干法脱硝设备：原理、类型与核心技术全解析

一、干法脱硝设备的基本原理

1. 脱硝技术的核心目标

• 减少工业废气中的氮氧化物（NOx，主要为 NO 和 NO₂）排放，降低酸雨、光化学烟雾等环境危害。

• 干法脱硝因无废水产生、工艺简单、适用范围广等特点，成为钢铁、电力、水泥等行业的主流选择之一。

2. 干法脱硝的核心化学反应原理

• 选择性催化还原（SCR）：

• 4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O（有氧条件）

• 2NO₂ + 4NH₃ + O₂ → 3N₂ + 6H₂O

• 原理：在催化剂作用下，利用氨（NH₃）或尿素等还原剂，将 NOx 还原为氮气（N₂）和水（H₂O）。

• 典型反应式：

• 选择性非催化还原（SNCR）：

• 原理：在高温（850~1100℃）条件下，直接喷入氨或尿素，与 NOx 反应生成 N₂和 H₂O，无需催化剂。

• 其他干法技术：

• 活性炭吸附法：利用活性炭的吸附能力捕获 NOx，可同步脱硫脱硝。

• 电子束照射法：通过高能电子束激发废气，使 NOx 转化为硝酸，再与氨反应生成硝酸铵。

二、干法脱硝设备的主要类型

1. 按工艺原理分类

2. 按应用行业分类

• 电力行业：燃煤电厂锅炉配套 SCR/SNCR 设备，处理大流量、中低浓度 NOx 废气。

• 钢铁行业：烧结机、高炉煤气脱硝多用 SNCR 或 SCR，需适应高粉尘、高温度工况。

• 水泥行业：回转窑高温段采用 SNCR，低温段（如余热锅炉）可结合 SCR。

• 化工 / 垃圾焚烧：活性炭法更适合处理含重金属、二噁英等复杂污染物的废气。

三、干法脱硝设备的核心技术解析

1. 催化剂技术（以 SCR 为例）

• 催化剂类型：

• 钒钛系（V₂O₅-TiO₂）：广泛应用于电厂，活性高但需规避 SO₂中毒。

• 分子筛类（如 ZSM-5）：适用于高温或高粉尘环境，抗硫性强。

• 关键性能指标：

• 活性（脱硝效率）、选择性（抑制副反应）、抗毒性（抗粉尘、SO₂等）、寿命。

• 技术挑战：

• 低温催化剂开发（如 < 200℃），以适应低品位余热利用场景。

• 催化剂再生技术：通过酸洗、焙烧等工艺延长使用寿命，降低成本。

2. 还原剂制备与喷射技术

• 还原剂选择：

• 液氨（高纯度，需防泄漏）、尿素（安全性高，需热解为 NH₃）、氨水（浓度 20%~25%）。

• 喷射系统设计：

• 关键：确保还原剂与废气均匀混合，避免局部氨逃逸或脱硝不充分。

• 技术：采用雾化喷嘴、静态混合器、流场模拟（CFD）优化布气。

3. 设备抗磨损与防堵技术

• 高粉尘场景（如电厂）：

• 催化剂模块采用耐磨涂层或防磨衬里。

• 增设预除尘装置（如静电除尘器），降低粉尘对设备的冲击。

• 温度控制：

• SNCR 需精确监测反应温度窗口，避免因温度不足导致还原剂无效分解。

四、干法脱硝设备的应用现状与发展趋势

1. 市场应用现状

• 国内电力行业干法脱硝普及率超 90%，钢铁、水泥行业正在加速改造。

• 政策驱动：如《钢铁工业大气污染物排放标准》要求 NOx 排放浓度≤100mg/m³，推动高效脱硝设备升级。

2. 技术发展趋势

• 低能耗化：开发低温 SCR 催化剂，减少废气预热能耗。

• 智能化：集成在线监测（NOx 传感器）、自动控制（PLC/DCS 系统），实现精准喷氨和能效优化。

• 一体化技术：SCR+SNCR 联合工艺（如 Hybrid 脱硝），兼顾效率与成本。

• 绿色材料：无钒催化剂、可降解吸附材料的研发，降低二次污染风险。

五、典型案例：某电厂 SCR 干法脱硝项目

1. 项目背景

• 处理气量：100 万 m³/h，初始 NOx 浓度：400mg/m³，目标排放≤50mg/m³。

• 采用高尘型 SCR 工艺，催化剂层布置为 “2+1”（预留一层备用）。

2. 运行效果

• 脱硝效率稳定在 90% 以上，氨逃逸率 < 3ppm，年节约还原剂成本约 200 万元。

• 挑战：催化剂每 3 年需再生一次，再生成本占初始投资的 15%。

六、总结与展望