近年来，我国采取一系列强有力的措施，坚决打赢蓝天保卫战，大气污染物排放量逐年下降，环境空气质量显著改善，大气污染防治取得显著成效^{[1, 2]}。在此过程中，燃煤发电作为最大的煤炭消费和大气污染物排放行业，率先实施了世界上最严格的超低排放限值^[3]，为环境空气质量改善做出了突出贡献^[4]，也为其他行业超低排放有序推进起到了示范作用。

氮氧化物是火电行业超低排放的重点控制污染物。我国煤电机组氮氧化物脱除技术主要采用选择性催化还原（SCR）技术，部分循环流化床和少数燃煤机组采用选择性非催化还原（SNCR）技术或者SNCR-SCR联合脱硝技术，其基本原理均是通过氨与氮氧化物反应生成氮气和水，达到去除氮氧化物的效果。受现有氮氧化物监测、喷氨控制技术的反馈时效和控制精度等因素的限制，为提高氮氧化物达标排放保证性，企业在实际运行中往往以增加喷氨量的方式保证较高的脱硝效率，过量喷氨现象普遍存在。然而，这种运行方式虽然在一定程度上提升了氮氧化物达标排放的可靠性，却也造成了氨逃逸量升高、空预器和除尘器等设备堵塞、物料浪费严重等问题，反而增加了后续系统安全稳定运行的难度和人力物力投入。

氨作为大气中碱性气态物质和颗粒物铵盐的唯一来源，在二次无机盐生成中起着重要作用^[5]。氨排入大气后与二氧化硫转化形成的硫酸和氮氧化物转化形成的硝酸发生化学反应，生成的硫酸铵和硝酸铵等二次无机颗粒物^[6]可占到PM_2.5质量浓度的30%~ 70%^[7]，氨在大气成霾过程中的重要作用近年来不断得到证实^{[8, 9]}。我国氨年排放量大约在1000万t，超过欧洲和美国的总和，其中大约90% 为农业生产和畜禽养殖所致^[10]。近年来，随着煤电机组超低排放实施过程中过量喷氨和氨逃逸现象日益显现^[11]，类似情形也陆续出现在钢铁、水泥等其他采用SCR工艺脱硝的行业中，造成工业氨排放水平上升。如未引起足够重视，将有可能抵消超低排放带来的颗粒物减排效益。

1996年修订颁布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—1996）首次规定了火电厂氮氧化物排放限值，机组采用低氮燃烧技术即可满足1996年及2003年修订的标准。随着氮氧化物列入国家“十二五”污染物总量控制指标，氮氧化物控制力度不断加大。2011年修订的火电厂大气污染物排放标准大幅压减了氮氧化物排放限值，始于2014年的燃煤电厂超低排放政策更是进一步将燃煤电厂氮氧化物排放限值压减至全球最严。标准要求趋严促进了烟气脱硝技术在火电行业的全面实施，我国烟气脱硝机组容量占比由2008年的3.3% 迅速增长至2017年的98.4%，低氮燃烧技术普及率接近100%，烟气脱硝投运时间占比达到99%，约40% 的机组可以实现全负荷脱硝^[12]。

截至2018年底，我国已有8.1亿千瓦煤电机组实现超低排放，占全国煤电总装机容量的80%。在线监测及环统数据表明^[4]，2018年中国火电氮氧化物排放水平如下：①各省（区、市）平均排放浓度范围为21.35~ 129.11mg/Nm³，平均与2015年相比下降了约43%。②氮氧化物排放绩效平均值为0.26 g/（kW· h），较2015年下降了约33%。③氮氧化物排放总量119万t，在燃料消耗量（折合标煤后）较2015年增加约21% 的情况下，实现氮氧化物减排约19%。可见，超低排放全面实施带来的氮氧化物减排成效显著，其排放浓度、排放绩效和排放总量均有显著降低。

