燃煤電廠大氣汞排放在線監測技術運用

宮 麗

（安徽省淮北市環保監測站，安徽 淮北 235000）

燃煤電廠大氣汞排放在線監測技術運用

宮 麗

（安徽省淮北市環保監測站，安徽 淮北 235000）

目前，我國大氣汞污染情況較為嚴峻，根源以燃煤電廠排放為主，為了維護生態環境與人民群眾的身體健康，必須做好燃煤電廠大氣汞排放的控制和監測工作。本文以在線監測技術為核心，分析燃煤電廠大氣汞排放在線監測技術，構建完善的大氣汞排放在線監測系統，實現對大氣汞排放的控制，進而為相關研究人員提供一定的借鑒。

燃煤電廠；大氣汞；在線監測技術

汞作為一種化學物質，具有極強的生理毒性，可以通過呼吸、飲食以及皮膚接觸等方式進入體內，威脅著人們的身體健康。在汞排放到大氣層后，氧化汞會在大氣中維持超過1年之久，造成超遠距離傳送[1]。目前，我國大氣汞污染情況較為嚴峻，根源以燃煤電廠排放為主[2]，為了維護生態環境與大眾身體健康，對燃煤電廠大氣汞排放的控制和監測十分重要，依據監控數據結果制定汞污染控制方案，進而落實環保理念。在這樣的環境背景下，探究燃煤電廠大氣汞排放在線監測技術運用具有非常重要的現實意義。

1 氧化汞還原方式

1.1 手工濕法還原法

手工濕法還原法主要將氧化態汞還原為元素汞，其測量濃度范圍在1.5～100 ug/Nm3內，應用于排放氣體中對氣態汞定量分析中，具有還原率高、定量精準的特點。首先，工作人員要運用適當的化學劑，對不同溶液中各個形態汞進行吸附，并要對生成物進行后續處理，工作量較大。其次，在實際處理中，必須由專業人員進行操作，以保證監測處理效果。最后，在實際處理中，若沒有及時取樣，或者是吸附完全燃燒的碳，很容易形成測量誤差。

1.2 催化劑還原法

催化劑還原法要在200℃～400℃環境下，借助催化劑促進離子態汞轉變為元素態汞，其轉化溫度低于高溫轉化溫度，具有催化效率高、流程簡單的特點，并在實際應用中有效阻止零價汞和活性物質的反應[3]。同時，為了避免催化劑的中毒現象，處理中要引入備用轉化系統，這就提高了處理成本，催化劑具有一定壽命，進而提高還原成本。

1.3 高溫裂解還原法

一般而言，在特定條件下的單質汞與汞化合物具備一定的動態平衡，在不同溫度環境下，元素汞與氧化態汞的濃度比例存在差異性，其變化曲線如圖1所示。而高溫裂解還原法正是利用這一特點，利用對溫度的控制提高汞的轉化率，進而達到降低汞濃度的目的。但是在實際應用中，受溫度環境影響，要配置高溫加熱設備和相關保溫隔熱材料，控制系統溫度，進而實現氧化態汞的還原。

圖1 元素汞與氧化態汞的濃度變化

2 汞元素在線監測技術

2.1 冷蒸汽原子吸收光譜法

冷蒸汽原子吸收光譜法主要以蒸汽中汞元素基態原子對波長形成的輻射波吸收屬性為依據，測定樣品中汞元素含量。為了提高檢測準確性，工作人員要選擇特征波長253.7 nm的汞燈充當光源，蒸汽中汞元素對波長的輻射存在一定的特性吸收，其操作原理如圖2所示。工作人員可以調節光源強弱來控制汞濃度，進而實現對大氣汞排放的定量分析。

圖2 冷蒸汽原子吸收光譜法

2.2 冷蒸汽原子熒光光譜法

冷蒸汽原子熒光光譜法以汞燈和激光燈為照射光源，檢測汞原子受光源照射輻射出的熒光信號，進而計算汞濃度。在實際應用中，這種監測方式具有極高的靈敏度和準確度，但是由于燃煤煙氣中的其他混合氣體的排放，會為汞形成一定的庇護屏障，弱化對汞元素的熒光強度，進而影響監測結果。對此，在實際測定中，要選擇惰性氣體充當汞元素載體，保證熒光作用和熒光強度，使用汞元素富集法，將加熱釋放后的汞進行濃度測定分析，進而提高監測效率和監測質量。

2.3 原子發射光譜法

原子發射光譜法主要是監測汞元素原子在熱激發環境下的發射電磁輻射，獲得汞元素定性與定量分析。這種監測方式可以應用在任何形態下的汞電離，直接監測其濃度和性質，不受其他混合氣體的影響，實現多種元素的同時監測，保證監測效率和監測質量。就目前應用現狀而言，原子反射光譜法發展和應用尚未成熟，需進一步的研究，以發揮出燃煤煙氣中對汞的監測價值。

