利用自制耐磨性能模拟试验装置对SCR蜂窝式催化剂进行耐磨性能试验研究。结果表明，催化剂的磨损强度主要受空速和磨损剂浓度的影响，特别是空速的影响很大。随着催化剂孔数的增加，催化剂的磨损强度和耐磨性提高。

电站锅炉系统排出的NOx是酸雨形成的主要大气污染物之一，典型电站排出的NOx由约95%的NO和约5%的NO2构成。采用低NOx燃烧器、烟再循环、等级燃烧或水蒸气注入[1]等技术可以降低NOx排出浓度，但这些技术成本高，脱硝效率低，对锅炉产生负面影响，难以大规模普及[2]。

随着中国火力发电厂大气污染物排放标准(GB13223-2003)的正式颁布，中国对电站NOx的排放做出了更严格的规定。因此，脱销效率高，价格相对便宜，适应锅炉的SCR技术在我国开始应用，呈上升趋势。

催化剂是SCR系统中最重要的组成部分，目前市场上SCR催化剂主要有蜂窝式、板式、波纹板式三种，其中蜂窝催化剂的市场占有率最高，约为60%~70%[3]。蜂窝催化剂的性能直接影响SCR系统的脱销效率，其采购、更换和维护成本是SCR系统运行费用的主要部分。影响蜂窝催化剂活性的因素很多，烟尘粒子对催化剂的磨损是失活的主要原因之一。由于我国煤种的特性和成本，发电厂经常使用高钙煤、劣质煤，燃烧这些煤种产生的烟尘粒子大，硬度高，成分复杂，催化剂磨损加剧，严重时催化剂更换周期缩短，维护费用增加。因此，对蜂窝催化剂的耐磨性进行了试验研究，具有一定的理论和实践意义。本文研究了蜂窝SCR催化剂的磨损性能，系统讨论了磨损剂浓度、空速(按催化剂容积计算)、接触时间、蜂窝催化剂孔数等因素对催化剂磨损性能的影响，为燃煤发电厂根据烟气条件选择合适的催化剂提供理论依据。

1试验材料和方法

1.1试验装置和材料

耐磨性能模拟试验装置是江苏龙源催化剂有限公司自制的SCR蜂窝催化剂采用江苏龙源催化剂有限公司生产的3种型号催化剂磨损剂是江苏宜兴生产精制石英矿砂的端部硬化浸渍液是江苏龙源催化剂有限公司开发的全自动电子天平厂家是梅特勒托利多(上海)仪器有限公司。

1.2试验方法

取催化剂的一部分作为样品，在105e烤箱中干燥1h，放置在干燥盘中冷却24h，以一定的流速通过样品，经过特定时间测量试验块和参比试验块的重量损失和收集的磨损剂重量决定试验块的磨损强度和净失重率。

磨损强度=(1-W2/W1XW3/W4)/W5X100

净失重率=(W1-W2+W4-W3)/W1X100

式:W1是测试块测试前的重量，g；W2是测试块测试后的重量，g；W3是参与测试块测试前的重量，g；W4是参与测试块测试后的重量，g；W5是收集硅砂的重量，kg。

2结果与讨论

2.1SCR蜂窝催化剂磨损机理

对磨损后蜂窝催化剂进行比较分析，可观察催化剂端部磨损的情况。参与催化剂试件没有暴露在磨损剂中，因此没有明显的磨损现象。试验块的端部磨损后，端面整体呈弧形向内凹陷，各孔的内壁也呈弧形。

这可能是因为管道内和通孔内的风速分布遵循流体动力学，由于滞流边界层的存在，接近管道壁面和催化剂内壁面的风速小，其中的磨损剂动能小，接近管道壁面部分的催化剂磨损比较小。管道和通孔中部风雷诺系数大，风速高，其中磨损剂动能高，催化剂中部磨损加剧，磨损后催化剂断面弧形。

此外，磨损的催化剂内壁更光滑，厚度减小的原因可能是/马格努斯效应0(见图1、2)。

图1马格努斯效果表示

图2烟尘粒子对催化剂墙面的磨损表示

从图1、2可以看出，烟尘粒子被烟包裹在前面运动的同时，自己也发生了旋转，由于滞流边界层的存在，接近催化剂墙面的风速小，通孔中部的风速大，粒子的旋转角度矢量和自己的飞行速度矢量不一致，根据伯的努力原理，速度的差异会导致压力的差异

