【導讀】燃煤電廠煙氣汞監(jiān)測技術培訓手冊

　　

【正文】 圍內；然而對于熱解分析，不能重新分析不在校準范圍內的樣品。建議在多個范圍內校準分析系統(tǒng)，以便保證熱解分析的樣品在校準范圍內。 在 不超過 10 個樣品或分組分析結束時，必須分析后續(xù)校準檢查標準樣品。后續(xù)校準檢查標準樣品的實測值必須在真實值的 177。10%范圍內?？瞻追治隹蛇x擇進行?？瞻追治鲇兄隍炞C是否有汞污染或者汞污染水平是否可接受。當定量穿透低濃度的汞或穿透的汞濃度對計算吸附管第二段穿透率存在較大干擾時，應考慮空白值。 測試計算公式 (1) 符號 B = 穿透率（ %）； Bws = 實測的樣氣含濕量（ %）； Ca = 吸附管 a 采樣期間實測的汞濃度（ μg/m3）； Cb = 吸附管 b 采樣期間實測的汞濃度（ μg/m3）； Cd = 干基汞濃度（ μg/m3）； Crec = 實測加標濃度（ μg/m3）； Cw = 濕基汞濃度（ μg/m3）； m1 = 吸附管第一段中實測的汞質量（ μg）； m2 = 吸附管第二段中實測的汞質量（ μg）； mrecovered = 分析偏差或現(xiàn)場回收測試中回收的加標的汞質量（ μg）； ms = 現(xiàn)場回收測試中加標吸附管中實測的汞質量（ μg）； 第 4 章 美國 EPA標準方法 30B 29 mspiked = 分析偏差或現(xiàn)場回收測試中加標的汞質量（ μg）； mu = 現(xiàn)場回收測試中未加標吸附管中汞的總質量（ μg）； R = 加標回收率（ %）； RD = 來自吸附管 a 和 b 的 汞濃度間的相對偏差（ %）； Vs = 現(xiàn)場回收測試中加標吸附管采樣的氣體體積（ Nm3）； Vt = 在采集期間計量的干氣總體積（ Nm3）； Vu = 現(xiàn)場回收測試中未加標吸附管采氣體積（ Nm3）。 (2) 加標回收率的計算 （分析偏差測試） 利用以下公式計算 Hg0 和 HgCl2 的加標回收率： 100recoveredspikedmR m?? (3) 穿透率的計算 利用以下公式計算吸附管第二段穿透率： 21 100mB m?? (4) 汞濃度的計算 利用以下公式計算吸附管 a 實測的汞濃度： 12()atmmC V?? 對于吸附管 b，在公式中以 Cb代替 Ca。報告 Ca和 Cb的平均濃度。 (5) 濕度修正 利用以下公式對測量值進行濕度修正： (1 )w d wsC C B? ? ? 第 4 章 美國 EPA標準方法 30B 30 (6) 成對吸附管一致性的計算 利用以下公式，計算用吸附管對實測的汞濃度見的相對偏差： 100ababCCRD CC???? (7) 加標回收率的計算（現(xiàn)場回收測試） 利用以下公式計算實測加標濃度： surec mmC vv?? 利用以下公式計算加標回收率： 100rec sspikedCvR m ??? 第 5 章 美國 EPA標準方法 30A 31 第 5章 美國 EPA 標準方法 30A 方法概述 EPA 方法 30A 是指汞的連續(xù)在線監(jiān)測方法，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)轉化系統(tǒng)和汞檢測與標定系統(tǒng) 4 部分組成。煙氣分成兩路，分別測得元素汞和總汞含量，煙氣中二價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 直接測定目標污染物 ， 提供及時的在線結果，跟蹤汞在煙道內的變化 ， 可用于系統(tǒng)優(yōu)化處理，以達到即時 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 中目前市場占有率較高的是 Thermo Fisher 公司的產品 Mercury FreedomTM系統(tǒng) ，該系統(tǒng)在 北美燃煤電廠 擁有 78%的市場占有率 ， 燃煤電廠大氣汞污染控制試點工作的試點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，詳細介紹 EPA 方法 30A。 