氮氧化物怎么減？
近年來，我國不斷增加和修訂各行業氮氧化物排放限值，新修訂的《環境空氣質量標準》也收緊了二氧化氮的濃度限值。
氮氧化物具有多重的環境效應。我國的氮氧化物排放近年來增長迅猛，導致區域臭氧和PM2.5污染加重，大范圍的灰霾現象時有發生。我國酸雨正在由硫酸型酸雨向硫酸/硝酸復合型過渡，氮氧化物排放增加引起的氮沉降成為我國水體富營養化的重要原因之一，氮氧化物中的二氧化氮更對人體健康也有著直接的危害，這些都對人民群眾的身體健康和生態環境造成了嚴重影響。
2005年，權威科學雜志《自然》上刊登了一篇關于二氧化氮的論文。文中的全球衛星遙感圖顯示，包含京津冀、山東半島、山西中北部、陜西關中及長三角的廣大華北及華東地區二氧化氮污染已呈連片分布，并成為我國對流層二氧化氮污染最嚴重的區域。隨著我國經濟的發展，人口不斷增長和能源消費量的增加，氮氧化物排放量已由1980年的486萬噸增至2000年的1177萬噸。而據最新統計的結果，我國2011年氮氧化物排放量已達2273.6萬噸，呈加速上升態勢。
根據環境保護部、國家統計局和農業部聯合發布的《第一次全國污染源普查公報》，我國氮氧化物主要來源于電力行業、機動車尾氣和非金屬礦物制品業，合計排放氮氧化物占到總量的83％。為了進一步扼制氮氧化物不斷增長的趨勢，我國《國民經濟和社會發展“十二五”規劃綱要》已明確在“十二五”期間將氮氧化物排放量減少10％作為主要目標之一。為實現這一目標，《國務院關于印發“十二五”節能減排綜合性工作方案的通知》更進一步明確要求，推動燃煤電廠、水泥等行業脫硝，形成氮氧化物削減能力358萬噸。
我國自2000年以來，不斷增加和修訂各行業氮氧化物排放限值。《火電廠大氣污染物排放標準》(2003)、《水泥廠大氣污染物排放標準》(2004)、《鍋爐大氣污染物排放標準》(2001)和《輕型汽車污染物排放標準》(2005)經過修訂均增加或者加嚴了針對氮氧化物的濃度限值。各地新建的一些針對氮氧化物減排的示范頂目也產生了較好的示范效果。許多新建電廠在建設中已開始為選擇性催化還原技術(SCR)脫硝預留使用用地。為進一步有效扼制氮氧化物排放，盡管因經濟成本問題面臨來自行業方面的較大阻力，環境保護部近年來啟動了新一輪針對氮氧化物排放標準的制修訂工作。2011年新頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223－2011)要求新建機組從2012年1月1日開始、現有機組從2014年7月1日開始執行100毫克/立方米的氮氧化物污染物排放限值。標準從征求意見到正式公布，多次引發電力行業的熱議，被稱為“世界最嚴”的排放標準。正在研究制訂的水泥行業氮氧化物排放標準，也將大幅度加嚴氮氧化物排放限值。
2012年2月29日，國務院常務會議同意發布新修訂的《環境空氣質量標準》。新標準不僅增設了飽受關注PM2.5濃度限值，還增設臭氧8小時平均濃度限值，收緊了二氧化氮的濃度限值，這也對我國氮氧化物控制提出了新的挑戰。實際上，“十一五”以來，盡管二氧化硫完成了減排任務，但是全國113個環保重點城市空氣中的二氧化氮濃度一直沒有下降。2010年，環境保護重點城市總體平均二氧化氮濃度與上年相比反而略有上升，這種增長態勢一直持續到2011年上半年。環境保護部發布的《2011年上半年環境保護重點城市環境空氣質量狀況》顯示，與2010年上半年相比，2011年上半年全國113個環境保護重點城市空氣中二氧化氮平均濃度上升5.7％，而短期內這種上升的趨勢很難扭轉。如果按2006年版《環境空氣質量標準》來衡量，2010年所有環境保護重點城市均能夠達到0.04毫克/立方米的標準限值。但如果按新發布的空氣質量標準，將有35個城市也就是31％的城市沒法達到標準限值。
