燃煤電廠脫硝系統防護措施研究

李阿妮

(中國神華能源股份有限公司 惠州熱電分公司，廣東 惠州 516082)

電力能源已經成為人們日常生活和生產中必不可少的能源形式之一。為了順應人們對電量需求量的不斷提升，我國建設了大量的火力發電廠、水力發電廠和風力發電廠等[1]。在不同的發電形式中，火力發電占據的比例是最高的。火力發電主要是燃燒煤炭，通過水蒸氣帶動發電機組旋轉，在電磁感應的作用下進行發電[2]。煤炭在燃燒過程中會產生大量的SO2和NOx。這些物質如果不經過任何處理直接排放到大氣中，會對生態環境造成非常嚴重的影響[3]。關于煤炭燃燒煙氣中的脫硫技術目前已經非常成熟，得到了比較廣泛的應用，對SO2的排放基本得到有效控制[4]。但是在煤炭燃燒煙氣NOx的控制方面，我國起步時間相對較晚，煙氣脫硝技術仍然不是非常成熟[5]。目前在脫硝技術中，選擇性催化還原方法技術最成熟，在火力發電廠中的應用最廣泛[6]。然而脫硝工藝流程比較特殊，如果工藝控制不當可能會對工作人員身心健康造成損害[7]。本文主要以某燃煤電廠中的脫硝系統為案例，對職業病危害因素進行了調查研究，提出了對應的保護措施。

1 調查對象與方法

1.1 研究對象與內容

本文主要以某燃煤發電廠的脫硝系統為研究對象，主要對脫硝系統整體的布局及其脫硝工藝、設備等進行分析。重點研究脫硝工藝流程中，可能對工作人員造成身體傷害的環節。在此基礎上提出對應的職業病危害防護措施。

1.2 調查研究方法

根據國家頒布的工作場所空氣有毒物質采樣操作規范標準，以及職業病接觸限制等規范標準，對燃煤電廠脫硝系統中工作人員需要經常進行操作的地點設置采樣點，然后嚴格按照規范流程對空氣中的有毒有害物質進行檢測，將檢測結果與國家規范標準進行對比。

2 脫硝系統職業病危害因素識別

燃煤電廠脫硝系統的工藝流程如圖1所示。整個工藝流程可以劃分成為2大部分，分別為氨供應系統和SCR(選擇性還催化還原)系統。其中，前者主要是為后者提供氨氣來源，后者主要是通過氨氣與廢氣中的物質發生反應，消除廢氣中的污染性氣體。

圖1 燃煤電廠脫硝系統的工藝流程Fig.1 Process flow chart of denitration system in coal-fired power plant

2.1 氨供應系統危害因素識別

在氨供應系統中，首先通過專用的罐車將液氨運輸到工廠內部，然后通過氨卸裝置將液氨卸載到現場的液氨存儲罐中。存儲罐直接在露天環境下存放，需要使用時將存儲罐運輸到車間現場，再利用液氨供應泵將其輸送到氨蒸發器中，此時液氨變成氣態氨。被稀釋后的空氣和氣態氨在混合器內充分混合后，通過煙道輸送到催化反應器中[8]。

以上工藝環節中，潛在的職業病危害因素主要包括2個方面，分別為氨氣泄漏和設備噪聲。液氨在卸載轉運、蒸發、稀釋等環節都有可能發生泄漏問題，使空氣中的氨氣濃度急劇增加，嚴重時會引發工作人員急性氨中毒。另外，液氨的溫度很低，如果工作人員皮膚與之長時間接觸，會出現低溫凍傷的問題。最后，空氣壓縮機、氣體管道以及蒸發器等機械設備在工作時會發生明顯的振動，從而產生噪聲，如果噪聲過大會對附近工作人員身心造成傷害。

2.2 SCR反應系統危害因素識別

SCR反應系統布置在燃煤鍋爐的尾部區域，省煤器中輸出的尾氣進入到催化反應器中，與稀釋后的氨氣在催化劑的作用下發生還原反應[9]。本系統中使用的催化劑有兩種類型，分別為V2O5和TiO2。從省煤器中輸出的尾氣，其溫度在300～420 ℃左右，內部包含有大量的NOx。NOx如果直接排放到空氣中，會造成嚴重的空氣污染問題。將NOx與NH3混合后會發生還原性反應，生成N2和H2O，生成物均是無害物質。從催化反應器中排出的氣體，經過除塵、脫硫處理后可以直接對外排放。

