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摘要：脱硝催化剂的寿命管理是降低脱硝成本、保证脱硝效果的重要手段。再生催化剂的使用也存在寿命管理的问题，且与新催化剂寿命管理技术不同。为此，结合失活催化剂的特性及其再生应用全过程，从失活原因技术分析、再生生产工艺设计与实施、再生催化剂运行、停机检修等多层次详细阐述了再生催化剂寿命管理技术，为燃煤电厂实施失活脱硝催化剂的再生，及再生催化剂的应用提供了参考。
关键词：蜂窝陶瓷；堇青石；应力控制
引言
作为重要的节能环保技术，蓄热式燃烧、换热方法因具有较高的能量利用率而广泛应用于钢铁、建材、石化、陶瓷等行业工业窑炉中。[1]该技术的核心部件是陶瓷蓄热体，为能量的回收利用提供载体。蜂窝陶瓷蓄热体因传热迅速、比表面积大、气流阻力小等特点而更有利于炉温均匀、提高能量利用率，于上世纪90年代初期替代陶瓷球蓄热体，进一步提高了蓄热燃烧及换热技术的效果。此外，与莫来石、高铝质等材质相比，堇青石蜂窝陶瓷蓄热体具有热膨胀系数较低的显著特点，从而可满足更加复杂的工况运行需求。
在堇青石蜂窝陶瓷蓄热体生产中，应力存在于挤出、热处理等工序中。合理调控应力，可以改善产品热膨胀系数等性能指标，且解决产品开裂问题，从而获得较高的产品合格率。影响堇青石蜂窝陶瓷蓄热体应力的因素主要有原材料选用、关键部件选型设计、热处理工艺设计及产品结构调整等方面。本文总结了降低堇青石蜂窝陶瓷蓄热体应力的技术研究成果，为低应力、高性能堇青石蜂窝陶瓷蓄热体的生产技术开发提供技术参考。
1. 原材料选择
堇青石蜂窝陶瓷蓄热体挤出生产方法包括生料和熟料2种工艺，其区别在于是否存在堇青石的预合成过程。与熟料工艺相比，生料中采用的板状高岭土颗粒在挤出过程中发生取向分布，烧成后堇青石颗粒也呈定向生长（清华王炜17）。研究表明，当结晶取向度超过80%时，产品内部产生较多微裂纹，对产品热膨胀系数有较大影响（清华王炜18，罗凌虹 超低膨胀系数，杜永娟 降低蜂窝状堇青石陶瓷）。类似的，在产品中加入累托石（武汉理工，周燕）、滑石（胡华）等片状结构原材料可达到相同效果。然而，需要严格控制微裂纹数量、大小，否则容易造成产品机械强度降低，严重的将影响产品合格率。
2. 关键部件选型
将泥料放入挤出机，经模具挤出成湿坯是堇青石蜂窝陶瓷蓄热体成型的重要步骤。因此，挤出生产中孔板、模具等关键部件对成品应力影响较大。
2.1 孔板
挤出机一般分为螺旋推进式和活塞式两种，而孔板的作用都非常重要。孔板对泥料产生较大的变形阻抗，可改善孔板前泥料挤出压力分布不均的情况。但普通孔板整个通孔内截面积不发生变化，泥料达到模具前会再次出现挤出压力不均的情况，导致湿坯及成品内部存在较大应力。
针对螺旋推进式挤出机，唐竹兴给出了一种通孔面积沿着挤出方向逐渐增大的孔板设计方案；同时，连接孔板与模具的连接筒截面积也沿挤出方向逐渐增大（唐竹兴-陶瓷部件挤出成型工艺）。经改良后，虽然正对孔板通孔的泥料受的挤出压力较大，而其它位置较小，但随着泥料向模具推进压力差逐渐减少，以至在模具前几乎不存在压力差，即泥料进入模具前各部分的挤出压力均一性较好。挤出的湿坯及成品内部应力可有效减小。
2.2 模具
