【導(dǎo)讀】燃煤電廠煙氣汞監(jiān)測(cè)技術(shù)培訓(xùn)手冊(cè)

　　

【正文】 圍內(nèi)；然而對(duì)于熱解分析，不能重新分析不在校準(zhǔn)范圍內(nèi)的樣品。建議在多個(gè)范圍內(nèi)校準(zhǔn)分析系統(tǒng)，以便保證熱解分析的樣品在校準(zhǔn)范圍內(nèi)。 在 不超過 10 個(gè)樣品或分組分析結(jié)束時(shí)，必須分析后續(xù)校準(zhǔn)檢查標(biāo)準(zhǔn)樣品。后續(xù)校準(zhǔn)檢查標(biāo)準(zhǔn)樣品的實(shí)測(cè)值必須在真實(shí)值的 177。10%范圍內(nèi)?？瞻追治隹蛇x擇進(jìn)行?？瞻追治鲇兄隍?yàn)證是否有汞污染或者汞污染水平是否可接受。當(dāng)定量穿透低濃度的汞或穿透的汞濃度對(duì)計(jì)算吸附管第二段穿透率存在較大干擾時(shí)，應(yīng)考慮空白值。 測(cè)試計(jì)算公式 (1) 符號(hào) B = 穿透率（ %）； Bws = 實(shí)測(cè)的樣氣含濕量（ %）； Ca = 吸附管 a 采樣期間實(shí)測(cè)的汞濃度（ μg/m3）； Cb = 吸附管 b 采樣期間實(shí)測(cè)的汞濃度（ μg/m3）； Cd = 干基汞濃度（ μg/m3）； Crec = 實(shí)測(cè)加標(biāo)濃度（ μg/m3）； Cw = 濕基汞濃度（ μg/m3）； m1 = 吸附管第一段中實(shí)測(cè)的汞質(zhì)量（ μg）； m2 = 吸附管第二段中實(shí)測(cè)的汞質(zhì)量（ μg）； mrecovered = 分析偏差或現(xiàn)場(chǎng)回收測(cè)試中回收的加標(biāo)的汞質(zhì)量（ μg）； ms = 現(xiàn)場(chǎng)回收測(cè)試中加標(biāo)吸附管中實(shí)測(cè)的汞質(zhì)量（ μg）； 第 4 章 美國(guó) EPA標(biāo)準(zhǔn)方法 30B 29 mspiked = 分析偏差或現(xiàn)場(chǎng)回收測(cè)試中加標(biāo)的汞質(zhì)量（ μg）； mu = 現(xiàn)場(chǎng)回收測(cè)試中未加標(biāo)吸附管中汞的總質(zhì)量（ μg）； R = 加標(biāo)回收率（ %）； RD = 來自吸附管 a 和 b 的 汞濃度間的相對(duì)偏差（ %）； Vs = 現(xiàn)場(chǎng)回收測(cè)試中加標(biāo)吸附管采樣的氣體體積（ Nm3）； Vt = 在采集期間計(jì)量的干氣總體積（ Nm3）； Vu = 現(xiàn)場(chǎng)回收測(cè)試中未加標(biāo)吸附管采氣體積（ Nm3）。 (2) 加標(biāo)回收率的計(jì)算 （分析偏差測(cè)試） 利用以下公式計(jì)算 Hg0 和 HgCl2 的加標(biāo)回收率： 100recoveredspikedmR m?? (3) 穿透率的計(jì)算 利用以下公式計(jì)算吸附管第二段穿透率： 21 100mB m?? (4) 汞濃度的計(jì)算 利用以下公式計(jì)算吸附管 a 實(shí)測(cè)的汞濃度： 12()atmmC V?? 對(duì)于吸附管 b，在公式中以 Cb代替 Ca。報(bào)告 Ca和 Cb的平均濃度。 (5) 濕度修正 利用以下公式對(duì)測(cè)量值進(jìn)行濕度修正： (1 )w d wsC C B? ? ? 