烟气脱硝工艺安全性分析

烟气脱硝工艺安全性分析

张立岩周天宇姜英牛雪

辽宁省石油化工规划设计院有限公司

摘要：烟气脱硝工艺有效降低烟气中NOx含量，降低环境污染，满足节能降耗要求，但由于化工行业生产不安全因素较多，危险性和危害性较大，必须对进行工艺安全性分析增强工艺生产过程的可控性，实现本质安全。

关键词：烟气脱硝；化工工艺安全性分析；选择性催化还原法；液氨

随着环保要求的日益提高和环保意识的日益加强，降低烟气中NOx排入大气的含量，降低环境污染，应对烟气进行脱硝处理。目前同行业选用的NOx脱硝气体处理技术主要有选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、液体吸收法、微生物法、活性炭吸附法、电子束法等。作为脱硝效率最高、最为成熟的脱硝技术，本文重点阐述SCR脱硝工艺法，并对其安全性进行分析。

1SCR法概述

SCR法是利用氨（NH3）对NOx起到的还原作用，将体积浓度小于5％的氨气通过氨气喷射格栅（AIG）喷入温度在350～400℃之间的烟气中，与烟气中的NOx充分混合后，扩散到催化剂表面，在催化剂的作用下，氨气（NH3）将烟气中含有的对环境有害的NO和NO2还原成为无害的氮气（N2）和水（H2O）。

主要的化学方程式如下：

4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O

其工艺流程为：

液氨储存在专用的密闭液氨槽车内，运送到液氨储罐，从液氨储罐输出的液氨在液氨蒸发器内蒸发成氨气，并将氨气加热至常温，然后送到氨气缓冲槽内，储存备用。缓冲槽内的氨气经调压阀减压后，进入各机组的氨气/空气混合器中，在充分混合的条件下，通过喷氨格栅（AIG）喷入烟气中，与烟气一起进入SCR催化反应器及空预器，最后进入烟道。

2工艺技术方案

烟气条件通常是常规的燃煤烟气条件，选用常规的高灰型SCR烟气布置形式。对于SCR装置与锅炉之间的接口烟道，则由SCR反应区新建钢架独立承担或与锅炉原钢架共同承担。

SCR工艺系统包括带催化剂的SCR反应器、氨喷射系统、吹灰系统、烟道、氨储备供应系统等。烟道分两路从省煤器后接出，经过垂直上升后变为水平，接入SCR反应器，反应器为垂直布置，经过脱硝以后的烟气经斜烟道接入空预器入口烟道。为防止催化剂层积灰，在每层催化剂上装有吹灰器，可以选用吹灰器为声波吹灰器+蒸汽吹灰器。液氨储存及供应系统包括：液氨卸料系统；液氨储存系统；液氨蒸发系统；气氨稀释系统；事故氨吸收及液氨储罐降温系统；液氨储罐设置液位高低报警并与氨罐出料阀门联锁，气化缓冲系统根据负荷的大小有稳定压力的联锁。

液氨储罐、液氨蒸发罐及气氨缓冲槽均设有安全阀与排放阀，卸氨、检修以及紧急排放的氨气及残氨由密闭管道进入氨气罐吸收，吸收废液经溢流管排入氨区废水池。设置液氨储存区废水排放系统，废弃氨气被吸收罐吸收后进入废水池，再经由废水泵送至电厂化学水处理站进行处理。

3生产过程危险源及危险和有害因素分析

3.1生产过程可能导致泄漏、爆炸、火灾、中毒事故的危险源

⑴SCR反应区危险、有害因素

①氨作为SCR的还原剂，在输送和喷氨过程中由于违章操作、控制失灵、设备缺陷导致氨气泄漏。氨气的泄漏有可能导致中毒，甚至发生火灾爆炸事故。液氨具有腐蚀性和强烈刺激性，泄漏时会灼伤人员皮肤，人体接触或吸入会造成对人的眼睛和呼吸系统伤害。

②操作人员的失误，包括：违章操作、不戴劳动防护用品、盲目进入易聚积有毒有害气体的工作场所，劳动防护用品有破损处或失效等均可能发生中毒窒息事故。

③NH3会和烟气中的三氧化硫（SO3）及水（H2O）发生反应生成硫酸氢氨（ABS）会引起空气预热器的腐蚀和堵塞。

④吸附在飞灰中的NH3会引起除尘器的腐蚀问题。

⑤脱硝系统设备由于雷击或设备接地不良或电气设备损坏或由于人员的误操作及保护不当而发生触电事故。

⑵液氨罐区危险因素

液氨输送采用管道，采用常温储存方式。如果液氨发生泄漏，会造成火灾、爆炸或人员中毒等事故。液氨储罐发生事故火灾、爆炸或中毒主要有以下几个方面的因素：

①安全设施设备装置不齐全，安装施工不正确或仪表设备失灵，由于环境温度突然升高，造成储罐内储存的液氨压力增大，液氨充装量超过储罐容积的85％等危险因素。

②液氨储罐设备制造安装导致的缺陷，不能满足承压能力要求。年久失修，制度不完善、防护措施不健全等原因，或材料错误导致腐蚀速度加快。内、外介质腐蚀会造成器壁厚度变小，外壁长期处于大气腐蚀的作用下，储罐内部受氨气腐蚀，这些都会成为储罐泄漏爆炸事故的主要原因。

③防雷防静电系统设计施工不合理，日常维护不良，系统失灵，导致储罐区发生火灾、爆炸事故。未使用防爆电气，接地设施不可靠，产生静电火花、明火；没有安装报警检测系统或失效；检测报警系统没有实现联锁。

⑶液氨卸车危险因素

如果液氨由专用密闭液氨槽车运送到液氨储存区，装卸不当会引发液氨泄漏，易造成火灾、爆炸、中毒事故。

液氨卸车时发生事故主要有以下几个方面的原因：

①液氨槽车与压缩机联结软管、阀门等连接不牢固，或软管、阀门质量不符合要求，引发液氨泄漏。

②液氨卸车时流速过快，产生静电，造成火灾、爆炸事故。

③液氨卸车完毕后，未及时关闭紧急切断阀，在气液相阀门未加上盲板。

⑷其他危险因素

压力管道危险因素，如材料选择不当、阀门制造缺陷、安装施工质量低劣、违章施工作业、管理混乱、制度欠缺、操作规程不合理、管道腐蚀等；机械设备危险因素，如压缩机、泵等；电气系统危险因素，如人身触电、设备损坏、电缆火灾以及电击引起的二次人身事故等；职业危害因素，如毒物、低温冻伤等，结合具体情况综合分析。

4结论

综上所述，氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一，选择性催化还原法技术作为最优的控制氮氧化物的方法，在世界范围内得到广泛应用。通过工艺过程的安全性分析，有效采取安全设施措施，降低生产过程危险性，实现本质安全。

参考文献：

[1]徐东宝.烟气脱硫工艺手册[M].化学工业出版社：徐东宝，2012年：21-23.

[2]《化学品分类和危险性公示通则》（GB13690-2009）

[3]《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）(2018年版)

[4]《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB50058-2014）

[5]《职业性接触毒物危害程度分级》（GBZ230-2010）