燃煤汞污染监测及控制技术

需说明的是，煤种对汞减排及控制影响很大，美国电厂汞污染排放从2005年的53 t减少到2010年的27 t，原因之一是大型燃煤电站采用混煤燃烧或煤炭洗选从而导致烟气含汞量大幅度降低。目前中国相当大一部分企业在使用褐煤为燃料，该煤种本身含汞量较高。统计数据表明，中国煤炭平均汞含量高达0.188 μg/g，部分主要产煤区域含量在 0.3μg/g 左右，高于美国煤的平均值 0.17 μg/g，更高于澳大利亚煤的平均值 0.087 μg/g。因此，标准的修改也要因国情而异。

2 燃煤电厂中汞的行为特征

中国燃煤电厂一般是通过锅炉中煤燃烧加热给水产生蒸汽，蒸汽驱动汽轮机进而带动发电机发电。图3是中国燃煤电厂燃烧及污染物脱除系统的常规流程，煤粉在锅炉中燃烧，温度通常高达 850~1350℃，燃烧过程中产生的炉渣从锅炉下方排出，而烟气则依次通过选择性催化还原(SCR)脱硝反应塔、静电除尘器(ESP)和湿法脱硫装置(WFGD)等污染物脱除装置，最终经由烟囱排出。

汞在燃煤烟气中的存在形态一般被分为 3大类：1)气态单质汞 Hg0，这类汞约占总汞量的 20%~50%;2)气态二价离子汞 Hg2+，这类汞约占总汞量的 50%~80%;3)固态颗粒附着汞 Hgp，不超过总汞量的 5%。Hgp一般附着在残留的碳颗粒或者具有特殊表面区域的飞灰上，进入 ESP后在静电作用下随着飞灰一起被滤掉;WFGD中脱除掉的汞主要是 Hg2+，由于 Hg2+的亲水性特点，它在 WFGD中容易被脱除。因此，排入大气中的汞主要以 Hg0 的形态存在。Hg0 不溶于水，在WFGD难以脱除，又不具有极性，难于被飞灰吸附和在 ESP中脱除，所以 Hg0是造成燃煤汞污染的主要原因，也是控制汞排放的难点。Hg0的挥发性很强，在 0℃时就会缓慢挥发，温度愈高挥发越快，温度每增加 10℃汞的挥发速度约增加 1.2～1.5倍，而刮风等空气流动导致的表面活性变化更会加剧这一过程。Hg0一旦脱离了电厂烟囱就很难被集中处理，所以汞污染控制重点要在电厂烟囱向大气排放前完成。

3 烟气中汞监测技术

为对燃煤电厂汞污染进行针对性的脱除和控制，有必要在电厂不同位置监测其含量和成分。然而，尽管燃煤烟气排放了大量的汞，但由于烟气中的汞浓度非常低，开展监测工作并不容易。例如按照0.03 mg/Nm3烟气汞含量计算，相当于每3亿个粒子中只有1个是汞，其监测难度可想而知。在实际测量中，现行的监测方法主要有3种。

1)安大略(OHM)法。安大略法能够测量 Hg0、Hg2 +和Hgp，其测量系统主要由石英等速取样管、加热装置、加热箱(内含过滤装置)以及 1组放于冰浴中的汞吸附系统组成。其中汞吸附系统由8个吸收瓶组成，前3个盛有 1 mol/L KCl溶液，吸收氧化态汞;中间是 1个装有 5% HNO(3 体积比)+10%H2O(2 体积比)和3个装有4% KMnO(4 质量比)+10% H2SO(4 体积比)溶液的吸收瓶，用于收集元素汞;第 8个吸收瓶装有硅胶，吸收烟气中的水，避免水进入气体计量设备。一般地，总取样时间至少为2 h，但不能超过3 h。且 OHM汞吸附系统的溶液均在采样之前2 h内进行配制，密封送至取样位置进行取样。取样结束后需立刻密封，2 h内送回分析室进行样品回收和定容，然后进行样品消解和分析工作，分析方法多采用冷态原子吸收光谱法(CVAAS)分析汞浓度。

该方法对测试人员的素质及测试技术要求较高，对气体样品采集和溶液分析也有严格要求，且分析结果滞后无法实时监测。但OHM设备简单，价格便宜，测量结果也较为准确。

2)30B法。30B法用于分析监测烟气中的总汞浓度。此方法使用内部填充吸附剂(活性炭、处理后的活性炭和其他吸附剂等)的捕集管(30B管)，取样系统由采样探针、脱除酸性气体和水的冷却装置、气体流量计、气体流速和温度控制装置、真空泵等部分组成。30B管内一般装两段吸附剂，使用石英棉进行固定。其中第 1段被用于捕获烟气中的汞，第2段则应用于保证烟气采样和分析的质量管理和质量控制。采样过程中，从烟道引导出一定量的烟气样品，通过 2个吸附剂捕集管同时采集烟气，令烟气以匀速通过捕集管(烟气流量设定为 0.2～0.6 L/min)，烟气中的汞被捕集管中的吸附剂吸附。此方法对质量控制要求较为严格，第2段吸附剂中汞浓度不能超过第 1段的 10%;且两个平行采样捕集管的汞浓度相对误差不能超过10%，否则认定为实验失败。吸附后的样品通过分析仪器分析，分析方法一般采用冷态原子荧光光谱法(CVAFS)、冷态原子吸收光谱法(CVAAS)等。

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