2.2磨料浓度对催化剂磨料强度的影响

磨料浓度与催化剂磨料强度的关系见图3a。从图3a可以看出，随着磨损剂用量的增加，在同一试验时间内，磨损失率逐渐增加，磨损强度先增加后减少。磨损强度的定义是每消耗1kg硅砂时催化剂的磨损重量，硅砂重量(灰浓度)超过一定范围后(本试验为32g/m3)，磨损强度反而下降。

2.3空速对催化剂磨损强度的影响

空速与催化剂磨损强度的关系见图3b。从图3b可以看出，空速对催化剂的磨损强度有很大影响。在同样的试验时间和灰色浓度下，随着空速的增加，磨损强度和磨损失率急速增加，耐磨损性能下降。催化剂磨损机理表明，接近管壁面和催化剂内壁面的风速较小，其中的磨损剂动能较小，接近管壁面部分的催化剂磨损较小。

管道和通孔中部风速高，其中磨损剂动能高，催化剂中部磨损加剧，磨损后的催化剂断面弧形。因此，相同的灰色浓度，风速越高，磨损剂的动能越大，磨损强度和磨损失率急速增加。在SCR脱硝工程中，如果催化剂的实际运行条件偏离设计要求，如果烟雾量增加，催化剂的磨损会加剧，抗磨损性能会下降，必然会影响催化剂的寿命，增加SCR系统的运行成本。

2.4磨损时间对催化剂磨损强度的影响

磨损时间与催化剂磨损强度的关系见图3c。

图3催化剂浓度、空速、磨损时间与磨损强度的关系

从图3c可以看出，催化剂的净失重率随着磨损时间的增加而上升，两者呈现出接近线性的关系，但催化剂的磨损强度曲线在系统运行3小时后变得平稳，即试验稳定后，磨损强度基本上与磨损时间无关。

2.5根据催化剂端部硬化后的耐磨性能差异

催化剂端部硬化作用原理如图4所示，催化剂表面浸泡硬化液后，在比常温高的烟雾中，硬化液受热后的化学构成发生变化，硬度远远高于烟雾粒子的化学物质

图4催化剂硬化层的作用原理

催化剂经过端部硬化处理后，参加块和试验块经过磨损试验，其端部和墙面无明显磨损现象，未硬化处理的试验块端部磨损后，整体呈弧形向内凹陷，端部硬化处理显着改善蜂窝催化剂的耐磨性

同时为了考察催化剂在浸渍了端部硬化液后对脱硝效率的影响,在同一根催化剂上另外选取两块活性试验试块,其中一块进行硬化处理,另一块未进行硬化处理,分别测试两者的脱硝效率,结果如表1所示。

表1硬化前后催化剂脱硝效率对比项

两者的脱硝效率保持不变,说明催化剂浸渍端部硬化液后不会对催化剂的活性造成不利影响。

试验中选择抗压强度相似的3种催化剂。随着孔数的增加，催化剂磨损减重，壁厚磨损减薄的程度逐渐下降，耐磨性能提高。端部硬化处理的催化剂，其耐磨性能比未硬化处理明显提高，整体趋势依然随孔数的增加，耐磨性能相对提高。

经硬化处理的催化剂，其壁厚磨损减薄的程度急剧减小，与未硬化处理的催化剂相比，3种规格的催化剂壁厚磨损减薄的程度一致。催化剂端部硬化处理大大改善了催化剂的耐磨性，提高了催化剂的寿命，降低了更换和维护成本。

3结语

利用自制的SCR蜂窝催化剂耐磨性能模拟试验装置，对催化剂进行耐磨性能试验研究，催化剂的磨损强度主要受空速和磨损剂浓度的影响，其中特别是空速的影响最大。同时，随着催化剂孔数的增加，催化剂的磨损强度和耐磨性也同时提高。

以上结果表明，发电厂的实际运行条件对催化剂的耐磨性和寿命有很大影响，在进行催化剂的选择设计时，应根据发电厂的实际条件合理选择催化剂。

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