废气脱硝设备的原理与技术解析

废气脱硝设备的原理与技术解析

脱硝设备是工业烟气治理的核心装备，通过物理或化学手段降低氮氧化物（NOx）排放，广泛应用于电力、钢铁、陶瓷等行业。其核心原理在于利用还原剂（如氨气、尿素）与NOx发生化学反应，生成无害的氮气（N₂）和水（H₂O）。目前主流技术分为选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR），两者在反应条件、效率及适用场景上存在显著差异。

一、选择性催化还原法（SCR）

原理：
SCR技术通过催化剂（如钒钛基、沸石基催化剂）降低反应活化能，使还原剂（氨气或尿素）与NOx在较低温度（300-400℃）下发生选择性反应，生成N₂和H₂O。其核心反应式为：

• 4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O

• 6NO₂ + 8NH₃ → 7N₂ + 12H₂O

技术特点：

1. 高效性：脱硝效率可达80%-90%，适用于严格排放标准场景（如燃煤电厂、垃圾焚烧厂）。

2. 催化剂依赖：催化剂性能直接影响效率与寿命。常用催化剂包括钒钛基（V₂O₅-WO₃/TiO₂）、沸石基（如Cu/Zeolite）等，需根据烟气成分（如SO₂、粉尘浓度）定制。

3. 温度窗口：反应需在300-400℃进行，通常布置在省煤器与空气预热器之间，利用锅炉尾部烟气余热。

4. 氨逃逸控制：过量氨气可能导致二次污染（如NH₄HSO₄沉积），需通过精准喷氨系统（如喷氨格栅）将氨逃逸浓度控制在≤2.5mg/m³。

应用案例：

• 火电厂：福建漳州后石电厂600MW机组采用日立SCR技术，NOx排放浓度降至50mg/m³以下。

• 钢铁行业：高炉煤气精脱硫后配套SCR脱硝，实现超低排放（NOx≤100mg/m³）。

二、选择性非催化还原法（SNCR）

原理：
SNCR技术无需催化剂，直接在高温烟气（850-1100℃）中喷射还原剂（氨水或尿素溶液），通过热分解生成氨气（NH₃），与NOx反应生成N₂和H₂O。核心反应式为：

• 4NH₃ + 4NO + O₂ → 4N₂ + 6H₂O

• 2CO(NH₂)₂ + 4NO + O₂ → 4N₂ + 2CO₂ + 4H₂O

技术特点：

1. 成本优势：系统简单，无需催化剂及反应器，投资成本较SCR低30%-50%。

2. 温度敏感：反应需在850-1100℃进行，通常布置在炉膛或旋风分离器出口，温度波动易影响效率。

3. 效率局限：脱硝效率为30%-50%，适用于改造难度大或排放要求较低的场景（如水泥窑、生物质锅炉）。

4. 氨逃逸风险：未反应的NH₃可能生成NH₄HSO₄，需优化喷射位置（如多层喷枪）和停留时间（≥0.5s）。

应用案例：

• 水泥行业：某5000t/d水泥生产线采用SNCR技术，NOx排放从800mg/m³降至400mg/m³。

• 垃圾焚烧厂：中小型焚烧炉因空间限制，优先选择SNCR作为过渡技术。

三、SCR与SNCR技术对比

四、技术发展趋势

1. SCR技术优化：

• 开发低温催化剂（如Mn基、Fe基），拓宽温度窗口至150-200℃，降低能耗。

• 集成余热回收系统，提升能源利用率（如SCR反应器后设置省煤器）。

2. SNCR技术升级：

• 结合AI算法优化喷射策略，实时调整喷氨量以适应负荷变化。

• 开发高效还原剂（如纳米尿素），提高反应速率。

3. 复合技术：

• SCR-SNCR混合工艺：在高温区采用SNCR初步脱硝，剩余NOx在低温区通过SCR深度处理，兼顾效率与成本。

• 等离子体辅助脱硝：利用等离子体活化NOx，降低反应活化能，提升SNCR效率。