燃煤电厂烟气中汞含量监测方法探讨

本文综述了燃煤电厂烟气中汞对环境的影响情况，分析了燃烧后烟气中汞的形态与特点。重点分析了国内外针对烟气中汞浓度的几种监测和分析方法，并对这几种方法的优缺点进行了综合比较。

现在燃煤造成的痕量元素（如Hg、As、Pb、Se等）污染问题也正在引起人们的重视，特别是燃煤造成的汞污染[1]。如何合理选择测试方法，是研究烟气中汞含量的关键因素之一。本文研究几种目前现有的国内外测汞技术，分析比较几种方法的可行性和有效性。

1燃烧后汞存在的形态与特点

煤炭经炉膛内燃烧后，绝大部分的煤中汞转化成Hg0，并以气态形式存在于烟气中。烟气中汞的含量除了和煤中S和HCl有关外，还与锅炉的燃烧方式、燃烧温度、尾部受热面的温度和形式以及污染物处理设施的类型和特性等因素有关。烟气中的部分汞蒸汽会凝结在飞灰表面上或者被飞灰中的残炭所吸附，变为颗粒态汞，但大部分的汞仍停留在气相中。气相汞在温度小于400℃时候主要以HgC12为主，在温度大于600℃时候以Hg0形式存在为主，当温度介于两者之间时，两种汞形态共存。

不同形态的汞具有不同的物理和化学性质，氧化态汞（Hg2+）易溶于水且易附着在颗粒物上，而因此富集在颗粒物上的汞大部分会被电厂的烟气处理设备去除（电除尘器或布袋除尘器、湿法脱硫装置等），颗粒态汞（Hgp）也易于被除尘器去除，且在空气中停留的时间较短。相较而言，元素态汞（Hg0）则不溶于水且极易挥发，电厂现有的烟气处理设施很难捕获元素态汞，因而绝大部分的Hg0会排放到空气中，且在空气中停留时间较长，对环境影响很大。

2国内现有的监测方法

我国到目前为止针对废气中汞的含量监测开展的比较少，缺少相关的经验，还没有形成熟规范的监测方法和技术指南。目前推荐的方法为《火电厂大气污染物排放标准（二次征求意见稿）》中推荐的两个采样和测试方法，即《固定污染源废气汞的测定冷原子吸收分光光度法（暂行）》（HJ543-2009）和《固定污染源排气中颗粒物测定和气态污染物采样方法》（GB/T16157-1996）。该标准规定的采样方法为在采样装置上串联两支各装10mL吸收液（0.1mol/L高锰酸钾溶液与10%硫酸溶液等体积混合）的大型气泡吸收管，采样流量为0.3L/min，采样时间为5～30min。采取样品保存后送至实验室分析，该方法分析原理是废气中的汞被酸性高锰酸钾溶液吸收并氧化形成汞离子，汞离子被氧化亚锡还原为原子态汞，用载气将汞蒸气从溶液中吹出带入测汞仪，用冷原子吸收分光光度法测定。

该采样和分析方法只能检测到烟气中的气态汞，而对以颗粒态形式存在的汞元素则无法捕集，这样就无法反映出烟气中总的汞含量。针对颗粒态汞，如果采用《固定污染源排气中颗粒物测定和气态污染物采样方法》中颗粒物采样原理进行采集的话，就应该有相应的分析方法和分析仪器作为支撑，而目前我国针对这一方面尚缺乏具有指导性和规范性的分析方法。

3安大略法

安大略法是被美国环保署公认的标准方法，该方法的采样系统主要由采样管（石英材质）、加热装置、过滤装置（石英纤维滤膜）、一组放在冰浴中的吸收瓶、气体流量计以及真空泵等组成。采样原理是颗粒态的汞首先被采样枪前端的石英纤维滤筒捕获。烟气经过滤筒过滤后，气态的汞则进入烟气吸收系统中，吸收系统由8个吸收瓶组成，二价汞被前三个盛有1mol/LKCl溶液的吸收瓶吸收；零价汞由一个装有5%HNO3（V/V）+10%H2O2（V/V）和三个装有4%KMnO4（W/V）+10%H2SO4（V/V）溶液的吸收瓶收集；第八个吸收瓶装有200～300g硅胶用来吸收烟气中的水分，以免水分进入后面的流量计等设备中。

采用APEX等速采样系统进行采样，样品采集结束后，按照EPA提供的方法对滤纸和各吸收液中的样品进行回收和定容，然后进行样品的消解，然后用冷原子吸收光谱法（CVAAS）分析样品中的汞。该方法是美国EPA唯一认定测量烟气中汞含量的标准方法。此方法不仅可以确定烟气中气态汞浓度，而且还可以通过等速采用确定烟气中颗粒态汞浓度，测量结果最为准确。但是该方法对测试技术和人员素质要求较高，对气体样品的采集和溶液分析要求苛刻，至少测试2h，仪器安装和分析繁琐，通常需要3～5d才能得出分析结果。

4固体吸附法

利用吸附剂捕获汞的方法是美国环保署AppendixK汞测试方法，利用XC-206采集系统进行采样，用来分析烟气中总的气态汞浓度，目前该方法已经更改为30B方法。该方法的原理是利用装有吸附剂的捕集管进行等速采样，在捕集管里装有三段吸附剂，其中第一段用来捕获烟气中的汞，后面的两段用来做质量控制。采样时一定体积的烟气从烟道内被抽出，通过捕集管后被里面的活性炭材质的吸附剂所吸附，采样的流量一般为0.2～0.6L/min。采样结束后对吸附剂解析进行浓度分析，分析方法采用原子荧光光谱（AF）、原子吸收光谱（AA）等。采用该方法检测烟气中汞浓度的特点是仪器结构简洁、操作方便，采集数据准确性较高，分析结果快，但是采用这种方法只能测试经过净化后的烟气，对于没有经过处理的烟气如烟尘浓度及二氧化硫含量较高时候则存在困难。此方法的质量控制要求严格，第二段吸附剂中的汞浓度不能超过第一段的10%，并且两个平行采样捕集管中的汞浓度的相对误差不能超过10%，否则视为试验失败。

5结语

目前安大略法是美国环保署推荐的标准采样和分析方法，能够检测出两种形态的汞浓度，以其较高的精度被普遍采用，可以用来标定其他的汞测试方法，如汞在线连续监控系统。采用吸附剂方法检测只能分析出烟气中的总汞，无法判别出气态和颗粒态汞的分布情况。目前我国尚未全面开展燃煤电厂烟气中汞浓度的测试，这种现象已经引起环保部的高度重视，相关部门正在制定汞的监测和分析标准，这将为我国控制燃煤电厂烟气中汞的排放起到积极的作用。

原标题：燃煤电厂烟气中汞含量监测方法探讨