在水泥熟料的生產過程中,使用大量煤粉作為燃料,用于水泥熟料燒制,因此,在生產水泥的同時,也造成了大量的廢氣排放,在廢氣中氮氧化物尤為突出,造成酸雨的產生,危害著人們的生存環境。現階段水泥生產線積極響應國家的節能減排、提高能源 利用效率的大政方針,為改善當地環境,根據國內外技術現狀,結合自身情況,企業水泥生產線進行技術改造,組織實施煙氣脫硝項目,釆用選擇性非催化還原法SNCR 技術進行煙氣脫硝,使NOx排放濃度不大于320mg/Nm3,降低排放煙氣中的氮氧化物,為環境保護做出貢獻。
通過對脫硝項目進行系統地符合性檢查,主要從工藝、設備、設施、作業過程等諸方面查找、分析和預測脫硝項目存在的危險、有害因素及可能導致的危險、危害后果和程度,針對查找發現的不足,提出合理可行的安全對策措施,指導危險源的監控和事故預防,提高項目的安全程序,以達到最低事故率、最小損失和最優的安全投資效果,力爭實現本質安全。
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論文依托于某水泥公司4000t/d水泥生產線脫硝建設項目,項目為對原有生產裝置4000t/d熟料生產線尾氣進行脫硝技改,處理煙氣量340000Nm3/h,煙氣NOx含量760mg/m3,脫硝改造后尾氣中的NOx含量由改造前的760mg/m3降低到300mg/m3以下,年減少氮氧化物排放量1711.1t。項目包括:氨水裝卸儲存系統、氨水輸送系統、氨水加壓系統、氨水分配調節控制系統、霧化系統、DCS控制系統等。
SNCR技術在水泥窯脫硝的應用得到了比較深入和廣泛的研究,并且有了大量的工程應用示范,是一種成熟的NOx控制處理技術。
SNCR工藝系統主要由卸氨水系統、氨水儲罐區、分配與調節系統、氣力霧化系統、DCS控制系統等組成。
(1)卸氨水系統
外購氨水(20%)通過氨水槽車運輸至氨水儲罐區后,通過輸氨泵將槽車內的氨水輸送至氨水儲罐。氨水儲罐內的氨蒸氣通過管道連接至除氨水液封,氨蒸氣可被稀釋水吸收,以防止氨氣泄漏。
(2)氨水儲罐區
根據廠區總圖布置情況,罐區布置在生料均化庫東側。罐區內設置1個100m3氨水儲罐,氨水儲罐安裝液位儀,并將液位信號傳輸至中控系統。罐區四周敞開。罐區四周設混凝土圍堰及排水溝,以防止氨水泄漏時向罐區四周溢流,對土壤或水體造成污染。在氨水儲罐上方安裝氨氣在線檢測及報警裝置,并可將檢測報警信號傳輸至中控系統。
(3)氨水管路輸送系統
氨水通過過濾、加壓泵、管路輸送至分配調節控制系統。本工程設置2臺加壓泵(一用一備)。
(4)分配調節控制系統
本項目在熟料線的分解爐上布置了四層氨水噴射器,稀氨水及霧化介質的流量分配均需要通過分配調節控制系統來自動控制。系統布置在預熱器塔架鋼平臺上,與噴霧系統靠近布置。
空氣通過管路輸送至分配和調節系統。
(5)氣力霧化系統
氨水噴射器是氣力霧化系統的核心也是整個SNCR系統的關鍵部件。本項目在分解爐中布置了4臺氨水噴射器,氨水噴射器在分解爐上采用一層布置。氨水噴射器圍繞分解爐周向對稱均布。氣力霧化系統設有NOx及氨氣在線檢測系統,并將NOX及氨氣在線檢測系統與氣力霧化系統聯鎖。通過在線檢測NOX及氨氣的排放值,利用反饋系統自動調節氣力霧化系統的氨水噴射量及壓縮空氣流量,在保證脫硝效率前提下減少系統運行成本,同時避免過量噴氨造成的一次污染。
脫硝項目的主要生產設備包括氨水儲罐、卸氨泵、氨水輸送泵、噴槍等。各主要設備型號和規格見表2-1。
表2-1 主要設備設施表
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編號 | 設備名稱 | 型號及規格 | 單位 | 數量 | 備注 |
1.卸氨系統 |
1.1 | 卸氨泵 | Y2-112M-2 | 臺 | 1 | 4kW |
