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作者：鄭曉敏

   平板式催化劑是將活性材料涂覆在不銹鋼網(wǎng)上制成的，催化劑質(zhì)量的40%～50%是不銹鋼基材網(wǎng)．活性物質(zhì)僅占催化劑質(zhì)量的50%～60%。雖然催化劑端面的不銹鋼網(wǎng)暴露在迎風(fēng)面中，可阻止煙氣對(duì)端面催化劑的磨損，但是催化劑表面的磨損也不容忽視。研究發(fā)現(xiàn)，壁面磨損是導(dǎo)致催化劑耐磨損性能下降的主要原因，亦即催化劑的磨損行為主要發(fā)生在壁面。平板式催化劑由于有不銹鋼網(wǎng)的支撐，過(guò)度磨損雖不會(huì)引起催化劑的斷裂和坍塌，但會(huì)造成催化劑有效化學(xué)組分的流失．同時(shí)高粉塵炯?xì)馊菀滓�起催化劑的堵塞和中毒，從而引起催化劑活性的降低，最終影響到脫硝系統(tǒng)NOx的排放濃度。兇此，平板式催化劑的抗磨損性能也逐漸受到人們的重視。

  根據(jù)DL/T1286-2013《火電廠煙氣脫硝催化劑檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，平板式催化劑的磨損強(qiáng)度采用研磨法測(cè)試，蜂窩式催化劑的磨損強(qiáng)度采用石英砂加速試驗(yàn)法（以下簡(jiǎn)稱石英砂法）測(cè)試。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，催化劑長(zhǎng)期受到高灰炯?jí)m的沖刷．為更好地了解催化劑在煙塵中的抗磨損特性，本文對(duì)平板式催化劑的磨損強(qiáng)度分別采用研磨法和石英砂法進(jìn)行試驗(yàn)研究，以期科學(xué)地評(píng)判平板式催化劑抗磨損性能。

1試驗(yàn)方法

1.1  研磨法

  測(cè)試裝置為旋轉(zhuǎn)式磨耗儀．測(cè)試前后催化劑樣品均進(jìn)行干燥處理，在砂輪上加載重量為1 kg的砝碼，以60 r/min的轉(zhuǎn)速研磨5 min，稱量測(cè)試前后樣品質(zhì)量，通過(guò)式(1)計(jì)算得到催化劑磨損強(qiáng)度值。

式巾：ξp為平板式催化劑的磨損強(qiáng)度，mg；W1、W2分別為試驗(yàn)試塊測(cè)試前、后重量，mg。

1.2石英砂法

  石英砂法為氣流攜帶磨損劑摩擦試驗(yàn)，該方法能更為貼切地模擬催化劑在煙氣中的實(shí)際磨損特性。平板式催化劑石英砂磨損試驗(yàn)試樣的制備方法為：催化劑均只取平面部分（即不含折皺部分），將催化劑切割為面積為50 mmxl00 mm的樣品共9片，恒重后裝入安裝盒．間距為7 mm。催化劑樣品包括參比樣品和試驗(yàn)樣品。磨損劑為粒徑0.282～0.300 mm的高硬度石英砂，試驗(yàn)時(shí)磨損劑質(zhì)量為(50+5)g，調(diào)整風(fēng)速為(14.5+0.5)  m/s，磨損時(shí)間2h。根據(jù)稱量試驗(yàn)前后參比樣品和試驗(yàn)樣品的質(zhì)量計(jì)算磨損強(qiáng)度（單位：%/kg，即通過(guò)單位質(zhì)量的磨損劑時(shí)催化劑的失重率，數(shù)值越�。�耐磨損性能越優(yōu)異）。

  平板式催化劑與蜂窩式催化劑在結(jié)構(gòu)型式上存在差異，蜂窩式催化劑的質(zhì)量全部由其主要成分組成，而平板式催化劑的質(zhì)量由金屬基材和主要成分組成，因此本文針對(duì)平板式催化劑石英砂磨損強(qiáng)度考慮2種計(jì)算方式(見(jiàn)式(2)和式(3）），即包含金屬基材質(zhì)量的計(jì)算方法(式(2））和剔除金屬基材質(zhì)量的計(jì)算方法(式(3))。

式中：ξ為磨損強(qiáng)度，%/kg;W1為參比試樣測(cè)試前質(zhì)量，g；W2為參比試樣測(cè)試后質(zhì)量，g；W3為磨損試樣測(cè)試前質(zhì)量，g；W4為磨損試樣測(cè)試后質(zhì)量，g；W5為收集罐收集到的磨料質(zhì)量，kg。W0為試樣基材質(zhì)量，g。

