氨泄漏对工业烟气中颗粒物排放的影响：以中国江苏省为例

氨逃逸对可凝结颗粒物及PM2.5的影响研究，基于江苏5条玻璃和热电生产线调查，发现NH3浓度达330.6-1273.6 mg/m3，占颗粒物总量的96.2%-99.5%，其中铵离子占比59.5%-88.8%。氨逃逸导致SCR系统下游氨浓度差异达78.1-107.3倍，手动调整和固定喷嘴设计加剧非均匀性，显著提升可凝结颗粒物排放并抵消脱硫脱硝效果，成为二次气溶胶重要前体。

　　

夏思佳|易金润|赵秋月|李青|苗峰|何文泰|陈佩琳|刘倩

江苏省环境工程重点实验室，江苏省环境科学研究院，南京，210036，中国

摘要

氨（NH₃）的泄漏是工业烟气处理过程中一个重要的问题。本研究基于在中国江苏省五个玻璃和热电生产线的实地调查，全面分析了其对颗粒物排放的影响。这五条生产线的NH₃浓度范围为330.6至1273.6 mg/m³。可凝结颗粒物（CPM）的浓度在717至1322 mg/m³之间，占总颗粒物（TPM）的96.2%至99.5%。化学分析表明，水溶性离子占CPM总量的92.5%至99.6%。其中NH₄⁺占主导地位，贡献了总质量的59.5%-88.8%。在选择性催化还原（SCR）系统下游同一横截面的四个站点中，NH₃浓度相差78.1至107.3倍。由于手动调整氨的时间延迟以及喷嘴固定，无法精确对准NOx浓度分布，导致氨的分布不均匀，从而产生了显著的氨泄漏。这大大增加了CPM的排放，抵消了脱硫、脱硝和除尘带来的减排效果，并直接对气溶胶产生了影响。

引言

在过去二十年里，中国频繁发生与细颗粒物相关的严重雾霾污染。近年来，中国政府实施了一系列严格的法规和标准，以减少空气污染物的排放，从而显著改善了空气质量（Gong等人，2021年）。最近的研究强调了氨在大气雾霾形成过程中的作用（Liu等人，2019年；Plautz，2018年；Wang等人，2015年）。排放的氨与由SO₂或NO_X转化产生的硫酸或硝酸发生化学反应，生成了二次无机颗粒物，如硫酸铵和硝酸铵，这些颗粒物占PM_2.5质量浓度的30%至70%（Wang等人，2020年；Wang等人，2018年）。最近的氨源分配研究表明，在严重雾霾期间，非农业来源（包括机动车、煤炭燃烧和氨泄漏）的贡献可能被大大低估了（Pan等人，2016年；Teng等人，2017年；Pan等人，2020年）。

大多数主要排放源，如发电厂、水泥厂和钢铁厂，已经逐步采用了全球最严格的超低排放标准，对空气质量改善做出了重大贡献（Geng等人，2021年；Gu等人，2023年）。选择性催化还原（SCR）、选择性非催化还原（SNCR）脱硝和基于氨的脱硫技术被广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还原剂。这些试剂促进了氨与污染物之间的反应，从而实现了NOx和SO₂的去除。然而，为了达到排放标准，工业界可能会选择在运行过程中增加氨的注入量以提高处理效率，这可能导致显著的氨泄漏。

研究表明，工业烟气中的氨（NH₃）会与SO₃、HNO₃和HCl等气体反应生成CPM（Deng等人，2022年）。在严格的排放标准下，固定源的CPM排放量超过了可过滤颗粒物（FPM）的排放量，主要贡献了大气中的PM_2.5（Zhai等人，2022年；Wang等人，2018年；Yang等人，2015年）。烟气排放口处CPM的主要成分是水溶性离子，如SO₄²⁺、NO₃^-和NH₄⁺（Song等人，2025年；Tong等人，2024年）。受排放控制政策和严格的硫氧化物及氮氧化物标准的影响，工业烟气中这些污染物的浓度显著下降，对可凝结颗粒物（CPM）的贡献可以忽略不计。然而，氨对CPM的影响尚未得到充分关注。

研究工业氨排放及其对空气质量的影响对于在超低排放减少政策框架内有效控制空气污染至关重要。现有的关于工业烟气颗粒物排放的研究主要集中在硫氧化物和氮氧化物的影响上（Tong等人，2024年；Li等人，2017年；Dai等人，2021年）。目前关于氨影响的研究主要探讨了氨浓度与脱硝和脱硫过程去除效率之间的相关性（Li等人，2016年；Liu等人，2022年；Yue等人，2022年），对氨排放的特性及其影响关注较少。此外，关于建筑材料和热电行业中中小型企业的氨泄漏问题缺乏研究，而江苏省有超过3000家这类企业，其SO₂和NOx排放占总工业源排放的20%以上（Gu等人，2023年）。

本研究测量了三家玻璃制造厂和两家热电厂五条生产线的NH₃/FPM/CPM浓度，这些工厂都存在显著的氨泄漏问题（Liu等人，2021年）。此外，还研究了工业烟气中的氨泄漏对超低排放控制背景下环境空气质量的影响。这项研究增强了人们对二次气溶胶成分来源的理解，为有效减轻二次气溶胶污染提供了科学依据。

测试工厂和采样点

测试工厂和采样点

从江苏省北部城市核心区域的三个不同设施中选择了三条天然气燃烧的玻璃生产线和两条燃煤热电发电单元，这些设施在生产规模、处理技术和排放特征方面具有代表性，与省级行业平均水平相符。这两家玻璃制造厂每年消耗276万至768万立方米的天然气，年生产能力为2万吨

NH₃排放特征

表2显示了五条生产线上采样点的气态污染物浓度。SO₂排放浓度在烟囱出口处范围为0.6至11.3 mg/m³，NO_X浓度范围为35.5至94.4 mg/m³，占中国排放标准限值的0.3%-79.4%。然而，NH₃排放浓度在出口处范围为330.6至1273.6 mg/m³，其中三条玻璃生产线的浓度为330.6至625.4 mg/m³

结论

随着NO_X和SO₂排放标准的日益严格，迫切需要改进处理设施的设计、运行和维护。虽然大型燃煤电厂和水泥厂遵守相对严格的氨排放控制标准，但中小型玻璃厂和电厂通常使用手动氨喷射装置，导致明显的氨泄漏问题。来自北部五个玻璃和热电生产线的测试结果表明

CRediT作者贡献声明

陈佩琳： 数据整理。何文泰： 方法论、调查。苗峰： 方法论。刘倩： 方法论。李青： 资源。赵秋月： 写作 – 审稿与编辑、资源、方法论、概念化。易金润： 方法论、调查、数据整理。夏思佳： 写作 – 原稿、软件、方法论、调查、数据整理

未引用的参考文献

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。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了江苏省环境工程重点实验室的开放研究基金（ZX2023002）、江苏省“333项目”的人才项目基金（2022年）以及江苏省公益研究机构的独立研究基金（资助编号GYYS2022107）的支持。