1.3 | 管道式氨水濃度檢測儀 | 測量范圍:5~30%氨水 | 臺 | 1 | ? |
1.4 | 工業氨水專用流量計 | 測量介質:5~30%氨水 | 臺 | 1 | ? |
2.氨水儲罐區 |
2.1 | 氨水儲罐 | 材質:玻璃鋼 容積:100m3 工作壓力:500-2000Pa 規格:DN4000×9300mm | 座 | 1 | ? |
2.2 | 氨水泵 | MG80C2-19FT100-H3 | 臺 | 2 | 1.1kW |
2.3 | 工業氨水 專用流量計 | 測量介質: 5~30%氨水 | 臺 | 1 | ? |
2.4 | 磁翻板液位計 | 測量介質: 5~30%氨水 | 臺 | 1 | ? |
2.5 | 泄氨報警裝置 | 監測介質:氨氣 報警方式:聲光報警 | 臺 | 3 | 氨水罐區1個,氨水罐頂部1個,分解爐平臺1個 |
2.6 | 氨氣水封裝置 | 材質:不銹鋼 容積:150L | 1個 | ? | ? |
3.氨水管路輸送系統 |
3.1 | 分解爐脫硝氨水輸送泵 | 流量=1 m3/h 揚程=20m | 臺 | 2 | 1用1備 |
4.氨水分配調節控制系統 |
4.1 | 調節裝置 | 型號:HBY-TX-Ⅰ | 套 | 1 | ? |
5.氣力霧化系統 |
5.1 | 噴槍系統 | 型號:HBY-PQ-1 | 套 | 4 | ? |
6.電氣及控制系統 |
6.1 | 相關連接DCS設備 | —— | 套 | 1 | ? |
6.1 | 計算機控制系統 | —— | 套 | 1 | ? |
6.2 | 在線檢測系統 | —— | 套 | 1 | ? |
7.壓縮空氣管道 |
7.1 | 壓縮空氣管道 | Φ50mm | 套 | 1 | 特種設備 |
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脫硝項目在生產過程中,使用氨水(20%)作為還原劑,使用壓縮空氣作為霧化介質。經過對該生產工藝系統分析,項目存在的危險有害物質主要有:氨水(20%)和壓縮空氣。依據《危險化學品名錄》(2002版)中規定,氨水(20%)和壓縮空氣屬于危險化學品。 表3-1 危險物質一覽表
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物質 | 危規號 | 分類 | 火災危險 性分類 | 危險特征 | 毒性等級 | 存在 位置 | 用途 |
氨水 | 82503 | 第8.2類 堿性腐蝕品 | 戊 | 腐蝕、灼傷、高毒 | Ⅳ級 (輕度危害) | 儲罐 | 還原劑 |
壓縮空氣 | 22003 | 第2.2類 不燃氣體 | — | 容器爆炸 | Ⅳ級 (輕度危害) | 儲罐 | 儀表氣源、霧化噴嘴動力 |
通過對氨水(20%)和壓縮空氣的危險有害識別,依據《企業職工傷亡事故分類標準》(GB6441-1986),主要危險物質(氨水和壓縮空氣)的危險、有害因素為中毒和窒息、灼燙、容器爆炸。危險有害因素中毒和窒息的危險等級為Ⅳ級,危險有害因素灼燙、容器爆炸的危險等級為Ⅱ~Ⅲ級。 3.2 生產工藝及設備設施危險、有害因素辨識與分析 脫硝項目主要包括氨水裝卸儲存系統和氨水使用系統(氨水加壓輸送系統、氨水分配調節控制系統、霧化系統)。
3.2.1氨水裝卸儲存系統的危險、有害因素及危害程度分析 1.火災、爆炸
氨水儲罐若遇高熱,容器內壓增大,有開裂和爆炸的危險。
氨水儲罐頂部孔位密封不嚴,導致氨氣逸出且往上流動,氨氣在空氣中的比例達到一定濃度遇明火或者高溫會發生爆炸。
造成火災、爆炸的主要原因是氨水泄漏,泄漏的氨水易分解放出氨氣,溫度越高,分解速度越快,可形成爆炸性氣體。如果氨水泄漏,分解出氨氣,遇到明火或靜電火花,有可能發生火災爆炸事故。造成氨水泄漏的主要原因有:
(1)氨水儲罐選用材料有缺陷,制作質量不合格,有可能造成罐體破裂造成氨水大量泄漏。