我國氮氧化物減排形勢依然嚴峻。2011年前三季度，氮氧化物排放量未有下降反而上升7.2％，這為今后4年完成“十二五”期間將氮氧化物排放量減少10％目標帶來巨大挑戰。
國外控制經驗及教訓
國外在氮氧化物控制方面的經驗主要集中在固定源和移動源兩方面。
歐美在重型柴油車氮氧化物減排上也有過曲折。發動機或整車生產商為了銷售的產品更節油、更有市場競爭力，不惜采取不合理的排放控制策略，而無視氮氧化物排放的大幅增加。不能為了節油而完全犧牲氮氧化物減排，這樣的教訓，應該汲取。
國外在氮氧化物控制方面的經驗主要集中在固定源和移動源兩方面。
一、在固定源方面。美國、歐盟、日本等發達國家和地區將各類燃燒鍋爐氮氧化物減排作為重點之一。
美國酸雨計劃在《清潔空氣法》修正案(CAAA)的指引下，分兩階段減排鍋爐氮氧化物。第一階段(1996年~1999年)重點在第一類鍋爐(燃煤墻式鍋爐和切向燃燒鍋爐)安裝低氮燃燒器(LNB)，削減氮氧化物排放；第二階段(2000年以后)進一步嚴格排放標準，安裝更先進的LNB，采取與LNB成本相當的氮氧化物控制技術，實現第一類鍋爐進一步減排和第二類鍋爐(濕底鍋爐、旋風爐、蜂窩式燃燒器鍋爐和垂直燃燒鍋爐)氮氧化物減排。
歐盟從1988年開始，不斷出臺合理而嚴格的氮氧化物排放標準和減排目標，并寫入各成員國的國家法律中，有力促進了氮氧化物的減排。
日本從1973年~1983年的10年間，先后5次加嚴了各類鍋爐氮氧化物相關標準，同時在環境污染嚴重地區設立氮氧化物總量控制。
除各類鍋爐外，發達國家也將水泥、鋼鐵作為氮氧化物減排的重點行業。美國于2007年、歐盟于2009年分別頒布了新型水泥窯氮氧化物排放的可轉換控制技術更新文件及BAT文件草案，總結了各自水泥氮氧化物控制的主要經驗、技術方法及成本效益。
針對鋼鐵生產工藝的氮氧化物控制，美國控制技術文件及歐盟BAT參考文件均提出了技術方案，如針對燒結工藝的優化燒結工藝(EOS)、SCR、焦粉脫氮和活性碳吸附等技術，針對焦爐的廢氣再循環、空氣階段燃燒技術、降低焦化溫度、減小碳化室與燃燒室之間的溫度梯度等技術。
這些技術的推廣應用，極大地促進了水泥、鋼鐵氮氧化物減排，助力了氮氧化物減排目標的實現。
二、在移動源方面。美國是世界上最早推行機動車排放法規的國家，機動車排放控制指標種類最多、排放法規最嚴格。從1970年左右開始，美國多次修訂《清潔空氣法》，逐步強化對機動車、非道路機械、輪船和火車等移動污染源的尾氣排放及燃油蒸發等多種污染物的綜合控制。其中氮氧化物排放控制是非常重要的內容，也是主要的推動力之一。美國轎車的氮氧化物排放標準限值，從1973年以前的2.5克/千米，降至2009年的0.043克/千米，35年間降低了98％；重型柴油車氮氧化物的控制力度同樣驚人，1988年的重型柴油機氮氧化物排放限值是14.3克/千瓦時，到2010年降至0.27克/千瓦時，22年內同樣大幅降低98％。同時，為保證2010年以后重型柴油車氮氧化物排放標準的執行效果，美國環保局還要求利用便攜式排放測試系統(PEMS)對在用重型柴油車開展實際道路上的排放測試，并規定必須達到設定的限值。歐洲開展機動車排放控制雖然比美國晚，但進步卻更快。在1992年~2008年的16年間，歐盟基本以平均每4年加嚴一次機動車排放標準的速度，從歐Ⅰ排放標準發展到了歐Ⅴ排放標準階段，車用油品質量也隨之大幅改善。從歐Ⅰ排放標準發展到歐Ⅴ排放標準，輕型汽油車和重型柴油機的氮氧化物排放限值都降低了80％左右。預計2013年開始執行歐Ⅵ排放標準后，歐洲的機動車排放控制水平和美國基本一致。
