摘要：综述燃煤电厂汞及其化合物的产生机理、减排及监测技术，污染控制主要包括3个方面，燃烧前脱汞、燃烧中脱汞和燃烧后烟气脱汞。燃煤电厂烟气中汞及其化合物含量较少，监测技术主要包括手工监测和在线监测两种方法。
关键词：燃煤电厂；汞污染；脱汞；监测
1 概述
燃煤电厂烟气尘、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物对大气环境造成一定的危害，随着超低排放不断推荐，各项污染物排放浓度控制越来越低。《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）规定，自2015年1月1日起，所有燃煤电厂汞及其化合物污染物排放限值执行0.03mg/m3。
汞作为一种全球性循环元素，通过食物链不断累积，对动物及人体有毒害作用[1]。汞及其化合物排放除了自然界本身，还有人为源造成。相关研究表明，燃煤电厂汞及其化合物排放占据40%[2]。燃煤电厂烟气中汞及其化合物监测方法主要手工取样监测和在线监测方法。
2、燃煤电厂烟气中汞的产生机理
煤中的汞在燃烧过程中，经过物理、化学变化，大部分进入烟气中，小部分残留在灰渣中。燃煤中汞的产生过程如图1所示。
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图1 煤中汞在燃烧过程和烟气中的可能转化途径
燃煤排入大气的汞可分为3种形态：气态零价汞、气态二价汞和颗粒态汞。
3 燃煤电厂脱汞技术
燃煤电厂汞污染控制技术主要包括3个方面，燃烧前脱汞、燃烧中脱汞和燃烧后烟气脱汞，其中燃烧后烟气脱汞技术备受关注。
3.1 燃烧前脱汞
燃烧前脱汞主要包括洗煤技术、煤的热处理，洗煤技术主要是通过浮选法除去原煤中的部分汞，减少煤炭中汞含量[3]。煤的热处理是基于汞的高挥发性，有研究表明，400℃范围内最高可除去原煤中80%的汞。在此温度下煤中挥发性物质因热分解析出，热值有所降低[4]。
3.2 燃烧中脱汞
有研究发现，燃煤电厂原煤燃烧过程对硫、氮控制技术对汞有一定的去除作用[5]，例如循环流化床、低氮燃烧技术。循环流化床技术，煤燃烧在炉内停留时间较长，微小颗粒吸附汞作用加强，从而降低烟气中汞的含量。低氮燃烧技术通过调节锅炉峰值温度，相应增加烟气中氧化态汞的含量，利于后续烟气脱硫装置脱除。
3.3 燃烧后烟气脱汞
相比于氧化态汞，游离态的汞较难去除，现有脱除技术主要是利用活性炭等吸收剂进行吸附。目前，游离态的汞可利用催化剂或者氧化剂转化为易于去除的气态氧化汞[6]。目前烟气脱汞的主要方法有：吸附剂吸附法，利用现有烟气处理设施（除尘、脱硝、脱硝）协同脱汞法，电晕放电等离子体技术[7]，电催化氧化联合处理技术等[8]。
4 燃煤电厂烟气中汞及其化合物监测技术
目前汞分析技术已经相当成熟，考虑烟气中成分复杂，汞的取样及预处理相对复杂。常见的汞分析技术包含冷原子吸收光谱法、冷原子荧光分光光度法、紫外差分吸收光谱法(UV-DOAS)等。
4.1 我国烟气中汞的监测方法
目前,我国发布的关于环境空气及废气中汞监测的相关国家环保标准有: 《环境空气 汞的测定 巯基棉富集-冷原子荧光分光光度法》（HJ543-2009）、《环境空气 气态汞的测定 金膜富集/冷原子吸收分光光度法》（HJ910-2017）；《固定污染源废气 汞的测定 冷原子吸收分光光度法(暂行)》（HJ543-2009）、《固定污染源废气 气态汞的测定 活性炭吸附/热裂解原子吸收分光光度法》（HJ917-2017）；采样方法: 《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T16157-1996）。