(2)在卸氨過程中,如果氨水罐液位計損壞或讀數不準確,有可能過量充裝造成氨水泄漏。
(3)氨水儲罐的進出口、排污口、回流口、液位計接口、超聲波接口等接管、閥門、法蘭連接密封等部位失效造成泄漏。
(4)氨水罐車裝卸用軟管爆裂造成氨水泄漏。
2.中毒和窒息
氨水無色透明,有腐蝕性,氨水揮發出的氨氣有強烈的刺激性氣味,吸入后對鼻、喉和肺有刺激性,引起咳嗽、氣短和哮喘等;可引發喉頭水腫而窒息死亡;可引發肺水腫,引起死亡。可能造成中毒和窒息的原因有:
(1)如果作業場所空氣中的氨超過標準規定的最高容許濃度,則作業人員發生慢性中毒,受到職業傷害,甚至罹患氨中毒職業病。
(2)如氨水儲罐、分配管道及系統存在跑冒滴漏,而未設置氨氣檢測裝置,則氨水揮發出的氨氣擴散進入工作場所空氣中,現場無通風設施或通風效果不良,致空氣中氨氣的濃度超過限制,人員于該環境內長期作業、呼吸有害物超標的空氣,累積漸進,易感人員會出現程度不同的中毒癥狀。
(3)卸氨過程中,氨水車的接頭與卸氨泵的接頭連接密封性差,有可能造成氨水泄漏,氨水揮發出氨氣,造成氨超過標準規定的最高容許濃度,有可能造成作業人員中毒。
(4)氨水儲罐選用材料有缺陷,制作質量不合格,有可能造成罐體破裂造成氨水大量泄漏,氨水揮發出氨氣,造成氨超過標準規定的最高容許濃度,有可能造成作業人員中毒。
(5)在卸氨過程中,如果氨水罐液位計損壞或讀數不準確,有可能過量充裝造成氨水泄漏,泄漏的氨水揮發出氨氣,造成氨超過標準規定的最高容許濃度,有可能造成作業人員中毒。
(6)進入氨儲罐內作業時需要將氨水放盡,并使用干凈的水進行良好的沖洗,在通風置換,使罐內的氨氣濃度,氧氣濃度均進行檢測合格后才可進入作業,同時要有人員監護,佩戴按檢測報警儀等設施,否則可能造成作業人員中毒窒息。
3.灼燙
(1)氨水濺入眼內,可造成嚴重損害,甚至導致失明;皮膚接觸可致灼燙。
(2)作業人員未佩戴勞動保護用品或佩戴的勞動保護用品不合格,皮膚有可能接觸到氨水,發生灼燙事故。
(3)卸氨過程中,氨水車的接頭與卸氨泵的接頭連接密封性差,有可能造成氨水泄漏,作業人員接觸氨水,發生灼燙事故。
(4)氨水儲罐選用材料有缺陷,制作質量不合格,有可能造成罐體破裂造成氨水大量泄漏,作業人員接觸氨水,發生灼燙事故。
(5)在卸氨過程中,如果氨水罐液位計損壞或讀數不準確,有可能過量充裝造成氨水泄漏,作業人員接觸氨水,發生灼燙事故。
4.車輛傷害
該項目發生車輛傷害的主要場所為氨水卸車區域及車輛行駛道路,造成車輛傷害的主要原因:
(1)翻倒。超速行駛、突然剎車、轉彎過快或斜坡處轉彎、碰撞到障礙物、路面嚴重不平等。
(2)碰撞和碾壓。駕駛員違章行駛,追尾;駕駛員精力不集中(如抽煙、通話);駕駛室溫度過高、過低等;酒后駕車;疲勞駕駛、帶病駕駛;無證駕駛;路況差;機動車輛的方向、信號燈或警示音響、剎車失靈等;道路交通標志不全。
氨水裝卸儲存系統存在的主要危險有害因素有火災、爆炸、中毒和窒息、灼燙、車輛傷害等。危險有害因素火災、爆炸、中毒和窒息的危險等級為Ⅳ級,危險有害因素灼燙、車輛傷害的危險等級為Ⅱ~Ⅲ級。
3.2.2氨水使用系統的危險、有害因素及危害程度分析 1.中毒和窒息
氨水無色透明,有腐蝕性,氨水揮發出的氨氣有強烈的刺激性氣味,吸入后對鼻、喉和肺有刺激性,引起咳嗽、氣短和哮喘等;可引發喉頭水腫而窒息死亡;可引發肺水腫,引起死亡。可能造成中毒和窒息的原因有:
(1)氨水管道制造材質有缺陷,造成氨水管道破裂,氨水泄漏后揮發出氨氣,造成作業環境氨氣濃度超過標準規定的最高容許濃度,有可能造成作業人員中毒。
(2)氨水管道跨越道路的高度不夠,車輛經過時有可能造成碰斷,導致氨水泄漏。
(3)氨水管道法蘭、閥門、法蘭連接密封等部位損壞或者失效,造成氨水泄漏,氨水揮發出氨氣,造成作業環境氨氣濃度超過標準規定的最高容許濃度,有可能造成作業人員中毒。