模具的设计与加工技术直接影响产品的质量。模具由前端导泥孔和后端定型槽组成。前端导泥孔用于将泥料输送至模具内部，后端定型槽则将泥料加工成制定的形状。
对于前端导泥孔，如采用麻花钻加工方式，孔的垂直度很难保证，且孔径大小、孔深度也存在较大波动。当泥料经过导泥孔时，会导致阻力差异，造成产品中存在缺陷或较大的潜在应力，不利于产品质量的控制。然而，采用电化学腐蚀方法加工则能够较好控制孔型、孔径、孔深度等指标的一致性。
对于后端定型槽，常规的快走丝电火花放电加工方法只能生产槽宽在0.18 mm以上的模具，当槽宽低于0.18 mm时该方法会出现断丝现象，导致模具加工失败。国外一般采用金刚砂轮片切割的方法加工槽宽较小的模具，加工的定型槽能够挤出应力较低的产品。
此外，采用离子蒸涂或化学镀的方法在模具表面加镀一层碳化钨等耐磨材料，可解决其工作面、加工面粗糙问题，降低泥料通过模具时的摩擦阻力，实现降低挤出过程引入的产品内部应力问题。
3. 热处理工艺设计
3.1 干燥
在生胚干燥过程中，工业上采用热风干燥，红外干燥以及蒸汽干燥，热量都是从表面传递到物料内部。在传递的过程中物料内外受热的不均匀产生水分梯度，薄壁两侧出现不均匀的收缩，从而产生应力。生胚随含水率的降低，干燥过程如图2所示（李家驹.陶瓷工艺学[M].北京.中国轻工业出版社.2001）
①A到C点为定型干燥，随着含水率的降低，颗粒在谁的表面张力作用下被拉近，生胚逐渐收缩，收缩的体积相当于排除水的体积，这一阶段尤为关键，应使生胚表面温度均匀，尽量保持不变。由于微波对吸收介质有较强的穿透能力，热量可直接作用于物料整体。利用微波干燥除去湿坯中的部分水分，使湿坯具备一定强度，从而减少搬运过程可能产生的破坏。如果壁厚较薄（≤1 mm），可以选择较大的微波功率，使湿坯快速干燥、定型；如果壁厚较厚（≥1 mm），则应选择较小的微波功率，甚至分阶段进行干燥。微波干燥温度控制在75-100℃，时间在10 min左右，除去10%左右的水平即可实现定型目的。
②从第二临界含水率C到平衡狀态D为彻底干燥 主要利用窑炉提供高温环境，使湿坯中的水分继续挥发，直至水分降至适合煅烧范围。干燥时间在15 h左右。
选用微波、窑炉的组合方式干燥，主要是提高干燥效果、降低能耗。
烧成在梭式窑或隧道窑中进行，烧成温度一般在1250-1350℃，具体需进行热重分析确定，保温时间在3-6 h。具体烧成制度制定需要开展探索实验，文献显示，由于泥料中添加了有机添加剂，所以在低温（120-600℃）应保持较小的升温速率（10-20℃/h），且应保持较好的氧化气氛，使有机添加剂充分反应、分解、挥发，随后可进行快速升温（约200-250℃/h，文献图测算值）。 3.2 煅烧
国外多数使用一次直接烧成法。配合料加入适量粘结剂，成型剂混练后挤压成型，干燥后一次烧成，其优点是利于挤压过程中滑石、高岭土等片状原料优先取向，使得烧成过程中形成的堇青石也优先取向，但这种烧成方法对工艺控制要求相当高，易造成胚体煅烧过程中收缩不均，变形与破损。
