燃煤电厂大气汞排放在线监测技术运用

宫 丽

（安徽省淮北市环保监测站，安徽 淮北 235000）

燃煤电厂大气汞排放在线监测技术运用

宫 丽

（安徽省淮北市环保监测站，安徽 淮北 235000）

目前，我国大气汞污染情况较为严峻，根源以燃煤电厂排放为主，为了维护生态环境与人民群众的身体健康，必须做好燃煤电厂大气汞排放的控制和监测工作。本文以在线监测技术为核心，分析燃煤电厂大气汞排放在线监测技术，构建完善的大气汞排放在线监测系统，实现对大气汞排放的控制，进而为相关研究人员提供一定的借鉴。

燃煤电厂；大气汞；在线监测技术

汞作为一种化学物质，具有极强的生理毒性，可以通过呼吸、饮食以及皮肤接触等方式进入体内，威胁着人们的身体健康。在汞排放到大气层后，氧化汞会在大气中维持超过1年之久，造成超远距离传送[1]。目前，我国大气汞污染情况较为严峻，根源以燃煤电厂排放为主[2]，为了维护生态环境与大众身体健康，对燃煤电厂大气汞排放的控制和监测十分重要，依据监控数据结果制定汞污染控制方案，进而落实环保理念。在这样的环境背景下，探究燃煤电厂大气汞排放在线监测技术运用具有非常重要的现实意义。

1 氧化汞还原方式

1.1 手工湿法还原法

手工湿法还原法主要将氧化态汞还原为元素汞，其测量浓度范围在1.5～100 ug/Nm3内，应用于排放气体中对气态汞定量分析中，具有还原率高、定量精准的特点。首先，工作人员要运用适当的化学剂，对不同溶液中各个形态汞进行吸附，并要对生成物进行后续处理，工作量较大。其次，在实际处理中，必须由专业人员进行操作，以保证监测处理效果。最后，在实际处理中，若没有及时取样，或者是吸附完全燃烧的碳，很容易形成测量误差。

1.2 催化剂还原法

催化剂还原法要在200℃～400℃环境下，借助催化剂促进离子态汞转变为元素态汞，其转化温度低于高温转化温度，具有催化效率高、流程简单的特点，并在实际应用中有效阻止零价汞和活性物质的反应[3]。同时，为了避免催化剂的中毒现象，处理中要引入备用转化系统，这就提高了处理成本，催化剂具有一定寿命，进而提高还原成本。

1.3 高温裂解还原法

一般而言，在特定条件下的单质汞与汞化合物具备一定的动态平衡，在不同温度环境下，元素汞与氧化态汞的浓度比例存在差异性，其变化曲线如图1所示。而高温裂解还原法正是利用这一特点，利用对温度的控制提高汞的转化率，进而达到降低汞浓度的目的。但是在实际应用中，受温度环境影响，要配置高温加热设备和相关保温隔热材料，控制系统温度，进而实现氧化态汞的还原。

图1 元素汞与氧化态汞的浓度变化

2 汞元素在线监测技术

2.1 冷蒸汽原子吸收光谱法

冷蒸汽原子吸收光谱法主要以蒸汽中汞元素基态原子对波长形成的辐射波吸收属性为依据，测定样品中汞元素含量。为了提高检测准确性，工作人员要选择特征波长253.7 nm的汞灯充当光源，蒸汽中汞元素对波长的辐射存在一定的特性吸收，其操作原理如图2所示。工作人员可以调节光源强弱来控制汞浓度，进而实现对大气汞排放的定量分析。

图2 冷蒸汽原子吸收光谱法

2.2 冷蒸汽原子荧光光谱法

冷蒸汽原子荧光光谱法以汞灯和激光灯为照射光源，检测汞原子受光源照射辐射出的荧光信号，进而计算汞浓度。在实际应用中，这种监测方式具有极高的灵敏度和准确度，但是由于燃煤烟气中的其他混合气体的排放，会为汞形成一定的庇护屏障，弱化对汞元素的荧光强度，进而影响监测结果。对此，在实际测定中，要选择惰性气体充当汞元素载体，保证荧光作用和荧光强度，使用汞元素富集法，将加热释放后的汞进行浓度测定分析，进而提高监测效率和监测质量。

2.3 原子发射光谱法

原子发射光谱法主要是监测汞元素原子在热激发环境下的发射电磁辐射，获得汞元素定性与定量分析。这种监测方式可以应用在任何形态下的汞电离，直接监测其浓度和性质，不受其他混合气体的影响，实现多种元素的同时监测，保证监测效率和监测质量。就目前应用现状而言，原子反射光谱法发展和应用尚未成熟，需进一步的研究，以发挥出燃煤烟气中对汞的监测价值。

