三河電廠大氣汞排放與協同控制現狀

劉更生 胡佳佳

摘 要：隨著人們生活水平的提高，對環境質量也越來越重視。燃煤電廠的大氣汞排放污染問題一直備受關注，探討如何有效控制燃煤電廠大氣汞排放，顯得尤為重要，該文以三河電廠為例，分析了大氣汞排放與協同控制現狀，為提升現有大氣污染控制設施除汞效率有一定的理論意義和實踐價值

關鍵詞：電廠 汞 排放 控制

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（b）-0073-03

三河發電廠地處經濟發達的京津冀地區，比鄰首都北京，廠址位于河北省三河市燕郊鎮，與北京通州隔潮白河相望。三河發電廠建廠以來對環境保護高度重視，采用煙氣脫硫、脫氮并采用煙塔合一技術，利用經過處理的城市污水處理廠的中水作為供水水源，按照綠色環保電站進行建設，是我國20世紀90年代末以來建設的技術先進、環保節能型燃煤電廠。

面對國際日益嚴重的汞污染問題和該廠特殊的地理位置，三河發電廠率先開展了大氣汞污染特征的測試，筆者選擇該廠二號和三號機組，分別對除塵器前后、脫硫前后煙氣中氣態汞的濃度進行測試，同時，采集煤、灰、渣、脫硫石膏等樣品，分析其中的汞含量，綜合實測數據得出該廠汞排放特征和排放水平以及除塵、脫硫等現有大氣污染控制措施的協同脫汞效率，這將對確切了解、掌握我國燃煤電廠大氣汞排放規律進而指導制定有關汞污染控制標準和規范，有效控制大氣汞排放，無疑具有重要的理論意義和實際意義。

1 煙氣汞排放特征測試

1.1 采樣和分析方法

該項目基于國內外最新研究成果，建立了燃煤電廠大氣汞排放特征測試及質量保證和質量控制方法，得到了燃煤電廠煙氣汞排放特征和排放規律，主要采樣方法采用活性炭吸附法和安大略法（OH法）。

美國EPA Method 30B是在采樣管里裝入能吸附氣態汞的固體吸附劑（比如碘化活性炭等）組成吸附管，同時將兩根吸附管安裝在采樣槍的前端，直接放入煙道里面采集煙氣樣品，然后分析活性炭中的汞含量。該方法采樣方便、快捷、操作簡單，僅能采集氣態總汞，目前燃煤電廠排放標準也僅僅規定了氣態總汞的排放限值，所以此方法目前是各級環保部門開展汞排放監測的首選，該項目運用該方法開展煙氣汞手動采樣[1]。

OH法是美國試驗材料學會（ASTM）根據美國EPA Method 5標準改進的專門用于采集和分析煙氣中不同形態汞含量的標準方法，方法編號為D6784-02。此法適用于分別測定燃煤電廠源排放的氣態二價汞、氣態元素汞、顆粒態汞的含量和總汞的含量。采樣過程中煙氣流經一系列的吸收溶液，不同形態的汞被分別采集吸收，采集到的樣品經過回收、消解，然后利用冷蒸氣原子吸收分光光度法（CVAAS）或冷蒸氣原子熒光分光光度法（CVAFS）進行分析測定[2]。

1.2 汞排放測試方案

該廠從2009年開始采用手動采樣和在線監測的方法對大氣汞排放特征進行研究。監測項目包括煙氣基本參數、煙道氣中總汞和分形態汞排放濃度，并同期開展煤、灰、渣、石灰石、脫硫石膏、脫硫工藝水和脫硫廢水等固液樣品中的汞含量分析。主要測試項目和分析測試方法見表1。

該項目以三河電廠的2#、3#機組作為研究測試對象。采用現場手動采樣方法，選擇2#和3#機組，分別對除塵器前后、脫硫前后煙氣中氣態汞的濃度進行測試。采用美國EPA 30B方法分別在3#機組除塵器前后、脫硫前后進行煙氣汞采樣，以及煙氣基本參數現場監測；采用同樣的方法對2#機組進行了采樣和測試。同步采集煤、灰、渣、脫硫石膏、脫硫工藝水和脫硫廢水等固液樣品，并連同煙氣汞吸附管樣帶回實驗室運用汞含量分析儀（DMA-80）進行分析。根據吸附管中汞含量和同步測量的煙氣流量、采樣體積、溫度、壓力等數據，計算煙道氣中氣態汞的濃度。基于以上樣品分析結果，綜合實測數據得出該廠汞排放特征和排放水平以及除塵、脫硫等現有大氣污染控制措施的協同脫汞效率。

測試分析過程中制定并嚴格執行了質量保證和質量控制方法。采樣測試前對采樣儀器和分析儀器進行了校準，對采樣濾筒、采樣膜等進行了檢查和前期處理；嚴格執行采樣規范和儀器操作規范，合理使用各種采樣儀器和分析測試儀器；監測期間有專人負責監督生產工況，以確保生產設備、污染治理設施處于正常運行工況。

1.3 測試結果分析

表2顯示了2臺燃煤機組煙氣汞排放濃度，可以看出，燃煤中汞含量越高，則煙氣汞含量越高，表明燃煤中的汞含量是影響煙氣汞排放濃度的關鍵因素之一。大氣污染控制措施也是影響煙氣汞含量的關鍵因素，此次測試的2臺機組煙氣控制措施都有靜電除塵器和濕法脫硫系統，3#機組還安裝了SCR，測試結果表明煙氣汞含量與大氣污染控制裝置的協同脫汞效率有一定相關關系。可見，三河電廠目前大氣汞排放遠低于我國現行燃煤電廠汞排放標準。