第 4 章 美國(guó) EPA標(biāo)準(zhǔn)方法 30B 30 (6) 成對(duì)吸附管一致性的計(jì)算 利用以下公式，計(jì)算用吸附管對(duì)實(shí)測(cè)的汞濃度見的相對(duì)偏差： 100ababCCRD CC???? (7) 加標(biāo)回收率的計(jì)算（現(xiàn)場(chǎng)回收測(cè)試） 利用以下公式計(jì)算實(shí)測(cè)加標(biāo)濃度： surec mmC vv?? 利用以下公式計(jì)算加標(biāo)回收率： 100rec sspikedCvR m ??? 第 5 章 美國(guó) EPA標(biāo)準(zhǔn)方法 30A 31 第 5章 美國(guó) EPA 標(biāo)準(zhǔn)方法 30A 方法概述 EPA 方法 30A 是指汞的連續(xù)在線監(jiān)測(cè)方法，即汞的 CEMS。 汞的 CEMS 由煙氣取樣系統(tǒng)、煙氣加熱與傳輸系統(tǒng)、汞形態(tài)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和汞檢測(cè)與標(biāo)定系統(tǒng) 4 部分組成。煙氣分成兩路，分別測(cè)得元素汞和總汞含量，煙氣中二價(jià)汞的含量為總汞與元素汞的差值 。 EPA 方法 30A 的基本原理如 圖 10 所示。該法能夠 直接測(cè)定目標(biāo)污染物 ， 提供及時(shí)的在線結(jié)果，跟蹤汞在煙道內(nèi)的變化 ， 可用于系統(tǒng)優(yōu)化處理，以達(dá)到即時(shí) 反饋汞的控制信息，以便控制汞的排放。 圖 10 EPA 方法 30A 的基本原理 汞的 CEMS 中目前市場(chǎng)占有率較高的是 Thermo Fisher 公司的產(chǎn)品 Mercury FreedomTM系統(tǒng) ，該系統(tǒng)在 北美燃煤電廠 擁有 78%的市場(chǎng)占有率 ， 燃煤電廠大氣汞污染控制試點(diǎn)工作的試點(diǎn)電廠中大部分都安裝了該系統(tǒng)。 下面以 Mercury FreedomTM系統(tǒng) （如 圖 11） 為例，詳細(xì)介紹 EPA 方法 30A。 第 5 章 美國(guó) EPA標(biāo)準(zhǔn)方法 30A 32 圖 11 Mercury FreedomTM 系統(tǒng) 的實(shí)物圖 汞在線監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)組成 Mercury FreedomTM系統(tǒng) 與其它汞在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，擁有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1) 簡(jiǎn)單化的設(shè)計(jì) ，采用 干基轉(zhuǎn)化和去除 ，避免了濕化學(xué)的繁瑣步驟； 2) 直接測(cè)量 ，無需汞富集， 能夠做到 真正的實(shí)時(shí)測(cè)量 ， 無需水或載氣 ，便于 維護(hù) ； 3) 采用 稀釋采樣法 ， 濕基測(cè)量汞濃度 ，無需濕度測(cè)量 ； 4) 慣性過濾器樣氣處理 ， 玻璃涂層部件防止汞的反應(yīng) ； 5) 在煙道上 原位轉(zhuǎn)化 ，將易吸附的 Hg2+轉(zhuǎn)化成不易吸附的 Hg0 進(jìn)行輸送， 減少汞的再氧化 ， 有效保證了汞的捕集率。 