前端低氮燃烧技术配合末端烟气脱硝技术可实现氮氧化物超低排放。在控制氮氧化物生成方面，随着低氮燃烧技术的发展，锅炉氮氧化物的生成浓度下降了20%~ 60%，但仍高于达标排放要求的5倍以上，更高于超低排放限值的10倍以上。我国从“十二五”初期开始进行大规模的脱硝装置改造，常规煤电机组基本上采用SCR技术、部分循环流化床和极少数燃煤机组选择SNCR技术或者SNCR-SCR联合脱硝技术，还原剂普遍为液氨、氨水或尿素，反应过程均是通过氨与氮氧化物反应生成氮气和水，达到去除氮氧化物的效果。因此，无论采用哪种脱硝技术路线和还原剂，在现有技术下要实现氮氧化物的有效脱除均需要反应过程中大量氨的参与。进入脱硝系统前，锅炉烟气中的氮氧化物主要包括NO、NO₂和极少量的N₂O，NO与NO₂的体积比约为95∶ 5^[13]。根据污染源普查有关资料，不同规模等级燃煤机组的平均脱硝效率在75%~ 85%^[12]，按平均水平80% 计，以氮氧化物与氨发生氧化还原反应的摩尔比1∶ 1考虑，由2018年中国火电氮氧化物排放总量119万t^[4]估算，全国燃煤机组年所需氨量（按脱硝反应氨量计）共计约176万t。

脱硝系统依据氮氧化物监测浓度来调节喷氨量，然而氮氧化物浓度场和烟气流场分布不均匀，氮氧化物产生随机组负荷变化较大，且测量数据具有滞后性。为保证氮氧化物的出口浓度达标，电厂在实际运行中常常直接手动增加喷氨量来保证较高的脱硝效率。氨气与烟气的混合不均匀以及催化剂堵塞、中毒等引起的脱硝效率下降等问题，往往也以同样的运行方式来解决。现阶段燃煤电厂喷氨自动化程度不高^[14]，调研结果亦显示仅50% 的机组可以实现自动控制，尚有30% 为全手工控制。与此同时，过量喷氨现象在燃煤电厂中广泛存在。以某电力集团为例，其300兆瓦级和600兆瓦级燃煤机组中过量喷氨比例最高的前五家电厂，最低超出理论所需氨量75%，最高已达到150%。整体而言，大机组过喷比例低于小机组；负荷率较低情况下，过喷现象更为明显。过量喷氨会引发整个烟气处理系统中多个设备的运行异常，如催化剂、空预器和除尘器堵塞等。这些问题将造成污染物脱除效率降低，进而导致喷氨量的进一步增加，形成恶性循环。

现阶段，在燃煤电厂日常环境管理中，一方面，氨主要作为环境风险源（以液氨作为还原剂时）和恶臭污染物被纳入监管，人们重点考虑其潜在环境风险和异味引起人们不愉快感觉的特性，并非将其作为工业废气加以管控。氨储存区域发生环境风险事故属于非正常工况；在正常工况下，脱硝系统和氨储存区域的氨逃逸均属于无组织排放。按照《恶臭污染物排放标准》（GB14554—93）、《恶臭污染物环境监测技术规范》（HJ 905—2017）的有关要求，对无组织排放的恶臭污染物，监测点应设置在下风向的排污单位法定边界线上，以恶臭污染物厂界标准值为限值考察浓度水平。另一方面，在对脱硝设施设计和运行的环保效果进行论证与考核时，一般直接借鉴工程设计中“3ppm”这一指标作为脱硝系统氨逃逸的参考限值。然而，该指标属于工程技术范畴，是指脱硝装置出口烟气中氨的浓度，其采样测试位置在脱硝装置后的烟道内。由于脱硝设施出口烟气本身具有高温、高粉尘、高腐蚀、高黏结的特点，加上烟道环境复杂、振动源多、测点位置和数量有限等因素，且氨本身又具有反应性强、易溶于水等特性，传统的废气污染物采样和测试方法并不十分适用，抽取测量和原位测量技术均有自身局限性，氨逃逸在线监测误差很大。因此，现行的煤电机组氨排放环保管理方式尚未全面考虑氨的环境影响，尤其是最终进入大气后对二次粒子形成的影响，现有监测方式和监测技术也难以反映实际进入环境空气的氨排放水平。

