生活垃圾焚燒煙氣酸露點的計算方法和分析

施勇，穆璐瑩，吳剛，王健，楊飛

（合肥水泥研究設計院，合肥 230051）

生活垃圾焚燒煙氣酸露點的計算方法和分析

施勇，穆璐瑩，吳剛，王健，楊飛

（合肥水泥研究設計院，合肥 230051）

對影響生活垃圾焚燒煙氣酸露點的主要因素進行了分析，推薦了3種實用的酸露點計算方法，并采用實例驗證了3種計算方法的可靠性。

垃圾焚燒煙氣;酸露點;計算方法

1 引言

煙氣溫度低于露點溫度，會出現(xiàn)結露現(xiàn)象。由于在生活垃圾焚燒產生的煙氣中存在SO3，露點溫度有較大的提高，冷凝液是濃度很高的硫酸溶液，設備不僅會出現(xiàn)黏結積灰現(xiàn)象，而且會出現(xiàn)嚴重的金屬腐蝕。

煙氣凈化過程中，將溫度控制得盡可能低，有利于提高脫硫脫酸反應效率，但運行溫度過低，可能造成布袋除塵器結露，使濾袋阻力急劇增加，嚴重時造成爐膛負壓不足，甚至會導致系統(tǒng)停運。因此如何確定煙氣凈化系統(tǒng)最佳設計運行溫度，對于生活垃圾焚燒凈化系統(tǒng)的設計及運行維護有重要意義。

2 影響酸露點溫度的主要因素

2.1 酸露點溫度

蒸氣開始凝結的溫度稱為露點，煙氣中水蒸汽的露點稱為水露點。水露點僅取決于水蒸汽在煙氣中的分壓，水蒸汽露點是比較低的。生活垃圾中的硫燃燒后生成SO2，有少量SO2又進一步轉化成SO3。SO3同煙氣中的水蒸汽結合成硫酸蒸氣。酸露點就是表示當煙氣在一定壓力下冷卻時，硫酸蒸氣凝結成硫酸溶液所需最高溫度，簡稱酸露點溫度。

2.2 主要影響因素

生活垃圾焚燒產生的煙氣及污染物具有其特殊的性質，焚燒煙氣中不但包括SO3、SO2等，還含有大量的HCl。李彥等研究表明，在相當大的濃度范圍內SO2對露點溫度的影響較小，其波動范圍不超過1K[1]。相關資料也表明HCl對煙氣露點溫度提高的作用小于SO2的影響[2]，也可以忽略不計。

2.2.1 含硫量

煙氣中的硫酸蒸氣大部分是由焚燒生活垃圾中的硫分氧化而來。生活垃圾中的含硫量越高，焚燒煙氣的酸露點溫度越高。產煤區(qū)的生活垃圾中含硫量一般都比較高，煙氣酸露點溫度也較高。

2.2.2 爐型

對于不同爐型，有不同的燃燒方式，即使垃圾中含硫量相同，煙氣中SO3的含量及酸露點也有可能存在較大差異。煙氣中飛灰對SO3有較強的吸附中和作用，有利于使酸露點降低。

2.2.3 過氧空氣系數

煙氣中的含氧量越高，由SO2轉化成SO3的比例會越大。因而，在保證垃圾充分燃燒的前提下，應盡量采用低過量空氣系數，減少SO3的生成量，降低煙氣酸露點。不同溫度和過量空氣系數對SO3轉化率的影響見圖1。

圖1 溫度和過量空氣系數對SO3轉化率的影響

2.2.4 水蒸汽

焚燒煙氣中水蒸汽的濃度愈大，水蒸汽的分壓力也愈大。只考慮水蒸汽的影響，水蒸汽對焚燒煙氣酸露點的影響如圖2所示。因而在實際焚燒過程中，應盡量控制焚燒危險廢物含水率，降低焚燒煙氣酸露點溫度。但在實際生產過程中，控制焚燒生活垃圾含水率非常困難，因而通常是在設計中盡量避開露點或采取相應的防腐措施。

圖2 水蒸汽濃度對煙氣露點的影響

2.2.5 其他影響因素

除上述影響因素外，煙氣酸露點還與焚燒煙氣的壓力、煙氣在處理設備中的停留時間、設備內溫度場分布不均等情況有關。

3 煙氣酸露點溫度的計算

影響煙氣酸露點溫度的因素很復雜，目前尚沒有煙氣酸露點的理論計算公式，一般皆由試驗取得，或通過實驗加上理論推導等方法確定。下文列舉實際較為常用的焚燒煙氣酸露點溫度的計算公式。

3.1 煙氣中SO3氣體濃度已知

Müller在1959年使用熱力學關系式計算了含有很低濃度H2SO4蒸氣的煙氣的酸露點[3]，并為許多研究者的實驗所證實。Müller曲線是現(xiàn)在評價各種酸露點測量方法的基礎。Müller曲線如圖3所示。

