燃煤電廠煙氣中Hg的測(cè)試方法研析

陳招妹，沈敏超，劉含笑，郭高飛，孟銀燦，方小偉，劉美玲

(浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?， 浙江 諸暨 311800)

從霧霾的控制角度來看，對(duì)于實(shí)施超低排放的電廠，PM、SO2、NOx的減排潛力已不大，電廠、工業(yè)鍋爐、水泥等行業(yè)的重金屬(如Hg)等非常規(guī)污染物排放控制將是我國未來的重大環(huán)保需求[1-7]。燃煤煙氣中Hg的主要形態(tài)有顆粒Hg、二價(jià)Hg和元素Hg三種[8]，Hg形態(tài)的復(fù)雜性決定了其準(zhǔn)確測(cè)試的難度，燃煤煙氣中Hg準(zhǔn)確測(cè)試一直是行業(yè)難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

本文結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及文獻(xiàn)，闡述并簡(jiǎn)要分析了燃煤煙氣中Hg的測(cè)試方法，旨在為后續(xù)的技術(shù)研究及工程實(shí)施提供借鑒。

1 燃煤電廠煙氣Hg測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

燃煤電廠煙氣Hg測(cè)試方法主要有線測(cè)試方法、離線測(cè)試方法兩種。其中，后者又有固體吸附和濕化學(xué)法兩個(gè)分類。濕化學(xué)法是最常用和最準(zhǔn)確的煙氣Hg測(cè)試技術(shù)，主要包括《燃煤固定源煙氣元素態(tài)汞、氧化態(tài)汞、顆粒態(tài)汞和總汞標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法》(ASTM 標(biāo)準(zhǔn)方法D6784-02，簡(jiǎn)稱OHM 法)、《固定源金屬排放標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法》(EPA 方法29)、《污泥焚燒爐顆粒態(tài)汞和氣態(tài)汞標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法》(EPA 方法101A)、《氯堿企業(yè)顆粒態(tài)汞和氣態(tài)汞標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法》(EPA 方法101B)、“氨丁三醇緩沖液-高錳酸鉀法”(TB法)、“氨丁三醇緩沖液-碘化鉀法”(IB法)等。如表1所示。

表1 燃煤電廠煙氣Hg測(cè)試方法對(duì)比

美國燃煤電廠煙氣汞的監(jiān)測(cè)主要使用兩種標(biāo)準(zhǔn)方法：在線監(jiān)測(cè)方法(EPA 方法30A)和固體吸附法(EPA 方法30B)。其中，在線監(jiān)測(cè)方法應(yīng)用比例較高，達(dá)到了70%以上，其余主要使用固體吸附法。無論是在線監(jiān)測(cè)方法還是固體吸附法，都需要定期對(duì)其進(jìn)行方法的校驗(yàn)，美國燃煤電廠煙氣汞監(jiān)測(cè)的校驗(yàn)方法主要選擇OHM法。

2 OHM采樣方法(屬于濕化學(xué)法)

濕化學(xué)采樣分析法采用具有選擇性的吸附劑來捕集煙氣中不同形態(tài)的Hg，其中，最主要的標(biāo)準(zhǔn)方法是安大略法(OHM)。

OHM采樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，采樣系統(tǒng)主要應(yīng)包括恒溫采樣管、恒溫過濾箱、吸收瓶箱、采樣抽氣泵、控制測(cè)量箱、臍帶電線等單元。采樣系統(tǒng)需要保證能夠測(cè)定煙氣的靜壓、流速和溫度等相關(guān)參數(shù)。采樣石英玻璃管及過濾系統(tǒng)需要控制采樣溫度為120℃，主要為了防止煙氣中的水蒸氣凝結(jié)而使煙氣中的汞沒有完全進(jìn)入汞的采樣收集系統(tǒng)，以及防止汞在石英玻璃管吸附冷凝和在濾膜上發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)化。采樣時(shí)對(duì)吸收瓶進(jìn)行冷浴處理，保證煙氣汞的充分吸收。

圖1 OHM采樣系統(tǒng)示意圖

該方法采樣精確度高，可作為其他標(biāo)準(zhǔn)方法的校準(zhǔn)方法，但是該法的采樣過程較為復(fù)雜，對(duì)測(cè)試人員素質(zhì)要求較高，且測(cè)試成本也較高。

3 30B采樣方法(固體吸附法)

美國早在1991年就首次在燃煤電廠煙氣Hg測(cè)試中采用了固體吸附法，采用改性活性炭作為固體吸附劑，對(duì)煙氣中的Hg進(jìn)行吸附采集。EPA 30B屬于該方法。

30B采樣系統(tǒng)如圖2所示，主要包括活性炭吸附管、采樣探頭、溫度傳感器、除濕裝置、采樣控制器、采樣泵等。采樣探頭應(yīng)具備加熱功能，加熱溫度不低于120°C，以防止煙氣冷凝。

圖2 30B采樣系統(tǒng)

活性炭吸附管有兩段式和三段式兩種，如圖3、圖4所示。兩段式吸附管內(nèi)裝有兩段特制的用碘或其他鹵素及其化合物處理的活性炭，且每段能夠獨(dú)立分析。三段式活性炭吸附管內(nèi)裝有三段特制的活性炭，其中加標(biāo)段活性炭添加已知質(zhì)量的Hg，也可采用市售的已經(jīng)加標(biāo)的活性炭管。

圖3 兩段式活性炭吸附管

圖4 三段式活性炭吸附管

干式Hg采樣法容易受到吸附劑類別、吸附效率和樣品回收率等未知因素的制約，與濕法一樣，這種方法所測(cè)Hg含量取測(cè)試樣品時(shí)間范圍內(nèi)的平均值，此外采集樣品必須送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析測(cè)定，故測(cè)定結(jié)果具有一定的滯后性。但干式采樣分析法的整個(gè)采樣過程未利用任何的化學(xué)清洗，具有操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性好、經(jīng)濟(jì)成本低等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)取樣及儀器校準(zhǔn)等方面仍被廣泛采用。

4 兩種測(cè)試方法對(duì)比

上述兩種燃煤電廠煙氣中Hg的采樣方法對(duì)比如表2所示。

表2 兩種燃煤電廠煙氣中Hg的采樣方法對(duì)比

5 結(jié)語

燃煤電廠煙氣Hg測(cè)試的離線方法主要有濕化學(xué)法和固體吸附法兩大類，濕化學(xué)方法中的安大略法(OHM)是美國環(huán)保署和能源部推薦的采集和分析燃煤煙氣中汞的不同形態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)方法，最為準(zhǔn)確，但操作繁瑣。固體吸附法中30B法操作簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，目前應(yīng)用較多。