2.4 X射線熒光光譜法

X射線熒光光譜法以X射線為主，通過X射線形成一次X射線，激活被測樣品，使得被測樣品中各個元素同時釋放二次射線，監測各個元素二次射線能量特性和波長特性，進而計算汞元素濃度。目前而言，由于檢測儀器的局限性，給X射線熒光光譜法的應用形成阻礙，同時在實際應用中，要求濾膜綜合性能與質量，只有特質濾膜才會符合測定要求，測定過程不會對樣品造成任何影響，是燃煤大氣汞測定方式的發展趨勢。

3 燃煤電廠大氣汞排放在線監測技術的運用

3.1 飽和蒸汽壓法

在密封恒溫環境中，固態物質和液體物質會揮發氣態物質，直至達到三者平衡為止，而蒸汽本身的壓力即為飽和蒸汽壓力，物質的飽和蒸汽壓力會受溫度影響而變化，而獲得汞飽和蒸汽后，構建氣體狀態方程，即可實現汞蒸氣濃度的測定。結合汞元素在線監測技術，以克勞修斯·克拉貝龍方程為核心，計算積分濃度，在氣態汞、液態汞以及固體汞三個平衡后，通過方程計算濃度積分，構建無變量體系，以溫度與壓力為定值，獲得該狀態下飽和蒸汽壓具體數值。

3.2 方案設計

第一，吸收截面明確檢測系統范圍，通過各個滲透管開展濃度測定實驗，借助光譜法，明確各個積分范圍下光學厚度和濃度之間存在的線性關系，獲得濃度積分上限和下限。第二，以吸收截面系統平臺為主，進行二次監測實驗，檢驗積分范圍的可靠性和準確性，進而確定特定溫度環境下系統監測吸收面積。第三，以元素汞在線監測系統為核心，改變系統汞蒸氣溫度環境，控制汞蒸氣所形成濃度變化，并將汞元素接入吸收池，和在線監測濃度進行對照，進而明確監測系統汞濃度測定的穩定程度與誤差值。

3.3 應用結果

第一，在進行實際監測中，依托于克勞修斯·克拉貝龍方程，嚴格控制檢測環境因素、光源和設備儀器等因素，優化在線監測流程，防止儀器非線性光譜拉伸所形成的檢測誤差，進而保證監測效率和監測質量。

第二，在實際監測中，煙氣汞在線監測系統的工作環境一般控制為常壓常溫狀態下，并考慮實際燃煤煙氣中煙道內部溫度、濕度、煙塵以及氣體成分對監測結果的影響，保證監測質量和監測效率。

第三，光源穩定程度與重復次數是提高監測結果精準性的關鍵因素，在進行燃煤電廠大氣汞排放在線監測中，考慮時間因素，嚴格控制汞燈或者激光燈光源穩定性，結合實際燃煤煙氣情況進行光源選擇，保證監測效果。同時，受在線監測系統反應時間的影響，在保證監測質量的基礎上，要適當簡化監測流程，減少吸收池內氣態汞的穩定時間，縮短等待時間，保證監測效率。

第四，為了提高監測質量，在實際監測的過程中，工作人員要重視吸池長度與尺寸的設置，提高設置的精確性，并開展相應的模擬實驗，確定吸收池具體長度和尺寸等參數，考慮到監測系統單元汞加熱和冷凝溫度之間的關系，建立變量關系矩陣模型，以此調節監測結構，進而提高燃煤電廠大氣汞排放在線監測綜合質量水平。

4 結語

本文通過對燃煤電廠大氣汞排放在線監測技術運用的研究，對燃煤煙氣中的氧化態汞通過手工濕法、催化劑、高溫裂解等方式進行還原，形成汞元素；利用汞元素在線監測技術，構建在線監測系統，完善燃煤電廠大氣汞排放在線監測體系，進而達到監測效果。

1 王書肖，張 磊.燃煤電廠大氣汞排放控制的必要性與防治技術分析[J].環境保護，2016，（9）：31-33.

2 馬慧濤.燃煤電廠煙氣總汞在線監測技術研究[D].北京：華北電力大學，2015.

3 王樹民，宋 暢，陳寅彪，等.燃煤電廠大氣污染物“近零排放”技術研究及工程應用[J].環境科學研究，2015，（4）：487-494.

Coal-fired Power Plants of Atmospheric Mercury Emission On-line Monitoring Technology

Gong Li
(Environmental Monitoring Station of Huaibei city, Huaibei 235000, China)

At present, the situation of atmospheric mercury pollution in China is more serious, with a burning coalfired power plant emission source, in order to protect the ecological environment and people's health, must do a good job monitoring and control of coal-fired power plant emissions of atmospheric mercury. Based on the study on the on-line monitoring technology as the core, analysis of online monitoring technology in coal-fired power plant atmospheric mercury emissions, construction of online monitoring system for atmospheric mercury emissions to improve, to achieve control of atmospheric mercury emissions, and for researchers to provide a reference and help.

coal-fired power plant; atmospheric mercury; on-line monitoring technology

X831

A

1008-9500(2017)07-0077-03

2017-05-13

宮麗（1972-），女，安徽淮北人，環境中級工程師，從事環境監測、環境工程等工作。