2試驗(yàn)結(jié)果

  研磨試驗(yàn)和石英砂試驗(yàn)所選樣品為目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上主流的4個(gè)平板式催化劑生產(chǎn)廠產(chǎn)品，分別以催化劑A、催化劑B.催化劑C和催化劑D標(biāo)識(shí)（試驗(yàn)中相應(yīng)生產(chǎn)廠樣品為同一批次）。

2.1  研磨法試驗(yàn)結(jié)果

  平板式催化劑磨損強(qiáng)度研磨法測(cè)試結(jié)果如表l所示，磨損前后催化劑實(shí)物如圖1~8所示。

  從表1可以看出，4個(gè)催化劑樣品研磨法磨損強(qiáng)度最小的是385 mg，最大的為l 150 mg，相差近3倍。不同種催化劑機(jī)械性能的差異與其成分和制作工藝有關(guān)。目前，業(yè)界對(duì)于平板式催化劑研磨法的磨損強(qiáng)度還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各催化劑生產(chǎn)廠家給出的性能保證值也相差較大，這不利于客觀判定平板式催化劑的優(yōu)劣。

  由表1還可發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同等尺寸的試樣，不同廠家的催化劑基材在催化劑元件巾所占比例不同．如樣品A和樣品C中基材占催化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差約10%：基材質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，則活性物質(zhì)所占的比例就越小。

  由圖1~8可以看到．4個(gè)催化劑樣品磨損程度由輕到重的排序?yàn)锳催化劑、D催化劑、B催化劑、C催化劑。經(jīng)過(guò)砂輪的研磨后，4個(gè)樣品的金屬基材網(wǎng)均有不同程度的裸露，樣品A和D金屬網(wǎng)孔內(nèi)的活性物質(zhì)基本無(wú)損失，但樣品B和C金屬網(wǎng)孔內(nèi)的活性物質(zhì)已有部分流失，其中樣品C金屬網(wǎng)孔內(nèi)的活性物質(zhì)流失最嚴(yán)重，即金屬網(wǎng)孔內(nèi)約60%以上的活性物質(zhì)已脫落（見(jiàn)圖6），說(shuō)明該催化劑化學(xué)涂層與金屬基材網(wǎng)的粘附能力較差。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，平板式催化劑需要經(jīng)受煙塵沖刷、吹灰器振動(dòng)以及自身振動(dòng)，化學(xué)涂層附著能力差則存在活性物質(zhì)容易大面積脫落的風(fēng)險(xiǎn)，從而直接影響脫硝系統(tǒng)NOx排放濃度。

  試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)研磨測(cè)試法存在如下問(wèn)題：

  (l)標(biāo)準(zhǔn)中未規(guī)定砂輪的型號(hào)，而市售砂輪的型號(hào)有很多種．不同材料的砂輪磨損試驗(yàn)結(jié)果差異較大：

  (2)磨損范圍僅限于砂輪經(jīng)過(guò)的位置，局限性較大：

  (3)試驗(yàn)結(jié)果受化學(xué)涂層厚度及密度影響較大；

  (4)無(wú)法真實(shí)反應(yīng)飛灰對(duì)催化劑磨損強(qiáng)度的影響：

  (5)缺乏判定平板式催化劑的抗磨損能力的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

2.2  石英砂法試驗(yàn)結(jié)果

  平板式催化劑磨損強(qiáng)度石英砂法測(cè)試結(jié)果如表2所示。磨損前后催化劑實(shí)物如圖9～16所示。

從式(2)計(jì)算的測(cè)試結(jié)果來(lái)看．4個(gè)催化劑樣品的耐磨損性能由高到低的順序?yàn)锳催化劑、C

催化劑、B催化劑、D催化劑：而式(3)計(jì)算的測(cè)試結(jié)果表明，4個(gè)催化劑樣品的耐磨損性能由高到低的順序?yàn)锳催化劑、D催化劑、B催化劑、C催化劑，其與研磨法所得結(jié)果趨勢(shì)基本一致。不同廠家平板式催化劑中金屬基材所占比例相差較大．而且在磨損試驗(yàn)中，金屬基材不參與磨損過(guò)程，兇此筆者認(rèn)為式(3)計(jì)算方法所得結(jié)果更能反映平板式催化劑中活性物質(zhì)的磨損情況。

