《Atmospheric Pollution Research》：Impact of Ammonia Slip on Particle Emissions of Industrial Flue Gases: A Case Study in Jiangsu Province, China
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氨逃逸對可凝結(jié)顆粒物及PM2.5的影響研究，基于江蘇5條玻璃和熱電生產(chǎn)線調(diào)查，發(fā)現(xiàn)NH3濃度達330.6-1273.6 mg/m3，占顆粒物總量的96.2%-99.5%，其中銨離子占比59.5%-88.8%。氨逃逸導(dǎo)致SCR系統(tǒng)下游氨濃度差異達78.1-107.3倍，手動調(diào)整和固定噴嘴設(shè)計加劇非均勻性，顯著提升可凝結(jié)顆粒物排放并抵消脫硫脫硝效果，成為二次氣溶膠重要前體。
夏思佳|易金潤|趙秋月|李青|苗峰|何文泰|陳佩琳|劉倩
江蘇省環(huán)境工程重點實驗室，江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院，南京，210036，中國
摘要
氨（NH3）的泄漏是工業(yè)煙氣處理過程中一個重要的問題。本研究基于在中國江蘇省五個玻璃和熱電生產(chǎn)線的實地調(diào)查，全面分析了其對顆粒物排放的影響。這五條生產(chǎn)線的NH3濃度范圍為330.6至1273.6 mg/m3。可凝結(jié)顆粒物（CPM）的濃度在717至1322 mg/m3之間，占總顆粒物（TPM）的96.2%至99.5%。化學(xué)分析表明，水溶性離子占CPM總量的92.5%至99.6%。其中NH4+占主導(dǎo)地位，貢獻了總質(zhì)量的59.5%-88.8%。在選擇性催化還原（SCR）系統(tǒng)下游同一橫截面的四個站點中，NH3濃度相差78.1至107.3倍。由于手動調(diào)整氨的時間延遲以及噴嘴固定，無法精確對準NOx濃度分布，導(dǎo)致氨的分布不均勻，從而產(chǎn)生了顯著的氨泄漏。這大大增加了CPM的排放，抵消了脫硫、脫硝和除塵帶來的減排效果，并直接對氣溶膠產(chǎn)生了影響。
引言
在過去二十年里，中國頻繁發(fā)生與細顆粒物相關(guān)的嚴重霧霾污染。近年來，中國政府實施了一系列嚴格的法規(guī)和標準，以減少空氣污染物的排放，從而顯著改善了空氣質(zhì)量（Gong等人，2021年）。最近的研究強調(diào)了氨在大氣霧霾形成過程中的作用（Liu等人，2019年；Plautz，2018年；Wang等人，2015年）。排放的氨與由SO2或NOX轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的硫酸或硝酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成了二次無機顆粒物，如硫酸銨和硝酸銨，這些顆粒物占PM2.5質(zhì)量濃度的30%至70%（Wang等人，2020年；Wang等人，2018年）。最近的氨源分配研究表明，在嚴重霧霾期間，非農(nóng)業(yè)來源（包括機動車、煤炭燃燒和氨泄漏）的貢獻可能被大大低估了（Pan等人，2016年；Teng等人，2017年；Pan等人，2020年）。
大多數(shù)主要排放源，如發(fā)電廠、水泥廠和鋼鐵廠，已經(jīng)逐步采用了全球最嚴格的超低排放標準，對空氣質(zhì)量改善做出了重大貢獻（Geng等人，2021年；Gu等人，2023年）。選擇性催化還原（SCR）、選擇性非催化還原（SNCR）脫硝和基于氨的脫硫技術(shù)被廣泛用于去除氮氧化物（NOx）和二氧化硫（SO2）。液氨、氨水和尿素是最常用的還原劑。這些試劑促進了氨與污染物之間的反應(yīng)，從而實現(xiàn)了NOx和SO2的去除。然而，為了達到排放標準，工業(yè)界可能會選擇在運行過程中增加氨的注入量以提高處理效率，這可能導(dǎo)致顯著的氨泄漏。
