PDCA循环在煤粉炉污染物减排中的应用

崔豫泓

(煤科院节能技术有限公司，北京 100013)

在碳达峰、碳中和背景下，需要加快优化我国能源产业及结构，但煤炭的主体地位短时期不会发生明显变化，节能减排是如期实现碳达峰、碳中和目标的关键支撑。近日，国务院印发的“十四五”节能减排综合工作方案指出，到2025年大气污染防治重点区域燃煤锅炉要全面实现超低排放，降低煤粉锅炉污染物排放依然是当前工作的重中之重。

PDCA循环是质量持续改进的一种方法，该循环研究起源于20世纪20年代，后被美国质量管理专家戴明博士进一步发展并运用于持续改善产品的质量，所以又称戴明循环[1]。它包括持续改进与不断学习的四个循环反复的步骤，即计划(Plan)、执行(Do)、检查(Check/Study)、处理(Act)。它既是一个循序渐进的流程，也是一个反复的过程和可量化的过程[2-3]。

煤科院节能技术有限公司承担着B矿煤粉锅炉房的运行服务工作，该锅炉房配套7台蒸汽煤粉工业锅炉，可提供180 t/h蒸汽量，自2010年陆续投入运行以来，共产蒸汽超过100万t。经第三方测试，锅炉热效率达90%以上，节煤率达30%。相较于链条炉，在同样蒸发量的情况下，实现节电142.86万kW·h，节煤3.07万t，CO2减排6.8万t，SO2减排385.71 t，烟尘减排208.85 t。自投产以来，除偶尔出现污染物排放超标现象外，环保设备一直正常运行，达标排放。然而，2020年以来，随着排污生产许可证的下发、排放标准的提高，现有锅炉房的污染物排放量指标已不能满足该规定要求。与此同时，随着原材料、人员成本的增加，锅炉房的运行成本，尤其是环保作业成本也成倍增大，两方面因素阻碍着煤粉锅炉供热企业的发展。因此，污染物排放总量的限制是煤粉锅炉供热行业长期发展的重要限制因素，连锁反应带来的经济损失迫切需要寻找原因，给出解决办法。

1 煤粉锅炉排放超标原因

针对煤粉炉污染物排放量超标问题，公司成立专业小组，由运营部主任、副主任、环保工程师、站长、运行班长、维修班长、司炉工等组成，同时对污染物排放情况调查和分析，目前B煤粉锅炉房共有2台40 t/h蒸汽锅炉、5台20 t/h蒸汽锅炉，2套烟气在线监测系统(1号系统对应1号、6号、7号锅炉；2号系统对应2～5号锅炉)，调查结果如表1所示。

从表1可以看出，1号和2号在线监测系统均未出现污染物排放超标的情况，但是1号系统各污染物监测数据均高于2号系统。因此，为了降低污染物排放量，1号、6号、7号锅炉的环保设备应是治理的重点，其次为2号在线监测系统对应的2～5号锅炉的环保设备。

表1 煤粉炉污染物排放量调查情况

专业小组成员对煤粉炉脱硝、脱硫除尘一体化设备(NGD)使用情况[4]也进行了调查，通过调查得知，各环保设备使用过程中同样存在着一些缺陷。具体设备缺陷统计分析结果见表2。

从表2可以看出，煤粉炉环保作业设备缺陷中的“SNCR脱硝工艺[5-6]”、“NGD脱硫工艺”分别占缺陷总数的30%，两者占缺陷总数的60%，另外“除尘工艺”也占到缺陷总数的20%，因此针对这三项影响煤粉炉污染物排放的主要因素制定目标、分析原因、采取措施。

表2 煤粉炉环保系统质量缺陷原因调查

2 PDCA循环

2.1 设定计划目标(Plan)

根据表2可知，统计时间内各污染物排放均值为：SO2：225 mg/m3、NOx：211 mg/m3、颗粒物：36 mg/m3，在煤粉炉环保达标排放的前提下，为了降低各污染物排放总量，设定目标为：继续保持污染物排放不能超标，同时将煤粉炉各污染物排放均值减少30%左右，改造后SO2排放平均值为160 mg/m3、NOx排放平均值为150 mg/m3、颗粒物排放平均值为：36 mg/m3，详见图1。

图1 各污染物排放均值目标

2.2 要因分析及对策执行(Do)

2.2.1 要因分析

从图2中分析煤粉炉污染物排放量高的原因，然后用现场调查分析进行要因验证，发现导致煤粉炉污染物排放较高的要因为：① 尿素溶液喷枪位置不合适；② 除尘设备较为陈旧；③ 脱硫反应器前缺少熟石灰含量、湿度监测装置；④ 熟石灰添加不符合技术规范。

