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燃煤电厂烟气中汞的监测方法比较评价

2017/9/28 13:19:30  来源:环境与健康杂志  我要投稿

燃煤电厂是主要的人为汞排放源之一,占人为排放的三分之一 。汞在燃煤电厂以3种形态存在:零价汞(Hg0)、氧化态汞  (Hg2+)和颗粒态汞(Hgp),零价汞不能溶于水,很难脱除;颗粒态汞一般经过静电除尘器(ESP)除去[3];Hg2+能溶于水,通过湿法脱硫装置(WetFGD)既能脱SO2又能脱除Hg2+。2005年3月,美国环保署(EPA)颁布了洁净空气汞控制条例(CAMR)。为实时监  控各个电厂汞的排放,要求燃煤电厂安装可行的汞监测设备。本研究采用安大略法(OHM)、连续汞监测法(HgCEM)、半连续汞监测法(HgSCEM)和吸附剂捕获方法(AppendixK)在燃煤电厂的烟气排入大气的最终排放点烟囱上进行汞浓度监测,比较4种汞监测方法的可行性和有效性。

1材料与方法

1.1 电厂测试机组情况和煤样分析

该电厂锅炉是205MW的煤粉炉,烟气污染物控制设备包括选择性催化还原脱硝装置、冷侧静电除尘器和石灰石-石膏湿法脱硫装置。电厂燃烧用煤为烟煤,煤的空气干燥基的水分、灰分和挥发分分别为8.85%,10.70%和34.92%。空气干燥基碳、氢、氧、氮和硫元素分析结果分别为63.43%,5.52%,15.26%,1.18%和3.91%(质量分数);汞、氟和氯分析结果分别为0.11,49.46和1936.64mg/kg。

1.2 汞测试方法

采用美国环保署推广的4种汞监测方法,在燃煤电厂烟囱的50m处4个采样口对角布置采样设备,4种方法同时采样。于2007年6月7日在燃煤电厂进行现场安大略法和吸附剂捕获方法采样4次,每次进行2h(9:00—11:00,12:00—14:00,15:00—17:00,18:00—20:00),连续和半连续汞监测法从上午8:00到下午20:00连续运行,遵照美国环保署的质量控制要求。

1.2.1 安大略法

安大略法是被美国环保署公认的标准方法, 取样系统主要由石英取样管、  加热装置、加热箱(内含石英纤维滤纸和滤纸固定部分,以免固体颗粒物进入采样溶液)、1组放在冰浴中的吸收瓶、气体流量仪、真空计和抽气泵等组成。吸收溶液装在8个吸收瓶里,  前3个盛有1mol/LKCl溶液,用于吸收氧化态汞;零价汞由1个装有5%HNO3(V/V)+10%H2O2(V/V)和3个装有4%KMnO4(W/V)+10%H2SO4(V/V)溶液的吸收瓶收集;第8个吸收瓶装有硅胶,用来吸收烟气中的水,避免水进入气体计量设备。采用APEX等速采样系统(美国艾派克斯公司)采样。取样结束后,对吸收液中的样品进行回收和定容,然后进行样品的消解和分析,分析法采用冷态原子吸收光谱法(CVAAS)分析汞浓度。该方法对测试技术和人员素质要求较高,对气体样品的采集和溶液分析要求苛刻,要严格遵守质量控制和质量管理要求。美国环保署要求至少测试2h;仪器安装和分析烦琐,分析结果滞后,需要3~5d才能得到分析结果。

1.2.2 连续汞监测法

采用ThermoFreedom连续贡分析仪(美  国赛默公司)进行检测。Thermo汞连续监测法装置主要包括采样探针、气相汞形态转化装置和分析系统。此种特殊采样探针能把烟气中的颗粒物(飞灰等)分离,保证从烟囱中抽取的气体是无灰气体,烟气按照设定的比例(30∶1~60∶1)稀释,烟气稀释的目的是降低烟气湿度、温度和其他污染物对测试的干扰[7]。稀释的气体样品分成两路气体,一路气体通入盛有去离子水的洗涤器,把溶于水的氧化态汞捕获下来,只含有零价汞的气体进入汞分析系统;另一路气体通过700℃催化剂管,氧化态汞被还原成零价汞,加上气体中的原有零价汞,称为总汞。总汞和零价汞的差值为氧化态汞。分析系统是利用冷态原子荧光光谱为汞探测器,氩气用做载气,在线监测方法能快速得到实验结果,表示测试汞浓度的瞬时性,真正的实时在线,能同时得到零价汞和氧化态汞的浓度,每分钟1个读数。

1.2.3 半连续汞监测法

采用SIRGalahadⅡ汞检测仪(英国P  SAnalytical公司)检测。该方法包括采样探针、气相汞转化系统和分析系统。气相汞形态转化系统采用湿化学转化法,两路气体都变为仪器能分析的零价汞。一路气体采用10%KCl(W/W)+5%NaOH  (W/W)溶液吸收气体中的氧化态汞,只含零价汞的气体进入汞监测法。而另一路进入1%SnCl2(W/W)+20%NaOH(W/W)溶液中,氧化态汞被还原成零价汞,加上气体中的原有零价汞,被称为总汞。该方法需要专业人员正常维护,结果可靠性好,浓度响应灵敏,与连续监测法比较,其有安装方便、开停仪器方便等优点。

延伸阅读:

焚烧源汞污染控制技术研究进展及我国大气汞污染控制紧迫性

文章关键词:汞排放 湿法脱硫 汞监测

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