燃煤电厂脱硝系统防护措施研究

2022-04-08李阿妮

能源与环保 2022年3期

李阿妮

(中国神华能源股份有限公司惠州热电分公司，广东惠州 516082)

电力能源已经成为人们日常生活和生产中必不可少的能源形式之一。为了顺应人们对电量需求量的不断提升，我国建设了大量的火力发电厂、水力发电厂和风力发电厂等[1]。在不同的发电形式中，火力发电占据的比例是最高的。火力发电主要是燃烧煤炭，通过水蒸气带动发电机组旋转，在电磁感应的作用下进行发电[2]。煤炭在燃烧过程中会产生大量的SO2和NOx。这些物质如果不经过任何处理直接排放到大气中，会对生态环境造成非常严重的影响[3]。关于煤炭燃烧烟气中的脱硫技术目前已经非常成熟，得到了比较广泛的应用，对SO2的排放基本得到有效控制[4]。但是在煤炭燃烧烟气NOx的控制方面，我国起步时间相对较晚，烟气脱硝技术仍然不是非常成熟[5]。目前在脱硝技术中，选择性催化还原方法技术最成熟，在火力发电厂中的应用最广泛[6]。然而脱硝工艺流程比较特殊，如果工艺控制不当可能会对工作人员身心健康造成损害[7]。本文主要以某燃煤电厂中的脱硝系统为案例，对职业病危害因素进行了调查研究，提出了对应的保护措施。

1 调查对象与方法

1.1 研究对象与内容

本文主要以某燃煤发电厂的脱硝系统为研究对象，主要对脱硝系统整体的布局及其脱硝工艺、设备等进行分析。重点研究脱硝工艺流程中，可能对工作人员造成身体伤害的环节。在此基础上提出对应的职业病危害防护措施。

1.2 调查研究方法

根据国家颁布的工作场所空气有毒物质采样操作规范标准，以及职业病接触限制等规范标准，对燃煤电厂脱硝系统中工作人员需要经常进行操作的地点设置采样点，然后严格按照规范流程对空气中的有毒有害物质进行检测，将检测结果与国家规范标准进行对比。

2 脱硝系统职业病危害因素识别

燃煤电厂脱硝系统的工艺流程如图1所示。整个工艺流程可以划分成为2大部分，分别为氨供应系统和SCR(选择性还催化还原)系统。其中，前者主要是为后者提供氨气来源，后者主要是通过氨气与废气中的物质发生反应，消除废气中的污染性气体。

图1 燃煤电厂脱硝系统的工艺流程Fig.1 Process flow chart of denitration system in coal-fired power plant

2.1 氨供应系统危害因素识别

在氨供应系统中，首先通过专用的罐车将液氨运输到工厂内部，然后通过氨卸装置将液氨卸载到现场的液氨存储罐中。存储罐直接在露天环境下存放，需要使用时将存储罐运输到车间现场，再利用液氨供应泵将其输送到氨蒸发器中，此时液氨变成气态氨。被稀释后的空气和气态氨在混合器内充分混合后，通过烟道输送到催化反应器中[8]。

以上工艺环节中，潜在的职业病危害因素主要包括2个方面，分别为氨气泄漏和设备噪声。液氨在卸载转运、蒸发、稀释等环节都有可能发生泄漏问题，使空气中的氨气浓度急剧增加，严重时会引发工作人员急性氨中毒。另外，液氨的温度很低，如果工作人员皮肤与之长时间接触，会出现低温冻伤的问题。最后，空气压缩机、气体管道以及蒸发器等机械设备在工作时会发生明显的振动，从而产生噪声，如果噪声过大会对附近工作人员身心造成伤害。

2.2 SCR反应系统危害因素识别

SCR反应系统布置在燃煤锅炉的尾部区域，省煤器中输出的尾气进入到催化反应器中，与稀释后的氨气在催化剂的作用下发生还原反应[9]。本系统中使用的催化剂有两种类型，分别为V2O5和TiO2。从省煤器中输出的尾气，其温度在300～420 ℃左右，内部包含有大量的NOx。NOx如果直接排放到空气中，会造成严重的空气污染问题。将NOx与NH3混合后会发生还原性反应，生成N2和H2O，生成物均是无害物质。从催化反应器中排出的气体，经过除尘、脱硫处理后可以直接对外排放。

在SCR反应系统中对工作人员潜在的职业病危害因素主要就是催化反应器中可能出现的氨气、粉尘、催化剂、烟气泄漏以及高温热辐射问题。工作人员一旦接触以上泄漏的物质，就会对身体造成不同程度的损害。

3 危害因素调查结果

3.1 定点短时间采样分析结果

(1)CO浓度检测结果。在催化反应器装置不同的高度平台上，对CO浓度进行检测，检测的位置或者高度包括集中控制室、地面和稀释风机附近，另外还有13.7、18.3、26.8、45.8 m的平台上。通过检测后发现，发电机运行部1号和2号锅炉在以上位置的CO浓度全部不超过0.1 mg/m3。而国家标准中关于工作场所CO浓度的标准值为30 mg/m3。可见，脱硝系统的CO浓度检测结果全部为合格。

