Vol.34，No.1
Jan.,2021
第 34 卷 第 1 期
2021年1月
环 境 科 学 研 究
Rearch of Environmental Sciences
超低排放下燃煤电厂氨排放特征
钟洪玲1，陈 鸥1，王洪亮1*
*，曹莉莉2，梁 超2，刘国栋1，罗志刚1收稿日期：2020-08-28 修订日期：2020-11-17
作者简介：钟洪玲( 1973-)，女，湖北黄冈人，高级工程师，硕士，主要从事大气、水污染治理研究，********************** .*责任作者，王洪亮(1980-)，男，黑龙江哈尔滨人，高级工程师，博士，主要从事大气、固废治理研究，12100402@
基金项目：大气重污染成因与治理攻关项目(No.DQGG0206)
Supported by National Rearch Program for Key Issues in Air Pollution Control ,China (No.DQGG0206)
1. 北京国电龙源环保工程有限公司，北京100039
2. 国电科技环保集团股份有限公司，北京100039
摘要：燃煤电厂采用SCR(选择性催化还原)脱硝过程消耗大量的氨，同时存在氨逃逸和氨排放问题.为了掌握超低排放燃煤机
组的氨排放程度、脱硝氨逃逸情况以及各环保设施对氨的协同脱除能力，为燃煤电厂氨减排政策制定和氨减排技术研发提供支 持.在京津冀大气污染传输通道城市中选取11个城市中的14台机组，采用例如DL/T 260—2012《燃煤电厂烟含脱硝装置性能验 收试验规范》的标准方法用稀硫酸吸收烟气中的氨再结合分光光度测试方法，对环保设施多个位置的烟气中氨进行浓度测试.
结果表明:①氨排放浓度介于0.05~3. 27 mg/m 3之间，平均约0. 95 mg/m 3，通过烟气排入大气中氨的浓度不高;②测试的14台机
组中有7台机组(约50%)脱硝氨逃逸值高于设计值(2. 28 mg/m 3)，说明脱硝氨逃逸超过设计值呈普遍现象，个别电厂脱硝氨逃 逸严重，氨逃逸亟待解决;③环保设施对逃逸氨具有较好的协同脱除能力，平均脱除率约为64. 86%.建议对于SCR 脱硝氨逃逸 严重的机组，对SCR 出口烟道截面氮氧化物(N 0*)实施网格式测试，在此基础上实施精细化精准喷氨、优化流场、提高SCR 脱硝
运行水平(或采用专业化运维)，从源头上减少氨耗量，降低系统能耗和氨排放.
关键词： 燃煤电厂； 烟气； 超低排放； 氨逃逸； 氨排放中图分类号：X511
文章编号：1001-6929(2021)01-0124-08
文献标志码：A DOI ： 10. 13198/j. issn. 1001-6929. 2020. 11. 24byaccident
Characteristics of Ammonia Emission in Flue Gas from Ultra-Low Emission Coal-Fired Power Plants
ZHONG Hongling 1 , CHEN Ou 1, WANG Hongliang 1 * , CAO Lili 2, LIANG Chao 2, LIU Guodong 1 , LUO Zhigang 1
1. Beijing Guodian Longyuan Environmental Engineering Co.， Ltd.， Beijing 100039， China
2. Guodian Technology & Environment Group Corporation Limited , Beijing 100039, China
Abstract : Selective catalytic reduction (SCR) denitration process in coal-fired power plants consumes massive amount of ammonia , also
generates subquent problems including ammonia emission and ammonia slip. In-depth study of ammonia emission ， such as ammonia slip level and ammonia removal efficiency in the existing ultra-low emission systems of coal-fired power plants can facilitate the formulation of
ammonia emission reduction policies and development of ammonia emission reduction technologies. In this study ， 14 coal-fired power
plants in 11 cities in the air pollution transmission channel of the Beijing-Tianjin-Hebei Region were lected to test the ammonia concentrations at multiple locations of environmental protection facilities. According to the standard test methods such as DL/T 260-2012，
ammonia in the flue gas was absorbed by dilute sulfuric acid ， and the ammonium concentr
ations in the solution were determined by spectrophotometry. The results showed that the ammonia emission concentration was low in the chimney , ranging from 0.05 to 3.27
mg/m 3, with an average of 0. 95 mg/m 3. However, the NH 3-slip concentration of 50% units (7 of the 14 units tested ) was higher than the
design concentration of 2. 28 mg/m 3, indicating that a common phenomenon that the NH 3 -slip concentration of denitration exceeded the design concentration. In some units ， rious ammonia slip became a crucial problem. In addition ， dry dedusting ， wet desulfurization and
laksawet electrostatic precipitator had good ammonia removal ability , with an average removal rate of about 64. 86%. For rious NH 3-slip units , it was suggested to carry out network measures of NO * concentration at the outlet of SCR then conduct refined ammonia spraying and
flow field optimization of flue gas to improve SCR denitration operation level ( or employ professional operation and maintenance rvices) .
