燃煤電廠煙氣酸露點(diǎn)的計(jì)算、測試方法探討

沈志昂，劉含笑，酈建國，姚宇平，何毓忠，朱少平，何海濤，趙海寶，余順利

（浙江菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800）

燃煤電廠煙氣酸露點(diǎn)的計(jì)算、測試方法探討

沈志昂，劉含笑，酈建國，姚宇平，何毓忠，朱少平，何海濤，趙海寶，余順利

（浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，浙江 諸暨 311800）

闡述了酸露點(diǎn)的定義，分析了酸露點(diǎn)的主要影響因素，介紹了燃煤電廠煙氣酸露點(diǎn)的計(jì)算、測試方法，旨在探討一種科學(xué)合理的酸露點(diǎn)預(yù)測方法。

燃煤電廠；酸露點(diǎn)；低低溫電除塵器；計(jì)算；測試

以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線是目前燃煤電廠實(shí)現(xiàn)“超低排放”的經(jīng)濟(jì)、有效的技術(shù)路線之一，是目前研究和推崇的熱點(diǎn)技術(shù)。低低溫電除塵技術(shù)要求電除塵器的進(jìn)口煙氣溫度低于酸露點(diǎn)溫度，因此，如何計(jì)算或測量煙氣酸露點(diǎn)是該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵，而且酸露點(diǎn)的界定，對于防止電除塵器前換熱器的低溫腐蝕也具有重要意義。本文通過分析相關(guān)文獻(xiàn)，探討了酸露點(diǎn)的主要影響因素，以及酸露點(diǎn)的計(jì)算、測試方法等，為后續(xù)技術(shù)研究提供理論參考。

1 酸露點(diǎn)的定義

蒸汽開始凝結(jié)時的溫度為露點(diǎn)。燃煤煙氣中含有一定量的水蒸汽，燃煤煙氣中水蒸汽凝結(jié)的溫度稱為水露點(diǎn)。水露點(diǎn)與水蒸汽在煙氣中的分壓有關(guān)。

含硫燃料在鍋爐燃燒過程中生成二氧化硫，其中部分二氧化硫會進(jìn)一步氧化成三氧化硫，隨著煙氣溫度降低到某一臨界溫度時，三氧化硫與煙氣中的水蒸汽會凝結(jié)生成硫酸霧，此臨界溫度即為酸露點(diǎn)。

2 影響酸露點(diǎn)的主要因素

對于單一組分的氣體來說，露點(diǎn)僅與其壓力有關(guān)，對于多組分的混合氣體，如果不考慮組分間的相互影響，每種組分的露點(diǎn)分別與其在混合氣體中的分壓力有關(guān)[1]。因此，燃煤煙氣酸露點(diǎn)的直接相關(guān)因素是三氧化硫和水蒸汽的分壓力，而影響這兩種氣體分壓的因素又有多種：如鍋爐爐型、脫硝催化劑、燃料含硫量、燃料含灰量、過量空氣系數(shù)等[2]。

鍋爐爐型不同，燃燒方式不同，爐膛煙氣溫度不同，一般爐膛溫度越高，三氧化硫的轉(zhuǎn)化率越高，酸露點(diǎn)溫度也就越高；燃料中的含硫量越高，燃燒后生成的二氧化硫量越大，二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫的量也就越大，酸露點(diǎn)也就越高；燃煤煙氣中煤灰顆粒表面的堿性物質(zhì)對煙氣中的三氧化硫具有一定的吸附和中和作用，因此，一般含灰量越大，酸露點(diǎn)越低。

對于過量空氣系數(shù)與酸露點(diǎn)的定性關(guān)系已被確定。一般來說，爐膛煙氣中的氧氣含量越大，氧化氛圍越高，二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的量也越大，露點(diǎn)溫度升高；當(dāng)過量空氣系數(shù)減小時，可能引起煙氣中一氧化碳濃度升高，抑制三氧化硫生成。但如果由于漏風(fēng)

率過大引起煙氣中過量空氣系數(shù)升高，此時三氧化硫和水蒸汽分壓降低，酸露點(diǎn)會降低。王金旺等[3]通過理論分析推導(dǎo)了過量空氣系數(shù)和酸露點(diǎn)的數(shù)學(xué)解析方法和計(jì)算公式。

3 酸露點(diǎn)的計(jì)算方法

3.1 前蘇聯(lián)公式

前蘇聯(lián)鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法（1973年）中推薦的煙氣酸露點(diǎn)溫度計(jì)算公式[5-6]：

式③中：a是根據(jù)煙氣中水分而確定的定值，當(dāng)水分體積為5%、10%、15%時，a分別取184、194、201。

（2）Halstead酸露點(diǎn)曲線圖[8]

Halstead在前人大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以常用燃料形式的水蒸汽體積含量以11%為基準(zhǔn)，得出了酸露點(diǎn)的數(shù)據(jù)表（如圖2所示）。規(guī)定當(dāng)水蒸汽的體積含量低于9%時，表中的露點(diǎn)相應(yīng)減去3℃，當(dāng)水蒸汽的體積含量高于13%時，表中的露點(diǎn)相應(yīng)再加上3℃。