除機動車外，非道路移動源也是氮氧化物排放的重要來源。非道路移動源包括工程機械、農業和園林機械、內陸和遠洋船舶、火車機車、飛行器等，早期在美國和歐洲都未引起足夠重視。直到1990年，美國環保局才開始著手研究和限制非道路移動源的尾氣排放，1998年對功率在37千瓦以下的非道路柴油機頒布了第一階段排放標準(Tier1)，2000年~2008年期間對所有非道路柴油機分階段實施更嚴格的第二階段(Tier2)和第三階段(Tier3)排放標準，氮氧化物排放比未采用標準前降低60％左右。1998年第一個歐洲非道路移動源排放法規以立法形式通過，在1999年~2004年分兩階段實施。2000年底，歐洲委員會又提出修正案，將功率小于19千瓦的非道路汽油發動機納入監管，使歐洲與美國的小型發動機排放標準更加一致。
但歐美在重型柴油車氮氧化物減排上也有過曲折。由于發動機的氮氧化物排放和油耗存在此消彼長的關系，為了減少氮氧化物的生成，需要犧牲一小部分油耗。因此，發動機或整車生產商為了銷售的產品更節油、更有市場競爭力，不惜采取不合理的排放控制策略，而無視氮氧化物排放的大幅增加。20世紀90年代，這種違法行為在美國市場曾經很普遍，美國環保局發現問題后對重型發動機和整車廠商做出了嚴厲的處罰，并加嚴了相關法規，要求采用車載測量方法開展重型柴油車在用符合性監管，以避免此類問題再次發生。由于此問題的普遍性，歐洲也在不久后對重型柴油車排放達標監管增加了類似要求。不能為了節油而完全犧牲氮氧化物減排，這樣的教訓，應該汲取。
重點減排領域及技術
火電、工業鍋爐、水泥、鋼鐵是我國工業氮氧化物排放大戶，也是控制的重點。目前，工業氮氧化物減排技術分為低氮氧化物燃燒技術和煙氣脫硝技術兩大類。
機動車是僅次于火電行業的我國第二大氮氧化物排放源。機動車污染控制技術主要分為機內凈化技術和排放后處理技術兩大類。
火電、工業鍋爐、水泥、鋼鐵是我國工業氮氧化物排放大戶，也是控制的重點。目前，上述行業氮氧化物減排技術分為低氮氧化物燃燒技術和煙氣脫硝技術兩大類。低氮氧化物燃燒技術在火電、工業鍋爐、水泥窯、鋼鐵等行業普遍應用，對氮氧化物減排發揮了重要作用，降低了20％～50％的氮氧化物。為了達到日益嚴格的排放標準，煙氣脫硝技術應用而生。一是SCR。脫硝效率可達到70％～90％，目前已在發達國家廣泛應用，如德國火電煙氣脫硝裝置中SCR約占95％，我國火電SCR約占脫硝裝置的88.5％。二是選擇性非催化還原技術(SNCR)。由于投資、運行費用較低，在工業鍋爐、水泥行業氮氧化物減排將發揮重要作用。三是SCR/SNCR聯合煙氣脫硝技術。結合了SCR和SNCR兩者優勢，脫硝效率適中。此外，針對水泥、鋼鐵等行業特點，開發了活性炭吸附脫硫脫硝、焦粉脫硝等技術，但尚需降低投資和運行費用，提高運行穩定性，因而在短期內難以發揮減排作用。
盡管目前煙氣脫硝技術已較成熟，但在實際應用中SCR、SNCR仍存在4個方面的問題。一是SCR、SNCR需消耗大量的氨，若80％的電廠采用此技術，則每年需消耗約500萬噸的氨，占全國氨總產量的10％，這造成環保與農業“爭糧”問題，使環保與農業兩個基本國策難以協調發展。二是泄漏的氨不僅與二氧化硫在水蒸氣作用下會生成粘附性、腐蝕性、吸附性強的硫酸氫銨，易造成空預器換熱元件堵塞和催化劑失活，造成運行成本提高，同時還會在環境中還會形成二次細粒子。三是煙氣中水溶性堿金屬和氣態砷化物進入催化劑內部并堆積，在催化劑活性位置與其他物質發生反應，引起催化劑中毒失活。四是廢催化劑難以安全處置。據預測，我國將產生5萬噸/年的SCR廢催化劑，其重金屬污染、堆積占地、安全處置等問題嚴重。
