颗粒料也是过渡性的燃料。
泛光照明锅炉燃料的选择是锅炉运行成本的主要因素，也是投资者关注的重点，要综合考虑国家政策、燃烧产物的环保性、锅炉的热效率、设备成本(包含搬迁或改造成本)、燃料成本、人工/维护成本以及燃料的安全性等因素［5~11］，因此锅炉燃料的选择是多目标多因素问题$笔者采用模糊层次分析法［12~1/］综合考虑以上因素对锅炉燃料进行优选，优选出适合桂林市的在用小型工业锅炉燃料$
1模糊层次分析法
模糊层次分析法和层次分析法⑷都是定性与定量相结合的系统分析方法［12~14］，而前者由后者改进而来$模糊层次分析法是经过一系列的分解%组合后，应用矩阵特征向量求解各组成元素优选
文章编号0254-6094(2020)06-0842-05
的相对权重，递阶归并各个备选方案对总目标层的相对权重，根据权重的大小优化或优选出最佳方案［12］$
1.1建立层次结构模型
根据锅炉燃料类型的不同属性分解、组合成若干组，形成不同层次，建立优选锅炉燃料的层次结构模型$将锅炉燃料优选模型作为目标层、锅炉燃料特性作为准则层、燃料种类作为方案层的方式排列起来，而且采用该方法可以对多目标问题的决策进行评价与优选［12］$ 1.2建立模糊判断矩阵
设元素«1，«2，…，！”的优先关系矩阵为#=［$%■，%=1，2，(，”；=1，2，(，”}$将元素!，与元素！进行比较时，用0~1标度对元素％、！具有的模糊关系的隶属度进行定量描述［12］：
/%■=
1——
n c
表小因素!优于因素!
0.5表示因素!与因素!优劣相同(1)
十一E士
劣于因素!
民商法争鸣0表示、因素!
由此可建立模糊判断矩阵F：
&11…九
#二
fll fa…％”
(2)
…fnn
基金项目：广西科技计划项目(GXKJJH2017004)。
作者简介：李小良(1987-)，工程师，从事承压类特种设备检验检测工作，182****************
1.3建立模糊一致判断矩阵
而0~1标度构成的模糊矩阵，各元素模糊关
系的隶属度满足：厶坊=1忆=0.5，即％为模糊互补
矩阵问。对模糊互补矩阵％进行按行求和，记为:
!
齐，"=
1,2,…,( (3)
j = 1
并施以数学变换［12］:
r,= *
(；?i )+0.5, i '1,2，…，”;j'1,2，…,(
(4)
即可将模糊互补矩阵％转换为对应的模糊一
致判断矩阵+［21］：
&11 &12 (1)
1.4层次单排序
对于锅炉燃料特性的任一元素而言，利用判 断矩阵计算出锅炉燃料及其特性的各元素重要
性的优先权重即为层次单排序，它是锅炉燃料所 有元素针对锅炉燃料特性而言的重要性进行排
序的结果。同理，对锅炉燃料优选模型而言，锅炉与龙同行
燃料特性与锅炉燃料优选模型的同层元素重要
性的优先权重也称之为层次单排序。权重以，表
示，计算公式为［12］：
!唱-&
肥'' = ((”；)，"=1,2,&,(
(6)
1.5层次总排序
锅炉燃料所有元素对锅炉燃料优选模型的
相对重要性的排序权值即为层次总排序。锅炉燃
料特性各要素对于锅炉燃料优选模型的中排序
的数值分别表示为，&、，2、…、，”
，而锅炉燃料各 元素对锅炉燃料特性指标的中排序结果表示为
,、％、&、〃”
，则层次总排序为［12］：
,1,2
, &…,#2 …
• ,1,2,1,2
=
.1
.
