謝馨,尹衛(wèi)萍

(1.南京市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 南京 210013;2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 南京 210036)

汞是環(huán)境中一種生物毒性極強(qiáng)的重金屬污染物，可通過(guò)水、空氣、食物等途徑進(jìn)入人體，對(duì)其腦部、脊髓、腎臟和肝臟造成傷害。研究表明，80%的汞以蒸氣的形式排向大氣，主要源于化石燃料燃燒[1]。

現(xiàn)階段我國(guó)燃煤電廠煙氣汞控制存在科研基礎(chǔ)薄弱、控制技術(shù)無(wú)法產(chǎn)業(yè)化、工程化等種種問(wèn)題。對(duì)燃煤電廠汞排放的研究主要還在實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)或是采用國(guó)外的汞排放因子，國(guó)內(nèi)基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的燃煤電廠汞排放資料還非常少。而國(guó)外對(duì)燃煤鍋爐煙氣中汞的研究已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，美國(guó)國(guó)家能源部和國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合美國(guó)電力科學(xué)研究院對(duì)各州1 043個(gè)燃煤電廠進(jìn)行測(cè)量，獲得了大量關(guān)于燃煤電廠汞排放的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

現(xiàn)對(duì)南京市8家國(guó)控污染源13臺(tái)(套)燃煤鍋爐進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以明確電廠汞的排放量，為燃煤電廠汞控制技術(shù)提供可靠基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

1 研究方法

1.1 污染源遴選

從煤中汞的轉(zhuǎn)化機(jī)理可見(jiàn)，鍋爐煙氣中汞含量，除了與煤質(zhì)汞含量有關(guān)外，和鍋爐類型、燃燒工況以及凈化設(shè)施關(guān)系也十分密切。通過(guò)分析南京燃煤鍋爐不同污染源類型，以南京市市管國(guó)控企業(yè)燃煤鍋爐為監(jiān)測(cè)對(duì)象,主要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為煙氣中汞(氣態(tài)和固態(tài))、煤質(zhì)中汞、煙氣流量、煙溫、氧含量和相關(guān)的煙氣參數(shù)。典型污染源基本信息見(jiàn)表1。

1.2 測(cè)試方法

表1 典型污染源基本信息

儀器為應(yīng)用3012(H)型煙氣(塵)采樣器和應(yīng)用3072煙氣采樣器(青島嶗山應(yīng)用研究所)。通過(guò)動(dòng)壓平衡等速采樣，將固態(tài)汞從固定污染源中抽取到石英濾筒收集塵粒，過(guò)濾其中的固體顆粒，從而實(shí)現(xiàn)煙氣的氣固分離。采樣槍為不銹鋼采樣管，內(nèi)壁噴涂聚氟氯乙烯。導(dǎo)管為硅橡膠管，并對(duì)取樣槍至采樣瓶導(dǎo)管進(jìn)行加熱，以保持煙氣溫度在120℃左右。鍋爐后的煙氣將通過(guò)采樣瓶，以吸收氣態(tài)汞。

煤樣采集在輸煤皮帶上的采煤樣機(jī)完成，選取一塊較干凈的水泥地面，將煤倒出，依次從上到下形成圓錐體。將其壓平成厚度適當(dāng)?shù)谋馄襟w。在其上方劃十字，形成4個(gè)相等的扇行，保留其中的2個(gè)相對(duì)的扇形體。按上述方法進(jìn)行下一步的縮分，最后縮分至約2.5 kg。裝入袋中密封，貼上標(biāo)簽，送至實(shí)驗(yàn)室。

采用原子熒光光度計(jì)AFS-3100型(北京科創(chuàng)海光儀器有限公司)。所采集樣品用混合酸消解處理，在酸性介質(zhì)中，加熱消解使樣品溶液中的汞以二價(jià)汞的形式存在，再被硼氫化鉀還原成單質(zhì)汞，形成汞蒸氣，被引入原子熒光分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定[2]。根據(jù)文獻(xiàn)[3]，空白值<0.005 μg汞，每批次測(cè)定不少于10%的實(shí)驗(yàn)室平行樣和加標(biāo)樣。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙氣中汞的分布形態(tài)

對(duì)南京市8家國(guó)控污染源13臺(tái)(套)燃煤鍋爐進(jìn)行監(jiān)測(cè)，共獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)762個(gè)，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)達(dá)到11%，合格率100%。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總見(jiàn)表2。

