燃煤電廠大氣汞排放在線監(jiān)測技術(shù)運(yùn)用

宮 麗

（安徽省淮北市環(huán)保監(jiān)測站，安徽 淮北 235000）

燃煤電廠大氣汞排放在線監(jiān)測技術(shù)運(yùn)用

宮 麗

（安徽省淮北市環(huán)保監(jiān)測站，安徽 淮北 235000）

目前，我國大氣汞污染情況較為嚴(yán)峻，根源以燃煤電廠排放為主，為了維護(hù)生態(tài)環(huán)境與人民群眾的身體健康，必須做好燃煤電廠大氣汞排放的控制和監(jiān)測工作。本文以在線監(jiān)測技術(shù)為核心，分析燃煤電廠大氣汞排放在線監(jiān)測技術(shù)，構(gòu)建完善的大氣汞排放在線監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對大氣汞排放的控制，進(jìn)而為相關(guān)研究人員提供一定的借鑒。

燃煤電廠；大氣汞；在線監(jiān)測技術(shù)

汞作為一種化學(xué)物質(zhì)，具有極強(qiáng)的生理毒性，可以通過呼吸、飲食以及皮膚接觸等方式進(jìn)入體內(nèi)，威脅著人們的身體健康。在汞排放到大氣層后，氧化汞會在大氣中維持超過1年之久，造成超遠(yuǎn)距離傳送[1]。目前，我國大氣汞污染情況較為嚴(yán)峻，根源以燃煤電廠排放為主[2]，為了維護(hù)生態(tài)環(huán)境與大眾身體健康，對燃煤電廠大氣汞排放的控制和監(jiān)測十分重要，依據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)結(jié)果制定汞污染控制方案，進(jìn)而落實(shí)環(huán)保理念。在這樣的環(huán)境背景下，探究燃煤電廠大氣汞排放在線監(jiān)測技術(shù)運(yùn)用具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 氧化汞還原方式

1.1 手工濕法還原法

手工濕法還原法主要將氧化態(tài)汞還原為元素汞，其測量濃度范圍在1.5～100 ug/Nm3內(nèi)，應(yīng)用于排放氣體中對氣態(tài)汞定量分析中，具有還原率高、定量精準(zhǔn)的特點(diǎn)。首先，工作人員要運(yùn)用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)劑，對不同溶液中各個形態(tài)汞進(jìn)行吸附，并要對生成物進(jìn)行后續(xù)處理，工作量較大。其次，在實(shí)際處理中，必須由專業(yè)人員進(jìn)行操作，以保證監(jiān)測處理效果。最后，在實(shí)際處理中，若沒有及時取樣，或者是吸附完全燃燒的碳，很容易形成測量誤差。

1.2 催化劑還原法

催化劑還原法要在200℃～400℃環(huán)境下，借助催化劑促進(jìn)離子態(tài)汞轉(zhuǎn)變?yōu)樵貞B(tài)汞，其轉(zhuǎn)化溫度低于高溫轉(zhuǎn)化溫度，具有催化效率高、流程簡單的特點(diǎn)，并在實(shí)際應(yīng)用中有效阻止零價汞和活性物質(zhì)的反應(yīng)[3]。同時，為了避免催化劑的中毒現(xiàn)象，處理中要引入備用轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，這就提高了處理成本，催化劑具有一定壽命，進(jìn)而提高還原成本。

1.3 高溫裂解還原法

一般而言，在特定條件下的單質(zhì)汞與汞化合物具備一定的動態(tài)平衡，在不同溫度環(huán)境下，元素汞與氧化態(tài)汞的濃度比例存在差異性，其變化曲線如圖1所示。而高溫裂解還原法正是利用這一特點(diǎn)，利用對溫度的控制提高汞的轉(zhuǎn)化率，進(jìn)而達(dá)到降低汞濃度的目的。但是在實(shí)際應(yīng)用中，受溫度環(huán)境影響，要配置高溫加熱設(shè)備和相關(guān)保溫隔熱材料，控制系統(tǒng)溫度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氧化態(tài)汞的還原。

圖1 元素汞與氧化態(tài)汞的濃度變化

2 汞元素在線監(jiān)測技術(shù)

2.1 冷蒸汽原子吸收光譜法

冷蒸汽原子吸收光譜法主要以蒸汽中汞元素基態(tài)原子對波長形成的輻射波吸收屬性為依據(jù)，測定樣品中汞元素含量。為了提高檢測準(zhǔn)確性，工作人員要選擇特征波長253.7 nm的汞燈充當(dāng)光源，蒸汽中汞元素對波長的輻射存在一定的特性吸收，其操作原理如圖2所示。工作人員可以調(diào)節(jié)光源強(qiáng)弱來控制汞濃度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對大氣汞排放的定量分析。

