PDCA循環(huán)在煤粉爐污染物減排中的應用

崔豫泓

(煤科院節(jié)能技術(shù)有限公司，北京 100013)

在碳達峰、碳中和背景下，需要加快優(yōu)化我國能源產(chǎn)業(yè)及結(jié)構(gòu)，但煤炭的主體地位短時期不會發(fā)生明顯變化，節(jié)能減排是如期實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的關(guān)鍵支撐。近日，國務院印發(fā)的“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案指出，到2025年大氣污染防治重點區(qū)域燃煤鍋爐要全面實現(xiàn)超低排放，降低煤粉鍋爐污染物排放依然是當前工作的重中之重。

PDCA循環(huán)是質(zhì)量持續(xù)改進的一種方法，該循環(huán)研究起源于20世紀20年代，后被美國質(zhì)量管理專家戴明博士進一步發(fā)展并運用于持續(xù)改善產(chǎn)品的質(zhì)量，所以又稱戴明循環(huán)[1]。它包括持續(xù)改進與不斷學習的四個循環(huán)反復的步驟，即計劃(Plan)、執(zhí)行(Do)、檢查(Check/Study)、處理(Act)。它既是一個循序漸進的流程，也是一個反復的過程和可量化的過程[2-3]。

煤科院節(jié)能技術(shù)有限公司承擔著B礦煤粉鍋爐房的運行服務工作，該鍋爐房配套7臺蒸汽煤粉工業(yè)鍋爐，可提供180 t/h蒸汽量，自2010年陸續(xù)投入運行以來，共產(chǎn)蒸汽超過100萬t。經(jīng)第三方測試，鍋爐熱效率達90%以上，節(jié)煤率達30%。相較于鏈條爐，在同樣蒸發(fā)量的情況下，實現(xiàn)節(jié)電142.86萬kW·h，節(jié)煤3.07萬t，CO2減排6.8萬t，SO2減排385.71 t，煙塵減排208.85 t。自投產(chǎn)以來，除偶爾出現(xiàn)污染物排放超標現(xiàn)象外，環(huán)保設備一直正常運行，達標排放。然而，2020年以來，隨著排污生產(chǎn)許可證的下發(fā)、排放標準的提高，現(xiàn)有鍋爐房的污染物排放量指標已不能滿足該規(guī)定要求。與此同時，隨著原材料、人員成本的增加，鍋爐房的運行成本，尤其是環(huán)保作業(yè)成本也成倍增大，兩方面因素阻礙著煤粉鍋爐供熱企業(yè)的發(fā)展。因此，污染物排放總量的限制是煤粉鍋爐供熱行業(yè)長期發(fā)展的重要限制因素，連鎖反應帶來的經(jīng)濟損失迫切需要尋找原因，給出解決辦法。

1 煤粉鍋爐排放超標原因

針對煤粉爐污染物排放量超標問題，公司成立專業(yè)小組，由運營部主任、副主任、環(huán)保工程師、站長、運行班長、維修班長、司爐工等組成，同時對污染物排放情況調(diào)查和分析，目前B煤粉鍋爐房共有2臺40 t/h蒸汽鍋爐、5臺20 t/h蒸汽鍋爐，2套煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)(1號系統(tǒng)對應1號、6號、7號鍋爐；2號系統(tǒng)對應2～5號鍋爐)，調(diào)查結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，1號和2號在線監(jiān)測系統(tǒng)均未出現(xiàn)污染物排放超標的情況，但是1號系統(tǒng)各污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)均高于2號系統(tǒng)。因此，為了降低污染物排放量，1號、6號、7號鍋爐的環(huán)保設備應是治理的重點，其次為2號在線監(jiān)測系統(tǒng)對應的2～5號鍋爐的環(huán)保設備。

表1 煤粉爐污染物排放量調(diào)查情況

專業(yè)小組成員對煤粉爐脫硝、脫硫除塵一體化設備(NGD)使用情況[4]也進行了調(diào)查，通過調(diào)查得知，各環(huán)保設備使用過程中同樣存在著一些缺陷。具體設備缺陷統(tǒng)計分析結(jié)果見表2。

從表2可以看出，煤粉爐環(huán)保作業(yè)設備缺陷中的“SNCR脫硝工藝[5-6]”、“NGD脫硫工藝”分別占缺陷總數(shù)的30%，兩者占缺陷總數(shù)的60%，另外“除塵工藝”也占到缺陷總數(shù)的20%，因此針對這三項影響煤粉爐污染物排放的主要因素制定目標、分析原因、采取措施。

表2 煤粉爐環(huán)保系統(tǒng)質(zhì)量缺陷原因調(diào)查

2 PDCA循環(huán)

2.1 設定計劃目標(Plan)

根據(jù)表2可知，統(tǒng)計時間內(nèi)各污染物排放均值為：SO2：225 mg/m3、NOx：211 mg/m3、顆粒物：36 mg/m3，在煤粉爐環(huán)保達標排放的前提下，為了降低各污染物排放總量，設定目標為：繼續(xù)保持污染物排放不能超標，同時將煤粉爐各污染物排放均值減少30%左右，改造后SO2排放平均值為160 mg/m3、NOx排放平均值為150 mg/m3、顆粒物排放平均值為：36 mg/m3，詳見圖1。

圖1 各污染物排放均值目標

2.2 要因分析及對策執(zhí)行(Do)

2.2.1 要因分析

從圖2中分析煤粉爐污染物排放量高的原因，然后用現(xiàn)場調(diào)查分析進行要因驗證，發(fā)現(xiàn)導致煤粉爐污染物排放較高的要因為：① 尿素溶液噴槍位置不合適；② 除塵設備較為陳舊；③ 脫硫反應器前缺少熟石灰含量、濕度監(jiān)測裝置；④ 熟石灰添加不符合技術(shù)規(guī)范。

