袁武飛,吳海泓,洪銘建,劉志波,嚴朗平,歐陽小平,楊 旭

(1.廣東省特種設備檢測研究院揭陽檢測院，廣東 揭陽 522000；2.廣東省特種設備檢測研究院惠州檢測院，廣東 惠州 516003；3.廣東省特種設備檢測研究院河源檢測院，廣東 河源 517000)

垃圾焚燒發(fā)電作為一種資源化、無害化以及減量化的技術，在我國得到了迅猛發(fā)展，帶來了極大的經(jīng)濟與社會效益[1-3]。由于焚燒爐的工作環(huán)境惡劣，受壓部件直接與高溫高壓的水蒸氣接觸，并受到高溫火焰輻射及煙氣沖刷，易產(chǎn)生磨損、結垢、腐蝕、變形等缺陷，還可能出現(xiàn)結渣、堵灰的現(xiàn)象，更嚴重的將導致爆管甚至爆炸事故，造成嚴重的后果[4-5]。因此開發(fā)垃圾焚燒爐風險評估軟件系統(tǒng)，提出失效預警方案，對確保垃圾焚燒爐的安全運行，執(zhí)行預防性維修，具有重要意義[6]。

近年來，國內(nèi)外學者針對垃圾焚燒爐的失效模式和風險評估方面進行了研究。其中Lai等人[7]研究了城市生活垃圾焚燒爐的腐蝕影響因素，結果表明隨著熔融沉積物的增加加快了腐蝕速度。吳中師[8]從設備運行以及技術管理等方面，利用模糊綜合評價方法對電站鍋爐建立了一個多層次的結構模型。王哲芳等人[9]對垃圾焚燒爐受壓部件進行了分析，但未提出系統(tǒng)性安全評價方案。

本文針對垃圾焚燒爐進行風險評估，結合層次分析法與模糊綜合評價，建立風險評估體系。在理論的基礎上開發(fā)可視化界面，結合實際運行數(shù)據(jù)，驗證軟件準確性，為垃圾焚燒爐運行過程中提供修正性建議，并為風險評估的進一步研究提出新思路。

1 模糊綜合評價體系

1.1 模糊評價體系

本研究綜合考慮影響垃圾焚燒爐失效的各種可能形式，并結合我國實際的垃圾焚燒爐的運行狀況，在王哲芳等人[9]研究的基礎上，建立風險評估因素，如表1所示。包括高溫腐蝕、低溫腐蝕、飛灰腐蝕、熱疲勞、氧腐蝕、高溫蠕變、焊接缺陷以及垢下腐蝕等因素。該模型的基本思路是對給定因素集U，劃分8個子集，各個子集之間不相交，且劃分后的子集滿足公式(1)

(1)

式中Ui——因素集的子集，在本研究中表示高溫腐蝕、低溫腐蝕等失效形式。

在因素樹的基礎上，對垃圾焚燒爐的風險指標分為七個等級，分別為很嚴重、嚴重、較嚴重、一般、較輕微、輕微以及很輕微，作為風險等級的評判標準。

為確定評級對象的模糊關系，構造隸屬度矩陣R，表示為[10]

(2)

式中R——構造的隸屬度矩陣，對于單因素評價集可用向量表示

Ri={ri1,ri2,…,rim}(i=1,2,…,n)

(3)

表1 垃圾焚燒爐風險評估因素[9]

由于在實際運行過程中，垃圾焚燒爐各部件發(fā)生各種失效形式的概率并不均等，例如在高溫區(qū)域工作的部件易發(fā)生高溫腐蝕，在煙道中的部件易受到煙氣顆粒的影響導致飛灰磨損。且為了確?？陀^性，在建模的過程中，通過層次分析法引入評價部件的權重集，記為

A=(α1,α2,…,αn)

(4)

式中A——權重矩陣;

αi(i=1,2,…,n)——單因素的權重向量。

在上述研究的基礎上，考慮所有影響因素對評價對象的影響，確定權重矩陣A與隸屬度矩陣R后即可建立模糊綜合評價模型，即

B=A·R

(5)

式中B——綜合模糊評價指標。

1.2 軟件界面開發(fā)環(huán)境

本研究在Windows系統(tǒng)Anaconda3集成環(huán)境中應用Python3.6程序語言，實現(xiàn)層次分析法與模糊綜合評價，利用Pywebio數(shù)據(jù)庫建立可視化界面。硬件為CPU/intel(R) Core(TM) i7-8700，Memory/16G, Graphics Card/NVIDIA GeForce GTX 1660。

2 結果和討論

2.1 軟件界面開發(fā)

本節(jié)在上述理論分析的基礎上，開發(fā)垃圾焚燒爐評價體系的可視化界面，操作流程圖如圖1所示。圖2展示了軟件的主界面：首先輸入用戶名和密碼后，填寫相關基礎信息；然后進入評價系統(tǒng)，請專家對一級指標與二級指標進行評級，在此處以高溫腐蝕為例。