第 5 章 美國(guó) EPA標(biāo)準(zhǔn)方法 30A 33 系統(tǒng)包含五個(gè)主要單元： 樣氣抽取 單元 （ 采樣 探頭） 、 樣氣處理 單元、樣氣傳輸單元（臍狀加熱采樣管線） 、汞分析儀和 汞分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng) 。采樣 探頭 首先利用 慣性分離過濾器 將煙氣中的顆粒物去除 ， 再對(duì)樣品氣 進(jìn)行稀釋 ，然后樣品氣進(jìn)入到 樣氣處理 單元，分成兩路，一路樣氣中的 Hg2+利用 熱轉(zhuǎn)化爐 轉(zhuǎn)化 為 Hg0，從而測(cè)量 煙氣 HgT 濃度， 一路樣品中的 Hg2+被 去除 ，從而測(cè)量煙氣 Hg0 濃度。 樣氣傳輸 進(jìn)入 汞分析儀 ，分析儀采用連續(xù) CVAFS技術(shù)。 汞分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng)通過蒸氣壓力 和 質(zhì)量流量計(jì)調(diào)整 Hg0 的濃度，再通過稀釋制成校準(zhǔn)氣 ，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。系統(tǒng)的原理圖如 圖 12 所示。 圖 12 Mercury FreedomTM 系統(tǒng) 的原理圖 Model 83i探頭 /轉(zhuǎn)化爐 Model 83i 探頭 組成 83i稀釋探頭設(shè)計(jì)用于監(jiān)測(cè)燃煤電廠的氣態(tài)汞排放，是 Mercury FreedomTM系統(tǒng)的組成部分 之一 。探頭采用不銹鋼殼體，達(dá)到 NEMA 4X 防護(hù)等級(jí)。為防止樣氣凝結(jié)，所有關(guān)鍵部件（過濾器，稀釋模塊、氣動(dòng)抽氣器）都安裝在鋁加熱塊中，可保持加熱溫度在 290176。C 。 第 5 章 美國(guó) EPA標(biāo)準(zhǔn)方法 30A 34 純凈、干燥的壓縮空氣（約 85 psig）分別通過 82i內(nèi)部的兩個(gè)電子氣動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥，調(diào)整并保持給 83i 探頭氣動(dòng)抽氣器和反吹氣路的壓力輸出。不含汞的零氣或氮?dú)馔ㄟ^ 82i 內(nèi)部的第三個(gè)電子氣動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥，調(diào)整并保持給 83i探頭稀釋模塊的稀釋氣壓力。同時(shí)， 82i內(nèi)部的一個(gè)電子真空傳感器監(jiān)測(cè) 83i內(nèi)部稀釋模塊的真空度。 83i 抽取探頭包括慣性過濾器、內(nèi)置的稀釋模塊、高溫轉(zhuǎn)化爐、儲(chǔ)氣器、氯化汞發(fā)生器等部件。高溫轉(zhuǎn)化爐減少了分析儀 80i 離子態(tài)汞向元素汞轉(zhuǎn)化的部件。探頭機(jī)箱內(nèi)也包括了一個(gè)儲(chǔ)氣罐，用于過濾器的反吹。 82i向稀釋探頭 83i 提供 220VAC 和 110VAC 電源，220VAC 電源用于探頭取樣管和過濾器 /氣動(dòng)抽氣器的加熱， 110VAC 電源用于汞轉(zhuǎn)化爐和探頭內(nèi)部電磁閥。 82i 也接受來自探頭臨界小孔壓力傳感器和旁路文丘里壓力傳感器的4~20 mA 信號(hào)。 83i的原理圖如 圖 13 所示。 