2 煙氣汞協同控制現狀

目前，從發達國家對煙氣中污染物排放控制的總體來看：要求越來越高，控制內容越來越細。為適應這些嚴格的法規，相繼開發出一系列燃煤汞排放控制新技術和新方法。歸結現有大氣汞排放控制技術主要包括有三大類：直接利用現有大氣污染控制技術和裝置協同脫汞、改進現有大氣污染控制技術以提高汞脫除效率以及利用新型的大氣汞污染控制技術專門進行脫汞。

其中直接利用現有大氣污染控制技術和裝置協同脫汞主要包括：（1）燃燒前控制有煤炭洗選，能有效從源頭控制燃煤汞的輸入，它是一種物理清洗技術，是建立在煤粉中有機物質與無機物質的密度不同及它們的有機親和性不同的基礎上的方法；（2）燃燒中控制采取低氮燃燒或者采用循環流化床鍋爐（CFB），CFB增加了顆粒的停留時間，充分利用小顆粒對Hg的吸附能力，同時增強了小顆粒的凝聚作用，有助于減少小顆粒的排放，也能有效降低煙氣中的汞排放濃度；（3）燃燒后控制主要包括：①除塵設備（FF、ESP）和濕法脫硫裝置（WFGD和SDA等）除汞，煙氣中部分零價汞和二價汞在經過除塵器（FF或ESP）時被除去，同樣除塵器（FF、ESP）也能有效地脫除煙氣中的顆粒汞，由于煙氣中的Hg2+化合物大部分為HgCl2，是可溶于水的，脫硫系統可通過溶解煙氣中的二價汞將其捕捉；②脫硝裝置（如SCR）可以將氣態元素汞氧化為二價汞，從而大大提高濕法脫硫裝置（WFGD）的除汞效率[3-8]。

主要大氣污染控制設施汞脫除效率，表3顯示了該次測試的燃煤電廠煙氣控制設備的協同脫汞效率，3#機組靜電除塵器的汞脫除率為25%，選擇性催化還原+靜電除塵器+濕法脫硫的汞脫除率為82.2%，2#機組靜電除塵器+濕法脫硫的協同脫汞效率平均為72.8%。

3 結論和建議

3.1 結論

基于三河發電廠測試結果可知：3#機組測試期間燃煤中汞含量為0.048 mg/kg；2#機組第一次測試燃煤汞含量為0.103 mg/kg，第二次測試燃煤汞含量為0.062 4 mg/kg，燃煤汞含量遠低于我國煤樣平均汞含量0.22 mg/kg[9]。并且3#機組經選擇性催化還原、靜電除塵器和濕法脫硫大氣污染控制設施后煙氣中汞排放濃度為2.45 μg/m3，2#機組經靜電除塵器和濕法脫硫大氣污染控制設施后煙氣中汞平均排放濃度為3.33 μg/m3。三河發電廠煙氣汞排放濃度較低，屬于低汞排放水平。

基于實測結果，初步得出了該廠大氣污染控制設備的協同脫汞效率，3#機組靜電除塵器的汞脫除率為25%，選擇性催化還原、靜電除塵器和濕法脫硫的汞脫除率為82.2%，2#機組靜電除塵器和濕法脫硫的協同脫汞效率平均為72.8%。脫汞效率還與煤質、工況等因素有關。

3.2 建議

為了更好更有效地控制燃煤電廠汞的排放，為環保做出貢獻，提出以下建議。

在現有大氣污染控制設施基礎上，向煤中添加一些氧化劑，能在煤燃燒過程中促進煙氣中元素汞轉化為二價汞，提高汞控制效率。同時可以考慮采用在除塵前的煙道中噴射吸附劑的方法，為提升現有大氣污染控制設施除汞效率進行嘗試。

參考文獻

[1]METHOD 30B：Determination of Toal Vapor Phase Mercury Emissions From Coal-fired Combustion Sources Using Carbon Sorbent Traps，Usepa.

[2]ASTM D6784-02：Standard test method for elemental，oxidized，particle-bound，and total mercury in flue gas generated from coal-fired stationary sources（Ontario-Hydro Method）， ASTM International，Pennsylvania，USA，2002.

[3]張樂.燃煤過程汞排放測試及汞排放量估算[D].杭州：浙江大學，2007.

[4]Liang zhang，yuqun zhou，lei chen，et al.Mercury emissions from six coal-fired power plants in China[J].Fuel Processing Technology，2008，89（11）：1033-1040.

[5]Takahisa yokoyama.Mercury emissions from a coal-fired power plant in japan[J].The Science of the Total Environment，2000（259）：7-103.

[6]劉昕，蔣勇.美國燃煤火力發電廠汞控制技術的發展及現狀[J].高科技與產業化，2009（3）：92-95.

[7]楊祥花.燃煤電廠鍋爐系統的汞排放分析及其預測[D].南京：東南大學，2006.

[8]徐瑋.燃煤煙氣中汞的形態分布特征及凈化設備的除汞效果[D].上海：上海交通大學，2010.

[9]王起超，沈文國，麻壯偉.中國燃煤汞排放量估算[J].中國環境科學，1999，19（4）：318-321.