2
炉”--図” 一，”
式中.一各种锅炉燃料对优选锅炉燃料模型
的综合权重；
，—各锅炉燃料特性指标对锅炉燃料优 选模型的相对权重;
，—— 各种锅炉燃料对锅炉燃料特性指
标的相对权重。
各种锅炉燃料的综合评价用.中的各个元素 值的大小排序，根据层次总排序向量，即可选出
最优的锅炉燃料为［12］：
/=max {.［,.2,…，.” +
(8)
2锅炉燃料的优劣性量化
桂林市在用锅炉燃料分别有：生物质颗粒
料、天然气、柴油、醇基燃料、煤和电(因用电锅炉
成本太高，选择电力锅炉用户过少，故不将此项
列入比较)，再综合考虑桂林市在用锅炉不同燃
料的锅炉排放环保性、热效率、设备成本、燃料成
本、人工/维护成本和安全性，归纳出桂林市在用
锅炉燃料的优劣性列于表1 %
表1锅炉燃料的优劣性
项目
醇基柴油天然气
生物质煤燃料
颗粒料
环保性优优优良差热效率
优优优良
差
设备成本良良良优优燃料成本良
差
良
良优人工/维护成本
优优优差
差
安全性
优
优
良
优优
根据桂林市在用锅炉燃料的优劣性指标，令
优为9、良为7、差为3，把表1中的5种燃料优劣性心理月刊杂志
逐一量化，具体数值见表2%
表2锅炉燃料优劣性的量化值
项目
醇基柴油天然气
生物质煤
燃料
颗粒料
环保性99973热效率
99973设备成本
77
799燃料成本
73
77
9
人工/维护成本
9993
3安全性
9
9
7
9
9
3优选锅炉燃料
3.1 建立优选锅炉燃料的层次结构模型
针对桂林市在用锅炉燃料的选型问题，结合
燃料类型的性能和期望达到的效果!对目前桂林市在用锅炉的5种常用燃料进行优选，考察锅炉燃料的6种特性对5种锅炉燃料的关系，建立的层次结构模型如图1所示。
图1锅炉燃料优选的层次结构模型
3.2建立优选锅炉燃料的模糊判断矩阵
根据在用锅炉燃料的特点、企业的需要和所期望达到的目的，燃料指标的重要性排序为：锅炉排放环保性&热效率&设备成本〉燃料成本&人工/维护成本〉安全性o由式(1)、(2)可得模糊判断矩阵！(锅炉燃料特性对锅炉燃料优选模型)为：
0.5 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
0.00.5 1.0 1.0 1.0 1.0医学对同性恋的定义
F二0.00.00.5 1.0 1.0 1.0 0.00.00.00.5 1.0 1.0 0.00.00.00.00.5 1.0 0.00.00.00.00.00.5
根据表2，建立锅炉燃料类型到锅炉燃料特性指标的模糊矩阵片卫皿也卫也：
0.5 0.50.5
0.5
0.5
0.5
1.0
1.0
1.0
1.0
F1(0.50.50.5 1.0 1.0
0.00.00.00.5 1.0
0.00.00.00.00.5
0.50.50.5 1.0 1.0
0.50.50.5 1.0 1.0 F(0.50.50.5 1.0 1.0
0.00.00.00.5 1.0
0.00.00.00.00.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.0
0.0
0.0
0.0
F*(0.50.50.50.00.0
1.0 1.0 1.00.50.5
丄0 1.0 1.00.50.5
0.5 1.00.50.50.0
0.00.50.00.00.0
F+(0.5 1.00.50.50.0
0.5 1.00.50.50.0
丄0 1.0 1.0 1.00.5
0.50.50.5 1.0 1.0
0.50.50.5 1.0 1.0
F5(0.50.50.5 1.0 1.0
0.00.00.00.50.5
0.00.00.00.50.5
0.50.5 1.00.50.5
0.50.5 1.00.50.5
F(0.00.00.50.00.0
0.50.5 1.00.50.5
0.50.5 1.00.50.5
3.3构建选型的模糊一致判断矩阵
极品五笔2009根据式(3)〜(5)可得锅炉燃料特性对锅炉燃料优选模型的模糊一致判断矩阵"为：
0.50.60.70.80.9 1.0
0.40.50.60.70.80.9
0.30.40.50.60.70.8
0.20.30.40.50.60.7
0.10.20.30.40.50.6
0.00.10.20.30.40.5
用同样的方法将锅炉燃料类型到锅炉燃料特性指标的模糊矩阵F1、F2、F3、F4、F5、F6，转换为锅炉燃料类型到锅炉燃料特性指标的模糊一致判断矩阵"1、"2、"3、"4、"5、"6：
0.500
0.500
0.500
0.500
0.500
0.500
0.750
0.750
0.875
0.875
"1(0.5000.5000.5000.7500.875
0.2500.2500.2500.5000.625
0.1250.1250.1250.3750.500
0.5000.5000.5000.7500.875
0.5000.5000.5000.7500.875
"2(0.5000.5000.5000.7500.875
0.2500.2500.2500.5000.625
0.1250.1250.1250.375
0.500
0.500
0(5000(5000(1880(1880(500
0(5000(5000(1880(188!3=0(500
0(5000(5000(188
0(188
0(8130(8130(8130(5000(5000.813
0(813
0(813
0(5000(5000.5000(7500(5000(5000(2500(250
0(5000(2500(2500(000^4=0(500
0(7500(5000(5000(2500(5000(7500(5000(5000(2500.7501(000
0(7500(7500(5000.500
0(5000(5000(8130(8130(500
0(5000(5000(8130(813!)=0(500
0(5000(5000(813
0(813
0(188
0(1880(1880(5000(5000.1880(188
0(188
0(5000(5000.500
0(5000(8130(5000(5000(500
0(5000(813
0(5000(500!6=0(188
0(188
0(5000(188
0(188
0(5000(5000(8130(5000(5000.500
0(500
0(813
0(500
0(500
3.4 燃料类型的层次单排序
根据式(6)求得锅炉燃料特性对锅炉燃料优
选模型的模糊一致判断矩阵！的权重"为:
"&[0.217 0.197 0.177 0.157 0.137 0.117]T
同样求得锅炉燃料类型到锅炉燃料特性指
标的模糊一致判断矩阵!、心、！%、！/、！)、！$对应
的权重分别为:
"[& [0.231 0.231