圖 13 Model 83i 探頭 /轉(zhuǎn)化爐的原理圖 第 5 章 美國(guó) EPA標(biāo)準(zhǔn)方法 30A 35 83i 探頭取樣模式 (1) 抽氣器 清潔干燥的儀表氣在控制器內(nèi)調(diào)整為 520 psig，作用于探 頭“快速旁路回路”抽氣器。另外，這個(gè)閥門也被探頭溫度故障點(diǎn)控制。儀表氣通過伴熱臍狀管路送到抽氣器，以防止在抽氣器變涼，那樣會(huì)使煙氣與細(xì)微的顆粒物發(fā)生凝結(jié)，影響抽氣器的功能。預(yù)熱的儀表氣，以 ~ cfm流量通過抽氣器，但可以產(chǎn)生高效真空，將樣氣以高速抽取出來，以高速通過慣性過濾器 。 (2) 文丘里管 文丘里管組件產(chǎn)生了一個(gè)差壓，正比于通過“快速旁路回路”的氣體流速 (3) 慣性過濾器 高速氣流（ 70~100 fps）軸向通過多孔的過濾器管，從這一流體的主流動(dòng)方向，樣氣氣流放射狀地以低流速（ fps）通過過 濾器管帶有微孔的管壁。顆粒物的慣性沖擊效果可以防止高速軸向氣流帶走沉積在過濾器管壁微孔上的顆粒物。放射狀的低速氣流可以抑制管壁微孔上的顆粒物脫離。超細(xì)顆粒在多孔介質(zhì)表面可以形成一個(gè)滲透性的表面或大約 ~ inch深度的“動(dòng)態(tài)膜”效應(yīng)。這層膜形成有效的過濾介質(zhì)，可以阻止比過濾器微孔尺寸小得多的污物通過， Prandtl邊界層的零流速可以防止流體沖刷和摩擦的損壞。 (4) 臨界小孔 稀釋模塊必須產(chǎn)生至少 14 inch汞柱的負(fù)壓，以使小孔在“臨界”條件下工作。為了克服煙道壓力變化和可能的泄露，我們建議最小 18 inch汞柱。上表式在不同稀釋氣壓力下采樣流量。通過臨界小孔的流量是恒定的。通過“過濾器反吹”可以經(jīng)常清潔臨界小孔 。 (5) 臨界小孔壓力變送器 小孔壓力可以作為泄露（接近大氣壓），慣性過濾器堵塞（絕壓接近零），或可能的小孔堵塞（非常困難，因?yàn)榕R界小孔的影響與煙道壓力的影響相比非常小） (6) 校準(zhǔn) /反吹過濾器 第 5 章 美國(guó) EPA標(biāo)準(zhǔn)方法 30A 36 這個(gè) 15 μm過濾器防止來自反吹氣或校準(zhǔn)氣的水汽凝結(jié)對(duì)臨界小孔造成損壞。 (7) 稀釋模塊 稀釋系統(tǒng)采用獨(dú)特的現(xiàn)場(chǎng)樣品預(yù)處理的氣體采集方式。在采樣探頭內(nèi)部，通過一個(gè)音速小孔進(jìn)行采樣 ， 并用干燥的儀表空氣在探頭內(nèi)部進(jìn)行稀釋 。樣品氣進(jìn)入分析儀之前不需要除濕處理，因?yàn)闃悠窔饨?jīng)過稀釋后，有效地降低了樣品的露點(diǎn)溫度，從而避免了樣品氣在環(huán)境溫度下產(chǎn)生的結(jié)露現(xiàn)象；另一方面，樣品氣雖然經(jīng)過稀釋，但仍為帶濕氣體，測(cè)量過程是典型的濕法測(cè)量。由于稀釋探頭采樣不需要除濕設(shè)備，因而無需增加購(gòu)置除濕設(shè)備的成本及其維護(hù)費(fèi)用，除濕設(shè)備的損壞會(huì)導(dǎo)致濕度增加使樣氣結(jié)露并腐蝕而導(dǎo)致分析儀器故障。稀釋法可以徹底避免樣品氣在采樣管線中冷凝結(jié)水，這樣就無需加熱氣體傳輸管線并可避免許多與其他采樣技術(shù)伴隨而來的麻煩。這種測(cè)定方法是美國(guó) EPA 優(yōu)選的帶濕計(jì)算方法，徹底消除了 直接采樣法經(jīng)常發(fā)生的由于水份沒有從樣品中徹底消除而帶來的腐蝕影響。稀釋法提供帶濕樣品氣測(cè)量數(shù)值，通過和帶濕煙氣流量值的計(jì)算，因而不再需要為數(shù)據(jù)修正提供額外的濕度計(jì)。 