圖2 露點(diǎn)溫度與煙氣中水蒸汽含量（體積分?jǐn)?shù)）及液相中硫酸含量（體積分?jǐn)?shù)）的關(guān)系

（3）美國CE空氣預(yù)熱器公司酸露點(diǎn)計(jì)算圖[7]

美國CE空氣預(yù)熱器公司（APC）酸露點(diǎn)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)圖3所示，之后R.H. Sirols對其進(jìn)行的修正如圖4所示。

圖3 美國CE空氣預(yù)熱器公司酸露點(diǎn)計(jì)算圖

圖4 R.H. Sirols修正的酸露點(diǎn)計(jì)算圖

3.3 其它經(jīng)驗(yàn)或修正公式

匯總其他常用的酸露點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)公式（酸露點(diǎn)溫度與煙氣成分中SO3、H2O含量關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式）或修正公式（根據(jù)前蘇聯(lián)公式的修正公式）如下表所示[9-12]。表中P是氣體分壓力，atm；V是氣體的體積分?jǐn)?shù)，10-6；其余參數(shù)含義與前蘇聯(lián)公式3.4 不同計(jì)算公式的對比分析

其他經(jīng)驗(yàn)或修正公示表

前蘇聯(lián)公式可按煤質(zhì)資料進(jìn)行直接計(jì)算，而圖表法或其他計(jì)算公式需測定或設(shè)定一個SO3轉(zhuǎn)換率，在理論上可以通過間接測定法使計(jì)算值更有依據(jù)，但從現(xiàn)有測試資料來看，在同等條件下所測得的SO3值及轉(zhuǎn)換率可因測試儀器或測試方法等原因相差達(dá)一個數(shù)量級以上，很難確認(rèn)取值的可信度，而且可供選用的經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)圖表有幾十種之多，實(shí)際操作上難以進(jìn)行遴選。且已有研究表明，前蘇聯(lián)公式更接近實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果[9]，因此，目前工程上仍普遍采用前蘇聯(lián)公式預(yù)測酸露點(diǎn)。

4 酸露點(diǎn)測試方法

酸露點(diǎn)測試方法可分為間接測量法和直接測量法[13、14]，間接測量法是指通過先測出煙氣中三氧化硫或硫酸霧、水蒸汽的含量，然后通過上述的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算求解；直接測量法是指通過光學(xué)法、電氣法、酸沉積法等直接測量酸露點(diǎn)值。其中電氣法使用較為成功，主要是通過硫酸液膜改變電阻導(dǎo)電特性的原理來進(jìn)行測試，而根據(jù)酸露點(diǎn)最終確定方法的不同，電氣法又可細(xì)分為電阻法、電流法、冷卻加熱平衡法、自找電流增長率為零法、電流增長率為零法等[15，16]。

有研究認(rèn)為，當(dāng)采用電氣法按照酸露點(diǎn)定義測出硫酸蒸氣、水蒸汽冷凝與硫酸溶液蒸發(fā)間兩相平衡時的溫度作為酸露點(diǎn)，但受測試儀器靈敏度的影響，很難測出氣液兩相平衡時的“定義酸露點(diǎn)”，實(shí)際測量出的是“有一定酸沉積率時的溫度”，即“測量酸露點(diǎn)”。

在上述電氣法分類中，電阻法、電流法、冷卻加熱平衡法是通過一定的電流或電阻表示一定的酸沉積率，測得的是“測量酸露點(diǎn)”，而自找電流增長率為零法和電流增長率為零法是通過電流變化率來代表酸沉積率，當(dāng)電流或電阻變化率等于零時，氣液兩相達(dá)到平衡，因此，這兩種方法測得的是“定義酸露點(diǎn)”。測量“測量酸露點(diǎn)”的儀器有SFJ型煙氣酸露點(diǎn)儀[17]等，可以測量“定義酸露點(diǎn)”的儀器有RYL-1型酸露點(diǎn)儀[18]、S-660型露點(diǎn)儀[19]、UQS-1型露點(diǎn)儀[20]、Lz型露點(diǎn)儀[20]等。

5 工程酸露點(diǎn)

低溫腐蝕不僅與酸霧凝結(jié)（氣、液兩相）有關(guān)，還與粉塵（固相）有關(guān)，粉塵表面的堿性物質(zhì)會中和掉部分酸性冷凝液，因此，利用酸露點(diǎn)來評價低溫腐蝕，尤其是除塵器前換熱器件的低溫腐蝕時應(yīng)綜合考慮氣、液、固三相的綜合作用。

史月濤等[21]提出了一種新的酸露點(diǎn)概念來評價燃煤電廠換熱器件的腐蝕—工程酸露點(diǎn)：當(dāng)煤質(zhì)一定時，試驗(yàn)段Nu（努賽爾數(shù)）隨著外壁溫的變化而變化，在工程酸露點(diǎn)溫度區(qū)間內(nèi)驟降，此時換熱元件積灰和腐蝕情況加劇。工程酸露點(diǎn)通常比傳統(tǒng)定義的酸露點(diǎn)至少低30℃。

6 結(jié)語

燃煤煙氣酸露點(diǎn)的直接相關(guān)因素是三氧化硫和水蒸汽的分壓力，目前工程上仍普遍采用前蘇聯(lián)公式計(jì)算酸露點(diǎn)，普遍采用電氣法測試酸露點(diǎn)，評價換熱器件的低溫腐蝕應(yīng)綜合考慮燃煤煙氣、液、固三相的綜合作用，工程酸露點(diǎn)概念的提出具有重要意義。

[1]李彥，武斌，徐旭常.SO2、SO3和H2O對煙氣露點(diǎn)溫度影響的研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 1997，17（1）：126-130.

