燃煤电站脱硝系统氨逃逸及其衍生细颗粒物排放特征综述

根据硫酸铵盐的物理特性，硫酸铵盐在高温条件下可能发生复杂的化学反应和相变，因而学者们还探究了ABS和AS在典型SCR脱硝系统中的转化规律。张玉华研究发现，即使氨逃逸量可以忽略，SCR脱硝系统出口仍能检测到硫酸铵盐细颗粒物，说明形成ABS/AS并非全部发生在APH或低温烟气中，还有部分源于SCR中发生的均相/非均相反应。

束航等研究了SCR中硫酸铵盐的转化过程，发现转化途径有2种：一是在催化剂吸附活性位上通过表面化学反应形成，凝结于孔隙中的细颗粒物可能发生挥发或在烟气夹带作用下进入气相主体；二是吸附态SO3从催化剂表面脱附，在催化剂空隙中与NH3、H2O反应形成硫酸(氢)铵，该过程在低负荷工况下更容易进行。

针对危害更大的NH4HSO4，束航等还采用原位漫反射红外光谱仪对反应前后的催化剂进行表征分析，发现催化剂表面形成NH4HSO4的过程符合Eley-Rideal反应机理，由2部分组成：一是催化剂V=O基团的Lewis酸位上形成配位吸附态NH3，在O2氛围中与气态SO2反应；二是气态SO2在催化剂表面形成的吸附态金属硫酸盐中间物(VOSO4)，与气态NH3直接发生反应。

此外，还有一些学者对硫酸铵盐的热稳定性进行了研究，其在催化剂表面的分解、挥发行为与温度、烟气组分以及ABS/AS和催化剂的结合程度相关。范芸珠等研究发现，虽然AS的熔点高于SCR脱硝反应温度，但在280℃下即可发生分解，加热至355℃以上可逐渐分解为ABS和NH3。

Zhu等研究发现，ABS的分解温度高于390℃，且为分解与形成同时进行的可逆过程；催化剂表面的ABS发生分解需要越过的反应势垒会有所提高；烟气组分NO可以降低NH4HSO4的分解温度，可能是由NO和吸附态NH4+离子直接反应造成。

1.2细颗粒物物性识别

近年来，学者们研究了氨逃逸对燃煤PM2.5物性变化的影响规律。Li等对中国2家燃煤电厂SCR进出口颗粒物浓度进行监测，发现SCR出口PM2.5的数浓度和亚微米级细颗粒的质量浓度明显提高，PM1质量浓度分别从88.4、99.4mg/m3增加到107、180mg/m3，其中PM0.1浓度更是提高了2.5倍。

此外，SCR出口PM1中NH4+和SO42-的含量明显增加，摩尔比的增加量约为4，由此推测新形成的细颗粒物主要由SCR中引入的NH3和SO3反应所得，且(NH4)2SO4的比例可能更高。逃逸NH3容易在APH中形成NH4HSO4细颗粒物，Menasha等研究发现，受凝结动力学控制，只有少量ABS凝结在APH蓄热片上，大部分将以气溶胶形态排离APH。总之，氨逃逸会导致燃煤PM2.5质量和数浓度、粒径分布及化学组分的变化，亚微米级颗粒更为显著。

为满足大气污染物超低排放要求，我国燃煤电站正紧锣密鼓地对静电除尘器(ESP)进行提质增效改造，并在烟风系统末端选装湿式电除尘器(WESP)。工程实践表明，烟尘排放浓度可低于5mg/m3，但脱除效率随粒径减小而下降，说明现有颗粒物控制技术的耦合集成仍无法较好地脱除亚微米级细颗粒物。

总的来说，氨逃逸形成的硫酸铵盐容易穿透除尘和脱硫装置，从而直接排入大气，既会贡献燃煤一次PM2.5，又能促进大气中二次PM2.5的转化。然而，当前以厘清NOx超低排放负面效应为目的的现场实测研究仍比较匮乏，亟需系统探究燃煤电站逃逸氨及其衍生细颗粒物在烟风系统中的迁移转化规律。

2硫酸铵盐细颗粒物形成的影响因素

考虑到硫酸铵盐在烟风系统中的形成路径十分复杂，探究氨逃逸、SCR运行参数、烟气组分等因素对硫酸铵盐细颗粒物形成特征的影响同样成为学者们的聚焦点。

2.1氨逃逸的影响

通常来讲，硫酸铵盐的形成与NH3的逃逸量密切相关。Li等研究发现，SCR未喷氨时，总排口PM2.5浓度为2.3mg/m3；该值将随喷氨量的增加而增加，脱硝效率为79%时，可达4.8mg/m3，由此验证了氨逃逸是形成硫酸铵盐的决定性因素。

还有研究认为，NH3/SO3摩尔比的变化会改变细颗粒物成分，NH3/SO3比较小时，反应产物主要是NH4HSO4；NH3/SO3比大于2时，反应产物更可能为(NH4)2SO4。在实际烟气中，SO3体积分数要远高于逃逸NH3，但仍可检测到AS，这可能是由于SO3还会与飞灰中碱性物质结合为金属硫酸盐，进而间接减少了SO3与NH3反应的当量浓度，具体作用机制还应结合现场实测予以定量分析。

2.2SCR运行参数的影响

烟气温度和NH3/NOx摩尔比(氨氮比)是SCR脱硝技术的关键运行参数，同样影响着硫酸铵盐细颗粒物的形成过程。

烟气温度对形成ABS/AS的影响较为复杂。一方面，SCR催化剂的反应活性会随着烟温的升高而加强，提高NOx脱除效率，相当于增大NH3和NOx的反应速率，进而减小氨逃逸量，从这个角度来看，硫酸铵盐的形成得到了抑制；另一方面，随着烟温的升高，SO2的催化氧化速率在不断加快，继而提高SO3的生成量，该过程会促进反应向硫酸铵盐形成的方向移动。因此，烟气温度的影响需同时考虑氨逃逸和SO2/SO3转化率的耦合效应。

调整NH3/NOx摩尔比的目的是提高脱硝效率，主要通过改变喷氨量得以实现。史雅娟等研究了氨氮比对SCR中PM2.5形成的影响，发现SCR出口细颗粒物数浓度随氨氮比(0.8～1.2)的增加而增加。

讨论作用机制：氨氮比＜0.8时，NO的竞争吸附削弱了催化剂对SO2的吸附，SO2/SO3转化率约为0.15%，加之NH3浓度较低，致使硫酸铵盐的生成量很少；当氨氮比增至1.0时，细颗粒物的生成量略有增加的原因是NH3和SO3的浓度提高；当氨氮比＞1.0时，NH3浓度明显升高，尽管SO2/SO3转化率先增加后减小，硫酸铵盐的生成量仍显著增加。因此，喷氨过量会导致SCR出口细颗粒物数浓度的显著增加。

2.3烟气组分的影响

Bao等系统考察了O2、SO2、H2O等烟气组分对小试SCR脱硝装置中硫酸铵盐形成过程的影响，发现这些气体体积分数的增加均会导致出口细颗粒物数浓度的上升。究其原因，催化剂表面SO3的生成量随O2、SO2和H2O浓度的增加而提高，因而烟气中新增的细颗粒物与SO2/SO3转化率存在一定关联性。

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