(2)CO2浓度检测结果。对于CO2浓度主要在3个位置进行检测，分别为集中控制室、地面出渣口、13.7 m高的平台。按照国家标准中的操作流程进行短时间接触浓度检测，不同位置CO2短时间接触浓度检测结果如图2所示。由图2可知，发电运行部1号锅炉以上3个位置的检测浓度分别为1 290、1 010、920 mg/m3；发电运行部2号锅炉以上3个位置的检测浓度分别为1295、1000、910 mg/m3。国家标准中关于工作场所CO2浓度的标准值为18 000 mg/m3。可见，脱硝系统的CO2浓度检测结果全部为合格。

图2 不同位置CO2短时间接触浓度检测结果Fig.2 CO2 short-term exposure concentration test results in different locations

(3)NO2浓度检测结果。对NO2浓度主要在5个位置进行检测，分别为集中控制室、地面出渣口、稀释风机附近、13.7 m和45.8 m高的平台。根据标准流程对NO2进行短时间接触浓度检测。结果发现，发电机运行部号锅炉和2号锅炉在以上位置的NO2浓度全部不超过0.1 mg/m3。而国家标准中关于工作场所NO2浓度的标准值为10 mg/m3。可见，脱硝系统的NO2浓度检测结果全部为合格。

(4)SO2浓度检测结果。对SO2浓度在5个位置进行检测，具体与NO2浓度检测位置相同，不同位置SO2短时间接触浓度检测结果如图3所示。由图3可知，发电机运行部1号锅炉和2号锅炉在稀释风机附近SO2的浓度分别为1.3、1.1 mg/m3，其他位置的SO2浓度全部不超过0.9 mg/m3。国家标准中关于工作场所SO2浓度的标准值为10 mg/m3。可见，脱硝系统的SO2浓度检测结果全部为合格。

(5)NH3浓度检测结果。对NH3浓度主要在6个位置进行检测，分别为集中控制室、液氨储存区、氨罐、氨蒸发器附近、1号和2号锅炉48.5 m高的平台。不同位置NH3短时间接触浓度检测结果如图4所示。

图3 不同位置SO2短时间接触浓度检测结果Fig.3 SO2 short-term exposure concentration test results in different locations

图4 不同位置NH3短时间接触浓度检测结果Fig.4 NH3 short-term exposure concentration test results in different locations

由图4可知，氨蒸发器附近的氨气浓度最高，为10.5 mg/m3，其次为氨罐和液氨存储区，浓度分别为7.9、5.6 mg/m3，其他位置的氨气浓度相对较低。国家标准中关于工作场所NH3浓度的标准值为30 mg/m3。可见，脱硝系统的NH3浓度检测结果全部为合格。

(6)粉尘浓度检测结果。粉尘是指空气中的固体颗粒悬浮物，吸入身体后会对肺部产生危害。本次调研中主要对脱硝系统中的7个位置进行了粉尘短时间接触浓度检测，分别为集中控制室、出渣口、1号锅炉中的给煤机和4号磨煤机、2号锅炉中的4号和8号磨煤机以及炉前。不同位置粉尘短时间接触浓度检测结果如图5所示。

由图5可知，2号锅炉的4号磨煤机和8号磨煤机总尘浓度最高，分别为2.6、2.4 mg/m3，其他位置的总尘和呼尘浓度都相对较低。国家标准中关于工作场所总尘和呼尘浓度的标准值分别为4.0、2.5 mg/m3。可见，脱硝系统的粉尘浓度检测结果全部合格。

图5 不同位置粉尘短时间接触浓度检测结果Fig.5 Test results of short-term exposure of dust in different locations

3.2 物理危害因素检测结果

本文所述的物理危害因素主要是噪声污染问题。脱硝系统中涉及很多的机电装备，这些机电装备运行过程中不可避免都会发出不同程度的噪声。这是自然规律，无法从根本上消除噪声。本次调查研究中，主要对脱硝系统中比较典型的5处位置进行噪声检测。分别为集中控制室、液氨供应泵、氨蒸发器、NH3/空气混合器、稀释风机。检测过程中严格按照国家规范标准执行。脱硝系统主要工作场所噪声检测结果如图6所示。国家标准中关于工作场所噪声大小的标准值为85 dB(A)。从图6中可以看出，在检测的5个位置中，只有稀释风机附近的噪声为92 dB(A)，超过了卫生限制85 dB(A)，其他部位的噪声检测结果均在85 dB(A)范围以内，没有超过国家标准值。最终的评价结果为稀释风机附近噪声检测不合格，其他部位噪声检测为合格。

图6 脱硝系统主要工作场所噪声检测结果Fig.6 Noise detection results in main workplaces of denitration system

