燃煤電廠大氣汞排放監測試驗分析

王曉梅

（安徽省宣城生態環境監測中心，安徽 宣城 242000）

汞屬于一種劇毒物質，其不僅能夠遠距離地在大氣中擴散，而且也會為人類和動植物造成長久的危害。而在燃煤電廠生產作業中，汞作為煤炭中的痕量元素，其會隨著燃煤作業排出的煙氣，進入到大氣中造成污染，因此，為了有效控制發電作業對大氣環境的影響，需要對電廠的汞排放予以嚴格監測，以便于及時獲取精準的排放信息作為大氣污染治理依據，深入優化治理工作水平。

1 研究背景

汞具有遠距離傳輸、生物積累、毒性遺傳等特點，當其隨著燃煤電廠的煙氣排放到大氣中時，往往會對環境造成長期的污染。為此，人們將燃煤電廠煙氣中汞含量的控制，視為環境治理的重點，這極大地降低了電廠煙氣中的汞含量。從國內來看，目前我國對煤炭能源的需求，占能源總需求量的70%左右，且我們用于發電的煤炭中，大約含汞0.18 μg/g，加之我國用電量偏高，使得我國的大氣汞排放量較高，一度占據了世界總排放量的42.8%?；诖?，我國出臺了關于燃煤電廠汞排放的標準，要求電廠燃煤煙氣中的汞含量應＜30 μg/m3。

在此背景下，人們需要通過嚴格監測汞排量，來判斷電廠的汞排放水平是否超標，并根據監測結果采取相應的治理措施。對于氣態形式的二價汞、單質汞，現有的監測方法有四種，即Hg-CEMS法、30B法、OHM法，以及基于我國的《固定污染源廢氣汞的測定冷原子吸收分光光度法》，形成的HJ543-2009法。

2 研究過程

2.1 試驗用監測方法分析

2.1.1 Hg-CEMS法

此種監測方法，即在線連續檢測法，該方法的應用主要依托于配套的線上監測系統，通過使用該檢測系統，遵循美國環境署EPA給出的方法，能夠有效監測電廠煙氣中的汞含量。一般來說，具體的監測范圍會受系統生產廠家的影響，但大多數情況下，借助該方法通?？梢赃_到0.02～200 μg/m3。

2.1.2 30B法

此方法的監測范圍在0.1～50 μg/m3以上。該方法的應用原理為，將一對吸附管設置在采樣探頭上部，借此抽取既定體積的煙氣，并吸附住煙氣中的汞完成采樣。該方法的操作簡單、方便，而且測量精度也比較高。但僅適用于顆粒濃度低的監測場景，同時沒有標注汞形態的功能。

2.1.3 HJ543-2009法

此方法廣泛應用在國內，檢出限為2.5 μg/m3，監測下限為10 μg/m3。該方法與OHM方法較為相似，均使用了溶液吸收法完成采樣。在該方法的應用上，需要嚴格遵循我國環保部制定的相關規定，以確保該方法的應用效果能夠達到預期。

2.1.4 OHM法

此方法源于ASTMD6784-02，其的監測范圍為005～100 μg/ m3。在汞排放的監測上，我國多個電廠都曾使用過該方法進行汞排放量的監測，并借助監測結果，對電廠生產系統加以改善，減少了汞的排放量。但該方法的操作極為復雜，而且不支持大規模的使用。此外，在30B等操作更加簡單的方法被研發、推行之后，絕大部分電廠用新方法替代了OHM法。在此背景下，考慮到30B等方法相較于OHM法存在明顯的優勢，無需對比試驗再加以探討，因此，在本文的對比試驗研究中，僅進行30B法與HJ543-2009法的對比試驗，以及30B法與Hg-CEMS法的對比試驗[1]。

2.2 監測方法對比試驗

2.2.1 30B法與HJ543-2009法的對比試驗

在試驗分析中，需要采用對比試驗，來分析各個監測方法的準確性情況，由此為汞排放監測工作中具體監測方法的選用提供有力依據，深入優化汞排放監測效果。為此，針對上述幾個常用的檢測方法，研究者分別進行了30B法與HJ543-2009法的對比試驗，以及30B法與Hg-CEMS法的對比試驗。其中，在30B法與HJ543-2009法的對比試驗中，進行30B法的操作時，研究者先要將一對吸附管安裝在采樣探頭上，由此即可從煙道中收集既定體積的煙氣，并將其中所含有的汞吸附在管內，完成采樣。在操作時，要注意試樣采集時長應當在30 min以上。用于吸附汞的收集管內，填充了2段活性炭，且每段的兩頭均塞有石英棉用于固定，同時這兩段活性炭一段沒有加標，另一段則放入了既定量的汞實現了加標。為了保證30B法監測的準確性，需要嚴格遵循QA/QC標準操作。在該標準中，要求成對的吸附管應當達到足夠的一致性水平，而且在加標回收率、貫穿率等方面也要達到該標準的要求[2]。

此后，在對比試驗中，進行HJ543-2009法操作時，研究者將2支裝有10 mL酸性高錳酸鉀吸收液的氣泡吸收管，安裝在煙氣采樣裝置上，再按照0.3 L/min的流量，持續采樣5～30 min，即可完成采樣。此后，再使用氯化亞錫，對汞離子溶液予以還原處理，讓汞離子轉化為原子態，然后使用載氣，將原子汞吹入測汞儀，完成汞含量測定[3]。