圖2 要因分析

2.2.2 對策實施

(1)優(yōu)化鍋爐尿素溶液噴槍位置：通過測量現(xiàn)有噴槍位置的溫度分布，確定目前噴槍位置是否合適，并在此基礎上調(diào)整噴槍位置，為脫硝反應提供合理的反應溫度區(qū)間[7](750～850 ℃)，提高脫硝效率。

(2)加裝取樣裝置：在增濕混合器出口，流灰斜槽中心處(落灰管正下方)配置一個取樣器；定期對脫硫劑進行取樣，方便對脫硫劑關(guān)鍵參數(shù)的跟蹤監(jiān)測。該對策的實施，建立了粉煤灰取樣監(jiān)測系統(tǒng)，生產(chǎn)中關(guān)鍵工藝參數(shù)得到了有效的監(jiān)測，為基層管理人員提供操作依據(jù)。

(3)維護除塵設備：加強對除塵設備的維護檢修力度；及時更換損壞部件，尤其是除塵器中的濾袋、袋籠；加強對除塵作業(yè)中相關(guān)工藝參數(shù)的監(jiān)控，使其保持在合適范圍，如除塵差壓、壓縮空氣濕度等，降低成本。

(4)優(yōu)化熟石灰添加工藝：將石灰塔倉泵系統(tǒng)升級成自動控制，每次倉泵作業(yè)只能維持少許的熟石灰量，便于精確控制；將提升閥也升級為自動連鎖，倉泵作業(yè)時，依次往7號、6號、1號、2號、3號、4號、5號脫硫緩沖罐中添加熟石灰。這樣做的目的是為了保證脫硫劑中活性氧化鈣的相對濃度穩(wěn)定，以提高瞬時反應的鈣硫比，進而提高脫硫效率。

2.3 結(jié)果檢查(Check)

2021年11月28日對執(zhí)行后的煤粉爐污染物排放量情況進行檢查統(tǒng)計，其環(huán)保作業(yè)質(zhì)量均達到了預期目標，詳細檢查結(jié)果如表3所示。

表3 對策執(zhí)行煤粉爐各污染物排放量調(diào)查情況

從表3可以看出，對策執(zhí)行后，煤粉爐各污染物排放數(shù)據(jù)得到了有效降低，從2021年10月到2021年12月統(tǒng)計時間內(nèi)，SO2排放均值為131 mg/m3，NOx排放均值為112 mg/m3，顆粒物排放均值為10 mg/m3，各污染物排放量不僅達到了預期值，還比其縮減了20%，超額實現(xiàn)了預期目標，同時脫硫效率由原來的65%提高到80%，脫硝效率由50%提高至65%。據(jù)統(tǒng)計，脫硫作業(yè)過程中節(jié)省熟石灰約15%～20%，脫硝作業(yè)過程中節(jié)省尿素約10%～15%，降低了運行成本，提升了企業(yè)的經(jīng)濟效益。對策實施前后煤粉爐各污染物對比分析如圖3所示。

圖3 對策實施前后各污染物排放均值對比分析

2.4 循環(huán)處理(Act)

為了進一步鞏固所取得的成果，加強日常生產(chǎn)監(jiān)管，專業(yè)小組采取如下措施：① 加強現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)控，對于重要工序?qū)嵤┦孪阮A控措施；② 加強教育交底和技術(shù)交底，加強班組員工的責任意識和質(zhì)量意識；③ 成果推廣，形成了作業(yè)指導書，確保調(diào)整后的經(jīng)驗參數(shù)能執(zhí)行下去；④ 2022年1—2月，對煤粉爐污染物排放量情況進行了調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如表4所示。

表4 成果鞏固期煤粉爐污染物排放量調(diào)查情況

鞏固期統(tǒng)計檢查煤粉爐各污染物排放量：SO2排放均值為128 mg/m3，NOx排放均值為78 mg/m3，顆粒物排放均值為9 mg/m3，相比對策執(zhí)行后，鞏固期各污染物排放均值均低于目標值。

3 成 果

3.1 質(zhì)量效益方面

改善了煤粉爐脫硫工藝、脫硝工藝及除塵工藝。脫硝效率由改善前的50%增加到 65%，脫硫效率由改善前的65%增加到85%，節(jié)省成本30～60萬元/a，顆粒物排放低于超低排放標準。

3.2 管理技術(shù)方面

專業(yè)小組成員遵照PDCA循環(huán)解決實際問題，合理運用統(tǒng)計工具，培養(yǎng)了嚴密的邏輯性，專業(yè)化運行管理能力得到進一步提升，積累了管理和相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗。

3.3 團隊綜合素質(zhì)方面

專業(yè)小組成員的質(zhì)量意識、團隊精神、改進意識、PDCA循環(huán)工具運用技巧、工作熱情、進取精神等方面進步明顯，成員的綜合素質(zhì)上了一個新臺階。

3.4 企業(yè)影響力

得到了業(yè)主的認可，提升了企業(yè)的形象，樹立了良好的口碑。

4 結(jié) 語

PDCA循環(huán)雖然是企業(yè)全面質(zhì)量管理的手段和方法，但也可借鑒運用到鍋爐房的生產(chǎn)管理中，在減少污染物排放總量方面，得到有效的體現(xiàn)。通過對PDCA循環(huán)更深入的了解和認識，促使員工運用科學的方法和手段，分析問題和解決問題。本文中PDCA 循環(huán)的應用使鍋爐房環(huán)保管理水平呈現(xiàn)階梯式上升，也為今后能更熟練地運用 PDCA 循環(huán)方法，持續(xù)改進工作中出現(xiàn)的其他問題做好能力儲備。