【正文】 燃煤 電廠煙氣 汞 監(jiān)測 技術(shù)培訓(xùn)手冊 清華大學(xué) 2020 年 8 月 目 錄 第 1 章 燃煤電廠大氣汞排放 ............................................................................................................3 我國燃煤電廠大氣汞排放現(xiàn)狀 ..............................................................................................3 燃煤煙氣汞的釋放、轉(zhuǎn)化和去除機(jī)理 ....................................................................................6 第 2 章 煙氣汞監(jiān)測技術(shù)的分類 ........................................................................................................9 濕化學(xué)法 ..............................................................................................................................9 固體吸附法 ........................................................................................................................ 11 在線測試方法 ..................................................................................................................... 12 煙氣汞測試方法對比 .......................................................................................................... 12 第 3 章 ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法 D6784（ OH法） ..................................................................................... 14 方法概述 ............................................................................................................................ 14 采樣點的選取 ..................................................................................................................... 15 采樣系統(tǒng)組成 ..................................................................................................................... 15 測試方法 ............................................................................................................................ 17 測試計算公式 ..................................................................................................................... 21 第 4 章 美國 EPA 標(biāo)準(zhǔn)方法 30B ..................................................................................................... 24 方法概述 ............................................................................................................................ 24 采樣系統(tǒng)組成 ..................................................................................................................... 24 測試方法 ............................................................................................................................ 26 測試計算公式 ..................................................................................................................... 28 第 5 章 美國 EPA 標(biāo)準(zhǔn)方法 30A ..................................................................................................... 31 方法概述 ............................................................................................................................ 31 汞在線監(jiān)測系統(tǒng)組成 .......................................................................................................... 32 Model 83i 探頭 /轉(zhuǎn)化爐 ........................................................................................................ 33 Model 82i 探頭控制器 ......................................................................................................... 