燃煤电厂汞排放测试技术

1汞污染物的监测方法及标准1汞污染物的监测方法及标准2汞污染物的监测方法及标准3汞污染物的监测方法及标准4汞污染物的监测方法及标准56燃煤电厂烟气汞排放测试方法27来源：煤中有汞元素。迁移转化过程：煤燃烧时，煤中的汞几乎全部以Hg0的形式进入烟气中；在烟气冷却过程中，部分Hg0同其它燃烧产物相互作用转化为Hg2+和Hgp。最终分布于底渣、除尘器底灰、脱硫石膏、脱硫废水，排放的烟气中。燃煤排入大气的汞可分为3种形态：气态元素汞（Hg0）、气态二价汞（Hg2+）和颗粒态汞（Hgp）。所占比例不定。2.1煤燃烧过程中汞的迁移转化Hg0燃煤电厂烟气汞排放测试方法8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。气态二价汞（Hg2+）可溶于水，也易于被颗粒物所吸附，因此易于被捕集和控制，被释放到大气中的二价汞造成局地污染；Hg2+加热至800℃左右可被还原为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；Hg0可被催化氧化为Hg2+。2.2三种形态汞的特点燃煤电厂烟气汞排放测试方法烟气中汞的浓度很低，为微克级，甚至纳克级——高精度烟气中的汞以不同化学形态存在——需分形态飞灰对汞具有氧化作用,各形态会相互转化——需先除飞灰烟气中的酸性气体（如HCl、SO2）会对监测系统产生干扰——需抗干扰9烟气汞特点及测试难点燃煤电厂烟气汞排放测试方法10在线测试方法（CEMs—EPA30A）安大略法（OHM）EPA30B法汞分析汞的测试技术包括采样和分析两部分，Hg浓度的仪器分析方法已很成熟，汞监测的难度主要在于采样。美国大部分已开始监测Hg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%。燃煤电厂烟气汞排放测试方法2.3主要监测方法湿法采样干法采样112.3.1安大略法（OHM）安大略法（OHM，OntarioHydroMethod）：是EPA推荐的美国标准方法，也是国际承认的标准采样测试方法。原理：从烟气中等速取样，取样管线维持在120℃，Hg(p)由前端的石英纤维滤筒捕获，Hg2+由3个盛有1NKCl的吸收瓶收集，Hg0由1个装有5%HNO3·10%H2O2和3个装有4%KMnO4·10%H2SO4的吸收瓶氧化吸收。最后1个吸收瓶装有吸水胶脱水排放净烟气，最后对各部分吸收液进行Hg含量分析，计算烟气中各价态汞的浓度。燃煤电厂烟气汞排放测试方法12在实验室样品恢复和消解现场固、液、烟气采样样品测试数据处理燃煤电厂烟气汞排放测试方法132.3.1安大略法（OHM）采样要求：选用石英纤维滤膜截留烟尘，0.3μm烟尘截留率99.95%，汞含量0.2μg/m2，收集颗粒态Hg；保持探头、管线烟气温度在120℃以上，防止水汽凝结；采样时间为1~2h，累计流量为1.0~2.5Nm3；样品吸收瓶置于冰浴中，#1、#2、#3吸收瓶中为1mol/L氯化钾溶液，#4吸收瓶中为5%硝酸、10%双氧水混合溶液，#5、#6、#7吸收瓶中为4%（质量浓度）高锰酸钾、10%硫酸混合溶液，#8吸收瓶中为硅胶或其他干燥剂；……燃煤电厂烟气汞排放测试方法142.3.1安大略法（OHM）安大略法（OHM）采样装置采样探头燃煤电厂烟气汞排放测试方法152.3.1安大略法（OHM）采样瓶采样控制系统及抽气泵燃煤电厂烟气汞排放测试方法162.3.1安大略法（OHM）待测样品汞分析仪器燃煤电厂烟气汞排放测试方法•结果准确性影响因素：烟气浓度，取样操作程序及设备参数等•优点：比较普遍，可分形态测出汞浓度。•缺点：流程复杂;需大的取样量以克服溶液空白;操作过程中会产生有毒有害物质，易污染;对操作人员技术水平要求高。172.3.1安大略法（OHM）燃煤电厂烟气汞排放测试方法取样位置的选取需特别注意烟气温度、飞灰浓度及水分的影响！！182.3.230B法Method30B法，相对于湿式取样，30B法采用干式取样，用固态物质（改性后的活性炭）先吸附采样，汞在吸附材质富集，并记录采样流量及采样时间。用汞分析仪分析吸附材质上富集的汞的容量，通过采样流量及采样时间计算烟道气中排放总气态汞的浓度，即（Hg0+Hg2+）的浓度。燃煤电厂烟气汞排放测试方法192.3.230B法吸附管采样流程及吸附管示意图燃煤电厂烟气汞排放测试方法202.3.230B法1.采样器采样2.取出样品3.分析样品ST-915烟道气吸附采样汞分析系统操作过程燃煤电厂烟气汞排放测试方法212.3.230B法——活性炭汞捕集管燃煤电厂烟气汞排放测试方法总汞采样管价态汞采样管酸性气体吸收部分Hg2+捕集Hg2+穿透Hg0捕集Hg0穿透222.3.230B法适用范围：任意OHM采样法适用的采样口。分析对象：烟道气中Hg2+,+Hg0或（Hg2++Hg0）安装条件：只需安装采样探头，更换采样管，采样过程由采样器按设定自动完成。电源：220V,50Hz,1-20amp燃煤电厂烟气汞排放测试方法232.3.230B法优点：采样系统不需要化学吸收也不需化学清洗；具有可操作性强；稳定性好；成本低；现场工作量少；易操作等。另外，采样时间1分钟~1个月（按客户需求）。