.1412 工程科学学报，第42卷，第11期 and compared,including solution evaporation,combustion,sublimation,and hydride oxidization methods.The detailed procedures of these methods have been presented,and the advantages and disadvantages of each method have been discussed in detail.The findings indicate that the solution evaporation method is simple and feasible,but includes water vapor and other possible gaseous by- products that will have a negative effect on the results of subsequent experiments.The combustion method offers a realistic simulated flue gas,although factors related to the fuel or combustion conditions might influence the results and the product constituents are somewhat complex.The sublimation and hydride oxidation methods provide the most accurate trace element pollutants,but they are only suitable for the generation of certain types of gaseous trace pollutants and the installation of the hydride oxide apparatus is complicated.The applicability of these methods has also been discussed carefully in this study.A joint method for generating trace element pollutants has been proposed to obtain results that are closer to the actual situation and more precise than those obtained using any single method. KEY WORDS coal combustion;coal-fired flue gas;trace pollutants;evaporation;oxidation;generation methods 我国经济高速发展，对电力需求逐年上升，而 目前已有研究表明，在“超低排放”技术背景下，燃 燃煤发电是最主要的发电方式.我国2018年总发 煤释放的As、Se、Pb、Cd、Cr等痕量元素一部分 电量为6.9947×102kW-h,其中4.4821×102kW-h来 会在飞灰中富集口2-均其余会排放进入大气或进 自600MW及以上燃煤发电机组，燃煤发电量占 入脱硫废水.对于这些痕量元素在烟气流动过程 比超过64%川.我国发电量近10年年平均增长率 中的迁移转化机理、吸附脱除规律及大气排放 超过7.4%，来自600MW及以上机组的燃煤发电 总量等问题，目前缺乏实验室研究和工业数据的 量年平均增长率超过5.1%川.逐年增加的燃煤发 支持 电量所带来的是急剧增加的燃煤烟气排放量，而 As、Se、Pb、Cd、Cr等痕量元素污染物在环境 由于实际的燃煤烟气排放量受到各种因素的干 中和生物体内具有累积效应，会对生态系统和人 扰，很难准确测量并进行合计，因此需要进行合理 体健康造成长期的危害.随着对环境保护要求的 的估算，如下所进行的燃煤烟气排放量的估算全 不断提高，燃煤痕量元素污染物的排放问题日益 部建立在已有数据的演绎推算之上.研究表明，我 引人关注518美国环保署2011年颁布的燃煤电 国每千瓦时发电量消耗298.8g标准煤四，将实际 厂大气污染物排放标准中已对包括As、Se、Pb、 用煤折算为标准煤得到燃烧1kg标准煤排放烟气 Cd、Cr等在内的11种痕量元素污染物规定了排 为11.096m3),计算可得我国2017年燃煤发电排 放限值，要求燃煤电厂采取有针对性的控制措 放烟气量超过1.486×103m3,与燃煤烟气一起排放 施，与此同时，我国也系统性地开始了与燃煤痕量 的各种污染物是我国大气污染物的主要来源，减 元素污染物迁移转化和排放控制相关的基础研究 少燃煤烟气污染物排放是我国大气环境保护的重 和技术开发20 要内容 痕量元素污染物普遍具有含量极低、化学形 为了有效减少燃煤电厂大气污染物的排放， 态复杂等研究难点1-四，无论是建立准确的分析 环境保护部（现生态环境部）于2011年颁布了《火 方法，还是开发高效的脱除技术，首先均需要在实 电厂大气污染物排放标准》阿，将细颗粒物(PM）)、 验室层次建立可靠的气态痕量元素污染物发生方 二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NO,)及汞(Hg)的排放 法，以深人研究燃煤烟气条件下痕量元素污染物 限值分别规定为20、50、100和0.03mgm3.2015年 的反应机理和转化规律22截至目前，除气态单 12月，国务院常务会议决定于2020年前对燃煤电 质汞和氧化汞已有较为成熟的发生方法外2刃，其 厂全面实施超低排放和节能改造，将PM、SO2 他痕量元素污染物还没有得到普遍认可的发生方 和NO,的排放限值降低到5、35及50mgm3.《火 法，不同研究者所使用的方法差异较大，造成实验 电厂大气污染物排放标准》及“超低排放”标准的 数据的可重复性不足，不同研究者研究成果的可 实施已显著减少了燃煤电厂PM、SO2、NO,等污 比性较差，研究成果的普适性下降.针对这一现 染物的排放总量m,并通过污染控制设备的协同效 状，本文综述了5种气态痕量元素污染物(Cd、 应⑧，有效减少了Hg污染物的排放四.同时，目前 Cr、Pb、Se、As)常用的实验室发生方法，并着重讨 针对燃煤烟气脱硫和选择性催化还原(SCR)脱硝 论这些方法的优缺点及其在不同研究情形下的适 的研究已经可以有效控制SO2和NO,的排放0-川 用性，为最终建立稳定、可靠的气态痕量元素污染and  compared,  including  solution  evaporation,  combustion,  sublimation,  and  hydride  oxidization  methods.  