38 Model 81i 汞校準(zhǔn)儀 ............................................................................................................ 39 Model 80i 汞分析儀 ............................................................................................................ 40 第 6 章 建議 ................................................................................................................................... 42 第 1 章 燃煤 電廠大氣汞排放 3 第 1章 燃煤 電廠大氣 汞 排放 我國燃煤電廠大氣汞排放現(xiàn)狀 汞在環(huán)境中是一種痕量重金屬污染物，它進(jìn)入生物體后很難被排出，并會在生物體的作用下轉(zhuǎn)化為甲基汞，產(chǎn)生極強(qiáng)的生物毒性，同時由于生物體內(nèi)汞的累積作用，汞會沿食物鏈逐漸向高端富集，最終影響人類的健康。排放到水體中的汞嚴(yán)重污染當(dāng)?shù)丨h(huán)境，而排放到大氣中的元素汞（ Hg0）可在區(qū)域和全球范圍內(nèi)隨著大氣環(huán)流長距離傳輸，并沉降到一些遠(yuǎn)離污染源的地區(qū)，導(dǎo)致生物體內(nèi)汞或甲基汞含量 增加，造成不可估量的健康和經(jīng)濟(jì)損失。汞已經(jīng)成為溫室氣體和持久性有機(jī)物后又一引人關(guān)注的全球性化學(xué)污染物，汞污染和控制問題成為目前全球環(huán)境問題的新熱點和前沿研究領(lǐng)域。 2020 年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（ UNEP）專門對全球汞污染狀況進(jìn)行了評估，指出“人為活動的汞排放已經(jīng)明顯改變了全球汞的自然循環(huán)，對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅”。目前， UNEP 已經(jīng)將汞作為一種全球性污染物，正式納入環(huán)境外交。在 2020 年 2 月召開的 UNEP 第 25 屆理事會會議上，與會各方就制定具有法律約束力的汞污染國際條約達(dá)成共識。 2020 年 6 月， 政府間談判委員會啟動了全球汞公約談判，擬于 2020 年初完成公約制定。 我國是目前全球汞使用量和排放量最大的國家。 UNEP 的研究報告顯示， 2020 年中國的大氣汞排放達(dá)到 890 噸，約占世界人為源汞排放的 40%。如此大量的汞排放給我國乃至全球造成的人體健康和生態(tài)影響是不可預(yù)知的，也給我國環(huán)境外交帶來了新的挑戰(zhàn)。燃煤是我國大氣汞排放的最重要來源，及時開展燃煤電廠大氣汞排放控制對緩解國際汞減排壓力和改善國內(nèi)大氣環(huán)境都至關(guān)重要。 2020 年，中國火電裝機(jī)容量增長到 GW，發(fā)電量為 28030 億 kWh，電力用煤 達(dá)到 億噸，比 2020 年增長 30%。燃煤電廠是我國煤炭消費量最大的部門，電力用煤占全國煤炭產(chǎn)量的 52%。 第 1 章 燃煤 電廠大氣汞排放 4 煤中汞含量是影響大氣汞排放的重要參數(shù)之一。不同研究給出的煤炭含汞量差異較大。清華大學(xué)綜合文獻(xiàn)研究結(jié)果，計算得到中國原煤中的平均汞含量為 mg/kg，略低于美國原煤中的平均汞含量（ mg/kg）。但是，我國原煤汞含量的變化區(qū)間很大，尤其是內(nèi)蒙古、貴州、陜西、山西等省?？傮w而言，江西、江蘇、重慶、河南等省原煤的汞含量較高，新疆、甘肅、福建、黑龍江等省的原煤汞含量較低（如 表 1 所示）。 表 1 我國 各省原煤 平均汞含量， mg/kg 省份 汞含量 省份 汞含量 省份 汞含量 安徽 黑龍江 青海 北京 河南 陜西 重慶 湖北 山東 福建 湖南 上海 甘肅 內(nèi)蒙古 山西 廣東 江蘇 四川 廣西 江西 天津 貴州 吉林 新疆 海南 遼寧 西藏 河北 寧夏 全國平均 對于電廠常用的煤粉爐，煤炭高溫燃燒時，煤中 99%以上的汞以氣態(tài)元素汞（ Hg0）的形式釋放到煙氣中。隨著煙氣溫度的降低，部分 Hg0 會被氧化為氣態(tài)二價汞（ Hg2+），這個氧化過程最主要的是氯化氧化，也有少部分為催化氧化；部分氣態(tài)二價汞，由于其粘附性較強(qiáng)，會被顆粒物吸附，從而轉(zhuǎn)化成顆粒態(tài)汞（ Hgp）。據(jù)初步估算， 2020 年我國燃煤電廠產(chǎn)生 的大氣汞超過 220 噸。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國電力煤炭消耗仍將持續(xù)增加。預(yù)計 2020 年我國燃煤電廠發(fā)電量達(dá)到 ~ 萬億 kWh，發(fā)電用煤消耗量達(dá)到 ~億噸煤。如果不采取任何控制措施， 2020 年我國燃煤電廠產(chǎn)生的大氣汞將高達(dá) 310~450 噸，面臨巨大的汞減排壓力。 第 1 章 燃煤 電廠大氣汞排放 5 實際上，在通過后續(xù)的除塵、脫硫、脫硝設(shè)施時，煙氣中不同形態(tài)的汞均被不同程度地脫除。目前我國新建燃煤電廠大多采用四電場以上的電除塵器，平均除塵效率可達(dá)到 99%以上。截至 2020 年底，全國單機(jī)容量 200MW 及以上火力發(fā)電機(jī)組中， 96%以上的機(jī)組采用電除塵器， 3%的機(jī)組安裝袋式除塵器， 1%的機(jī)組安裝電袋復(fù)合式除塵器。截至 2020 年底，全國脫硫機(jī)組裝機(jī)容量占全部火電機(jī)組容量的比例由 2020 年的 14%提高到 80%。我國燃煤電廠煙氣脫硫工藝以石灰石 石膏濕法脫硫為主，占已投運 100MW 及以上煙氣脫硫機(jī)組容量的 91%，海水脫硫工藝占 3%。清華大學(xué)、浙江大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)對我國部分電廠電除塵系統(tǒng)的除汞效果開展了研究，結(jié)果表明靜電除塵器的平均汞去除效率為 29%。我國布袋除塵器脫汞效果的測試數(shù)據(jù)不多，基本上在 40%~76%之間。電除塵和濕法脫硫的總脫汞效 率約為 62%。 基于煤炭含汞量、電煤消耗量和大氣污染控制設(shè)施的脫汞效率，計算得到 2020 年中國燃煤電廠大氣汞排放為 123 噸。 2020 年以來，我國實施的關(guān)停小火電機(jī)組、電廠安裝煙氣脫硫裝置等一系列脫硫措施，顯著減少了燃煤電廠的大氣汞。 2020~2020 年，上述措施對大氣汞的總協(xié)同脫除效果為 噸。其中，新建機(jī)組均上脫硫設(shè)施減少大氣汞排放 噸，老機(jī)組上脫硫設(shè)施減少