PSA Activities in the fiels trials of Hg CEM Speciation Measurments

        二十多年來(lái)，PSA一直處于汞測(cè)量?jī)x器發(fā)展的最前沿。由我們研究團(tuán)隊(duì)率先開發(fā)的原子熒光技術(shù)AFS，新穎的分析方法已經(jīng)無(wú)數(shù)得以用于空氣、天然氣和煙道廢氣中各種形式汞排放的測(cè)量。1991年，PSA開發(fā)出了第一臺(tái)汞齊原子熒光光譜儀（Amalgamation atomic fluorescence spectrometer、汞齊原子熒光- Amalgamation AFS）并將其商業(yè)化，用于總氣體汞的測(cè)量。
        1996年，我們受North Dakota大學(xué)能源與環(huán)境研究中心（EERC）邀請(qǐng)，帶著已有產(chǎn)品參與了煙道氣體中汞形態(tài)測(cè)定的比較研究。這項(xiàng)研究所涉及到的汞濃度很低（1-4 ppbv），并且廢氣基體也很復(fù)雜，因此很難實(shí)施。在這些測(cè)試中，我們發(fā)現(xiàn)金質(zhì)膜Amasil管可以在高溫下收集汞，這樣就可以避免酸性氣體的液化。用手動(dòng)收集所得到的結(jié)論與濕化學(xué)方法的結(jié)果比較吻合（偏差+/-20%）。這是我們利用儀器所試驗(yàn)的第一個(gè)領(lǐng)域，相應(yīng)的正式報(bào)告被引用為“Laudal  D, L  et  al. 廢氣中汞形態(tài)的評(píng)估方法，EPRI  TR-108988, 1997。”
自從1996年起PSA就開始與許多國(guó)際伙伴合作，包括美國(guó)的EPA，北達(dá)科他大學(xué)能源與環(huán)境中心（University of North Dakota, EERC）及西肯塔基大學(xué)（WKU, ICSET），共同開發(fā)能夠準(zhǔn)確可靠測(cè)定燒煤設(shè)備中汞含量的儀器。PSA專業(yè)連續(xù)排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) (Hg-CEMS)便是這一合作的結(jié)果。

     隨著汞形態(tài)測(cè)定的需求不斷增加，PSA于1998年開發(fā)了一種在線濕化學(xué)形態(tài)模塊。在這個(gè)模塊 ，熱廢氣經(jīng)過(guò)不同的化學(xué)機(jī)理分解成兩種氣流。在第一種氣流中用氯化亞錫試劑將二價(jià)汞變成元素汞，這樣有了總汞流。第二個(gè)管道利用氯化鉀試劑，使二價(jià)汞發(fā)生復(fù)合反應(yīng)，汞元素成分不能被保留，因此被轉(zhuǎn)移到分析儀進(jìn)行測(cè)定。兩種氣流的不同之處在于汞的氧化形式的不同。圖1是工作原理示意圖。該系統(tǒng)用于開發(fā)第一個(gè)測(cè)定廢氣中汞形態(tài)的全自動(dòng)在線儀器。作為開發(fā)與優(yōu)化汞控制技術(shù)的一種研究工具，該系統(tǒng)被譽(yù)為無(wú)價(jià)之寶。

圖1   濕化學(xué)形態(tài)模塊與Amalgamation -AFS的機(jī)理圖
圖1 Schematic diagram of Wet Chemical Speciation Module and Amalgamation –AFS

        該系統(tǒng)已在美國(guó)環(huán)保局、 美國(guó)能源部和電科院組織的無(wú)數(shù)試驗(yàn)中獲得評(píng)估。PSA曾用該系統(tǒng)參與了美國(guó)環(huán)保局教育電視的試驗(yàn)(www.epa.gov/etv/pubs/01_vs_psa_sg2.pdf)，研究結(jié)果使得美國(guó)環(huán)保局買下了PSA多種儀器。該模型還是美國(guó)環(huán)保局開展的長(zhǎng)期Hg-CEM評(píng)價(jià)項(xiàng)目中第一個(gè)通過(guò)RATA的Hg-CEM (www.netl.doe.gov/.../Ryan%202%20EPRI%20Hg%20Workshop%207-13-04%20Field%20Testing.pdf.)

干式汞形態(tài)模塊Dry Based Hg Speciation Module

        隨著對(duì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作無(wú)人監(jiān)控汞排放檢測(cè)器的需求，我們于2005年設(shè)計(jì)了一種干式汞形態(tài)模塊。這種模塊會(huì)將熱廢棄分成兩個(gè)氣流。先將樣氣通過(guò)一個(gè)熱催化裝置，使各種形式的汞轉(zhuǎn)化成元素態(tài)，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)總汞流。其他的氣流利用吸附劑收集已被氧化的汞，而元素汞不被保留。工作原理如圖2所示。該圖展示了我們現(xiàn)有系統(tǒng)的基本運(yùn)作原理。

圖2  干汞形態(tài)模塊與合并– AFS的機(jī)理圖
圖2- Schematic diagram of Dry Based Chemical Speciation Module and Amalgamation – AFS

        干式形態(tài)模塊已被很多研究組所使用，相對(duì)于濕形態(tài)模塊而言更具優(yōu)越性。

        PSA參與了2007年第二階段對(duì)汞持續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的長(zhǎng)期實(shí)地測(cè)試，檢測(cè)煤燃燒電廠東部生煤的燃燒，該電廠配備了SCR和濕式除塵器。PSA在這一領(lǐng)域取得了優(yōu)異的成績(jī)，完成了美國(guó)環(huán)保局儀器PS 12A的性能說(shuō)明。PSA已通過(guò)美國(guó)環(huán)保局獲得最終報(bào)告的相關(guān)信息。

        另外一個(gè)Hg-CEM評(píng)估由美國(guó)能源部的Jim Dunn在田納西大學(xué)蒸汽廠組織開展。該評(píng)估證明了系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠性。不僅汞形態(tài)得以檢測(cè)，并且通過(guò)兩個(gè)渠道對(duì)其進(jìn)行日常零點(diǎn)和跨度檢查。PSA已跟該項(xiàng)目發(fā)起人取得聯(lián)系，以確定是否有正式報(bào)告。

        本系統(tǒng)由LeHigh大學(xué)組織的項(xiàng)目所評(píng)估，該大學(xué)以阿姆斯特朗項(xiàng)目而聞名，其是一種對(duì)美國(guó)和歐洲聯(lián)盟測(cè)定汞、重金屬、從石化電站釋放出的PM 2.5 和PM 10的參考方法的一種評(píng)估與比較。PSA系統(tǒng)在該領(lǐng)域表現(xiàn)非凡，通過(guò)了儀器參考方法30B所有需要的標(biāo)準(zhǔn)。該篇報(bào)道可以從以下網(wǎng)址下載www.epa.gov/ttn/emc/cem/hgpmcomp.pdf?；谶@些試驗(yàn)結(jié)果，歐洲參與該項(xiàng)目的很多團(tuán)體都購(gòu)買了PSA的Hg-CEM。美國(guó)環(huán)保局也對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了總結(jié)。www.epa.gov/ttn/emc/meetnw/Hg3.ppt
2008-2009年間，Trimble電站對(duì)PSA的Hg-CEM進(jìn)行了評(píng)估。RMB顧問完成了這些由電力科學(xué)院資助的試驗(yàn)。正式報(bào)告只對(duì)為這一計(jì)劃提供捐助的團(tuán)體開放。以下是一些典型數(shù)據(jù)圖解，其闡述了日常零點(diǎn)、跨度檢查和HgCl2周測(cè)試。