南京燃煤電廠煙氣中汞的排放調(diào)查

謝馨,尹衛(wèi)萍

(1.南京市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 南京 210013;2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210036)

汞是環(huán)境中一種生物毒性極強的重金屬污染物，可通過水、空氣、食物等途徑進入人體，對其腦部、脊髓、腎臟和肝臟造成傷害。研究表明，80%的汞以蒸氣的形式排向大氣，主要源于化石燃料燃燒[1]。

現(xiàn)階段我國燃煤電廠煙氣汞控制存在科研基礎(chǔ)薄弱、控制技術(shù)無法產(chǎn)業(yè)化、工程化等種種問題。對燃煤電廠汞排放的研究主要還在實驗室數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)或是采用國外的汞排放因子，國內(nèi)基于現(xiàn)場測試的燃煤電廠汞排放資料還非常少。而國外對燃煤鍋爐煙氣中汞的研究已經(jīng)取得了一些進展，美國國家能源部和國家能源技術(shù)實驗室聯(lián)合美國電力科學(xué)研究院對各州1 043個燃煤電廠進行測量，獲得了大量關(guān)于燃煤電廠汞排放的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

現(xiàn)對南京市8家國控污染源13臺(套)燃煤鍋爐進行監(jiān)測，以明確電廠汞的排放量，為燃煤電廠汞控制技術(shù)提供可靠基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

1 研究方法

1.1 污染源遴選

從煤中汞的轉(zhuǎn)化機理可見，鍋爐煙氣中汞含量，除了與煤質(zhì)汞含量有關(guān)外，和鍋爐類型、燃燒工況以及凈化設(shè)施關(guān)系也十分密切。通過分析南京燃煤鍋爐不同污染源類型，以南京市市管國控企業(yè)燃煤鍋爐為監(jiān)測對象,主要的監(jiān)測項目為煙氣中汞(氣態(tài)和固態(tài))、煤質(zhì)中汞、煙氣流量、煙溫、氧含量和相關(guān)的煙氣參數(shù)。典型污染源基本信息見表1。

1.2 測試方法

表1 典型污染源基本信息

儀器為應(yīng)用3012(H)型煙氣(塵)采樣器和應(yīng)用3072煙氣采樣器(青島嶗山應(yīng)用研究所)。通過動壓平衡等速采樣，將固態(tài)汞從固定污染源中抽取到石英濾筒收集塵粒，過濾其中的固體顆粒，從而實現(xiàn)煙氣的氣固分離。采樣槍為不銹鋼采樣管，內(nèi)壁噴涂聚氟氯乙烯。導(dǎo)管為硅橡膠管，并對取樣槍至采樣瓶導(dǎo)管進行加熱，以保持煙氣溫度在120℃左右。鍋爐后的煙氣將通過采樣瓶，以吸收氣態(tài)汞。

煤樣采集在輸煤皮帶上的采煤樣機完成，選取一塊較干凈的水泥地面，將煤倒出，依次從上到下形成圓錐體。將其壓平成厚度適當(dāng)?shù)谋馄襟w。在其上方劃十字，形成4個相等的扇行，保留其中的2個相對的扇形體。按上述方法進行下一步的縮分，最后縮分至約2.5 kg。裝入袋中密封，貼上標(biāo)簽，送至實驗室。

采用原子熒光光度計AFS-3100型(北京科創(chuàng)海光儀器有限公司)。所采集樣品用混合酸消解處理，在酸性介質(zhì)中，加熱消解使樣品溶液中的汞以二價汞的形式存在，再被硼氫化鉀還原成單質(zhì)汞，形成汞蒸氣，被引入原子熒光分光光度計進行測定[2]。根據(jù)文獻[3]，空白值<0.005 μg汞，每批次測定不少于10%的實驗室平行樣和加標(biāo)樣。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙氣中汞的分布形態(tài)

對南京市8家國控污染源13臺(套)燃煤鍋爐進行監(jiān)測，共獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)762個，現(xiàn)場質(zhì)控數(shù)據(jù)達到11%，合格率100%。監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總見表2。