从大量烧结体XRD实验数据显示出直接从MgO、Al2O3和SiO2合成堇青石较为困难，与其他矿物合成堇青石比较，得到堇青石的烧结温度要高、保温时间要长。MgO、Al2O3和SiO2 是先通过MgO和Al2O3 反应生成堇青石之后再与SiO2 反应得到（袁旭暄 堇青石陶瓷烧结工艺及机理研究）郭海珠和尹洪峰等人认为二步煅烧法较好。第一步的轻烧提高了物料的活性，再次磨损破坏了轻烧时产生的部分结构晶格，有利于二次煅烧时的反应烧结。该烧结方法克服了烧结温度范围狭窄，难于致密化的困难，还能降低其膨胀系数。（杜永娟 降低蜂窝状堇青石陶瓷）
4. 结构调整
低应力蜂窝陶瓷蓄热体结构仍采用格孔正方形圆角结构设计，减少孔壁厚度及格孔边长，可以显著提高低应力蜂窝陶瓷蓄热体的换热比表面积。通过力学检验，圆角正方形格孔的低应力化结构改善了蓄热体的综合力学指标。
真空挤出机反复走料，清除泥料内部气泡，防止热处理中形成缺陷或应力。真空炼泥可排除泥料中的气体，防止气体在挤出坯体中形成缺陷或气体在干燥、煅烧等过程中产生应力，降低产品合格率。炼泥过程中需尽可能降低泥料中水分挥发，保持泥料含水量稳定。
5. 结论
在堇青石蜂窝陶瓷蓄热体生产中采用生料加入片状结构原材料生产，同时改进模具及挤压工艺参数，通过微波对湿胚体进行干燥，干燥后的胚体采用二次烧结法煅烧，应该可以很好的控制堇青石蜂窝陶瓷的应力，从而改善堇青石蜂窝陶瓷蓄热体的膨胀系数等技术指标。
參考文献：
[1]杜振，杨立强，晏敏，等. SCR脱硝催化剂全过程管理模式的构建与实施[J]. 中国电力，2016，49（4）：12-16.
[2]赵瑞，刘毅，廖海燕，等. 火电厂脱硝催化剂寿命管理现状及发展趋势[J]. 洁净煤技术，2015，21（2）：134-138.
[3]周建新，喻聪，江晓明，等.燃煤机组SCR脱硝催化剂性能评价与寿命管理系统[J]. 中国电力，2015，48（4）：11-15.
[4]胡洧冰，李敬，王磊，等.一种脱硝催化剂端部硬化液及其制备方法和应用：中国，105057005B[P].2017-06-30.
关键词：蜂窝陶瓷；堇青石；应力控制
引言
作为重要的节能环保技术，蓄热式燃烧、换热方法因具有较高的能量利用率而广泛应用于钢铁、建材、石化、陶瓷等行业工业窑炉中。[1]该技术的核心部件是陶瓷蓄热体，为能量的回收利用提供载体。蜂窝陶瓷蓄热体因传热迅速、比表面积大、气流阻力小等特点而更有利于炉温均匀、提高能量利用率，于上世纪90年代初期替代陶瓷球蓄热体，进一步提高了蓄热燃烧及换热技术的效果。此外，与莫来石、高铝质等材质相比，堇青石蜂窝陶瓷蓄热体具有热膨胀系数较低的显著特点，从而可满足更加复杂的工况运行需求。
在堇青石蜂窝陶瓷蓄热体生产中，应力存在于挤出、热处理等工序中。合理调控应力，可以改善产品热膨胀系数等性能指标，且解决产品开裂问题，从而获得较高的产品合格率。影响堇青石蜂窝陶瓷蓄热体应力的因素主要有原材料选用、关键部件选型设计、热处理工艺设计及产品结构调整等方面。本文总结了降低堇青石蜂窝陶瓷蓄热体应力的技术研究成果，为低应力、高性能堇青石蜂窝陶瓷蓄热体的生产技术开发提供技术参考。
1. 原材料选择