在SCR反應系統中對工作人員潛在的職業病危害因素主要就是催化反應器中可能出現的氨氣、粉塵、催化劑、煙氣泄漏以及高溫熱輻射問題。工作人員一旦接觸以上泄漏的物質，就會對身體造成不同程度的損害。

3 危害因素調查結果

3.1 定點短時間采樣分析結果

(1)CO濃度檢測結果。在催化反應器裝置不同的高度平臺上，對CO濃度進行檢測，檢測的位置或者高度包括集中控制室、地面和稀釋風機附近，另外還有13.7、18.3、26.8、45.8 m的平臺上。通過檢測后發現，發電機運行部1號和2號鍋爐在以上位置的CO濃度全部不超過0.1 mg/m3。而國家標準中關于工作場所CO濃度的標準值為30 mg/m3。可見，脫硝系統的CO濃度檢測結果全部為合格。

(2)CO2濃度檢測結果。對于CO2濃度主要在3個位置進行檢測，分別為集中控制室、地面出渣口、13.7 m高的平臺。按照國家標準中的操作流程進行短時間接觸濃度檢測，不同位置CO2短時間接觸濃度檢測結果如圖2所示。由圖2可知，發電運行部1號鍋爐以上3個位置的檢測濃度分別為1 290、1 010、920 mg/m3；發電運行部2號鍋爐以上3個位置的檢測濃度分別為1295、1000、910 mg/m3。國家標準中關于工作場所CO2濃度的標準值為18 000 mg/m3。可見，脫硝系統的CO2濃度檢測結果全部為合格。

圖2 不同位置CO2短時間接觸濃度檢測結果Fig.2 CO2 short-term exposure concentration test results in different locations

(3)NO2濃度檢測結果。對NO2濃度主要在5個位置進行檢測，分別為集中控制室、地面出渣口、稀釋風機附近、13.7 m和45.8 m高的平臺。根據標準流程對NO2進行短時間接觸濃度檢測。結果發現，發電機運行部號鍋爐和2號鍋爐在以上位置的NO2濃度全部不超過0.1 mg/m3。而國家標準中關于工作場所NO2濃度的標準值為10 mg/m3。可見，脫硝系統的NO2濃度檢測結果全部為合格。

(4)SO2濃度檢測結果。對SO2濃度在5個位置進行檢測，具體與NO2濃度檢測位置相同，不同位置SO2短時間接觸濃度檢測結果如圖3所示。由圖3可知，發電機運行部1號鍋爐和2號鍋爐在稀釋風機附近SO2的濃度分別為1.3、1.1 mg/m3，其他位置的SO2濃度全部不超過0.9 mg/m3。國家標準中關于工作場所SO2濃度的標準值為10 mg/m3。可見，脫硝系統的SO2濃度檢測結果全部為合格。

(5)NH3濃度檢測結果。對NH3濃度主要在6個位置進行檢測，分別為集中控制室、液氨儲存區、氨罐、氨蒸發器附近、1號和2號鍋爐48.5 m高的平臺。不同位置NH3短時間接觸濃度檢測結果如圖4所示。

圖3 不同位置SO2短時間接觸濃度檢測結果Fig.3 SO2 short-term exposure concentration test results in different locations

圖4 不同位置NH3短時間接觸濃度檢測結果Fig.4 NH3 short-term exposure concentration test results in different locations

由圖4可知，氨蒸發器附近的氨氣濃度最高，為10.5 mg/m3，其次為氨罐和液氨存儲區，濃度分別為7.9、5.6 mg/m3，其他位置的氨氣濃度相對較低。國家標準中關于工作場所NH3濃度的標準值為30 mg/m3。可見，脫硝系統的NH3濃度檢測結果全部為合格。