圖3 Müller露點溫度曲線

其回歸方程見式①。

式中：VSO3— 煙氣中SO3體積百萬分率（下同）；

T — 煙氣的計算酸露點溫度（下同）。

3.2 煙氣中SO3和水蒸汽分壓已知

荷蘭學者A.G.Okkes根據Muller實驗數據[4]，提出式②中原文分壓單位均為標準大氣壓。文獻比較了式②，計算結果與該文中由碳、硫含量及過量空氣系數繪制的計算圖確定露點結果，兩者相差不到1.5℃，方程②計算精度比較高，適用范圍廣。

式中：PH2O——為煙氣中的水蒸汽分壓，Pa；

PSO3——為煙氣中的SO3氣體分壓，Pa。

3.3 煙氣中SO3和水蒸汽濃度已知

國內學者根據試驗數據整理，考慮SO3和水蒸汽對酸露點的影響以外，還考慮了飛灰的影響[5]。

式中：VH2O—— 煙氣中的水蒸汽百分含量，%；

VSO3—— 煙氣中的SO3百分含量，%。

4 應用舉例

4.1 實例計算

某垃圾焚燒發(fā)電廠采用逆推爐排爐焚燒生活垃圾，進入煙氣凈化系統(tǒng)的焚燒煙氣成分見下表。焚燒煙氣壓力為 97,325Pa。

焚燒煙氣成分表

一般SO2轉化為SO3的比率為0.1%～3%。為了考慮焚燒煙氣凈化系統(tǒng)處理設備的安全，在沒有SO3濃度數值時，計算焚燒煙氣酸露點溫度時建議采用3%的轉化率[6]。通過計算，VSO3=5.25ppm，PSO3= 0.51Pa，PH2O= 19465Pa。

采用式①計算酸露點為128.65℃；式②計算酸露點為135.45℃；式③計算酸露點為126.74℃。計算結果表明，不同計算方法其結果雖然有差異，但差異很小，3種計算方法的結果也與實際情況誤差較小，可以作為計算生活垃圾焚燒煙氣酸露點的方法。

由于煙氣酸露點是預測低溫腐蝕的主要指標，因而建議實際計算時，采用上述公式分別計算，并取最大值作為設計的參考依據。

4.2 分析

我國生活垃圾焚燒煙氣脫酸工藝主要分半干法工藝（反應塔+活性炭+布袋除塵器）和干法工藝（急冷塔+反應助劑及吸收劑+布袋除塵器），由于工藝不同，凈化系統(tǒng)中不同位置的酸露點也有較大差異。

半干法工藝脫酸反應在反應塔內完成，脫酸后的煙氣中SO3濃度極低，進入布袋除塵器的煙氣酸露點溫度有所降低。

干法工藝脫酸反應發(fā)生在煙道和布袋除塵器內，進入布袋除塵器的煙氣酸露點溫度并未降低，所以采用干法工藝脫酸時，設計和運行時要充分注意布袋除塵器入口煙氣的溫度范圍。

5 結論

（1）生活垃圾焚燒煙氣中含有SO3和大量的水蒸汽，容易發(fā)生低溫腐蝕和結露現(xiàn)象。煙氣凈化系統(tǒng)設計和運行時，要充分考慮酸露點的溫度。

（2）影響煙氣酸露點的因素很多，本文介紹了3種酸露點的計算公式，并采用實例驗證了3種公式的誤差和準確性。

（3）由于生活垃圾焚燒煙氣脫酸工藝的不同，要充分考慮不同位置酸露點的情況，有利于提高煙氣凈化系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

[1] 李彥，武彬，徐旭常.SO2、SO3和HCl對煙氣露點溫度影響的研究[J].環(huán)境科學學報，1997，17（1）: 126-130.

[2] 岑可法，樊建人，池作和，等.鍋爐和熱交換器的積灰、結渣、磨損和腐蝕的防止原理與計算[M].北京：科學出版社，1994.

[3] Müller P. A Contribution to t he Problem of t he Action of Sulfuric Acid on t he Dew Point Tem perature of Flue Gases [J].Chem. Eng. Tech. 1959， 31: 345 - 350.

[4] A.G.Okkes， Badger B.V. Get Acid Dew Point o f Flue Gas [J]. Hydrocarbon Processing.July 1987:53 - 55.

[5] 胡滿銀，高香林，胡志光，劉忠.除塵系統(tǒng)中煙氣露點的計算與分析[J].水利電力勞動保護.1996.3（1）: 17-20.

[6] 姜雨澤.煙氣凈化設計的腐蝕機理與防護方法[J].腐蝕與防護，2005，12 : 530～533．

Calculating Method and Analysis on Flue Gas Acid Dew Point of Domestic Refuse Incineration

SHI Yong, MU Lu-ying, WU Gang, WANG Jian, YANG Fei
(Hefei Cement Research and Design Institute, Hefei 230051, China)

The paper makes analysis on the main factors that make im pact on flue gas acid dew poin t of domestic refuse incineration, introduces three app lied calculating methods of acid dew point and validates the reliability of the three calculating methods by adopting the examp les.

flue gas of refuse incineration; acid dew point; calculating method

X701

A

1006-5377（2014）03-0038-03