缺点：所测结果是取样周期内汞的平均值，并且样品必须送回实验室进行分析，结果的获得有一定的滞后性！同时，取样介质的选择吸收特性、吸收效率以及分析物的回收效率等存在不确定性因素。燃煤电厂烟气汞排放测试方法24原理：用装有烟尘过滤装置的采样探头将烟气抽取出来，经过加热管线，一路直接送至冷原子吸收（CVAA）或其他类型的检测器检测，测得Hg0，另一路送至汞转换器，通过高温转化或催化转化将Hg2+还原为Hg0，再送至检测器测得总汞含量，两路读数之差即为Hg2+。优点：操作简单，能满足电厂气态汞浓度监测的需要。缺点：仪器贵重，较难维护，系统稳定性和可靠性有待提高。燃煤电厂烟气汞排放测试方法2.3.3在线测试方法（30A法）252.3.330A法燃煤电厂烟气汞排放测试方法氧化汞向元素汞的转化方式湿法，将样气通入盛有还原剂的转换单元内采用湿化学方法还原氧化态的汞。具有腐蚀性；废液是有毒废物不能直接排弃干法:采用高温催化剂或者高温加热转化的方式完成氧化汞向元素汞的转化。催化剂寿命较短；成本较高262.3.330A法美国采用Hg在线监测系统采样探头主控系统燃煤电厂烟气汞排放测试方法272.3.330A法代表性检测设备系统有：IRM-915在线式烟道气汞分析仪燃煤电厂烟气汞排放测试方法2.3.330A法适用范围：地面采样口烟囱出口处带有监测平台的采样口分析对象：烟道气中Hg2+,+Hg0或（Hg2++Hg0）安装条件：电源：220V,1000W压缩空气28燃煤电厂烟气汞排放测试方法主要特点在线监测实时结果输出292.3.330A法模块化设计，拆装简易仪器稳固耐用，可适应恶劣的野外环境既可以在同一监测点连续监测，也可以快速安装到另一监测点同一燃煤电厂仅需一台仪器，即可完成对全厂所有烟道气监控环保检测部门，仅需一台仪器，即可完成辖区内的烟道气监控燃煤电厂烟气汞排放测试方法测试系统还不具备颗粒态汞的测量能力，因而通常意义上的总汞连续监测技术只是气态汞的总量浓度连续监测!2.4样品分析方法冷原子吸收法（AAS）塞曼效应原子吸收法（AAS）冷原子荧光法（AFS）氢化物发生-原子荧光法（AFS）等离子体无机质谱法（ICP-MS）30燃煤电厂烟气汞排放测试方法汞分析仪器方法比较31燃煤电厂烟气汞排放测试方法测试对象：某发电厂660MW超超临界燃煤发电机组，锅炉型号为SG-2031/26.15-M623超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉。燃煤机组污染物控制组成由电除尘器、选择性催化还原（SCR）烟气脱硝和石灰石—石膏湿法脱硫（FGD）组成。试验目的：研究汞的形态沿程变化及烟气污染物控制装置（SCR、ESP、FGD）对汞的脱除率。采样测试执行标准：USEPAMethodsSW-8467471B，Methods7473，Methods254.1、254.2、254.5、254.7，EPAMethods1613，GB/T16157-1996，HJ/543-2009采样OHM法，样品测试使用Lumex塞曼多功能汞分析仪32现场测试实例33煤、底渣、底灰和石膏采样采样点位各点烟气采样现场测试实例34•各采样点烟气中不同形态汞的排放浓度及排放速率位置Hg0,μg/Nm3Hg2+,μg/Nm3Hgp浓度,ng/gSCR前7.690.651.0ESP前0.990.063207.7*ESP后0.710.10NDFGD后0.910.04ND位置Hg0排放速率,g/hHg2+排放速率,g/hHgp排放速率g/hSCR前17.101.440.03ESP后1.560.21NDFGD后2.010.09ND现场测试实例35%100Hg02T煤底渣煤前的质量平衡HgHgHgHgHgHgSCRp%100Hg02T煤除尘器飞灰底渣煤后的质量平衡HgHgHgHgHgHgHgESPP%100Hg02T煤石膏除尘器飞灰底渣煤后的质量平衡HgHgHgHgHgHgHgHgFGDP•汞平衡的建立现场测试实例36位置Hg0排放速率,g/hHg2+排放速率,g/hHgp排放速率g/h底渣,g/h飞灰,g/h石膏，g/h节点总量，g/h平衡系数,%SCR前17.101.440.030.008——18.5891.7ESP后1.560.2100.00817.01—18.7992.7FGD后2.010.08800.00817.012.7921.90108.1入炉煤20.27—汞测试质量平衡SCR前ESP后FGD后入炉煤01020排放速率，g/h节点煤石膏底灰底渣HgPHg2+Hg0现场测试实例37汞在燃煤过程中的分布及沿程变化锅炉SCR脱硝100%20.27g/h0.04%0.01g/hHg0：87.7%Hg2+:7.2%Hgp:5.1%石膏烟气电除尘器湿法脱硫烟囱底灰77.6%17.0g/h12.7%2.8g/h9.6%2.10g/hHg0:18.1%Hg2+:41.8%Hgp:40.2%Hg0:88.1%Hg2+:11.9%Hgp:NDHg0:95.8%Hg2+:4.3%Hgp:ND空预器该测点不具备采样条件底渣注：NC—因采样点布置及灰特性原因，ESP前测得的HgP浓度极高，该处数据并不能反应出该处烟气中各形态汞的真实分布，各形态汞所占比例未计算。现场测试实例