[2]常連生，劉忠，胡滿銀，等.電除塵器中影響煙氣露點(diǎn)的因素[J].環(huán)境工程，1998，16（2）：72-75.

[3]王金旺，張燕，張建中.煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算公式中過量空氣系數(shù)的修正方法[J].節(jié)能技術(shù)，2014（32）：346-350.

[4]張建中.煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算方法研究中一些誤區(qū)和疑點(diǎn)的辨析和討論[J].鍋爐技術(shù)， 2013，44（2）：10-16.

[5]鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法（原蘇聯(lián)1973年版）[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1976．

[6]李鈞，閻維平，高寶桐，等.電站鍋爐煙氣酸露點(diǎn)溫度的計(jì)算[J].鍋爐技術(shù)，2009，40（5）：14-17.

[7]張建中.對燃煤鍋爐煙氣酸露點(diǎn)溫度現(xiàn)行計(jì)算方法的述評和優(yōu)化改進(jìn)問題探 討[J]. 全面腐蝕控制，2012，26（10）：1-6.

[8]黃榮華，馬憲國，張泉根，等.鍋爐煙氣露點(diǎn)溫度計(jì)算方法比較分析[J].上海節(jié)能， 2011（11）：29-32.

[9]向柏祥，邢文崇，李健峰，等.煙氣酸露點(diǎn)的測量與計(jì)算關(guān)聯(lián)式的修正[J].鍋爐技術(shù)，2014，45（1）：1-71.

[10]李鵬飛，佟會玲.煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算方法比較和分析[J].鍋爐技術(shù)，2009，40（6）：5-8.

[11]馮俊凱，任澤霈，黃其勵，等.鍋爐排煙潛熱回收方式的探討[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1986，6（5）：19-29.

[12]賈明生，凌長明.煙氣酸露點(diǎn)溫度的影響因素及其計(jì)算方法[J].工業(yè)鍋爐，2003（6）：31-35.

[13]溫敬平.煙氣酸露點(diǎn)的測量[J].節(jié)能，1994（5）：43-45.

[14]劉艷雙.煙氣酸露點(diǎn)溫度的測量和低溫腐蝕的防止[J].節(jié)能技術(shù)，1998（6）： 9-13.

[15]王鍵，張錫國，羅猶義，等.煙氣酸露點(diǎn)的可視性試驗(yàn)研究[J].熱力發(fā)電，2012，40（4）：57-61.

[16]陳金玉，溫敬平.煙氣酸露點(diǎn)測量方法的評價[J].節(jié)能技術(shù)，1994（4）：20-22.

[17]錢洪根.SFJ型煙氣酸露點(diǎn)儀的研制及測試[J].發(fā)電設(shè)備，1987（4）：24-28.

[18]陳金玉，溫敬平.新型的SO2、SO3含量測量儀—RYL-1型酸露點(diǎn)儀[J].環(huán)境保護(hù)， 1994（4）：28.

[19]部建松，張玉玲，段彥明.用S-660酸露點(diǎn)檢測系統(tǒng)評價煙氣低溫露點(diǎn)腐 蝕[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2006，23（3）：39-41.

[20]崔思賢.煙氣酸露點(diǎn)溫度及其確定方法[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，1992（1）： 41-46.

[21]史月濤，張翔宇，李飛，等.工程酸露點(diǎn)—鍋爐低溫余熱利用極限的新判據(jù)[J].科學(xué)通報(bào)，2014，59（28-29）：2810-2816.

Probe into Calculation and Testing Method of Flue Gas Acid Dew Point in Coal-fired Power Plant

SHEN Zhi-ang, LIU Han-xiao, LI Jian-guo, YAO Yu-ping, HE Yu-zhong, ZHU Shao-ping, HE Hai-tao, ZHAO Hai-bao, YU Shun-li
(Feida Environmental Protection Technology Co., Ltd, Zhejiang Zhuji 311800, China)

The paper expatiates the definition of acid dew point, analyzes the main effect element of the acid dew point and presents the calculation and testing method of flue gas acid dew point in coal-fired power plant, so as to probe into one scientific and logical forecasting method of the acid dew point.

coal-fired power plant; acid dew point; low-low temperature electrostatic precipitator; calculation; testing

X701

A

1006-5377（2015）08-0054-04

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（2013AA065002）；浙江省重大科技專項(xiàng)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2013C01054）。