作者：郑晓敏
平板式催化剂是将活性材料涂覆在不锈钢网上制成的，催化剂质量的40%～50%是不锈钢基材网．活性物质仅占催化剂质量的50%～60%。虽然催化剂端面的不锈钢网暴露在迎风面中，可阻止烟气对端面催化剂的磨损，但是催化剂表面的磨损也不容忽视。研究发现，壁面磨损是导致催化剂耐磨损性能下降的主要原因，亦即催化剂的磨损行为主要发生在壁面。平板式催化剂由于有不锈钢网的支撑，过度磨损虽不会引起催化剂的断裂和坍塌，但会造成催化剂有效化学组分的流失．同时高粉尘炯气容易引起催化剂的堵塞和中毒，从而引起催化剂活性的降低，最终影响到脱硝系统NOx的排放浓度。凶此，平板式催化剂的抗磨损性能也逐渐受到人们的重视。
根据DL/T1286-2013《火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范》的规定，平板式催化剂的磨损强度采用研磨法测试，蜂窝式催化剂的磨损强度采用石英砂加速试验法（以下简称石英砂法）测试。实际运行过程中，催化剂长期受到高灰炯尘的冲刷．为更好地了解催化剂在烟尘中的抗磨损特性，本文对平板式催化剂的磨损强度分别采用研磨法和石英砂法进行试验研究，以期科学地评判平板式催化剂抗磨损性能。
1试验方法
1.1 研磨法
测试装置为旋转式磨耗仪．测试前后催化剂样品均进行干燥处理，在砂轮上加载重量为1 kg的砝码，以60 r/min的转速研磨5 min，称量测试前后样品质量，通过式(1)计算得到催化剂磨损强度值。
式巾：ξp为平板式催化剂的磨损强度，mg；W1、W2分别为试验试块测试前、后重量，mg。
1.2石英砂法
石英砂法为气流携带磨损剂摩擦试验，该方法能更为贴切地模拟催化剂在烟气中的实际磨损特性。平板式催化剂石英砂磨损试验试样的制备方法为：催化剂均只取平面部分（即不含折皱部分），将催化剂切割为面积为50 mmxl00 mm的样品共9片，恒重后装入安装盒．间距为7 mm。催化剂样品包括参比样品和试验样品。磨损剂为粒径0.282～0.300 mm的高硬度石英砂，试验时磨损剂质量为(50+5)g，调整风速为(14.5+0.5) m/s，磨损时间2h。根据称量试验前后参比样品和试验样品的质量计算磨损强度（单位：%/kg，即通过单位质量的磨损剂时催化剂的失重率，数值越小．耐磨损性能越优异）。
平板式催化剂与蜂窝式催化剂在结构型式上存在差异，蜂窝式催化剂的质量全部由其主要成分组成，而平板式催化剂的质量由金属基材和主要成分组成，因此本文针对平板式催化剂石英砂磨损强度考虑2种计算方式(见式(2)和式(3）），即包含金属基材质量的计算方法(式(2））和剔除金属基材质量的计算方法(式(3))。
式中：ξ为磨损强度，%/kg;W1为参比试样测试前质量，g；W2为参比试样测试后质量，g；W3为磨损试样测试前质量，g；W4为磨损试样测试后质量，g；W5为收集罐收集到的磨料质量，kg。W0为试样基材质量，g。
2试验结果
研磨试验和石英砂试验所选样品为目前国内市场上主流的4个平板式催化剂生产厂产品，分别以催化剂A、催化剂B.催化剂C和催化剂D标识（试验中相应生产厂样品为同一批次）。
2.1 研磨法试验结果
平板式催化剂磨损强度研磨法测试结果如表l所示，磨损前后催化剂实物如图1~8所示。
从表1可以看出，4个催化剂样品研磨法磨损强度最小的是385 mg，最大的为l 150 mg，相差近3倍。不同种催化剂机械性能的差异与其成分和制作工艺有关。目前，业界对于平板式催化剂研磨法的磨损强度还没有统一的标准，各催化剂生产厂家给出的性能保证值也相差较大，这不利于客观判定平板式催化剂的优劣。
由表1还可发现，对于同等尺寸的试样，不同厂家的催化剂基材在催化剂元件巾所占比例不同．如样品A和样品C中基材占催化剂质量分数相差约10%：基材质量分数越大，则活性物质所占的比例就越小。
由图1~8可以看到．4个催化剂样品磨损程度由轻到重的排序为A催化剂、D催化剂、B催化剂、C催化剂。经过砂轮的研磨后，4个样品的金属基材网均有不同程度的裸露，样品A和D金属网孔内的活性物质基本无损失，但样品B和C金属网孔内的活性物质已有部分流失，其中样品C金属网孔内的活性物质流失最严重，即金属网孔内约60%以上的活性物质已脱落（见图6），说明该催化剂化学涂层与金属基材网的粘附能力较差。在实际运行过程中，平板式催化剂需要经受烟尘冲刷、吹灰器振动以及自身振动，化学涂层附着能力差则存在活性物质容易大面积脱落的风险，从而直接影响脱硝系统NOx排放浓度。
