燃煤電廠煙氣測量方法分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上燃煤電廠煙氣測量方法分析0、引言 汞作為常溫下唯一的液態(tài)金屬，以其高揮發(fā)性、易遷移性、生物累積性、毒性，引起了國際社會(huì)的廣泛關(guān)注。燃煤電廠是全球汞排放的首要源頭，約占全球總排量的40%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年我國火電廠的汞排放量為304t。汞成為燃煤電廠煙氣污染物中繼SO2、NOx顆粒物后又一主要污染物。我國的國情決定了以火電為主的能源結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)不會(huì)改變，我國高度重視汞污染防治工作，（重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃）是我國出臺的第一個(gè)“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃，同時(shí)，為獲得全面的汞排放數(shù)據(jù)，環(huán)保部于2012年在全國范圍內(nèi)組織開展燃煤電廠煙氣汞排放測量試點(diǎn)工作，因此，明確各種汞

2、測量方法，對全方面了解我國汞排放情況，制定出相應(yīng)的政 策法規(guī)與減排措施具有重要意義。 1、燃煤煙氣中汞排放形態(tài) 汞在煤中的主要存在形式是黃鐵礦，在燃煤煙氣中有三種形態(tài)，既元素態(tài)汞（Hg）、氧化態(tài)汞（Hg）、顆粒態(tài)汞（Hg），三者之和即為總汞（Hg）。煤在鍋爐中燃燒的同時(shí)，進(jìn)入煙氣的汞幾乎都以Hg的形態(tài)出現(xiàn)，Hg的比例很小。在煙氣流出爐膛，隨著溫度的降低，Hg與其他物質(zhì)發(fā)生了一系列的物理化學(xué)變化，Hg和Hg隨之產(chǎn)生。 煙氣汞在通過各污染物脫除設(shè)施的過程中，其形態(tài)分布發(fā)生變化。鐘麗萍研究發(fā)現(xiàn)，SCR脫硝設(shè)施對煙氣中Hg濃度改變很小，但會(huì)使Hg的含量增加，Hg的含量受煤中氯元素含量的影響。高洪亮等研

3、究了電除塵器對循環(huán)流化床鍋爐煙氣汞排放特性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)煙氣中的Hg通過電除塵器后含量大幅度下降。因此，在火電廠排放的煙氣中，Hg的含量非常低，幾乎可以不計(jì)。同時(shí)，由于粉塵對汞有一定的吸附作用，除塵設(shè)備在一定程度上也能降低煙氣中Hg、Hg的比例。唐念等研究煙氣汞在火電廠污染物控制設(shè)施內(nèi)部的遷移規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，Hg通過濕法脫硫系統(tǒng)后含量大大降低，這是因?yàn)镠g有較強(qiáng)的水溶性，在WFDG中富集到脫硫石膏中。 2、煙氣測量標(biāo)準(zhǔn)與方法 2.1 國內(nèi)外煙氣汞測量標(biāo)準(zhǔn) 歐洲燃煤煙氣汞測量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有：EN13211-2001、EN14884-2005，通過手工和自動(dòng)測量系統(tǒng)測定總汞濃度。美國標(biāo)準(zhǔn)比較完備，

4、涵蓋了濕法手工采樣、半自動(dòng)干法檢測、在線連續(xù)測量以及檢測手段的性能指標(biāo)、測試程序等。美國標(biāo)準(zhǔn)主要有：EPA Method 30A、EPA Method 30B、ASTM D6784（OHM）、PS12A、PS12B、CFR40 Part75。日本標(biāo)準(zhǔn)有JIS K022-1997，提供兩種手工采樣方法。我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有固定污染源廢氣汞的測定冷原子吸收分光光度法 （HJ542-2009）。 我國的污染源煙氣汞測量技術(shù)處于起步階段，為了使得我國汞測量技術(shù)水準(zhǔn)進(jìn)一步完善和提高，還需借鑒發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，在全面、廣泛地了解我國汞排放特征的基礎(chǔ)上，制定出更為完備的測量方法和技術(shù)規(guī)范。 2.2 煙氣汞測量方法