The  detailed  procedures of  these  methods  have  been  presented,  and  the  advantages  and  disadvantages  of  each  method  have  been  discussed  in  detail.  The findings indicate that the solution evaporation method is simple and feasible, but includes water vapor and other possible gaseous by￾products that will have a negative effect on the results of subsequent experiments. The combustion method offers a realistic simulated flue  gas,  although  factors  related  to  the  fuel  or  combustion  conditions  might  influence  the  results  and  the  product  constituents  are somewhat complex. The sublimation and hydride oxidation methods provide the most accurate trace element pollutants, but they are only  suitable  for  the  generation  of  certain  types  of  gaseous  trace  pollutants  and  the  installation  of  the  hydride  oxide  apparatus  is complicated.  The  applicability  of  these  methods  has  also  been  discussed  carefully  in  this  study.  A  joint  method  for  generating  trace element pollutants has been proposed to obtain results that are closer to the actual situation and more precise than those obtained using any single method. KEY WORDS    coal combustion；coal-fired flue gas；trace pollutants；evaporation；oxidation；generation methods 我国经济高速发展，对电力需求逐年上升，而 燃煤发电是最主要的发电方式. 我国 2018 年总发 电量为 6.9947×1012 kW·h，其中 4.4821×1012 kW·h 来 自 600 MW 及以上燃煤发电机组，燃煤发电量占 比超过 64% [1] . 我国发电量近 10 年年平均增长率 超过 7.4%，来自 600 MW 及以上机组的燃煤发电 量年平均增长率超过 5.1% [1] . 逐年增加的燃煤发 电量所带来的是急剧增加的燃煤烟气排放量，而 由于实际的燃煤烟气排放量受到各种因素的干 扰，很难准确测量并进行合计，因此需要进行合理 的估算，如下所进行的燃煤烟气排放量的估算全 部建立在已有数据的演绎推算之上. 研究表明，我 国每千瓦时发电量消耗 298.8 g 标准煤[2] ，将实际 用煤折算为标准煤得到燃烧 1 kg 标准煤排放烟气 为 11.096 m3[3] ，计算可得我国 2017 年燃煤发电排 放烟气量超过 1.486×1013 m 3 ，与燃煤烟气一起排放 的各种污染物是我国大气污染物的主要来源，减 少燃煤烟气污染物排放是我国大气环境保护的重 要内容[4] . 为了有效减少燃煤电厂大气污染物的排放， 环境保护部（现生态环境部）于 2011 年颁布了《火 电厂大气污染物排放标准》[5] ，将细颗粒物（PM）、 二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）及汞（Hg）的排放 限值分别规定为 20、50、100 和 0.03 mg·m−3 . 2015 年 12 月，国务院常务会议决定于 2020 年前对燃煤电 厂全面实施超低排放和节能改造[6] ，将 PM、SO2 和 NOx 的排放限值降低到 5、35 及 50 mg·m−3 . 《火 电厂大气污染物排放标准》及“超低排放”标准的 实施已显著减少了燃煤电厂 PM、SO2、NOx 等污 染物的排放总量[7] ，并通过污染控制设备的协同效 应[8] ，有效减少了 Hg 污染物的排放[9] . 同时，目前 针对燃煤烟气脱硫和选择性催化还原（SCR）脱硝 的研究已经可以有效控制 SO2 和 NOx 的排放[10−11] . 目前已有研究表明，在“超低排放”技术背景下，燃 煤释放的 As、Se、Pb、Cd、Cr 等痕量元素一部分 会在飞灰中富集[7, 12−14] ，其余会排放进入大气或进 入脱硫废水. 对于这些痕量元素在烟气流动过程 中的迁移转化机理、吸附脱除规律及大气排放 总量等问题，目前缺乏实验室研究和工业数据的 支持. As、Se、Pb、Cd、Cr 等痕量元素污染物在环境 中和生物体内具有累积效应，会对生态系统和人 体健康造成长期的危害. 随着对环境保护要求的 不断提高，燃煤痕量元素污染物的排放问题日益 引人关注[15−18] . 美国环保署 2011 年颁布的燃煤电 厂大气污染物排放标准中已对包括 As、Se、Pb、 Cd、Cr 等在内的 11 种痕量元素污染物规定了排 放限值[19] ，要求燃煤电厂采取有针对性的控制措 施，与此同时，我国也系统性地开始了与燃煤痕量 元素污染物迁移转化和排放控制相关的基础研究 和技术开发[20] . 痕量元素污染物普遍具有含量极低、化学形 态复杂等研究难点[21−22] ，无论是建立准确的分析 方法，还是开发高效的脱除技术，首先均需要在实 验室层次建立可靠的气态痕量元素污染物发生方 法，以深入研究燃煤烟气条件下痕量元素污染物 的反应机理和转化规律[23−26] . 截至目前，除气态单 质汞和氧化汞已有较为成熟的发生方法外[27] ，其 他痕量元素污染物还没有得到普遍认可的发生方 法，不同研究者所使用的方法差异较大，造成实验 数据的可重复性不足，不同研究者研究成果的可 比性较差，研究成果的普适性下降. 针对这一现 状 ，本文综述了 5 种气态痕量元素污染物（Cd、 Cr、Pb、Se、As）常用的实验室发生方法，并着重讨 论这些方法的优缺点及其在不同研究情形下的适 用性，为最终建立稳定、可靠的气态痕量元素污染 · 1412 · 工程科学学报，第 42 卷，第 11 期