基于TRIZ的工程應用案例分析

李尹

摘 要：TRIZ是重要的問題解決創新方法，以燒結脫硫廢水處理和煤氣輸送系統中出現的問題為例，采用TRIZ中的多種分析方法，結合現場實際情況，形成方案并獲得成功應用。

關鍵詞：TRIZ；創新；案例

1引言

TRIZ（發明問題的解決理論）是創新思維、創新方法、創新工具和哲學的綜合體，作為一套成熟的理論和方法體系，已在全世界范圍內廣泛應用，取得了巨大的經濟效益和社會效益[1]。

TRIZ對問題進行系統分析，能全面地發現問題本質，打破思維定勢，形成了容易被掌握的發明問題解決理論[2]。本課題借助TRIZ工具，解決了燒結脫硫廢水處理和煤氣輸送系統運行中的實際問題。

2 案例一 優化燒結脫硫廢水處理效能

2.1問題描述

濕法脫硫技術以其高效脫硫率得到廣泛應用，但產生的脫硫廢水是其中的一個難點。燒結脫硫廢水成分復雜，在行業內尚無有效的直接處理方式，基本以綜合排放為主。面對越來越嚴格的廢水排放標準，必須加緊研究經濟可靠的處理方式和綜合利用技術。

目前系統采用“絮凝沉淀+沖渣”方式處理。脫硫廢水經絮凝沉淀預處理后，出水仍含有大量COD、SS、氯離子，氨氮，以及微量重金屬離子，后續進入高爐渣池消納。考慮到后期會新建脫硫設施，而目前的沖渣點已經飽和，不能消納更多的廢水，當前的處理方式急待改進。

2.2 TRIZ分析方法

2.2.1 物場分析

物場分析是從物質和場的角度來分析與構造最小技術系統。廢水處理裝置對廢水中有害因子處理能力不足，考慮再引入化學場，加強對有害因子處理。脫硫廢水中的主要表現為還原性物質，可加入次氯酸鈉等，通過氧化作用降低COD ；通過吹脫或化學氧化法進一步去除氨氮；加入氫氧化物和有機硫化物，降低重金屬含量；加入絮凝劑和助劑，沉降懸浮物。

通過水質的進一步提高，找尋綜合利用途徑。

2.2.2 進化分析

采用“向超系統進化路線：單系統→雙系統→多系統→擴大系統→去掉一些組件→系統部分簡化→完全簡化”。

當前脫硫廢水采用絮凝沉淀單系統處理方法，可進化為多系統（增加曝氣氧化和硫化物沉淀處理）；后還可進化到系統完全簡化，采用鹽水濃縮結晶處理裝置，直接對脫硫廢水進行處理。廢水經濃縮、蒸發，形成相當稠重的結晶漿液和母液，再進行霧化干燥，得到鹽粉，填埋處理。此方法可實現脫硫廢水的零排放，可作為應對越來越嚴格排放標準的儲備技術。

2.3 最終方案

經驗證后采用“中和沉淀+硫化物沉淀+絮凝沉淀+澄清濃縮”的處理方式，提高出水水質，擴大利用范圍。出水可用到現有的半干法脫硫工藝的冷卻水系統，代替氯化鈣用于燒結礦噴淋，渣線中和強堿性渣池水，電除塵器入口煙道或其他處置系統，進行多渠道綜合消納[3]。此方案可實現資源最大化利用，經濟合理，可實施性強。

3 案例二 改善煤氣輸送系統運行效率

3.1 問題描述

當前氫站煤氣流量為15，000Nm3/Hr，由于管網焦爐煤氣含有100mg/m3以上的焦油、大量的萘和硫化物，造成羅茨風機在短時間停運后無法再次啟動，必須解體清洗后才能重新運行。

焦爐煤氣中含有多種有機物和無機物雜質，如粉塵、焦油、萘、HCN、氨、H2S、水等，易在輸送系統或設備內造成沉積和腐蝕問題，造成設備使用壽命縮短，維修和備件成本增加，影響生產的安全穩定運行[3]。國內一般采用高壓水沖洗或機械清除，但清除效果不理想，同時需要生產停機，勞動強度大，效率低。

3.2 TRIZ分析方法

3.2.1 物場分析

對堵塞風機或管道進行人工機械清洗時，由于歷史沉積物和雜質粘附作用較大，操作起來費時耗力，可考慮引入化學場，采用能溶解附著物的化學藥劑，松動管道內沉積的焦油、萘等有機物和無機物，使之易于清除。

機械場機械場 化學場

3.2.2 因果分析

造成系統堵塞和腐蝕的原因有煤氣中攜帶的焦油、大量的萘和硫化物，結合資源分析，可在煤氣凈化系統中脫硫、脫氰工段，提高脫除效率，盡量降低煤氣中H2S，HCN含量；提高電捕焦油器開工率及捕集效率；合理控制洗苯塔操作溫度，盡量減少凈煤氣含油。

3.3 最終方案

經多次試驗驗證，形成了以下方案：采用含有獨特的有機分散劑和成膜緩蝕劑的化學藥劑，在風機前連續投加，防止有機污垢的沉積和管道堵塞，同時松動歷史沉積物；通過特制設備將藥劑直接注入需要處理的管道和設備內。

添加裝置主要包括添加泵、安全閥、量筒計量器、儲液罐、過濾器、噴嘴等部件。

3.4 創新點

煤氣系統化學處理集成技術填補了國內空白。

采用自動控制加藥設備和專利化學品，添加劑以分散霧化形式進入煤氣管道或需要處理的設備處，滲透并液化萘、焦油等有機物沉積；同時松動堅硬的沉積物，改善歷史沉積問題，減少管道及設備的腐蝕，減少風機震動。

操作簡便，可連續或停機運行；酸性和堿性條件下均穩定有效；減少煤氣管道清理工作，降低設備維修或更換費用。

4 結論

以工程實際問題為例，演示了應用TRIZ中物場，因果和進化分析等分析方法解決實際問題的步驟，最終得到成功應用。燒結脫硫廢水通過綜合利用得到有效處置，煤氣輸送系統堵塞、腐蝕問題得到有效解決。

應用案例證實了TRIZ在技術工藝問題解決中的可行性，并為其他類似的工藝改進提供了參考。

參考文獻：

[1].覃方.技術創新方法TRIZ的推廣應用研究[D].廣東：廣東省社會科學院，2014

[2].檀潤華，王慶禹.發明問題解決理論：TRIZ[J].機械設計，2001，7（7）：7-11