機動車是僅次于火電行業的我國第二大氮氧化物排放源。近年來隨著機動車排放標準的逐步加嚴，機動車污染控制技術也不斷進步，主要分為機內凈化技術和排放后處理技術兩大類。對于汽油車，排放控制技術發展有兩大里程碑:一是燃油閉環電子噴射(EFI)加尾氣三元催化凈化技術(TWC)；二是車載診斷系統(OBD)的廣泛應用。為了達到日益嚴格的排放標準，汽油車可以通過更加精準地控制發動機燃燒(EFI＋OBD)和不斷提高TWC的凈化效率來實現目標。對于柴油車，排放控制技術發展有三大步:一是燃油電子噴射加高壓共規技術；二是SCR；三是顆粒物捕集器(DPF)的廣泛應用。此外，降低柴油車的氮氧化物排放，還有一種技術路線是采用尾氣再循環系統(EGR)。但EGR在降低柴油機氮氧化物排放的同時，也會增加油耗和顆粒物排放，因此需要綜合考慮。更先進的技術如混合動力汽車、純電動車和燃料電池車等，則部分或徹底地改變了車輛的動力系統，屬于新能源汽車。機動車排放控制技術的快速發展，推動了機動車氮氧化物排放的大幅下降。
氮氧化物控制的對策建議
在固定源方面，加快淘汰落后產能，強化排放標準，加強在線監測，積極開展低氮燃燒及脫硝技術自主研發。
在移動源方面，重點加強重型柴油車排放控制，盡快加嚴油品質量標準，加快老舊高排放車淘汰，加嚴非道路移動源控制。
重點行業固定源氮氧化物控制方面。首先應加快淘汰落后產能，推進氮氧化物減排。我國尚有較大規模的工業鍋爐、水泥、鋼鐵落后產能，對氮氧化物排放總量貢獻較大。二是強化排放標準，嚴格控制排放。目前，我國除新發布實施了嚴格的火電氮氧化物排放標準外，水泥工業氮氧化物排放標準還存在過于寬松的問題。而工業鍋爐、鋼鐵燒結、煉焦等尚未頒布氮氧化物排放標準，這嚴重制約了這些行業氮氧化物減排工作。三是加強在線監測。水泥、鋼鐵燒結、煉焦氮氧化物排放受過程控制，排放濃度波動明顯，應加強在線監測，強化氮氧化物排放監督。四是積極開展低氮燃燒及脫硝技術自主研發。應根據我國國情，結合工業鍋爐、水泥、鋼鐵燒結、煉焦等行業特點，開展低氮燃燒、硫硝一體化脫除技術研發，加強自主知識產權脫硝技術示范，低成本推進氮氧化物減排。
移動源氮氧化物控制方面。第一，重點加強重型柴油車排放控制。重型柴油車單車氮氧化物排放是輕型車的10倍~100倍，占機動車總排放的60％以上。“十二五”期間應盡快制訂車載排放測試法規，加強重型柴油車在用符合性的監管力度；同時，在重型柴油車排放年檢中加入氮氧化物檢測，以有效評估在用車的氮氧化物減排效果；對于城市公交車和市政車輛，可大力推廣環境友好的新能源汽車，比如混合動力技術、電動車和天然氣車等。第二，盡快加嚴油品質量標準。車用燃料品質保證是實施更嚴格排放標準的基礎。區別于歐美日油品標準與排放標準同步實施，我國卻出現車用油品標準嚴重滯后于排放標準的局面。目前，除北京、上海等重點城市和地區順利實施了地方車用油品標準，提前供應符合國Ⅳ排放標準要求的車用油品外，國內其他地區連滿足國Ⅲ排放標準要求的車用柴油也遲遲未能供應。第三，加快老舊高排放車淘汰。通過環保標志制度，可以將采用較先進排放控制技術的車輛(綠標車)和采用較落后排放控制技術的車輛(黃標車)區分，通過限行、經濟激勵等多種手段加速淘汰高車齡、高里程、高排放的黃標車，對于機動車氮氧化物減排將有重要貢獻。第四，加嚴非道路移動源控制。我國尚未將非道路移動污染源納入氮氧化物統計。而目前我國非道路柴油機的氮氧化物排放控制水平還比較落后，船舶、機車和飛行器排放基本沒有控制。但非道路移動源的氮氧化物排放增長很快，我國在“十二五”期間應盡快開展相關研究，力爭在“十三五”將其納入氮氧化物總量減排方案。
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