火电厂废气中汞监测技术发展现状与趋势分析

摘要： 本文总结了国内外汞监测技术发展现状，着重介绍了美国的安大略法(OHM)、30A法和30B法，并分 析了我国汞监测技术现状和存在问题，在此基础上提出我国火电厂汞监测技术发展方向：一是开发适用于我国具体情况的基于安大略法的便携式监测设备，并出台相关标准、规范;二是发展我国汞连续在线监测，为环境管理提供技术手段和科学依据。

关键词：火电厂;废气;汞;监测

汞是空气中最主要的有毒金属污染物。其挥发性、持久性 和生物富集性会对生物神经系统产生严重危害，因而成为人们研究的热点。据UNEP的报告，2005年全球人为源大气汞排 放量为1930吨， 其中中国占42.85%，为排放量最大的国家，同时中国是全球范围内汞污染最为严重的地区之一。针对我国日益严峻的环境形势，以及履约的要求，对汞污染控制已经提上议事日程。在2010年6月联合国环境规划署全球汞控制公 约政府间谈判委员会第1届会议(INC1)后， 环境保护部会同八部委制定《重金属污染综合整治实施方案》，并开始部署在 五大电力集团开展燃煤电厂大气汞污染控制试点工作。2011 年1月，环境保护部公布 《火电厂大气污染物排放标准(二次征求意见稿)》 ，这次修订不仅对烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放限值的要求都更加严格，并设置了汞的排放限值，确定我国火电厂汞的排放限值为0.03mg/m3 。然而，我国尚未开展火电 厂废气中汞污染监测， 汞排放基本信息相当匮乏，因此归纳总结国内外汞监测技术发展现状，分析我国汞监测技术发展趋势，有利于探索适用于我国国情的汞污染监测技术，是实现汞污染定量化监测、评价排放状况的基本条件，对我国合理制定汞污染控制政策至关重要。

1汞的形态及特点

通常在煤粉炉中，炉膛温度范围大约是1200～1500℃，几 乎所有煤中的汞(包括无机汞和有机汞)转变成Hg0 并以气态 形式停留于烟气中[1] 。在烟气流向烟囱出口的过程中，烟气 温度逐步降低， Hg0会与其它烟气成分及飞灰颗粒发生一系列化学物理反应，排放废气中汞主要以气态元素汞(Hg0 )、气态 氧化汞(Hg2+ )和颗粒态汞(Hgp)形式存在。废气中汞形态分布主要与燃煤中氯元素含量和温度的影响有关，气相汞在小于 400℃以HgC12为主，大于600℃以Hg0 为主，400～600℃之间二者共存[2，3] 。但是受煤种等因素影响，气相汞的形态分布变 化较大，气态汞中Hg0与Hg2+ 的比例从9：1到1：9不等，大约 在7：3左右[4] 。

不同形态的汞具有不同的物理、化学特性和生物特性。颗 粒态汞(Hgp )绝大部分可被除尘、湿法脱硫等烟气净化装置捕 集去除。Hg2+ 可溶于水，也易于被颗粒物所吸附，易于捕集和 控制， 被释放到大气中主要是造成局地污染;Hg2+ 加热至800℃左右可还原为Hg0。气态元素汞(Hg0)不溶于水且极易 挥发， 难于控制，传输距离远，对环境影响大，但Hg0 可被催化氧化为Hg2+。若排入大气，Hg2+ 和Hgp在大气中停留时间只 有几天，Hg0 则可停留1年以上。

2国外

相对而言，Hg浓度的仪器分析方法已很成熟，一般推荐的 方法有冷蒸汽原子吸收光谱法(CVAAS， 253.7nm波长吸收峰)、冷原子荧光法(CVAFS)等，但各种技术的分析对象都是Hg0，汞监测的难度主要在于烟气采样。目前美国的烟气汞监 测技术发展得较为完善， 主要采用的方法有三个，安大略法(OHM)、30A法和30B法。

2.1安大略法(OHM，OntarioHydroMethod) 安大略法是美国环保署(EPA)和能源部(DOE)等机构推荐的汞测试分析的标准方法。该方法烟气取样系统主要由加热保温系统、灰粒过滤系统、烟气吸收系统以及测量控制系统等组成(如图1所示)。灰粒过滤系统用于吸收烟气中的颗粒态汞(Hgp);烟气吸收系统包括8个吸收瓶，先由3个装有饱 和KCl溶液的吸收瓶吸收氧化态汞(Hg2+ )， 1个装有5%HNO3(V/V)˙10%H2O2(V/V)和3个装有4%KMnO4(W/V)˙10%H2SO4(V/V)溶液的吸收瓶用以吸收元素态汞(Hg0)，最后1个吸收瓶装有吸水胶脱水排放净烟气。取样结束后，对滤纸和各吸收液样品进行消解;最后用冷蒸汽原子荧光光谱法(CVAFs)或冷原子吸收光谱法(CVAAs)分析测定样品中的痕量汞安大略法的代表设备为西肯塔基大学的移动Hg监测系统，该烟气Hg排放移动检测(车)系统可同时测量多个点的汞排放情况，即在SCR前、空气预热器前、电除尘器前、FGD前、后5点进行采样分析，并同时监测煤中汞含量。该方法的特点是可测得烟气中排放的总汞及三种形态汞分别的浓度，测量结果最为准确，缺点是不能及时反映出监测结果。

2.2 30A法(Method30A)

30A法用装有烟尘过滤装置的采样探头将烟气从烟道或烟囱中抽取出来，通过转换器将Hg2+还原为Hg0，再送至检测器检测，检测数据可直接被传输到记录储存系统(如图2所示)。该方法适用于地面采样口、烟囱出口处和带有监测平台的采样口，代表性检测设备有美国汞研究中心采用Hg在线监测系统、IRM-915在线式烟道气汞分析仪等。