图2 要因分析

2.2.2 对策实施

(1)优化锅炉尿素溶液喷枪位置：通过测量现有喷枪位置的温度分布，确定目前喷枪位置是否合适，并在此基础上调整喷枪位置，为脱硝反应提供合理的反应温度区间[7](750～850 ℃)，提高脱硝效率。

(2)加装取样装置：在增湿混合器出口，流灰斜槽中心处(落灰管正下方)配置一个取样器；定期对脱硫剂进行取样，方便对脱硫剂关键参数的跟踪监测。该对策的实施，建立了粉煤灰取样监测系统，生产中关键工艺参数得到了有效的监测，为基层管理人员提供操作依据。

(3)维护除尘设备：加强对除尘设备的维护检修力度；及时更换损坏部件，尤其是除尘器中的滤袋、袋笼；加强对除尘作业中相关工艺参数的监控，使其保持在合适范围，如除尘差压、压缩空气湿度等，降低成本。

(4)优化熟石灰添加工艺：将石灰塔仓泵系统升级成自动控制，每次仓泵作业只能维持少许的熟石灰量，便于精确控制；将提升阀也升级为自动连锁，仓泵作业时，依次往7号、6号、1号、2号、3号、4号、5号脱硫缓冲罐中添加熟石灰。这样做的目的是为了保证脱硫剂中活性氧化钙的相对浓度稳定，以提高瞬时反应的钙硫比，进而提高脱硫效率。

2.3 结果检查(Check)

2021年11月28日对执行后的煤粉炉污染物排放量情况进行检查统计，其环保作业质量均达到了预期目标，详细检查结果如表3所示。

表3 对策执行煤粉炉各污染物排放量调查情况

从表3可以看出，对策执行后，煤粉炉各污染物排放数据得到了有效降低，从2021年10月到2021年12月统计时间内，SO2排放均值为131 mg/m3，NOx排放均值为112 mg/m3，颗粒物排放均值为10 mg/m3，各污染物排放量不仅达到了预期值，还比其缩减了20%，超额实现了预期目标，同时脱硫效率由原来的65%提高到80%，脱硝效率由50%提高至65%。据统计，脱硫作业过程中节省熟石灰约15%～20%，脱硝作业过程中节省尿素约10%～15%，降低了运行成本，提升了企业的经济效益。对策实施前后煤粉炉各污染物对比分析如图3所示。

图3 对策实施前后各污染物排放均值对比分析

2.4 循环处理(Act)

为了进一步巩固所取得的成果，加强日常生产监管，专业小组采取如下措施：① 加强现场质量监控，对于重要工序实施事先预控措施；② 加强教育交底和技术交底，加强班组员工的责任意识和质量意识；③ 成果推广，形成了作业指导书，确保调整后的经验参数能执行下去；④ 2022年1—2月，对煤粉炉污染物排放量情况进行了调查，调查结果如表4所示。

表4 成果巩固期煤粉炉污染物排放量调查情况

巩固期统计检查煤粉炉各污染物排放量：SO2排放均值为128 mg/m3，NOx排放均值为78 mg/m3，颗粒物排放均值为9 mg/m3，相比对策执行后，巩固期各污染物排放均值均低于目标值。

3 成 果

3.1 质量效益方面

改善了煤粉炉脱硫工艺、脱硝工艺及除尘工艺。脱硝效率由改善前的50%增加到 65%，脱硫效率由改善前的65%增加到85%，节省成本30～60万元/a，颗粒物排放低于超低排放标准。

3.2 管理技术方面

专业小组成员遵照PDCA循环解决实际问题，合理运用统计工具，培养了严密的逻辑性，专业化运行管理能力得到进一步提升，积累了管理和相关技术经验。

3.3 团队综合素质方面

专业小组成员的质量意识、团队精神、改进意识、PDCA循环工具运用技巧、工作热情、进取精神等方面进步明显，成员的综合素质上了一个新台阶。

3.4 企业影响力

得到了业主的认可，提升了企业的形象，树立了良好的口碑。

4 结 语

PDCA循环虽然是企业全面质量管理的手段和方法，但也可借鉴运用到锅炉房的生产管理中，在减少污染物排放总量方面，得到有效的体现。通过对PDCA循环更深入的了解和认识，促使员工运用科学的方法和手段，分析问题和解决问题。本文中PDCA 循环的应用使锅炉房环保管理水平呈现阶梯式上升，也为今后能更熟练地运用 PDCA 循环方法，持续改进工作中出现的其他问题做好能力储备。