濕法脫硫裝置對多環(huán)芳烴排放特性的影響

信曉穎，朱文韜，胡妲

(華電電力科學研究院有限公司，杭州 310030)

0 引言

多環(huán)芳烴PAHs(polycyclic aromatic hydrocarbons)是指分子中含有2個及以上苯環(huán)的芳香族化合物，多種PAHs已被證實具有致癌毒性以及致突變性[1-2]。環(huán)境中PAHs來源主要包括天然來源和人為來源。天然來源主要是火山噴發(fā)、森林火災(zāi)、地震等自然災(zāi)害將地殼中含有的PAHs釋放到空氣中；人為來源主要是煉焦、煉油、垃圾焚燒、取暖加熱、汽車排放、石油泄漏事故產(chǎn)生的PAHs排放到空氣中[3]，燃煤和汽車尾氣排放是我國目前城市大氣中PAHs污染的主要來源。目前，我國大部分燃煤發(fā)電廠沒有設(shè)置脫除PAHs的裝置。部分學者進行了燃煤電廠除塵器對PAHs脫除效率的相關(guān)研究，如黃偉[4]等研究表明電除塵器對大部分PAHs的脫除效率在90%以上，嚴建華[5]等研究表明電除塵器對PAHs不是簡單的脫除作用。在高電場條件下，PAHs易發(fā)生轉(zhuǎn)化，低環(huán)數(shù)的多環(huán)芳烴如二氫苊、芴、菲在電除塵器前后變化不大，而中環(huán)和高環(huán)的PAHs在電除塵器后明顯增加。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫(WFGD)系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣泛的脫硫系統(tǒng)[6]。燃煤電廠產(chǎn)生的鍋爐煙氣經(jīng)過WFGD系統(tǒng)后將直接經(jīng)煙囪排放進入大氣，而目前國內(nèi)外研究WFGD系統(tǒng)對PAHs脫除效率的較少。本文通過測定燃煤電廠鍋爐煙氣及煙氣顆粒物中攜帶的PAHs含量分布及WFGD系統(tǒng)前后煙氣及煙氣顆粒物中PAHs含量的變化，初步討論了WFGD系統(tǒng)對PAHs的脫除效果。

1 材料與方法

1.1 脫硫系統(tǒng)簡介

某燃煤電廠600 MW機組設(shè)計煤種中硫的質(zhì)量分數(shù)為1.8%，鍋爐煙氣脫硫裝置采用WFGD系統(tǒng)，按“一爐一塔”配置，設(shè)計脫硫效率不小于95%，WFGD系統(tǒng)于2009年建成并隨機組同時投運。

1.2 采樣

本次試驗煙氣樣品于2012年5月在機組煙氣負荷為100%工況下采集，煙氣采樣流程如圖1所示。煙氣采樣位置分別設(shè)置在WFGD系統(tǒng)進出口煙道預留采樣孔處。采樣時，用濕式流量計控制煙氣流速并記錄抽取煙氣的體積，M&C PSS 6-3前處理箱除去煙氣中的煙氣顆粒物及水分，并用裝滿DM-11大孔吸附樹脂的吸收管吸收煙氣中的PAHs，真空泵出口用NaOH堿液吸收尾氣。煙氣顆粒物直接用嶗應(yīng)3012型自動煙氣顆粒物采樣儀進行采樣。

圖1 PAHs煙氣采樣流程

1.3 分析測試

表1 WFGD系統(tǒng)進出口煙氣及煙氣顆粒物中PAHs的質(zhì)量濃度

采樣結(jié)束后，分析采集樣品中美國國家環(huán)境保護局(USEPA)優(yōu)先控制的16種PAHs組分：萘(NAP)、苊烯(ANY)、苊(ANA)、芴(FLU)、菲(PHE)、蒽(ANT)、熒蒽(FLT)、芘(PYR)、苯并(a)蒽(BaA)、(CHR)、苯并(b)熒蒽(BbF)、苯并(k)熒蒽(BkF)、苯并(a)芘(BaP)、茚并(1，2，3-cd)芘(IPY)、二苯并(a，n)蒽(DBA)、苯并(g，h，i)苝(BPE)。

用60 mL體積比為1∶1的丙酮-環(huán)己烷混合溶劑超聲萃取吸收管樹脂中的PAHs，萃取液中加入奈-D8作為內(nèi)標物測定分析方法回收率。萃取液通過填充無水硫酸鈉及硅膠的固定色譜柱后，先用10 mL石油醚淋洗色譜柱除去烷烴等其他有機物，再用60 mL體積比為1∶1的二氯甲烷正己烷混合溶劑洗脫PAHs組分，接收洗脫液。洗脫液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干，加1 mL甲醇洗滌后用氮吹儀定容至300 μL作為測試樣，吸取100 μL測試樣，用Agilent6890型氣相色譜儀檢測PAHs[5]。外標法定量，16種PAHs混合標樣購自J&K。