2.4 X射线荧光光谱法

X射线荧光光谱法以X射线为主，通过X射线形成一次X射线，激活被测样品，使得被测样品中各个元素同时释放二次射线，监测各个元素二次射线能量特性和波长特性，进而计算汞元素浓度。目前而言，由于检测仪器的局限性，给X射线荧光光谱法的应用形成阻碍，同时在实际应用中，要求滤膜综合性能与质量，只有特质滤膜才会符合测定要求，测定过程不会对样品造成任何影响，是燃煤大气汞测定方式的发展趋势。

3 燃煤电厂大气汞排放在线监测技术的运用

3.1 饱和蒸汽压法

在密封恒温环境中，固态物质和液体物质会挥发气态物质，直至达到三者平衡为止，而蒸汽本身的压力即为饱和蒸汽压力，物质的饱和蒸汽压力会受温度影响而变化，而获得汞饱和蒸汽后，构建气体状态方程，即可实现汞蒸气浓度的测定。结合汞元素在线监测技术，以克劳修斯·克拉贝龙方程为核心，计算积分浓度，在气态汞、液态汞以及固体汞三个平衡后，通过方程计算浓度积分，构建无变量体系，以温度与压力为定值，获得该状态下饱和蒸汽压具体数值。

3.2 方案设计

第一，吸收截面明确检测系统范围，通过各个渗透管开展浓度测定实验，借助光谱法，明确各个积分范围下光学厚度和浓度之间存在的线性关系，获得浓度积分上限和下限。第二，以吸收截面系统平台为主，进行二次监测实验，检验积分范围的可靠性和准确性，进而确定特定温度环境下系统监测吸收面积。第三，以元素汞在线监测系统为核心，改变系统汞蒸气温度环境，控制汞蒸气所形成浓度变化，并将汞元素接入吸收池，和在线监测浓度进行对照，进而明确监测系统汞浓度测定的稳定程度与误差值。

3.3 应用结果

第一，在进行实际监测中，依托于克劳修斯·克拉贝龙方程，严格控制检测环境因素、光源和设备仪器等因素，优化在线监测流程，防止仪器非线性光谱拉伸所形成的检测误差，进而保证监测效率和监测质量。

第二，在实际监测中，烟气汞在线监测系统的工作环境一般控制为常压常温状态下，并考虑实际燃煤烟气中烟道内部温度、湿度、烟尘以及气体成分对监测结果的影响，保证监测质量和监测效率。

第三，光源稳定程度与重复次数是提高监测结果精准性的关键因素，在进行燃煤电厂大气汞排放在线监测中，考虑时间因素，严格控制汞灯或者激光灯光源稳定性，结合实际燃煤烟气情况进行光源选择，保证监测效果。同时，受在线监测系统反应时间的影响，在保证监测质量的基础上，要适当简化监测流程，减少吸收池内气态汞的稳定时间，缩短等待时间，保证监测效率。

第四，为了提高监测质量，在实际监测的过程中，工作人员要重视吸池长度与尺寸的设置，提高设置的精确性，并开展相应的模拟实验，确定吸收池具体长度和尺寸等参数，考虑到监测系统单元汞加热和冷凝温度之间的关系，建立变量关系矩阵模型，以此调节监测结构，进而提高燃煤电厂大气汞排放在线监测综合质量水平。

4 结语

本文通过对燃煤电厂大气汞排放在线监测技术运用的研究，对燃煤烟气中的氧化态汞通过手工湿法、催化剂、高温裂解等方式进行还原，形成汞元素；利用汞元素在线监测技术，构建在线监测系统，完善燃煤电厂大气汞排放在线监测体系，进而达到监测效果。

1 王书肖，张 磊.燃煤电厂大气汞排放控制的必要性与防治技术分析[J].环境保护，2016，（9）：31-33.

2 马慧涛.燃煤电厂烟气总汞在线监测技术研究[D].北京：华北电力大学，2015.

3 王树民，宋 畅，陈寅彪，等.燃煤电厂大气污染物“近零排放”技术研究及工程应用[J].环境科学研究，2015，（4）：487-494.

Coal-fired Power Plants of Atmospheric Mercury Emission On-line Monitoring Technology

Gong Li
(Environmental Monitoring Station of Huaibei city, Huaibei 235000, China)

At present, the situation of atmospheric mercury pollution in China is more serious, with a burning coalfired power plant emission source, in order to protect the ecological environment and people's health, must do a good job monitoring and control of coal-fired power plant emissions of atmospheric mercury. Based on the study on the on-line monitoring technology as the core, analysis of online monitoring technology in coal-fired power plant atmospheric mercury emissions, construction of online monitoring system for atmospheric mercury emissions to improve, to achieve control of atmospheric mercury emissions, and for researchers to provide a reference and help.

coal-fired power plant; atmospheric mercury; on-line monitoring technology

X831

A

1008-9500(2017)07-0077-03

2017-05-13

宫丽（1972-），女，安徽淮北人，环境中级工程师，从事环境监测、环境工程等工作。