(6)粉塵濃度檢測結果。粉塵是指空氣中的固體顆粒懸浮物，吸入身體后會對肺部產生危害。本次調研中主要對脫硝系統中的7個位置進行了粉塵短時間接觸濃度檢測，分別為集中控制室、出渣口、1號鍋爐中的給煤機和4號磨煤機、2號鍋爐中的4號和8號磨煤機以及爐前。不同位置粉塵短時間接觸濃度檢測結果如圖5所示。

由圖5可知，2號鍋爐的4號磨煤機和8號磨煤機總塵濃度最高，分別為2.6、2.4 mg/m3，其他位置的總塵和呼塵濃度都相對較低。國家標準中關于工作場所總塵和呼塵濃度的標準值分別為4.0、2.5 mg/m3。可見，脫硝系統的粉塵濃度檢測結果全部合格。

圖5 不同位置粉塵短時間接觸濃度檢測結果Fig.5 Test results of short-term exposure of dust in different locations

3.2 物理危害因素檢測結果

本文所述的物理危害因素主要是噪聲污染問題。脫硝系統中涉及很多的機電裝備，這些機電裝備運行過程中不可避免都會發出不同程度的噪聲。這是自然規律，無法從根本上消除噪聲。本次調查研究中，主要對脫硝系統中比較典型的5處位置進行噪聲檢測。分別為集中控制室、液氨供應泵、氨蒸發器、NH3/空氣混合器、稀釋風機。檢測過程中嚴格按照國家規范標準執行。脫硝系統主要工作場所噪聲檢測結果如圖6所示。國家標準中關于工作場所噪聲大小的標準值為85 dB(A)。從圖6中可以看出，在檢測的5個位置中，只有稀釋風機附近的噪聲為92 dB(A)，超過了衛生限制85 dB(A)，其他部位的噪聲檢測結果均在85 dB(A)范圍以內，沒有超過國家標準值。最終的評價結果為稀釋風機附近噪聲檢測不合格，其他部位噪聲檢測為合格。

圖6 脫硝系統主要工作場所噪聲檢測結果Fig.6 Noise detection results in main workplaces of denitration system

3.3 檢測結果評價

基于以上分析可以看出，針對燃煤電廠脫硝系統的職業病危害因素進行調查統計分析后發現，在化學危害因素方面，所有檢測結果均低于國家標準值，說明化學危害因素并不會對工作人員的身體健康造成嚴重危害。評價結果全部為合格。在物理危害因素噪聲問題方面，檢測發現稀釋風機的噪聲超過了國家標準值，其他部位的噪聲均得到了有效控制。稀釋風機部位已經采取了降噪措施，但是效果不是很理想，有必要進一步采取措施降低噪聲。

4 脫硝系統職業病防護措施分析

4.1 窒息性氣體的防護

窒息性氣體主要是指吸入人體以后阻礙體內氧氣的運輸和供應，導致細胞缺氧的氣體總稱，脫硝系統中可能產生的窒息性氣體主要有CO和CO2，這些窒息性氣體產生的位置具體包括SCR反應器及附屬管道、鍋爐部位。鍋爐巡檢人員和檢修人員應該時刻關注鍋爐及其附屬管道的密封狀態，確保良好，工作過程中必須做好相關防護措施。對鍋爐進行檢修時，應該先行檢修鍋爐內部，確保內部及相關管道內部沒有殘留的氣體。進入鍋爐內部前，需要對所有閥門進行關閉并確認。整個過程中，工作人員身上需要配備煤氣報警器、按照規范標準佩戴防毒面罩和口罩。一旦發生窒息性氣體中毒事件，在搶救人員的同時還要馬上排查危險源并及時切斷。

4.2 刺激性氣體的防護

刺激性氣體指的是與人體接觸以后，對人體的呼吸道、眼睛、皮膚等部位造成刺激作用，進而引發炎癥、水腫等癥狀。脫硝系統中可能產生的刺激性氣體主要包括SO2、NH3、NO、NO2等。脫硝系統中產生SO2、NO、NO2的位置與產生窒息性氣體的位置相同。日常工作中對這些部位產生接觸的主要是設備檢修工以及巡檢工，具體的防護措施前文已述。對于NH3，整個氨供應系統的所有環節都有可能產生NH3泄漏，特別是對NH3進行轉移、存儲和氣化的環節，發生NH3泄漏的風險最高。本次調查中發現脫硝系統所有位置的NH3濃度均控制在了國家標準范圍以內，但調研中還發現生產現場部分巡檢人員或操作人員，并沒有嚴格按照規范標準做好防護工作，存在很大的安全風險。所有人員進入氨供應系統部位時必須佩戴好防毒面罩和面具。巡檢人員需要重點對氨供應系統相關管道和閥門連接部位進行檢修，確保連接的可靠性。

