燃煤电厂大气汞排放监测试验分析

王晓梅

（安徽省宣城生态环境监测中心，安徽 宣城 242000）

汞属于一种剧毒物质，其不仅能够远距离地在大气中扩散，而且也会为人类和动植物造成长久的危害。而在燃煤电厂生产作业中，汞作为煤炭中的痕量元素，其会随着燃煤作业排出的烟气，进入到大气中造成污染，因此，为了有效控制发电作业对大气环境的影响，需要对电厂的汞排放予以严格监测，以便于及时获取精准的排放信息作为大气污染治理依据，深入优化治理工作水平。

1 研究背景

汞具有远距离传输、生物积累、毒性遗传等特点，当其随着燃煤电厂的烟气排放到大气中时，往往会对环境造成长期的污染。为此，人们将燃煤电厂烟气中汞含量的控制，视为环境治理的重点，这极大地降低了电厂烟气中的汞含量。从国内来看，目前我国对煤炭能源的需求，占能源总需求量的70%左右，且我们用于发电的煤炭中，大约含汞0.18 μg/g，加之我国用电量偏高，使得我国的大气汞排放量较高，一度占据了世界总排放量的42.8%。基于此，我国出台了关于燃煤电厂汞排放的标准，要求电厂燃煤烟气中的汞含量应＜30 μg/m3。

在此背景下，人们需要通过严格监测汞排量，来判断电厂的汞排放水平是否超标，并根据监测结果采取相应的治理措施。对于气态形式的二价汞、单质汞，现有的监测方法有四种，即Hg-CEMS法、30B法、OHM法，以及基于我国的《固定污染源废气汞的测定冷原子吸收分光光度法》，形成的HJ543-2009法。

2 研究过程

2.1 试验用监测方法分析

2.1.1 Hg-CEMS法

此种监测方法，即在线连续检测法，该方法的应用主要依托于配套的线上监测系统，通过使用该检测系统，遵循美国环境署EPA给出的方法，能够有效监测电厂烟气中的汞含量。一般来说，具体的监测范围会受系统生产厂家的影响，但大多数情况下，借助该方法通常可以达到0.02～200 μg/m3。

2.1.2 30B法

此方法的监测范围在0.1～50 μg/m3以上。该方法的应用原理为，将一对吸附管设置在采样探头上部，借此抽取既定体积的烟气，并吸附住烟气中的汞完成采样。该方法的操作简单、方便，而且测量精度也比较高。但仅适用于颗粒浓度低的监测场景，同时没有标注汞形态的功能。

2.1.3 HJ543-2009法

此方法广泛应用在国内，检出限为2.5 μg/m3，监测下限为10 μg/m3。该方法与OHM方法较为相似，均使用了溶液吸收法完成采样。在该方法的应用上，需要严格遵循我国环保部制定的相关规定，以确保该方法的应用效果能够达到预期。

2.1.4 OHM法

此方法源于ASTMD6784-02，其的监测范围为005～100 μg/ m3。在汞排放的监测上，我国多个电厂都曾使用过该方法进行汞排放量的监测，并借助监测结果，对电厂生产系统加以改善，减少了汞的排放量。但该方法的操作极为复杂，而且不支持大规模的使用。此外，在30B等操作更加简单的方法被研发、推行之后，绝大部分电厂用新方法替代了OHM法。在此背景下，考虑到30B等方法相较于OHM法存在明显的优势，无需对比试验再加以探讨，因此，在本文的对比试验研究中，仅进行30B法与HJ543-2009法的对比试验，以及30B法与Hg-CEMS法的对比试验[1]。

2.2 监测方法对比试验

2.2.1 30B法与HJ543-2009法的对比试验

在试验分析中，需要采用对比试验，来分析各个监测方法的准确性情况，由此为汞排放监测工作中具体监测方法的选用提供有力依据，深入优化汞排放监测效果。为此，针对上述几个常用的检测方法，研究者分别进行了30B法与HJ543-2009法的对比试验，以及30B法与Hg-CEMS法的对比试验。其中，在30B法与HJ543-2009法的对比试验中，进行30B法的操作时，研究者先要将一对吸附管安装在采样探头上，由此即可从烟道中收集既定体积的烟气，并将其中所含有的汞吸附在管内，完成采样。在操作时，要注意试样采集时长应当在30 min以上。用于吸附汞的收集管内，填充了2段活性炭，且每段的两头均塞有石英棉用于固定，同时这两段活性炭一段没有加标，另一段则放入了既定量的汞实现了加标。为了保证30B法监测的准确性，需要严格遵循QA/QC标准操作。在该标准中，要求成对的吸附管应当达到足够的一致性水平，而且在加标回收率、贯穿率等方面也要达到该标准的要求[2]。

此后，在对比试验中，进行HJ543-2009法操作时，研究者将2支装有10 mL酸性高锰酸钾吸收液的气泡吸收管，安装在烟气采样装置上，再按照0.3 L/min的流量，持续采样5～30 min，即可完成采样。此后，再使用氯化亚锡，对汞离子溶液予以还原处理，让汞离子转化为原子态，然后使用载气，将原子汞吹入测汞仪，完成汞含量测定[3]。