The measures can reduce ammonia consumption ， reduce system energy consumption and reduce ammonia emissions.
Keywords : coal-fired power plants ； flue gas ； ultra-low emission ； NH 3-slip ； NH 3 emission
第1期钟洪玲等：超低排放下燃煤电厂氨排放特征
125
减少空气污染能促进经济社会可持续发展⑴.
近年来，我国大气污染治理取得了阶段性成果，颗粒
物、S02和NO ’年均浓度逐年降低［2-3］.然而氨却没
有得到控制⑷，这使得大气氨的比例增加，氨排放越
发受到关注⑸.LI 等［6］研究认为，大气氨能够与SO? 等酸性气体形成（NH 4）2SO 4、NH 4HSO 4等亚微米颗 粒.WU 等⑺研究认为氨排放与PM ?*浓度水平的时
空变化关系比SO 和NO ’的排放关系更强，氨产生
的二次无机气溶胶是我国城市PM/的主要组成部 分.因此，要降低我国PM/浓度水平需要考虑控制
氨的排放［8］.
在世界范围内我国是氨排放的热点地区.
ZHANG 等［9］研究认为，我国氨排放可能被大大低估.
已有研究［10］表明，氨排放评估以农业为主，尿素对氨 排放的贡献在90%以上.然而在冬季农业NH 3排放
量较低，但大气氨浓度并未明显降低，说明非农业源
氨排放对大气氨的相对贡献变得更加重要⑸.燃煤 电厂可能是非农业源氨的重要排放源之一，氨作为脱
硝还原剂几乎在所有燃煤电厂中使用，当过量喷氨时
会产生氨逃逸，部分逃逸的氨会随着烟气和灰排放进
入大气［⑴.截至2019年底，我国煤电超低排放改造 完成8. 9x108 kW ［12］，超低排放要求N0’排放浓度不
高于50 mg/m 3［13-15］.降低NO ’浓度需提高氨氮比，但 氨氮比增大氨逃逸量增大，尤其当脱硝率超过90%
时，氨逃逸明显加快［16］；此外，研究［⑺表明只有喷入
过量的NH 3才能实现超低NO ，排放.逃逸的氨与 SO 3会形成硫酸氢铵，导致空预器堵塞、腐蚀［18］、加
剧除尘系统积灰、板结［19］.鉴于此小比排放控制可
能是改善局部空气质量和安全生产的关键［20-21］，但
还缺乏对超低排放燃煤电厂氨排放、氨逃逸、氨脱除
情况的评估.
为了掌握煤电超低排放后氨排放情况以及各装
置协同降氨效果，进一步提升治理技术、为环保政策
制定提供数据支撑，该研究选取了 “2 + 26”城市［21］区
域内的14个燃煤电厂中的14台机组，对烟气流程上
不同位置烟气中的NH 3浓度进行测试分析，明确了
超低排放机组 NH 3 排放浓度, 分析了 SCR 脱硝氨逃 逸程度，并掌握了各环保装置对氨的脱除能力.