稀釋氣在探頭控制器內(nèi)由分析儀控制調(diào)節(jié) ， 稀釋氣流量 Q1 L/min。 在第 1 級(jí)、第 2 級(jí)噴嘴之間氣體流速產(chǎn)生真空 ， 這一真空將煙氣通過臨界小孔抽取進(jìn)來。臨界小孔決定煙氣抽取量 Q2 L/min， 當(dāng)真空達(dá)到 bar（約 35 cm Hg） ， 煙氣壓力變化 10 mbar（約 cm Hg），流量變化 1%。稀釋比例為 (Q1+Q2)/Q2。 (8) 玻璃小孔 總稀釋樣氣輸出通過兩個(gè)玻璃小孔，限制通過轉(zhuǎn)化爐和化學(xué)去除器的兩個(gè)流量都在250 ml/min。較低的流量有助于足夠的化學(xué)反應(yīng)時(shí)間。 (9) 干基熱式轉(zhuǎn)化爐 使用化學(xué)物質(zhì)并在高溫（ 760176。C ）將離子汞從其鹽類化合物和氧化物中分離出來，并形成元素汞。包含了原來的元素汞和離子汞轉(zhuǎn)化成元素汞的總和與分析儀的總汞通道相連。其 優(yōu)點(diǎn) 是 在低溫下元素汞更穩(wěn)定（更少的“粘性”并且更不容易與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)）。在探頭內(nèi)將離子汞轉(zhuǎn)化為元素汞可以減少在采樣管線中的損失。 第 5 章 美國(guó) EPA標(biāo)準(zhǔn)方法 30A 37 (10) 干基去除器 使用化學(xué)物質(zhì)吸收汞的鹽類和氧化物，只允許元素汞通過。 (11) 過濾 器反吹 在臨界小孔和慣性過濾器之間 ， 過濾器反吹時(shí)氣體反向通過過濾器，使過濾器內(nèi)部的顆粒物被抽氣器帶走。這一反吹可用于清潔臨界小孔內(nèi)可能的殘?jiān)?。人為地臨時(shí)堵住稀釋模塊的“稀釋樣氣”出口可以“反清洗”臨界小孔，但應(yīng)注意在控制器內(nèi)的“真空”壓力變送器 。 (12) 取樣管反吹 用于將取樣管內(nèi)累積的顆粒物吹出探頭。自動(dòng)反吹程序?qū)⒂|發(fā)“快速旁路回路”排放隔離閥，以使得全部的反吹氣都可以通過取樣管。手動(dòng)取樣管反吹將不觸發(fā)這個(gè)閥。 (13) 儲(chǔ)氣罐 被用于增加反吹時(shí)的供氣量，當(dāng)管線不能連續(xù)供氣 。 (14) 過濾器校準(zhǔn) 用于通過慣性過濾器的主要校準(zhǔn) 。 “汞 噴入”閥被觸發(fā)，向文丘里高壓側(cè)提供標(biāo)氣 。抽氣器的儀表氣被關(guān)閉，以防止不需要的校準(zhǔn)氣稀釋 。 “快速旁路回路”排放隔離閥被觸發(fā)，以使回路中完全充滿標(biāo)氣，使富余標(biāo)氣通過慣性過濾器排入煙道。系統(tǒng)在與正常“采樣模式”相同的狀況下將標(biāo)氣抽取進(jìn)來。 (15) 小孔校準(zhǔn) 用于區(qū)分慣性過濾器問題和標(biāo)氣輸送問題?！靶】仔?zhǔn)”閥被觸發(fā)，標(biāo)氣被輸送到臨界小孔和慣性過濾器之間。過濾器條件變化使得標(biāo)氣恒定壓力、流量的供氣成為不可能。標(biāo)氣流量理想狀況下應(yīng)該是臨界小孔流量的 3~4 倍。一個(gè)干凈的過濾器可以通過 2~3 L/min流量，當(dāng)過濾器中有灰塵時(shí)可 能只能通過 ~1 L/min。臨界小孔前端的任何壓力變化都可能改變通過小孔的氣體濃度。小孔前壓力過高可能使小孔不能在臨界條件下進(jìn)行氣動(dòng)力學(xué)的抽氣，而使氣體被壓力壓入小孔。 第 5 章 美國(guó) EPA標(biāo)準(zhǔn)方法 30A