【技术】一起脱硝氨水在分解炉内爆炸事故的分析及预防

2015年5月22日6:37:50，某公司3号窑发生爆炸事故，爆炸持续时间约2s。事故造成重约6t的两扇窑门平直飞出，其中一扇门飞出20余米，另一扇门飞出卡在余热发电AQC炉与喷煤管之间;喷煤管后退约5m，送煤管道折断移位;分解炉鹅颈管顶部部分浇注料迸出;3号生产线从窑系统至生料制备和废气处理系统全部出现正压冒尘。事故引发次生事故，喷煤管送煤管道折断引起煤粉大量外泄，受窑头高温气体喷出影响，煤粉被引爆，但爆炸威力有限，现场没有受到破坏，据目击者反映，窑头出现类似蘑菇状烟尘。由于事发现场没有人员，所幸无人员受伤。

1生产线基本情况

该生产线于2008年开工建设，2009年3月建成投产。回转窑Φ4.8m×74m，双系列5级预热器+TDF分解炉，设计产能5000t/d，投产后日产量约5800~6200t/d，生产线脱硝工程采用SNCR脱硝技术，2014年6月投入使用，NOx排放浓度<400mg/Nm³。

2爆炸物的确定

2.1原燃材料的化学分析

这起事故在回转窑系统内部产生，由于没有可靠的监测仪器和监测手段，所以我们采用排除法进行分析。回转窑系统正常生产使用的原燃材料为石灰石、石英砂选矿污泥、页岩和铁尾渣。燃料使用的是烟煤，脱硝还原使用的是鲁南化肥厂生产的浓度为20%的氨水。生料、熟料及窑灰化学分析见表1，煤的工业分析见表2，可见生料、熟料以及窑灰不是爆炸物，最有可能的爆炸物是煤粉、CO和氨水。

2.2假定爆炸物为煤粉

查看事发时头尾煤风压趋势图，爆炸时间为6:17:50左右，窑头窑尾用煤量非常稳定，爆炸前头煤用量为10.80t/h，尾煤用量为14.80t/h，给定和反馈非常稳定，没有出现失控现象，同时结合窑电流、分解炉出口温度以及二次风温等参数，爆炸前窑系统一切正常，没有任何迹象表明煤粉喷入过量，因此煤粉爆炸的可能性可以排除。

2.3假定爆炸物为CO

CO爆炸和煤粉爆炸一样，需要达到一定的爆炸浓度。CO浓度的增加，必须符合两个条件，一是氧含量降低，二是煤粉喷入过量。查看事发时窑头窑尾用煤给定及反馈、预热器压力趋势图，预热器负压趋势比较平稳，说明窑系统内部用风比较稳定，所以供应煤粉燃烧的氧气含量可以认为没有发生变化，同时煤粉用量也比较平稳，所以可以认为没有增加。因此CO爆炸的可能性可以排除。

2.4假定爆炸物为氨水

由于3号线脱硝运行时间短，仪表数据“三对应”不到位现象时有发生，设计氨水流量范围是0~800L/h，正常生产时，中控室操作画面流量反馈的数值一般在300~500L/h，而此时现场仪表反馈的数值是600~800L/h。所以为统计实际氨水用量，我们采用了进厂氨水容量除以使用天数的方法计算得出氨水流量约为630L/h。

2015年5月21日13:00开始，3号线中控脱硝氨水用量从500L/h逐步上升，22日2:00~4:00，中控员已经调整为900L/h，4:00至爆炸时刻止，氨水流量接近1400L/h。

根据脱硝原理，在保证脱硝效率前提下应该是多排多喷、少排少喷，但是从2015年5月22日3:00~5:00时，NOx排放浓度都>400mg/Nm3，在窑况比较稳定的情况下，NOx含量不会增加太多，所以增加的氨水实际上没有和NOx结合，这就意味着脱硝效率大大降低。经过现场检查，氨水喷枪喷头事故前有两个被烧毁，导致氨水不雾化，其他正常喷枪由于氨水压力不足，也雾化不好，因此造成氨逃逸，这是NOx排放浓度不能降低的主要原因。氨水和空气混合物浓度达到15%~25%时会发生爆炸，由于爆炸时刻氨水用量激增，我们认定氨水就是爆炸物。

3结论及预防措施

经过分析得出结论，当SNCR系统氨水喷入量过大，氨水和空气混合物达到一定水平的时候，就可能会引起爆炸，同时爆炸的破坏力十分巨大。为避免此类事件再度发生，我们做出如下预防措施：

1)责成3号线脱硝工程承建单位强制设定氨水喷量上限并建立氨水用量和窑系统参数之间的连锁关系。

2)当氨水用量每增加200L/h时，要求有关人员必须对喷氨系统全面检查。

3)当氨水用量增加至设定上限时，立即停止喷氨，对氨水喷枪喷头进行检查。

4)保运人员进行窑系统设备巡检、工艺巡检以及处理故障时，应降低脱硝系统喷氨流量或短时停止喷氨。

4结束语

水泥企业脱硝工程投入使用是最近几年的事情，氨水在脱硝过程中的发生爆炸事故并不常见，负责脱硝项目建设和调试的单位在企业的安全培训中没有提及氨水爆炸的情形及预防措施，所以，上马氨水脱硝项目的水泥企业应该对喷氨脱硝运行引起警觉，采取相应措施，避免爆炸事故的发生。