氮氧化物减排对于控制大气中颗粒物生成的环境正效益与过量喷氨可能引发的二次粒子生成带来的环境负效应之间，存在边际效益平衡。只有找准这个平衡点，才能获得最佳的综合环境效益。国内外许多研究成果已经表明，氨是重污染天气二次颗粒物爆发式增长的重要前体物，有的条件下甚至成为二次颗粒物生成的主控因子，对大气中PM_2.5的形成起到至关重要的作用^[5-9]。以2018年电力行业氮氧化物排放119万t^[4]计，在保守估计电厂平均过量喷氨比例20% 的情况下，全年过喷氨量将达到35万t，接近全国年氨排放量的3.8%，数量惊人。如果进一步考虑到这部分氨在其自身生产运输使用过程中的挥发，与过量喷氨相关的氨排放还将增加。正在实施的钢铁、水泥、焦化等行业超低排放改造的氮氧化物控制也采用与电厂类似的脱硝技术路线，同样存在过量喷氨的风险。当这些氨以各种形式最终进入大气，将极大影响大气中的酸碱平衡，促进颗粒物生成。因此，控制好氨投入与氮氧化物削减之间的关系，对于提升氮氧化物减排带来的综合环境效益具有重要意义。

理想状况下，脱硝系统的氨绝大部分参与了去除氮氧化物的化学反应，转化为氮气和水，少量逃逸氨跟随烟气进入后续污染物治理环节。然而，由于过量喷氨现象的存在，未参与脱硝化学反应的氨的量显著增加，部分氨在烟道中形成铵盐等物质，通过粉煤灰^[15]、脱硫废水^[16]、颗粒物等不同形式进入外环境。进入外环境的铵盐会有部分重新分解，并与直接逃逸至大气的氨气一同参与到大气二次颗粒物的形成过程中。实际运行中，已出现在烟气、脱硫废水中产生刺鼻氨味的现象，亦有因混入铵盐而造成粉煤灰品质下降难以回用的情况。目前尚未有明确的定量研究探讨氨在整个烟气处理系统中的转化规律，以及不同形态氨在外环境中的进一步转换规律。这些基础性问题制约了对过量喷氨经济环境损益的估算。

一是鼓励脱硝工程建设较早、技术水平偏低、氨逃逸率较高的电厂积极开展脱硝系统优化。通过引入先进控制算法、优化流场、自动化智能喷氨、提高催化剂质量等方式，改善氨气与氮氧化物的混合分布均匀性，尽可能避免局部过喷现象，在保证脱硝效率的同时尽可能降低氨逃逸水平。二是研发复杂烟气环境下稳定可靠的氨逃逸监测技术，尤其是自动监测技术，合理设定监测点位，提高氨逃逸监测系统与喷氨控制系统之间的响应速度。

一是开展燃煤电厂脱硝过量喷氨现象摸底调研，为管控政策制定提供基础信息。二是制定氨逃逸监测技术规范，开展过量喷氨比例与脱硝效果的经济环境边际效益研究，制定平衡氮氧化物排放与氨逃逸的脱硝控制指标，为电厂氨排放管控提供技术基础。三是试点将逃逸氨作为废气污染物纳入燃煤电厂环境管理，研究制定与不同脱硝效率水平相适应的氨逃逸控制限值，制定逃逸氨监测技术规范并将其纳入排污许可自行监测要求，在环保执法中对企业排入外环境的氨总量进行考核和监督，做好氨排放管控在环境影响评价、排污许可与自行监测、环保执法等环节的衔接。

一是深入研究大气中氨与酸反应形成铵盐后新粒子的生成和增长机制。二是系统研究燃煤电厂逃逸氨及其衍生细颗粒物在烟风系统及沿程设备中的迁移转化规律。三是开展逃逸氨的全生命周期转化研究。在此基础上，全面深刻理解逃逸氨的大气环境影响。

燃煤电厂超低排放政策实施的显著环境效益已经得到了广泛认可，实施脱硝氨管控是对这一政策的进一步完善。随着钢铁、水泥、焦化等行业陆续实施超低排放政策，以氨作为还原剂的脱硝技术正在更大范围内推广应用，工业氨排放对氨排放总量的贡献可能会进一步提升，如不加以控制可能造成大气环境隐患。燃煤电厂率先实施脱硝氨排放管控将对其他行业起到良好的示范作用，避免过量喷氨现象在其他行业的重复出现，也为其他行业完善脱硝技术路线、合理制定脱硝管控指标提供经验。