1测试方法
1.1测试仪器和方法
1.1.1烟气中气态氨含量测试方法
烟气中气态氨采用DL/T 260—2012《燃煤电厂
烟气脱硝装置性能验收试验规范》测试，采样系统如
图1所示.主要仪器包括M&C 加热采样枪、250 mL 多孔玻璃吸收瓶、3012H 型自动烟尘（气）采样仪
（青岛崂应环境科技有限公司）、722N 型分光光度计 （上海精密科学仪器有限公司）.
烟气恒流采样经过滤介质，通过加热（120兀）采 样枪，进入两级装有稀硫酸溶液的吸收液，将吸收液和 吸收瓶洗液定容后，使用靛酚蓝分光光度法分析NH 4+
浓度，根据采气体积，计算得到烟气中NH 3浓度［22］.1.1. 2烟气颗粒物中氨含量测试方法
颗粒物中的氨测试参照ISO 12141 ：2002《固定源
排放物一低浓度颗粒物质（粉尘）的质量浓度测定》 和US EPA Method 202，采样流程如图2所示.
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主要仪器包括低浓度颗粒物采样枪、石英滤膜、
图1烟气中气态氨采样系统
Fig.1 Sampling system of gaous ammonia in flue gas
干燥器 流量调节阀
釆样泵压力表流量计温度计
126
环 境 科 学 研 究第 34 卷
管
T
- 劇气流方向
图2颗粒物中氨采样系统
Fig.2 Sampling system of ammonia in particulate matter
冷凝螺旋管、控制循环水浴锅、3012D 型自动烟尘 （气）采样仪（青岛崂应环境科技有限公司）、通风厨、
十万分之一天平、干燥皿、恒温鼓风烘箱、离子色谱仪
等.采取等速跟踪采样，烟气首先经过设置在烟道内的 经过整体称量设计的滤膜1，颗粒物被滤膜捕集，将滤 膜1的提取液，用离子色谱分析其中氨根离子浓度.根
据采气体积，计算单位烟气中颗粒物内的氨浓度.
1.1. 3粉煤灰中氨含量测试方法
采用溶液浸提和分光光度法检测粉煤灰中氨含
量.殷海波等［23］研究表明，浸提时间30 min，浸提固 液比为1：10-1 ：30，浸提效果较好.该测试采用0. 05 mol/L H 2SO 4作为氨提取剂，浸提固液质量比为
1：15，超声浸提30 min .测试参照HJ 535—2009
（水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》，测试仪器
super brain为722N 型分光光度计（上海精密科学仪器有限公
司）.再根据烟气灰含量计算原烟气飞灰中NH 3
浓度.
1.2测试机组
该研究测试了 14台燃煤机组，测试机组和主要
环保设施如表1所示.燃煤机组从200 MW 到660 MW 不等，脱硝均采用低氮燃烧+SCR ，干除尘采用电
除尘和袋除尘，脱硫均为石灰石-石膏湿法脱硫，尾部
除尘采用湿静电或脱硫除尘一体化技术，测试期间机
组负荷在77. 78%-90. 00%之间.