5、煙氣汞采樣系統(tǒng)分為手工濕法吸收、固體吸附劑吸附和在線實(shí)時(shí)監(jiān)測三種，目前已有的分析方法如CVAAS（冷原子吸收光譜法）和CVAFS（冷原子熒光光譜法）僅能測量元素汞的濃度。 2.2.1 手工濕法測量方法 手工濕法測量方法主要包括OHM法和JISK0222-1997法。兩種濕法吸收方法流程類似，后者僅用于測量煙氣中氣態(tài)總汞，因而操作較為簡單。 OHM法由美國ASTM D6784標(biāo)準(zhǔn)提出，可測得煙氣中各種形態(tài)的汞濃度。OHM采樣系統(tǒng)如圖1所示。煙氣通過恒溫取樣槍等速進(jìn)入始終維持在120度以上的過濾裝置，顆粒態(tài)汞被過濾裝置所攔截。隨后煙氣依次通過浸在冰浴中的吸收瓶裝置，前三個(gè)吸收瓶裝有KCI溶液，用于

6、吸收氧化態(tài)汞，第四個(gè)吸收瓶含有硝酸和過氧化氫溶液，第五、六、七個(gè)吸收瓶含有高錳酸鉀和硫酸溶液，用于吸收元素態(tài)汞，最后一個(gè)吸收瓶裝有硅膠或其他干燥劑，用于吸收煙氣中的水分。采樣后1h內(nèi)完成對樣品的回收，隨后對不同形態(tài)汞的吸收采集裝置分別進(jìn)行消解，分析在回收后45d完成。 日本標(biāo)準(zhǔn)JIS K0222-1997提供了濕法吸收測量煙氣中汞濃度的方法。捕集對象為氣態(tài)汞，定量范圍為1-1000ng。濕法吸收采樣裝置組成如圖2所示，采樣管采用硼硅酸玻璃、石英玻璃、鈦或者陶瓷材料制成，煙氣通過時(shí)需要進(jìn)行加熱保溫，防止冷凝；采樣結(jié)束后，進(jìn)行樣品處理和樣品分析。 2.2.2 固體吸附劑測量方法 固體吸附劑測量方法

7、包括金汞齊富集法和美國EPA Method 30b兩種。 金汞齊富集法的汞富集劑由石英砂和四氯化金制成，質(zhì)量約為80-200mg；富集管材質(zhì)為石英玻璃管，中部填充富集劑，兩側(cè)放置玻璃棉，如圖3所示。煙氣經(jīng)過濾材料去除顆粒物后通過一次汞富集管，然后一次汞富集管通入無汞空氣或惰性氣體作為載氣進(jìn)行加熱，汞脫附后進(jìn)入二次富集管，再次加熱被送入載氣室用CVAAS（冷原子吸收光譜法）和CVAFS（冷原子熒光光譜法）進(jìn)行吸收測定。同時(shí)，為了測量本底值，需要準(zhǔn)備空白的汞富集管。目前，金汞齊富集法常見于部分廠家生產(chǎn)的汞連續(xù)在線監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部的分析測試單元，主要用于汞的濃縮與釋放，提高測量精度。 美國EPA Met

8、hod 30D法主要用于測定顆粒物含量較低煙氣中的氣態(tài)總汞。EPA Methid 30B 采樣系統(tǒng)如圖4所示。采樣時(shí)，將兩根吸附管固定在探頭上，直接插入煙氣流中，吸附管的第一段作為分析段，用于吸附煙氣中的氣態(tài)汞，第二段作為備用段，用于吸附穿透的氣態(tài)汞。在測量過程中要求做好系統(tǒng)性能測試試驗(yàn)，選取適宜的采樣點(diǎn)，完成加標(biāo)、檢漏、校準(zhǔn)等各項(xiàng)工作。 2.2.3 連續(xù)在線測量系統(tǒng) 目前，固定污染源汞連續(xù)在線測量系統(tǒng)（Hg-CEMS）一般包括采樣系統(tǒng)（采樣探頭、加熱系統(tǒng)、過濾器、傳輸系統(tǒng)）、轉(zhuǎn)換裝置、傳輸系統(tǒng)、汞分析儀、校準(zhǔn)單元、數(shù)據(jù)采集與傳輸單元。采用的原理：采樣系統(tǒng)抽取煙氣，加熱系統(tǒng)使其保持高溫，防止煙

9、氣凝結(jié)與汞的吸附，過濾器濾除煙氣中的顆粒態(tài)汞，傳輸管線將煙氣送入轉(zhuǎn)換裝置，將二價(jià)態(tài)的汞轉(zhuǎn)換為元素態(tài)汞，傳輸進(jìn)汞分析儀進(jìn)行分析測試。 歐美國家最先開展煙氣中汞的連續(xù)排放測量研究，已有應(yīng)用，由于最為廣泛使用的汞分析技術(shù)CVAAS和CVAFS僅可以測量Hg的含量，因此在Hg-CEMS內(nèi)部，被測樣品中的Hg轉(zhuǎn)換為Hg成為重要環(huán)節(jié)。目前常用的汞轉(zhuǎn)換方法主要有固體催化材料催化還原法、高溫催化法和濕化學(xué)方法三種。其中，濕化學(xué)轉(zhuǎn)換法應(yīng)用更為廣泛，但存在著廢液的處置、化學(xué)試劑的定期更換和腐蝕性等問題。 3、煙氣汞測量方法分析 3.1 煙氣汞測量方法比較 燃煤電廠煙氣汞測量方法比較見表1。 3.2 非手工煙氣汞測

