PSA Hg-CEMS在汞形态测定试验领域的贡献

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PSA Activities in the fiels trials of Hg CEM Speciation Measurments

        二十多年来,PSA一直处于汞测量仪器发展的最前沿。由我们研究团队率先开发的原子荧光技术AFS,新颖的分析方法已经无数得以用于空气、天然气和烟道废气中各种形式汞排放的测量。1991年,PSA开发出了第一台汞齐原子荧光光谱仪(Amalgamation atomic fluorescence spectrometer、汞齐原子荧光- Amalgamation AFS)并将其商业化,用于总气体汞的测量。
        1996年,我们受North Dakota大学能源与环境研究中心(EERC)邀请,带着已有产品参与了烟道气体中汞形态测定的比较研究。这项研究所涉及到的汞浓度很低(1-4 ppbv),并且废气基体也很复杂,因此很难实施。在这些测试中,我们发现金质膜Amasil管可以在高温下收集汞,这样就可以避免酸性气体的液化。用手动收集所得到的结论与湿化学方法的结果比较吻合(偏差+/-20%)。这是我们利用仪器所试验的第一个领域,相应的正式报告被引用为“Laudal  D, L  et  al. 废气中汞形态的评估方法,EPRI  TR-108988, 1997。”
自从1996年起PSA就开始与许多国际伙伴合作,包括美国的EPA,北达科他大学能源与环境中心(University of North Dakota, EERC)及西肯塔基大学(WKU, ICSET),共同开发能够准确可靠测定烧煤设备中汞含量的仪器。PSA专业连续排放在线监测系统 (Hg-CEMS)便是这一合作的结果。

     随着汞形态测定的需求不断增加,PSA于1998年开发了一种在线湿化学形态模块。在这个模块 ,热废气经过不同的化学机理分解成两种气流。在第一种气流中用氯化亚锡试剂将二价汞变成元素汞,这样有了总汞流。第二个管道利用氯化钾试剂,使二价汞发生复合反应,汞元素成分不能被保留,因此被转移到分析仪进行测定。两种气流的不同之处在于汞的氧化形式的不同。图1是工作原理示意图。该系统用于开发第一个测定废气中汞形态的全自动在线仪器。作为开发与优化汞控制技术的一种研究工具,该系统被誉为无价之宝。

图1   湿化学形态模块与Amalgamation -AFS的机理图
图1 Schematic diagram of Wet Chemical Speciation Module and Amalgamation –AFS

        该系统已在美国环保局、 美国能源部和电科院组织的无数试验中获得评估。PSA曾用该系统参与了美国环保局教育电视的试验(www.epa.gov/etv/pubs/01_vs_psa_sg2.pdf),研究结果使得美国环保局买下了PSA多种仪器。该模型还是美国环保局开展的长期Hg-CEM评价项目中第一个通过RATA的Hg-CEM (www.netl.doe.gov/.../Ryan%202%20EPRI%20Hg%20Workshop%207-13-04%20Field%20Testing.pdf.)

干式汞形态模块Dry Based Hg Speciation Module

        随着对长时间运作无人监控汞排放检测器的需求,我们于2005年设计了一种干式汞形态模块。这种模块会将热废弃分成两个气流。先将样气通过一个热催化装置,使各种形式的汞转化成元素态,这样就产生了一个总汞流。其他的气流利用吸附剂收集已被氧化的汞,而元素汞不被保留。工作原理如图2所示。该图展示了我们现有系统的基本运作原理。

图2  干汞形态模块与合并– AFS的机理图
图2- Schematic diagram of Dry Based Chemical Speciation Module and Amalgamation – AFS


        干式形态模块已被很多研究组所使用,相对于湿形态模块而言更具优越性。

        PSA参与了2007年第二阶段对汞持续排放监测系统的长期实地测试,检测煤燃烧电厂东部生煤的燃烧,该电厂配备了SCR和湿式除尘器。PSA在这一领域取得了优异的成绩,完成了美国环保局仪器PS 12A的性能说明。PSA已通过美国环保局获得最终报告的相关信息。

        另外一个Hg-CEM评估由美国能源部的Jim Dunn在田纳西大学蒸汽厂组织开展。该评估证明了系统的长期可靠性。不仅汞形态得以检测,并且通过两个渠道对其进行日常零点和跨度检查。PSA已跟该项目发起人取得联系,以确定是否有正式报告。

        本系统由LeHigh大学组织的项目所评估,该大学以阿姆斯特朗项目而闻名,其是一种对美国和欧洲联盟测定汞、重金属、从石化电站释放出的PM 2.5 和PM 10的参考方法的一种评估与比较。PSA系统在该领域表现非凡,通过了仪器参考方法30B所有需要的标准。该篇报道可以从以下网址下载www.epa.gov/ttn/emc/cem/hgpmcomp.pdf。基于这些试验结果,欧洲参与该项目的很多团体都购买了PSA的Hg-CEM。美国环保局也对相关数据进行了总结。www.epa.gov/ttn/emc/meetnw/Hg3.ppt
2008-2009年间,Trimble电站对PSA的Hg-CEM进行了评估。RMB顾问完成了这些由电力科学院资助的试验。正式报告只对为这一计划提供捐助的团体开放。以下是一些典型数据图解,其阐述了日常零点、跨度检查和HgCl2周测试。


 




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