基于30B 方法对燃煤电厂烟气中汞排放情况的分析

赵士彬 蔡同锋 时志强

（江苏省环境监测中心 江苏南京 210036）

汞作为重点控制的重金属之一，其主要排放来源于化石燃料的燃烧，尤其是煤炭的燃烧，使得燃煤电厂成为向大气中排放汞的最大源头。我国作为世界上汞的生产与消费大国，燃煤又是向大气排放汞的主要来源，据统计，煤电厂的汞排放量占到大气汞排放总量的1/3，位居各行业之首，燃煤电厂的汞主要三种形态，气态元素汞、气态离子态汞、颗粒态汞。其中汞监测及脱除主要关注气态元素汞、气态离子态汞。气态元素汞、气态离子态汞在不同条件下会相互转化，而气态元素汞、气态离子态汞的脱除方法又不同，所以汞的脱除更加依赖于监测，因此加强对燃煤电厂汞的监测与防治成为汞减排工作的重点。

选取合适的测试方法来准确测定烟气中的汞是控制汞污染的关键之一。国内外许多研究者在这方面进行了卓有成效的工作，提出了不少测试方法。笔者通过对各种汞监测方法在实际应用中的情况，在本文介绍一种烟气汞的测定方法，以期与同行共同学习。

1 现行采样和分析方法遇到的局限性

《固定污染源排气中颗粒物测定和气态污染物采样方法》和《固定污染源废气汞的测定冷原子吸收分光光度法》的方法进行采样和分析，该标准规定的采样方法为在采样装置上串联两支各装10m l吸收液（0.1mol/L高锰酸钾溶液与10%硫酸溶液等体积混合）的大型气泡吸收管，采样流量为0.3L/min，采样时间为5～30min，采取相应的样品保存方法后送至实验室分析。该方法的分析原理是废气中的汞被酸性高锰酸钾溶液吸收并氧化形成汞离子，汞离子被氧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。

经过数次采样得到的结果发现，烟气中的汞含量绝大部分为未检出，而煤样中汞的含量虽有个别样品检出，但是含量太低明显偏离理论值的范围。分析原因后采取了一些改进措施，如再增加2只吸收液串联、增加吸收液浓度、采样管前加上自行设计过滤装置、采用加热管进行采样等等，但是效果不明显，得到的结果依旧偏离理论值很大。经过多次监测，都未达到预期的效果，总结发现用此监测方法，特别是在监测烟尘浓度较高、有高还原气体存在时，方法的实用性较差；从采样操作的角度来讲，对采样人员要求较高，稍有闪失采样就会失败，更无法谈上质量控制：如采集平行样等。

固定污染源包括燃煤、有色金属冶炼、水泥生产、垃圾焚烧等各类污染源，这些污染源排放的烟气性质存在很大的差异，该标准中的采样和汞分析方法不能适用于上述的所有污染物。例如，有色金属冶炼过程中产生的烟气中SO2浓度远远高于垃圾焚烧烟气，烟气中高浓度的SO2会进入吸收瓶形成SO32-离子，烟气中的气态汞元素会和吸收液中的SO32-离子反应，干扰测量结果。因此，该标准不适用于高硫烟气总汞浓度的测定。

2 EPA 30B采样分析原理

U.S.EPA 30B方法是由吸附管采样并提取或热分析技术结合实验室分析方法，测定燃煤燃烧源排放烟气中总气态汞的质量浓度，该方法测定元素汞或氧化态汞的典型范围是0.1ug/m3～＞50ug/m3，既作为参比方法对安装在燃煤锅炉的Hg CEMS和Hg STMS的相对准确度进行检测审核，也作为标准方法对燃煤锅炉排放的Hg进行常规检测。30B方法以适当的流量从烟道或管道通过通入烟道或管道的配对吸附管抽取已知体积的烟气。在烟道中的吸附剂介质上采集汞，与通过探头/采样管输送样品气体的方法比较能够避免Hg在输送过程中可能发生的损失。每次检测，要求配对采样以便确定测定排放数据的测量精度和检测数据的可接受性。测量系统主要由吸附管、采样探头、除湿器、真空泵、气体流量计、样品流量计和控制器、气压表、数据记录器、吸附管加入气态汞系统、样品分析仪等组成。典型的吸附管采样系统见图1。

图1 30B采样系统结构图

测试设备主要包括PMS 30B便携式汞采样器、汞吸附管、LUMEXRA-915M&Pyro-915汞分析仪。

PMS 30B是南京埃森环境技术有限公司以U.S.EPA方法30B为基本原理进行设计，参照国内的相关环保标准，针对工业复杂烟气测量环境，为在较低的颗粒物浓度下（例如，在污染物控制装置后采样），实现现场汞的采样、现场封样。若颗粒物吸附汞的量较大，可等动力采样。