堇青石蜂窝陶瓷蓄热体挤出生产方法包括生料和熟料2种工艺，其区别在于是否存在堇青石的预合成过程。与熟料工艺相比，生料中采用的板状高岭土颗粒在挤出过程中发生取向分布，烧成后堇青石颗粒也呈定向生长（清华王炜17）。研究表明，当结晶取向度超过80%时，产品内部产生较多微裂纹，对产品热膨胀系数有较大影响（清华王炜18，罗凌虹 超低膨胀系数，杜永娟 降低蜂窝状堇青石陶瓷）。类似的，在产品中加入累托石（武汉理工，周燕）、滑石（胡华）等片状结构原材料可达到相同效果。然而，需要严格控制微裂纹数量、大小，否则容易造成产品机械强度降低，严重的将影响产品合格率。
2. 关键部件选型
将泥料放入挤出机，经模具挤出成湿坯是堇青石蜂窝陶瓷蓄热体成型的重要步骤。因此，挤出生产中孔板、模具等关键部件对成品应力影响较大。
2.1 孔板
挤出机一般分为螺旋推进式和活塞式两种，而孔板的作用都非常重要。孔板对泥料产生较大的变形阻抗，可改善孔板前泥料挤出压力分布不均的情况。但普通孔板整个通孔内截面积不发生变化，泥料达到模具前会再次出现挤出压力不均的情况，导致湿坯及成品内部存在较大应力。
针对螺旋推进式挤出机，唐竹兴给出了一种通孔面积沿着挤出方向逐渐增大的孔板设计方案；同时，连接孔板与模具的连接筒截面积也沿挤出方向逐渐增大（唐竹兴-陶瓷部件挤出成型工艺）。经改良后，虽然正对孔板通孔的泥料受的挤出压力较大，而其它位置较小，但随着泥料向模具推进压力差逐渐减少，以至在模具前几乎不存在压力差，即泥料进入模具前各部分的挤出压力均一性较好。挤出的湿坯及成品内部应力可有效减小。
2.2 模具
模具的设计与加工技术直接影响产品的质量。模具由前端导泥孔和后端定型槽组成。前端导泥孔用于将泥料输送至模具内部，后端定型槽则将泥料加工成制定的形状。
对于前端导泥孔，如采用麻花钻加工方式，孔的垂直度很难保证，且孔径大小、孔深度也存在较大波动。当泥料经过导泥孔时，会导致阻力差异，造成产品中存在缺陷或较大的潜在应力，不利于产品质量的控制。然而，采用电化学腐蚀方法加工则能够较好控制孔型、孔径、孔深度等指标的一致性。
对于后端定型槽，常规的快走丝电火花放电加工方法只能生产槽宽在0.18 mm以上的模具，当槽宽低于0.18 mm时该方法会出现断丝现象，导致模具加工失败。国外一般采用金刚砂轮片切割的方法加工槽宽较小的模具，加工的定型槽能够挤出应力较低的产品。
此外，采用离子蒸涂或化学镀的方法在模具表面加镀一层碳化钨等耐磨材料，可解决其工作面、加工面粗糙问题，降低泥料通过模具时的摩擦阻力，实现降低挤出过程引入的产品内部应力问题。
3. 热处理工艺设计
3.1 干燥
在生胚干燥过程中，工业上采用热风干燥，红外干燥以及蒸汽干燥，热量都是从表面传递到物料内部。在传递的过程中物料内外受热的不均匀产生水分梯度，薄壁两侧出现不均匀的收缩，从而产生应力。生胚随含水率的降低，干燥过程如图2所示（李家驹.陶瓷工艺学[M].北京.中国轻工业出版社.2001）
①A到C点为定型干燥，随着含水率的降低，颗粒在谁的表面张力作用下被拉近，生胚逐渐收缩，收缩的体积相当于排除水的体积，这一阶段尤为关键，应使生胚表面温度均匀，尽量保持不变。由于微波对吸收介质有较强的穿透能力，热量可直接作用于物料整体。利用微波干燥除去湿坯中的部分水分，使湿坯具备一定强度，从而减少搬运过程可能产生的破坏。如果壁厚较薄（≤1 mm），可以选择较大的微波功率，使湿坯快速干燥、定型；如果壁厚较厚（≥1 mm），则应选择较小的微波功率，甚至分阶段进行干燥。微波干燥温度控制在75-100℃，时间在10 min左右，除去10%左右的水平即可实现定型目的。