《固定污染源废气 汞的测定 冷原子吸收分光光度法(暂行)》（HJ543-2009）测定方法原理：废气中汞被酸性高锰酸钾吸收并氧化形成汞离子，汞离子被氯化亚锡还原为原子态汞，用载气将汞蒸气从溶液中吹出带入测汞仪，用冷原子吸收分光光度法测定[9]。《固定污染源废气 气态汞的测定 活性炭吸附/热裂解原子吸收分光光度法》（HJ917-2017）测定方法原理：通过本标准规定的采样系统，使废气中气态汞有效富集在经过碘或者其他卤素及其化合物处理的活性炭材料上，采用直接热烈解原子吸收分光光度法测定吸附管中活性炭材料中的汞含量。根据采用体积，计算气态汞浓度。本标准适用于加装脱硝、除尘、脱硫燃煤电厂排放烟气中气态汞的测定[10]。
4.2 国外烟气中汞的监测方法
国外对烟气中汞的监测主要是采用美国的监测方法,即安大略法(OHM)、30A法和30B法.三种方法取样、吸收过程不一样，最终都是用冷蒸汽原子吸收光谱法(CVAA)分析测定样品中的汞浓度。
4.2.1安大略法(OHM)
OHM(Ontario Hydro Method)方法可同时采集废气中颗粒态汞和气态汞。采用湿化学法将烟气中价态汞捕集到化学试剂中，通过分析化学试剂中的汞及价汞含量，除以换算成为标准气压后的流量体积，得知烟气中不同价态汞的浓度。安大略法(OHM)也被采集和分析燃煤烟气中不同形态汞的有效方法[11]。
4.2.2 30A法
30A法主要测量烟气中原子汞、二价汞，原子汞直接进行检测器监测检测，二价汞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。此方法操作较为简单，可用于在线监测，该系统运行维护难度大，系统的稳定性与可靠性要求很高,这也制约着该方法的大规模运用[12]。
4.2.3 30B法
30B法利用用吸附材质(如活性炭等)的吸附管捕集烟气中的气态汞，再解吸进行浓度分析，也可测得烟气中排放总气态汞的浓度，即（Hg0+Hg2+），操作比较简单,方法的精度和准确度较高， 适宜安装在烟气净化装置之后的烟道上[12]。
5 总 结
目前，燃煤电厂现有的烟气处理设施协同除汞效果，能达到火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中汞及其化合物污染物排放限值执行0.03mg/m3。随着环保要求的逐步提高 ，燃煤电厂汞及其化合物污染物排放限值从严执行时，可采用飞灰再注入、强化湿法脱汞、改进的布袋除尘器等方式改进现有烟气处理设施或者采用吸附剂吸附法，电晕放电等离子体技术，电催化氧化联合处理技术等新型脱汞技术来提高脱汞效率，减少大气中汞排放量。目前燃煤电厂烟气中汞及其化合物采用手工监测方法，每季度监测一次，随着国家环保重视程度，汞在线监测也会逐步提上日程。
参考文献
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[7] 北京市环境保护监测中心，固定污染源废气 汞的测定 冷原子吸收分光光度法(暂行) （HJ543-2009）,原国家环保部，2009.12.30发布
[8] 国家环境分析测试中心，固定污染源废气 气态汞的测定 活性炭吸附/热裂解原子吸收分光光度法（HJ917-2017），原国家环保部，2017.12.28发布
[9]张赢丹，潘卫国，周伟国等，燃煤锅炉汞排放量的测量与分析方法[J]，上海电力学院学报，2007 ，12(4)
[10] 陈英，关于燃煤电厂烟气中汞含量监测问题的探讨[J],中国科技纵横,2017.1:9-12.
作者简介：
方杰杰（1988-），本科学历/学士学位，职务仪控技术员，从事工作简介：从事电厂仪表自动控制Email:121177814@qq.com
论文作者:方杰杰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：烟气论文; 电厂论文; 燃煤论文; 气态论文; 原子论文; 技术论文; 方法论文; 《电力设备》2019年第22期论文;