试验发现研磨测试法存在如下问题：
(l)标准中未规定砂轮的型号，而市售砂轮的型号有很多种．不同材料的砂轮磨损试验结果差异较大：
(2)磨损范围仅限于砂轮经过的位置，局限性较大：
(3)试验结果受化学涂层厚度及密度影响较大；
(4)无法真实反应飞灰对催化剂磨损强度的影响：
(5)缺乏判定平板式催化剂的抗磨损能力的统一标准。
2.2 石英砂法试验结果
平板式催化剂磨损强度石英砂法测试结果如表2所示。磨损前后催化剂实物如图9～16所示。
从式(2)计算的测试结果来看．4个催化剂样品的耐磨损性能由高到低的顺序为A催化剂、C
催化剂、B催化剂、D催化剂：而式(3)计算的测试结果表明，4个催化剂样品的耐磨损性能由高到低的顺序为A催化剂、D催化剂、B催化剂、C催化剂，其与研磨法所得结果趋势基本一致。不同厂家平板式催化剂中金属基材所占比例相差较大．而且在磨损试验中，金属基材不参与磨损过程，凶此笔者认为式(3)计算方法所得结果更能反映平板式催化剂中活性物质的磨损情况。
目前行业中对于蜂窝式催化剂硬化端和非硬化端的磨损强度标准已有普遍的认同，即硬化端磨损强度值应≤0.080/o/kg，非硬化端磨损强度值应≤0.15%/kg。本次试验4个样品石英砂磨损强度测试结果均高于蜂窝式催化剂非硬化端磨损强度值≤0.15%/kg的要求，凶此从石英砂磨损试验结果来看，采用同一试验条件，无论采用式(2)还是式(3)计算，平板式催化剂经过石英砂磨损后磨损强度值普遍比蜂窝式的要高，即平板式催化剂耐磨损性能均较蜂窝式催化剂低。分析其原冈与平板式催化剂的生产T-艺有关，平板式催化剂是将活性物质通过挤压的方式涂附在金属基材上，而蜂窝式催化剂是将活性物质混合后经过整体挤压成型：平板式与蜂窝式催化剂密度均为0.4~0.55 g/cm3,而不锈钢的密度约为7.5 g/cm3，平板式催化剂中45%～55%的质量为金属基材，对于相同体积催化剂中化学活性物质的密度，蜂窝式催化剂远远高于平板式催化剂，相应抗磨损性能蜂窝式催化剂也优于平板式催化剂。
从图9—16中可以看出，在石英砂法磨损试验条件下．催化剂A和D表面基本看不出磨损痕迹．而催化剂B和C表面活性物质磨损痕迹较明显．部分区域的金属网已裸露，虽然平板式催化剂附着的活性物质被磨损后不会产生催化剂坍塌等问题，但由于平板式催化剂巾活性物质仅为催化剂本体质量的500/0左右，磨损后有效化学成分的减少容易引起催化剂脱硝效率和活性等的急剧下降，从而直接影响脱硝系统的NOx排放浓度。
2.3不同风速下平板式催化剂磨损强度比较
本文对已建脱硝装置机组催化剂设计通道内烟气流速进行了统计分析，蜂窝式催化剂为5.13~8.10 m/s,平均值为6.29 m/s;平板式催化剂为4.50～6.10 m/s，平均值为5.33 m/s。可以看出，在实际运行时平板式催化剂设计通道内烟气流速要低于蜂窝式催化剂，、研究表明，通道内流速对蜂窝式催化剂的磨损影响较大，流速越高磨损越严重。因此．本文选取同一厂家相同批次平板式催化剂对不同风速下的磨损强度进行了比较，结果如表3和图17所示。
以式(2)计算结果为例，从表3和图17可看m．风速从12.5 m/s变化到14.5 m/s时，平板式催化剂的磨损强度由0.105%/kg升高到0.235%/kg，涨幅达到124%，而风速从14.5 m/s升高到16.5 m/s时，磨损强度变化幅度很小，基本平稳。由此可看出，试验风速的选取对于平板式催化剂磨损强度的评判有较大的影响。笔者认为，鉴于平板式催化剂设计通道内流速低于蜂窝式催化剂．采用石英砂磨损试验评判平板式催化剂的抗磨损能力时，适当降低风速可更客观地反映催化剂在反应器内的磨损情况。
3结语
本文研究结果表明：(1)2种磨损试验方法所得结果具有相近似性，均能从不同方面反映催化剂的磨损状况，冈而可结合研磨法和石英砂法的试验结果来评判平板式催化剂的磨损强度；(2)试验风速的选取对于平板式催化剂的磨损强度试验结果有较大的影响，应参照平板式催化剂设计通道内流速进行选取，以便获得与实际应用相匹配的结果。
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