1.背景

（元琛科技）氮氧化物(NOx)是大氣主要污染源之一，它能引發(fā)酸雨、光化學(xué)煙霧、地表水富營(yíng)養(yǎng)化等一系列破壞生態(tài)環(huán)境及危害人類健康的問(wèn)題。在其控制技術(shù)中，選擇性催化還原(SCＲ)技術(shù)因其脫硝效率高、技術(shù)成熟、無(wú)副產(chǎn)物生成，成為NOx減排的重點(diǎn)推薦技術(shù)。在電力行業(yè)中，SCR的一般布置方式為高灰段的布置，位于省煤器和空氣預(yù)熱器之間，高塵含量的煙氣很容易對(duì)催化劑造成磨損，造成催化劑活性降低，氮氧化物排放超標(biāo)。在水泥行業(yè)中，粉塵濃度高，有的甚至高達(dá)140g/Nm³，且粉塵粒徑小、硬度大，也極易造成催化劑的磨損。此外部分工況由于受到反應(yīng)器尺寸的限制，導(dǎo)致催化劑流速過(guò)快，極易造成催化劑的沖刷、磨損。為了更好適應(yīng)復(fù)雜的工況，脫硝催化劑的高機(jī)械強(qiáng)度成為了衡量其綜合性能的重要指標(biāo)之一。

2.技術(shù)創(chuàng)新

在SCR蜂窩式脫硝催化劑的生產(chǎn)過(guò)程中，傳統(tǒng)的方法是通過(guò)添加玻璃纖維來(lái)增加催化劑的機(jī)械強(qiáng)度。玻璃纖維的作用如混凝土中的鋼筋一般，主要承受應(yīng)力，防止催化劑開(kāi)裂與破損。玻璃纖維對(duì)脫硝催化劑的力學(xué)性能有很大影響。催化劑自身剛性小易受外力磨損，要獲得優(yōu)異的催化劑必須向載體中加入增強(qiáng)材料。玻璃纖維作為一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料，具有耐熱、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，是市場(chǎng)上應(yīng)用最廣的一種增強(qiáng)材料。在催化劑中，玻璃纖維主要起“骨架”支撐作用。當(dāng)有外力（如彎曲應(yīng)力、沖擊應(yīng)力）作用在催化劑上時(shí)，催化劑載體材料會(huì)把所受外力傳遞到每一根玻璃纖維束上，從而將外力分散，提高催化劑的性能。大量實(shí)驗(yàn)表明隨著催化劑中玻璃纖維用量的增加，催化劑的耐磨強(qiáng)度出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。即在一定范圍內(nèi)，玻璃纖維的量越大，催化劑的機(jī)械強(qiáng)度越大。但是對(duì)薄壁催化劑，玻璃纖維量越大，催化劑泥料擠出成型越困難，所以現(xiàn)在市場(chǎng)上，薄壁催化劑的機(jī)械強(qiáng)度只能達(dá)到常規(guī)值的60%，因此雖然薄壁催化劑性價(jià)比要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于厚壁催化劑，但是由于其在使用過(guò)程中極易磨損，其應(yīng)用范圍受到了很大限制，所以設(shè)計(jì)研發(fā)出一種能滿足薄壁生產(chǎn)的高強(qiáng)度催化劑有重大意義。

在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，我司研發(fā)人員通過(guò)在超細(xì)晶形的鈦白粉中引入Si、Ba離子等特定的耐磨成分，煅燒過(guò)程中來(lái)實(shí)現(xiàn)晶格摻雜、晶格滲透，從而提高催化劑的耐磨強(qiáng)度。在原有的生產(chǎn)工藝中，我們使用10um～20um銳鈦礦型的TiO2粉末為載體，除加入活性物質(zhì)、助催化劑、玻璃纖維、紙漿棉、脫模劑、粘結(jié)劑等輔料外，再加入1um～3um富含硅和鋇離子的特定物質(zhì)，通過(guò)共混法生成均質(zhì)泥料，然后通過(guò)陳腐、過(guò)濾預(yù)擠出、擠出、一次干燥、二次干燥、煅燒等工序形成單體。整體實(shí)驗(yàn)過(guò)程分別以玻璃纖維用量、Si、Ba離子含量作為變量，通過(guò)正交試驗(yàn)法來(lái)對(duì)催化劑強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)和大量數(shù)據(jù)表明，在減少玻璃纖維用量的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)控Si和Ba離子的含量，催化劑的強(qiáng)度和耐磨性能均達(dá)到了高玻璃纖維用量時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，且均在薄壁和高孔催化劑上得到了驗(yàn)證，既保證了耐磨性能又增加了擠出的順暢度。

3.應(yīng)用案例

元琛科技與中國(guó)聯(lián)合工程有限公司合作的陜西興化130t/h流化床鍋爐煙氣超低排放改造項(xiàng)目，催化劑的耐磨性能得到了很好的應(yīng)用。此工程采用SNCR+SCR脫硝工藝，以氨水為還原劑。SCR反應(yīng)器布置在鍋爐上級(jí)省煤器和下級(jí)省煤器煙道之間，煙氣垂直流向催化劑。無(wú)SCR反應(yīng)器煙氣旁路。每臺(tái)爐設(shè)置一臺(tái)反應(yīng)器。反應(yīng)器安裝飛灰吹掃裝置，采用聲波吹灰器。由于含塵量和反應(yīng)器尺寸的限制，我司為其設(shè)計(jì)的18孔蜂窩式脫硝催化劑孔內(nèi)流速達(dá)到9.1m/s。2018年7月份運(yùn)行至今，目前催化劑性能穩(wěn)定，且結(jié)構(gòu)完整，無(wú)明顯磨損情況。此外，我司與湖南安普諾環(huán)保科技有限公司合作的中冶美麗云熱電站鍋爐煙氣脫硝超低排放技改工程項(xiàng)目，為三臺(tái)11萬(wàn)煙氣量鍋爐，每臺(tái)爐設(shè)置1臺(tái)反應(yīng)器，粉塵含量30g/Nm3,也因受到反應(yīng)器尺寸限制，我司為其設(shè)計(jì)的18孔蜂窩式脫硝催化劑孔內(nèi)流速最高達(dá)到11m/s，2018年8月份運(yùn)行至今，目前排放均在協(xié)議范圍內(nèi)，且催化劑外觀良好。