表1测试机组及环保设施信息
Table 1 Test power plant units and environmental protection devices information
电厂
装机容量/
MW 机组
测试负荷/
MW 脱硝
干除尘脱硫尾部除尘催化剂层数
催化剂形式
电厂1330#2
274-280
3层
蜂窝电除尘
石灰石-石膏湿法脱硫湿静电电厂2350#1280-2852层蜂窝袋除尘石灰石-石膏湿法脱硫湿静电电厂3300#4245-252
3层蜂窝电除尘石灰石-石膏湿法脱硫湿静电电厂4
210
#2
178-189
3层蜂窝电除尘石灰石-石膏湿法脱硫湿静电电厂5330#6264-2753层蜂窝电除尘石灰石-石膏湿法脱硫湿静电电厂6220#13176-1823层
蜂窝电除尘石灰石-石膏湿法脱硫湿静电电厂7630
#2524-5314层蜂窝电除尘石灰石-石膏湿法脱硫湿静电
电厂8
330#2
285-2903层
蜂窝电除尘石灰石-石膏湿法脱硫束式除尘器电厂9330#1275-2802层蜂窝电除尘石灰石-石膏湿法脱硫湿静电电厂10660
#4
548-5542层蜂窝电除尘石灰石-石膏湿法脱硫湿静电电厂11350#1280-2903层蜂窝电除尘石灰石-石膏湿法脱硫湿静电电厂12600#4521-5303层蜂窝电除尘石灰石-石膏湿法脱硫湿静电
电厂13660#2528-534
3层板式
电除尘石灰石-石膏湿法脱硫束式除尘器电厂14
600
#2
526-5333层
蜂窝电除尘
石灰石-石膏湿法脱硫
湿静电
燃气电厂38#130.4-34.2
2层
蜂窝
第1期钟洪玲等：超低排放下燃煤电厂氨排放特征
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1.3测试位置本测试烟气中氨的测试位置主要有SCR 脱硝反 应器入口（图3中A 点及出口（图3中B 点）、空气预
热器出口（图3中C 点）、干式除尘器出口（图3中D
ike
点）、湿法脱硫出口（图3中E 点）和总排口（图3中 F 点）.粉煤灰为干式除尘器收集的原灰.
图3燃煤电厂烟气净化工艺流程示意
Fig.3 Schematic diagram of flue gas purification process in
coal-fired power plants
2结果与讨论
2・1总排口烟气氨排放
14台燃煤机组和1台燃气机组总排口烟气中氨
浓度测试结果如图4所示.由图4可知，个别测试结
果偏差大于30%，低浓度氨测试结果绝对偏差相对
较小，但相对偏差较大，可能是由于烟气中氨浓度低
产生的测试误差和机组运行波动导致.烟气氨排放
浓度介于0.05 - 3.27 mg/m 3之间，平均值为0.95
mg/m 3，说明超低排放后受测机组烟气氨排放浓度不
咼.总排口的氨一部分以气态氨形式排放，另一部分 是以固态氨（颗粒物铵盐中氨）形式排放.总排口氨
主要以气态氨形式排放约占75%，固态氨约占25%. 受测机组中气态氨排放浓度低于0. 70 mg/m 3的约占 71. 43% ，说明超低排放后燃煤电厂气态氨排放浓度
普遍较低，但个别机组气态氨排放浓度相对较高；受
测机组中约85.71%固态氨排放浓度低于0.40
mg/m 3.固态氨可能是逃逸氨被脱硫浆液吸收，形成
铵盐，部分铵盐被烟气携带产生.
囹气态氨 ■颗粒物中氨
2.0
注：平均值为14个燃煤电厂的平均值.下同.
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图4燃煤和燃气电厂总排口烟气中氨排放浓度
Fig.4 Ammonia concentration in the flue gas in chimney of coal-fired and gas power plants
寸匚曲
1-^
2.2 SCR 脱硝出口氨逃逸
14台燃煤机组SCR 出口烟气中气态氨浓度如
图5所示，由于SCR 出口烟气中气态氨浓度相对较
高，测试结果相对偏差较小.燃煤电厂脱硝氨逃逸程casting什么意思
度是评价SCR 脱硝系统运行好坏的重要指标之一,
通常我国燃煤电厂脱硝设计氨逃逸浓度限值为 3x 10~6（2. 28 mg/m 3）.