燃煤電廠煙氣中汞主要以氣相部分汞形態(tài)存在，所占比重在72.4%～100%，見(jiàn)表3。

2.2 煙氣中汞的達(dá)標(biāo)狀況

根據(jù)文獻(xiàn)[4]，南京市8家電廠13臺(tái)(套)鍋爐排放廢氣中汞的排放值均達(dá)標(biāo)，實(shí)際值為0.16～15.9 μg/m3,均遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值。

表2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總

表3 煙氣中汞的分布特征

2.3 影響因素

2.3.1 煤質(zhì)中汞含量

目前南京電廠主要的煤種是煙煤，主要煤產(chǎn)地集中在安徽、山西和內(nèi)蒙古。而目前我國(guó)主要產(chǎn)煤的省份煤炭的汞含量相差很大，內(nèi)蒙古為0.06～1.07 mg/kg，山西為0.02～1.95 mg/kg，而安徽為0.14～0.33 mg/kg。南京市13臺(tái)(套)的鍋爐入爐煤的汞為0.20～0.42 mg/kg，平均值0.27 mg/kg，略高于全國(guó)煤炭中平均值0.22 mg/kg，煤質(zhì)中汞與煙氣中汞質(zhì)量濃度比較見(jiàn)圖1。

圖1 煤質(zhì)中汞與煙氣中汞質(zhì)量濃度比較

由圖1可見(jiàn)，煤質(zhì)中汞與煙氣中汞變化趨勢(shì)大致相似，通過(guò)計(jì)算，得到相關(guān)系數(shù)為0.91，說(shuō)明煤中的汞含量直接影響煙氣中汞的濃度，大部分汞已被煙氣凈化過(guò)程中協(xié)同脫除。

2.3.2 鍋爐負(fù)荷

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，鍋爐蒸發(fā)量<220 t/h鍋爐汞平均排放因子為1.37×10-8～4.17×10-8，均值為2.77×10-8；鍋爐蒸發(fā)量為220～1 000 t/h 鍋爐汞平均排放因子為0.06×10-8～0.46×10-8，均值為0.23×10-8；鍋爐蒸發(fā)量>1 000 t/h鍋爐的汞平均排放因子為0.10×10-8～0.24×10-8，均值為0.16×10-8；裝機(jī)容量、運(yùn)行負(fù)荷越大，汞平均排放因子呈變小趨勢(shì)。

2.3.3 凈化裝置

利用常規(guī)的煙氣污染控制設(shè)施進(jìn)行一體化汞脫除，根據(jù)汞的形態(tài)、煤質(zhì)分析、飛灰特性、污染控制設(shè)施的配置及其他因素，汞脫除效率可以達(dá)到95%以上，效果明顯。這點(diǎn)與美國(guó)國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)環(huán)保署實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合[5]，靜電除塵器、濕法脫硫和選擇性催化還原法的凈化配置對(duì)汞的脫除效率最高，達(dá)到95.4%。凈化裝置組合與脫汞效率比較見(jiàn)表4。

表4 凈化裝置組合與脫汞效率比較

3 結(jié)論

(1)燃煤電廠煙氣中汞主要以氣相部分汞形態(tài)存在，占比為72.4%～100%，平均為92.3%。根據(jù)文獻(xiàn)[5]，8家電廠13臺(tái)(套)燃煤鍋爐排放煙氣中汞的排放值均達(dá)標(biāo)，實(shí)際值為0.16～15.9 μg/m3,均遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值；(2)煤質(zhì)中汞含量的變化曲線與電廠煙氣中汞濃度變化曲線的趨勢(shì)是大致相似的，相關(guān)系數(shù)為0.91。燃煤電廠機(jī)組容量、發(fā)電負(fù)荷越大，汞平均排放因子呈變小趨勢(shì)；(3)靜電除塵器、濕法脫硫和選擇性催化還原法的凈化配置對(duì)汞的脫除效率最高，達(dá)到95.4%。

[1] 吳昊，邱建榮，王泉海，等.煤中汞在燃煤電站中的形態(tài)轉(zhuǎn)化[J].電力環(huán)境保護(hù),2003,19(1): 29-31.

[2] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局. HJ/T 397-2007固定源廢氣監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范 [S].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2008.

[3] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局. HJ/T 373-2007 固定源廢氣監(jiān)測(cè)質(zhì)量保證與質(zhì)量控制監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2008.

[4] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)部. GB 13223-2011 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2011.

[5] 劉昕，蔣勇.美國(guó)燃煤火力發(fā)電廠汞控制技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀[J]. 高科技與產(chǎn)業(yè)化,2009(3):92-95.