火电厂SCR脱硝系统氨危害防护效果检测与分析

齐达立，江 红

（国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003）

0 引言

由于我国火电厂大气污染物排放标准限值进一步降低，近年火电厂增设烟气脱硝系统，以净化处理烟气中的氮氧化物，满足环保排放标准。液氨选择性催化还原 （SCR）脱硝工艺具有氮氧化物脱除效率高、运行成本低等优点，被大中型火电厂广泛采用。由于液氨储存和使用过程中存在较大安全健康隐患，因此火电厂脱硝系统采取一系列氨安全防护设施，以避免事故的发生。调查山东某火电厂烟气脱硝系统氨防护设施，并对作业人员和工作场所氨浓度进行了检测和危害程度评估。

1 SCR脱硝系统概述

某火电厂采用选择性催化还原（SCR）烟气脱硝工艺，液氨作为脱硝剂，氨区液氨总储量约80 t。SCR烟气脱硝原理为锅炉烟气经烟道进入SCR反应器，在SCR反应器中注入一定浓度的氨气，在催化剂的作用下，喷入的氨气与烟气中的NOx发生反应，NOx被还原生成无害的N2和H2O。

SCR脱硝系统主要包括氨区和SCR反应器区，其工艺流程为液氨从液氨槽车由卸料压缩机送入液氨储罐，再经过蒸发槽蒸发为氨气，然后通过氨缓冲槽和输送管道进入锅炉区，经与空气均匀混合后由分布籍导阀进入SCR反应器内部反应。

2 氨危害特性

氨为无色、具有强烈刺激性恶臭的气体，易溶于水、乙醇和乙醚，水溶液呈碱性。

氨具有易燃、爆炸性。氨的自燃点为651℃。氨在空气中体积分数达到11%～14%（质量浓度约78 000～99 000 mg/m3）时，遇明火即可燃烧；当空气中氨体积分数达 15.7%～27.4%（约 110 000～190 000 mg/m3）时，遇火源会引起爆炸。氨与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。氨不稳定，遇热分解，高温时，储氨容器内压力增大，有开裂和爆炸的危险。

氨有腐蚀性和毒性，可导致人体健康损害。低浓度氨对粘膜有刺激和腐蚀作用，可致眼结膜、鼻咽部、呼吸道粘膜充血、水肿等。高浓度氨损伤肺泡毛细血管管壁，形成肺水肿，同时支气管、毛细支气管亦充血、水肿、痉挛。吸入高浓度的氨可致氨中毒。当空气中氨体积分数达到0.5%～0.6%，30 min内即可造成人员中毒。我国将氨定义为高毒物品。我国职业接触限值，氨的时间加权平均容许质量浓度为20 mg/m3；短时间接触容许质量浓度为 30 mg/m3。 接触氨可导致的职业病是职业性急性氨中毒。

3 氨危害防护设施

3.1 氨工程防护设施

脱硝系统正常运行过程中，在液氨卸料、储存，氨的制备、输送等环节，氨可能逸散到环境中危害人员健康，火电厂脱硝系统设置了系列氨防护设施，并依照 DL/T 335—2010《火电厂烟气脱硝（SCR）系统运行技术规范》［1］制定设备运行操作规程，采取氨工程防护设施：1）液氨储罐装设氨液位、压力、流量、温度等检测装置，严格按控制指标运行；2）液氨储罐上方设置遮阳棚以及降温喷淋系统，喷淋系统与环境温度、储罐温度、压力、气体泄漏量联锁；3）液氨槽车使用装卸臂密闭卸氨，并严格控制氨输送压力、流量，卸氨时操作人员佩戴便携式氨气报警仪，随时检测环境中氨气浓度；4）液氨槽车卸氨后，将卸氨管道中残留氨排至氨气吸收罐吸收，避免挥发逸散到环境中；5）在液氨卸氨区、液氨储罐、液氨泵、液氨蒸发器、氨缓冲罐、SCR反应器区进氨阀门等处设置氨泄漏报警仪；6）氨设备和管道均采取密闭措施，对于需经常操作的阀门均采用气动阀在控制室操控。采用密闭性能良好的设备管件，氨系统管道采用不锈钢材质，阀门为优质氨用阀门，重要部位双阀设置，最大限度地减少工艺介质泄漏的可能性；7）液氨储罐、氨气蒸发器、氨气缓冲罐逸出的氨气排入氨气吸收罐吸收；8）液氨罐区入口设静电触摸板，禁止携带火种进入，使用防爆照明和电气设施。