煙氣顆粒物采樣后，用100 mL體積比為1∶1的丙酮環(huán)己烷混合溶劑索氏萃取20 h，萃取液處理方法同煙氣處理方法。吸取100 μL用Agilent6890型氣相色譜儀進行分析。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 PAHs總量變化

試驗測得煙氣樣品中奈-D8回收率為87.6%，煙氣顆粒物樣品中奈-D8回收率為76.4%，分析方法具有可行性。測得煙氣及煙氣顆粒物中16種PAHs質(zhì)量濃度見表1。

試驗結(jié)果顯示：WFGD系統(tǒng)入口PAHs總質(zhì)量濃度為1 126.7 ng/m3，煙氣中PAHs質(zhì)量濃度為385.4 ng/m3(占34.2%)，煙氣顆粒物中PAHs質(zhì)量濃度為741.3 ng/m3(占65.8%)，PAHs主要分布在煙氣顆粒物中。WFGD系統(tǒng)出口PAHs總質(zhì)量濃度為449.6 ng/m3，WFGD系統(tǒng)對PAHs的脫除效率為60.0%。

WFGD系統(tǒng)對煙氣中PAHs的脫除率為45.7%，對煙氣顆粒物中PAHs的脫除率為64.5%。因此，WFGD系統(tǒng)對煙氣顆粒物中PAHs的脫除作用更明顯。

2.2 不同環(huán)數(shù)PAHs質(zhì)量濃度變化

試驗測得煙氣及煙氣顆粒物中不同環(huán)數(shù)PAHs的質(zhì)量濃度見表2。

WFGD系統(tǒng)入口煙氣中低環(huán)(2～3)PAHs質(zhì)量濃度為440.8 ng/m3，分布在煙氣及煙氣顆粒物中比例分別為46%和54%；中環(huán)(4)PAHs質(zhì)量濃度為486.4 ng/m3，分布在煙氣及煙氣顆粒物中比例分別為25%和75%；高環(huán)(5～6)PAHs質(zhì)量濃度為199.5 ng/m3，分布在煙氣及煙氣顆粒物中比例分別為31%和69%。試驗表明，隨環(huán)數(shù)增多PAHs在煙氣顆粒物中占比逐漸增大。

表2 WFGD系統(tǒng)進出口煙氣及煙氣顆粒物中不同環(huán)數(shù)PAHs質(zhì)量濃度變化

WFGD系統(tǒng)對煙氣和煙氣顆粒物中低環(huán)(2～3)、中環(huán)(4)、高環(huán)(5～6)PAHs總脫除效率分別為46.0%，68.5%和59.2%。其中，WFGD系統(tǒng)對煙氣中低環(huán)(2～3)、中環(huán)(4)、高環(huán)(5～6)PAHs脫除率分別為48.6%，45.2%和37.5%，隨PAHs環(huán)數(shù)的增加，WFGD系統(tǒng)對PAHs的脫除效率在降低，低環(huán)的PAHs脫除效率高于中高環(huán)的PAHs；WFGD系統(tǒng)對煙氣顆粒物中低環(huán)、中環(huán)、高環(huán)PAHs脫除率分別為43.8%，76.3%和69.0%，其中高環(huán)PAHs脫除率明顯高于低環(huán)PAHs的脫除率。

3 結(jié)論

(1)燃煤電廠產(chǎn)生的PAHs主要累積在煙氣顆粒物中，煙氣顆粒物所攜帶PAHs達741.3 ng/m3，占PAHs總質(zhì)量濃度的66.8%。

(2)WFGD系統(tǒng)對PAHs的總脫除率為60.0%，其中對煙氣和煙氣顆粒物中PAHs的脫除率分別為45.7%和64.5%，WFGD系統(tǒng)對煙氣顆粒物中PAHs的脫除作用更明顯。

(3)低環(huán)PAHs在煙氣及煙氣顆粒物中占比分別為46%，54%，中環(huán)PAHs在煙氣及煙氣顆粒物中占比分別為25%，75%，高環(huán)PAHs在煙氣及煙氣顆粒物中占比分別為31%，69%。隨環(huán)數(shù)增多，PAHs在煙氣顆粒物中占比逐漸增大。

(4)WFGD系統(tǒng)對煙氣中低環(huán)PAHs脫除效率更高，而對煙氣顆粒物中中高環(huán)PAHs的脫除效率更高。