本發(fā)明涉及燃煤電廠煙氣聯(lián)合污染物脫除技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種燃煤電廠煙氣中二價汞與零價汞的測試系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

汞由于其劇毒、高揮發(fā)性以及在生物鏈中具有積累性等特性，已經(jīng)成為全球性循環(huán)污染元素，近年來受到國內(nèi)外學(xué)者的極大關(guān)注。燃煤電廠排放Hg可占到人為排放的70％，因此燃煤電廠汞污染排放控制成為當(dāng)今環(huán)境保護的又一焦點。我國煤中汞的平均含量大約為0.22mg/kg，遠高于世界平均水平0.13mg/kg，所以我國燃煤電廠汞污染控制面臨更嚴(yán)峻的考驗。燃煤電廠排放Hg中零價汞(Hg0)為主要的排放形式，因其性質(zhì)穩(wěn)定去除比較困難。因此，對零價汞的有效控制、去除是燃煤煙氣脫汞技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

現(xiàn)有的測試煙氣中二價汞和零價汞的技術(shù)手段大多是借助設(shè)備儀器進行，如測汞儀，其原理大致都是利用各種方法將汞的不同形態(tài)進行轉(zhuǎn)化，得到一種單一的汞形態(tài)，再利用技術(shù)手段(如原子熒光分光光度法、原子吸收冷蒸氣測試法等)進行分析測定。例如，日本MV-50型測汞儀，是在燃燒管內(nèi)受熱分解形成零價汞蒸氣，經(jīng)過吸附和脫吸，用冷原子吸收進一步測試。

目前存在的問題是：測汞儀器雖然靈敏快捷，但要么價格偏高，要么操作繁瑣，不僅需要保證整個儀器管路和元件的高度清潔，當(dāng)煙氣樣品中含有有機物質(zhì)或者雜質(zhì)微粒時，還會造成儀器元件的堵塞，甚至因為煙氣中的腐蝕氣體使元件受損，以至于整個測汞儀的報廢，有機物質(zhì)的含量偏高導(dǎo)致炭化問題出現(xiàn)，使測試的結(jié)果失去重復(fù)性，波動較大，結(jié)果不可靠。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種燃煤電廠煙氣中二價汞與零價汞的測試系統(tǒng)及方法，能夠快速組裝，方便拆卸和更換，一次取樣就能實時獲得氣樣中二價汞和零價汞的含量，達到定性分析煙氣中的脫汞效率。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種燃煤電廠煙氣中二價汞與零價汞的測試系統(tǒng)，包括依次連接在取樣煙道上的流量調(diào)節(jié)閥、取樣四通閥、兩個并聯(lián)的第一取樣支路和第二取樣支路、分析測試系統(tǒng)和空氣泵；所述的第二取樣支路上設(shè)置有反應(yīng)池，反應(yīng)池用于將第二取樣支路中煙氣內(nèi)的二價汞還原為零價汞；所述的分析測試系統(tǒng)用于同時對第一取樣支路中煙氣的零價汞含量和/或第二取樣支路中還原后煙氣中的零價汞含量；所述取樣四通閥的兩個進口端分別連接流量調(diào)節(jié)閥的輸出端和空氣泵的輸出端，兩個出口端分別連接第一取樣支路和第二取樣支路的輸入端。

優(yōu)選的，反應(yīng)池包括底座和梯形頂蓋；底座內(nèi)添加有反應(yīng)液，底座底部設(shè)置與第二取樣支路連通的樣氣入口；梯形頂蓋的頂端通過干燥裝置設(shè)置樣氣出口。

進一步，底座底部內(nèi)設(shè)置樣氣分布板，樣氣分布板的輸入端連接樣氣入口，輸出端浸沒在反應(yīng)液中。

進一步，干燥劑采用中性干燥劑。

優(yōu)選的，分析測試系統(tǒng)的輸入端設(shè)置三通閥，輸出端設(shè)置廢氣四通閥；三通閥的輸入端連接第一取樣支路和第二取樣支路輸出端的并管，輸出端分別連接分析測試系統(tǒng)的輸入端和廢氣四通閥的一個輸入端；廢氣四通閥的另一個輸入端連接分析測試系統(tǒng)的輸出端，廢氣四通閥的兩個輸出端分別連接空氣泵和多個串聯(lián)的廢氣吸收瓶。

