燃煤汞污染监测及控制技术

此方法的整个采样系统不需要化学清洗，且具有操作简单、稳定性好、成本低、分析快等优点。但与此同时，取样介质的选择吸收特性、吸收效率以及分析物的回收效率等不确定因素一定程度上制约着该测试系统的使用和发展。

3)汞在线监测(CEM)法。前2种方面一般最快也需要1 h才能获得数据，汞在线监测则大大缩短了获得数据的时间。CEM 测量系统由5 部分组成，烟气取样与输送系统、汞形态转化系统、汞分析系统、校准系统及数据采集/处理/传输系统。此方法应用的采样探针较为特殊，可以分离烟气中的颗粒物(飞灰等)，以保证从烟囱中抽取到无灰气体，且烟气按照设定比例(30∶1~60∶1)稀释，可以降低烟气湿度、温度和其他污染物对该测试的干扰。稀释气体样品分成两路，一路气体经过盛有去离子水的洗涤器，将溶于水的 Hg2+捕获后，只含有 Hg0的气体样品进入汞分析系统;另一路气体通过汞形态转换系统，Hg2+被还原成Hg0，加上气体中的原有 Hg0，称为总汞，即二价汞和零价汞之和。二价汞含量由总汞与零价汞含量之差可得。分析系统是利用 CVAFS(冷态原子荧光光谱)对汞进行分析。在线监测方法最快能每分钟得到1个读数(得到零价汞和氧化态汞的浓度)，可快速表示出测试汞浓度的瞬时性，实现实时在线监测。

在线监测技术具有的优势包括：1)直接测量目标污染物;2)提供及时的在线结果，并跟踪汞在烟道中的价态变化;3)可以用于电厂汞污染控制技术系统优化，方便控制汞排放。其缺点在于：1)精度较低，可靠性不确定;2)需要专职的技术维护;3)现有的大部分仪器系统昂贵且复杂。因此进一步完善该方法的挑战包括：1)确定系统的检测限;2)排除三氧化硫、灰分、水分等对系统的影响;3)保证系统的长期可靠性;4)提高干法系统中催化剂的使用寿命;5)处理监测系统的零点及漂移等。

4 汞污染控制技术

现阶段中国对燃煤脱汞的研究是针对燃煤电厂在燃烧前、燃烧中和燃烧后3个阶段进行相应的控制和脱除。

燃烧前控制和脱除主要是对煤种进行筛选或清洗，从源头去除其中的汞。在洗煤过程中，大约 21%～37%的汞可以被脱除。由于洗煤技术是费用相对较低的汞脱除技术，应提高全国原煤入洗率来初步脱汞。目前，发达国家原煤入洗率为 40%~100%，而中国相对较低，以 2009年为例，原煤入洗率为 43%，动力煤入洗率为20%，比美国、南非、俄罗斯等低12%~20%。从保护环境和经济可持续性的角度出发，应尽快提高中国原煤入洗率。但洗煤不能彻底去除煤中的汞，需要燃烧中和燃烧后的处理工艺进一步加强汞污染控制。

燃烧中的脱汞技术目前研究相对较少，其基本原理是提高汞的氧化效率以利于后续烟气中汞的脱除。在这一过程中，通过向炉膛中喷入催化剂或添加剂，促使 Hg0被氧化成Hg2+。但提高 Hg0氧化为 Hg2+离子的效率方面的研究尚在起步阶段，可以进行更深入的探索。燃烧中汞污染控制过程总是需要燃烧后的进一步处理，所以很多研究者直接把研究重心放在了燃烧后的烟气处理中。

从锅炉炉膛出来的高温烟气在从烟囱排向大气环境前要经过脱硝、除尘、脱硫等一系列烟气净化设施。这些烟气净化设施对汞的减排都有一定的影响，称为汞污染脱除协同控制。总的来说，选择性催化还原(SCR)脱硝能够实现将 Hg0氧化为 Hg2+，除尘能够降低颗粒汞的排放，湿法脱硫能将氧化后的 Hg2+通过溶液吸收，最终降低排放到大气中的气相 Hg0。需要说明的是，脱硫塔内 Hg2+在一定的运行条件下会被还原为 Hg0，形成二次释放。另外，本研究组现场测试表明目前国内很多企业大力推广的湿式除尘器技术在除尘的同时也具有降低汞排放的效果。这方面研究的方向总的来说有2点：1)在现有水平基础上进一步降低排放烟气中汞含量;2)降低协同控制过程的成本或者操作难度与复杂度。

然而，目前电厂运行的脱硝、除尘、脱硫等烟气净化设施并没有专门针对脱汞进行设计。本研究组针对10余家电厂的研究表明，不同电厂脱硝、除尘及脱硫等烟气净化设施对汞的联合脱除效率在 12%~86%变化;即使同一个电厂，5个月分别的测试结果显示电厂的联合脱除效率也在17%~66%变化。可见，目前现有的烟气净化设施对汞污染协同控制的效果和稳定性难以得到保证。如果协同脱除的电厂烟气还无法达到汞排放标准，国内外普遍认可的方法是通过吸附剂吸附法来降低其汞污染排放。该方法的关键在于吸附剂的选取，主流的吸附剂是活性炭、飞灰及其表面改性后的产物。活性炭的吸附性能相对较好，但其运行成本过高且影响飞灰的再利用;飞灰吸附剂的价格低廉，但其对元素单质汞的吸附性能差。烟气净化设施设计时应考虑汞污染协同控制或对飞灰进行改性提高其脱汞效率，另外还可开发新一代的高效廉价活性炭降低其运行成本。

另外，美国等国大部分煤用于电厂发电，解决了电厂燃煤汞污染排放的问题就解决了大部分燃煤汞污染问题。在中国除了燃煤电厂外，冶金、建材、化工等行业也是煤炭的终端用户，还有相当大一部分煤被民用锅炉和居民生活所用，目前每年有50%左右的煤被用于这些终端。燃煤电厂只是汞污染的重要源头之一，称之为点污染源;其他相关企业、民用锅炉等规模较小、分布分散而且广泛遍布全国各地，称其为面污染源，目前的面污染源很少或几乎没有汞污染控制的措施，排放量巨大。虽然中国目前针对点污染源开展了一些汞污染监测及控制研究，但在面污染源方面，其汞排放及控制也需要开展更多的工作。

5 结论

中国燃煤汞污染排放监测与控制迫在眉睫。在监测技术方面，需要开发长期稳定运行的高精度、高可靠性、操作简单且价格低廉的仪器，方便中国更多排放源的监测;另外由于中国燃煤高灰、高湿度的特点，需要针对中国燃煤条件开发抗干扰性能强的测试仪器。控制技术方面，加强协同控制技术的研发，掌握各个环节中化学条件的变化;加强吸附剂喷射技术的研发，开发高效低成本的吸附剂;加强对面污染源汞排放技术的开发。除此之外，政府部门的环保标准及立法是技术发展的直接推动力。

延伸阅读：

水泥窑汞污染排放及监测控制