受测的14台机组中有7台机组（约50%机组）
的
128
环 境 科 学 研 究第 34 卷
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旦、鰹躱致麹W
口
93超逅3U S
电厂
燃煤电厂SCR 脱氮出口氨逃逸浓度
图5Fig.5 NH 3 concentration of coal-fired power
plant at the SCR outlet
氨逃逸浓度高于设计限值，说明超低排放机组普遍存
在SCR 脱硝氨逃逸浓度超设计值问题；个别受测机
组氨逃逸浓度达到9.61 mg/m 3，远高于设计值，表明
氨逃逸问题严重.氨逃逸是由于喷入的气态氨和烟 气中的NO ’在烟道截面上分布不均匀［24］，导致局部彩色的拼音
氨氮比过高，或局部催化剂失活等导致部分气态氨在
脱硝反应器内未参与脱硝反应，随烟气从SCR 反应 器出口排出，即产生了脱硝氨逃逸；此外，过量喷氨也 是导致氨逃逸的主要原因.一般催化剂层数多有助
于提高脱硝效率减少氨逃逸，如电厂7采用4层催化
剂氨逃逸浓度低.但同样为3层催化剂电厂6、电厂
13和电厂14氨逃逸严重，而电厂1、电厂3、电厂8、
电厂11、电厂12氨逃逸浓度相对较低，可能是由于
气态氨与NO ，分布不对应所致.对烟道截面上NO ,
实施监控，制定相应的喷氨策略，实施精细化精准喷
氨能够有效地减少氨耗量，降低氨逃逸［25］，一些电厂
对脱硝喷氨系统进行了优化，实现了出口 NO ，和氨
逃逸浓度更低［26-29］.因此，建议氨逃逸较大机组优化
脱硝流场、实施精准喷氨，提高脱硝运行维护水平确
保系统稳定运行.
2. 3燃煤电厂烟气中气态氨浓度及环保设施对气态
氨的脱除规律
14台燃煤机组各环保设施出入口烟气中气态氨
浓度测试结果如图6所示.烟气中气态氨浓度沿烟
气流向呈逐渐降低趋势，烟气中气态氨在脱硝出口、
干式除尘器出口、脱硫出口和总排口的平均浓度分别
为 2. 79,1.50,0. 68 和 0.70 mg/m 3.其中总排口烟气
中气态氨平均浓度略高于湿法脱硫出口，可能是由于 非同步采样、试验误差等所致.沿烟气流向氨浓度逐 渐降低，说明干除尘、湿法脱硫等设施对气态氨都有
脱除作用，脱硝氨逃逸不等于氨排放，逃逸的氨绝大
部分被环保设施脱除, 只有一少部分氨排入大气.
图7为各环保设施对气态氨的脱除比例.环保岛
（除尘装置、脱硫装置）对逃逸氨的脱除率在38%〜 92%之间，平均值为64. 86%，其中气态氨脱除率小于
50%的约占15. 38%，气态氨脱除率介于50%〜80%
之间的约占53. 85%，气态氨脱除率大于80%的约占
30. 77%.其中干除尘装置是主要的氨脱除设备，对气
态氨平均脱除比例约占42.31%.干除尘对气态氨的 脱除原因可能是:①氨气被灰尘吸附［11］、在除尘
过程
随灰尘被脱除;②逃逸的氨与烟气中的SO 3等酸性气
同声传译体发生反应生成硫酸盐等，在除尘过程中被脱除［30］.
湿法脱硫对气态氨平均脱除比例约占31.70%；湿法
9 8 7 6 5 4 3
面部美白■电厂1 口
□电厂5 □■电厂9 ■■电厂13 □□设计限值
电电电电O 42 6 11
厂厂厂厂
■电厂3 □ 电厂4■电厂7 ■电厂8■电厂11 □电厂12□燃气电厂-O-平均值
脱硝出口除尘出口 脱硝出口
烟气出口类型
图6燃煤和燃气电厂烟气中气态氨浓度分布
Fig.6 Distribution of NH 3 concentration in flue gas of coal-fired and gas power
plants
