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图1安大略法(OHM)采样系统

30A法是用装有烟尘过滤装置的采样探头将烟气从烟道或烟囱中抽取出来,用管线将其通过汞转换器,将Hg2+ 还原为Hg0 ,再直接送至检测器, 检测数据又直接被传输到记录、储存系统(图2)。Hg2+ 转化为Hg0 方法通常采用高温转化或催化转化。该方法能够直接连续地获得汞浓度数据,即连续在线监测,检测限及精度与采样及分析系统仪器的配置有关,能够满足燃煤电厂气态汞排放浓度监测的需要。30A法设备系统高度集成化,操作简单,但因运行维护难度较大,系统的稳定性与可靠性仍是各主要仪器生产商需要解决提高的技术难题,也是该方法在美国还未能大规模采用的一个原因。

图230A法采样系统

30B法操作简单,先对烟气进行抽气采样,用填充有专用吸附材质(活性炭等)的吸附管捕集烟气中的气态汞,并记录采样流量,然后将样品送至分析部门(单元)进行分析(图3),计算烟道气中汞的浓度。该方法由于需要人工干预操作,又被称为手工方法。采样与分析各自独立进行,采样时间根据监测需要可从1min至数个月,样品分析可送至专门的分析部门进行,也可由电厂自行完成。相对于另外2种法,30B法的设备系统与操作都十分简单,价格低廉,测得的汞浓度数据准确度和精度都较高。但是,该方法要求抽取经净化后的洁净烟气进行分析,采样点应当设置在烟气净化装置后,如石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统(FGD)后,或烟囱上。

图330B法采样系统

313我国燃煤电厂烟气汞监测实例

在我国,目前还未将汞作为燃煤电厂大气污染物的常规监测对象,因此仅有为数不多的电厂以研究为目的对烟气汞排放进行了监测。如由清华大学承担的中意、中挪环保合作项目,以及由国电环境保护研究院承担或协作完成的江苏、浙江等地区部分燃煤电厂环境监测项目等,对北京、贵州、浙江、江苏的10余家燃煤电厂进行了汞排放监测研究工作。另外,在五大电力集团汞控制试点工作即将全面开展之际,华能北京三河电厂已安装了烟气汞在线监测系统(采用30A法)。

在中意、中挪环保合作项目中,分别对5家燃煤电厂的汞排放进行了监测和分析研究,其中对烟气中汞的监测都是采用的安大略法,监测了Hg0 ,Hg2+ 和Hgp的排放浓度,总汞(Hg0+Hg2++Hgp )排放浓度为1106~8169LgPm3 (以标态干烟气计)。

由国电环境保护研究院完成的燃煤电厂烟气汞浓度监测均以我国标准HJ543)2009的征求意见稿及暂行版提供的方法为参考:等速采样,由安装在探头中的滤筒过滤颗粒物,气态汞通过两级吸收方法收集在吸收液中,测得电厂气态总汞(Hg0 +Hg2+)排放浓度为4172~14154LgPm3(以标态干烟气计) 。值得注意的是该方法通过滤筒阻留烟尘,富集在滤膜上的飞灰对烟气中气态汞也具有一定的吸附作用 ,因此该方法测得的总气态汞(Hg 0 +Hg2+ )会有部分损失。

4结论与建议

汞排放在世界范围内已受到了广泛的关注,但汞排放量还是以估算为主,排放监测并没有被广泛采用,除美国、加拿大制定了新建电厂的汞排放限值以外,也仅少数发达国家有相关的减排计划。在我国,汞污染控制已提上议事日程,但来自各方的汞排放数据五花八门,甚至相差甚远,相应的标准监测方法体系尚不健全。因此,笔者借鉴发达国家的经验,对燃煤电厂烟气汞污染排放控制工作的初期阶段提出建议。

(1)以电厂监测为基础,展开燃煤电厂烟气汞排放调查。充分结合我国燃煤电厂的实际情况与监测需求,在现有标准GBPT16157)19965固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法6及HJ543)20095固定污染源废气汞的测定冷原子吸收分光光度法(暂行)6的基础上,借鉴美国的3种监测方法(安大略法,30A法和30B法),研究并制(修)订出与之相适应的监测方法与标准;在进口监测仪器的基础上进行探索,开发出适用于我国燃煤电厂的相关仪器并推广应用,在大量监测数据的基础上摸清我国燃煤电厂实际汞排放情况。

(2)在燃煤电厂烟气汞排放调查的基础上,结合目前电厂已配置的环保设备的协同减排能力,制定短期可行的减排目标,准备出台燃煤电厂烟气汞排放标准。2011年1月17日,环境保护部征求5火电厂大气污染物排放标准(二次征求意见稿)6意见,新标准增加了汞的排放指标,确定我国火电厂汞的排放限值为0103mgPm3 。该浓度限值的确定充分研究了美国、欧盟和德国的火电厂排放标准,以国外的研究成果和排放限值作为参考借鉴,适合于我国燃煤电厂的实际情况。

(3)监测方法和仪器开发方面:冷原子吸收光谱法(CVAAS)、冷原子荧光法(CVAFS)等汞的分析方法与技术都已非常成熟,相关仪器也基本实现了国产化;另外借鉴国家对烟尘,SO2等大气污染物的监测要求来看,电厂配置汞在线连续监测系统是其必然的发展方向。因此,电厂用汞监测系统(30A法)的研究主要集中在以下方面:1)采样方法与技术改进和采样系统的开发,主要体现在解决颗粒态汞与气态汞采样相互干扰(减少气态汞损失)、气态汞样品的预处理P转化等问题;2)采样、分析、数据处理等单元的自动化控制系统集成;3)监测数据的质量保证与质量控制,解决无标准样品情况下的在线标定问题;4)提高仪器系统稳定性与可靠性,减少故障率和维护。

对于以研究和对比或比对监测为目的的研究机构或环保部门,安大略法和30B法都具有其各自的特点和优势,同时也有各自需要注意和改进的地方:1)安大略法系统及操作都较为复杂,从采样到仪器分析环节众多,引入误差的可能性较大,应保证全程各环节的质量控制和提高自动化程度、减少人为因素的误差引入;2)30B法操作简单,但采样与分析分离,提高采样管中填充吸附剂的性能是关键,如提高吸附解吸及汞样品的长时间保存能力、延长使用寿命等。

原标题：燃煤电厂汞的排放控制要求与监测方法

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