一種燃煤電廠煙氣二價汞與零價汞的測試方法，將從取樣煙道中取樣的煙氣分為兩個采樣支路，一個采樣支路直接進行分析測試原煙氣中零價汞含量；另個采樣支路將煙氣中的二價汞還原為零價汞后進行分析測試還原后煙氣中零價汞含量，通過還原后煙氣中零價汞含量與原煙氣中零價汞含量的差值得到原煙氣中二價汞的含量。

優(yōu)選的，兩路測試能夠同時在不同的分析測試單元中進行或順次在同一個分析測試單元進行；具體的還原后煙氣中零價汞含量測試時，將還原后的零價汞蒸汽，用氬氣載送到石英管的分析測試單元內(nèi)，進行原子吸收或者原子熒光光度測試，得到還原后煙氣中零價汞含量與原煙氣中零價汞含量的差值為二價汞轉(zhuǎn)化的零價汞含量，進而換算為樣氣中的二價汞含量。

優(yōu)選的，還包括管路清洗的步驟；停止采樣操作，兩個采樣支路通過空氣泵形成清洗回路，通過空氣泵的載氣作用，二價汞的還原劑帶出到整個管路進行清洗；循環(huán)后或廢棄的含汞/汞鹽的氣體進行吸收處理。

進一步，采用酸性的氯化亞錫飽和溶液還原二價汞；采用中性干燥劑對還原后的零價汞蒸汽進行干燥；采用酸性高錳酸鉀對廢氣進行吸收處理。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明通過簡單的單元組合形成一條閉合回路，以反應(yīng)池為核心，通過對煙氣采集后兩個支路設(shè)置，保證操作人員健康的同時，能夠分步或同步對煙氣中的二價汞和零價汞進行一次采樣下的分析測試，提高了測試的準(zhǔn)確性。不僅滿足現(xiàn)場的靈活使用，也降低了測汞技術(shù)的成本，實時反應(yīng)煙氣中汞的不同形態(tài)分布，為脫汞技術(shù)人員提供指導(dǎo)依據(jù)，本發(fā)明初投資成本低、改造方便，不增加額外的設(shè)備管道，適宜聯(lián)合應(yīng)用其他煙氣處理技術(shù)，在燃煤電廠尤其是老廠的脫硝改造上有較為廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實例中所述的測試系統(tǒng)示意圖。

圖2為本發(fā)明實例中所述的反應(yīng)池結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-取樣煙道；2-流量調(diào)節(jié)閥；31-取樣四通閥；32-廢氣四通閥；4-空氣泵；5-反應(yīng)池；6-分析測試系統(tǒng)；7-廢氣吸收瓶；8-支架；9-樣氣入口；10-樣氣分布板；11-反應(yīng)液；12-梯形頂蓋；13-干燥裝置；14-樣氣出口。

具體實施方式

下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。

本發(fā)明一種燃煤電廠煙氣中二價汞與零價汞的測試系統(tǒng)，如圖1所示，其由包括流量調(diào)節(jié)閥2、取樣四通閥31和空氣泵4的煙氣取樣系統(tǒng)，煙氣汞的反應(yīng)池5，包括分析測試系統(tǒng)6的送樣分析系統(tǒng)構(gòu)成。

煙氣取樣系統(tǒng)上設(shè)置一個空氣泵4，作為載送氣體的作用，一方面將煙氣送入反應(yīng)池5進行反應(yīng)，一方面可以降低汞蒸汽在反應(yīng)液11中的分壓，完全將反應(yīng)后汞蒸汽趕出到分析測試系統(tǒng)6去，同時還可以在空白樣氣的時候，對管路進行吹掃清洗。