研究表明，工業(yè)煙氣中的氨（NH3）會與SO3、HNO3和HCl等氣體反應(yīng)生成CPM（Deng等人，2022年）。在嚴格的排放標準下，固定源的CPM排放量超過了可過濾顆粒物（FPM）的排放量，主要貢獻了大氣中的PM2.5（Zhai等人，2022年；Wang等人，2018年；Yang等人，2015年）。煙氣排放口處CPM的主要成分是水溶性離子，如SO42+、NO3-和NH4+（Song等人，2025年；Tong等人，2024年）。受排放控制政策和嚴格的硫氧化物及氮氧化物標準的影響，工業(yè)煙氣中這些污染物的濃度顯著下降，對可凝結(jié)顆粒物（CPM）的貢獻可以忽略不計。然而，氨對CPM的影響尚未得到充分關(guān)注。
研究工業(yè)氨排放及其對空氣質(zhì)量的影響對于在超低排放減少政策框架內(nèi)有效控制空氣污染至關(guān)重要。現(xiàn)有的關(guān)于工業(yè)煙氣顆粒物排放的研究主要集中在硫氧化物和氮氧化物的影響上（Tong等人，2024年；Li等人，2017年；Dai等人，2021年）。目前關(guān)于氨影響的研究主要探討了氨濃度與脫硝和脫硫過程去除效率之間的相關(guān)性（Li等人，2016年；Liu等人，2022年；Yue等人，2022年），對氨排放的特性及其影響關(guān)注較少。此外，關(guān)于建筑材料和熱電行業(yè)中中小型企業(yè)的氨泄漏問題缺乏研究，而江蘇省有超過3000家這類企業(yè)，其SO2和NOx排放占總工業(yè)源排放的20%以上（Gu等人，2023年）。
本研究測量了三家玻璃制造廠和兩家熱電廠五條生產(chǎn)線的NH3/FPM/CPM濃度，這些工廠都存在顯著的氨泄漏問題（Liu等人，2021年）。此外，還研究了工業(yè)煙氣中的氨泄漏對超低排放控制背景下環(huán)境空氣質(zhì)量的影響。這項研究增強了人們對二次氣溶膠成分來源的理解，為有效減輕二次氣溶膠污染提供了科學(xué)依據(jù)。
測試工廠和采樣點
測試工廠和采樣點
從江蘇省北部城市核心區(qū)域的三個不同設(shè)施中選擇了三條天然氣燃燒的玻璃生產(chǎn)線和兩條燃煤熱電發(fā)電單元，這些設(shè)施在生產(chǎn)規(guī)模、處理技術(shù)和排放特征方面具有代表性，與省級行業(yè)平均水平相符。這兩家玻璃制造廠每年消耗276萬至768萬立方米的天然氣，年生產(chǎn)能力為2萬噸
NH3排放特征
表2顯示了五條生產(chǎn)線上采樣點的氣態(tài)污染物濃度。SO2排放濃度在煙囪出口處范圍為0.6至11.3 mg/m3，NOX濃度范圍為35.5至94.4 mg/m3，占中國排放標準限值的0.3%-79.4%。然而，NH3排放濃度在出口處范圍為330.6至1273.6 mg/m3，其中三條玻璃生產(chǎn)線的濃度為330.6至625.4 mg/m3
結(jié)論
隨著NOX和SO2排放標準的日益嚴格，迫切需要改進處理設(shè)施的設(shè)計、運行和維護。雖然大型燃煤電廠和水泥廠遵守相對嚴格的氨排放控制標準，但中小型玻璃廠和電廠通常使用手動氨噴射裝置，導(dǎo)致明顯的氨泄漏問題。來自北部五個玻璃和熱電生產(chǎn)線的測試結(jié)果表明
CRediT作者貢獻聲明
陳佩琳： 數(shù)據(jù)整理。何文泰： 方法論、調(diào)查。苗峰： 方法論。劉倩： 方法論。李青： 資源。趙秋月： 寫作 – 審稿與編輯、資源、方法論、概念化。易金潤： 方法論、調(diào)查、數(shù)據(jù)整理。夏思佳： 寫作 – 原稿、軟件、方法論、調(diào)查、數(shù)據(jù)整理
未引用的參考文獻
Deng等人，2020年；Peng等人，2025年；Wang等人，2018年；Wang等人，2020年；Yang等人，2014年；Yuan等人，2022年；Zhang等人，2020年；Zheng等人，2018年。
數(shù)據(jù)可用性
數(shù)據(jù)可應(yīng)要求提供。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的競爭性財務(wù)利益或個人關(guān)系可能影響本文所述的工作。
致謝
本工作得到了江蘇省環(huán)境工程重點實驗室的開放研究基金（ZX2023002）、江蘇省“333項目”的人才項目基金（2022年）以及江蘇省公益研究機構(gòu)的獨立研究基金（資助編號GYYS2022107）的支持。
