为规范脱硝催化剂的质量监督与管理,国内各大发电集团先后要求对新采购催化剂进行强制抽检。对2016年的抽检样品检测结果进行统计,相当多的新采购催化剂存在这样或那样的质量问题,其中几何尺寸偏差与外观缺陷达不到标准的各占57.1%和54.3%,抗压强度与磨损率等物理性能达不到标准的各占48.6%和54.3%,有8.6%的催化剂活性和比表面积低于标准限值,主要成分WO3含量偏低或微量元素高于技术协议的各占62.9%和5.7%。检测结果表明,目前国内SCR脱硝催化剂的供货质量不容乐观,急需规范与管理。
关键词:火电厂;烟气脱硝;催化剂;抽检;质量监督
SCR催化剂是烟气脱硝系统的核心,其性能质量直接关系到脱硝效果乃至机组的安全生产[1]。随着GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》的实施和发改能源[2014]2093号《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》的颁布,火电行业完成了烟气脱硝改造,位于重点地区或减排压力较大区域内的大型燃煤机组率先实现了超低排放。
与此同时,国内脱硝催化剂产业呈爆发式发展。据不完全统计,截至2015年年底,烟气脱硝催化剂规模以上生产企业总数有20家,年总产能超过2×105m3,而2016年全国火电机组的总需求约1.8×105m3。激烈的市场竞争使催化剂单价从最初的4万元/m3降至1万元/m3左右,产品质量因而急剧下降,催化剂垮塌事故时有发生,给脱硝系统的稳定运行带来极大的安全隐患[2]。
本文统计的2016年抽检样品涉及50多台火电机组、25000m3新采购催化剂,依据现行行业检测标准DL/T1286—2013《火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范》[3]以及国家标准GB/T31587—2015《蜂窝式烟气脱硝催化剂》[4]、GB/T31584—2015《平板式烟气脱硝催化剂》[5],对催化剂的各类特性指标进行了检测与评价,并与采购技术协议作了对比。所有检测项目均满足标准或技术协议的仅占抽检总量的3%,绝大多数存在或多或少的质量问题。下文对检测中出现的主要问题予以评述。
1质量评价装置与仪器
催化剂的工艺特性检测,包括活性、SO2/SO3转化率,是在自行设计与安装的全尺寸2级串联实验平台上完成的[6],磨损率的测量参照检测标准采用自制的动态试验装置。实验室同时配备了所有测试催化剂表征的仪器,如用于主要成分含量与晶型及微量元素分析的XRF、XRD、ICP,用于微观特性表征的Quantaome比表面积仪、压汞仪,以及用于抗压强度测量的恒应力压力试验机。SO3质量浓度则采用离子色谱测量。
2新采购催化剂的质量问题与原因分析
2.1几何尺寸偏差
所抽检的催化剂中,57.1%存在几何尺寸不达标,主要表现在长度、截面边长、孔径和壁厚超过标准允许的偏差范围。造成这些问题的主要原因是生产过程中催化剂挤出模具精度不够,烘干及煅烧工艺参数不合理。单元体长度和截面边长的偏差一方面会使得催化剂体积偏离设计值,脱硝效率达不到设计保证值,另一方面在催化剂模块内单元体组装时易造成错位（见图1）,影响单元体排列规整度和整体运行效果;孔径及壁厚的偏差则会改变催化剂孔道内的烟气流场,增大烟气阻力,造成催化剂局部堵塞与局部磨损,缩短其机械寿命。
2.2外观缺陷
催化剂外观存在缺陷的样品占到总抽检量的54.3%,主要表现在端面和外壁面破碎、内部裂纹、孔道扭曲以及单元整体翘曲变形（见图2）。催化剂在混炼、挤出成型、干燥、煅烧等各生产工序中都有可能发生不均匀收缩或膨胀,导致结构缺陷,在组装和运输过程中的碰撞和震动也极易造成催化剂破碎与开裂。
外观方面的缺陷也会改变催化剂孔道内的烟气流场,更易发生积灰、堵塞及磨损,影响脱硝系统的正常运行;单元体破碎、开裂或内部裂纹则会降低催化剂的机械强度,大大缩短催化剂的使用寿命。
2.3抗压强度达不到标准要求
抗压强度是评价催化剂机械性能的重要指标之一,反映了催化剂在运输、安装及运行过程中承受外界挤压的能力,按照DL/T1286—2013《火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范》,分别测量轴向抗压强度和径向抗压强度,发现48.6%的抽检样品轴向或径向抗压强度达不到标准要求。造成催化剂抗压强度缺陷的原因来自于多方面：
（1）催化剂生产原料的品质和配比,如载体TiO2的特性、添加剂玻璃纤维的含量等;（2）混练的均匀度与挤出参数;（3）烘干与煅烧过程中时间和温度的控制;（4）催化剂的几何特性,如存在大量孔道弯曲与内部裂纹,会降低抗压强度。抗压强度偏低容易使催化剂在运输途中破碎,到达现场后无法安装;或在反应器内开裂甚至塌陷,缩短使用寿命,影响机组的安全生产。
