湿法脱硫装置对多环芳烃排放特性的影响

信晓颖，朱文韬，胡妲

(华电电力科学研究院有限公司，杭州 310030)

0 引言

多环芳烃PAHs(polycyclic aromatic hydrocarbons)是指分子中含有2个及以上苯环的芳香族化合物，多种PAHs已被证实具有致癌毒性以及致突变性[1-2]。环境中PAHs来源主要包括天然来源和人为来源。天然来源主要是火山喷发、森林火灾、地震等自然灾害将地壳中含有的PAHs释放到空气中；人为来源主要是炼焦、炼油、垃圾焚烧、取暖加热、汽车排放、石油泄漏事故产生的PAHs排放到空气中[3]，燃煤和汽车尾气排放是我国目前城市大气中PAHs污染的主要来源。目前，我国大部分燃煤发电厂没有设置脱除PAHs的装置。部分学者进行了燃煤电厂除尘器对PAHs脱除效率的相关研究，如黄伟[4]等研究表明电除尘器对大部分PAHs的脱除效率在90%以上，严建华[5]等研究表明电除尘器对PAHs不是简单的脱除作用。在高电场条件下，PAHs易发生转化，低环数的多环芳烃如二氢苊、芴、菲在电除尘器前后变化不大，而中环和高环的PAHs在电除尘器后明显增加。石灰石-石膏湿法烟气脱硫(WFGD)系统是目前应用最广泛的脱硫系统[6]。燃煤电厂产生的锅炉烟气经过WFGD系统后将直接经烟囱排放进入大气，而目前国内外研究WFGD系统对PAHs脱除效率的较少。本文通过测定燃煤电厂锅炉烟气及烟气颗粒物中携带的PAHs含量分布及WFGD系统前后烟气及烟气颗粒物中PAHs含量的变化，初步讨论了WFGD系统对PAHs的脱除效果。

1 材料与方法

1.1 脱硫系统简介

某燃煤电厂600 MW机组设计煤种中硫的质量分数为1.8%，锅炉烟气脱硫装置采用WFGD系统，按“一炉一塔”配置，设计脱硫效率不小于95%，WFGD系统于2009年建成并随机组同时投运。

1.2 采样

本次试验烟气样品于2012年5月在机组烟气负荷为100%工况下采集，烟气采样流程如图1所示。烟气采样位置分别设置在WFGD系统进出口烟道预留采样孔处。采样时，用湿式流量计控制烟气流速并记录抽取烟气的体积，M&C PSS 6-3前处理箱除去烟气中的烟气颗粒物及水分，并用装满DM-11大孔吸附树脂的吸收管吸收烟气中的PAHs，真空泵出口用NaOH碱液吸收尾气。烟气颗粒物直接用崂应3012型自动烟气颗粒物采样仪进行采样。

图1 PAHs烟气采样流程

1.3 分析测试

表1 WFGD系统进出口烟气及烟气颗粒物中PAHs的质量浓度

采样结束后，分析采集样品中美国国家环境保护局(USEPA)优先控制的16种PAHs组分：萘(NAP)、苊烯(ANY)、苊(ANA)、芴(FLU)、菲(PHE)、蒽(ANT)、荧蒽(FLT)、芘(PYR)、苯并(a)蒽(BaA)、(CHR)、苯并(b)荧蒽(BbF)、苯并(k)荧蒽(BkF)、苯并(a)芘(BaP)、茚并(1，2，3-cd)芘(IPY)、二苯并(a，n)蒽(DBA)、苯并(g，h，i)苝(BPE)。