圖2 冷蒸汽原子吸收光譜法

2.2 冷蒸汽原子熒光光譜法

冷蒸汽原子熒光光譜法以汞燈和激光燈為照射光源，檢測汞原子受光源照射輻射出的熒光信號，進(jìn)而計(jì)算汞濃度。在實(shí)際應(yīng)用中，這種監(jiān)測方式具有極高的靈敏度和準(zhǔn)確度，但是由于燃煤煙氣中的其他混合氣體的排放，會為汞形成一定的庇護(hù)屏障，弱化對汞元素的熒光強(qiáng)度，進(jìn)而影響監(jiān)測結(jié)果。對此，在實(shí)際測定中，要選擇惰性氣體充當(dāng)汞元素載體，保證熒光作用和熒光強(qiáng)度，使用汞元素富集法，將加熱釋放后的汞進(jìn)行濃度測定分析，進(jìn)而提高監(jiān)測效率和監(jiān)測質(zhì)量。

2.3 原子發(fā)射光譜法

原子發(fā)射光譜法主要是監(jiān)測汞元素原子在熱激發(fā)環(huán)境下的發(fā)射電磁輻射，獲得汞元素定性與定量分析。這種監(jiān)測方式可以應(yīng)用在任何形態(tài)下的汞電離，直接監(jiān)測其濃度和性質(zhì)，不受其他混合氣體的影響，實(shí)現(xiàn)多種元素的同時監(jiān)測，保證監(jiān)測效率和監(jiān)測質(zhì)量。就目前應(yīng)用現(xiàn)狀而言，原子反射光譜法發(fā)展和應(yīng)用尚未成熟，需進(jìn)一步的研究，以發(fā)揮出燃煤煙氣中對汞的監(jiān)測價值。

2.4 X射線熒光光譜法

X射線熒光光譜法以X射線為主，通過X射線形成一次X射線，激活被測樣品，使得被測樣品中各個元素同時釋放二次射線，監(jiān)測各個元素二次射線能量特性和波長特性，進(jìn)而計(jì)算汞元素濃度。目前而言，由于檢測儀器的局限性，給X射線熒光光譜法的應(yīng)用形成阻礙，同時在實(shí)際應(yīng)用中，要求濾膜綜合性能與質(zhì)量，只有特質(zhì)濾膜才會符合測定要求，測定過程不會對樣品造成任何影響，是燃煤大氣汞測定方式的發(fā)展趨勢。

3 燃煤電廠大氣汞排放在線監(jiān)測技術(shù)的運(yùn)用

3.1 飽和蒸汽壓法

在密封恒溫環(huán)境中，固態(tài)物質(zhì)和液體物質(zhì)會揮發(fā)氣態(tài)物質(zhì)，直至達(dá)到三者平衡為止，而蒸汽本身的壓力即為飽和蒸汽壓力，物質(zhì)的飽和蒸汽壓力會受溫度影響而變化，而獲得汞飽和蒸汽后，構(gòu)建氣體狀態(tài)方程，即可實(shí)現(xiàn)汞蒸氣濃度的測定。結(jié)合汞元素在線監(jiān)測技術(shù)，以克勞修斯·克拉貝龍方程為核心，計(jì)算積分濃度，在氣態(tài)汞、液態(tài)汞以及固體汞三個平衡后，通過方程計(jì)算濃度積分，構(gòu)建無變量體系，以溫度與壓力為定值，獲得該狀態(tài)下飽和蒸汽壓具體數(shù)值。

3.2 方案設(shè)計(jì)

第一，吸收截面明確檢測系統(tǒng)范圍，通過各個滲透管開展?jié)舛葴y定實(shí)驗(yàn)，借助光譜法，明確各個積分范圍下光學(xué)厚度和濃度之間存在的線性關(guān)系，獲得濃度積分上限和下限。第二，以吸收截面系統(tǒng)平臺為主，進(jìn)行二次監(jiān)測實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)積分范圍的可靠性和準(zhǔn)確性，進(jìn)而確定特定溫度環(huán)境下系統(tǒng)監(jiān)測吸收面積。第三，以元素汞在線監(jiān)測系統(tǒng)為核心，改變系統(tǒng)汞蒸氣溫度環(huán)境，控制汞蒸氣所形成濃度變化，并將汞元素接入吸收池，和在線監(jiān)測濃度進(jìn)行對照，進(jìn)而明確監(jiān)測系統(tǒng)汞濃度測定的穩(wěn)定程度與誤差值。