  目前行業(yè)中對(duì)于蜂窩式催化劑硬化端和非硬化端的磨損強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)已有普遍的認(rèn)同，即硬化端磨損強(qiáng)度值應(yīng)≤0.080/o/kg，非硬化端磨損強(qiáng)度值應(yīng)≤0.15%/kg。本次試驗(yàn)4個(gè)樣品石英砂磨損強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果均高于蜂窩式催化劑非硬化端磨損強(qiáng)度值≤0.15%/kg的要求，兇此從石英砂磨損試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，采用同一試驗(yàn)條件，無(wú)論采用式(2)還是式(3)計(jì)算，平板式催化劑經(jīng)過(guò)石英砂磨損后磨損強(qiáng)度值普遍比蜂窩式的要高，即平板式催化劑耐磨損性能均較蜂窩式催化劑低。分析其原岡與平板式催化劑的生產(chǎn)T-藝有關(guān)，平板式催化劑是將活性物質(zhì)通過(guò)擠壓的方式涂附在金屬基材上，而蜂窩式催化劑是將活性物質(zhì)混合后經(jīng)過(guò)整體擠壓成型：平板式與蜂窩式催化劑密度均為0.4~0.55 g/cm3,而不銹鋼的密度約為7.5 g/cm3，平板式催化劑中45%～55%的質(zhì)量為金屬基材，對(duì)于相同體積催化劑中化學(xué)活性物質(zhì)的密度，蜂窩式催化劑遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平板式催化劑，相應(yīng)抗磨損性能蜂窩式催化劑也優(yōu)于平板式催化劑。

  從圖9—16中可以看出，在石英砂法磨損試驗(yàn)條件下．催化劑A和D表面基本看不出磨損痕跡．而催化劑B和C表面活性物質(zhì)磨損痕跡較明顯．部分區(qū)域的金屬網(wǎng)已裸露，雖然平板式催化劑附著的活性物質(zhì)被磨損后不會(huì)產(chǎn)生催化劑坍塌等問(wèn)題，但由于平板式催化劑巾活性物質(zhì)僅為催化劑本體質(zhì)量的500/0左右，磨損后有效化學(xué)成分的減少容易引起催化劑脫硝效率和活性等的急劇下降，從而直接影響脫硝系統(tǒng)的NOx排放濃度。

2.3不同風(fēng)速下平板式催化劑磨損強(qiáng)度比較

  本文對(duì)已建脫硝裝置機(jī)組催化劑設(shè)計(jì)通道內(nèi)煙氣流速進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，蜂窩式催化劑為5.13~8.10 m/s,平均值為6.29 m/s;平板式催化劑為4.50～6.10  m/s，平均值為5.33 m/s�？梢钥闯觯�在實(shí)際運(yùn)行時(shí)平板式催化劑設(shè)計(jì)通道內(nèi)煙氣流速要低于蜂窩式催化劑，、研究表明，通道內(nèi)流速對(duì)蜂窩式催化劑的磨損影響較大，流速越高磨損越嚴(yán)重。因此．本文選取同一廠家相同批次平板式催化劑對(duì)不同風(fēng)速下的磨損強(qiáng)度進(jìn)行了比較，結(jié)果如表3和圖17所示。

  以式(2)計(jì)算結(jié)果為例，從表3和圖17可看m．風(fēng)速?gòu)?2.5 m/s變化到14.5 m/s時(shí)，平板式催化劑的磨損強(qiáng)度由0.105%/kg升高到0.235%/kg，漲幅達(dá)到124%，而風(fēng)速?gòu)?4.5 m/s升高到16.5 m/s時(shí)，磨損強(qiáng)度變化幅度很小，基本平穩(wěn)。由此可看出，試驗(yàn)風(fēng)速的選取對(duì)于平板式催化劑磨損強(qiáng)度的評(píng)判有較大的影響。筆者認(rèn)為，鑒于平板式催化劑設(shè)計(jì)通道內(nèi)流速低于蜂窩式催化劑．采用石英砂磨損試驗(yàn)評(píng)判平板式催化劑的抗磨損能力時(shí)，適當(dāng)降低風(fēng)速可更客觀地反映催化劑在反應(yīng)器內(nèi)的磨損情況。

3結(jié)語(yǔ)

  本文研究結(jié)果表明：(1)2種磨損試驗(yàn)方法所得結(jié)果具有相近似性，均能從不同方面反映催化劑的磨損狀況，岡而可結(jié)合研磨法和石英砂法的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)評(píng)判平板式催化劑的磨損強(qiáng)度；(2)試驗(yàn)風(fēng)速的選取對(duì)于平板式催化劑的磨損強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果有較大的影響，應(yīng)參照平板式催化劑設(shè)計(jì)通道內(nèi)流速進(jìn)行選取，以便獲得與實(shí)際應(yīng)用相匹配的結(jié)果。