燃煤電廠煙氣中汞主要以氣相部分汞形態(tài)存在，所占比重在72.4%～100%，見表3。

2.2 煙氣中汞的達標(biāo)狀況

根據(jù)文獻[4]，南京市8家電廠13臺(套)鍋爐排放廢氣中汞的排放值均達標(biāo)，實際值為0.16～15.9 μg/m3,均遠低于標(biāo)準(zhǔn)限值。

表2 監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總

表3 煙氣中汞的分布特征

2.3 影響因素

2.3.1 煤質(zhì)中汞含量

目前南京電廠主要的煤種是煙煤，主要煤產(chǎn)地集中在安徽、山西和內(nèi)蒙古。而目前我國主要產(chǎn)煤的省份煤炭的汞含量相差很大，內(nèi)蒙古為0.06～1.07 mg/kg，山西為0.02～1.95 mg/kg，而安徽為0.14～0.33 mg/kg。南京市13臺(套)的鍋爐入爐煤的汞為0.20～0.42 mg/kg，平均值0.27 mg/kg，略高于全國煤炭中平均值0.22 mg/kg，煤質(zhì)中汞與煙氣中汞質(zhì)量濃度比較見圖1。

圖1 煤質(zhì)中汞與煙氣中汞質(zhì)量濃度比較

由圖1可見，煤質(zhì)中汞與煙氣中汞變化趨勢大致相似，通過計算，得到相關(guān)系數(shù)為0.91，說明煤中的汞含量直接影響煙氣中汞的濃度，大部分汞已被煙氣凈化過程中協(xié)同脫除。

2.3.2 鍋爐負荷

監(jiān)測結(jié)果表明，鍋爐蒸發(fā)量<220 t/h鍋爐汞平均排放因子為1.37×10-8～4.17×10-8，均值為2.77×10-8；鍋爐蒸發(fā)量為220～1 000 t/h 鍋爐汞平均排放因子為0.06×10-8～0.46×10-8，均值為0.23×10-8；鍋爐蒸發(fā)量>1 000 t/h鍋爐的汞平均排放因子為0.10×10-8～0.24×10-8，均值為0.16×10-8；裝機容量、運行負荷越大，汞平均排放因子呈變小趨勢。

2.3.3 凈化裝置

利用常規(guī)的煙氣污染控制設(shè)施進行一體化汞脫除，根據(jù)汞的形態(tài)、煤質(zhì)分析、飛灰特性、污染控制設(shè)施的配置及其他因素，汞脫除效率可以達到95%以上，效果明顯。這點與美國國家能源技術(shù)實驗室和美國環(huán)保署實驗結(jié)果吻合[5]，靜電除塵器、濕法脫硫和選擇性催化還原法的凈化配置對汞的脫除效率最高，達到95.4%。凈化裝置組合與脫汞效率比較見表4。

表4 凈化裝置組合與脫汞效率比較

3 結(jié)論

(1)燃煤電廠煙氣中汞主要以氣相部分汞形態(tài)存在，占比為72.4%～100%，平均為92.3%。根據(jù)文獻[5]，8家電廠13臺(套)燃煤鍋爐排放煙氣中汞的排放值均達標(biāo)，實際值為0.16～15.9 μg/m3,均遠低于標(biāo)準(zhǔn)限值；(2)煤質(zhì)中汞含量的變化曲線與電廠煙氣中汞濃度變化曲線的趨勢是大致相似的，相關(guān)系數(shù)為0.91。燃煤電廠機組容量、發(fā)電負荷越大，汞平均排放因子呈變小趨勢；(3)靜電除塵器、濕法脫硫和選擇性催化還原法的凈化配置對汞的脫除效率最高，達到95.4%。

[1] 吳昊，邱建榮，王泉海，等.煤中汞在燃煤電站中的形態(tài)轉(zhuǎn)化[J].電力環(huán)境保護,2003,19(1): 29-31.

[2] 國家環(huán)境保護總局. HJ/T 397-2007固定源廢氣監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 [S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2008.

[3] 國家環(huán)境保護總局. HJ/T 373-2007 固定源廢氣監(jiān)測質(zhì)量保證與質(zhì)量控制監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2008.

[4] 國家環(huán)境保護部. GB 13223-2011 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2011.

[5] 劉昕，蔣勇.美國燃煤火力發(fā)電廠汞控制技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀[J]. 高科技與產(chǎn)業(yè)化,2009(3):92-95.