2.2.2 30B法与Hg-CEMS法的对比试验

在对比试验中，进行Hg-CEMS法监测时，工作者使用的工具包括：采样探头、转换器、离子汞校准器、元素汞校准器等。其中，常用的采样探头有惯性分离探头、非惯性过滤探头两种[4]。在此次试验中，为了缩减操作、维护成本，研究者使用了非惯性探头，并将其设置在脱硫后的烟囱入口处。在此过程中，由于Hg-CEMS法中所采用的汞测定方法，为冷原子荧光法，只能够监测出烟气中的元素汞，试验设置了专门的转换装置，将液态汞均转化为气态元素汞，使用了校准器保障检查系统的准确性[5]。

3 结果与分析

从整体来看，本文提到的四种方法的优缺点如表1。由此可以看出，四种方法均具备各自优势，但也均存在不足，所以在实际应用中，应当根据具体的条件，合理调整各监测方法的操作方案，以保证各个监测方法的使用效果能够顺利达到预期。

表1 四种汞监测方法的比较分析表

在30B法与HJ543-2009法的对比试验中，试验结果如表2。在30B法与Hg-CEMS法的对比试验中，试验结果如表3。由此可见，两种监测法的相对准确度最大为17.4%，可以达到相对准确度小于20%的要求，这说明两种监测法所得出的监测数据一致性较好，结果较为准确。但结合表2，可以看出，运用HJ543-2009法得出的汞含量值明显低于30B法、Hg-CEMS法，因此，HJ543-2009法的监测准确度较低。而纵观该监测方法的整体操作，可以发现，该方法准确度较低的主要原因在于：首先，该方法不支持冰浴，所以不能对采样管采取伴热措施，以免长时间取样，导致吸收液被蒸干，而没有伴热，则会让烟气在采样管中流动的过程中，出现温度不断下降的情况，使得部分汞会凝结在采样管上，造成样品损失，形成汞含量测量结果偏低的情况。其次，该方法的应用下，虽然使用了2个吸收管，但在分析测定之前，仅将两个管内的吸收液合并即可，其中缺乏如30B法一项的质量控制程序，这使得测定结果可能会受误差影响，出现偏低的情况。最后，该方法的采样时长较短，这使得该方法的测量结果具有更大的不确定性，容易导致测量结果偏低。

表2 30B法与HJ543-2009法的对比试验结果表

表3 30B法与Hg-CEMS法的对比试验结果表

4 讨论

根据上述对比试验分析过程，可以看出，Hg-CEMS法对人工操作的依赖性较低，而且准确度较高，可以分别检测出两种气态汞的含量，这使得该监测方法具有显著的优势。但事实上，该方法所需的设备较为复杂，无论是前期投入，还是后期维护，均需要较高的成本。而30B法对人工的依赖性相对Hg-CEMS法更高，但其操作较为简单、方便，同时该方法中，存在基于QA/QC标准的质量控制手段，能够提高监测结果的准确度，因此，经常被用作Hg-CEMS法的标准参比方法。但在应用该方法时，应当注意，由于该方法是依靠吸附管直接从烟道中取样，如果烟气中的颗粒物含量较高，就容易导致吸附管堵塞，所以，该方法仅适用于低颗粒物含量的烟气，且应将该方法在烟气除尘之后使用。此外，该方法不能提供关于汞具体形态的信息，但相较于OHM法，该方法引入人为误差的概率更小，使得该方法成为继OHM法之后，最准确的汞排放监测方法。HJ543-2009法鉴于上文叙述的种种问题，导致其的测量结果偏低，准确度不高，但其所需的材料工具成本均比较低，而且操作也简单，可以根据实际需求、情况酌情应用[6]。

此外，应当注意，在应用30B法、Hg-CEMS法时，需要严格按照配套的标准、要求，进行各个环节的操作，而且要做配套的质量控制措施，以保证测定结果的准确性。在此过程中，虽然这两种方法，相较于OHM法对工作者操作能力的要求较低，尤其是自动化水平较高的Hg-CEMS法，但依然需要工作者定期进行监测设备、工具的维护、检修，以防止误差对监测效果产生影响，所以，需要重点关注设备、工具的维护、检修工作，而且要委派专门的人员，负责此项工作，深入优化监测工作效果，为大气汞污染治理提供有利条件。一般来说，考虑到Hg-CEMS法、30B法各自的优势，可以将两种方法予以联合运用，并使用Hg-CEMS法作为主要的监测方法，实时、持续地监测燃煤电厂的汞排放量，然后定期使用30B法，通过对比试验，评估Hg-CEMS监测结果的准确性，以便于及时发现和处理，Hg-CEMS系统、硬件设备运行中存在的问题，保持汞监测系统的良好运行状态。

5 结论

综上所述，合理选用汞排放监测方法，可以保证监测数据的准确性，为燃煤电厂作业污染治理工作提供更有价值的参考。经过上述对比试验分析，可以发现，30B法、Hg-CEMS法的准确性较高，而HJ543-2009法的准确性相对较低，因此，应优先选用30B法、Hg-CEMS法这两种方法进行汞排放量监测，或者也可以考虑让这两种方法互为标准参比方法，以保证监测结果的准确性。