0.231 0.169 0.138]T
",= [0.231 0.231 0.2310.169 0.138]T
"3= [0.169 0.169 0.169 0.247"4& [0.200 0.138
0.200 0.200 0.263]T
"5=[ 0.231 0.231 0.231
0.153 0.153]T
"6= [0.216 0.216 0.138 0.216
0.247] T
0.216]T
3.5燃料选型的层次总排序
由式(7)可以确定优选锅炉燃料模型的层次
总排序为:
0.2310(2310(1690(2000(2310(2160(2310(2310(1690(138
0(2310(2160(2310(2310(1690(2000(2310(1380(169
0(1690(2470(200
0(1530(2160.138
0(138
0(247
0(2630(153
0(216
[
0(2140(2040(205
0(191
0(188] T
0.2170.1970(1770(1570(137
0.117
依据式(8)& =max{'1,',', '4，'5}=0-214, 可确定醇基燃料的综合权重最大，即桂林市在用
小型工业锅炉最优的燃料为醇基燃料。5种锅炉
燃料的选型相对优先顺序为：醇基燃料〉天然气〉
柴油〉生物质颗粒料〉煤。
综合考虑不同燃料的锅炉尾气排放环保性、
热效率、设备成本、燃料成本、人工/维护成本和安 全性后, 可优先选择醇基燃料用于小型工业锅
炉。醇基燃料比其他燃料更安全、经济，完全可以
实现安全、环保且节能的目的，而且后续若因环
保政策的实施需改用其他的气体或液体燃料时,
只需改造燃烧器，改造成本较低。因此，选用醇基 燃料作为桂林市小型工业锅炉的燃料是一个最
优方案。
4结论
4.1利用模糊层次分析法建立桂林市小型锅炉
燃料的层次模型结构, 计算相对权重与综合权 重，根据综合权重的大小，选出了桂林市小型工 业锅炉的最优燃料为醇基燃料。
4.2选用醇基燃料作为桂林市小型工业锅炉的
燃料，可以实现安全、环保、节能且经济的目的。
4.3 利用模糊层次分析法优选小型工业锅炉燃
料模式，在其他地区具有一定的参考及推广价
值。
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(收稿日期：2020-02-25，修回日期：2020-03-23)
Optimization of Fuels for Guilin Small Industrial Boilers
Based on Fuzzy Analytic Hierarchy Process
LI Xiao-liang1,LUO Zhao-sheng1,MO Jia-guo1,LI Sheng-hao1,
TAO Ji-yong2,LU Chang-rui2
(1.Guangxi Special Equipment Supervision and Inspection Institute Guilin Branch；
2.Guilin Ganlong Environmental Protection Technology Co.,Ltd.)
Abstract Making use of fuzzy analytic hierarchy process to establish a hierarchical structure model was performed to optimize the fuels for small industrial boilers,including the calculation of comprehensive weight.The results showed that,the selected fuels which suitable for small industrial boilers in Guilin can meet national limits of thermal efficiency and air pollution emission standards,an
d improve the thermal efficiency of boilers,reduce boiler operating costs and achieve energy conservation.
Key words small industrial boiler,fuels,fuzzy analytic hierarchy process,optimization
(Continued from Page807)
Abstract In this paper,having FEM adopted to simulate the pre-stress of mixer system under load condition was performed,including modal analysis of mixer system under pre-stress to get1st to10th fundamental frequencies.Taking motor's rotational frequency,shaft's rotational frequency,fluid's frequency while flowing through the baffles and vanes and its impact frequency as the exciting frequency which obtained by transforming or calculating the frequencies of mixer system in working status and then comparing the exciting frequency with the natural frequency of mixer system showed that,the exciting frequencies are out of±20%of the1st to10th fundamental frequencies of mixer system respectively and in the working status,the mixer system doesn't resonate.
Key words mixer system,pre-stress simulation,modal analysis,intrinsic frequency,exciting frequency, resonate
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