4.3 粉塵的防護

對于火力發電廠，粉塵是非常典型的職業病危害因素。粉塵通過呼吸道進入人體系統，對肺部造成嚴重損傷，引發一系列其他的疾病。脫硝系統中容易產生粉塵的環節主要包含2個，分別為煤運輸系統和鍋爐。其中，前者產生的粉塵中游離態SiO2含量相對較低，危害性更小，而后者產生的粉塵中包含有大量的游離態SiO2，會對身體造成嚴重損害。與粉塵接觸最多的屬于除渣工。本次調研中雖然脫硝系統所有位置的粉塵濃度均沒有超過國家標準，但是除渣工工作時也應該做好防護工作。穿上防護服和防護鞋，佩戴防毒口罩，定期進行體檢，重點對肺部進行檢查。

4.4 V2O5的防護

在脫硝系統中，V2O5主要是作為催化劑進行使用。可以通過消化道和呼吸道進入人體內，對人體造成損害。當進入人體內的V2O5數量累積到一定程度后，人體會出現頭痛、頭暈、乏力等癥狀。正常情況下V2O5放置在催化反應器中不會泄漏到空氣中，只有在更換催化劑或者對設備進行檢修時才有機會進入空氣中，所以本次調研中沒有對V2O5的濃度進行統計分析。在對催化反應器進行維修或者更換催化劑時，所有操作人員必須按照規范標準佩戴防毒面具和防護手套，穿好防護服和防護鞋。開展相關操作時兩人一組，其中一人在旁邊監護，一人進行操作。與V2O5經常發生接觸的工作人員需要定期進行體檢，如果存在V2O5中毒的跡象，需要及時治療，并調離崗位。

4.5 物理因素的防護

本文所述的物理因素主要是指噪聲。人如果長時間處在高噪聲的工作環境中，會對身心健康造成一定程度的影響，是影響職業病的重要因素。輕度癥狀表現就是注意力分散、無法專心工作[10]，嚴重時會導致精神衰弱、記憶力衰退、出現睡眠障礙等。本次調研時對脫硝系統中常見的機械設備噪聲情況進行了統計分析。發現除了稀釋風機部位出現了一定程度的噪聲以外，其他部位的噪聲都沒有超過國家規范標準。出現這種情況的原因主要是管道中的氣體在流動時，導致管道和設備發生明顯的震動。雖然已經采取了一定的消音措施，但是受到技術水平的限制，仍然無法從根源上消除噪聲問題。基于此，稀釋風機附近工作的人員必須做好防護工作，最實用簡單的方法是按要求佩戴護耳器，降低外部噪聲對耳朵的影響。已有的調查研究表明，通過佩戴護耳器可以有效降低噪聲大小，將外部噪聲降低到國家標準范圍以內。

5 結論

本文主要以燃煤發電廠中的脫硝系統為研究對象，對系統運行時的職業病危害因素進行了調查研究，所得結論主要如下。

(1)脫硝系統共可以分為氨供應系統和選擇性催化還原系統。前者存在的職業病危害因素主要包括氨氣泄漏和設備噪聲，后者存在的危害因素主要包括氨氣、粉塵、催化劑、煙氣泄漏以及高溫輻射等。

(2)針對脫硝系統職業病危害因素，選擇典型工作場所，從化學和物理層面進行檢測，發現在所有檢測數據中，化學危害因素全部合格，在國家標準范圍以內。物理危害因素中的噪聲檢測發現，稀釋風機附近噪聲超過了國家標準。

(3)對于脫硝系統中可能存在的窒息性氣體、刺激性氣體、粉塵、V2O5等，工作人員在操作時必須嚴格按照要求佩戴好防毒面具和面罩、防護服、防護鞋等，定期進行身體檢查。噪聲防護方面，需要按要求佩戴護耳器。