其中，如圖2所示，反應(yīng)池5由一個四方體的底座，加一個梯形頂蓋12構(gòu)成，底座內(nèi)部添加一定量的反應(yīng)液，這個量可以根據(jù)樣氣中的汞含量估測過量即可。樣氣經(jīng)樣氣入口9由空氣泵4送來，至底座底部，底部設(shè)置樣氣分布板10，達到氣體分布均勻、反應(yīng)充分的目的。底座外部設(shè)置有支架8。氣體經(jīng)過反應(yīng)液11的充分停留時間后，經(jīng)過上部空白段，進入梯形頂蓋12，梯形頂蓋12的傾斜段可以起到除霧滴的作用，采用物理結(jié)構(gòu)法將反應(yīng)液上方的液態(tài)霧滴回流滴落到反應(yīng)液中，梯形頂蓋12上方設(shè)置干燥裝置13，干燥裝置13為一段直管段，直管段充滿干燥劑，經(jīng)過反應(yīng)后的汞蒸汽樣氣經(jīng)過干燥后，由頂端的樣氣出口13送入分析測試系統(tǒng)6，獲得由二價汞還原為零價汞的量，記錄數(shù)據(jù)。另外，一起采樣的同股樣氣在反應(yīng)池前分支，不經(jīng)過反應(yīng)池，直接送入分析測試系統(tǒng)6獲得樣氣中零價汞的量，記錄數(shù)據(jù)。由此，可以獲得一次采樣的樣氣中，二價汞和零價汞的含量。避免了分開取樣獲得的二價汞和零價汞的不同步性和不歸一性。

反應(yīng)液11由氯化亞錫和酸組成，如鹽酸、硫酸等，在酸性條件下，離子汞在氯化亞錫飽和溶液中，會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，隨著氯化亞錫溶液的量的增加，首先生成白色Hg₂Cl₂沉淀，沉淀再與過量氯化亞錫反應(yīng)，被Sn²⁺還原為Hg，得到金屬汞的黑色沉淀物，根據(jù)此反應(yīng)，可以定性的檢驗Hg²⁺離子。

干燥裝置13中的干燥劑選擇無水氯化鈣等中性干燥劑，不與系統(tǒng)內(nèi)的酸性或者堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，僅僅除去多余水分，達到干燥氣體的目的。

分析測試系統(tǒng)6的輸入端設(shè)置三通閥，輸出端設(shè)置廢氣四通閥32；三通閥的輸入端連接第一取樣支路和第二取樣支路輸出端的并管，輸出端分別連接分析測試系統(tǒng)6的輸入端和廢氣四通閥32的一個輸入端；廢氣四通閥32的另一個輸入端連接分析測試系統(tǒng)6的輸出端，廢氣四通閥32的兩個輸出端分別連接空氣泵4和多個串聯(lián)的廢氣吸收瓶7。廢氣吸收瓶7中的廢氣處理液由酸性高錳酸鉀組成，也可由高錳酸鹽或者過硫酸鹽組成，可以對還原反應(yīng)后的零價汞進行反應(yīng)吸收，降低直接排放造成的環(huán)境污染。

本發(fā)明一種燃煤電廠煙氣二價汞與零價汞的測試方法，包括如下步驟，

步驟1，將從取樣煙道1中取樣的煙氣分為兩路，一路輸入到煙氣汞的反應(yīng)池5中，另一路直接輸入到分析測試系統(tǒng)6中；

步驟2，通過分析測試系統(tǒng)6對另一路直接輸入到分析測試系統(tǒng)6中煙氣直接分析得到樣氣中零價汞的量。

步驟3，將在反應(yīng)池5中還原后的零價汞蒸汽，用氬氣載送到石英管的分析測試系統(tǒng)6的分析測試單元內(nèi)，進行原子吸收或者原子熒光光度等方法的測試零價汞，減去樣氣中零價汞的含量，得到由二價汞轉(zhuǎn)化的零價汞含量，進而換算為樣氣中的二價汞含量。