该方法的特点是能够实现连续监测， Hg0与Hg2+既可被分别测定， 也可被转化为Hg0 一起测定总量，测量结果比较准确，可以实时输出结果，便于环保部门对污染源进行实时监控。但测得的是烟气中排放总气态汞的浓度，不能收集颗粒态汞。

2.3 30B法(Method30B)

30B法是在吸附管内填充活性炭等汞专用吸附材质(如图3所示)，先吸附采样，再解吸进行浓度分析。该方法要求抽取经净化后的洁净烟气进行分析，采样点应当设置在烟气净化装置后，如FGD后或烟囱上。代表性检测设备是ST-915烟道气吸附采样汞分析系统。与30A法相比，其共同点是可测得烟气中排放总气态汞的浓度，即(Hg2+、Hg0或Hg0+Hg2+)，不能收集颗粒态汞，但测量结果比30A法准确。

2000年美国EPA对于规范燃煤锅炉汞排放的决定，推动了对汞的连续排放监测(CEMs)的需要。目前美国大部分已开始监测汞排放的电厂(约占美国电厂总数的30%)都采用30B法和30A法，其中30B法占70%，30A法30%。

3国内

我国学者在大气汞排放方面做了大量研究[5～7]，但大多局限于模型估算，缺乏实际监测数据支撑。近年来，国内学者基于安大略方法，开展了燃煤电厂烟气除尘系统、脱硫系统、脱硝系统前后烟气汞形态分布、脱汞特性等方面的研究[8～10]，对于汞污染控制手段与方法的选择有一定指导作用。火电厂废气汞监测的安大略方法应用仅限于个别案例，但日常环境管理中汞污染监督监测尚未开展。我国烟气中汞的连续自动监测技术尚处于起步阶段，主要还依赖引进国外技术[11]。

《火电厂大气污染物排放标准(二次征求意见稿)》推荐的采样和测试方法为《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB/T16157)、《固定污染源废气汞的测定冷原子吸收分光光度法(暂行)》(HJ543)[12]。气态汞通过在烟气采样装置上串联2个装有10mL吸收液的大型气泡吸收管吸收，以0.3L/min的流量采样5～30min，吸收液为0.1mol/L高锰酸钾溶液与10%硫酸溶液的等体积混合液体;分析方法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，汞离子被氯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(冷原子吸收测汞仪)测定，该方法检出限为0.025μg/25ml试样溶液，当采样体积为10L时，检出限为0.0025mg/m3，测定下限为0.01mg/m3[13，14]。但是该方法测试的是总气态汞，不能收集到颗粒态汞。颗粒态汞可按照GB/T16157-1996中颗粒物等速采样原理采集，但分析方法尚未有相关标准明确规定。

4发展趋势

在利用国外研究成果的基础上，结合我国环境政策发展需要，以下两方面是我国火电厂废气汞监测技术的发展趋势：

(1)随着试点工作及相关研究的深入，探索、开发适用于我国具体情况的基于安大略监测方法的便携式设备，并出台相关标准、规范。

(2)发展我国汞连续在线监测，为环境监管、排污收费、污染物治理及总量减排提供技术手段和科学依据。

参考文献

[1]任建莉，周劲松，骆仲泱等.煤中汞燃烧过程析出规律试验研究〔J〕.环境科学学报，2002，22(3)：289～293.[2]SENIORCL，HELBLEJ.I，SAROFIMAF.Predictingthespeciationofmercuryemissionsfromcoal-firedpowerplants//ProceedingsoftheAirQualityII：Mercury，TraceEle-ments，andParticulateMatterConference〔C〕.Mclean：VA，2000，19～21(A5-2).

[3]SENIORCL，SAROFIMF，ZENGTF，eta1.Gas-phasetransformationsofmercuryincoal-firedpowerplants〔J〕.FuelProcessingTechnology，2000，63：197～213.

[4]PRESTBOEM，BlOOOMNS.Mercuryspeciationad-sorption(MESA)methodforcombustionfluegas：Methodology，ar-tifacts，intercomparision，andatmosphericimplications〔J〕.Water，Air，SoilPollution，1995，80(1/4)：145～158.

[5]王起超，沈文国，麻壮伟.中国燃煤汞排放量估算〔J〕.中国环境科学，1999，19(4)：318～321.

[6]蒋靖坤，郝吉明，吴烨等.中国燃煤汞排放清单的初步建立〔J〕.环境科学，2005，26(2)：34～39.

[7]任建莉，周劲松，骆仲泱等.燃煤电站汞排放量的预测模型.动力工程，2005，25(4)：587～592.

[8]王运军，段钰锋，杨立国等.燃煤电站布袋除尘器和静电除尘器脱汞性能比较.燃料化学学报，2008，36(1)：23～29.[9]王乾，段钰锋，吴成军等.燃煤电厂脱硫系统的脱汞特性研究.锅炉技术，2008，39(1)：23～29.

[10]胡长兴，周劲松，何胜，骆仲泱等.SCR氮氧化物脱除系统对燃煤烟气汞形态的影响.热能动力工程，2009，(24)4：499～502.

[11]杨凯等.烟尘烟气连续自动监测系统技术现状和发展趋势.中国环境监测，2010，26(5)：18～26.

[12]《火电厂大气污染物排放标准(火电厂大气污染物排放标准)》，2010.

[13]《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB/T16157-1996).

[14]《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).

收稿日期：2011-08-13

作者简介：杨丽(1975-)，女，高级工程师，研究建设项目竣工环保验收、监测、建设项目监理、环境质量综合分析等工作

北方环境第23卷第10期2011年10月

原标题：火电厂废气中汞监测技术发展现状与趋势分析