②从第二临界含水率C到平衡狀态D为彻底干燥 主要利用窑炉提供高温环境，使湿坯中的水分继续挥发，直至水分降至适合煅烧范围。干燥时间在15 h左右。
选用微波、窑炉的组合方式干燥，主要是提高干燥效果、降低能耗。
烧成在梭式窑或隧道窑中进行，烧成温度一般在1250-1350℃，具体需进行热重分析确定，保温时间在3-6 h。具体烧成制度制定需要开展探索实验，文献显示，由于泥料中添加了有机添加剂，所以在低温（120-600℃）应保持较小的升温速率（10-20℃/h），且应保持较好的氧化气氛，使有机添加剂充分反应、分解、挥发，随后可进行快速升温（约200-250℃/h，文献图测算值）。 3.2 煅烧
国外多数使用一次直接烧成法。配合料加入适量粘结剂，成型剂混练后挤压成型，干燥后一次烧成，其优点是利于挤压过程中滑石、高岭土等片状原料优先取向，使得烧成过程中形成的堇青石也优先取向，但这种烧成方法对工艺控制要求相当高，易造成胚体煅烧过程中收缩不均，变形与破损。
从大量烧结体XRD实验数据显示出直接从MgO、Al2O3和SiO2合成堇青石较为困难，与其他矿物合成堇青石比较，得到堇青石的烧结温度要高、保温时间要长。MgO、Al2O3和SiO2 是先通过MgO和Al2O3 反应生成堇青石之后再与SiO2 反应得到（袁旭暄 堇青石陶瓷烧结工艺及机理研究）郭海珠和尹洪峰等人认为二步煅烧法较好。第一步的轻烧提高了物料的活性，再次磨损破坏了轻烧时产生的部分结构晶格，有利于二次煅烧时的反应烧结。该烧结方法克服了烧结温度范围狭窄，难于致密化的困难，还能降低其膨胀系数。（杜永娟 降低蜂窝状堇青石陶瓷）
4. 结构调整
低应力蜂窝陶瓷蓄热体结构仍采用格孔正方形圆角结构设计，减少孔壁厚度及格孔边长，可以显著提高低应力蜂窝陶瓷蓄热体的换热比表面积。通过力学检验，圆角正方形格孔的低应力化结构改善了蓄热体的综合力学指标。
真空挤出机反复走料，清除泥料内部气泡，防止热处理中形成缺陷或应力。真空炼泥可排除泥料中的气体，防止气体在挤出坯体中形成缺陷或气体在干燥、煅烧等过程中产生应力，降低产品合格率。炼泥过程中需尽可能降低泥料中水分挥发，保持泥料含水量稳定。
5. 结论
在堇青石蜂窝陶瓷蓄热体生产中采用生料加入片状结构原材料生产，同时改进模具及挤压工艺参数，通过微波对湿胚体进行干燥，干燥后的胚体采用二次烧结法煅烧，应该可以很好的控制堇青石蜂窝陶瓷的应力，从而改善堇青石蜂窝陶瓷蓄热体的膨胀系数等技术指标。
參考文献：
[1]杜振，杨立强，晏敏，等. SCR脱硝催化剂全过程管理模式的构建与实施[J]. 中国电力，2016，49（4）：12-16.
[2]赵瑞，刘毅，廖海燕，等. 火电厂脱硝催化剂寿命管理现状及发展趋势[J]. 洁净煤技术，2015，21（2）：134-138.
[3]周建新，喻聪，江晓明，等.燃煤机组SCR脱硝催化剂性能评价与寿命管理系统[J]. 中国电力，2015，48（4）：11-15.
[4]胡洧冰，李敬，王磊，等.一种脱硝催化剂端部硬化液及其制备方法和应用：中国，105057005B[P].2017-06-30.