圖1 軟件操作流程

圖2 軟件界面功能示意圖

2.2 實例分析

本研究根據(jù)某垃圾焚燒爐實際運行數(shù)據(jù)對其開展風險評估，測試軟件準確性。該垃圾焚燒爐共有5個一次風口，分別通入流量為3 148 m3/h、4 374 m3/h、9 579 m3/h、10 952 m3/h以及4 093 m3/h的預熱空氣，主蒸汽壓力為6.4 MPa，從左至右三個煙氣通道的寬度分別為4.00 m、2.82 m、2.54 m，爐排總長為9.86 m，傾斜角度21.1°，垃圾在爐排上的運行速度為12 m/h，停留時間約為49.3 min。

本次評估的對象為垃圾焚燒爐的第一煙道頂棚管。該煙道共有三個測點，測點溫度分別為783 ℃、775 ℃以及810 ℃。由于頂棚管受熱面直接與高溫氣體接觸，易發(fā)生高溫腐蝕，且煙氣中可能會存在由于不完全燃燒而產(chǎn)生的顆粒，使得受熱面易發(fā)生磨損，因此在本研究中高溫腐蝕以及飛灰磨損的權重較其他因素高。

運用模糊評價對垃圾焚燒爐第一煙道頂棚管的風險進行有效評估。為增加結果的真實性，本次研究邀請7名專家開展調(diào)查分析，此處以高溫腐蝕以及飛灰磨損二級指標的權重矩陣為例，分別表示為式(6)至式(7)，各因素一級指標權重是通過層次分析法求出，如式(8)所示

α1=(0.14,0.29,0.14,0.36,0.07)

(6)

α3=(0.45,0.18,0.27,0.1)

(7)

A=(0.21,0.10,0.25,0.04,0.13,0.1,0.13,0.04)

(8)

軟件的運行結果如圖3所示，根據(jù)目前的評估情況可知垃圾焚燒爐運行失效后果很嚴重、嚴重以及較嚴重的失效可能性之和不足19%，表明垃圾焚燒爐發(fā)生嚴重事故的可能性較小。此外結合現(xiàn)場調(diào)查結果，表明該垃圾焚燒爐確實處于正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)，沒有出現(xiàn)高溫腐蝕、飛灰腐蝕等情況，表明程序評價結果與實際符合，驗證結果正確性。

圖3 專家評審垃圾焚燒爐失效后果與失效可能性

在實際運行過程中現(xiàn)場可能缺少專家進行評判，可通過增加調(diào)查人數(shù)來增強結果的真實性。在上述基礎上，本研究選取39名經(jīng)驗豐富的運行人員對垃圾焚燒爐的風險狀況進行評估，軟件運行結果如圖4所示。

圖4 運行人員評審垃圾焚燒爐失效后果與失效可能性

由圖4中可以看出，垃圾焚燒爐失效后果很嚴重、嚴重以及較嚴重的可能性之和不超過25%，表明垃圾焚燒爐運轉(zhuǎn)正常，發(fā)生嚴重事故的可能性較小。當軟件評價結果表明垃圾焚燒爐失效可能性大，后果嚴重時，可采取降低垃圾焚燒爐負荷、減少垃圾的供給量等操作，待停爐后，進行針對性的檢查，執(zhí)行預防性維修，避免被動停爐和嚴重事故的發(fā)生。

3 結論

本文通過模糊綜合評價方法結合層次分析法，對垃圾焚燒爐的失效風險進行評估，在理論的基礎上，結合面向?qū)ο笳Z言開發(fā)風險評估的可視化界面，并結合實際垃圾焚燒爐運行實例，利用該軟件對垃圾焚燒爐的失效后果進行了評估，分析了失效可能性及失效后果的程度。本研究得出主要結論如下：

(1)通過少數(shù)專家的研判，即可準確地評估垃圾焚燒爐的風險狀態(tài)，與實際運行結果一致。當專家數(shù)量不足時，通過多名經(jīng)驗豐富的運行人員進行評估，同樣可以得到準確的結果。

(2)當垃圾焚燒爐風險評估軟件的計算結果表明當前焚燒爐失效可能性大，后果嚴重時，可采取降低垃圾焚燒爐負荷、減少垃圾的供給量等操作，待停爐后，進行針對性的檢查，執(zhí)行預防性維修，避免被動停爐和嚴重事故的發(fā)生。

(3)根據(jù)該軟件的評價結果，能夠預警垃圾焚燒爐失效部位，執(zhí)行預防性維修，避免被動停爐。為垃圾焚燒爐風險評估的進一步發(fā)展提供新的研究思路。