3.2 应急救援设施

液氨储罐、氨设备、管道等可能发生氨大量泄漏导致人员中毒、伤亡事故，因此必须设置应急救援设施，以控制、减轻事故危害后果，保护人员安全。火电厂脱硝系统设置了有效应急救援设施：1）氨区和SCR反应器区域设置固定氨泄漏报警仪，位置分别在卸氨装卸臂、液氨储罐、液氨泵、液氨蒸发器、氨缓冲罐、SCR反应器进氨阀门处。氨泄漏报警仪设置25 μL/L、35 μL/L 两级报警，报警值设置符合 GBZ/T223—2009《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》［2］。 氨浓度达到 35 μL/L 氨区喷淋装置自动启动；2）氨区值班室设声光报警并与氨泄漏报警仪联动；3）液氨储罐周围设有泄险沟，液氨储罐装设喷淋系统；4）氨区在卸氨区、液氨储罐区、氨制备区共设3台喷淋洗眼器，每台防护半径满足小于15 m的要求；5）氨区上方设置风向标，氨区设有消防设施，消防通道；6）氨区值班室设专用应急器材柜，放置正压式空气呼吸器、防毒（防氨滤毒盒）面具、防护眼镜、防酸碱手套、防酸碱靴，并设专人定期检查维护；7）氨区配备2%的硼酸清洗液，氨区值班室、控制室配备急救箱。

4 氨防护效果检测与分析

4.1 氨防护效果检测

在脱硝系统正常运行状态下，对作业人员和工作场所氨浓度进行连续3天检测，检测按照GBZ/T 160.29—2004《工作场所空气有毒物质测定无机含氮化合物》［3］方法进行。

工作场所氨短时间接触浓度（CSTEL）的检测时段，氨区选择在氨浓度最大的卸氨时段进行检测。检测点选择在卸氨装卸臂、液氨泵以及液氨储罐、氨蒸发器等的阀门、操作平台、SCR区脱硝稀释风机等氨易泄漏、逸散处，同时对氨区控制室、值班室进行检测。氨区值班员负责氨区设备的检查、操作，长时间接触氨，对氨区值班员氨时间加权接触浓度（CTWA）进行了检测。工作场所氨短时间接触浓度检测结果见表1，氨时间加权接触浓度检测结果见表2。

4.2 氨危害控制效果分析

我国职业人群化学毒物的接触限值指标执行GBZ2.1—2007《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素》［4］标准，其中氨的职业接触限值，时间加权平均容许质量浓度（PC-TWA）为20 mg/m3；短时间接触容许质量浓度（PC-STEL）为30 mg/m3。从检测结果看，火电厂氨区值班员氨时间加权接触浓度和短时间接触浓度的最大值均低于我国职业接触限值标准。本次检测结果与以往火电厂脱硝系统氨职业病危害评价结果一致［5-6］。

表1 工作场所氨短时间接触质量浓度检测结果 mg/m3

表2 氨时间加权平均接触质量浓度检测结果 mg/m3

所检测的火电厂脱硝系统氨设备、管道密闭性良好，没有明显泄漏情况；液氨储罐和氨制备过程挥发的氨气采取了吸收措施，避免散逸到空气中。氨区（液氨储罐区、氨制备区）、SCR反应器区空气中氨物质浓度普遍较低；只有在液氨槽车卸车完，装卸臂断开后，管道中残存的少量氨挥发逸出（此时空气中氨浓度较高，但低于短时间职业接触限值）。由于露天卸氨，卸氨后，采取将卸氨管道中残留氨排至氨气吸收罐吸收的措施，管道中残存的少量氨可在短时间内全部扩散，不会大量聚集，从而导致人员急性氨中毒事故。但是当发生氨泄漏或者在氨设备、管道内部，氨浓度很高，可能发生中毒和燃烧、爆炸等人员伤亡事故。

5 结语

由于氨的具有强腐蚀性和毒性，火电厂氨区液氨存量大，已被列为重大危险源，一旦发生事故，将导致严重后果。我国液氨事故统计分析结果表明，垫片损坏、管道老化等材料失效；阀门损坏、阀芯脱落、压缩机故障等设备故障；操作不当、违章作业等人为因素是3大主要事故原因，占事故数量的79.3%［7］。在日常工作中，须加强脱硝系统的安全管理和设备检查维护，加强氨作业人员的安全健康防护，在氨区进行设备运行、检维修等作业时应佩戴防毒面具、化学防护眼镜、防酸碱手套等个体防护用品；同时接触氨作业人员应该进行年度职业健康查体。通过对火电厂脱硝系统的检测、分析与评估可以看到，只有加强规范火电厂脱硝系统氨安全防护设施的设计、运行管理，加强设备检修维护及时性，才能有效减少氨泄漏、散逸；氨区设备正常运行状态下，作业人员接触氨浓度可完全符合职业接触限值标准，保证作业人员职业健康和作业环境安全。