3.3 检测结果评价

基于以上分析可以看出，针对燃煤电厂脱硝系统的职业病危害因素进行调查统计分析后发现，在化学危害因素方面，所有检测结果均低于国家标准值，说明化学危害因素并不会对工作人员的身体健康造成严重危害。评价结果全部为合格。在物理危害因素噪声问题方面，检测发现稀释风机的噪声超过了国家标准值，其他部位的噪声均得到了有效控制。稀释风机部位已经采取了降噪措施，但是效果不是很理想，有必要进一步采取措施降低噪声。

4 脱硝系统职业病防护措施分析

4.1 窒息性气体的防护

窒息性气体主要是指吸入人体以后阻碍体内氧气的运输和供应，导致细胞缺氧的气体总称，脱硝系统中可能产生的窒息性气体主要有CO和CO2，这些窒息性气体产生的位置具体包括SCR反应器及附属管道、锅炉部位。锅炉巡检人员和检修人员应该时刻关注锅炉及其附属管道的密封状态，确保良好，工作过程中必须做好相关防护措施。对锅炉进行检修时，应该先行检修锅炉内部，确保内部及相关管道内部没有残留的气体。进入锅炉内部前，需要对所有阀门进行关闭并确认。整个过程中，工作人员身上需要配备煤气报警器、按照规范标准佩戴防毒面罩和口罩。一旦发生窒息性气体中毒事件，在抢救人员的同时还要马上排查危险源并及时切断。

4.2 刺激性气体的防护

刺激性气体指的是与人体接触以后，对人体的呼吸道、眼睛、皮肤等部位造成刺激作用，进而引发炎症、水肿等症状。脱硝系统中可能产生的刺激性气体主要包括SO2、NH3、NO、NO2等。脱硝系统中产生SO2、NO、NO2的位置与产生窒息性气体的位置相同。日常工作中对这些部位产生接触的主要是设备检修工以及巡检工，具体的防护措施前文已述。对于NH3，整个氨供应系统的所有环节都有可能产生NH3泄漏，特别是对NH3进行转移、存储和气化的环节，发生NH3泄漏的风险最高。本次调查中发现脱硝系统所有位置的NH3浓度均控制在了国家标准范围以内，但调研中还发现生产现场部分巡检人员或操作人员，并没有严格按照规范标准做好防护工作，存在很大的安全风险。所有人员进入氨供应系统部位时必须佩戴好防毒面罩和面具。巡检人员需要重点对氨供应系统相关管道和阀门连接部位进行检修，确保连接的可靠性。

4.3 粉尘的防护

对于火力发电厂，粉尘是非常典型的职业病危害因素。粉尘通过呼吸道进入人体系统，对肺部造成严重损伤，引发一系列其他的疾病。脱硝系统中容易产生粉尘的环节主要包含2个，分别为煤运输系统和锅炉。其中，前者产生的粉尘中游离态SiO2含量相对较低，危害性更小，而后者产生的粉尘中包含有大量的游离态SiO2，会对身体造成严重损害。与粉尘接触最多的属于除渣工。本次调研中虽然脱硝系统所有位置的粉尘浓度均没有超过国家标准，但是除渣工工作时也应该做好防护工作。穿上防护服和防护鞋，佩戴防毒口罩，定期进行体检，重点对肺部进行检查。

4.4 V2O5的防护

在脱硝系统中，V2O5主要是作为催化剂进行使用。可以通过消化道和呼吸道进入人体内，对人体造成损害。当进入人体内的V2O5数量累积到一定程度后，人体会出现头痛、头晕、乏力等症状。正常情况下V2O5放置在催化反应器中不会泄漏到空气中，只有在更换催化剂或者对设备进行检修时才有机会进入空气中，所以本次调研中没有对V2O5的浓度进行统计分析。在对催化反应器进行维修或者更换催化剂时，所有操作人员必须按照规范标准佩戴防毒面具和防护手套，穿好防护服和防护鞋。开展相关操作时两人一组，其中一人在旁边监护，一人进行操作。与V2O5经常发生接触的工作人员需要定期进行体检，如果存在V2O5中毒的迹象，需要及时治疗，并调离岗位。

4.5 物理因素的防护

本文所述的物理因素主要是指噪声。人如果长时间处在高噪声的工作环境中，会对身心健康造成一定程度的影响，是影响职业病的重要因素。轻度症状表现就是注意力分散、无法专心工作[10]，严重时会导致精神衰弱、记忆力衰退、出现睡眠障碍等。本次调研时对脱硝系统中常见的机械设备噪声情况进行了统计分析。发现除了稀释风机部位出现了一定程度的噪声以外，其他部位的噪声都没有超过国家规范标准。出现这种情况的原因主要是管道中的气体在流动时，导致管道和设备发生明显的震动。虽然已经采取了一定的消音措施，但是受到技术水平的限制，仍然无法从根源上消除噪声问题。基于此，稀释风机附近工作的人员必须做好防护工作，最实用简单的方法是按要求佩戴护耳器，降低外部噪声对耳朵的影响。已有的调查研究表明，通过佩戴护耳器可以有效降低噪声大小，将外部噪声降低到国家标准范围以内。