在反應(yīng)池5中是利用添加不同配比的反應(yīng)液，將氣樣中不同形態(tài)的汞捕捉在液體內(nèi)，將二價汞轉(zhuǎn)化成零價汞，在充分的反應(yīng)停留時間后，二價汞將全部被轉(zhuǎn)化成零價汞，煙氣中的顆粒雜質(zhì)被束縛在反應(yīng)池5中，經(jīng)過反應(yīng)池處理后的氣體中只含有一種形態(tài)的汞，即零價汞。如汞鹽能被氯化亞錫還原成亞汞鹽，亞汞鹽進一步還原，生成棕黑色的金屬汞，涉及的反應(yīng)過程：

2Hg²⁺+Sn²⁺→Hg₂²⁺+Sn⁴⁺；

Hg₂²⁺+Sn²⁺→2Hg↓+Sn⁴⁺；

最后生成的零價汞為黑色，如果出現(xiàn)灰色沉淀，則為Hg₂Cl₂和Hg的混合物，顏色從灰色到黑色變化，顏色越深，表示樣品中Hg²⁺的含量越高。

反應(yīng)池5中的反應(yīng)液10需要提前配制添加，反應(yīng)液10主要由氯化亞錫飽和溶液組成，由于氯化亞錫還原離子汞的過程需要在酸性條件下進行。此時，必須通過調(diào)節(jié)反應(yīng)液10的pH值來保證溶液的酸性氛圍，如補加鹽酸。

還原后的零價汞蒸汽，用氬氣載送到石英管的分析測試系統(tǒng)6的分析測試單元內(nèi)，進行原子吸收或者原子熒光光度等方法的測試零價汞，減去得到的原煙氣中的零價汞，得到由二價汞轉(zhuǎn)化的零價汞含量，進而換算為樣氣中的二價汞含量。

由于氯化亞錫采樣和分析過程中涉及到的水必須是蒸餾水或者二次蒸餾水，以保證排除雜離子的干擾。

由于中間產(chǎn)物白色Hg₂Cl₂沉淀在光的照射下容易分解成氯化汞和汞，反應(yīng)式如下，

Hg₂Cl₂→HgCl₂+Hg↓；

所以反應(yīng)池2盡量不要透光，起碼應(yīng)選擇棕色玻璃，而不是透明玻璃材質(zhì)；采用石英的容器采樣，除了具有耐腐蝕、熱穩(wěn)定性好、透光性好、電絕緣性好等優(yōu)點外，還能耐高溫，其軟化點溫度約1730℃，可在1100℃下長時間使用，短時間最高使用溫度可達1450℃。例如，SNCR是一種不用催化劑，在850℃～1100℃爐膛溫度區(qū)域內(nèi)，噴入還原劑氨或尿素與NO_x反應(yīng)，迅速生成無害的N₂和H₂O的過程進行脫硝，排除的煙氣溫度也在850℃～1100℃。采用石英材料的容器采樣完全滿足要求。

由于氯化亞錫(SnCl₂·2H₂O)，為白色或白色單斜晶系結(jié)晶，易溶于水，還可以以一水物、四水物的形式存在。在配制氯化亞錫飽和溶液的同時，為測試系統(tǒng)增加了水分，對分析干擾影響較大。在進入分析單元前必須對汞蒸汽的樣氣進行干燥，以保證氣路的干燥，降低對分析的干擾。

關(guān)閉取樣四通閥31的采樣入口，停止采樣。關(guān)閉三通閥的分析測試系統(tǒng)6出口；先關(guān)閉廢氣四通閥32的廢氣吸收出口和分析測試系統(tǒng)6入口；開啟空氣泵4，開始整個管路的清洗，可以利用空氣泵4的載氣作用，將反應(yīng)池5中的氯化亞錫還原劑帶出到整個管路進行清洗。循環(huán)后或廢棄的含汞/汞鹽氣體，打開廢氣四通閥32的廢氣吸收出口，通入多級的廢氣吸收瓶7進行吸收處理，廢氣吸收瓶7內(nèi)配制有酸性高錳酸鉀溶液，或者高錳酸鹽與過硫酸鹽溶液。分析測試系統(tǒng)6中的分析測試單元能夠自清潔。