第 5 章 美國 EPA標準方法 30A 32 圖 11 Mercury FreedomTM 系統(tǒng) 的實物圖 汞在線監(jiān)測 系統(tǒng)組成 Mercury FreedomTM系統(tǒng) 與其它汞在線監(jiān)測系統(tǒng)相比，擁有以下幾個優(yōu)點： 1) 簡單化的設計 ，采用 干基轉化和去除 ，避免了濕化學的繁瑣步驟； 2) 直接測量 ，無需汞富集， 能夠做到 真正的實時測量 ， 無需水或載氣 ，便于 維護 ； 3) 采用 稀釋采樣法 ， 濕基測量汞濃度 ，無需濕度測量 ； 4) 慣性過濾器樣氣處理 ， 玻璃涂層部件防止汞的反應 ； 5) 在煙道上 原位轉化 ，將易吸附的 Hg2+轉化成不易吸附的 Hg0 進行輸送， 減少汞的再氧化 ， 有效保證了汞的捕集率。 第 5 章 美國 EPA標準方法 30A 33 系統(tǒng)包含五個主要單元： 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 ， 再對樣品氣 進行稀釋 ，然后樣品氣進入到 樣氣處理 單元，分成兩路，一路樣氣中的 Hg2+利用 熱轉化爐 轉化 為 Hg0，從而測量 煙氣 HgT 濃度， 一路樣品中的 Hg2+被 去除 ，從而測量煙氣 Hg0 濃度。 樣氣傳輸 進入 汞分析儀 ，分析儀采用連續(xù) CVAFS技術。 汞分析儀校準系統(tǒng)通過蒸氣壓力 和 質量流量計調整 Hg0 的濃度，再通過稀釋制成校準氣 ，對系統(tǒng)進行校準。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 /轉化爐 Model 83i 探頭 組成 83i稀釋探頭設計用于監(jiān)測燃煤電廠的氣態(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，達到 NEMA 4X 防護等級。為防止樣氣凝結，所有關鍵部件（過濾器，稀釋模塊、氣動抽氣器）都安裝在鋁加熱塊中，可保持加熱溫度在 290176。C 。 第 5 章 美國 EPA標準方法 30A 34 純凈、干燥的壓縮空氣（約 85 psig）分別通過 82i內部的兩個電子氣動壓力調節(jié)閥，調整并保持給 83i 探頭氣動抽氣器和反吹氣路的壓力輸出。不含汞的零氣或氮氣通過 82i 內部的第三個電子氣動壓力調節(jié)閥，調整并保持給 83i探頭稀釋模塊的稀釋氣壓力。同時， 82i內部的一個電子真空傳感器監(jiān)測 83i內部稀釋模塊的真空度。 83i 抽取探頭包括慣性過濾器、內置的稀釋模塊、高溫轉化爐、儲氣器、氯化汞發(fā)生器等部件。高溫轉化爐減少了分析儀 80i 離子態(tài)汞向元素汞轉化的部件。探頭機箱內也包括了一個儲氣罐，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 /氣動抽氣器的加熱， 110VAC 電源用于汞轉化爐和探頭內部電磁閥。 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。 83i的原理圖如 圖 13 所示。 圖 13 Model 83i 探頭 /轉化爐的原理圖 第 5 章 美國 EPA標準方法 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調整為 520 psig，作用于探 頭“快速旁路回路”抽氣器。另外，這個閥門也被探頭溫度故障點控制。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，那樣會使煙氣與細微的顆粒物發(fā)生凝結，影響抽氣器的功能。預熱的儀表氣，以 ~ cfm流量通過抽氣器，但可以產生高效真空，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 文丘里管組件產生了一個差壓，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。超細顆粒在多孔介質表面可以形成一個滲透性的表面或大約 ~ inch深度的“動態(tài)膜”效應。這層膜形成有效的過濾介質，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 稀釋模塊必須產生至少 14 inch汞柱的負壓，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，因為臨界小孔的影響與煙道壓力的影響相比非常?。? (6) 校準 /反吹過濾器 第 5 章 美國 EPA標準方法 30A 36 這個 15 μm過濾器防止來自反吹氣或校準氣的水汽凝結對臨界小孔造成損壞。 (7) 稀釋模塊 稀釋系統(tǒng)采用獨特的現(xiàn)場樣品預處理的氣體采集方式。在采樣探頭內部，通過一個音速小孔進行采樣 ， 并用干燥的儀表空氣在探頭內部進行稀釋 。樣品氣進入分析儀之前不需要除濕處理，因為樣品氣經過稀釋后，有效地降低了樣品的露點溫度，從而避免了樣品氣在環(huán)境溫度下產生的結露現(xiàn)象；另一方面，樣品氣雖然經過稀釋，但仍為帶濕氣體，測量過程是典型的濕法測量。由于稀釋探頭采樣不需要除濕設備，因而無需增加購置除濕設備的成本及其維護費用，除濕設備的損壞會導致濕度增加使樣氣結露并腐蝕而導致分析儀器故障。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伴隨而來的麻煩。這種測定方法是美國 EPA 優(yōu)選的帶濕計算方法，徹底消除了 直接采樣法經常發(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量數(shù)值，通過和帶濕煙氣流量值的計算，因而不再需要為數(shù)據(jù)修正提供額外的濕度計。 稀釋氣在探頭控制器內由分析儀控制調節(jié) ， 稀釋氣流量 Q1 L/min。 在第 1 級、第 2 級噴嘴之間氣體流速產生真空 ， 這一真空將煙氣通過臨界小孔抽取進來。臨界小孔決定煙氣抽取量 Q2 L/min， 當真空達到 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玻璃小孔，限制通過轉化爐和化學去除器的兩個流量都在250 ml/min。較低的流量有助于足夠的化學反應時間。 (9) 干基熱式轉化爐 使用化學物質并在高溫（ 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化成元素汞的總和與分析儀的總汞通道相連。其 優(yōu)點 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發(fā)生反應）。在探頭內將離子汞轉化為元素汞可以減少在采樣管線中的損失。 第 5 章 美國 EPA標準方法 30A 37 (10) 干基去除器 使用化學物質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 ， 過濾器反吹時氣體反向通過過濾器，使過濾器內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可能的殘渣。人為地臨時堵住稀釋模塊的“稀釋樣氣”出口可以“反清洗”臨界小孔，但應注意在控制器內的“真空”壓力變送器 。 (12) 取樣管反吹 用于將取樣管內累積的顆粒物吹出探頭。自動反吹程序將觸發(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。手動取樣管反吹將不觸發(fā)這個閥。 (13) 儲氣罐 被用于增加反吹時的供氣量，當管線不能連續(xù)供氣 。 (14) 過濾器校準 用于通過慣性過濾器的主要校準 。 “汞 噴入”閥被觸發(fā)，向文丘里高壓側提供標氣 。抽氣器的儀表氣被關閉，以防止不需要的校準氣稀釋 。 “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氣，使富余標氣通過慣性過濾器排入煙道。系統(tǒng)在與正常“采樣模式”相同的狀況下將標氣抽取進來。 (15) 小孔校準 用于區(qū)分慣性過濾器問題和標氣輸送問題?！靶】仔省遍y被觸發(fā)，標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氣恒定壓力、流量的供氣成為不可能。標氣流量理想狀況下應該是臨界小孔流量的 3~4 倍。一個干凈的過濾器可以通過 2~3 L/min流量，當過濾器中有灰塵時可 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行氣動力學的抽氣，而使氣體被壓力壓入小孔。 第 5 章 美國 EPA標準方法 30A