3.3 應(yīng)用結(jié)果

第一，在進(jìn)行實(shí)際監(jiān)測中，依托于克勞修斯·克拉貝龍方程，嚴(yán)格控制檢測環(huán)境因素、光源和設(shè)備儀器等因素，優(yōu)化在線監(jiān)測流程，防止儀器非線性光譜拉伸所形成的檢測誤差，進(jìn)而保證監(jiān)測效率和監(jiān)測質(zhì)量。

第二，在實(shí)際監(jiān)測中，煙氣汞在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作環(huán)境一般控制為常壓常溫狀態(tài)下，并考慮實(shí)際燃煤煙氣中煙道內(nèi)部溫度、濕度、煙塵以及氣體成分對監(jiān)測結(jié)果的影響，保證監(jiān)測質(zhì)量和監(jiān)測效率。

第三，光源穩(wěn)定程度與重復(fù)次數(shù)是提高監(jiān)測結(jié)果精準(zhǔn)性的關(guān)鍵因素，在進(jìn)行燃煤電廠大氣汞排放在線監(jiān)測中，考慮時間因素，嚴(yán)格控制汞燈或者激光燈光源穩(wěn)定性，結(jié)合實(shí)際燃煤煙氣情況進(jìn)行光源選擇，保證監(jiān)測效果。同時，受在線監(jiān)測系統(tǒng)反應(yīng)時間的影響，在保證監(jiān)測質(zhì)量的基礎(chǔ)上，要適當(dāng)簡化監(jiān)測流程，減少吸收池內(nèi)氣態(tài)汞的穩(wěn)定時間，縮短等待時間，保證監(jiān)測效率。

第四，為了提高監(jiān)測質(zhì)量，在實(shí)際監(jiān)測的過程中，工作人員要重視吸池長度與尺寸的設(shè)置，提高設(shè)置的精確性，并開展相應(yīng)的模擬實(shí)驗(yàn)，確定吸收池具體長度和尺寸等參數(shù)，考慮到監(jiān)測系統(tǒng)單元汞加熱和冷凝溫度之間的關(guān)系，建立變量關(guān)系矩陣模型，以此調(diào)節(jié)監(jiān)測結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高燃煤電廠大氣汞排放在線監(jiān)測綜合質(zhì)量水平。

4 結(jié)語

本文通過對燃煤電廠大氣汞排放在線監(jiān)測技術(shù)運(yùn)用的研究，對燃煤煙氣中的氧化態(tài)汞通過手工濕法、催化劑、高溫裂解等方式進(jìn)行還原，形成汞元素；利用汞元素在線監(jiān)測技術(shù)，構(gòu)建在線監(jiān)測系統(tǒng)，完善燃煤電廠大氣汞排放在線監(jiān)測體系，進(jìn)而達(dá)到監(jiān)測效果。

1 王書肖，張 磊.燃煤電廠大氣汞排放控制的必要性與防治技術(shù)分析[J].環(huán)境保護(hù)，2016，（9）：31-33.

2 馬慧濤.燃煤電廠煙氣總汞在線監(jiān)測技術(shù)研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2015.

3 王樹民，宋 暢，陳寅彪，等.燃煤電廠大氣污染物“近零排放”技術(shù)研究及工程應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)研究，2015，（4）：487-494.

Coal-fired Power Plants of Atmospheric Mercury Emission On-line Monitoring Technology

Gong Li
(Environmental Monitoring Station of Huaibei city, Huaibei 235000, China)

At present, the situation of atmospheric mercury pollution in China is more serious, with a burning coalfired power plant emission source, in order to protect the ecological environment and people's health, must do a good job monitoring and control of coal-fired power plant emissions of atmospheric mercury. Based on the study on the on-line monitoring technology as the core, analysis of online monitoring technology in coal-fired power plant atmospheric mercury emissions, construction of online monitoring system for atmospheric mercury emissions to improve, to achieve control of atmospheric mercury emissions, and for researchers to provide a reference and help.

coal-fired power plant; atmospheric mercury; on-line monitoring technology

X831

A

1008-9500(2017)07-0077-03

2017-05-13

宮麗（1972-），女，安徽淮北人，環(huán)境中級工程師，從事環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境工程等工作。