用60 mL体积比为1∶1的丙酮-环己烷混合溶剂超声萃取吸收管树脂中的PAHs，萃取液中加入奈-D8作为内标物测定分析方法回收率。萃取液通过填充无水硫酸钠及硅胶的固定色谱柱后，先用10 mL石油醚淋洗色谱柱除去烷烃等其他有机物，再用60 mL体积比为1∶1的二氯甲烷正己烷混合溶剂洗脱PAHs组分，接收洗脱液。洗脱液旋转蒸发至近干，加1 mL甲醇洗涤后用氮吹仪定容至300 μL作为测试样，吸取100 μL测试样，用Agilent6890型气相色谱仪检测PAHs[5]。外标法定量，16种PAHs混合标样购自J&K。

烟气颗粒物采样后，用100 mL体积比为1∶1的丙酮环己烷混合溶剂索氏萃取20 h，萃取液处理方法同烟气处理方法。吸取100 μL用Agilent6890型气相色谱仪进行分析。

2 试验结果与讨论

2.1 PAHs总量变化

试验测得烟气样品中奈-D8回收率为87.6%，烟气颗粒物样品中奈-D8回收率为76.4%，分析方法具有可行性。测得烟气及烟气颗粒物中16种PAHs质量浓度见表1。

试验结果显示：WFGD系统入口PAHs总质量浓度为1 126.7 ng/m3，烟气中PAHs质量浓度为385.4 ng/m3(占34.2%)，烟气颗粒物中PAHs质量浓度为741.3 ng/m3(占65.8%)，PAHs主要分布在烟气颗粒物中。WFGD系统出口PAHs总质量浓度为449.6 ng/m3，WFGD系统对PAHs的脱除效率为60.0%。

WFGD系统对烟气中PAHs的脱除率为45.7%，对烟气颗粒物中PAHs的脱除率为64.5%。因此，WFGD系统对烟气颗粒物中PAHs的脱除作用更明显。

2.2 不同环数PAHs质量浓度变化

试验测得烟气及烟气颗粒物中不同环数PAHs的质量浓度见表2。

WFGD系统入口烟气中低环(2～3)PAHs质量浓度为440.8 ng/m3，分布在烟气及烟气颗粒物中比例分别为46%和54%；中环(4)PAHs质量浓度为486.4 ng/m3，分布在烟气及烟气颗粒物中比例分别为25%和75%；高环(5～6)PAHs质量浓度为199.5 ng/m3，分布在烟气及烟气颗粒物中比例分别为31%和69%。试验表明，随环数增多PAHs在烟气颗粒物中占比逐渐增大。

表2 WFGD系统进出口烟气及烟气颗粒物中不同环数PAHs质量浓度变化

WFGD系统对烟气和烟气颗粒物中低环(2～3)、中环(4)、高环(5～6)PAHs总脱除效率分别为46.0%，68.5%和59.2%。其中，WFGD系统对烟气中低环(2～3)、中环(4)、高环(5～6)PAHs脱除率分别为48.6%，45.2%和37.5%，随PAHs环数的增加，WFGD系统对PAHs的脱除效率在降低，低环的PAHs脱除效率高于中高环的PAHs；WFGD系统对烟气颗粒物中低环、中环、高环PAHs脱除率分别为43.8%，76.3%和69.0%，其中高环PAHs脱除率明显高于低环PAHs的脱除率。

3 结论

(1)燃煤电厂产生的PAHs主要累积在烟气颗粒物中，烟气颗粒物所携带PAHs达741.3 ng/m3，占PAHs总质量浓度的66.8%。

(2)WFGD系统对PAHs的总脱除率为60.0%，其中对烟气和烟气颗粒物中PAHs的脱除率分别为45.7%和64.5%，WFGD系统对烟气颗粒物中PAHs的脱除作用更明显。

(3)低环PAHs在烟气及烟气颗粒物中占比分别为46%，54%，中环PAHs在烟气及烟气颗粒物中占比分别为25%，75%，高环PAHs在烟气及烟气颗粒物中占比分别为31%，69%。随环数增多，PAHs在烟气颗粒物中占比逐渐增大。

(4)WFGD系统对烟气中低环PAHs脱除效率更高，而对烟气颗粒物中中高环PAHs的脱除效率更高。