2.2.2 30B法與Hg-CEMS法的對比試驗

在對比試驗中，進行Hg-CEMS法監測時，工作者使用的工具包括：采樣探頭、轉換器、離子汞校準器、元素汞校準器等。其中，常用的采樣探頭有慣性分離探頭、非慣性過濾探頭兩種[4]。在此次試驗中，為了縮減操作、維護成本，研究者使用了非慣性探頭，并將其設置在脫硫后的煙囪入口處。在此過程中，由于Hg-CEMS法中所采用的汞測定方法，為冷原子熒光法，只能夠監測出煙氣中的元素汞，試驗設置了專門的轉換裝置，將液態汞均轉化為氣態元素汞，使用了校準器保障檢查系統的準確性[5]。

3 結果與分析

從整體來看，本文提到的四種方法的優缺點如表1。由此可以看出，四種方法均具備各自優勢，但也均存在不足，所以在實際應用中，應當根據具體的條件，合理調整各監測方法的操作方案，以保證各個監測方法的使用效果能夠順利達到預期。

表1 四種汞監測方法的比較分析表

在30B法與HJ543-2009法的對比試驗中，試驗結果如表2。在30B法與Hg-CEMS法的對比試驗中，試驗結果如表3。由此可見，兩種監測法的相對準確度最大為17.4%，可以達到相對準確度小于20%的要求，這說明兩種監測法所得出的監測數據一致性較好，結果較為準確。但結合表2，可以看出，運用HJ543-2009法得出的汞含量值明顯低于30B法、Hg-CEMS法，因此，HJ543-2009法的監測準確度較低。而縱觀該監測方法的整體操作，可以發現，該方法準確度較低的主要原因在于：首先，該方法不支持冰浴，所以不能對采樣管采取伴熱措施，以免長時間取樣，導致吸收液被蒸干，而沒有伴熱，則會讓煙氣在采樣管中流動的過程中，出現溫度不斷下降的情況，使得部分汞會凝結在采樣管上，造成樣品損失，形成汞含量測量結果偏低的情況。其次，該方法的應用下，雖然使用了2個吸收管，但在分析測定之前，僅將兩個管內的吸收液合并即可，其中缺乏如30B法一項的質量控制程序，這使得測定結果可能會受誤差影響，出現偏低的情況。最后，該方法的采樣時長較短，這使得該方法的測量結果具有更大的不確定性，容易導致測量結果偏低。

表2 30B法與HJ543-2009法的對比試驗結果表

表3 30B法與Hg-CEMS法的對比試驗結果表

4 討論

根據上述對比試驗分析過程，可以看出，Hg-CEMS法對人工操作的依賴性較低，而且準確度較高，可以分別檢測出兩種氣態汞的含量，這使得該監測方法具有顯著的優勢。但事實上，該方法所需的設備較為復雜，無論是前期投入，還是后期維護，均需要較高的成本。而30B法對人工的依賴性相對Hg-CEMS法更高，但其操作較為簡單、方便，同時該方法中，存在基于QA/QC標準的質量控制手段，能夠提高監測結果的準確度，因此，經常被用作Hg-CEMS法的標準參比方法。但在應用該方法時，應當注意，由于該方法是依靠吸附管直接從煙道中取樣，如果煙氣中的顆粒物含量較高，就容易導致吸附管堵塞，所以，該方法僅適用于低顆粒物含量的煙氣，且應將該方法在煙氣除塵之后使用。此外，該方法不能提供關于汞具體形態的信息，但相較于OHM法，該方法引入人為誤差的概率更小，使得該方法成為繼OHM法之后，最準確的汞排放監測方法。HJ543-2009法鑒于上文敘述的種種問題，導致其的測量結果偏低，準確度不高，但其所需的材料工具成本均比較低，而且操作也簡單，可以根據實際需求、情況酌情應用[6]。

此外，應當注意，在應用30B法、Hg-CEMS法時，需要嚴格按照配套的標準、要求，進行各個環節的操作，而且要做配套的質量控制措施，以保證測定結果的準確性。在此過程中，雖然這兩種方法，相較于OHM法對工作者操作能力的要求較低，尤其是自動化水平較高的Hg-CEMS法，但依然需要工作者定期進行監測設備、工具的維護、檢修，以防止誤差對監測效果產生影響，所以，需要重點關注設備、工具的維護、檢修工作，而且要委派專門的人員，負責此項工作，深入優化監測工作效果，為大氣汞污染治理提供有利條件。一般來說，考慮到Hg-CEMS法、30B法各自的優勢，可以將兩種方法予以聯合運用，并使用Hg-CEMS法作為主要的監測方法，實時、持續地監測燃煤電廠的汞排放量，然后定期使用30B法，通過對比試驗，評估Hg-CEMS監測結果的準確性，以便于及時發現和處理，Hg-CEMS系統、硬件設備運行中存在的問題，保持汞監測系統的良好運行狀態。

5 結論

綜上所述，合理選用汞排放監測方法，可以保證監測數據的準確性，為燃煤電廠作業污染治理工作提供更有價值的參考。經過上述對比試驗分析，可以發現，30B法、Hg-CEMS法的準確性較高，而HJ543-2009法的準確性相對較低，因此，應優先選用30B法、Hg-CEMS法這兩種方法進行汞排放量監測，或者也可以考慮讓這兩種方法互為標準參比方法，以保證監測結果的準確性。