LUMEX RA-915M&Pyro-915汞分析仪，其工作原理是利用汞原子蒸气对254nm共振发射线的吸收进行分析，通过塞曼效应进行背景校准，可知光源汞灯放置在强磁场H中，汞共振线λ=254nm被分成π、σ-和σ+三部分，当UV线沿磁场方向传播，检测器仅检测σ部分射线，其中一部分落在汞吸收线的里面，另一部分落在外面。当测量池中没有气态汞时，两部分σ-的强度相等。当测量池有原子吸收时，两部分σ-的差异随气态汞浓度的增加而增加。σ-射线被偏振调制器分开，σ-射线的光谱移动明显小于分子吸收带的宽度和散射范围。因此干扰组分的背景吸收不影响分析仪的读数。

3 EPA30B方法在实测中应用的情况

对江江苏省9家具有代表性的燃煤电厂采用EPA30B方法进行实测，对数据进行分析可知。其中铜山华润电厂的汞排放浓度最大为16.0μg/m3（均值），其中徐矿电厂和垞城电厂排放浓度较均值分别为0.25μg/m3、0.18μg/m3，排放值远低于国家环保要求。江苏省9家电厂烟囱入口处汞排放浓度均值为5.35μg/m3，江苏电厂烟气中汞的排放浓度与《火电厂大气污染物排放标准》中规定的汞及其化合物的排放限值比较见图2。

与国外发达国家比较，MejiR.在荷兰燃煤电厂进行的烟气中汞浓度测试结果在0.3-35μg/m3之间，平均浓度为4.1μg/m3；美国伊利诺斯州Springfield市20个燃煤电厂的汞排放浓度为0.5-6.9μg/m3，平均汞排放浓度为6μg/m3；美国第一能源公司所属的BMP电厂的汞排放浓度是2.85μg/m3；江苏9家电厂的汞排放浓度在0.08～16.97ug/m3，平均浓度为5.35μg/m3，是荷兰燃煤电厂平均排放浓度的1.3倍，是美国伊利诺斯州Springfield市的0.89倍，是美国BMP电厂排放浓度的1.88倍。江苏燃煤电厂烟气中汞排放水平与国外比较见图3，由图可知通过30B方法对燃煤电厂烟气中汞排放的监测结果，与国外研究结果相比符合实际情况，很好的证明了30B方法检测结果的可靠性。

与国内其它省份比较，江苏省9家燃煤电厂烟气中汞排放浓度在0.08～16.97μg/m3，重庆监测试点部分燃煤电厂烟气中汞排放浓度在6.65-10.4μg/m3，河北监测试点部分燃煤电厂烟气中汞排放浓度在3.71-7.32μg/m3，天津监测试点部分燃煤电厂烟气中汞排放浓度在2.05-9.92μg/m3。可见，重庆、河北、天津3个省市燃煤电厂烟气中汞排放浓度范围在2.05-10.4μg/m3内，均涵盖在江苏燃煤电厂烟气中汞排放浓度0.08～16.97μg/m3范围内，汞排放浓度最小值和最大值均在江苏。监测结果表明，采用30B方法对燃煤电厂汞排放进行采样和测试，其测试结果无论在低浓度和高浓度都能很好的检出烟气中汞的浓度值，能为燃煤电厂烟气中汞浓度监测提供较好的检测效果。

通过对烟气中汞浓度的相关数据进行分析统计，估算出江苏省2012年装机容量30万千瓦以上燃煤电厂烟气中汞排放总量约为7.307吨，略低于2008年江苏省燃煤电厂汞排放总量9.89吨。这主要与最近几年各个电厂加大各项环保设施的投运力度及关停小机组、电厂安装烟气脱硫、脱硝等一系列措施有关，另外还有部分总装机容量不足30万千万燃煤电厂的汞排放量没有纳入本次统计结果，对数据的降低也有一定的影响。从总量估算对比的角度也说明了EPA 30B方法，在燃煤电厂烟气中汞含量检测有着较好的应用。

4 结论

通过对传统方法与30B方法优缺点的讨论，以及实测数椐对30B方法的验证，证明30B方法检测烟气汞含量有着较高的可信度，对低浓度和高浓度烟气中汞的监测均有着较好的监测结果，能很好的应用于烟气汞监测。

[1]USEPA.M ethod 30b-determination of totalvaporphasemercury em issions from coa-l fired combustion sourcesusing carbon sorbent traps[SPOL],2010-12-13.

[2]环境保护部.HJ543-2009固定污染源废气汞的测定冷原子吸收分光光度法(暂行)[S].北京:中国环境科学出版社,2010.

[3]国家环境保护局.GBPT 16157-1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法[S].北京:中国环境科学出版社,1996.