10、量方法存在問題及對策 在測量操作中，人為誤差難以控制和消除，尤其是在程序復(fù)雜、精確度要求高的手工汞測量技術(shù)中。固體吸附劑以及連續(xù)在線測量系統(tǒng)在操作與技術(shù)上的改進(jìn)可有效提升測量結(jié)果的精度。 3.2.1 固體吸附劑測量方法 固體吸附劑測量方法直接從煙道出口捕獲汞，完全避免了汞在傳輸過程中的損失，因此活性炭等吸附劑對汞的吸附效率則成為決定測量結(jié)果精確度的重要條件?；钚蕴繉奈叫Ч芏嘀匾蛩氐挠绊?，主要分為自身理化特征和外部處理?xiàng)l件。趙鵬飛等用量子化學(xué)的方法對活性炭吸附單質(zhì)汞的研究發(fā)現(xiàn)，在未改性活性炭吸附汞的作用中物理吸附占主導(dǎo)地位。為了獲得較好的吸附效率，目前已展開較多對活性炭進(jìn)行化學(xué)改性的試驗(yàn)

11、研究，例如通過直接浸漬等手段摻入鹵素。研究發(fā)現(xiàn)，固定在活性炭表面的CI、Br等元素可以與汞優(yōu)先反應(yīng)，形成穩(wěn)定物質(zhì)，避免已被吸附的汞再次脫附。因此，可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究，探究新型添加物質(zhì)和改良方式，以提高吸附效果。此外，由于SO2會(huì)取代汞與活性吸附點(diǎn)反應(yīng)，降低汞的吸附效率，可在吸附管前端增加脫硫設(shè)備。 3.2.2 連續(xù)在線測量系統(tǒng) 目前，國內(nèi)外約有十幾種汞在線測量設(shè)備，對提高檢測結(jié)果精度的研究熱點(diǎn)在于：被截留在過濾裝置上的顆粒態(tài)汞對氣態(tài)汞有吸附作用，造成誤差，該問題在煙氣中粉塵濃度較高時(shí)尤為突出；燃煤電廠煤質(zhì)與工況的差異，造成煙氣成分多樣，酸性氣體的存在尤其會(huì)對分析結(jié)果造成影響。 為減少顆粒物

12、的吸附作用，目前連續(xù)在線測量系統(tǒng)已有改進(jìn)方式：（1）如德國MI公司SM-4 型測量系統(tǒng)采用加熱溫度為500度，1um多孔金屬燒結(jié)過濾器，可濾除煙氣中的顆粒物，并使與顆粒物附著的汞以元素汞的形式釋放出來；（2）采用慣性分離探頭，粉塵受慣性作用沿軸向通過滲透管，避免顆粒物進(jìn)入到樣氣中，有效分離顆粒與氣態(tài)物質(zhì)，并減少煙氣中粉塵濃度較高時(shí)造成的堵塞；（3）在探頭內(nèi)部增加較長的噴嘴，煙氣采樣點(diǎn)設(shè)于噴嘴的下游，降低沉淀在過濾器上的顆粒物含量。 為了克服煙氣中其他組分對檢測結(jié)果的影響，已有一些測量系統(tǒng)采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施，如德國MI公司SM-4型測量系統(tǒng)、Durag公司HM-1400TRX儀器、Casmet公司CMMS型儀器等。 4、結(jié)語 （1）燃煤電廠作為主要汞排放源，其汞的監(jiān)測與控制技術(shù)尤為重要。我國汞污染控制比國外起步晚，相應(yīng)的法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)體系尚不健全。因此，當(dāng)前亟需通過系統(tǒng)的規(guī)模測試，掌握我國燃煤電廠汞排放的實(shí)際情況及監(jiān)測條件，借鑒發(fā)達(dá)國家的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，制定出與之相適應(yīng)的測量標(biāo)準(zhǔn)及方法。 （2）目前的監(jiān)測手段中，手工濕法測量工作繁雜、人為因素對測試影響較大，建議作為定期或比對測試的參考方法；固體吸附劑測量方法屬于半連續(xù)檢測方法可作為測試